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

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).