Электроснабжение механического завода местной промышленности (стр. 26 из 29)

13. Расчет молниезащиты и заземляющего устройства ПГВ

Защита от прямых ударов молнии установок, зданий и сооружений независимо от их высоты должна быть выполнена отдельностоящими тросовыми или стержневыми молниеотводами.

Открытые распределительные устройства (ОРУ) подстанций 20-500 кВ защищают от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами. Защиту ОРУ 110 кВ можно выполнить на конструкциях независимо от площади заземляющего контура подстанции. При этом от стоек конструкции ОРУ 110 кВ нужно обеспечить растекание тока не менее, чем в двух-трех направлениях и установить вертикальные электроды длиной 3-5 метра на расстоянии не менее длины электрода. Для экономии металла молниеотводы необходимо установить на конструкциях (порталах, опорах линии, прожекторных мачтах и т.п.) и на закрытых распределительных устройствах (ЗРУ). Сами здания, имеющие железобетонные несущие конструкции кровли защищать молниеотводами не требуется.

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 накапливаются 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 ПГВ от прямых ударов молнии производится с помощью стержневых молниеотводов. Два молниеотвода устанавливаются на порталах ОРУ 110 кВ, других на ЗРУ.

Условие защищенности всей площади ПГВ выражается соотношением:

,

где D – диаметр окружности, м;

Р – коэффициент для разных высот молниеотводов (до 30 м Р = 1);

h_а – активная высота молниеотвода, м.

Минимальная активная высота молниеотвода

Принимаем h_а = 5 м.

Молниеотводы характеризуются высотой h:

где h_х – высота заземляемого объекта (h_х = 12 м.)

м

Зона защиты молниеотвода представляет собой конус, с криволинейной образующей. Радиус зоны защиты определяется по формуле:

м

Наименьшая ширина зоны защиты b_х в середине между молниеотводами (на горизонтальном сечении) на высоте h_Х определяется по формуле:

где а – расстояние между молниеотводами

м

Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку А, распложенную по средине между молниеотводами на высоте h₀, м

м

Самые высокие объекты входят в зону защиты молниеотводов.

Условия защищенности всей площади выполняется:

(38 £ 40 м)

Воздушные линии на железобетонных опорах защищаются тросовыми молниеотводами на подходе к подстанции. Длина подхода 2 км. Защитный угол тросового молниеотвода равен 25 градусов.

Защитное заземление необходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживании электроустановок. К защитному заземлению относятся заземления частей установки, нормально не находящейся под напряжением, на которые могут оказаться под ним при повреждении изоляции. Заземление позволяет снизить напряжение прикосновения до безопасного значения.

Произведем расчет заземляющего устройства ПГВ.

Установим необходимое допустимое сопротивление заземляющего устройства. В данном случае заземляющее устройство используется одновременно для установок выше 1000 В с заземленной нейтралью и изолированной нейтралью. Согласно [10] сопротивление растекания R_З для установок свыше 1000 В с заземленной нейтралью R_З £ 0,5 Ом, а для установок свыше 1000 В с изолированной нейтралью

, но не более 10 Ом. Из двух сопротивлений выбираем наименьшее, т.е. R_З £ 0,5 Ом.

Определим необходимое сопротивление искусственного заземлителя R_Н. Так как данных о естественных заземлителях нет, то R_Н = R_З = 0,5 Ом.

Выберем форму и размеры электродов, из которых будем сооружать групповой заземлитель. В качестве вертикальных электродов выбираем прутки длиной 5 м, диаметром 14 мм. Эти заземлители наиболее устойчивы к коррозии и долговечны. Кроме того, их применение приводит к экономии металла. Прутки погружаем в грунт на глубину 0,7 м с помощью электрозаглубителей. В качестве горизонтальных электродов применяем полосовую сталь сечением 4х40 мм. Во избежания нарушения контакта при возможных усадках грунта укладываем ее на ребро. Соединение горизонтальных и вертикальных электродов осуществляем сваркой.

Размеры подстанции 37х28 м. Тогда периметр контурного заземлителя равен Р = 2 × (37 – 4 + 28 – 4) = 114 м, а среднее значение расстояния между электродами:

м

где n_В – предварительное число вертикальных электродов.

Отношение а/1 = 1,9/5 = 0,38, тогда из [10] коэффициент использования вертикальных электродов К_uверт = 0,29.

Определяем расчетное удельное сопротивление грунта отдельно для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающих коэффициентов К_С, учитывающих высыхание грунта летом и промерзания его зимой.

Расчетное удельное сопротивление грунта для вертикальных электродов:

где К_С.В. = 1,3 – коэффициент сезонности для вертикальных электродов и климатической зоны 2 согласно [10].

r₀ = 40 – удельное сопротивление грунта для глины, Ом×м.

Расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальных электродов:

где К_С.Г. = 3 – коэффициент сезонности для горизонтальных электродов и климатической зоны 2 согласно [10];

Ом×м Ом×м

Определим сопротивление растеканию тока одного вертикального электрода:

где l = 5 м – длина вертикального электрода, м;

d = 14 × 10^-3 диаметр электрода, м;

t = 3,2 – расстояние от поверхности грунта до середины электрода, мм;

Ом

Определим примерное число вертикальных электродов n_В при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов К_{u верт} = 0,29:

Принимаем n_В = 80 шт.

Определим сопротивление растеканию тока горизонтального электрода:

где l = 114 – длина горизонтального электрода, м;

t = 3,2 – глубина заложения, м;

d_Э – эквивалентный диаметр электрода, м;

Ом

Уточненные значения коэффициентов использования: К_{u верт} = 0,276; К_uгор = 0,161, тогда уточненное число вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтального электрода:

шт.

Принимаем n_В.У. = 81 шт.

,

Меньше на 10%, следовательно, окончательное число вертикальных электродов – 81.

Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения на глубине 0,7 м укладываем выравнивающую сетку с размером ячейки 3,6х6 м. План подстанции с контурным заземлением представлен на рис.14.