Логотип

Логотип
Нижний Новгород. Строительные материалы
603037 Нижний Новгород, ул. Федосеенко, д. 54
тел./факс 8 (831) 225-44-50, 223-55-05, 229-06-66, 223-55-45, 225-77-78, 223-73-53, 225-71-31
 
           

Молниеотвод на подстанции


Как защищают подстанции от ударов молнии

Любой ресурс, электроэнергия, в том числе, нуждается в транспортировке и перераспределении. В отличие от нефти или угля, электричество передается посредством линий электропередач (ЛЭП), которые в большинстве своем представляют собой воздушные линии (ВЛ). Эти каналы, по причине экономической целесообразности, предполагают транзит энергии огромной мощности.

Для приведения характеристик электроэнергии в соответствие с параметрами электросетей конечных потребителей, а также для ее распределения применяют трансформаторные подстанции. Знание вопроса молниезащиты трансформаторных подстанций поможет не только предотвратить финансовый ущерб от атмосферного электричества, но и сохранит жизнь людям.

Опасность разряда молнии

Превышение рабочего напряжения (перенапряжение) в результате удара молнии может происходить двумя путями. Перенапряжение прямого удара (ПУМ) возникает при непосредственном попадании молнии в подстанцию. Индуцированное же происходит в результате удара в землю вблизи от объекта.

Несмотря на кратковременность воздействия (порядка 100 микросекунд), ущерб может быть весьма значительным. Кроме того что молния обладает колоссальным напряжением, температура разряда в главном канале может достигать 30000°C. Разумеется, разрушения подстанции или ее элементов могут быть весьма значительными.

Перенапряжение на установке может быть вызвано ударом молнии в участок воздушной линии, соединенный с ней. Поэтому грозозащита линий электропередач также относится к комплексу мер по защите подстанций от молний.

В общем случае можно выделить следующие основные причины необходимости оснащения объектов молниезащитными устройствами:

  • если подстанция находится в отдельном здании, предотвращается его разрушение;
  • предохранение от разрушения оборудования, что значительно увеличивает срок его эксплуатации;
  • обеспечение стабильного электроснабжения потребителей подстанцией.

Сюда же можно добавить снижение уровня травмоопасности для персонала. Это значит, что молниезащита подстанции необходима и обязательна в соответствии с действующими требованиями законодательства (ПУЭ). Эти правила позволяют не защищать лишь подстанции на 20 и 35 кВ, оборудованные трансформаторами мощностью менее 1,6 кВ. Также разрешено не оборудовать молниезащиту подстанций и ОРУ в климатических зонах, где количество грозовых часов не превышает 20.

Защита от ПУМ

Здания, подстанции, в том числе, открытые распределительные устройства (ОРУ), воздушные линии и другие объекты защищают от ПУМ при помощи стержневого молниеотвода или комплексом таковых. Устройство, изобретенное в середине 18 века, актуально по сей день. Вообще, молниеотводы бывают тросовыми и стержневыми. Первые из них используются для защиты от молнии протяженных объектов, типа шинных мостов, и применяются относительно редко. Вторые же наиболее распространены и способны обеспечить молниезащиту зданий, опор воздушных ЛЭП и других объектов.

Стержневой молниеотвод, как следует из названия, представляет собой устройство, состоящее из молниеприемника, токопровода и заземлителя. Расположенный значительно выше остальных конструкционных элементов сооружения, как минимум на 3 метра (ПУЭ), он и принимает на себя удар молнии.

Требования к молниеприемнику

Молниеприемник изготавливается из стали. Для того чтобы выдерживать термические нагрузки при протекании тока, а также высокую температуру самой молнии, согласно ПУЭ его диаметр должен быть более 6 мм. Соединение молниеприемника с токопроводом необходимо производить путем их сваривания. Если это невозможно, то допустимо резьбовое соединение болтом и гайкой. Диаметр шайб в этом случае должен быть увеличен. Во избежание падения и нанесения по этой причине ущерба, устройство должно быть прочно закреплено на опоре или другой несущей конструкции.

Молниеприемники обычно закрепляют на уже имеющихся металлических конструкциях. Это могут быть прожекторные мачты, крыши высотных зданий, высокие точки на входе в подстанцию. Исключение составляют трансформаторные подстанции. На них приемники молний для молниезащиты не устанавливают. Если же такая необходимость возникает, то обмотки с низшим напряжением защищают вентильными разрядниками.

Заземлитель

Токоотвод соединяется он с заземлителем – одной из наиважнейших частей молниезащиты. В качестве заземлителя в целях экономии используется одно заземляющее устройство ЗУ, которое отвечает наиболее жестким требованиям следующих видов заземления:

  • заземление молниезащиты;
  • рабочее заземление (трансформаторы, генераторы и прочее оборудование);
  • защитное заземление, обеспечивающее безопасность людей.

Заземляющее устройство молниезащиты на подстанциях выполняют горизонтально размещенными в грунте полосами, которые соединяются с вертикальными электродами, идущими к токоотводу. Все металлические части подстанции, включая корпуса баков, выключателей и прочего, должны иметь контакт с заземлением. Только в этом случае гарантирована надежная молниезащита. Сети с напряжением от 110 кВт делают с глухозаземленной нейтралью, а подстанции на 35 кВ и ниже заземляют через дугогасящий реактор.

Все компоненты молниеотвода должны иметь антикоррозийное покрытие, в качестве которого обычно применяется оцинковка. Количество устройств на одном сооружении, а также их эффективность и зоны защиты определяются при соответствующих расчетах. Таким образом, обеспечивается защита подстанций от прямых ударов молнии при помощи стержневых молниеотводов.

Защита от индуцированных волн

Молниезащита подстанции при непрямом попадании молнии обеспечивается специальными аппаратами, которые обеспечивают защиту от импульсного перенапряжения. Учитывая то, что заранее неизвестно, куда попадет молния, все входы и выходы подстанции оснащаются либо разрядниками, либо более совершенными ограничителями перенапряжения (ОПН).

