3. Захист від прямих ударів блискавки

Найнебезпечніший вид враження від атмосферних перенапруг - прямий удар блискавки в той або інший об'єкт. Струм блискавки /_м, протікаючи через заземлений об'єкт із опором заземлення R, створює на ньому спад напруги U₃ = Внаслідок більших значень сили струму блискавки така напруга може досягати сотень тисяч і мільйонів вольт, отже, ізоляція установки неминуче буде пошкоджена.

У зв'язку із цим захист від прямих ударів блискавки заснована на тому, що напрямок лідера блискавки найбільше ймовірно до об'єкта, на якім є максимальне значення напруженості електричного поля. У якості об'єктів споруджують високі блискавковідводи, які на себе лідер і головний розряд блискавки.

При правильному виборі розташування блискавковідводів можна практично виключити влучення блискавки в об'єкт, що захищається. Щоб при цьому напруга на блискавковідводі не перевищувало припустимої межі й не виникали умови для ушкодження ізоляції об'єкта, що захищається, блискавковідводи повинні бути заземлені через малий опір.

Для захисту об'єктів невеликої довжини (будинки, відкриті підстанції) застосовують стрижневий блискавковідвід. Він являє собою високу дерев'яну або сталеву щоглу, що вертикально закріплюється в землі. Зверху щогли встановлюють блискавкоприймач у вигляді сталевого стрижня, труби або кутника перетином не менш 100 мм². Він повинен перевищувати щоглу не менш чим на 15 см і не більше ніж на 2 м. З'єднують блискавкоприймач зі струмовідводом, сталевий провід діаметром не менш 6 мм.

Струмовідвід проходить униз уздовж щогли й з'єднується із заземленням зі сталевих стрижнів або кутників, опір розтікання якого не повинне перевищувати 15...20 Ом. Заземлення повинне розташовуватися не ближче чому на 0,5...0,8 м від фундаментів будинків, а у тваринницьких приміщеннях - не ближче 4,5 м від їхніх стін. Протяжні об'єкти (лінії електропередачі, великі підстанції) більш доцільно захищати від прямих ударів блискавки заземлюючими тросами, натягнутими над об'єктом, що захищається. Слід зазначити, що лінії напругою до 35 кВ включно, а на дерев'яних опорах і 110 кВ захищати від прямих ударів блискавки не рекомендується з економічних міркувань.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою до 60 м показано на рис. 14.2. Розміри зони визначають співвідношенням

Внаслідок імовірнісного характеру проривів блискавки виконання блискавкозахисту, що повністю виключає поразку захи­щаємих об'єктів, не завжди доцільна, а в ряді випадків взагалі технічно нездійсненна. Оптимальну надійність, тобто висоту блискавковідводу, визначають на основі зіставлення вартості блискавкозахисту з можливим збитком від поразки блискавкою, враховуючи збиток від недовід- пуску електроенергії за час ліквідації ушкоджень.

Для відкритих розподільних обладнань станцій і підстанцій, у тому числі сільських, обирають зони захисту з імовірністю прориву не більш 10^-2, тобто не більш одного удару блискавки з 100 може вразити об'єкт, що захищається. При цьому апарати вводу і шинопроводи повинні перебувати по можливості в глибині зони захисту, тому що поразка їх блискавкою становить найбільшу небезпеку.

Надійність блискавкозахисту характеризується числом р проривів блискавки в рік на, що об’єкт захищається або числом т = 1/р років, за яке очікується прорив блискавки в зону захисту,

де \|/ - імовірність прориву в зону захисту (10^-2 або 10) відповідно значенню об'єкта); N- сумарне число ударів у блискавковідвід, об’єкту захищається.

Рис. 14.2. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою до 60 м:

Якщо одиночний стрижневий блискавковідвід не забезпечує охоплення всієї зони, що захищається, або потрібно занадто високий блискавковідвід, число блискавковідводів слід збільшувати. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів (подвійний блискавковідвід) показано на рис. 14.3.

Зовнішню зону захисту блискавковідводів будують так само, як і одиночних. Найменшу ширину зони захисту між блискавковідводами на рівні h₀ визначають по кривих, наведених на рис. 14.4.

Найменша висота зони захисту для блискавковідводів висотою до 30 м

Рис. 14.3. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів однакової висоти до 60 м

а - відстань між блискавковідводами; Ь, - найменша ширина зони захисту на рівні А,; г, - радіус зони захисту одиночного блискавковідводу; R - радіус окружності, що проходить через вершини блискавковідводів і крапку ПРО, що перебуває на рівні А₀

Зона захисту трьох і більш стрижневих блискавковідводів значно перевищує суму зон захисту одиночних блискавковідводів. Побудови горизонтальних перетинів зони захисту на рівні hx показано на рис. 14.5, а й б на. прикладі трьох- і четырехстержневых блискавковідводів. Розміри bj2 визначають по кривим (рис. 14.4) залежно від a/h„ і висоти блискавковідводу. Радіус захисту г_х знаходять так само, як для одиночного блискавковідводу.

Необхідна умова захищеності всієї площі на рівні ha для блискавковідводів висотою до 30 м можна записати так: D<8ha (рис. 14.5).

Для захисту протяжних об'єктів, головним чином проводів повітряних ліній електропередачі напругою 110 кВ і вище, застосовують тросові блискавковідводи, які представляють собою сталеві троси, прокладені на тих же опорах вище основних проводів.

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу (горизонтально підвішеного троса) має форму, показану на рис. 14.6, а. Зона захисту на рівні hx обмежується двома паралельними тросу лініями, розташованими на відстані г_х від вертикальної площини, що перетинає блискавковідвід.

Рис. 14.4. Значення найменшої ширини зони захисту у двох стрижневих блискавковідводах висотою до 30 м для в/А, = 0...7.

Відстань г_х, умовно називане за аналогією з одиночним стрижневим блискавковідводом радіусом захисту, при h < 30 м визначають по формулі

Значення А, залежить від припустимої ймовірності прориву блискавки в зону захисту. Для захисту з імовірністю прориву блискавки не більш 10^-2 = 1,21, а з імовірністю прориву не більш 10^-3 К_х = 0,6.

Рис. 14.5. Зони захисту трьох (а) і чотирьох (б) стрижневих блискавковідводів однакової висоти на рівні hx

Рис. 14.6. Зони захисту одиночного (а) і двох (б) тросових блискавковідводів висотою до 30 м:

А - горизонтальний перетин зони захисту на рівні h„\ т-Т - трос; I- горизонтальний перетин на рівні; II - вертикальний переріз зони захисту

Побудова зони захисту двох паралельні тросові блискавковідводів висотою до 30 м презентовано на рис. 14.6, б. Зовнішні області зон захисту визначають як для одиночного тросового блискавковідводу. Вертикальний переріз зони захисту між двома тросовими блискавковідводами обмежується дугою кола, що проходить через блискавковідводи й середню точку між блискавковідводами О, що перебуває на висоті

Значення К, залежить від прийнятої ймовірності прориву блискавки в зону захисту. Для зони з імовірністю прориву не більш 10^-2 К₃ = 5, для зони з імовірністю прориву не більш 10~³ К₃ = 3.

Для захисту об'єкта між двома тросами необхідно дотримати умови ha = h — hx> а/К₃ перевищення, що визначає, блискавковідводу над об'єктом, що захищається.

Число ударів блискавки в рік у протяжний об'єкт, у тому числі тросовий блискавковідвід висотою h і довжиною /, відповідно до формули становить

де