10. Уточнение числа вертикальных электродов

Определяется уточненное число вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтального электрода

Если уточненное число вертикальных электродов более чем на 10 % отличается от примерного числа , то рекомендуется вновь уточнить коэффициенты использования и и повторить расчет .

Предыдущее число вертикальных электродов было n_В=53

Уточненное числа вертикальных электродов n_ВУ=51,6

n_ВУ отличается от n_В на 2,65% (допускается менее 10%)

Округляем в сторону увеличения: n_В=52.

11. Окончательное значение сопротивления искусственного заземлителя.

Требуемое значение сопротивления R_И=0,86 Ом.

Расчетное значение сопротивления R_ИР=0,85 Ом.

Запас 0,006 Ом.

Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения применяются выравнивающие сетки. На открытых подстанциях рекомендуется укладывать сетки на глубине 0,5 – 0,7 м с размером ячеек 6 –12 м. Сопротивление сетки в расчетах не учитывается, обеспечивая дополнительное (резервное) уменьшение сопротивления. Размещение продольных и поперечных полос по территории открытой подстанции приведено на рис. 6.

Рис. 6. Контурный заземлитель открытой подстанции: 1 − забор;

2 − оборудование; 3 − заземляющее устройство

Вывод: Заземляющее устройство подстанции имеет 50 вертикальных электродов, соединенных горизонтальной шиной. Сопротивление заземляющего устройства (без учета естественного заземлителя ) R=0,85 Ом.

2. Защита подстанции от прямых ударов молнии

Цель раcчета: научиться правильно выполнять защиту подстанций 110/6-10 кВ от прямых ударов молнии.

Общие положения

Открытые распределительные устройства (ОРУ) подстанции 35 – 750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами

В дипломном проекте расчет рекомендуется выполняется по двум методикам.

Первая методика [2]была предложена в ВЭИ на основе обширных лабораторных исследований на моделях, проведенных в 1936−1940 гг. А. А. Акопяном. По этой методике зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой «шатер» (рис. 7), по ней можно рассчитывать зоны защиты молниеотводов высотой до 60 м. Объекты, находящиеся на границе этой зоны (h_x), защищены с вероятностью Р ≈ 0,999.

Рис. 7. Зона защиты одиночного молниеотвода по методике А.А. Акопяна

Радиус зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 7) на высоте для молниеотводов высотой до 60 м определяется по формуле

(3)

где h – высота молниеотвода, м; - активная высота молниеотвода, м; p – коэффициент для разных высот молниеотводов (p = 1 для и для 60 > h >30 м).

Зона защиты двух молниеотводов высотой не более 60 м показана на рис. 8. Граница внешней зоны определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, по формуле (3).

Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется окружностью радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку А, расположенную посредине между молниеотводами на высоте:

,

где а – расстояние между молниеотводами, м.

Рис. 8. Зоны защиты двух молниеотводов высотой до 60 м

Наименьшая ширина зоны защиты в середине между молниеотводами (на горизонтальном сечении) на высоте определяется по кривым или по приближенной формуле

, (4)

где вычисляется по формуле (3).

Зона защиты трех и более молниеотводов значительно превышает сумму защиты одиночных молниеотводов. На рис. 9 показана зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на уровне . Радиус внешней зоны защиты для каждого молниеотвода определяется так же, как и для одиночного молниеотвода по формуле (3). Ширина внешней зоны защиты для каждых двух молниеотводов определяется по формуле (4).

Рис. 9. Зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на высоте : 1, 2, 3 – молниеотводы

А условие защищенности всей остальной площади, ограниченной треугольником, выражается соотношением

, (5)

где D – диаметр окружности, проведенной через три молниеотвода.

Эта методика вошла в «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов» [2]. Долгие годы эта методика была основной для расчета зон защиты молниеотводов станций и подстанций.

В 60-e годы была предложена упрощенная методика расчета зоны защиты одиночного молниеотвода, в которой шатер заменен отрезками двух прямых (рис. 10). Все расчетные формулы первой и второй методики совпадают, поэтому и высоты молниеотводов, полученных по ним, одинаковы. Но она удобна для построения зон защиты двух молниеотводов, так как кривые заменены отрезками прямых. В последнем издании Электротехнического справочника [11] рекомендуется использовать эту методику для защиты установок электроэнергетики, при этом надежность защиты ее принимается Р ≈ 0,99.

Рис. 10. Упрощенная методика построения зоны защиты

одиночного молниеотвода

В третьей методике учтено, что вершина молниеотвода не защищена, поэтому зона защиты одиночного молниеотвода высотой до 150 м представляет собой круговой конус высотой h₀<h (рис. 11). Эта методика рекомендуется в “Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.12г. – 87” [4]. Так как защищенность объектов необходимо проверять по третьей методике, то приведем основные расчетные формулы для зоны А (надежность Р≈0,995).

Зона защиты одиночного молниеотвода (рис. 11) зона А имеет следующие размеры:

h_o = 0,85∙h; r_o = (1,1 − 0,002∙h)∙h; r_x = (1,1 − 0,002∙h)∙((h−h_x)/0,85).

Рис. 11. Зона защиты одиночного молниеотвода:

1 – граница зоны защиты на уровне h_x; 2 – то же на уровне земли.

Зона защиты двойного молниеотвода (рис. 12) зона А при L 2h имеет следующие размеры:

h_c = h_o − (0,17+ 3∙10^-4∙h)∙(L−h);

r_c = r_o; r_cx = r_o∙(h_c –h_x)/h_c.

Рис. 12. Зона защиты двойного молниеотвода:

1 – граница зоны защиты на уровне h_x1;

2 − граница зоны защиты на уровне h_x2;

3 – то же на уровне земли.

В 1999 году вышло “Руководство по защите электрических сетей 6-1150кВ от грозовых и внутренних перенапряжений” [10], в котором рекомендуется распространить “Инструкцию по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87” на расчет молниезащиты станций и подстанций. Причем станции и подстанции до 750 кВ следует защищать молниеотводами с зоной типа А, а напряжением 750 кВ и выше – зоной типа Б.

Однако, в 2003 году приказом Минэнерго России утверждена новая “Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций” [12], в которой больше нет зон А и Б, надежность защиты изменяется от 0,9 до 0,999, а с какой надежностью следует защищать подстанции не дано (лишь сказано, что надежность защиты “должна быть согласована с органами государственного контроля”). В инструкции также сказано, что “при разработке молниезащиты в случаях, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем настоящей Инструкции, то рекомендуется выполнять отраслевые требования”. Поэтому пока этой инструкцией воспользоваться сложно.

В связи с последними изданиями появилась неопределенность в выборе методики расчета молниезащиты подстанции, поэтому при выполнении дипломного проектирования рекомендуется расчет выполнять по первой или второй методике (в соответствии с рекомендациями Электротехнического справочника [11]), а в отдельных случаях проверять защищенность объектов по третьей методике (с надежностью Р≈0,995, как было в старой инструкции) и окончательно брать наибольшую из расчетных величин.