обусловленный совместным действием двух молниеотводов. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода (рис.8.5) описываются формулами:
При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,005:
hmin = h0 , dx = rx при l≤h
hmin = h0 −(0,17 +3 10−4 h)(l −h) , при l>h |
|
||
dx = |
r0 (hmin − hx ) |
, при l>h |
(8.13) |
|
|||
|
hmin |
|
|
При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,05:
hmin = h0 , dx = rx при l≤1,5h
hmin = h0 − 0,14(l −1,5h) , при l>1,5h
dx = |
r0 (hmin − hx ) |
, при l>1,5h |
(8.14) |
|
|||
|
hmin |
|
|
где r0 – зона защиты одиночного молниеотвода на уровне земли (hx=0)
Рис. 8.5 Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
Если расстояние l между молниеотводами превышает 3h (Pпр=0,005) или 5h (Pпр=0,05) каждый из молниеотводов следует рассматривать как одиночный.
Несколько близко расположенных молниеотводов образуют “многократный” молниеотвод. Его зона защиты определяется зонами защиты ближайших молниеотводов.
Тросовые молниеотводы Для защиты протяженных объектов тросовые молниеотводы
натягивают над защищаемым объектом и заземляют на опорах. Зона защиты определяется по следующим формулам.
При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,005:
h0 = 0,85h , rx = (1,35 − 0,0025h)(h − |
hx |
) |
(8.15) |
|
0,85 |
||||
|
|
|
При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,05:
h0 = 0,95h , rx =1,7(h − |
hx |
) |
(8.16) |
|
0,92 |
||||
|
|
|
10
Для двух тросовых молниеотводов, расположенных на расстоянии l друг от друга, наименьшая высота зоны защиты посредине между ними составляет:
hmin = h0 , при l<h |
|
hmin = h0 −(0,14 +5 10−4 h)(l −h) , при l≥h |
(8.17) |
8.2.3 Заземление молниеотводов
Для устройства заземлений применяются вертикальные и горизонтальные электроды (заземлители). Для горизонтальных заземлителей используется полосовая сталь шириной 20-40 мм и толщиной не менее 4мм, а также сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. В качестве вертикальных заземлителей применяются стальные трубы, стержни и профильная сталь. На подстанциях заземлитель представляет собой сложную систему, состоящую из горизонтальных полос, объединяющих вертикальные электроды и образующих сетку на площади, занимаемой подстанцией. На ЛЭП в качестве заземлителя опор могут использоваться их железобетонные фундаменты.
Заземлитель характеризуется значением сопротивления. Которое окружающая земля оказывает стекающему с него току. Сопротивление заземлителя зависит от его геометрических размеров и удельного сопротивления грунта ρ, в котором он находится.
Для расчета сопротивления заземления одиночного стержневого молниеотвода или линейной опоры используются следующие формулы.
Сопротивление вертикальной трубы или стержня:
|
ρ |
|
|
|
|
||||
R = |
ln 4l(2t +l) |
|
(8.18) |
||||||
2πl |
|||||||||
|
|
d(4t +l) |
|
|
|||||
Сопротивление горизонтальной полосы: |
|||||||||
R = |
ρ |
ln |
1,5l |
|
(8.19) |
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
πl |
|
|
bt |
|
|
|||
Сопротивление железобетонного фундамента:
R =1,7 |
ρ |
ln |
4t |
(8.20) |
|
2πt |
b |
||||
|
|
|
где l – длина трубы или полосы;
t – глубина залегания полосы, верхнего конца вертикального электрода
11
или нижнего конца фундамента; b – ширина полосы или фундамента; d – диаметр трубы или стержня.
Расчетное значение удельного сопротивления грунта определяется по данным измерений как:
ρ = Kρèçì |
(8.21) |
где К – сезонный коэффициент;
К= 1,4 – если измерение проводилось при средней влажности грунта;
К= 2,6 – если измерение проводилось при повышенной влажности грунта;
ρизм – измеренное значение удельного сопротивления грунта.
Таблица 8.3 Ориентировочные значения удельного сопротивления некоторых грунтов
Грунт |
Удельное |
|
сопротивление. Ом·м |
Многолетнемерзлый грунт |
До 100000 |
Скальный грунт |
1000 |
Песок |
500 |
Супесь |
300 |
Суглинок |
100 |
Глина |
60 |
Чернозем |
50 |
Торф |
20 |
Речная вода |
10-30 |
Морская вода |
1-10 |
При больших импульсах тока – токах молнии – плотность проходящего через заземляющие электроды тока велика, поэтому в земле у поверхности электродов создаются очень высокие напряженности поля E=Jρ, превосходящие пробивные напряженности грунта. Вокруг электродов образуются зоны искрения, увеличивающие их эффективные размеры, и сопротивление заземления уменьшается.
С другой стороны быстрое нарастание тока молнии на фронте импульса создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивление заземления, наоборот увеличивается.
В результате влияния того или иного фактора (образования зоны искрения или падения напряжения на индуктивности) сопротивление заземлителя при прохождении тока молнии меняется.
Импульсное сопротивление Rи – сопротивление заземлителя при прохождении по нему тока молнии.
12
Стационарное сопротивление заземлителя R – сопротивление, измеренное при переменном напряжении и сравнительно небольшом токе или рассчитанное по (8.18) – (8.20).
Отношение импульсного и стационарного сопротивлений заземления называется импульсным коэффициентом:
αè = |
Rè |
(8.22) |
|
R |
|||
|
|
Пусть ток I стекает с вертикального заземлителя в виде стержня при t=0 (глубина залегания верхнего конца). На границе искровой зоны (рис. 8.6), представляющей собой цилиндрическую поверхность радиусом rи.з., напряженность электрического поля:
Eïð = Jρ = |
I |
|
ρ , |
|
2πr |
l |
|||
|
|
|||
|
è.ç. |
|
|
откуда выражение для радиуса искровой зоны имеет вид:
rè.ç. = 2πIlEρïð
Рис. 8.6 Искровая зона |
Рис.8.7 Импульсные коэффициенты |
вокруг вертикального |
вертикальных электродов в зависимости от |
электрода |
произведения Jρ (Eпр=12 кВ/см) |
Сосредоточенные заземлители имеют тем меньшее Rи, и соответственно меньший импульсный коэффициент, чем больше ток молнии, проходящий через заземлитель, и выше удельное сопротивление грунта (рис.
8.7).
R |
= |
ρ |
ln |
2l |
= |
ρ |
ln |
4πl2 Eïð |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
è |
|
2πl rè.ç. |
|
2πl |
|
Iρ |
||||
|
|
|
|
|||||||
αè |
= |
ln(4πl2 Åïð / Iρ) |
|
|
||||||
|
ln 2l |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
(8.24)
(8.25)
13