Модернизация молниезащиты тяговой подстанции “Помыслище”

5.2 Модернизация молниезащиты тяговой подстанции “Помыслище”

Молниезащита – это комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от ударов молнии.

 Электроустановки должны иметь защиту от грозовых и внутренних перенапряжений, выполненную в соответствии с требованиями ПУЭ. Защита зданий ЭРУ и закрытых подстанций, а также расположенных на территории подстанций, зданий и сооружений, выполняются в соответствии с "Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений".

Защита зданий и сооружений подстанции от прямых ударов молнии осуществляется отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами. Они обеспечивают необходимую зону защиты, представляющую пространство; защищаемое от прямых ударов молнии.

Выбор защиты зависит от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.

На рассматриваемой тяговой подстанции установлены четыре отдельно стоящих стержневых молниеотвода на индивидуальных опорах. Опоры с молниеотводами  заземлены полосами на контур заземления подстанции.

При известной высоте защищаемого объекта – h_х (она равна 12 метрам) и известной высоте молниеотвода – h (она равна 28 метрам) рассчитывается радиус зоны защиты на этой высоте r_х:

Размеры b_xопределяются по рисунке 1, радиус защиты r_x— как для одиночного молниеотвода. Необходимым условием защищенности всей площади на высоте h_x, является D < 8(h –h_x )p, где p = 1 если h < 30 м;

Для молниеотвода под D понимается наибольшая диагональ четырехугольника.

Для одиночного стержневого молниеотвода при высоте менее 60м радиус защитной зоны

r_x = 1,6( h - h_x )/1+h_x / h,

где

h — высота молниеотвода, м;

h_x — высота защищаемого объекта, м.

r_x =  18.2 м.

Наибольший радиус защитной зоны получается на поверхности земли при h_x = 0, где  r_х = 1,6 / h. Пользуясь графиком зависимости высоты молниеотвода от радиуса защитной зоны можно определить высоту защищаемого сооружения, радиус зоны защиты или высоту молниеотвода.

Защитная зона  четырех стержневых молниеотводов показана на рисунке 1,а, а график зависимости наименьшей ширины b_х зоны защиты двух одинаковых молниеотводов высотой h от расстояния между ними а при высоте защищаемого объекта h_xприведен на рисунке 1,б.

Рисунок 1:

а — защитная зона четырех стежневых молниеотводов;

6 — график зависимости b_х от расстояния а при разной высоте

молниеотводов h и защищаемого объекта h_x

Для модернизации молниезащиты тяговой подстанции используем разработку российской компании активного молниеотвода, использующий принцип опережающего формирования встречного лидера. Электронный блок молниеотвода активизируется во время развития грозового разряда и инициирует встречный лидер с опережением по времени по отношению к защищаемому объекту. Опережающее развитие встречного лидера значительно снижает вероятность поражения объекта молнией и направляет разряд в молниеотвод.

Активный молниеотвод — полностью автономная система. Он аккумулирует необходимую для работы энергию из окружающего его электрического поля, напряженность которого во время грозы достигает 20 кВ/м. Генерирующее устройство активизируется, а развивающийся разряд молнии «включает» генератор, инициирующий встречный разрядный процесс и направляющий электрический разряд к стержню-молниеприемнику и заземлению.

Конструкция молниеотвода (рисунок 2) предназначена для защиты зданий и сооружений различной конфигупаиии.

Рисунок 2. Конструкция молниеотвода

1  – верхний стержень-молниеприемник предназначен для формирования встречного лидера и воспринимает разряд молнии с последующим заземлением.

2  – боковые стержни-антенны предназначены для активизации генерирующего устройства.

3  – диэлектрический корпус с ребристой внешней поверхностью содержит устройство, генерирующее высокое напряжение на стержне-молниеприемнике перед ударом молнии.

4  – в основании корпуса молниеотвода находится фланец для крепления к металлической арматуре и для соединения с системой заземления.

Характеристики активного молниеотвода

Расчет зон защиты объектов производится по формулам:

где  h_x— высота защищаемого объекта, м;

r_x — радиус зоны защиты объекта на высоте h_x, м;

h — высота до вершины молниеотвода, м;

r₀ — радиус зоны защиты объекта на уровне земли, м;

К — коэффициент, определяемый экспериментально в зависимости от степени надежности защиты.

r_x =  40 м.

Рисунок 3.  Пространственная диаграмма молниеотвода

Значения коэффициента К представлены в таблице 1.

Таблица 1

В таблице 2 приведены значения радиусов защищаемой зоны в зависимости от высоты установки молниеотвода и степени надежности защиты.

Таблица 2

Высота h, м	Радиус зоны защиты rx, м
	Уровень 1	Уровень 2	Уровень 3
2	14	20	26
3	17	25	32
4	20	28	37
6	25	35	45
8	28	40	52
10	32	45	58
15	38	55	71
20	45	63	82
30	55	78	100
40	63	89	115
60	77	109	141
80	89	126	163

Применение для модернизации молниезащиты тяговой подстанции разработку активного молниеотвода, использующего принцип опережающего формирования встречного лидера позволяет значительно снизить вероятность поражения объекта молнией, а также уменьшает количество отдельно стоящих стержневых молниеотводов на индивидуальных опорах так как радиус зоны защиты объекта r_x = 40 м. (при применении активного молниеотвода) значительно больше r_x = 18.2 м (при применении отдельно стоящих стержневых молниеотвода).