Молниезащита подстанций от прямых ударов молнии.

Защита открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций от прямых ударов молнии осуществляется, как правило, с помощью стержневых молниеотводов. И только для защиты протяженных шинных мостов и гибких связей могут применяться тросовые молниеотводы. В зону защиты должны также включаться пролеты линий между подстанцией и концевыми опорами. Защита этих пролетов осуществляется тросами линейных подходов, которые присоединяются к портальным конструкциям подстанции. На рис. 7.36 для иллюстрации практической молниезащиты показан фрагмент ОРУ 220 кВ.

Применение молниеотводов хотя и несколько увеличивает число ударов в ОРУ, однако подавляющее большинство молний поражает молниеприемники.

Рис. 7.36. Фрагмент ОРУ 220 кВ, защищенного стержневыми молниеотводами

С целью удешевления защиты ОРУ молниеприемники целесообразно устанавливать на порталах (кроме трансформаторных), прожекторных мачтах и крышах зданий. Отдельно стоящие молниеотводы применяются только в случае невозможности установки молниеотводов на конструкциях подстанции. Молниеотводы на трансформаторных порталах, как правило, не устанавливаются вследствие низкого импульсного разрядного напряжения вводов низшего напряжения 6–10 кВ. При необходимости установки молниеотвода на трансформаторном портале обмотки низшего напряжения следует защищать с помощью ОПН или РВ. Металлоконструкции порталов и мачт при установке на них молниеприемников используются в качестве токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителем. Следует иметь в виду, что возможность установки молниеотводов на порталах подстанций 110 кВ и ниже должна быть проверена по ПУЭ.

Заземлители подстанций с целью выравнивания потенциалов по их территории при аварийных замыканиях на землю и обеспечения таким образом электробезопасности персонала выполняются в виде сетки, образуемой горизонтально расположенными в земле полосами, которыми соединяются вертикальные электроды. К заземлителю присоединяются все металлоконструкции (порталы, мачты) и металлические корпуса электрооборудования (баки трансформаторов, масляных выключателей и т.п.).

Электрические сети с номинальным напряжением 110 кВ и выше работают с глухо заземленной нейтралью. В связи с этим ток короткого замыкания на землю очень большой. При протекании такого тока через сопротивление заземлителя подстанции на нем может возникнуть высокий потенциал, опасный для персонала. С учетом опыта эксплуатации и в соответствии с нормами стационарное сопротивление заземления для подстанций 110 кВ и выше не должно превышать 0,5 Ом. Обычно необходимое сопротивление достигается использованием не только специального, так называемого искусственного заземлителя (в виде сетки), но и естественных заземлителей: системы «трос–заземление опор», присоединением к заземлителю оболочек кабелей, металлических трубопроводов, обсадных труб, железобетонных фундаментов.

Сопротивление заземления системы «трос–заземление опоры» (при числе опор более 20) составляет , где – сопротивление троса на длине одного пролета, – сопротивление заземления одной опоры. Общее стационарное сопротивление заземления определяется параллельным соединением сопротивлений всех составляющих.

Расчет импульсного сопротивления заземления подстанции производится для основного заземлителя подстанции в виде сетки. Системы «трос–заземление опор», оболочки кабелей и другие протяженные заземлители из-за их большой индуктивности практически не участвуют в отводе тока молнии.

Сопротивление заземлителя в виде сетки при прохождении токов молнии обычно возрастает, поэтому для его уменьшения в местах присоединения токоотводов к заземляющему контуру подстанции устанавливаются дополнительные сосредоточенные заземлители в виде вертикальных электродов.

На подстанциях 35 кВ и ниже нейтрали трансформаторов присоединяются к заземлителю через дугогасящий реактор. В этом случае необходимое значение стационарного сопротивления заземления определяют исходя из того, что при прохождении через заземлитель увеличенного на 25 % номинального тока дугогасящего реактора потенциал заземлителя не должен превышать 125 В. Однако сопротивление заземления подстанции не должно превышать 10 Ом.