Принцип действия искрового разрядника основан на образовании дуги между двумя стержневыми электродами, один из которых заземлен, а второй соединен с фазным проводом. Они разделены защитным промежутком. При пробое последнего (появлении искры) вся электроустановка отключается, обеспечивая ее молниезащиту.

Более эффективным считается трубчатый разрядник, состоящий из газогенерирующей трубки, кольцевого и стержневого электродов и двух искровых зазоров, внутреннего и внешнего. Последние в случае возникновения перенапряжения пробиваются и образуется дуга, высокая температура которой запускает газогенератор. Под давлением газ перемещается к открытому концу трубки, чего оказывается достаточно для задувания дуги.

Разрядник вентильного типа

Еще более продвинутым устройством молниезащиты от индуцированных волн является разрядник вентильного типа. Кроме промежутков для искрообразования, в его состав входит герметичная фарфоровая покрышка и резисторы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Стоит отметить, что согласно ПУЭ имеются ограничения на максимальное расстояние от разрядника до трансформаторов подстанции, колеблющееся от 60 до 90 м, в зависимости от типа опор ВЛ.

Разрядники для обеспечения молниезащиты подстанций применяют все реже. Более совершенные устройства постепенно занимают их нишу. Основными их преимуществами является отсутствие искровых промежутков, малые размеры, глубокое ограничение перенапряжений.

Принцип действия ОПН предельно прост. Варистор (нелинейный резистор) ведет себя как сопротивление до достижения порогового напряжения. Превышение этой величины приводит к тому, что прибор поддерживает напряжение на заданном уровне за счет ответвления части тока на землю.

При использовании ОПН в качестве молниезащиты, есть сложности с длительностью удержания рабочего напряжения и некоторые другие. Но при правильном подборе типа прибора нелинейная молниезащита наиболее эффективна.

evosnab.ru

1.2.3. Молниезащита подстанций

Молниезащита подстанции (в отличие от ЛЭП) должна быть более надежной, поэтому включает следующие виды [5]:

  1. от прямых ударов молнии (от ПУМ) в подстанцию;

  2. от перекрытий при ударе молнии в заземленные конструкции подстанции;

  3. от волн, приходящих с линии;

  4. от ударов молнии в подходы линии к подстанции.

На подстанции любое перекрытие изоляции будет считаться аварией, поэтому полное число перекрытий тоже будет складываться из тех же составляющих:

.

В Руководстве [2] рекомендуется грозозащиту выполнить так, чтобы показатель грозоупорности подстанции на 35 кВ был порядка лет, а подстанций на 110 кВ порядкалет. Рассмотрим по порядку все виды защит подстанции.

Защита от прямых ударов молнии

Открытые подстанции защищаются от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами [1].

Возможны два способа защиты:

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

2. Установка отдельно стоящих молниеотводов со своими обособленными заземлителями.

Число перекрытий при прорывах молнии мимо молниеотвода равно:

,

где − число ударов молнии в подстанцию;− вероятность тока молнии большего уровня грозоупорности изоляции подстанции ([5]);− вероятность прорыва молнии мимо молниеотвода.

Число ударов молнии в подстанцию длиной А , шириной В и высотой h (размеры в метрах) может быть рассчитано по формуле (1.2) [5]:

Зоны защиты молниеотводов могут определяться по одной из трех методик, которые имеют разные вероятности прорыва. Например, вероятность прорыва молнии мимо молниеотводы по методике, разработанной в ВЭИ [9], .

Защита от перекрытий при ударе молнии в молниеотводы

Чаще всего молниеотводы на подстанцию ставят на конструкциях, при ударе в такой молниеотвод возможны перекрытия гирлянды. Напряжение на вершине молниеотвода определяется по формуле (1.1). Напряжение на гирлянде . Самый надежный способ предотвратить перекрытие – это уменьшить сопротивление заземления. Поэтому на подстанциях 110 кВ и вышеОм, а на подстанциях 35 кВ10 Ом.

Но при этом дополнительно [1] от стоек конструкции ОРУ 35 кВ и выше нужно обеспечить растекание тока молнии по магистралям заземления не менее чем в двух направлениях с углом не менее 90º между соседними. Кроме того, должно бытьустановлено не менее одного вертикального электрода длиной 3−5 м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом. Это вызвано тем, что быстрое нарастание тока молнии создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, и удаленные его части практически не участвуют в отводе тока на землю.

Самое слабое место – это трансформаторный портал. Перечисленные меры предотвращают перекрытие гирлянды, однако перенапряжения остаются опасными для изоляции трансформатора, т.к. на его корпусе почти такое же напряжение, как на вершине молниеотвода.

При установке на трансформаторных порталах необходимо соблюдение следующих дополнительных условий:

1. При этом от стоек конструкции с молниеотводами должно быть обеспечено растекание тока молнии по магистралям заземления в трех – четырех направлениях.

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.

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 вентильные разрядники или ОПН.

4. На подстанциях с высшим напряжением 35 кВ сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом без учета заземлителей, расположенных вне контура заземления подстанции.

5. Заземляющие проводники РВ или ОПН и силовых трансформаторов рекомендуется присоединять поблизости один от другого.

Защита от волн, приходящих с линии

Подстанция имеет небольшие размеры и ее можно надежно защитить от ударов молнии. А вот ЛЭП с такой надежностью защитить трудно, да и нет необходимости. Поэтому при ударе молнии в ЛЭП волна может быть безопасной для линии, но опасной для подстанции. От этих волн требуется защита. Сначала следует определить, какие волны опасны для подстанции. Дело в том, что чем дальше от подстанции удар молнии на ЛЭП, тем менее она опасна, т.к. при пробегании волны по линии она деформируется.

Для этого они должны все пробежать по линии такое расстояние, чтобы стать безопасными, т.е. ниже кривой опасных волн. С этой целью перед подстанцией обязательно защищают часть ЛЭП (подход), на котором нужно исключить удар в провод. А все удары за пределами подхода для подстанции безопасны. Они могут представлять опасность лишь для изоляции трансформатора. Поэтому перед трансформатором необходимо поставить вентильный разрядник или ОПН.

При этом расстояние между трансформатором и разрядником (l) должно быть меньше критического (lкр), иначе на процесс срабатывания разрядника накладываются колебания, возникающие в контуре РВ – трансформатор, и на трансформаторе будут недопустимые перенапряжения.

Если l > lкр, то нужно поставить еще один комплект вентильных разрядников у того трансформатора, где l > lкр, либо поставить разрядники на группу выше.

Если все перечисленные требования выполнены, то число перекрытий можно оценить по формуле

N3пер = NБП ,

где NБП − число ударов молнии в ЛЭП без подхода ();

l – длина ЛЭП; lП – длина подхода; - вероятность прихода опасной волны с линии.

Защита подхода ЛЭП

Следовательно, подход к подстанции (lп= 14 км) должен быть защищен так же тщательно, как и сама подстанция, чтобы исключить на нем прорыв, минуя трос и перекрытие гирлянд.

Число перекрытий на подходе можно оценить по формуле

,

где - число ударов молнии в подход ();− вероятность прорыва, минуя трос;− вероятность удара в опору;− вероятность возникновения тока, выше грозоупорности опоры подхода, то есть приводящего к перекрытию гирлянды.

Чтобы исключить прорыв и перекрытие на подходе принимаются следующие меры.

Если ЛЭП полностью защищена тросом, то на подходе принимают меры:

1. Сопротивление опор Ом;

2. Защитный угол троса ;

3. На первой опоре, где начинается трос, установить комплект трубчатых разрядников.

У ЛЭП на деревянных опорах тросом защищен только подход. Поэтому дополнительно к перечисленным мерам нужен комплект разрядников на последней опоре подхода, где заканчивается трос.

Методики расчета зон защиты молниеотводов

Защитное действие стержневого молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Во время лидерной стадии разряда 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 ударом молнии с определенной степенью надежности. Защищаемый объект не поражается молнией, если он целиком входит в зону молниеотвода. В настоящее время существуют три основные методики определения зон защиты стержневых молниеотводов.

Первая методикабыла предложена в ВЭИ на основе обширных лабораторных исследований, проведенных в 1936−1940 гг. А.А. Акопяном. По этой методике зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой «шатер» (рис.1.4а), по ней можно рассчитывать зоны защиты молниеотводов высотой до 60 м. Объекты, находящиеся на границе этой зоны, защищены с вероятностью Р0,999.

Рис.1.4. Зона защиты одиночного молниеотвода по первой (а),

второй (б) и третьей (в) методикам

Эта методика вошла в «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов»[9]. Эта методика очень удобна как для ручного расчета, так и для расчета на ЭВМ, так как она была специально создана для расчета зон защиты станций и подстанций. Правда, в последние годы ей перестали пользоваться.

В 70-e годы в МЭИ была предложена упрощенная методика расчета зоны защиты одиночного молниеотвода, в которой шатер заменен отрезками двух прямых (рис.1.4б.). Эта методика подробно изложена в учебнике [11] и справочниках [8], изданных МЭИ. Однако в нормативные документы она не вошла. Расчетные формулы у нее точно такие же, что и у первой методики. Электротехнический справочник 2002 года [8] рекомендует ее для расчета молниезащиты подстанции.

В третьей методике учтено, что вершина молниеотвода не защищена, поэтому зона защиты одиночного молниеотвода высотой до 150 м представляет собой круговой конус высотой ho

studfiles.net

Молниезащита подстанции

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Природа молнии.

2. Молниезащита подстанции

3. Защита подстанции от прямого удара молнии. Молниеотвод

3.1 Принцип работы молниеотвода

3.2 Установка молниеотводов

4. Аппараты защиты от импульсного перенапряжения

4.1 Разрядники.

4.2 Ограничители перенапряжений

5. Правила защиты электроустановок

6. Защита подстанций промышленных предприятий

Заключение

Список литературы

Введение

Молния это природное явление, представляющее собой мощной электрический разряд. До сих пор это красивое, но опасное чудо природы не исследовано полностью. Однако, всем известна разрушительная мощь грозового разряда. Это большая угроза не только для жизни человека, но и для его имущества. Необходимость и важность защиты от ударов молнии электрических установок, линий электропередач, зданий и сооружений растет вместе с увеличением потребностей в увеличении генерируемой мощности для удовлетворения нужд потребителей.

Воздействие молнии не ограничивается на электрическом воздействии. Она обладает так же термическими и механическими силами разрушения. Температура канала грозового разряда по последним данным составляет примерно 30 000 градусов по Цельсию. Поэтому при прохождении по токоведущим частям грозовой разряд способен расплавить металл, который является основным материалом для проводников, корпусов электроустановок. Для сохранения целостности электрооборудования подбирается минимально допустимое сечение проводов, толщина изоляции и т.д.

Молния так же оказывает механическое воздействие. Самый обычный пример это расщепление дерева опоры линии электропередач или повреждение трубчатых разрядников и других аппаратов. Такое воздействие молнии может привести к серьезным последствиям, как отключение участка электроснабжения, так и расстройство сложного технологического процесса.

В данной работе будет подробно рассмотрено влияние электрического разряда молнии на подстанцию, способов ее защиты и защиты оборудования подстанции.

1. Природа молнии

Для лучшего понимания процесса защиты подстанции от попадания молнии необходимо понять природу этого явления. До сих пор существует множество теорий об образовании молний. Некоторые из них связаны с воздействием на нашу атмосферу космических лучей, другие связывают появление молнии с разностью потенциалов земли и грозового облака, в результате которой происходит своеобразный пробой в воздухе и мы видим искру. Однако до сих пор нет такой теории, которая полностью объяснила бы весь процесс образования молнии.

Одна из самых распространённых теорий относится к предположениям М.В. Ломоносова. По его предположениям, причина появления электрических разрядов в облаках заключается во влиянии постоянного электрического поля земли.

Заряд нашей планеты, как известно, всегда был отрицательным. От заряда земли зависит напряженность электрического поля на поверхности. Свободные заряды в воздухе движутся по направлению электрического поля и, с удалением от поверхности земли, их плотность увеличивается в несколько миллиардов раз. Земля вместе с зоной достаточной плотности свободных зарядов, расположенной от поверхности на расстоянии 80 км, образует шарообразный конденсатор. Между обкладками которого, находится диэлектрик - слой воздуха.

Грозовые облака по своему происхождению делятся на тепловые и фронтальные. Принцип появления тепловой грозы очень прост. В результате нагрева поверхности земли, раскаленный воздух поднимается вверх. Когда эта масса попадает в область низких температур атмосферы Земли, то пар начинает конденсировать, в результате чего образуются грозовые облака. В такие облака входит множество электрически заряженных маленьких капель.

Принцип образования фронтальных облаков похож на появление тепловой грозы. Различие заключается в том, что теплый воздух поднимается вверх из-за столкновения с потоком холодного воздуха. В результате чего образуются завихрения, которые попадают в область низких температур, и далее процесс развития фронтальной грозы идентичен появлению тепловой.

Электрически заряженные капли в облаке, находясь между отрицательно заряженной Землей и положительно заряженным слоем воздуха в верхнем слое атмосферы, начинают поляризоваться. Далее заряды начинают переориентироваться как в самом облаке, так и в атмосфере. Но в облаке разряды распределяются неравномерно. Молния образуется в местах, где напряженность поля неравномерно распределенных зарядов достигает определенного значения. Начинается процесс ударной ионизации, появляются лавины электронов, а далее образуются стримеры, которые переходят в лидеры.

Разряд молнии представляет с собой несколько последовательных импульсов. Траекторию движения и место удара ее предсказать невозможно. Она зависит от поля земли и объектов, расположенных на земле. Известно, что, если под тучей окажется какое-либо сооружение, то молния будет передвигаться к земле по самому короткому пути.

На основе многих исследований были выведены некоторые закономерности поведения молнии. Например, при наличии двух объектов одинаковой высоты под грозовым облаком, разряд будет приходиться на объект, имеющий лучшее заземление и проводимость.

Для полноценной защиты различных объектов от ударов молнии необходимо знать так же параметры, которыми характеризуется это природное явление.

Основными их них являются время ее разряда и время каждого импульса, ток разряда, крутизна фронта импульса. От крутизны фронта импульса зависит величина перенапряжений в электроустановках. На рисунке 1 представлено вероятностное распределение крутизны фронта импульса молнии.

Рисунок 1 - Кривые вероятностного распределения крутизны фронта импульса тока молнии

Величина тока молнии может превышать 200кА, но таких разрядов очень мало. На рисунке 2 приведено вероятностное распределение значений токов молнии.

Рисунок 2 - Кривая вероятностного распределения амплитуды тока молнии

2. Молниезащита подстанции

Комплексная защита подстанции состоит из внутренней и внешней защиты от грозовых перенапряжений. Однако, если подстанция встроенная или внутрицеховая, то защита может выполняться только внутренняя, так как внешняя защита обеспечивает безопасность от перенапряжения всего здания, которое включает в себя и закрытую подстанцию.

Перенапряжения, вызванные ударом молнии, делятся на два типа: перенапряжения прямого удара и индуцированные перенапряжения. Первый тип характерен для ситуации непосредственного попадания молнии в электроустановку. В этом случае импульсное напряжение зависит от конструкционных особенностей объекта, от величины сопротивления заземления и режима нейтрали. Так же большое влияние оказывают параметры и самой молнии: скорость роста молнии, сопротивление канала молнии. Для защиты от прямого удара используют молниеотводы.

Второй тип перенапряжений характерен при попадании молнии в землю рядом с электроустановкой. Для защиты подстанции от импульсных перенапряжений применяются, например, разрядники, нелинейные ограничители напряжения.

От прямых ударов молнии различные электроустановки, линии электропередач, подстанции, ОРУ и так далее необходимо защищать. Однако существует несколько допущений.

Молниезащита не требуется для

a) открытых подстанций 20кВ и 35кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 МВА и ниже;

b) ОРУ и открытых подстанции 20кВ и 35кВ, при условии, что число грозовых часов в году до 20;

c) ОРУ и открытых подстанции менее 220кВ на площадках с эквивалентным удельным сопротивлением земли в грозовой сезон , при условии, что число грозовых часов в году до 20.

Закрытые подстанции защищаются от прямых ударов молнии, если число грозовых часов в году превышает 20. Закрытые подстанции, выполненные с помощью металлических покрытий и конструкций, следует защитить заземлением металлических частей. Если закрытые подстанции не имеют такие металлические части и не могут быть заземлены, то необходимо использовать различные молниеотводы или молниеприемники.

подстанция молния перенапряжение электроустановка

3. защита подстанции от прямого удара молнии. Молниеотвод

Защита от удара молнии уже очень давно волнует человечество. Первые упоминания о способах защиты относятся к императору Августу, который в этих целях использовал шкуру тюленя. Существовали и другие пути сохранения жизни и имущества, но только лишь в 1752-м году Бенжемином Франклином был придуман молниеотвод. Этот метод защиты от грозовых разрядов имел огромную популярность и по сей день сохраняет свою функцию.

Молниеотводы делятся на два вида по типу молниеприемника: стержневые и тросовые. Принцип его действия очень прост. Так как молния бьет в самый высокий объект, которым и является молниеотвод, он принимает на себя прямой удар и отводит электрический ток в землю, тем самым защищая расположенные в зоне его защиты объекты.

3.1 принцип работы молниеотвода

Разберем подробно принцип работы стержневого молниеотвода, который чаще всего используется для защиты зданий и подстанций. На рисунке 3 представлена конструкция простого молниеотвода.

Рисунок 3 - Конструкция стержневого молниеотвода

1 - молниеприемник; 2 - несущая конструкция; 3 - токопровод; 4 - заземлитель.

К молниеприемникам предъявляются высокие требования. Так как они воспринимают прямые удары молнии, то должны обладать механической и тепловой стойкостью к воздействию электрического тока, а так же должны выдерживать высокую температуру при разряде.

Функция несущей конструкции заключается в соединении всех элементов молниеотвода в прочную и жесткую конструкцию. Так как молниеотводы устанавливаются в непосредственной близости к объектам под напряжением, то не исключены ситуации падения молниеотвода на токоведущие части. Такие ситуации приводят к аварии, порче электрооборудования и т.д. От таких случаев и должна защищать несущая конструкция, которая надежно закрепляет молниеотвод.

Важным показателем молниеотвода является качество его заземления. Эффективность и надежность защиты подстанции зависит от заземлителя. Основная задача его заключается в отводе тока разряда молнии в землю, поэтому его основные характеристики определяются стойкостью к механическому и тепловому воздействию тока, как и молниеприемник. Кроме того, заземлитель должен иметь хорошую стойкость к химически-агрессивной почве, устойчивость к коррозии.

В результате проведения множества опытов было выявлено пространство вокруг молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое практически равно нулю. Для эффективной защиты объект должен полностью находиться в зоне защиты молниеотвода. Над самим молниеотводом находится зона, при возникновении молнии в которой, вероятность попадания молнии в стержневой молниеотвод очень велика.

На рисунке 4 представлены зоны защиты и 100%-го поражения молниеотвода.

Рисунок 4 - Зоны защиты и 100%-го поражения молниеотвода

Зона защиты молниеотвода определяется расчетным путем и регулируется правовыми документами (СО153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций). Однако, не для всех молниеотводов формулы расчета одинаковы. Было установлено, что молниеотводы, высота которых превышает шестьдесят метров, поражаются не только на кончике молниеприемника, но и ниже. В связи с этим расчеты несколько меняются. В таблице 1 приведены параметры для определения зон защиты для молниеотводов разной высоты.

Таблица 1. Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты P

Высота молниеотвода h,м

Высота конуса h0

Радиус конуса r, м

0,9

0-100

0,85h

1,2h

100-150

0,85h

[1,2-10-3(h-100)]h

0,99

0-30

0,8h

0,8h

30-100

0,8h

[0,8-1,43*10-3(h-30)]h

100-150

[0,8*10-3(h-100)]h

0,7h

0,999

0-30

0,7h

0,6h

30-100

[0,7-7,14*10-4(h-30)]h

[0,6-1,43*10-3(h-30)]h

100-150

[0,65-10-3(h-100)]h

[0,5-2*10-3(h-100)]h

Так же большое внимание оказывает местность. Частным случаем является установка молниеотвода на местности с уклоном. В таком случае зона защиты искривляется, и вверх по склону оказывается увеличенной, а вниз по склону уменьшенной.

Для увеличения зоны защиты можно поставить несколько молниеотводов. В качестве примера на рисунке 5 изображено два молниеотвода и граница их зоны защиты в горизонтальном и вертикальном сечении.

Рисунок 5 - Зона защиты двух равновысоких стержневых молниеотводов

Расчет зоны защиты производится так же, как и для отдельного молниеотвода, с учетом нормативных документов. В таблице 2 приведены параметры для определения зон защиты для двойных молниеотводов.

Таблица 2. Расчет зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Надежность защиты P

Высота молниеотвода h,м

Длина горизонтального сечения L, м

Расстояние между молниеотводами L0, м

0,9

0-30

5,75h

2,5h

30-100

[5,75-3,75*10-3(h-30)]h

2,5h

100-150

5,5h

2,5h

0,99

0-30

4,75h

2,25h

30-100

[4,75-3,57*10-3(h-30)]h

[2,25-0,01007(h-30)]h

100-150

4,5h

1,5h

0,999

0-30

4,25h

2,25h

30-100

[4,25-3,57*10-3(h-30)]h

[2,25-0,01007 (h-30)]h

100-150

4h

1,5h

3.2 Установка молниеотводов

Установка молниеотводов чаще производится на порталах подстанции (на конструкциях ОРУ). Это, прежде всего, обуславливается эффективностью использования защитных зон, так как устанавливаются ближе к защищаемым объектам. Конечно, установка таким способом является экономически выгоднее, так как требуется меньше металла на изготовление.

Вариант установки молниеотводов на конструкциях ОРУ имеет недостаток. Существует вероятность поражения молниеотвода ударом молнии с большой амплитудой и крутизной фронта импульса тока. Что может привести к поражению и защищаемой конструкции. Это в свою очередь приведет к «обратному» перекрытию изоляции, пробою изоляции, перекрытие гирлянд, повреждению оборудования, аварии и т.д.

Отдельно стоящие молниеотводы в этом плане безопасны. Но затраты на установку таких молниеотводов значительно выше.

Поэтому при проектировании подстанции выбирается оптимальный вариант, который учитывает и стоимость, и надежность.

Тросовые молниеотводы чаще применяются для защиты линий электропередач. Их используют для защиты участка линии длиной 1-3км, подходящие к подстанции.

4. Аппараты защиты от импульсного перенапряжения

Основными аппаратами защиты подстанции от импульсных перенапряжений атмосферного характера или от грозовых перенапряжений являются разрядники, ограничители перенапряжения. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся.

4.1 Разрядники

Самым простым является искровой промежуток. Иначе его еще называют искровым разрядником. Принцип его работы очень прост. Сама конструкция представляется собой двух стержневых электродов, между которыми находится защитный промежуток. При пробое этого промежутка и образовании между электродами устойчивой дуги, приводит к аварийному отключению электроустановки.

Еще один тип используемых разрядников - трубчатый. Они чаще применяются для защиты подходов к подстанции, для защиты оборудования маломощных подстанций. Конструкция такого разрядника представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Трубчатый разрядник

1 - газогенерируюшая трубка; 2 - стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; s1 - внутренний искровой промежуток; s2 - внешний искровой промежуток.

При грозовом перенапряжении искровые промежутки пробиваются, в результате образуется дуга. Под действием высокой температуры начинается интенсивное выделение газа. Давление в трубке начинает увеличиваться, из-за чего газы двигаются в сторону низкого давления, то есть к открытому концу трубки. Созданное продольное дутье оказывается достаточным для гашения дуги.

Для защиты изоляции электрооборудования подстанции чаще применяют вентильные разрядники. Свое название они получили благодаря своей характерной особенности. Сопротивление такого разрядника нелинейно, то есть с увлечением значения силы сопротивление уменьшается. Это позволяет пропускать большие токи через разрядник с наименьшим падением напряжения. В конструктивном исполнении вентильные разрядники представляют собой несколько искровых промежутков, последовательно соединенные с рабочим резистром. Рабочий резистор должен снижать ток до такого значения, которое сможет быть погашено искровыми промежутками.

Рисунок 7 - Вентильный разрядник

1 - искровые промежутки; 2 - нелинейные резисторы; 3 - герметично закрытая фарфоровая покрышка.

4.2 Ограничители перенапряжений

В настоящее время использование разрядников отходит на второй план. И в современных подстанциях основой аппарат защиты от грозовых перенапряжений нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН).

Рисунок 8 - Конструкция нелинейного ограничителя перенапряжения наружного исполнения

1 - сквозная полость (предусматривается только у ОПН при использовании фарфоровой покрышки); 2 - изолирующий корпус с ребрами; 3 - узлы герметичности и взрывоопасности; 4 - фланцы корпуса; 5 - экранодержатели; 6 - наружный тороидальный экран; 7 - колонки варистров.

В отличие от вентильных разрядников ОПН не имеет искровых промежутков. Основой ОПН является нелинейное сопротивление, состоящее из одной или нескольких колонок резисторов на основе оксида цинка - варисторы. Вольтамперная характеристика ОПН резко нелинейна. Необходимость в искровых промежутках полностью отпадает, тем самым обеспечивается ограничение всех грозовых и коммутационных перенапряжений до безопасного для защищаемой изоляции уровня.

5. правила защиты электроустановок

Все правила защиты электроустановок предусматриваются ПУЭ. Для наглядности в таблице 3 приведены необходимые мероприятия для защиты объектов подстанции.

Таблица 3. Защита подстанций от прямых ударов молнии

Защищаемые объекты

Защитные мероприятия

ОРУ, в том числе гибкие мосты и шинные связи.

Стержневые молниеотводы

Здания машинного зала при числе грозовых часов в году более 20.

1. Заземление металлических или железобетонных конструкций кровли или металлической кровли.

2. Стержневые молниеотводы или молниеприемные сетки на крыше зданий

Дымовые металлические, кирпичные, бетонные и железобетонные трубы.

Заземление

Стальной молниепровод и заземляющий спуск, присоединенный к заземлителю

Здания трансформаторной башни, маслохозяйства, нефтехозяйства, электролизной и ацителено-генераторной станции.

1. Отдельно стоящий тросовый или стержневой молниеотвод

2. Импульсное сопротивление каждого заземлителя

3. Заземление металлических корпусов

Угледробилки, вагоноопрокидыватели, резервуары с горючими жидкостями или газами, места хранения баллонов с водородом.

1. Молниеотвод, установленный отдельно или на самом сооружении при толщине крыши менее 4мм.

2. Заземление корпуса установки

5

ПУЭ предусматривает схемы молниезащиты подстанций промышленных предприятий. В таблице 4 приведены схемы подстанций, перечислены объекты для защиты и параметры молниезащиты.

Таблица 4. Защита подстанций промышленных предприятий

Схема

Защищаемый объект

Характеристика молниезащиты

Напряжение 3-20 кВ

Цеховые трансформаторы подстанции и РП с питающими воздушными линиями

Устанавливаются РТВ на вводе каждой воздушной линии. Если точки к. з., отключаемых трубчатыми разрядниками, на шинах подстанции устанавливаются РВС или РВП

Цеховые трансформаторные подстанции и РП с питающими воздушными линиями через кабельные перемычки

Устанавливаются РТФ или РТВ на кабельных муфтах и РВС или РВП на шинах подстанции

Главные понизительные подстанции с отходящими воздушными линиями на стороне низшего напряжения

Устанавливаются РВС на шинах подстанции, РТФ или РТВ - на вводах в подстанцию и дополнительно на расстоянии трех-четырех пролетов от вводов

Главные понизительные подстанции с отходящими воздушными линиями, имеющими кабельные вставки на подходах к подстанции

Устанавливаются РВС на шинах подстанции, РПВ - за реакторами, РТФ или РТВ - на кабельных муфтах и на расстоянии трех-четырех пролетов от них; при длине кабельной вставки свыше 100 м второй комплект разрядников РТ не устанавливается

Генераторы до 12 тыс. кВт электростанций промышленных предприятий. Воздушные линии подключаются к шинам через кабельные вставки без реакторов. Воздушные линии к шинам генераторов мощностью более 12000 кВт присоединять не разрешается

Устанавливаются РВМ на шинах электростанций примерно 1 мкФ, РТ - на кабельных муфтах и в конце защищенного молниеотводами подхода; длина кабельной вставки должна быть не менее 100 м. Подход воздушных линий на расстоянии 300 м защищается стержневыми молниеотводами. Если подходы воздушных линий к электростанции или подстанции экранизированы окружающими строениями, защита подходов воздушных линий молниеотводами не обязательна

Генераторы до 12000 кВт электростанций промышленных предприятий. Линии реактированы. Воздушные линии присоединены к шинам генераторного напряжения через кабельные вставки

Устанавливаются РВМ на шинах генераторного напряжения, РВС или РВП - за реакторами, на линиях: РТ2 - на расстоянии 300 м от РТ1. На шинах электростанции кроме разрядника устанавливаются емкости около 1 мкФ. Длина кабельной вставки должна быть не менее 50 м

Напряжение 35-110 кВ

Главные понизительные подстанции 35 - 110 кВ

Устанавливаются РВС на шинах подстанции, РТФ или РТВ - на вводах и в конце тросовых участков. Подходы воздушных линий защищаются тросами. Если подходы экранированы окружающими строениями, защита молниеотводами не обязательна. Вилитовые разрядники присоединяются под один разъединитель вместе с трансформаторами напряжения

Главные понизительные подстанции 35-110 кВ по упрощенной схеме с короткозамыкателями вместо выключателей

Устанавливаются РВС без разъединителей

Цеховые понизительные подстанции глубокого ввода 35 кВ с трансформаторами до 630 кВА

Устанавливаются РВС на шинах подстанции РТ или РТВ - на вводах в подстанцию и на расстоянии 200 м

Подстанции насосных установок промышленных предприятий с электродвигателями 3 - 10 кВ, питающиеся через воздушные линии без установки понизительных трансформаторов (не имеющие ГПП на подстанции насосной, например, 35/6 кВ)

Устанавливаются РВМ на шинах подстанции емкостью примерно 1 мкФ; на воздушных питающих линиях устанавливают РТ

Для всех подстанций, имеющих установленные и присоединенные к шинам батареи конденсаторов, при наличии ввода воздушных линий на те же шины

Устанавливаются РТ на воздушных линиях на расстоянии 150-200 м от шин подстанции и РВС или РВМ - на шинах

Заключение

С каждым годом мощность вновь проектируемых электроустановок, станций, подстанции растет. В связи с этим развивается и система защиты для полной безопасности защищаемых объектов. Из эксплуатации выводят старую аппаратуру, а на их место приходят новейшие разработки в области электрооборудования. Какие-то аппараты защиты остаются основными уже на протяжении больше века.

Новые открытия эльфов, синего свечения, спрайтов приводят ученых в заблуждение и полное переосмысливание этого природного явления как молния. Дальнейшие глубокое ее изучение поможет осуществить еще более качественную и эффективную защиту подстанций, позволит уменьшить количество аварийных ситуаций, сохранить и продлить жизнь электрооборудования.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний.

2. Правила устройства электроустановок / Инистерство топлива и энергетики Российской Федирации - 6-ое изд-е - М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. - 607с.

3. Ларионов В.П. Молниезащита // Электричество. - 1999. - ;4, 7, 9, 11.

4. Юриков А.А. Защита электростанций и подстанций 3-500 кВ от прямых ударов молнии. - М.:Энергоиздат, 1982. - 88с., ил. - (Б-ка электромонтера; Вып. 541).

Размещено на Allbest.ru

knowledge.allbest.ru

Молниезащита подстанций от прямых ударов молнии.

Защита открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций от прямых ударов молнии осуществляется, как правило, с помощью стержневых молниеотводов. И только для защиты протяженных шинных мостов и гибких связей могут применяться тросовые молниеотводы. В зону защиты должны также включаться пролеты линий между подстанцией и концевыми опорами. Защита этих пролетов осуществляется тросами линейных подходов, которые присоединяются к портальным конструкциям подстанции. На рис. 7.36 для иллюстрации практической молниезащиты показан фрагмент ОРУ 220 кВ.

Применение молниеотводов хотя и несколько увеличивает число ударов в ОРУ, однако подавляющее большинство молний поражает молниеприемники.

Рис. 7.36. Фрагмент ОРУ 220 кВ, защищенного стержневыми молниеотводами

С целью удешевления защиты ОРУ молниеприемники целесообразно устанавливать на порталах (кроме трансформаторных), прожекторных мачтах и крышах зданий. Отдельно стоящие молниеотводы применяются только в случае невозможности установки молниеотводов на конструкциях подстанции. Молниеотводы на трансформаторных порталах, как правило, не устанавливаются вследствие низкого импульсного разрядного напряжения вводов низшего напряжения 6–10 кВ. При необходимости установки молниеотвода на трансформаторном портале обмотки низшего напряжения следует защищать с помощью ОПН или РВ. Металлоконструкции порталов и мачт при установке на них молниеприемников используются в качестве токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителем. Следует иметь в виду, что возможность установки молниеотводов на порталах подстанций 110 кВ и ниже должна быть проверена по ПУЭ.

Заземлители подстанций с целью выравнивания потенциалов по их территории при аварийных замыканиях на землю и обеспечения таким образом электробезопасности персонала выполняются в виде сетки, образуемой горизонтально расположенными в земле полосами, которыми соединяются вертикальные электроды. К заземлителю присоединяются все металлоконструкции (порталы, мачты) и металлические корпуса электрооборудования (баки трансформаторов, масляных выключателей и т.п.).

Электрические сети с номинальным напряжением 110 кВ и выше работают с глухо заземленной нейтралью. В связи с этим ток короткого замыкания на землю очень большой. При протекании такого тока через сопротивление заземлителя подстанции на нем может возникнуть высокий потенциал, опасный для персонала. С учетом опыта эксплуатации и в соответствии с нормами стационарное сопротивление заземления для подстанций 110 кВ и выше не должно превышать 0,5 Ом. Обычно необходимое сопротивление достигается использованием не только специального, так называемого искусственного заземлителя (в виде сетки), но и естественных заземлителей: системы «трос–заземление опор», присоединением к заземлителю оболочек кабелей, металлических трубопроводов, обсадных труб, железобетонных фундаментов.

