2 ЗАЩИТА ПС ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
2.1 Выбор молниеотвода
Параметры зоны защиты:
-эффективная высота молниеотвода hэф - высота, которая является пространственной зоной защиты. Для одиночного стержневого молниеотвода пространственная зона защиты выполняется в виде конуса.
-радиус зоны защиты на уровне земли;
-радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта;
-высота защищаемого объекта.
hст- высота стоек. Количество стоек – 2 шт. H - высота выбранной опоры.
hэф = 0,85 (H +hст); |
(43) |
|||||
Где: |
|
|
|
|
||
hэф- эффективная высота молниеотвода. |
|
|||||
hэф = 0,85 (45+8) = 45,05м. |
|
|||||
Радиус зоны защиты на уровне земли: |
|
|||||
r0 = (1,1−0,02 H ) H ; |
(44) |
|||||
r0= (1,1−0,02 45) 45=9м. |
|
|||||
Радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта: |
|
|||||
Так как U>110, hx принимаем 11 м. |
|
|||||
rх = r0 (1− |
hx |
); |
(45) |
|||
hэф |
||||||
|
|
|
|
|
||
rх =9 (1− |
|
11 |
|
) = 6,8м. |
|
|
|
|
|
|
|||
45,05 |
|
|
||||
Высоту молниеотвода принимаем: hм = 0,88 =10 м;
L определяем графически. L =14 м. hм < L < 2hм - соблюдается
15
Наименьшая высота внутренней зоны:
hcx = hэф−(0,17+3 10−4 H)(L− H); |
(46) |
hcx = 45,05−(0,17+3 10−4 45)(14−45)= 50,74м. |
|
Половина ширины внутренней зоны на уровне земли: rc0 = r0 =15м; Половина ширины внутренней зоны на уровне высоты защищаемого
объекта: |
|
|
|
|
rсx |
= rс0 |
hсх −hx |
; |
(47) |
|
||||
|
|
hсх |
|
|
r |
= 9 50,74−14 = 6,5м. |
|
||
сx |
50,74 |
|
||
|
|
|||
hсхв = hэф−0,14 (L− H); |
(48) |
|||
hсхв = 45,05−0,14 (14−45) = 49,39 м. |
|
|||
(См. Приложение 1 - Зоны защиты двух тросовых молниеотводов) |
|
|||
2.2 Определение импульсного сопротивления заземления
Выбираем стержневой заземлитель.
Ru = |
pu |
ln 4 l ; |
(49) |
|
2 π l |
||||
|
d |
|
||
Где: |
|
|
|
|
l - Длина заземлителя. Принимаем l =10 м; |
|
|||
pu - |
Эквивалентное сопротивление грунта. Принимаем |
pu =100 |
||
(Супесок);
d - диаметр электрода. Принимаем d=0,015 м.
Ru = 2 100π 10 ln 0,0154 15 =13,2Ом .
Площадь заземляющего контура, которая используется под заземлитель ПС (РУ) размером а х b:
S = (а+2 1,5) (b+2 1,5) ; |
(50) |
Где:
S – площадь заземляющего контура;
16
а -длина. Принимаем а= 500 м; b- ширина. Принимаем b= 55 м.
S = (500+2 1,5) (55+2 1,5) = 2,92 104
Отбор по термической стойкости:
Fтс. . > Iзc t ;
Где:
c – материал заземлителя (Сталь - 74); Iз – ток замыкания на землю.
t – время протекания тока КЗ. Принимаем t=1,5 сек.
Fтс. . >100 1,5;
74
Fтс. .> 2,027.
Sср - коэффициент влияния окружающей среды на грунт;
Sср = ai ln3 T +bx ln2 T +cк ln T +dк =1,6;
Где:
αi, bx, ск, dк - коэффициенты, зависящие от состава грунта Т - время использования заземлителя, мес. (ПУЭ – 7 изд.)
Fкор > π Sср (Dпр+ Sср) ;
Fкор > π 1,6 (0,01+1,5) = 7,6
(51)
(52)
(53)
(54)
Выбирается вертикальный электрод и его глубина залегания для рассматриваемой климатической зоны (с учетом сезонных изменений грунта).
