ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М
DESCRIPTION
ММРСТ Якутск 21-24 мая 2012. Математическое моделирование волн тока и напряжения в линиях передач в условиях многолетней мерзлоты. ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М. Магистральные линии. ЛЭП. Трубопровода. Кабель связи. Волна тока и напряжения – электростатическая компонента. ФТИ СВФУ - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/1.jpg)
Математическое моделирование волн тока и напряжения в линиях передач в условиях многолетней
мерзлоты
ФТИ СВФУд.ф.-м.н. Григорьев Ю.М.
ММРСТ Якутск 21-24 мая 2012
![Page 2: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/2.jpg)
Трубопровода
Кабель связи
ЛЭП
Магистральные линии
![Page 3: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/3.jpg)
Волна тока и напряжения – электростатическая компонента
• ФТИ СВФУ• д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М.
![Page 4: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/4.jpg)
ГИТ –геомагнитно-индуцированные токи
![Page 5: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/5.jpg)
Определение Европейского Космического АгенстваОпределение Европейского Космического Агенства::
• Космическая погода (Space weather) — условия на Солнце и в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере и термосфере, которые могут влиять на надежность космических и наземных технологических систем и могут угрожать жизни и здоровью людей
![Page 6: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/6.jpg)
Число всех АПВ и ПВ с 2005 по 2009 года по отчетам ОАО АК «Якутскэнерго»
Число неуспешных АПВ и ПВ с 2005 по 2009 года по отчетам ОАО АК «Якутскэнерго»
![Page 7: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/7.jpg)
Число аварий в энергосетях США в районах повышенного риска (близких к авроральной зоне) возрастает вслед за уровнем геомагнитной активности. В годы минимума активности вероятности аварий в опасных и безопасных районах практически уравниваются. (1. УРОВНЬ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ. 2. ЧИСЛО АВАРИЙ В ГЕОМАГНИТНО-ОПАСНЫХ РАЙОНАХ. 3. ЧИСЛО АВАРИЙ В БЕЗОПАСНЫХ РАЙОНАХ)
![Page 8: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/8.jpg)
Сильнейшие магнитные бури в марте 1989 года и августе 1972 года вывели из строя электростанции на севере Канады, в результате чего население городов осталось без электричества на несколько часов. Вследствие аварии на электростанциях гидрокаскада в провинции Квебек (Канада) после магнитной бури 13 марта 1989г. 6 000 000 людей на 9 часов остались без электроэнергии;Материальные потери вследствие этого составили около $13. 200. 000; Ущерб оборудования – составил около $6. 500. 000.
![Page 9: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/9.jpg)
СкандинавияВ Скандинавских странах созданасеть научных обсерваторий.К научным исследованиям Финнского метеорологического института подключиласькоммерческая “The Gasum Oy company” для совместных исследований влияниягеомагнитно наведенных токов в финнских газо- и нефтепроводах.
![Page 10: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/10.jpg)
Геомагнитно-индуцированные токи в ЛЭП и трубопроводах
![Page 11: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/11.jpg)
Измерения токов, наведенных в трубопроводе ударами молний
![Page 12: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/12.jpg)
Измерительная схема
![Page 13: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/13.jpg)
Обработка данных
Сила тока в трубопроводе по натурным данным
Математическая модель
![Page 14: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/14.jpg)
Вариации Z- составляющей магнитного поля – измерения ГИТ
1 - на газопроводе (1 м в стороне) (относительные единицы) и 2 - вдали от газопровода (600 м) (относительные единицы) в период магнитного возмущения 21.01.05. По оси абсцисс приведено мировое время (UT)
I=3,2 А.
Геомагнитно – индуцированный ток
![Page 15: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/15.jpg)
ЦельРазработка и вычислительная реализация математических моделей токов и напряжений, индуцированных в линиях передач грозовыми разрядами и геомагнитными возмущениями в условиях многолетней мерзлоты.
Задачи• разработка математических моделей ВТН в линиях
передач; • численные оценки величин токов и напряжений в
линиях передач;• обработка данных натурных измерений;• адаптация результатов численных расчетов к
натурным экспериментальным данным.
