Застосування тросового блискавкозахисту. Стрижневі та тросові блискавковідводи. Зони захисту блискавковідводів. Заземлювальні пристрої блискавковідводів Захисна дія стрижневих та тросових блискавковідводів
Захисна дія блискавковідведення засноване на "властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати вищі і добре заземлені предмети в порівнянні з розташованими поруч об'єктами меншої висоти. Тому на блискавковідвід, що піднімається над об'єктом, що захищається, покладається функція перехоплення блискавок, які за відсутності блискавковідводу вразили б об'єкт. Кількісно захисна дія блискавки визначається через ймовірність прориву - відношення числа ударів блискавки в захищений об'єкт (числа проривів) до загальному числуударів у блискавковідведення та об'єкт.
Згідно з прийнятою розрахунковою моделлю неможливо створити ідеальний захиствід прямих ударів блискавки, що повністю виключає прориви на об'єкт, що захищається. Однак на практиці можна здійснити взаємне розташуванняоб'єкта і блискавковідведення, що забезпечує низьку ймовірність прориву, наприклад 0,1 і 0,01, що відповідає зменшенню числа уражень об'єкта приблизно в 10 і 100 разів порівняно з об'єктом, де відсутнє блискавковідведення. Для більшості сучасних об'єктів за таких рівнів захисту забезпечується мала кількість проривів за весь термін їхньої служби.
Мал. 11.22. Пристрій блискавковідведення.
Опори повітряних ЛЗ захищають від руйнувань при прямих ударах блискавки стрижневими блискавковідводами, які встановлюють на вступних, кабельних, контрольних, розрізних, перехідних опорах, а також на опорах, що замінюються внаслідок ушкодження грозовими розрядами. Для блискавковідведення використовують сталевий лінійний дріт діаметром 4...5 мм, нижній кінець якого відводиться. Це відведення називають заземлювачем. Довжина відведення дроту заземлювача (рис. 11.22) залежить від характеру грунту і може дорівнювати 1 ... 12 м. Глибина залягання заземлювача дорівнює 0,10 м. Чим більший питомий опір грунту, тим більше має бути довжина відведення заземлювача. На проміжних і кутових опорах зазвичай не роблять відведення, а дроти доводять до комля стовпа.
Опори, на яких встановлені іскрові або газонаповнені розрядники, також захищаються відводами блискавки. За умовами техніки безпеки на опорах, що мають перетин або зближення з ВВЛ, на висоті 30 см від землі на блискавковідводі робиться розрив, що створює іскровий проміжок довжиною 50 мм.
Ефективність блискавковідводу тим більша, чим вище він розташований. Зона захисної дії блискавковідведення визначається приблизно за формулою S = πh2, де h - висота блискавковідведення.
Грозозахистний трос - заземлений протяжний блискавковідвід, натягнутий вздовж повітряної лініїелектропередач над проводами.
Залежно від розташування, кількості проводів на опорах ПЛ, опору ґрунту, класу напруги ПЛ, необхідною мірою грозозахисту монтують один або кілька тросів. Висота підвісу грозозахисних тросів визначається залежно від кута захисту, тобто кута між вертикаллю, що проходить через трос, і лінією, що з'єднує трос із крайнім дротом, який може змінюватися в широких межах і навіть бути негативним.
На ПЛ напругою до 20 кВ грозозахисні троси зазвичай не застосовуються. ПЛ 110-220 кВ на дерев'яних опорах і ПЛ 35 кВ (незалежно від матеріалу опор) найчастіше захищають тросом лише підходи до підстанцій. Лінії 110 кВ і вище на металевих та залізобетонних опорахзахищають тросом на всьому протязі.
Як грозозахисні троси застосовуються сталеві канати або іноді - сталеалюмінієві дроти зі сталевим сердечником збільшеного перерізу. Сталеві канати умовно позначають літерою С і цифрами, що вказують на площу їх перерізу (наприклад, С-35).
Мал. 21. Визначення на моделі зони захисту стрижневого блискавковідводу
Мал. 22. Зона 100%-ного ураження стрижневого блискавковідводу
Мал. 23. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 60 м:
А - висота блискавковідведення; hx - висота точки на межі зони, що захищається: h& -h-hx - активна висота блискавковідводу
Ця зона отримала назву зони 100%-ного ураження стрижневого блискавковідводу. По-друге, навколо блискавковідводу заввишки h є зона, що не вражається розрядами. Ця зона захищається блискавковідведенням h. Мінімальна відстань від вертикалі ВС, що дорівнює г0=3,5/г, є радіусом зони захисту блискавковідводу на рівні землі.
