- •Содержание
- •Введение
- •1. Требования к молниезащите подстанции
- •2. Размещение молниеотводов
- •3. Расчет зон молниезащиты молниеотводов
- •3.1. Зоны защиты двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты
- •3.2. Зоны защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты
- •3.3. Зоны защиты тросовых молниеотводов одинаковой высоты
- •4. Конструктивное исполнение заземляющего устройства подстанции
- •5. Расчет сопротивления заземления молниеотводов
- •5.1. Расчет заземлителя отдельно стоящего молниеотвода
- •5.2. Расчет заземлителя портального молниеотвода
- •6. Оценка надежности ору подстанции от прямых ударов молнии
- •Сводная таблица для определения значений вероятности амплитуды и крутизны тока молнии
- •Заключение
- •Список литературы
4. Конструктивное исполнение заземляющего устройства подстанции
Заземляющее устройство, выполняемое с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей.
В целях выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования к заземлителю на территории, занятой электрооборудованием, прокладываются продольные и поперечные горизонтальные заземлители, соединенные между собой и образующие сетку. Горизонтальные заземлители проложены по краю территории, занимаемой заземляющим устройством, так, чтобы они в совокупности образовывают замкнутый контур.
Выбираем стальные полосные горизонтальные заземлители 25х4 мм. Вертикальные заземлители выполняем из уголка 50×50×5 мм, dв=0,95ˑb=0.0475 м, l=4 м, h=0.005 м – толщина стали.
Продольные заземлители проложены вдоль осей оборудования со стороны обслуживания на глубине 0,7 м от поверхности земли на расстоянии одного метра от фундамента оборудования.
Поперечные заземлители проложены в удобных местах между оборудованием на глубине 0,7 м от поверхности земли. Размеры ячеек заземляющей сетки, примыкающие к местам присоединения нейтралей силовых трансформаторов к заземляющему устройству, не превышают .
По рекомендациям [1] внешнюю ограду подстанции не присоединяем к заземляющему устройству. Расстояние от ограды до заземляющего устройства подстанции должно быть не менее 2 метров.
5. Расчет сопротивления заземления молниеотводов
5.1. Расчет заземлителя отдельно стоящего молниеотвода
Заземлитель молниеотвода состоит из естественного и искусственного заземлителей. Естественным заземлителем Rест является фундамент молниеотвода, а искусственный заземлитель Rиск выполняем в виде коротких горизонтальных лучей с вертикальными электродами.
Рассмотрим расчет заземлителя молниеотвода №16 высотой 23.2 м. В качестве его естественного заземлителя принимаем часть опоры, находящуюся в земле.
Rест =;
где lф= 3 м − длина заглубленной части опоры;
dф= 0.4 м − средний диаметр заглубленной части опоры.
Для расчета определим эквивалентное сопротивление грунта, как вертикального заземлителя. При расчете неоднородный грунт представляется двухслойной моделью. Толщина первого слоя принимается равной длине заглубленной части опоры h1э= 3 м.
Толщина второго слоя:
h2э = Hрасч– h1э;
где Hрасч = (1.3- 1.4)·lф − расчетная глубина;
Hрасч = (1.3- 1.4)·lф =(1.3- 1.4)·3 = 3.9 −4.2 м;
Принимаем Hрасч= 4 м.
h2э = 4– 3 = 1 м;
В общем случае эквивалентное сопротивление первого слоя ρ1э определяется путем усреднения проводимости слоев грунта, входящих в первый слой, также необходимо учесть сезонные изменения, в результате которых удельное сопротивление слоя сезонных изменений грунта для летнего периода времени увеличится на 1.4.
Толщина слоя сезонных изменений h=2 м.
ρ1э = == 81.353 Ом·м;
Эквивалентное удельное сопротивление второго слояρ2э будет равно:
ρ2э === 120 Ом·м.
Двухслойная структура приводится к однослойной с эквивалентным сопротивлением ρэ, в которой заземлитель будет иметь такое же значение сопротивления, как в двухслойной модели грунта.
