4.4 Грозовые перенапряжения

Грозовые перенапряжения возникают при разрядах молнии. Ток молнии имеет вид униполярного апериодического импульса и характеризуется амплитудой и длиной импульса.

Зарегистрированы амплитуды токов молнии от сотен ампер до 250 кА с длиной импульса 20 – 80 мкс. Вероятность появления молнии с верхним пределом параметров относительно мала, поэтому в качестве расчетных параметров обычно принимают: I_МАКС = 150 кА; Т_И = 40 мкс.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется числом грозовых дней в году или, что более точно числом грозовых часов в году. Так средняя продолжительность грозы составляет 1-2 часа. В среднем на один квадратный километр площади земли приходится примерно 0,1 удара молнии за один грозовой день.

В зависимости от длины электрической линии и высоты опор среднее число ударов молнии в линию за год колеблется от 250 (для линий 750 кВ) до 5 (для линий 35 кВ). При отсутствии специальной грозозащиты и недостаточной импульсной прочности изоляции линий эти удары молнии в большинстве случаев приводили бы к перекрытию изоляции линий и их отключению. Допустимые импульсные напряжения для изоляции электрооборудования определяются гарантированной импульсной прочностью, которая установлена несколько ниже импульсных испытательных напряжений.

4.5 Расчет молниезащиты подстанции

При проектировании подстанции системы электроснабжения необходимо учитывать и предотвращать возможность их поражения ударами молнии. Особенно это относится к открытым электроустановкам. Прямое попадание молнии в проводник или электрооборудование установки приводит к их электродинамическому разрушению. Во избежание такой опасности установки электроснабжения снабжают молниеотводами.

Для защиты проектируемой подстанции от ударов молнии выбираем тип защиты со стержневым молниеотводом. Подходящую воздушную линию предполагаем защитить тросовым молниеотводом по всей длине.

Тип зоны защиты при использовании стержневых молниеотводов – зона Б. Категория молниезащиты – II.

Исходные данные:

высота защищаемого объекта h_x = 6 м;

размеры объекта a´b = 48´50 м;

ток молнии I_м = 150 кА;

электрическая прочность воздуха E_в = 500 кВ/м;

электрическая прочность земли E_з = 300 кВ/м.

1.Среднегодовое число ударов молний на 1км² поверхности земли для нашего района при среднегодовой продолжительности гроз 40-60 часов n=6:

;

Ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений, не оборудованных молнезащитой.

;

2.Амплитудное импульсное напряжение на молниеотводе, вершина которого расположена на высоте h_x:

 кВ,

где R_и = 10 Ом — импульсное сопротивление заземлителя.

3.  Расстояние по воздуху должно быть не менее:

 м.

4.  Расстояние в земле

 м.

При таких значениях расстояний не произойдёт пробоя между молниеотводами и защищаемым сооружением.

5. Защиту выполним двумя отдельно стоящими металлическими

молниеотводами стержневого типа высотой h₁ = 26,1 м; h₂ = 27,2 м;

Определим параметры зоны защиты, учитывая, что L >h,

где L = a+2·S_з = 40+2·5 = 50 — расстояние между опорами молниеотводов, м;

5. Высота, на которой находится вершина кругового конуса (см.рис.4.1):

h_0.1 = 0,85∙h₁ = 0,85∙26,1 = 22,185 м;

h_0.2 = 0,85∙h₂ = 0,85∙27,2 = 23,12 м;

Рис.4.1 Молниезащита подстанции

Радиус круга зоны защиты на уровне земли:

r_0.1 = (1,1 – 0,002∙h₁)∙h₁ = (1,1 – 0,002∙26,1)∙26,1 = 27,34 м;

r_0.2 = (1,1 – 0,002∙h₂)∙h₂ = (1,1 – 0,002∙27,2)∙27,2 = 28,44 м;

Зона защиты в середине пролета между молниеотводами:

;

Радиус круга зоны защиты на уровне h_X = 6 м:

м;

м;

7.  Определим параметры защитной зоны в точке L/2 (посередине между молниеотводами).

Высота:

м;

м;

м;

Внутренняя область защиты на высоте h_x:

м;

8.  Кроме выбора и установки молниеотводов предусматриваем по четыре вертикальных электрода, соединённых между собой стальной полосой. Для защиты объекта от вторичных проявлений молнии, электромагнитной и электростатической индукции, и заноса высоких потенциалов в сооружения предусматриваем следующие мероприятия:

а) для защиты от потенциалов, возникающих в результате электростатической индукции, надёжно заземляем все проводящие элементы объекта, а также оборудование и коммуникации внутри объекта;

б) для защиты от искрения, вызываемого электромагнитной индукцией, все параллельно расположенные металлические коммуникации соединяем металлическими перемычками;

в) для защиты объекта от заноса высоких потенциалов присоединяем все металлические коммуникации и оболочки кабелей (в месте ввода их в помещение) к заземлителю защиты от вторичных воздействий молнии.