Praktyczne aspekty wykorzystania obliczeń, modelowania i symulacji w projektowaniu urządzeń kompleksowej ochrony odgromowej i przepięciowej

Opis

Niniejsza publikacja odnosi się do metod kompleksowej analizy urządzeń ochrony odgromowej i przepięciowej. Jest to tematyka, która z roku na rok nabiera coraz większego znaczenia w kontekście rozwoju technologicznego instalacji elektrycznych, jak również dołączonych do nich urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Biorąc pod uwagę coraz większe znaczenie ciągłości dostaw energii elektrycznej dla codziennego funkcjonowania człowieka oraz społeczne uzależnienie od poprawnego działania wspierającej go w życiu codziennym elektroniki, kwestia optymalnego doboru środków ochrony jest sprawą kluczową, zapewniającą szeroko pojęte bezpieczeństwo. Przedstawione w monografii podejście techniczne, w odniesieniu do obowiązujących norm, jest swojego rodzaju próbą połączenia tych dwóch obszarów tematycznych, z wyraźnym akcentem na aspekt techniczny i praktyczne wykorzystanie możliwości obliczeń, modelowania i symulacji w codziennej praktyce inżynierskiej. W szczególności dotyczy to wykorzystania analiz na etapie oceny zagrożenia piorunowego oraz projektu urządzenia piorunochronnego.

Spis treści

1. Wprowadzenie / 11

2. Zagrożenie piorunowe / 21
2.1 Wprowadzenie / 21
2.2 Fizyka wyładowań piorunowych / 23
2.3 Zagrożenie piorunowe obiektów naziemnych / 29
2.4 Zagrożenie piorunowe obiektów pływających / 36
2.5 Zagrożenie piorunowe obiektów latających / 42
2.6 Podsumowanie / 45

3. Ochrona odgromowa / 47
3.1 Wprowadzenie / 47
3.2 Koncepcja stref ochronnych / 49
3.3 Normalizacja / 51
3.4 Szacowanie ryzyka piorunowego / 56
3.5 Zewnętrzne urządzenie piorunochronne / 59
3.5.1 Maszty i zwody / 60
3.5.2 Przewody odprowadzające / 62
3.5.3 Uziemienie / 63
3.6 Wewnętrzne urządzenie piorunochronne / 65
3.6.1 Połączenia wyrównawcze / 65
3.6.2 Urządzenia do ograniczania przepięć / 65
3.6.3 Ekrany pola elektromagnetycznego / 67
3.7 Podsumowanie / 67

4. Obliczenia normatywne / 69
4.1 Wprowadzenie / 69
4.2 Obliczanie powierzchni zbierania / 70
4.3 Współczynnik poło żenia obiektu / 74
4.4 Lokalizacja analizowanego obiektu / 85
4.5 Współczynnik środowiskowy / 89
4.6 Podsumowanie / 91

5. Podstawy modelowania i symulacji / 93
5.1 Wprowadzenie / 93
5.2 Podstawowe definicje / 94
5.3 Modelowanie polowe a obwodowe / 97
5.4 Krótki opis środowiska MATLAB / 100
5.5 Krótki opis środowiska ANSYS Multiphysics / 102
5.6 MIS w ochronie odgromowej / 103
5.6.1 Zwody, przewody odprowadzające / 104
5.6.2 Uziomy / 105
5.6.3 Napięcia indukowane / 106
5.6.4 Ograniczniki przepięć / 108
5.7 Podsumowanie / 109

6. Udar piorunowy / 111
6.1 Wprowadzenie / 111
6.2 Model źródła udaru piorunowego / 123
6.2.1 Model obwodowy w środowisku MATLAB/Simulink / 124
6.2.2 Model polowy w środowisku ANSYS/Maxwell / 126
6.3 Podsumowanie / 128

7. Linia elektroenergetyczna / 131
7.1 Wprowadzenie / 131
7.2 Metoda klasyczna / 132
7.3 Model linii typu PI / 137
7.4 Model rozproszony linii / 140
7.5 Odbicia / 142
7.6 Podsumowanie / 144

8. Zewnętrzna instalacja odgromowa / 147
8.1 Wprowadzenie / 147
8.2 Model zewnętrznego LPS w środowisku MATLAB / 148
8.2.1 Przykład MATLAB/Simulink / 152
8.3 Model zewnętrznego LPS w środowisku ANSYS / 161
8.4 Podsumowanie / 168

9. Rozkład pola elektrycznego / 171
9.1 Analiza prostych przypadków / 176
9.2 Rozkład natę żenia pola – MATLAB / 179
9.3 Rozkład natę żenia pola – ANSYS / 180
9.4 Podsumowanie / 182

10. Rozkład pola magnetycznego / 185
10.1 Zało żenia - MATLAB / 186
10.2 Podstawy teoretyczne / 187
10.3 Model matematyczny / 189
10.4 Właściwości obliczania pól / 193
10.5 Analiza porównawcza prostych przypadków / 195
10.6 Rozkład wokół LPS – MATLAB / 196
10.6.1 Wpływ geometrii na rozkład pola / 201
10.7 Rozkład pola wokół LPS – ANSYS / 204
10.8 Podsumowanie / 208

11. Napięcia indukowane / 209
11.1 Wprowadzenie / 209
11.2 Indukcyjność wzajemna / 212
11.3 Indukcja pola magnetycznego / 214
11.3.1 Obliczenia MATLAB / 216
11.4 Obliczenia ANSYS / 218
11.5 Obliczenie według normy / 221
11.6 Obliczenia uproszczone / 225
11.7 Podsumowanie / 226

12. Uziemienie / 229
12.1 Różne funkcje uziemienia / 229
12.2 Właściwości gruntów / 231
12.2.1 Pomiar rezystywności / 235
12.3 Rozpływ prądu piorunowego w gruncie / 244
12.3.1 Grunt wielowarstwowy / 249
12.4 Substancje zmniejszające rezystywność gruntu / 254
12.4.1 Obliczenia metodą analityczną / 255
12.4.2 Symulacja w środowisku ANSYS / 257
12.5 Podsumowanie / 260

13. Ochrona przepięciowa / 263
13.1 Podstawy zasad doboru i montażu SPD / 264
13.2 Model ogranicznika warystorowego / 266
13.2.1 Pomiary charakterystyki napięciowo-prądowej / 268
13.2.2 Model SurgeArrester / 270
13.2.3 Model Varistor / 274
13.2.4 Model VariableResistor / 278
13.3 Model ogranicznika iskiernikowego / 280
13.4 Podsumowanie / 285

14. Podsumowanie / 289

15. Załączniki / 293
15.1 Dwuwarstwowy model gruntu / 293
15.2 Rozkład pola magnetycznego / 296
15.3 Napięcia indukowane / 299

Bibliografia / 301

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie