Защита ору от прямых ударов молнии

Рис. 6.4. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Защита оборудования открытых распределительных устройств (ОРУ) от ПУМ обеспечивается стержневыми и тросовыми молниеотводами. Последние в основном используются для защиты ошиновки очень большой протяженности.

Стержневые молниеотводы выполняют в виде вертикальных металлических стержней (молниеприемников), возвышающихся над защищаемыми объектами, соединенных с заземлителем. Минимальные сечения молниеприемников: для стали ¾ 50 ммІ, алюминия ¾ 70 ммІ и меди ¾ 35 ммІ /20/.

Защитное действие молниеотводов связано с избирательной поражаемостью молнией высоких объектов. Зоной защиты молниеотвода называют пространство вокруг молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.

Зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h (рис. 6.4).

Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀, и находятся по эмпирическим формулам приведенным в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Формулы для расчета зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надёжность защиты Рз	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0.9	0¾100	0,85∙h	1,2∙h
100¾150	0,85∙h	[1,2– (h–100)]∙h
0.99	0¾30	0,80∙h	0,80∙h
30¾100	0,80∙h	[0,8–1,43· ( h–30)]∙h
100¾150	[0,8– ( h–100)]∙h	0,70∙h
0.995	0¾30	0,72∙h	0,70∙h
30¾100	0,72∙h	[0,7–1,43· (h–30)]∙h
100¾150	[0,68– ( h–100)]∙h	[0,6–2· ( h–100)]∙h
0.999	0¾30	0,70∙h	0,60∙h
30¾100	[0,7– 7,14· ( h–30)]∙h	[0,6– 1.43· ( h–30)]∙h
100¾150	[0,65– ( h–100)]∙h	[0,5–2· (h–100)]∙h

Радиус зоны защиты r_x на высоте защищаемого объекта h_x определяется по формуле:

, (6.1)

Из рис. 6.4 видно, что чем выше защищаемый объект h_x и чем дальше он находится от молниеотвода, тем выше должен быть молниеотвод. Поскольку территория ОРУ и подстанций достаточно большая, то защитить ее одним молниеотводом, как правило, невозможно. Количество молниеотводов зависит от площади ОРУ и взаимного расположения оборудования.

Два и более молниеотвода можно расположить так, что они будут создавать общую зону защиты значительно больших размеров, чем у одиночных молниеотводов (рис. 6.5).

Молниеотвод считается двойным, если расстояние L между стержневыми молниеотводами не превышает предельной величины L_max, определяемой по эмпирическим формулам (табл. 6.3).

При L > L_max, молниеотводы не создают общую зону защиты и считаются одиночными. При расстоянии L меньше определенного значения Lc (табл. 6.3) граница зоны защиты не имеет провеса, т.е. h_c= h₀. Для расстояний Lc ≤ L≤ Lmax высота h_c определяется по формуле:

. (6.2)

Рис. 6.5. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Таблица 6.3

Формулы для расчета зон защиты двойного стержневого молниеотвода

Надёжность защиты Pз	Высота молниеотвода h, м	Lmax, м	Lc, м	hп, м
0.9	0-30	5.75·h	2,5·h	Lc / 2.5
30-100	[5,75–3,57·10-3·(h-30)] h	2,5·h	Lc / 2.5
100-150	5,5·h	2,5·h	Lc / 2.5
0.99	0-30	4,75·h	2,25·h	Lc / 2.25
30-100	[4,75–3,57·10-3·( h-30)]·h	[2,25–0,0107·(h-30)]·h
100-150	4,5·h	1,5·h	Lc / 1.5
0.995	0-30	4,35·h	2,25·h	Lc / 2.25
30-100	[4,35–3,57·10-3·( h-30)]·h	[2,25–0,0107·(h-30)]·h
100-150	4,15·h	1,5·h	Lc / 1.5
0.999	0-30	4,25·h	2,25·h	Lc / 2.25
30-100	[4,25–3,57·10-3·(h-30)]·h	[5,75-3,57·10-3∙(h-30)]·h
100-150	4,0·h	1.5·h	Lc / 1.5

Приведенные в табл. 6.3 предельные расстояния L_max и L_c соответствуют молниеотводам высотой до 150 м.

