Обоснование темы дипломного проекта
Введение
Как утверждает международная статистика, на нашей планете грозовые разряды ударяют во все, что стоит на земле, с интенсивностью около ста ударов в секунду. Анализ пожаров по Беларуси показывает, что от гроз в среднем случается около 200 “огненных” происшествий в год. Ежегодные пожары от грозовых проявлений на объектах послужили причиной изучения условий, способствующих возникновению таких ЧС.
Молния представляет собой электрический разряд длиной несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением. Разряд молнии начинается с развития лидера – слабосветящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера от облака вниз или от наземного сооружения вверх молнии подразделяются на нисходящие и восходящие. Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов между облаками, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последним поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект. Развитие нисходящей молнии происходит следующим образом. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда – быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений, варьирующихся от единиц до сотен килоампер. При этом происходит интенсивный разогрев канала (до десятков тысяч Кельвин) и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскаты грома. Продолжительность вспышки составляет 0,2 с, а в редких случаях 1,0–1,5 с. Заряд, переносимый в течение вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон. В большинстве случаев он имеет отрицательную полярность и примерно в 10 % случаев – положительную. Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений и с остроконечных элементов рельефа, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. После того как лидер восходящей молнии достигнет грозового облака, начинается процесс разряда, сопровождающийся примерно в 80 % случаев токами отрицательной полярности. Переносимый заряд молнии может достигать до 40 кулон, а ток – до нескольких сотен ампер.
В данной работе описан цех по производству керамзита на ОАО Петриковском ДСК, для которого будет выбрана оптимальная молниезащита. Построены взрывоопасные зоны устройств цеха по производству керамзита, рассчитаны защищаемые радиусы для пассивной и активной молниезащиты. Произведено технико-экономическое сравнение двух вариантов молниезащит, из которых выявлено, что активная молниезащита в десятки раз экономичней пассивной. Произведены мероприятия по защите от электромагнитных помех, установка защитного заземления по всему контуру площадки, установлены УЗИПы в РУ-10кВ и главные распределительные щиты.
Общий раздел
Расчетный раздел
Мероприятия по защите от электромагнитных помех
Выбор токоотводов
С целью снижения вероятности повреждения из–за тока молнии, протекающего в СМЗ, токоотводы следует размещать таким образом, чтобы в случае удара молнии в землю:
– имелись несколько параллельных путей тока;
– длина путей тока была ограничена до минимума;
– уравнивание потенциалов для токопроводящих частей здания осуществлялось в соответствии с требованиями уравнивания потенциалов молнии.
На безопасное расстояние влияет геометрия токоотводов и кольцевых проводников. Установка как можно большего количества токоотводов на равном расстоянии по периметру соединенных между собой кольцевых проводников снижает вероятность опасного искрения и способствует защите внутренних установок. Данное условие выполняется в сооружениях из металлических и железобетонных конструкций, в которых соединенная между собой металлическая арматура является электрически непрерывной.
Если молниеприемник состоит из стержней, закрепленных на отдельно стоящих мачтах (или на одной мачте), не изготовленных из металла или соединенной между собой металлической арматуры, то для каждой мачты необходим по крайней мере один токоотвод. Для мачт, изготовленных из металла или соединенной между собой металлической арматуры, каких– либо дополнительных токоотводов не требуется.
Если молниеприемник состоит из подвесных тросов (или одного троса), то на каждом здании (сооружении) должен быть, по крайней мере, один токоотвод. Если молниеприемник образует сеть проводников, то на конце каждого несущего троса должен быть, по крайней мере, один токоотвод. Для каждой неизолированной СМЗ количество токоотводов должно быть не менее двух и располагаться они должны по периметру защищаемого здания в зависимости от архитектурных и практических ограничивающих условий. Желательно, чтобы токоотводы располагались по периметру на равном расстоянии друг от друга. Токоотводы устанавливают так, чтобы они являлись прямым продолжением проводников молниеприемника, если это целесообразно. Токоотводы прокладывают по прямым и вертикальным линиям так, чтобы путь тока до земли был кратчайшим и наиболее прямым.
Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах, даже если они покрыты изоляционным материалом. Воздействие влаги в водосточных трубах приводит к коррозии токоотводов. Рекомендуется, чтобы токоотводы располагались таким образом, чтобы между ними и дверями и окнами устанавливалось безопасное расстояние для электроизоляции, обеспечивающее отсутствие увлажнения в зависимости от конструкции окон и дверей.
Токоотводы СМЗ, не изолированные от защищаемого здания, можно устанавливать следующим образом:
– если стена выполнена из негорючего материала, то токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;
– если стена выполнена из горючего материала, то токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены так, чтобы повышение их температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;
– если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и стеной всегда превышало 0,1 м.
Металлические скобы для крепления токоотводов могут в контакте со стеной. Если нельзя обеспечить соответствующее расстояние от токоотвода до горючего материала, то сечение проводника должно быть не менее 100 мм2.
При соединении заземлителей на каждом токоотводе должен быть установлен контрольный стык, кроме случая, когда имеются естественные токоотводы, соединенные с заземляющим электродом в фундаменте. Для проведения измерения стык должен открываться с помощью инструмента. При нормальном использовании он должен оставаться закрытым.
По выбору типа молниезащиты и расчетам приведенным выше активный молниеприемник крепится на стандартной опоре ПМС -25.
Прожекторная стальная мачта ПМС-25,5 представляет собой инженерную металлоконструкцию, оснащенную площадкой на отметке 25,5 метра.
В функции прожекторной мачты ПМС входит:
-освещение больших участков территории в темное время суток;
-защита объектов от удара молнии.
Для изготовления прожекторных мачт используют углеродистую сталь. При проектировании и установке мачт, сорт стали берется в соответствии с заданными климатическими условиями региона.
Мачта ПМС, для удобства обслуживания, оборудована металлической лестницей и защитным ограждением.
В соответствии с требованиями ТКП 336-2011 для мачт, изготовленных из металла или соединенной между собой металлической арматуры, каких– либо дополнительных токоотводов не требуется. Следовательно выбираем в качестве токоотвода стальную проволоку диаметром 6мм
Установка УЗИПов
В главном вводном распределительном щите устанавливается устройство защиты от импульсных перенапряжений УЗИП класса I+II+III LEUTRON PP BCD TT 25/100, которое выбрано в соответствии с трехфазным вводом в дом и системой питания TT или TN-S.
Подключение выполняется последовательно (V-подключение). Мы рекомендуем использовать предохранители F1 без временной задержки, номиналом до 125 А.
Если установлен вводной выключатель (или защитные предохранители вместо него), рассчитанный по нагрузке электросети, и его номинал меньше 125 А, то установка дополнительных предохранителей F1 не требуется.
Классификация и применение УЗИП
Броски напряжения в линии электропередачи могут быть вызваны различными причинами. Например, грозы, перехлесты проводов, паразитные токи при включении и отключении реактивной нагрузки, аварии и ремонтные работы и т.д.
Для защиты от электромагнитных помех существует специальный класс приборов. Устройства такого типа называют двояко: устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) или ограничитель импульсных перенапряжений (ОПС) [19].
Для надежной защиты электропроводки необходимо построить многоуровневую (по крайней мере, трехступенчатую) систему защиты из УЗИП разных классов. Их применение регламентирует ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Согласно этому ГОСТУ существуют три класса таких устройств.
УЗИП класса I(B)
Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в системумолниезащиты здания или воздушную линию электропередач. Устанавливаются на вводе в здание в закрыто-распределительном устройстве (ЗРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током I imp с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток 30-60 кА.
УЗИП класса II(C)
Такие устройства защиты от импульсных перенапряжений предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток 20-40 кА [19].
УЗИП класса III(D)
Такие устройства защиты от импульсных перенапряжений предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех.
Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию (в виде розеток, сетевых вилок, отдельных модулей для установки на DIN-рейку или навесным монтажом). Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток 5-10 кА .
Устройство УЗИП
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) построены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе УЗИП из строя. Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что сработав один раз им необходимо остыть, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это ухудшает защиту при многократном ударе молний.Обычно УЗИП на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN рейку. Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового .
Практика применения УЗИП
Для надежной защиты объекта от воздействия перенапряжений, в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления и уравнивания потенциалов. При этом нужно перейти на системы заземления TN-S или TN-CS с разделёнными нулевым и защитным проводниками.
Следующим шагом должна стать установка защитных устройств. При установке УЗИП необходимо, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 10 метров по кабелю электропитания. Выполнение этого требования очень важно для правильной последовательности срабатывания защитных устройств.
Если для подключения применяется воздушная линия, во входном щите на столбе лучше использовать УЗИП на основе разрядников и плавкие вставки. В главном щите здания ставятся варисторные УЗИП класса I или II, а в щитках на этажах ставятся УЗИП III класса. Если необходимо дополнительно защитить оборудование, то в розетки включаются УЗИП в виде вставок и удлинителей .
Вывод. В данной главе описаны электромагнитные помехи создаваемые ударами молний, произведены меры по защите от этих помех в виде защитного заземления и установки УЗИПов в главные распределительные шкафы.
Введение
Как утверждает международная статистика, на нашей планете грозовые разряды ударяют во все, что стоит на земле, с интенсивностью около ста ударов в секунду. Анализ пожаров по Беларуси показывает, что от гроз в среднем случается около 200 “огненных” происшествий в год. Ежегодные пожары от грозовых проявлений на объектах послужили причиной изучения условий, способствующих возникновению таких ЧС.
