Электроснабжение предприятия по производству деталей к автомобилям (стр. 16 из 18)

Расчетное значение ρ определяется по данным измерений как

(3.10)

где К - сезонный коэффициент; ρ_{ИЗМ -} измеренное значение

удельного сопротивления грунта. Если измерение проводилось при средней влажности грунта, то К=1,4. При повышенной влажности земли перед измерением берется К=2,6.

Быстрое же нарастание тока молнии на фронте импульса создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивление заземления, наоборот, увеличивается.

В результате влияния того или иного фактора (образования зоны искрения или падения напряжения на индуктивности) сопротивление заземлителя при прохождении тока молнии - так называемое импульсное сопротивление R_И - отличается от стационарного сопротивления заземления, измеренного при переменном напряжении и сравнительно небольшом токе.

Отношение импульсного и стационарного сопротивлений заземления называется импульсным коэффициентом

Пусть ток I стекает с вертикального заземлителя в виде стержня при t=0. На границе искровой зоны, представляющей собой цилиндрическую поверхность радиусом г_из, напряженность электрического поля

Рис.3.3 Искровая зона вокруг вертикального электрода

Сосредоточенные заземлители имеют тем меньшее R_h, чем больше ток молнии, проходящий через заземлитель, и выше удельное сопротивление грунта.

Анализ протяженного горизонтального заземлителя без учета искровых процессов, который здесь не приводится из-за его громоздкости, приводит к следующему выражению для импульсного коэффициента:

где

индуктивность единицы длины

горизонтального заземлителя, мкГн/м; τ_Ф - длительность фронта тока молнии, макс.

Импульсный коэффициент протяженного горизонтального заземлителя больше единицы, и чем больше его длина и меньше длительность фронта импульсного тока, тем выше значение а_и.

Следует иметь в виду, что у поверхности протяженного заземлителя имеют место искровые процессы, однако они ослабевают по мере удаления от начала заземлителя, поскольку уменьшаются его потенциал и плотность стекающего тока. Искровые процессы в земле существенно влияют на импульсное сопротивление протяженного заземлителя. При малых длинах его, когда плотности тока велики, искровые процессы могут привести к уменьшению импульсного коэффициента до

.

Если заземлитель состоит из п труб или полос, то его импульсное сопротивление равно

где η_{И -} импульсный коэффициент использования заземлителя, учитывающий ухудшение условий растекания тока молнии вследствие взаимного экранирования электродов.

Сопротивление заземлителя подстанции в виде сетки, которая состоит из вертикальных электродов, объединенных горизонтальными полосами, рассчитывается по эмпирической формуле:

где L - суммарная длина всех горизонтальных заземляющих электродов (полос); пи 1 - число и длина вертикальных электродов; S - площадь, занятая заземлителем;

ρ - расчетное значение удельного сопротивления грунта А - коэффициент, определяемый по значению

7.4 Условия безопасного прохождения тока молнии по молниеотводу

При прохождении тока молнии по молниеотводу создается падение напряжения на сопротивлении заземлителя молниеотвода и на индуктивности токоотвода. При косоугольной форме фронта тока молнии и крутизне фронта а максимальный потенциал в точке молниеотвода, расположенной на расстоянии 1 от заземлителя, наступает в момент максимума тока молнии

где L_o - индуктивность единицы длины токоотвода. Для металлических молниеотводов решетчатой конструкции, а также для отдельно проложенных токоотводящих спусков L₀=l,7 мкГн/м.

Учитывая достаточно малое число ударов молнии в такие объекты, как, например, подстанции, в данном случае в качестве расчетных значений принимают I_М = 60 к А и а=30 кА/мкс.

Расстояние по воздуху 1_В при расчетных параметрах тока молнии и допустимой напряженности электрического поля в воздухе £8=500 кВ/м определяется по формуле:

1_в=0,12R_И + 0,11

Расстояние в земле 13 между заземлителем отдельно стоящего молниеотвода и ближайшей к нему точкой защищаемого устройства в земле при допустимой напряженности поля в земле ЕЗ = 300 кВ/м рассчитывается как

l_B= 0,2R_И

При этом 1_В должно быть не менее 5 м, а l_Э - не менее 3 м.