Для того, что бы зона защиты не имела провала, необходимо выполнение условия:

L ≤ Lc. (6.3)

Если задаться значением L = L_c , то предельная высота молниеотводов h_п, при которой выполняется условие (6.3), определится из формул приведенных в табл. 6.2.

Размеры горизонтальных сечений зоны защиты вычисляются по общей для всех уровней надёжности формуле (6.1).

Половина ширины горизонтального сечения в центре расстояния между молниеотводами (рис. 6.5) на высоте h_x ≤ h_c определяется по формуле:

(6.4)

На ОРУ 110 кВ и выше, как правило, молниеотводы устанавливают на линейные, трансформаторные и другие порталы. Однако необходимо учитывать следующие ограничения.

Стержневые молниеотводы устанавливают на порталах ОРУ если эквивалентное сопротивление земли в грозовой сезон не превышает 500 Ом·м для ОРУ 35 кВ и 1000 Ом·м для ОРУ 110 кВ и выше. При превышении этих значений площадь заземляющего устройства ОРУ или ПС должна быть не менее 10000 мІ.

При невыполнении перечисленных условий молниеотводы выполняют отдельностоящими.

Для защиты ОРУ и ПС от прямых ударов молний может быть предложен следующий порядок расчета.

1. Согласно главной схемы электрических соединений вычерчивают схему заполнения или план принятого типового РУ с разрезами по основным ячейкам и указанием основных размеров (рис. 6.6).

2. Выявляют наиболее возвышающиеся на ОРУ объекты, требующие защиты от прямых ударов молний, на рис. 6.6 это гибкие шины на высоте hx =23 м.

3. Ориентировочно выбирают места установки молниеотводов на порталах (рис. 6.6 точки 1-2-3-4 и т.д).

4. Выбирают наибольший прямоугольник, образованный точками установки молниеотводов на рис. 6.6 это точки 1-2-6-5.

5. Определяют по размерам этого прямоугольника диагональ (L_1-6).

Рис. 6.6. ОРУ 500 кВ с полутора выключателями на цепь,

с трёхрядной установкой выключателей

а) — разрез по ячейке трансформатора; б) — разрез по ячейке линии;

в) — схема заполнения

6. Из табл. 6.3 определяют предельную высоту молниеотвода h_п, обеспечивающую отсутствие провала в зоне защиты двух стержневых молниеотводов при расстоянии между ними L_1-6, для вероятности защиты P_з= 0.995 /21/.

7. Принимая высоту молниеотвода h = h_п по табл. 6.2 определяют параметры конуса защиты одиночного стержневого молниеотвода h_ои r_о.

8. По формуле (6.1) находят радиус зоны защиты одиночного молниеотвода rx на высоте h_x(для рис. 6.6 h_x = 23 м ).

9. Строят сечения зон защиты на высоте h_x для рассматриваемых молниеотводов 1,2,6,5 (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Зона защиты четырех стержневых мониеотводов на высоте hx

Если сечение зоны защиты четырёх молниеотводов имеет провалы на высоте h_x(заштрихованные области на рис. 6.7), то следует увеличить h и повторить расчеты и построение зоны защиты. При значительном превышении h над высотой порталов (высота молниеприемников более 10 м) следует установить на порталы дополнительные молниеотводы, а при отсутствии такой возможности, выбрать места для отдельностоящих молниеотводов.

1. Добившись защиты всей площади, ограниченной местами установки молниеотводов (точки 1,2,6,5), строят полное сечение зоны защиты ОРУ на высоте h_x.

2. Вычерчивают зону защиты на разрезах ОРУ. Если в зону защиты не вписываются некоторые виды оборудования, например шунтирующие реакторы или силовые трансформаторы, то их дополнительно защищают молниеотводами на прожекторных мачтах или отдельностоящими.

Если зоны защиты стержневых молниеотводов не закрывают всю территорию ОРУ, дополнительно используют тросовые молниеотводы расположенные над ошиновкой /4/.