![Page 16: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/16.jpg)
)()0,(,0)0,(
,0
,0
,0
xfxuxi
GuCuit
xRiLiu
tx
tx
.)()2()(4
1)(222222
0
обобобобобоб yxxzl
Q
yxxz
Qxf
Удар молнии вблизи линии передач
![Page 17: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/17.jpg)
Аналитическое решение
![Page 18: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/18.jpg)
Кабель
Волны силы тока
Волны напряжения
![Page 19: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/19.jpg)
Волна силы тока Волна напряжения
Кабель
Сравнение максимальных значений амплитуды силы тока
x
x
x
![Page 20: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/20.jpg)
)()()( 21 xfxfxf
21
21
21
21
21
210
1)()2()(4
1)(yxxzl
Q
yxxz
Qxf
.)()2()(4
1)(22
22
22
22
22
220
2
yxxzl
Q
yxxz
Qxf
Разряд молнии между облаками
![Page 21: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/21.jpg)
Трубопровод
Волны силы тока
Волны напряжения
![Page 22: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/22.jpg)
Разряд молнии перпендикулярно линии передач
y
-Q
Q
y2
y1
x
Линия передач
Если x1=x2, y1=y2, z1=z2 , то ВТН в проводнике не образуется.
![Page 23: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/23.jpg)
Учет зависимости тока молнии от времениУчет зависимости тока молнии от времени
(t)
Q(t) – зависимость заряда облака от времени
0)0,(,0)0,(
),,(
,0
,0
xuxi
txGuCuit
xRiLiu
tx
tx
-Q(t)
![Page 24: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/24.jpg)
Прямоугольный импульс тока Прямоугольный импульс тока молниимолнии
)(1)( 00
0 ttttQtQ
0
00 )()(t
ttQdt
tdQ
Q(t)
Q
t0
t
0
![Page 25: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/25.jpg)
Волна силы тока в кабелеВолна силы тока в кабеле удар молнии о землюудар молнии о землю
Сравнение максимальных значений
![Page 26: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/26.jpg)
Волна силы тока в кабеле при разряде молнии между Волна силы тока в кабеле при разряде молнии между облакамиоблаками
Сравнение максимальных значений
![Page 27: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/27.jpg)
ТрубопроводТрубопровод
![Page 28: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/28.jpg)
Импульс токаИмпульс тока,, наиболее близкий к реальному наиболее близкий к реальному
![Page 29: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/29.jpg)
Трубопровод
![Page 30: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/31.jpg)
В целях сохранения живучести аппаратуры применено В целях сохранения живучести аппаратуры применено ограничение ограничение 5В 5В на величину сигнала поступающие в АЦП. В на величину сигнала поступающие в АЦП. В момент ближней грозы 3-7момент ближней грозы 3-7 км км от точки измерения, в 6 случаях от точки измерения, в 6 случаях это ограничение сработало, т.е. это ограничение сработало, т.е. U> 5U> 5ВВ
![Page 32: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/32.jpg)
Методика обработки натурных данныхМетодика обработки натурных данных
Сила тока в рамке по закону Ома
По закону электромагнитной индукции Фарадея
Напряжение на АЦП
![Page 33: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/33.jpg)
Обработка натурных данных
Напряжение в трубопроводе по натурным данным
Сила тока в трубопроводе по натурным данным
t
dtUtI0
)(68,1)(
![Page 34: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/34.jpg)
Адаптация математической модели
![Page 35: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/35.jpg)
![Page 36: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/38.jpg)
Индуцированное перенапряжение в однопроводной ЛЭП, при электромагнитном излучении канала молнии
![Page 39: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/39.jpg)
Импульс тока молнии
20 40 60 80 100 120 140tмкс2
4
6
8
10
12ItкА
![Page 40: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/40.jpg)
r = 50 м – расстояние канала молнии от провода.
Параметры задачи
![Page 41: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/41.jpg)
Индуцированное напряжение в однопроводной ЛЭП
x=500 м
![Page 42: ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062218/56815583550346895dc353c4/html5/thumbnails/42.jpg)
Возникновение ВТН в ЛЭП
H=1500 ,33.0)(0
КлdIQ
l=250м –толщина многолетней мерзлоты
мl 10