Электроснабжение агломерационной фабрики металлургического комбината (стр. 10 из 13)
Защитное действие стержневого молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Во время лидерной стадии развития молнии на вершине молниеотвода скапливаются заряды, создающие на ней очень большие напряженности электрического поля. К этой области и направляется канал молнии. Зоной защиты молниеотвода называется пространство вокруг него, в котором объект защищен от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Защищаемый объект не поражается молнией, если он целиком входит в зону защиты молниеотвода. Защита ППЭ от прямых ударов молнии производится с помощью стержневых молниеотводов. Два молниеотвода устанавливаются на порталах ОРУ 110 кВ, два других - на ЗРУ.
Условие защищенности всей площади ППЭ выражается соотношением:
где D - диаметр окружности, м; P - коэффициент для разных высот молниеотводов (до 30 м Р=1); ha - активная высота молниеотвода, м; Минимальная активная высота молниеотвода:
.Принимаем ha=5м. Молниеотводы характеризуются высотой h:
h=ha+hx
где hx - высота защищаемого объекта (hx=12м.)
h=5+12=17м.
Зона защиты молниеотвода представляет собой конус, с криволинейной образующей. Радиус зоны защиты определяется по формуле:
, 
м.Наименьшая ширина зоны защиты bxв середине между молниеотводами (на горизонтальном сечении) на высоте hxопределяется по формуле:
где а - расстояние между молниеотводами, м.
Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется окружностью с радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку А, расположенную посередине между молниеотводами на высоте h0, м.
Самые высокие объекты входят в зону защиты молниеотводов.
Условия защищенности всей площади выполняется:
(38 
40ì.)Воздушные линии на железобетонных опорах защищаются тросовыми молниеотводами на подходе к подстанции. Длина подхода 2 км. Защитный угол тросового молниеотвода равен 25 градусов.
На подстанции необходимы три вида заземления: рабочее, защитное и молниезащитное.
Защитное заземление необходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживании электроустановок. К защитному заземлению относятся заземления металлических нетоковедущих частей установки (корпусов электрических машин, трансформаторов, каркасов, шкафов, распределительных щитов и т.д.), нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции. Заземление позволяет снизить напряжение прикосновения до безопасного уровня.
Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановок. К рабочему заземлению относятся заземления нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек.
Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений, к нему относятся: заземления молниеотводов, разрядников, опор линий, тросов.
Заземляющее устройство состоит из заземлителя, находящегося в непосредственном соприкосновении с землей и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Для рабочего и защитного заземления всегда используется общий заземлитель. Молниеотводы также можно присоединить к общему заземлению, если они устанавливаются на конструкциях. Но при этом дополнительно от стоек ОРУ 110 кВ нужно обеспечить растекание тока молнии по магистралям заземления в двух - трех направлениях и установить один - два электрода длиной 3-5 метров на расстоянии от стойки не менее длины электрода. Заземлители делятся на естественные и искусственные. В качестве естественных заземлителей используются трубы водопровода, трубопроводов (за исключением нефтепроводов и газопроводов), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, подъездные пути железной дороги, заземлители системы трос - опоры, свинцовые оболочки кабелей (использование алюминиевых оболочек не допускается) и т.п.
Искусственные заземлители - это металлические электроды, углубленные в землю специально для устройства заземления. На подстанциях обычно выполняются контурные заземлители, они состоят из вертикальных, связанных между собой горизонтальным электродом, уложенным на глубину 0,50-0,70 м по контуру подстанции. В качестве вертикальных электродов используются прутки, а также уголки и отбракованные трубы. Применение прутков приводит к экономии металла. Они наиболее устойчивы к коррозии и долговечны. В качестве горизонтального электрода применяют прутки с минимальным диаметром 6 мм или полосовую сталь сечение не менее 4х12мм.
Для расчета заземляющего устройства используется метод коэффициентов использования.
Производится расчет заземляющего устройства для ППЭ:
рабочее напряжение 110 кВ;
климатическая зона 2;
грунт - глина;
удельное сопротивление грунта Р=50 Ом·м.
Расчет производится в следующем порядке:
Сопротивление растеканию заземляющего устройства подстанции
Ом. [1].Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя Rи
Rи= 
, где
Re=
, гдегде Rо - наибольшее сопротивление одной опоры;
R - активное сопротивление троса на длине одного пролета;
n - число тросов на опоре.
Rе=14,35 Ом.
Rи=0,51 Ом.
Выбирается форма и размеры электродов, из которых будет сооружаться групповой заземлитель. В качестве вертикальных электродов выбирается: пруток d=14мм; l=5м; в качестве горизонтального электрода выбирается полосовая сталь l=10 м; 4х40 мм.
Принимается предварительно число вертикальных электродов nв=50.
Периметр подстанции Р=255 м.
Определяется отношение а/l:
, 
По таблице для a/l=1 и nв=50 коэффициент использования kи. в. =0,403.
Определяется расчетное сопротивление грунта:
где kс - коэффициент сезонности.
Для вертикальных электродов: kс=1,3
Ом·м.Для горизонтального электрода: kс=3,0
Ом·м.Определяется сопротивление растеканию тока одного вертикального электрода:
;где l - длина вертикального электрода, м;
d - диаметр электрода, м;
t - расстояние от поверхности грунта до середины электрода, м;
d=0.014м; l=5м; t=0.7+5/2=3.2м.
Ом.Определяется примерное число вертикальных электродов nв при предварительно принятом kи. в. =0,403:
Принимается nв=69 электрода.
Определяется сопротивление растеканию тока горизонтального электрода:
;где l-длина горизонтального электрода, м; t - глубина его заложения, м;
d - диаметр электрода, ì; d=0,02 м; l=192 мм; t=0.7 м.
Ом.Уточняются коэффициенты использования вертикальных и горизонтальных электродов: kи. в=0,383 kи. г=0, 198
Определяется сопротивление растеканию тока группового заземлителя:
Ом.Расчетное сопротивление группового заземлителя Rгр сравнивается с требуемым сопротивлением искусственного заземлителя Rи: 0.05<0.5
Следовательно заземление рассчитано верно.
Первоначальное число вертикальных электродов было 69,3.
Уточненное число электродов 67,5. Принимаем к установке 68 электрода.
Первоначальное число вертикальных электродов отличается от уточненного числа на 2,74%. (должно быть не более 10%).