Расчет элементов молниезащиты (вероятность поражения подстанции молнией – 0,005)

ФГОУ ВПО

«Калининградский государственный технический университет»

Кафедра ЭС и Э

Расчетное задание

по дисциплине «Изоляция и перенапряжение»

вариант №2

                                                                                     Выполнил:

                                                                                          ст. гр. 06-ВЭС

                                                                                         Петров С.Н.

                                                                                  Проверил:

                                                                                        Благинин В.А.

Калининград

2009

Расчет элементов молниезащиты.

Задание:

1) По заданным геометрическим размерам защищаемого объекта, представляющего собой открытую подстанцию, определить требуемую высоту стержневого молниеотвода, размещенного на расположенной вблизи подстанции дымовой трубе высотой 25 метров. Высоту молниеприемника определить исходя из заданной вероятности прорыва молнии через границу защитной зоны.

2) Рассчитать заземлитель молниеотвода предполагая его сеточное размещение на заданной территории с известными размерами, площадью и удельным сопротивлением грунта. Величина и форма импульса тока молнии принимается тоже заданной.

3) Проверить безопасность прохождения тока молнии через молниеотвод по допустимому падению напряжения на токоотводе.

Исходные данные:

Геометрические размеры подстанции (ПС):

M = 10 м

N = 14 м

N₁ = 10 м

N₂ = 4 м

B = 6 м

h_x = 6 м

Вероятность поражения ПС молнией – 0,005

Характеристика ПС:

Номинальное напряжение U_н = 10 кВ

Фазная емкость С_ф = 15мкф

Площадь заземлителя

S = 56 м

n = 8 м

m = 7 м

Удельное сопротивление грунта – 70 Ом*м

1.  По заданным геометрическим размерам защищаемой подстанции и размещению относительно нее дымовой трубы, служащей основанием для молниеприемника, определить величины r_x и h_x для наиболее удаленной точки объекта. По формуле, соответствующей заданной вероятности прорыва молнии через границу защитной зоны и разрешенной относительно величины h, определить требуемую высоту стержневого молниеотвода, полагая что наиболее удаленная и возвышенная точка с найденными координатами r_x и h_x находится на границе зоны защиты.

Рисунок 1. Геометрические размеры подстанции.

По рисунку 1 и по условию определяю:

h_x = 6 м

Из формулы для определения границы зоны:

после определенных преобразований и подстановки значений  r_x и h_x видно, что

Решая квадратное уравнение находим корни:

h₁ = 23,282м

h₂ = 533,71м

Откуда видим, что высоту молниеприемника можно принять равной h = 24 м, но т.к. высота труды 25м, то принимаем h = 26м, что обеспечивает надежную защиту наиболее отдаленной точки  на высоте h_x = 6м.

Тогда:

h₀ = 0,85h = 0,85 * 26 = 22,1м

2.  Для обеспечения необходимого сопротивления заземлителя следует применить процесс постепенного приближения к требующемуся для этого количеству n вертикальных стержней выбранной длины и размещенных на заданной для заземлителя площадке по сеточной схеме. Для этого расчет заземлителя придется повторить несколько раз.

Принимаем длину вертикального стержня заземлителя l = 2 м.

Сопротивление заземлителя сеточного типа, состоящего из вертикальных электродов длинной l, соединенных между собой сеткой продольных и поперечных горизонтальных полос, рассчитывается по эмпирической формуле:

Предположим количество вертикальных заземлителей равное 4, тогда:

n = 4 шт

l = 2 м

L = 30 м

S = 56 м²

A – определяем по таблице из отношения  тогда A = 0,33

Подставляя величины в формулу, находим сопротивление заземлителя сеточного типа R:

Затем по сформированной таким образом схемы заземляющего устройства находим коэффициент импульса и импульсное сопротивление заземлителя.

Коэффициент импульса:

I_M – ток молнии, принимается равным I_M = 60 кА

Импульсное сопротивление заземлителя:

Сопоставляем полученный результат с требуемым значением R_доп = 20 Ом.

Как видно импульсное заземление заземлителя не превышает предельно допустимого значения сопротивления заземлителя.

3.  При расчете безопасности прохождения импульсного тока по токоотводу следует провести расчет минимальных допустимых расстояний между элементами защищаемой подстанции и элементами молниеотвода как по воздуху, так и через землю. Они не должны быть соответственно не меньше 5 м и 3 м.

Как мы видим по условиям безопасности прохождения импульсного тока по токоотводу выбранная защита не подходит.

Литература:

1) Базуткин В.В. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах.