Исходныеданные

Данныепримера

Номинальноенапряжение:Uном,кВ	220
Числоячеек:nя	12
Числовоздушныхлиний:nвл	5
Числогрозозащитныхтросов:nтр	2
Типгрозозащитныхтросовналиниях	С-70
Длинапролеталинии:lп,м	300
Удельноесопротивлениегрунта:изм,Омм	150
Числогрозовыхчасовзагод:nч,ч/год	45

Указанияквыполнениюзадания

По данным примера определяем: размерыячейки:ширина–15,4м,

длина–70,5м;

размерыОРУ: ширина–15,4·12=184.8м,

длина–70,5м.

2. Выбрать место установки и высоту молниеотводов – они должны обеспечивать зону защиты на высоте шинных порталов по всей территории ОРУ, также должны быть защищены линейные порталы. Эффективность определенных указанным ниже способом зон защиты молниеотводов подтверждена длительным опытом эксплуатации и оценивается как 0,995.

Объектывысотойh_x,находящиесявнутриобразуемогомолниеотводами

прямоугольника,защищенывтомслучае,еслидиагональпрямоугольникаD

удовлетворяетусловию:

D8(hh_x)p, (1)

гдеh_x–высотазащищаемогообъекта,авнешняячастьзонызащиты

определяется так же, как и зона защиты системы двух молниеотводов (рис. 4).В рассматриваемом примере молниеотводы целесообразнорасположить на линейных порталах (рис.5).

60500

ШСВ +ОВ

Рис.1ПланоткрытогоРУ220кВ.

Таблица2.

РазмерытиповогоОРУвыполненногопосхеме:сдвумяосновными и третьей обходной системами шин

Размеры,м	Номинальноенапряжение,кВ
	110	150	220	330	500
А	8,0	11,5	11,75	18,0	29,0
Б	9,0	9,5	12,0	19,6	26,8
В	12,5	15,0	18,25	20,4	29,0
Г	10,5	16,0	20,5	31,5	45,0
Д	9,0	11,1	15,4	22,0	31,0
Е	2,5	3,0	4,0	8,0	11,0
Ж	2,0	2,55	3,7	4,0	5,5
З	7,5	8,0	11,0	11,0	14,5
И	11,0	13,0	16,5	16,5	23,6
к	3,0	4,25	4,0	4,5	6,0

к

к

в г

h

к

б

а

и

к

З

Рис.2.ПоперечныйразрезячейкиОРУ220кВпоприсоединениюблока.

Рис.3.СхемазаполненияячейкиОРУ220кВпоотходящейлинии.

^r0x

Рис.4.Построениезонызащитыдвухстержневыхмолниеотводов.

r_x1,6ph^hhx

hh_x

1,6p

hh_x

, (2)

h_0h^a

7p

, (3)

r_0x1,6p^{h0hx . (4)}

Для молниеотводов высотой 30 – 100 м вводится поправочныйкоэффициентp, учитывающий снижение защитного действия:

p , (5)

гдеh–высотамолниеотвода,м.Приh≤30м	p=1.
Минимально необходимую высоту	молниеотводов	ОРУ	можно

определитьизследующихусловий:

Исходяизформулы(1),приh_x=16,5м(высоталинейныхпорталов)и

p=1,высотамолниеотводовсоставляет:

h^Dh73.7/816.525.7^м,

0,2h

h₀

h_x

h

r

x

₈ x

D



^73.7м,

гдеn–количествоячеекмеждумолниеотводами.

Исходяизформул(3,4),приh_x=11м(высоташинныхпорталов)и

p=1,высотамолниеотводовсоставляет:

0

h 

1,2

0

h17.1^м,

1

2

0

h2.4^м,

2

a

hh_07p

17^415.425,8_м

71

Из расчетов видно, что минимальная высота молниеотводов, обеспечивающая в рассматриваемом примере надежную защиту от ПУМ, должна составлять 25,8 м, но для удобства расчетов и увеличения надежности защиты примем высотуh= 26 м.

Зоназащитыодиночногомолниеотводаопределяютсянауровне:

шинныхпорталов

r_x1,6p

hh_x

1,61

2611

17.1

м,линейных

порталов

r_x1,6p

hh_x

1,61

2813

^16,39м.

Рассчитаемзонузащитымолниеотводов1-2;2-3;4-5;5-6:

расстояниемеждумолниеотводами:а=4·15.4=61.6м.

a

h_0h_7p

26^61.617.2_м,

71

науровнешинныхпорталов:h_x=11м,

hh 17.211

r_0x1,6p ^{0 x} 1,61 6_м,

науровнелинейныхпорталов:h_x=16,5м,

hh 17.216.5

^{r0x1,6p 0 x 1,61 0.,6}м,

Рассчитаемзонузащитымолниеотводов1-4;2-5;3-6:

расстояниемеждумолниеотводами:а=бвг/240.5м.

a

h_0h_7p

26^40,520.2_м,

71

науровнешинныхпорталов:h_x=11м,

hh 20,211

^{r0x1,6p 0 x 1,61 9.5}м,

науровнелинейныхпорталов:h_x=16,5м,

^r0x

1,6p

h_0h_x

1,61

20,216.5

116.5/20.2

3.2_м.

2. Осуществить расчет сопротивления заземляющего устройства и сопротивления заземления естественных заземлителей. Согласно требованию ПУЭ сопротивление заземлителя опоры, при удельном сопротивлении грунта 100<₁<500 Ом·м, в любое время года должно бытьR_оп≤ 15 Ом.

Расчетное значение удельного сопротивления для слоя сезонныхизменений:

^_расч^_изм^К_с, (6)

гдеК_{с- сезонный}коэффициент.

В табл.3 приведены значения К_с для средней полосы России (II

климатическаязона)притолщинеслоясезонныхизменений H_c2 мв

условияхзимы(длярасчетарабочихизащитныхзаземлителей)ивусловиях грозового сезона “лето” (для расчета заземлений грозозащиты).

Таблица3.

ЗначениясезонногокоэффициентаК_с

Заземление РабочееизащитноеГрозозащиты	Влажностьпочвыпередизмерением
	повышенная 5 2,6	средняя 2,7 1,4	пониженная 1,9 –

Таким образом, для рассматриваемого примера расчетное значениеудельного сопротивления – летом

зимой

^расч

^расч

^изм

^изм

^К_с=150·1,4=210Ом·м,

^К_с=150·2,7=405Ом·м.

В целях улучшения растекания тока, заземлители закладываются в грунт на глубину 0,5 – 1 м и более (для вертикальных заземлителей это глубина закладки верхней кромки), т.к. на глубине грунт в меньшей степени подвержен высыханию в жаркие летние месяцы года.

D

h=13M

h=8M

M1

M3

M2

M4

M5

M6

Рис.5ЗоназащитыОРУ220кВнавысотеh_x=11и16,5м.

Следуетвыбратьзаземлительопорыввиде2-хгоризонтальныхлучейи

3-хвертикальныхэлектродовдлиной5мидиаметром20мм(см.рис.6).

Рис.6.Сечениеn-лучевогозаземлителяопорыс вертикальными электродами

Сопротивлениеn-лучевогозаземлителясвертикальнымиэлектродамирассчитывается по формуле

R Aв^эоп _l

, (7)

л

гдеА–коэффициентподобиязависящийотчислалучейидиаметракдлине,

в–коэффициентзависящийототношений

a _{и lв}

^lв n_вl_л

,которые

выбираютсяиз[2,стр.66]:

^a51^;

l_в 5

d_л2010^3_

l_л 5

410

3_;

n_л2

=> А=0,75(рис.3-13),

l_вn_лl_л

_ 5

25

0,5^;

^a51 ^=>

l_в 5

в=0,42(рис.3-16).

Расчетсопротивлениязаземлителейвдвухслойномгрунтеведетсяпо

соответствующимрасчетнымэквивалентнымсопротивлениям_э,прикоторых

Rимеетту жевеличину,чтоиневоднородномгрунте.Приэтомзависитот

соотношения ₁ и _2, глубины границы их раздела, а также глубины

распространения электрического поля заземлителя, которое определяетсяразмерами и формой заземлителя:

_э H_ch

_1

H_ch 20,6



f^

2  ^lв

, ^

^2

[2,рис.3-14];



l_в 5

0,28^;

^11,4

₂

=> ^э

₂

1,1

=> _э

1,1

изм

1,1150165

Ом·м(лето),

^12,7

₂

=> ^э

₂

1,2

=> ^_э

1,2

изм

^{1,2150180Ом·м}(зима).

Тогда для лета

R_оп0,750,42¹⁶⁵10,4R_{опдоп}15

5

Ом,

длязимы-

R_оп0,750,42^18011,34R_{опдоп}15^Ом.

5

Расчетсопротивленияпетли«трос–опора»осуществляетсяпоформуле

^Rтр-оп^{ , (8)}

где

^Rоп

–сопротивлениезаземленияопоры,

l_пр0,25^{км–длинапролеталинии,}

R_труд1.9^{Ом/км–удельноесопротивлениетросаС–70(табл.4),}

n_тр2^{–числогрозозащитныхтросовналиниях.}Соответственно

длялета

длязимы

^Rтр-оп^

^Rтр-оп^

1.2

1

Ом,

Ом.

Сопротивлениеестественныхзаземлителей:

длялета:

_{R }^Rтр-опест _nвл

R ^{Rтр-оп1.2}0,30,5

, (9)

Ом,

ест

ⁿвл ⁴

длязимы:

R ^{Rтр-оп1}0,250,5

Ом.

ест

ⁿвл ⁴

Таблица4.Удельныесопротивлениятросов

Типтроса	С–50	С–70	С–85
Rтруд,Ом/км	3,7	2,4	1,9

2. Выполнить расчет заземляющего устройства и сопротивления заземления искусственных заземлителей. При достаточной густоте сетки, что характерно для современных подстанций,Rпрактически не зависит от диаметра и глубины укладки электродов и подсчитывается по эмпирическойформуле

^Rиск

^A

э

^



_ 1 ^



Lnl_в

. (11)

Длину вертикальных электродов рекомендуется брать в пределах 3–10 м. Устанавливаются они по периметру контура заземления в узлах сетки. Шаг сетки контура заземления рекомендуется принимать в пределах 5 – 10 м.

Горизонтальные электроды прокладываются на глубине 0,7 м. по периметру ОРУ и между ячейками,

ДлинагоризонтальныхэлектродовL=2·184+11·70.5=1143м,



114

гдеS–площадь,занимаемаяОРУ,

_эK_c_изм1,4150210Ом·м,

^lв_0 ^{=>А=0,44[Л–2],гдеl}_в^{длинавертикальных электродов,в}

этомслучае

 	A		1	 21	00,44 		1	 
	S		Lnl		114		1143	

^Rиск^э

0.81

_в 

Ом.

Стационарноесопротивлениезаземленияподстанции

R ^{RестRиск0,30.81}0,230,5Ом.

^стац R R 0,30.81

ест иск

2. Определитьимпульсноесопротивлениезаземляющегоконтураво

времягрозовогосезона ^Z_и^_и^R_иск, (12)

где_иимпульсныйкоэффициент, который рассчитываетсяпоформуле:

_и



2.2^{, (13)}

гдеI_м15кА– среднестатистическоезначениетокамолниидляРТ.

Z_и_иR_иск2.20.811.8Ом.