L = (а+3) |
(b+3) |
+(b+3) |
(а+3) |
; |
(55) |
|
k |
|
2 |
|
|
k - расстояние между полосами. Принимаем k = 5 .
17
Lг = (500+3) (55+3) |
+(55+3) (500+3) =11669 см. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
5 |
|
|
||
Lу = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
(m+1); |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
(56) |
|||||||||||
m – число сегментов заземляющего контура. |
|
|
||||||||||||||||||
m = |
Lг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(57) |
||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
m = |
11669 |
|
|
|
=32 сег. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 3,38 104 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Lу = 2 |
|
|
|
|
|
|
(m+1); |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
(58) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Lу = 2 |
|
|
3,38 104 (32+1) =12134 см. |
|
|
|||||||||||||||
R = pu( |
A |
|
+ |
|
1 |
|
); |
|
|
(59) |
||||||||||
|
|
|
Lу+m Lг |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|||||||||
Где:2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A - |
|
вспомогательный |
коэффициент. |
Принимаем |
A =6 |
|||||||||||||||
(Электротехнический справочник В 4 т. / Под общ. ред. В.Г. Герасимов. Под общ. ред. А.Ф. Дьяков.)
R =100 |
( |
|
6 |
|
|
+ |
|
|
|
|
1 |
|
) =3,5 |
Ом. |
|||
|
|
|
|
12134 |
+32 |
11669 |
|||||||||||
3,38 104 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Определяем импульсный эффект: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αu = |
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(pu +320)(Iм+45) |
; |
|
|
|
(60) |
||||||||||||
Где:
Iм – вероятный ток молнии. Принимаем Iм=70 кА.
αu = |
1500 |
3,38 104 |
|
= 2,38 |
|||
(100+ |
320)(70 |
+45) |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
18 |
|
Стационарное и импульсное сопротивления связаны между собой импульсным коэффициентом заземлителя:
Ru =αu R ; |
(61) |
Ru = 2,38 3,5=8,33 Ом.
Заземлитель большой длины, у которого импульсный коэффициент больше 1, называется протяженным заземлителем, то есть заземлителем, у которого заметно влияние индуктивности материала, из которого он изготовлен.
Представляя молниеотвод моделью, состоящей из сосредоточенной индуктивности и импульсного сопротивления заземлителя, можно определить потенциал, образующийся на молниеотводе стекающим по нему импульсным током молнии.
Условие безопасности прохождения тока молнии:
Ul = Im Ru +аф l0 l |
(62) |
Где:
аф- крутизна фронта тока молнии. Принимаем аф=45 кА/мкс;
l0 - удельная индуктивность, индуктивность единицы высоты электроустановки. Принимаемl0 =1,7 Гн/м;
l - высота электроустановки. Принимаем l=3,5 м.
Ul = 70 8,33+45 1,7 3,5=850,85 кВ.
Пользуясь полученной формулой, можно определить минимально допустимое расстояние между электроустановкой и молниеотводом по
19
воздуху и в земле. В качестве примера покажем как это делается для не равнинной местности РФ. Для не равнинной территории:
- амплитуда тока молнии IМ = 50 кА;
- крутизна фронта тока молнии a = 40 кА/мкс;
-расчетная длительность фронта тока молнии 2 мкс;
-допустимое значение напряженности электрического поля в воздухе для всех случаев Е = 400 кВ/м.
Минимальное расстояние между электроустановкой и молниеотводом по воздуху:
lв = |
Im Ru +аф l0 l |
; |
(63) |
|
E |
|
|
lв = |
70 8,33+45 1,7 3,5 |
= 2,25м. |
|
|
500 |
|
|
Аналогично определяем расстояние в земле между заземлителем и ближайшей к нему точкой электроустановки в земле при допустимом значении. Eз = 200 кВ/м.
lз = |
Im Ru |
; |
|
(64) |
E |
|
|||
lз = |
70 8,33 |
= 3,1м. |
|
|
|
300 |
|
|
|
Минимально допустимые расстояния по воздуху и в земле |
||||
|
|
|
lв ≥ 3 м; |
lз ≥ 4 м. |
20