книги / Техника высоких напряжений

Рис. 30-32. Зависимость основной, частоты собственных колебаний схем рис. 30-30 и

Т

Сплошная линия — расчет точным методом; пунктир—расчет по приближенной формуле:

CÛjT^

Применяя, так же как и раньше, тео­ рему разложения, нетрудно найти, что ча­ стоты собственных колебаний должны опре­ деляться из уравнения

pL sh pz + г ch pz = 0,

полностью справедливы и для данной схемы. Если ZL >2, то для ориентировочных

расчетов схема может быть заменена коле­ бательным контуром, индуктивность кото­ рого равна предвклгаченной индуктивности L, а емкость—полной емкости линии Сд= т /2.

31-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Молниеотводы как средство за­ шиты от прямых ударов молнии при­ менялись задолго до начала нашей эры, до получили всеобщее призна­ ние только в середине XVIII в. в ре­ зультате работ Франклина и Ломо­ носова.

Каждый молниеотвод состоит из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, заземлителя и токоотводящих спусков, соединяющих молниеприемник с заземлителем. По типу молниеприемников различают стержневые и тро­ совые молниеотводы.

Рис. 31-2. Схема опыта по определению зоны защиты.

рис. 31-2, причем электрод, с кото­ рого развивается разряд, имитирует собой конец лидерного разряда на высоте ориентировки молнии. В экс­

водов высотой до 30 м было приня-

= 10. Для молниеотводов высотой более 30 м высота ориентировки принималась постоянной (// = 600 м для стержневых молниеотводов и #=300 м для тросовых). Справед­ ливость принятых величин не мо­ жет быть строго доказана, однако есть основания полагать, что их ис­ пользование дает несколько зани­ женные зоны защиты, что обеспечи­ вает определенный запас надежно­ сти.

Несмотря на то, что большинст­ во разрядов молнии в землю имеет отрицательную полярность, при опытном определении зон защиты применяются разряды положитель­ ной полярности. Связано это с тем, что при ударах молнии в возвы­ шающиеся объекты с его вершины развивается встречный стример, как бы удлиняющий молниеотвод. Од­ нако длина этого встречного стриме­ ра при молниеотводах высотой до 100 м не превышает нескольких де­ сятков метров. При тех искровых

промежутках, с которыми приходит­ ся иметь дело в лаборатории, при от­ рицательной полярности верхнего электрода разряд начинает разви­ ваться с молниеотвода и зоны заши­ ты получаются сильно завышенны­ ми. При положительной полярности встречный стример с молниеотво­ да составляет небольшую долю раз­ рядного промежутка (до V3), что гораздо ближе к условиям, имею­ щим место при разрядах молнии. Однако необходимость применения не той полярности, какая имеет ме­ сто в природных условиях, свиде­ тельствует о весьма приближенном моделировании реальных процессов в лаборатории. Поэтому следует иметь в виду, что полученные в ла­ боратории зоны защиты молниеот­ водов носят условный характер и мы имеем право их использовать только потому, что многолетние на­ блюдения над реальными молниеот­ водами подтвердили надежность разработанных на основании лабо­ раторных экспериментов рекомен­ даций.

Техника опытного определения зон защиты заключается в следую­ щем (рис. 31-3). Электрод, располо­ женный на высоте #, смещается относительно модели молниеотвода в горизонтальном направлении. При

Рис, 31-3. Определение на модели зоны защиты стержневого молниеотвода.

г > 1,6 h. Величина г является ра­ диусом зоны защиты на уровне земли. Расстояние R называют ра­ диусом зоны 100%-ного попадания в молниеотвод.

Определение радиуса зоны защи­ ты на высоте hx производится с по­ мощью стержня высотой hx, имити­ рующего защищаемый объект. Электрод и модель объекта, нахо­ дящиеся в одной плоскости, пере­ мещаются относительно друг друга и по отношению к модели молние­ отвода. При каждом взаимном расположении электродов произво­ дится определенное число разря­ дов. В результате находится макси­ мальное расстояние гх между объек­ том и молниеотводом, при котором объект не поражается разрядом.

Это расстояние гх является радиу­ сом зоны защиты молниеотвода на высоте hx.

Чем больше разрядов произво­ дится при каждом расположении электродов, тем с большей точ­ ностью определяется радиус зоны защиты и тем меньше вероятность

вой, а тросовый, то электрод и объ­ ект перемещают по горизонтали в плоскости, перпендикулярной тро­ су (рис. 31-4). Опыт показывает,

Рис. 31-5. Распределение разрядов между тросом и землей.

что в этом случае размер зоны за­

трод дальше, увеличивая расстоя­ ние до вертикальной плоскости, в которой находится трос, то все меньше и меньше разрядов будет попадать в молниеотвод и, наконец, при некотором расстоянии все раз­ ряды будут поражать только землю.

в среднем в тросовый молниеотвод попадают все разряды молнии, раз­

Зона защиты одиночного стерж­ невого молниеотвода высотой до 30 м (рис. 31-6) представляет собой пространство, ограниченное по­ верхностью вращения с образую­ щей, которая может быть найдена по формуле

Гх= - 14 - ( А - Л х), (31-1)

! + Т

Рис. 31-7. Построение зоны защиты стержневого молние­ отвода.

/ — у п р о щ ен н о е п остроен и е; 2 — зо н а заи щ ты , п о стр о ен н ая по (31-1 )*

5 5

коэффициент р = ~ ; V ft

Построение зоны защи­ ты производится анало­ гично тому, как это показано на рис. 31-7, но прямые аа! и cd про­ водятся через точки, лежащие на поверхности земли на расстояниях соответственно 0,75hp и 1,5А/7 от оси молние­ отвода.

Зона защиты меж­ ду двумя стержневы­ ми молниеотводами имеет значительно большие размеры, чем оумма зон защиты двух

ся зона защиты для мол­ ниеотводов 2 и 3, имеющих одинаковую высоту h2 и расположенных на расстоя­ нии а'.

Такие объекты, как от­ крытые распределительные устройства подстанций,рас­ полагаются на достаточно большой территории. Их приходится защищать не­ сколькими молниеотводами.

Вэтом случае внешняя

часть зоны защиты определяется тем же путем, как и зона защиты двух молниеотводов. Внутренняя часть зоны защиты нескольких мол­ ниеотводов не строится. Объект вы­ сотой Ах, находящийся внутри тре­ угольника (или прямоугольника), образуемого молниеотводами, будет защищен в том случае, если диа­ метр D окружности, проходящей че­ рез вершины молниеотводов (или диагональ прямоугольника, в углах которого находятся молниеотводы), не будет больше восьмикратной ак­ тивной высоты молниеотводов Аа= = А—Ах, т. е. условием защищенно­ сти площади между молниеотвода­ ми на уровне hx является:

На рис. 31-10 и 31-11 показаны зоны защиты на уровне hx для трех и четырех молниеотводов.

При произвольном расположе­ нии молниеотводов условие защи­ щенности на уровне hx должно быть проверено в отдельности для каж­ дой тройки ближайших друг к дру­ гу молниеотводов.

Если высота молниеотводов пре­ вышает 30 м, то условием защищен­ ности объекта на уровне hx будет:

На рис. 31-12 показана компоновка открытого распределительного устройства 110 кв, подлежащего защите от прямых

ударов молнии. На основе прикидочного расчета выбираются места расположения молниеотводов на порталах высотой 11 м.

Затем рассчитываются зоны защиты, созда­ ваемые каждой группой из трех или четы­ рех молниеотводов.

Рис. 31-10. Площадь на уровне hx> защи­ щенная тремя молниеотводами (1, 2 и 3)

высотой /г.

Рис 31-11. Площадь на уровне hXt защи­

щенная четырьмя молниеотводами, которые расположены в вершинах прямоугольника.

Рассматриваем зону защиты молниеот­ водов /, 3 и 4. Диаметр окружности, про­

ходящей через вершины этих молниеот­ водов,

£>=50 м.