2. Определение грозоупорности подстанции производится по ожидаемому числу лет безаварийной работыМ. В настоящее время в качестве критерияэффективностизащитыподстанцииотгрозовыхперенапряжений

принимается значениеМ, на порядок превосходящее расчетный срок эксплуатации оборудования подстанции (у трансформатора ~ 25 лет) и измеряющееся сотнями лет -

M ¹

_1_2₃

, (14)

1

^где  ^{–коэффициент,учитывающий вероятностьпрорывамолниивзону}

защиты молниеотводов

P_прор0,005

(зона защиты молниеотводов

рассчитываетсяснадежностью0,995).

_3–коэффициент,учитывающийвероятностьотключенияподстанции

из–за набегающих с ЛЭП волн грозовых перенапряжений, ₃0 т.к.

считается, что установленные на подстанции защитные аппараты (ОПН, РВ,РТ) обеспечивают 100% защиту от набегающих с ЛЭП волн грозовыхперенапряжений.

₂^{–коэффициент,учитывающийвероятностьотключенияподстанции}

из-заперекрытиясмолниеотводанаошиновкуприпротеканиитокамолнии через молниеотвод при прямом ударе молнии в молниеотвод.

^₂^N_уд^P_откл, (15)

гдеP_откл–вероятностьотключенияподстанции.

Всвоюочередьвероятностьотключенияподстанцииопределяетсякак

^Pоткл^Pпер^Pк.з.

(16)

гдеP_к.з.–вероятностьтого,чтовозникшееперекрытиеперейдетвустойчивое

короткоезамыканиеP_к.з.0,7,

P_пер–вероятностьперекрытия,определяетсякаквероятностьпоявления критического тока молнии со значением:

I_м

^U50%

Z_иh_п

, (17)

где0,3–длялиниисоднимтросом,

0,15–длялиниисдвумятросами,

h_п–высоталинейногопортала,

U_50%–50% импульсное разрядноенапряжение длягирлянды изоляторов определяется, исходя из числа изоляторов в гирлянде.

В соответствии с примером степень загрязненности атмосферы – I, тогда эффективная удельная длина пути утечки для РУ 150 кВ:



1,5см/кВ, [Л–1,табл.6-2.]

'эф

ВэтомслучаеследуетвыбратьизоляторПС6–Аимеющийследующие параметры[Л–1, табл.6-1]:

H130мм–строительнаявысотаизолятора,

D255мм–диаметртарелкиизолятора,

L_у255мм–геометрическаядлинапутиутечки,

K1–поправочныйкоэффициент.

Числоизолятороввгирляндеопределяетсяпоформуле

_n^Kэф^Uнаиб.раб._1^{11,5235}_{13,8, (18)}

L_у 25,5

Вэтомслучаечислоизолятороввгирляндевыбираетсяравным14шт.

Длинагирляндысоставляет:

l_гHn0,13141,82^м,

порис.6-8[Л–1]определяемU_50%1100кВ.

Критическийтокмолниивэтомслучаеопределяетсякак

I_м

^U50%

Zh

_ 1100

1.80,1516.5

247

кА. (19)

и п

Вероятность появления такого тока молнии определяется каквероятность импульсного перекрытия линейной изоляции

I_м

PI_мe²⁶

8247

_е26

0,00007, (20)

P_отклP_перP_к.з.0,000070,70,00005.

Число ударов молнии в молниеотводы ОРУ в год, при средней грозовойдеятельности 30 ч/год:

N_уд[A7hB7h]6,7n_ч10^{8, (21)}

гдеАиВ–длинаиширинаподстанции,

h–наибольшаявысотамолниеотвода,

уд

N [18472670,5726]6,74510^80,29^уд/год.

Приэтихзначениях

₂N_удP_откл0,290,000050,000014,

₁N_удP_прор0,290,0050,0014.

Ожидаемоечислолетбезаварийнойработы:

M ¹  ¹ 707года.

₁₂₃ 0,00140,0000140

Вывод: Из расчетов видно, что выбранное количество и месторасположение молниеотводов, является необходимым и достаточным условием надежной защиты ОРУ от ПУМ. Расчеты также показали, что ожидаемое число лет безаварийной работы – 707 года является хорошим показателемгрозоупорности подстанции.