Молния представляет собой электрический разряд длиной несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением. Разряд молнии начинается с развития лидера – слабосветящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера от облака вниз или от наземного сооружения вверх молнии подразделяются на нисходящие и восходящие. Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов между облаками, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последним поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект. Развитие нисходящей молнии происходит следующим образом. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда – быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений, варьирующихся от единиц до сотен килоампер. При этом происходит интенсивный разогрев канала (до десятков тысяч Кельвин) и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскаты грома. Продолжительность вспышки составляет 0,2 с, а в редких случаях 1,0–1,5 с. Заряд, переносимый в течение вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон. В большинстве случаев он имеет отрицательную полярность и примерно в 10 % случаев – положительную. Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений и с остроконечных элементов рельефа, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. После того как лидер восходящей молнии достигнет грозового облака, начинается процесс разряда, сопровождающийся примерно в 80 % случаев токами отрицательной полярности. Переносимый заряд молнии может достигать до 40 кулон, а ток – до нескольких сотен ампер.
В данной работе описан цех по производству керамзита на ОАО Петриковском ДСК, для которого будет выбрана оптимальная молниезащита. Построены взрывоопасные зоны устройств цеха по производству керамзита, рассчитаны защищаемые радиусы для пассивной и активной молниезащиты. Произведено технико-экономическое сравнение двух вариантов молниезащит, из которых выявлено, что активная молниезащита в десятки раз экономичней пассивной. Произведены мероприятия по защите от электромагнитных помех, установка защитного заземления по всему контуру площадки, установлены УЗИПы в РУ-10кВ и главные распределительные щиты.
Общий раздел
Обоснование темы дипломного проекта
В случае непрямого попадания молнии, волна перенапряжения распространяется по коммуникациям на многие километры и способна мгновенно вывести из строя дорогостоящее оборудование того или иного объекта. Для защиты зданий от последствий удара молнии используются различные типы молниезащиты — стержневой, тросовый, молниеприемная сетка и молниезащита с использованием активных молниеприемников. В 1984 г. появились молниеприемники с упреждающей стриммерной эмиссией PREVECTRON 2 производства французской компании INDELEC. Эти устройства представляют собой улучшенную версию одиночного молниеприемника, воплотившую в себе самые последние разработки в области молниезащиты. До недавнего времени не было проведено сколько-нибудь серьезных сравнительных испытаний, которые продемонстрировали бы преимущества одного типа молниеотвода перед другим, недостатки разных типов молниезащиты. Такие испытания провели в Институте электроэнергетики (Франция), где объектами испытаний стали активный молниеприемник и обычный стержневой молниеприемник. В ходе испытаний оба молниеприемника (МП) располагались на заземленной плоскости испытательного поля. Высоковольтный электрод, на который подавалось отрицательное напряжение, представлял собой плоскость с закругленными краями; длина промежутка составляла 2 м. Оба МП устанавливались симметрично относительно вертикальной оси промежутка на расстоянии, достаточном для исключения их взаимного влияния. При одном и том же значении напряжения производились серии по 20 разрядов и определялось соотношение числа разрядов со стержневого МП и активного МП. Результаты были таковы: при одинаковой высоте (1 м) при всех 20 воздействиях срабатывал активный МП; при высоте активного МП 1 м, а обычного молниеприемника — 1,02 м, при 20 воздействиях 19 раз срабатывал активный МП и 1 раз обычный МП; при высоте активного молниеприемника 1 м, а обычного молниеприемника — 1,06 м, при 20 воздействиях 16 раз срабатывал активный МП и 4 раза — обычный МП. Очевидно стабильное преимущество активного МП.
В пользу активного молниеотвода можно привести еще ряд аргументов. При установке обычных систем грозозащиты дом приходится опутывать проводами. Если здание большое, то такое мероприятие представляется весьма дорогостоящим, особенно если на кровле здания в качестве молниеотвода укладывается металлическая сетка. Активная же система позволяет обойтись установкой над объектом одного активного молниеприемника. Выглядит он гораздо привлекательнее своих пассивных предшественников, что имеет значение для зданий, построенных по концептуальным архитектурным проектам . В конечном итоге такое решение оказывается более экономичным в эксплуатации. Уход за активным громоотводом намного проще, чем за обычным. Отпадает необходимость постоянного контроля множества соединений, которые в течение зимы под воздействием снега и льда часто повреждаются, поэтому весной нуждаются в восстановлении. В зависимости от типа головки активного молниеотвода и высоты, на которой она установлена, радиус территории, защищаемой таким молниеотводом, может составлять до 100 м. Это означает, что там, где по классическим схемам защиты необходимо выстраивать сложную систему штыревых молниеприемников, достаточно поставить один активный молниеотвод, и степень обеспечиваемой им защиты будет как минимум на том же уровне, что и организованной по классической схеме.