Подстанционные здания и сооружения защищаются путем заземления металлической кровли или, если крыша неметаллическая, посредством сетки размером 5x5 м² из стальной проволоки диаметром 8 мм, которая располагается на крыше и присоединяется к заземлению.

Согласно требованиям ПУЭ для защиты на территории России электростанций и подстанций от прямых ударов молнии выполняются мероприятия, указанные в табл. 7.2.

Допускается не защищать от прямых ударов молнии:

ОРУ 20–35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1000 кВА и менее независимо от значения D_г;

ОРУ 20–35 кВ в районах с D_г < 20;

подстанции напряжением 220 кВ и ниже на площадках с удельным сопротивлением грунта > 2000 Ом•м при D_г < 20;

здания ЗРУ в районе с D_г < 20.

Следует заметить, что в южных странах, таких как Испания, где вероятность образования гололеда на проводах и тросах очень мала, для защиты ОРУ от прямых ударов молнии наряду со стержневыми молниеотводами применяются и тросовые.

Эффективность защиты от прямых ударов молнии оценивается среднегодовым числом прорывов молнии в зону защиты и обратных перекрытий изоляции при ударах в молниеотводы

, (7.55)

где – вероятность обратных перекрытий гирлянд изоляторов при ударах молнии в j-й молниеотвод, которая находится так же, как и при ударах молнии в опоры воздушных линий без защитных тросов.

Таблица 7.2.

Мероприятия защиты электростанций и подстанций

от прямых ударов молнии

Защищаемый объект	Защитные устройства
ОРУ, в том числе гибкие мосты и шинные связи	Стержневые молниеотводы
Здания машинного зала, ЗРУ при Dг > 20	1. Заземление металлических и железобетонных конструкций кровли и металлической кровли. 2. Стержневые молниеотводы или заземленные молниеприемные сетки на крыше зданий
Дымовые трубы: металлические кирпичные, бетонные и железобетонные	Заземления Стальные полосы-молниеприемники на вершине и заземляющие спуски, присоединенные к заземлителю
Здания трансформаторной башни, маслохозяйства, нефтехозяйства, электролизной станции	1. Отдельно стоящий стержневой или тросовый молниеотвод. Импульсное сопротивление каждого заземления не более 100 Ом при  < 500 Омм и не более 40 Ом при > 500 Омм. 2. Заземление металлических корпусов
Угледробилки, вагоноопрокидыватели, резервуары с горючими жидкостями или газами, места хранения баллонов с водородом	1. Стержневые молниеотводы, устанавливаемые отдельно или на самом сооружении при толщине крыши или стенки не менее 4 мм. 2. Заземление корпуса установки при толщине металлической крыши или стенки 4 мм и более; при объеме менее 200 м3 независимо от толщины металла

Суммирование в первой сумме выражения (7.55) ведется по всем защищаемым объектам, оборудованию и шинным мостам. Вероятность перекрытия изоляции при таких ударах молнии для повышения надежности расчетов принимается равной единице.

Если эквивалентные площади каких-либо объектов или оборудования пересекаются, то их следует рассматривать как единый объект с общей эквивалентной площадью . В ОРУ оборудование, как правило, расположено так, что его эквивалентные площади пересекаются. Поэтому при рассмотрении вопроса о прямых ударах в ОРУ его обычно принимают единым объектом с шириной и длиной ОРУ и высотой, равной высоте шинных мостов. Суммирование во второй сумме (7.51) ведется по всем молниеотводам, удары в которые могут привести к перекрытию гирлянд изоляторов. Если какая-либо группа молниеотводов одинаковой высоты представляет собой многократный молниеотвод, то по их общей эквивалентной площади вначале находится общее число ударов молнии в эту группу, а затем находится число ударов в каждый молниеотвод путем деления найденного общего числа ударов на количество молниеотводов в группе. Если молниеотводы группы имеют разные высоты, то число ударов молнии в конкретный молниеотвод находится путем умножения общего числа ударов в группу на долю ударов в этот конкретный молниеотвод, равную отношению его эквивалентной площади к сумме эквивалентных площадей всех молниеотводов группы.