Молниезащита

2.13 Молниезащита

На изоляцию электрооборудования действуют перенапряжения от грозовых разрядов, которые являются внешними перенапряжениями. В электрическом отношении удар молнией можно считать источником тока, так как он представляет собой электрический разряд между облаком и землёй или между облаками. В облаках накапливается мощные разряды восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров. По мере концентрации зарядов увеличивается напряжённость электрического поля, и когда она достигает критического значения (20-25 кВ/см) в зависимости от высоты облака над землёй происходит грозовой разряд.

Молния может разрядиться через сопротивление электроустановки или ударить вблизи защищаемого объекта. В этом случае возникает индуцированное перенапряжение, от которого также должна быть предусмотрена защита. В частности на воздушных линиях 35 кВ, выполняемых с помощью железобетонных и металлических опор, в районах с частыми и сильными грозами должны предусматриваться молниезащитные тросы и разрядники.

Открытые токопроводы 6-10 кВ также должны быть защищены от прямых ударов молнии с помощью отдельно стоящих молниеотводов на расстоянии не менее 5 м от токопровода или с помощью тросов, подвешенных на отдельных опорах токопроводов. Заземление молниеприёмных устройств выполняется обособленными заземлителями, не имеющими соединения с заземляющими контурами опор токопровода. На шинах подстанции, к которым подключены токопроводы, устанавливаются вентильные разрядники.

Молниеотвод состоит из четырёх конструктивных элементов: молниеприёмника, несущей конструкции; токопровода; заземлителя. Молниеприёмник непосредственно воспринимает прямой удар молнии, который по токопроводу уходит на землю. Заземлитель служит для снижения потенциала элементов молниеотвода. Несущая конструкция может быть выполнина в виде деревянной, металлической или железобетонной опоры. По типу приёмников токопроводы бывают стержневые и тросовые, представляющие собой горизонтально подвешенные провода, соединенные токопроводом с заземлителями.

Тросовые молниеотводы применяют для защиты токопроводов и гибких связей ОРУ подстанции, а также для защиты воздушных линий длиной 1-3 км на подходе к подстанции.

Здания электростанций и подстанций относятся к объектам первой категории по устройству молниезащиты. Для объектов первой категории защитная зона относится к типу А.

Габариты подстанции: длина А=35 м, ширина В=30 м, высота  h=4,5 м. Принимаем исполнение защиты двумя отдельно стоящими металлическими молниеотводами стержневого типа высотой 20 м, расстояние между молниеотводами L=32 м.

По формулам для двойного стержневого молниеотвода определяем параметры молниезащиты.

Определяем высоту вершины конуса h₀ ,м, стержневого молниеотвода

,  (2.53)

где h - полная высота стержневого молниеотвода, м.

Определяем высоту средней части h_c , м, двойного стержневого молниеотвода

, (2.54)

где L - расстояние между двумя стержневыми молниеотводами.

Находим радиус защиты на высоте защищаемого сооружения r_х , м,

, (2.55)

где h_х - высота защищаемого сооружения, м.

Рассчитываем радиус защиты на уровне земли r₀ , м,

 (2.56)

Определяем радиус средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на высоте защищаемого объекта r_сх , м,

(2.57)

Радиус средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли в данном случае равен r_с =r₀ =21,2 м.

Определяем высоту стержневого молниеприемника h_м , м,

 (2.58)

Находим активную высоту молниеотвода h_а ,м,

 (2.59)

Рассчитываем угол защиты , град, (между вертикалью и образующей)

(2.60)

В масштабе изображаем зону защиты (Рисунок 2.6)

Рисунок 2.6 - Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Определяем габаритные размеры защищаемого объекта в зоне молниезащиты.

Ширина В=30 м, высота h=4,5 м.

Находим угол , град,

(2.61)

Определяем максимально возможную длину объекта А_max , м, при которой он находится в зоне молниезащиты

(2.62)

Таким образом, А<А_max (35 м<41,36 м) и все остальные параметры молниезащиты подходят для данных габаритов подстанции, значит, объект находится в зоне молниезащиты.

Изображаем в масштабе подстанцию в зоне молниезащиты (Рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - Зона защиты двойного стержневого молниеотвода и защищаемый объект

Следовательно, в данном дипломном проекте применяем для молниезащиты два стержневых молниеотвода высотой 20 м.