Сопротивление заземления системы «трос–заземление опоры» (при числе опор более 20) составляет , где – сопротивление троса на длине одного пролета, – сопротивление заземления одной опоры. Общее стационарное сопротивление заземления определяется параллельным соединением сопротивлений всех составляющих.

Расчет импульсного сопротивления заземления подстанции производится для основного заземлителя подстанции в виде сетки. Системы «трос–заземление опор», оболочки кабелей и другие протяженные заземлители из-за их большой индуктивности практически не участвуют в отводе тока молнии.

Сопротивление заземлителя в виде сетки при прохождении токов молнии обычно возрастает, поэтому для его уменьшения в местах присоединения токоотводов к заземляющему контуру подстанции устанавливаются дополнительные сосредоточенные заземлители в виде вертикальных электродов.

На подстанциях 35 кВ и ниже нейтрали трансформаторов присоединяются к заземлителю через дугогасящий реактор. В этом случае необходимое значение стационарного сопротивления заземления определяют исходя из того, что при прохождении через заземлитель увеличенного на 25 % номинального тока дугогасящего реактора потенциал заземлителя не должен превышать 125 В. Однако сопротивление заземления подстанции не должно превышать 10 Ом.

Подстанционные здания и сооружения защищаются путем заземления металлической кровли или, если крыша неметаллическая, посредством сетки размером 5x5 м2 из стальной проволоки диаметром 8 мм, которая располагается на крыше и присоединяется к заземлению.

Согласно требованиям ПУЭ для защиты на территории России электростанций и подстанций от прямых ударов молнии выполняются мероприятия, указанные в табл. 7.2.

Допускается не защищать от прямых ударов молнии:

ОРУ 20–35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1000 кВ×А и менее независимо от значения Dг;

ОРУ 20–35 кВ в районах с Dг < 20;

подстанции напряжением 220 кВ и ниже на площадках с удельным сопротивлением грунта > 2000 Ом•м при Dг < 20;

здания ЗРУ в районе с Dг < 20.

Следует заметить, что в южных странах, таких как Испания, где вероятность образования гололеда на проводах и тросах очень мала, для защиты ОРУ от прямых ударов молнии наряду со стержневыми молниеотводами применяются и тросовые.

Эффективность защиты от прямых ударов молнии оценивается среднегодовым числом прорывов молнии в зону защиты и обратных перекрытий изоляции при ударах в молниеотводы

, (7.55)

где – вероятность обратных перекрытий гирлянд изоляторов при ударах молнии в j-й молниеотвод, которая находится так же, как и при ударах молнии в опоры воздушных линий без защитных тросов.

Таблица 7.2.

Мероприятия защиты электростанций и подстанций

от прямых ударов молнии

Защищаемый объект Защитные устройства
ОРУ, в том числе гибкие мосты и шинные связи Стержневые молниеотводы
Здания машинного зала, ЗРУ при Dг > 20 1. Заземление металлических и железобетонных конструкций кровли и металлической кровли. 2. Стержневые молниеотводы или заземленные молниеприемные сетки на крыше зданий
Дымовые трубы: металлические кирпичные, бетонные и железобетонные     Заземления Стальные полосы-молниеприемники на вершине и заземляющие спуски, присоединенные к заземлителю
Здания трансформаторной башни, маслохозяйства, нефтехозяйства, электролизной станции 1. Отдельно стоящий стержневой или тросовый молниеотвод. Импульсное сопротивление каждого заземления не более 100 Ом при < 500 Ом×м и не более 40 Ом при > 500 Ом×м. 2. Заземление металлических корпусов
Угледробилки, вагоноопрокидыватели, резервуары с горючими жидкостями или газами, места хранения баллонов с водородом 1. Стержневые молниеотводы, устанавливаемые отдельно или на самом сооружении при толщине крыши или стенки не менее 4 мм. 2. Заземление корпуса установки при толщине металлической крыши или стенки 4 мм и более; при объеме менее 200 м3 независимо от толщины металла

Суммирование в первой сумме выражения (7.55) ведется по всем защищаемым объектам, оборудованию и шинным мостам. Вероятность перекрытия изоляции при таких ударах молнии для повышения надежности расчетов принимается равной единице.

Если эквивалентные площади каких-либо объектов или оборудования пересекаются, то их следует рассматривать как единый объект с общей эквивалентной площадью . В ОРУ оборудование, как правило, расположено так, что его эквивалентные площади пересекаются. Поэтому при рассмотрении вопроса о прямых ударах в ОРУ его обычно принимают единым объектом с шириной и длиной ОРУ и высотой, равной высоте шинных мостов. Суммирование во второй сумме (7.51) ведется по всем молниеотводам, удары в которые могут привести к перекрытию гирлянд изоляторов. Если какая-либо группа молниеотводов одинаковой высоты представляет собой многократный молниеотвод, то по их общей эквивалентной площади вначале находится общее число ударов молнии в эту группу, а затем находится число ударов в каждый молниеотвод путем деления найденного общего числа ударов на количество молниеотводов в группе. Если молниеотводы группы имеют разные высоты, то число ударов молнии в конкретный молниеотвод находится путем умножения общего числа ударов в группу на долю ударов в этот конкретный молниеотвод, равную отношению его эквивалентной площади к сумме эквивалентных площадей всех молниеотводов группы.

Предыдущая43444546474849505152535455565758Следующая

Дата добавления: 2015-07-06; просмотров: 6424; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

helpiks.org


Смотрите также




Rambler's Top100

Copyright © 2009-2019  «МАГНИТЭК-НН» E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
603037 Нижний Новгород, ул. Федосеенко, д. 54
тел. 8 (831) 223-73-53, 223-55-05, 229-06-66, 223-55-45, 225-77-78, 225-44-50,
225-71-31
Карта сайта, XML