Перенапряжения и защита от перенапряжений

Для большинства объектов систем электроснабжения, к которым относятся понизительные подстанции, молниезащита может быть выполнена со степенью надежности 95–99,5 %. Для заданной степени надежности подстанции рассчитаем параметры системы молниезащиты и построим план подстанции, на котором определим предположительные места установки молниотводов. Исходя из размеров подстанции, по плану подстанции, построенному в нужном масштабе, необходимо определить расстояние между ближними молниеотводами l1 (м) и расстояние между удаленными молниеотводами l2 (м).
Назначаем места установки молниеотводов – по углам периметра подстанции.
Предельное расстояние между молниеотводами определяется по формуле:
.(3.1)
м.
Так как по условиям задачи высота молниеотводов h ≤ 30 м, то условие защиты всей площади подстанции имеет вид:
.(3.2)
Из формулы 3.2 следует установить значение параметра ha – превышение высоты молниеотводов над высотой защищаемого объекта (hx), который можно определить по формуле:
.(3.3)
м.
Это позволит рассчитать высоту молниеприемника (h) по формуле ниже:
h = hx + ha.(3.4)
h =7,85+7=14,9 м.
Принимаем высоту типового молниеотвода h =16 м.
Тогда ha= h = hx =16-7,85=8,15 м.
Полученное значение высоты молниеприемника используется для дальнейшего расчета, для которого необходимо проверить высоту молниеприемника на соответствие следующему условию:
L = < 8 ha . (3.5)
8 ha=8·8,15=65,2 м, условие выполняется.
Если условие выполняется, то выбранный молниеприемник обеспечивает защиту территории подстанции от прямых ударов молнии.
Для определения границ зоны защиты подстанции от прямых ударов молнии выполним построение зоны молниезащиты путем построения зон попарно взятых соседних молниеотводов.
Определим высоту вершины конуса для стержневого молниеотвода (h0), а также радиусы защиты стержневого молниеотвода на уровне земли (r0) и на высоте защищаемого объекта (rх) по формулам:
h0 = 0,92∙h=0,92∙16=14,7 м,
м,
r0 =1,5∙h=1,5∙16=24 м.
Высота средней части попарно взятых молниеотводов определяется по выражениям, представленным ниже:
- для молниеприемников с наименьшим расстоянием:
- для молниеприемников с наибольшим расстоянием:
м.
Для выбранного типового молниеприемника ширина средней части зоны попарно взятых молниеприемников на уровне земли составит:
rс = r0 =1,5∙h = 24 м.
На уровне защищаемого объекта ширина средней части зоны попарно взятых молниеприемников определятся по формулам ниже:
- для ближайших молниеприемников:
м,
- для удаленных молниеприемников:
м.
Условный план подстанции с нанесенной расчетной зоной молниезащиты представлен на рисунке 4.
Для определения надежности системы защиты подстанции от прямых ударов молнии рассчитаем число ударов молнии в подстанцию в год (N) по формуле:
где n=10 – число грозовых часов в году (задается вариантом).
ч/год
Тогда для подстанции с установленной системой молниезащиты число отключений подстанции составит:
γ = N Ψn ∙ Ψi ∙ Ψg,
где Ψn = 10-3 – вероятность прорыва молнии сквозь зону молниезащиты;
Ψi = 0,68 – вероятность перекрытия изоляции при прямом ударе молнии;
Ψg = 0,7 – вероятность перехода импульсного перекрытия в дугу.
γ = 0,024 ·10-3 ∙ 0,68 ∙ 0,7=0,0000114.
По схеме молниезащиты, представленной на рисунке 4, видно, что все оборудование и территория подстанции попадают в зону защиты молниепримеников.
Тогда показатель грозоупорности подстанции можно рассчитать по формуле:
, лет.
лет.
Рисунок 4