Два способа защиты подстанции от прямых ударов молнии.

В ПЭУ сказано: ОРУ 35-500 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии.

Открытые подстанции защищаются от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами .

Возможны два способа защиты подстанций.

1. Установка молниеотводов на конструкциях и подсоединение их к общему заземляющему устройству подстанции.

2. Установка отдельно стоящих молниеотводов со своими обособленными заземлениями

Первый способ защиты дешевле, так как требует значительно меньше металла на изготовление молниеотводов и заземляющих устройств. Однако при поражении такого молниеотвода ударом молнии с большой амплитудой тока и высокой крутизной фронта волны значительно возрастает напряжение на заземленных конструкциях с молниеотводами. Это может привести к перекрытию изоляции между токоведущими частями и заземленными конструкциями, что снижает надежность этого способа защиты.

 

Отдельно стоящие молниеотводы с обособленными заземлителями можно установить так, что практически полностью исключаются перекрытия с заземленных молниеотводов на токоведущие части подстанции. Поэтому второй способ защиты оказывается надежнее, но дороже.

При выборе оптимального варианта были определены стоимости молниезащит обоих способов и ущербы, которые возникают при поражении подстанций молнией. На основании проведенных сравнений было установлено, что в большинстве случаев предпочтительнее первый способ защиты, а второй способ следует применять лишь тогда, когда первый не обеспечивает необходимую грозоупорность.

14. При каких условиях допускается установка молнии отводов на трансформаторных порталах?

Защиту подстанций от прямых ударов молнии обычно выполняют молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях: порталах, ЗРУ и др. Из всех конструкций самое слабое место на подстанции - это трансформаторный портал. При ударе молнии в этот портал возможен пробой изоляции между корпусом трансформатора и низковольтной обмоткой. Поэтому на трансформаторном портале рекомендуется устанавливать молниеотводы только в том случае, когда нет других конструкций.

При этом на трансформаторных порталах допускается установка молниеотводов при выполнении следующих дополнительных условий.

1. Удельное сопротивление грунта в грозовой сезон должно быть не более 350 Ом×м.

2. Место присоединения конструкции с молниеотводом к заземляющему устройству должно быть удалено по магистралям заземления от места присоединения к нему бака трансформатора на расстояние не менее 15 м.

Рис. 7.1. Установка молниеотводов на трансформаторном портале

3. Непосредственно на выводах обмоток 3 – 35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них по ошиновке, включая ответвления к разрядникам, должны быть установлены соответствующие ОПН 3-35 кВ или РВ.

4. Заземляющие проводники РВ или ОПН и силовых трансформаторов рекомендуется присоединять к заземляющему устройству поблизости один от другого.

5. Должно быть обеспечено растекание тока молнии от стойки конструкции с молниеотводом по трем-четырем направлениям с углом не менее 90º между ними (рис.7.2).

6. На каждом направлении, на расстоянии 3-5 м от стойки молниеотвода, должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 5 м.

Рис.7.2. Снижение импульсного сопротивления молниеотвода

7. На подстанциях с высшим напряжением 35 кВ сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом, о гирлянды изоляторов на порталах ОРУ 35 кВ следует выполнять на класс напряжения 110 кВ.

8. Что такое подход к подстанции, зачем он нужен, как выбрать его длину?

При пробегании грозовой волны по ЛЭП под действием короны происходит деформация волны. Скорость волны υ, где - удельная индуктивность ЛЭП; - удельная паразитная емкость ЛЭП;

. Чем большее расстояние пробегает волна, тем сильнее у нее заваливается фронт и уменьшается амплитуда. Длина подхода выбирается так, чтобы волна при ударе молнии за подходом, пробежав подход, стала безопасной для подстанции. Длина подхода зависит от класса напряжения, типа опор и составляет 1 – 4 км. Она указана в ПУЭ. Подход к подстанции (рис. 8.1) длиной 1-4 км (если в данной местности число грозовых часов более 20) должен быть обязательно защищен тросом, даже для ЛЭП на деревянных опорах, где трос не нужен. Подход к подстанции должен быть защищен также тщательно, как и сама подстанция, чтобы исключить на нем прорыв, минуя трос и перекрытие гирлянд.

Рис. 8.1. Подход к подстанции для ЛЭП на деревянных и металлических опорах (из ПУЭ)

Это достигается следующими мерами:

а) уменьшением сопротивления опор подхода R £ 10 Ом ;

б) уменьшением защитного угла троса

- для одностоечных опор a£ 20 - 30°;

- для портальных опор a£ 25 - 30°;

в) установкой трубчатых разрядников

- для ЛЭП на металлических и железобетонных опорах на первой опоре (РТ1);

- для ЛЭП на деревянных опорах на первой и последней (РТ2) опорах с тросом.

По новым нормативным документам защиту следует осуществлять только ОПН

Рис. 8.2. Подход к подстанции для ЛЭП на металлических опорах

 

9. Три методики расчёта зон защиты молниеотводов

В настоящее время существуют три основные методики определения зон защиты стержневых молниеотводов.

Первая методика была предложена в ВЭИ на основе обширных лабораторных исследований А.А. Акопяном. По этой методике зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой «шатер» (рис. 9.1). Объекты, находящиеся на границе этой зоны (h_x), защищены с вероятностью Р≈0,999

Рис. 9.1. Зона защиты одиночного молниеотвода по методике А.А. Акопяна

Затем была предложена упрощенная (вторая) методика расчета зоны защиты одиночного молниеотвода, в которой шатер заменен отрезками двух прямых (рис.9.2). Вероятность защиты по этой методике снижена до Р≈0,99. В настоящее время Электротехнический справочник 2002 года рекомендует ее для расчета молниезащиты подстанций и ЛЭП вместо методики А.А. Акопяна.

 

Рис. 9.2. Упрощенная методика построения зоны защиты одиночного молниеотвода

Наблюдение на реальных молниеотводах показало, что молния не всегда бьет в вершину молниеотвода. Поэтому появилась третья методика, в которой вершина молниеотвода не защищена, а зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой круговой конус высотой h₀<h (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Зона защиты одиночного молниеотвода по третьей методике

Надежность защиты по этой методике зависит от категории молниезащиты зданий и сооружений в зависимости от наличия взрывоопасных и пожароопасных зон. Все здания и сооружения разбиты на I-III категории и защищаются зоной А (с надежностью 99,5%) или зоной Б (с надежностью 95%).

Третья методика неудобна для расчетов, так как она позволяет определять высоты только 2 молниеотводов, а первая и вторая – трех или четырех сразу.