Условие полной защищенности площа­ ди треугольника, образованного молниеот­ водами /, 3 и 4,

D <8/ia.

Следовательно, минимальная активная высота этих молниеотводов должна быть:

5° __

Ла — g "“ 6,3 м%

Минимальная активная высота мол­ ниеотводов /, 2 и 4, необходимая для за­

щиты площади треугольника, образуемого этими молниеотводами,

60

Ла = -g - 5=5 7,5 м.

Минимальная активная высота молние­ отводов 2, 4 и 5

55

Ла = -g" = 6,9 М.

Для защиты площади прямоугольника, в углах которого расположены молниеот­ воды 3, 4, 6 и 7, необходима активная вы­

сота

51

Яа = “g”= 6 ,4 м.

Минимальная активная высота молние­ отводов 4, 5, 7 и 8

Ла — g —7,2 м.

Таким образом, для всех молниеотво­ дов можно принять одинаковую активную

высоту /ta=7,5 м. Защищаемые объекты имеют максимальную высоту около И м

(шины подстанции), поэтому полная высо­ та молниеотводов должна быть Л=11 + +7,5=18,5 м. Для устройства молниеотво­ дов используются порталы высотой И м.

Порталы А и В высотой 8,2 м нахо­ дятся за пределами треугольников 7, 3, 4

и 2, 4, 5, поэтому необходимо проверить, входят ли они в зоны защиты, образуемые

Максимальная высота зоны защиты по­ средине между молниеотводами 1—3 или

2—5 определяется по (31-4)

43 Л0 = 18,5 — — = 12,3 м.

Размер зоны защиты посредине между молниеотводами на уровне кх = 8,2 м

по (31-2):

Построение показывает, что пор­ талы А и В полностью входят соот­ ветственно в зоны защиты молние­ отводов 1—3 и 2—5.

Зона защиты тросового молние­ отвода показана на рис. 31-13. Се­ чение зоны защиты в плоскости, перпендикулярной тросу, строится так же, как и для стержневого мол­ ниеотвода, с той лишь разницей, что ширина зоны на уровне земли для тросового молниеотвода, подвешен­ ного на высоте Л <30 м, равна 1,2Л. Половина ширины зоны защиты на

уровне h определяется как

&Я = 0,6Л (1-•*=■). (31-8)

2

На уровне hx < -у А половина ширины

зоны защиты составляет:

Выше отмечалось, что в опытах на модели при удалении высоко­ вольтного электрода на расстояние £ = 2А все разряды поражают трос. Очевидно, если использовать в каче­ стве молниеотводов два троса, то при расстоянии между ними s = 4A точка, расположенная на поверхно-

Рис, 31-13. Зона защиты тросового молние­ отвода.

Рис. 31-14. Зона защиты двух тросов.

сти земли посредине между троса­ ми, не будет поражаться молнией.

Если расстояние между двумя тросами 5 < 4 А, то будет защищена от поражений точка, расположенная посредине между тросами на уров­ не

двух тросовых молниеотводов опре­ деляется так же, как и для одиноч­ ного троса. Внутренняя часть огра­ ничена поверхностью, которая в се­ чении плоскостью, перпендикуляр* ной тросам, дает дугу окружности.

Эта дуга окружности может быть построена по трем точкам: одна из них А0, а две другие — тросы (рис. 31-14).

В электрических установках тро­ сы используются в основном для

В связи с этим пользуются не зона­ ми защиты, а так называемыми угла­ ми защиты, т. е. углами между вер­ тикальной линией и линией, соеди­ няющей провод и трос на плоско­ сти, перпендикулярной к оси-прово­ да (рис. 31-15).

В отдельно стоящий молниеот­ вод высотой А = 30 м в районах со средней интенсивностью грозовой деятельности прямые удары молнии происходят весьма редко— 1 раз в 15 лет (см. гл. 29). Поэтому, если зона защиты определена с вероят­ ностью в 0,1%, то при 10 молниеот­ водах на подстанции можно гаран-