На подстанциях при установке молниеотводов на порталах помимо соблюдения безопасных расстояний по воздуху и в земле необходимо согласовать импульсные разрядные напряжения изоляторов и напряжения,

возникающие в точках их присоединения к порталу при ударах молнии в молниеотвод.

7.5 Конструктивные исполнения молниеотводов

В качестве несущих устройств для крепления токоведущих частей молниеотводов должны использоваться, там, где это возможно, конструкции самих защищаемых объектов. Например, на подстанциях молниеприемники могут устанавливаться, как уже отмечалось, на металлических порталах, предназначенных для подвески ошиновки, а сами порталы могут использоваться в качестве токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителем.

Для отдельно стоящих молниеотводов в качестве несущих элементов используются железобетонные или деревянные стойки (при высоте до 20 м). Для токоотвода используется металлическая арматура железобетонных стоек, по деревянным стойкам прокладывается специальный токоведущий спуск к заземлителю. При высоте более 20 м применяют стальные решетчатые конструкции. Рекомендуется молниеотводы выполнять в виде свободно стоящих конструкций без растяжек.

Молниеприемники должны выдерживать термические и электрические воздействия тока молнии. Рекомендуется применять стальные молниеприемники сечением 50 - 100 мм2 для стержневых и однопроволочных тросовых молниеприемников. Поперечное сечение стальных многопроволочных тросов должно быть не менее 35 мм². Молниеприемники и токоотводы предохраняются от коррозии покраской. Многопроволочные стальные тросы должны быть оцинкованы. Соединения частей токоотводов между собой, а также с молниеприемниками и заземлителями производятся в основном с помощью сварки.

7.6 Расчёт молниезащиты гппп

Габаритные размеры подстанции 50x50 м², высота защищаемого оборудования 20 м, грозовая активность, характеризующаяся числом грозовых часов в году - Д_Г = 40 ч/год, измеренное сопротивление грунта ρ_изм=45Ом-м.

Для защиты подстанции используются стержневые молниеотводы высотой 35 м. Принимаю для защиты подстанции 4 молниеотвода, их размещение приведено на рис.7.4, 7.5

Рис.7.4. Горизонтальная зона защиты молниеотводами

Рис.7.5. Вертикальная зона защиты молниеотводами

Расстояние между молниеотводами L принято 25 м, от периметра ГПП до молниеотводов d_x =15 м. Высота защищаемого оборудования h_x = 20 м.

Принята вероятность прорыва молнии через границу зоны Р = 0,005. Верхняя граница защищаемой зоны:

При L<h:

h_min = h₀ = 29,8 м,

d_x = r_x = 20 м.

Заземляющее устройство круглый год должно иметь сопротивление не более 0,5 Ом [3, п.1.7 51]. Для заземления молниеотводов приняты вертикальные и горизонтальные заземлители. В качестве вертикальных заземлителей приняты стальные стержни диаметром 16 мм и длиной 6м. Горизонтальные заземлители представляют собой стальные полосы прямоугольного сечения 48 мм².

Расчётное сопротивление грунта:

ρ = К·ρ_изм =1,15·50 = 57,5 Омм,

где значение К определено для суглинистой почвы III климатической зоны.

Суммарная длина горизонтальных заземлителей:

L_Г=9·50 + 9·50 = 900 м.

Рис.7.6. Схема заземлителя

Определим сопротивление заземлителя

Рассчитанное сопротивление проходит по условию минимального сопротивления заземлителей. Для оценки эффективности защиты определяется пятидесятипроцентное значение разрядного напряжения Uso%₅ по длине гирлянды изоляторов.

Выбор числа изоляторов и его типа.

Принимаю среднеэксплуатационную нагрузку F = 120 кН. Необходимо, чтобы изолятор имел пятикратный запас прочности:

F_H3 = 5F = 5120 = 600 кН.

По [11] выбираю изолятор ПС 12-А, его характеристики:

Строительная длина Н = 140 мм

диаметр Д = 260 мм

длина пути утечки LУ1=325 мм

Коэффициент, учитывающий изменение длины пути утечки изолятора при неравномерном загрязнении и увлажнении в процессе эксплуатации: