Защита от прямых ударов молнии
Защиту от прямых ударов молнии (ПУМ) производят в соответствии с Инструкцией по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153 34.21.1222003. Методика расчета изложена в учебном пособии А.В.КабышевТомск: Издво ТПУ, 2006. «Молниезащита электроустановок систем электроснабжения».
В соответствии с ПУЭ 7-е издание. М.: ДЕАН, 2013. открытые РУ и ПС 20-750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии. Выполнение защиты от прямых ударов молнии не требуется для ПС 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 МВ·А и менее независимо от количества таких трансформаторов и от числа грозовых часов в году n, для всех ОРУ ПС 20 и 35 кВ в районах с числом грозовых часов в году не более 20, а также для ОРУ и ПС 220 кВ и ниже на площадках с эквивалентным удельным сопротивлением земли в грозовой сезон более 2000 Ом·м при числе грозовых часов в году не более 20. На Южном Урале n = 40…60 ч.
Здания закрытых РУ и ПС следует защищать от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20.
Защиту зданий закрытых РУ и ПС, имеющих металлические покрытия кровли, следует выполнять заземлением этих покрытий. При наличии железобетонной кровли и непрерывной электрической связи отдельных ее элементов защита выполняется заземлением ее арматуры.
Защиту зданий закрытых РУ и ПС, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий с непрерывной электрической связью отдельных ее элементов, следует выполнять стержневыми молниеотводами, либо укладкой молниеприемной сетки непосредственно на крыше зданий.
В ПУЭ указано, что защита ОРУ 35 кВ и выше от прямых ударов молнии должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на конструкциях стержневыми молниеотводами.
Выбор количества и высоты молниеотводов
Подстанцию удобно защитить четырьмя стержневыми молниеотводами (рисунок 3), два из которых (1 и 2) разместить на порталах у вводных блоков, а два других (3 и 4) – на порталах, установленных вблизи силовых трансформаторов. Молниеотводы примем одинаковой высоты.
Рисунок 3 – Эскиз установки молниеотводов
Территория подстанции имеет размеры: a = 46 м, b = 33м. Высота наиболее высокого объекта составляет hx = 5,25 м. Расстояние между молниеотводами 1 и 2 составляет Ɩ1 = 21 м, расстояние между молниеотводами 3 и 4 составляет Ɩ2 = 34 м. Определим наибольшее расстояние между молниеотводами (2 и 3):
L = ( 212 + 342 ) = 39,96.
Расчет высоты молниеотвода произведем, исходя из надежности защиты PЗ = 0,99.
Рассмотрим зону защиты одиночного молниеотвода (рисунок 4):
Рисунок 4 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 30 м:
1
– граница зоны защиты на уровне земли;
2 – то же на уровне
По рисунку 4 составим уравнение
,
где
–
высота защищаемого объекта, м;
–
радиус защиты на уровне земли, м;
–
радиус защиты на уровне защищаемого
объекта, м;
–
высота конуса защиты, которая при высоте
молниеотвода менее 30 м равна:
,
где
–
высота молниеотвода, м.
Радиус при высоте молниеотвода менее 30 м согласно инструкции:
Полагая,
что молниеотводы расположены симметрично
относительно площади подстанции,
пользуясь рисунком 3, определим радиус
защиты
со стороны
подстанции:
,
rx
=
= 5,5 м;
и
со стороны
подстанции
,
rx
=
= 8 м;
Из двух значений выбираем большее: rx = 8 м;
Подставив значения и выделив высоту молниеотвода получим уравнение:
Решение уравнения дает минимально возможную высоту молниеотвода:
.
;
откуда
h1 = 16,56м; h0 = 0.
Примем высоту молниеотвода равной h=17,0м. Тогда h0 = 0,8h = 0,8 17= 13,6 м; r0 = 0,8h = 0,817 = 13,6 м.