Отношение удельных сопротивлений первого и второго слоя: = = 0.678;
= = 1
При = 0.678 и =1 находим по (рис.15 [8-9]):
= 0.67;
ρэ = 0.67·ρ2э = 0.67·120 = 80.4 Ом·м.
Естественное сопротивление заземлителя:
Rест = Ом.
В связи с близким расположением дороги, выбираем в качестве искусственного заземлителя двулучевой заземлитель с вертикальными электродами, расположенными на расстоянии 4 м от молниеотвода. Заземлитель уложен на глубине h =0.7 м, длина луча lл = 5 м, диаметр луча dл = 0.0125 м; длина вертикального электрода, выполненного в виде уголка составляет lв = 4м, диаметр dв = 0.0475 м.
Рис. 5.1.1. Конструкция заземлителя отдельно стоящего молниеотвода № 16
Для заземлителя их n лучей искусственное сопротивление находим по формуле:
Rиск= ;
где Кпод − коэффициент подобия;
Клв – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления лучевого заземлителя при добавлении вертикальных электродов.
Для = = 0.0025 по кривой 1 (рис.18. [1]) Кпод = 0.78.
Для ==0.4 и a, по кривой 4 (рис.19. [1]) Клв=0.45
Расчетная глубина грунта исходя из длины вертикального электрода:
Hрасч = (1.3-1.4)·lв = (1.3-1.4)·4 = 5.2 – 5.6м;
А исходя из длины горизонтальных электродов:
Hрасч = (0.1-0.2)·nл·lл = (0.1-0.2)·2·5 = 1.0–2.0м;
Принимаем Hрасч= 5.5 м. Расчет эквивалентного сопротивления аналогичен предыдущему случаю, но в данном случае ρэ определяется по рис. 16 [1].
h1э = h; h1э =0.7=0.7 м;
h2э = Hрасч– h1э; h2э = 5.5-0.7=4.8 м;
ρ1э = == 63 Ом·м;
ρ2э = == 103.007 Ом·м;
При =и находим по (рис.16 [1]):
= 1;
ρэ = 1· ρ2э = 1·120=120 Ом·м.
Искусственное сопротивление:
Rиск= = = 8.424 Ом;
Стационарное сопротивление молниеотвода:
R~= = = 5.328 Ом.
Расчет импульсного сопротивления заземлителя молниеотвода производится по методике, разработанной на основе теории подобия. При определении критериев подобия в основу представления о механизме работы заземлителя положено понятие искровой зоны, то есть области, охваченной разрядом в грунте, границы которого определяются характеристическим размером S и критическим значением напряженности электрического поля.
Расчету импульсного сопротивления заземлителя Rи и должен предшествовать расчет критического значения тока, стекающего с заземлителя, при котором начинается процесс искрообразования −Iиск. Для этого рассчитывают критериальные параметры П1 и П2 для стационарного значения сопротивления заземлителя R~.
Рис. 5.1.2. Схема для ориентировочного определения характеристического размера S
Характеристический размер S = 5.049 м. Тогда параметры подобия:
П1 = = = 0.354;
П2 = = = 0.4;
Пробивная напряженность грунта:
Епр==
==835.255 кВ/см
Ток искрообразования:
Iиск = = = 70.976 кА;
Т.к. ток искрообразования больше расчетного тока Iиск = 70.976 кА < I = 100 кА, то необходимо выполнение условия Iи< Iиск.
Рис. 5.1.3. Схема для определения тока Iи
кА
Условие выполнено: 63.252 кА < 70.976 кА.
Iи < Iиск , следовательно расчет импульсного сопротивления молниеотвода ведется следующим образом:
П2;;,поэтому
Ом
Проверка расстояния по воздуху и расстояния по земле между трансформаторным порталом и молниеотводом №16 на высоте портала Н=16.5 м.
,
т.к то принимаем
,
т.к то принимаем