Радіус зони захисту на будь-якій висоті блискавковідводом h визначається також дослідами в лабораторії за допомогою стрижня висотою hx (див. рис. 21), що імітує об'єкт, що захищається і що знаходиться в одній площині з електродом А і блискавковідведенням h. Вони переміщаються щодо одне одного. При різних розташуваннях виробляється певну кількість розрядів.
Потім знаходиться максимальна відстань гх між стрижнем висотою hx і блискавковідведенням висотою h, при якому стрижень не уражається розрядом. Ця відстань гх є радіусом зони захисту відведення блискавки на висоті hx.
Визначена таким чином зона захисту блискавковідводу висотою h являє собою «намет» (рис. 23), радіус гх, м, якого «Керівні вказівки з розрахунку зон захисту стрижневих та тросових блискавковідводів» для блискавковідводів висотою до 60 м рекомендують розраховувати
за формулою
Блискавка - пристрій для захисту будівель і споруд від прямих ударів блискавки. М. включає чотири основні частини: блискавкоприймач, що безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідвід, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем; заземлювач, через який струм блискавки стікає в землю; несучу частину (опору або опори), призначену для закріплення блискавкоприймача та струмовідводу.
Залежно від конструкції блискавкоприймача розрізняють стрижневі, тросові, сітчасті та комбіновані М.
За кількістю спільно діючих блискавкоприймачів їх ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.
Крім того, за місцем розташування М. бувають окремі, ізольовані і не ізольовані від будівлі, що захищається. Захисна дія М. заснована на властивості блискавки вражати найвищі та добре заземлені металеві споруди. Завдяки цій властивості нижча по висоті будівля, що захищається, практично не вражається блискавкою, якщо вона входить в зону захисту М. Зоною захисту М. називається частина простору, що примикає до нього і з достатнім ступенем надійності (не менше 95%) забезпечує захист споруд від прямих ударів блискавки. Найчастіше для захисту будівель та споруд застосовують стрижневі М.
Тросові М. найчастіше застосовують для захисту будівель великої довжиниі високовольтних ліній. Ці М. виготовляють як горизонтальних тросів, Закріплених на опорах, по кожній з яких прокладають струмовідведення. Стрижневі та тросові М. забезпечують однаковий ступінь надійності захисту.
Як блискавкоприймачів можна використовувати металевий дах, заземлений по кутах і по периметру не рідше ніж через кожні 25 м, або накладену на неметалічний дах сітку з сталевого дротудіаметром не менше 6 мм, що має площу осередків до 150 мм2, з вузлами, закріпленими зварюванням, і заземлену так само, як металевий дах. До сітки або струмопровідної покрівлі приєднують металеві ковпаки над димовими та вентиляційними трубами, а у разі відсутності ковпаків - спеціально накладені на труби дротяні кільця.
М. стрижневий - М. з вертикальним розташуванням блискавкоприймача.
М. тросовий (протяжний) - М. з горизонтальним розташуванням блискавкоприймача, закріпленого на двох заземлених опорах.
ЗОНИ ЗАХИСТУ БЛИЩЕННЯВІДВОДІВ
Зазвичай зону захисту позначають максимальної ймовірності прориву, що відповідає її зовнішньому кордоні, хоча в глибині зони ймовірність прориву істотно зменшується.
Розрахунковий метод дозволяє побудувати для стрижневих та тросових блискавковідводів зону захисту з довільним значенням ймовірності прориву, тобто. для будь-якого блискавковідводу (одинакового чи подвійного) можна побудувати довільну кількість зон захисту. Проте більшість народногосподарських будинків достатній рівень захисту можна забезпечити, користуючись двома зонами, з ймовірністю прориву 0,1 і 0,01.
У термінах теорії надійності ймовірність прориву - це параметр, що характеризує відмову блискавковідведення як захисного пристрою. При такому підході двох прийнятих зон захисту відповідає ступінь надійності 0,9 і 0,99. Ця оцінка надійності справедлива при розміщенні об'єкта поблизу межі зони захисту, наприклад об'єкта у вигляді кільця, співвісного зі стрижневим блискавковідводом. У реальних об'єктів (звичайних будівель) на межі зони захисту, як правило, розташовані лише верхні елементи, а більшість об'єкта міститься в глибині зони. Оцінка надійності зони захисту за її зовнішнім кордоном призводить до надмірно занижених значень. Тому, щоб врахувати існуюче на практиці взаємне розташування блискавковідводів та об'єктів, зон захисту А і Б приписана в РД 34.21.122-87 орієнтовний ступінь надійності 0,995 і 0,95 відповідно.
Одиночний стрижневий блискавковідведення.
Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідведення висотою h є круговий конус(Мал. П3.1), вершина якого знаходиться на висоті h0 1.1. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів заввишки h? 150 м мають такі розміри. Зона A: h0 = 0,85h, r0 = (1,1 - 0,002h)h, rx = (1,1 - 0,002h) (h - hx/0,85). Зона Б: h0 = 0,92 h; rx = 1,5 (h - hx / 0,92). Для зони Б висота одиночного стрижневого блискавковідведення при відомих значеннях і може бути визначена за формулою h = (rx + 1,63 hx)/1,5. Мал. П3.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу: I - межа зони захисту на рівні hx, 2-то ж на рівні землі Поодинокий тросовий блискавковідведення. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки h? 150 м наведено на рис. П3.5 де h - висота троса в середині прольоту. З урахуванням стріли провісу троса перетином 35-50 мм2 при відомій висоті опор hоп і довжині прольоту висота троса (в метрах) визначається: h = hоп - 2 при а< 120 м; h = hоп - 3 за 120< а < 15Ом. Мал. П3.5. Зона захисту одиночного тросового блискавковідведення. Позначення ті ж, що й на рис. П3.1 20. Зона захисту подвійного тросового блискавковідводу показана на рис. 12. Розміри r, h, r визначаються за формулами (5) цієї Інструкції. Інші габарити зони захисту визначаються за формулами: При L h h = h, r = r r = r ; (6) При L > h (7) Рис 12 Схема зони захисту подвійного тросового блискавковідводу: Зона захисту існує при L 3h. Конструктивне виконання блискавковідводів Опори, блискавкоприймачі та струмовідводи
21. Опори блискавковідводів слід виконувати зі сталі будь-якої марки, залізобетону чи деревини (рис. 13). Металеві трубчасті опори можна виготовляти з некондиційних сталевих труб. Металеві опори мають бути захищені від корозії. Фарбувати контактні поверхні в з'єднаннях не допускається, дерев'яні опори та пасинки повинні захищатися від гниття просоченням антисептиками. 22. Опори стрижневих блискавковідводів необхідно розраховувати на механічну міцністьяк вільно стоять конструкції, а тросові-з урахуванням натягу тросу та вітрового навантаження на трос, без урахування динамічних зусиль від струмів блискавки в обох випадках. 23. До верхнього кінця опори / кріпиться блискавка-приймач 2,
виступаючий над опорою не більше ніж на 1,5 м (див. рис. 13). Блискавкоприймач з'єднується струмовідводом 3
із заземленням 4
і кріпиться до стовпа скобами 5. Для великих сховищ використовуються складні опори. Рис 13 Влаштування стрижневих блискавковідводів на дерев'яних опорах: а -двох; б - однієї Для збільшення терміну служби дерев'яні опори можна встановлювати на рейкові чи залізобетонні приставки. Розміри дерев'яних опор Висота блискавковідводу, м...... 9 11 13 14 16 18 20 22 24. Використання дерев як опор для молниеприемников не допускається. 25. Площа перерізу сталевого блискавкоприймача стрижневого блискавковідводу має бути не менше 100 мм (рис. 14). Довжина блискавкоприймача має бути не менше 200 мм. Блискавки слід захищати від корозії оцинкуванням, лудінням або фарбуванням. Мал. 14. Конструкції блискавкоприймачів із круглої сталі (а),сталевого дроту діаметром 2-3 мм ( б), сталевої труби (в), смугової сталі ( г), кутовий сталі (д 1 -струмовідвід 26. Блискавки тросових блискавковідводів необхідно виконувати зі сталевого багатопровідного оцинкованого троса площею перерізу не менше 35 мм. 27. З'єднання блискавкоприймачів із струмовідведеннями повинно виконуватися зварюванням, а при неможливості застосування зварювання - болтовим з'єднаннямз перехідним електричним опоромтрохи більше 0,05 Ом. З'єднання сталевої покрівлі з струмовідведення може виконуватися затискачами (рис. 15). Площа контактної поверхні в з'єднанні повинна бути не меншою за подвійну площу перерізу струмовідводів. Мал. 15. Затискач для приєднання плоского (а)та круглого (б)струмовідводів до металевій покрівлі: 1 -
струмовідведення; 2 -
покрівля; 3 -
свинцеве прокладання; 4 -
сталева пластина; 5
-Пластина з привареним струмовідведенням _____ 28. Струмовідводи, перемички та заземлювачі необхідно виконувати 113 фігурної сталі з розмірами елементів, не менших за стор. 217. Заземлювальні пристрої 29. За розташуванням у ґрунті та формі електродів заземлювачі поділяються на: А) поглиблені - із смугової (площею перерізу 40 Х 4 мм) або круглої (діаметром 20 мм) сталі, що укладаються на дно котловану у вигляді протяжних елементів або контурів по периметру фундаментів. У ґрунтах з електричним питомим опором 500 Ом м як поглиблені заземлювачі може використовуватися арматура залізобетонних паль залізобетонних фундаментівінших видів; Б) горизонтальні - зі смугової (площею перерізу 40 Х 4 мм) або круглої (діаметром 20 мм) сталі, покладені горизонтально на глибині 0,6-0,8 м від поверхні землі або кількома променями, що розходяться з однієї точки, до якої приєднується струмовідведення; В) вертикальні-зі сталевих, вертикально загвинчуваних стрижнів (діаметром 32-56 мм) або електродів, що забиваються з кутової (40Х40 мм) сталі. Довжина електродів, що загвинчуються, повинна прийматися 3-5 м, забиваються-2,5-3 м. Верхній кінець вертикального заземлювача повинен бути заглиблений на 0,5-0,6 м від поверхні землі; Г) комбіновані - вертикальні та горизонтальні, об'єднані в загальну систему. Приєднання струмовідведення слід проводити в середину горизонтальної частини комбінованого заземлювача. Як комбіновані слід застосовувати сітки з глибиною закладення 0,5-0,6 м або сітки з вертикальними електродами. Крок осередків сітки має бути не менше 5-6 м; Д) пластинчасті – для суден з ВМ, корпуси яких виготовлені з непровідного матеріалу. 30. Всі з'єднання електродів заземлювачів між собою та з струмовідводами повинні проводитися зварюванням. Довжина зварювального шва повинна бути не менше подвійної ширини смуг, що зварюються, і не менше 6 діаметрів зварюваних круглих провідників, Болтовий контакт допускається лише при влаштуванні тимчасових заземлювачів та в місцях з'єднання між собою окремих контурів, виконаних відповідно до п. 11 цієї Інструкції. Площа перерізу сполучних смуг заземлювачів повинна бути не меншою, ніж зазначена в п. 28 цієї Інструкції. 31. Проектування заземлювачів має проводитися з урахуванням неоднорідності ґрунту. 32. Конструкція заземлювачів вибирається залежно від необхідного імпульсного опору з урахуванням структури та електричного питомого опору ґрунту, а також зручності ведення робіт з їх укладання. Типові конструкціїзаземлювачів та значення їх опору розтіканню струму промислової частоти ,
Ом, наведені у табл. 1П. У ґрунтах з електричним питомим опором менше 500 Ом м слід використовувати заземлювачі горизонтального або вертикального типу. При ґрунтах неоднорідної провідності слід застосовувати горизонтальні заземлювачі, якщо електричний питомий опір верхнього шару ґрунту менше нижнього, та й вертикальні заземлювачі, якщо провідність нижнього шару краща, ніж верхнього. 33. Кожен заземлювач характеризується своїм імпульсним опором, тобто опором розтіканню струму блискавки R.Імпульсний опір заземлювача може суттєво відрізнятися від опору ,
одержуваного зазвичай прийнятими способами. Його величина визначається за такою формулою: R = (8) де -
імпульсний коефіцієнт, що залежить від параметрів струму блискавки, електричного питомого опору ґрунту та конструкції заземлювача. Граничні довжини горизонтальних заземлювачів, що гарантують 1 при різних питомих опорах ґрунту р, наведені нижче. Таблиця 1П Заземлювачі більшої довжинипрактично не відводять імпульсний струм на ділянці, що перевищує l. Значення імпульсного коефіцієнта при різних питомих опорах ґрунту наведено у табл. 2П. Таблиця 2П Імпульсні коефіцієнти визначені для значень амплітуди струму блискавки 60 кА та крутизни 20 кА/мкс. 34. Після монтажу заземлювачів розрахунковий опір розтіканню повинен бути уточнений безпосереднім виміром. Вимірювання слід проводити влітку у суху погоду. З'єднання між собою окремих заземлювачів блискавковідводів сталевою смугою допускається в ґрунтах з електричним питомим опором > 500 Ом. Якщо виміряний опір заземлювачів перевищує розрахунковий, то в ґрунтах з електричним питомим опором 500 0м м і більше необхідно з'єднувати між собою заземлювачі блискавкоприймачів сусідніх сховищ при відстані між ними не більше зазначених у п. 10 цієї Інструкції. МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ CCC Р ГОЛОВНЕ ТЕХНІЧНЕ УПРАВЛІННЯ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕНЕРГОСИСТЕМ
КЕРУЮЧІ НАКАЗИ РД 34.21.121 МОСКВА 1974 Складено ВЕІ, ДНІЕІ, Енергомережапроектом ЗАТВЕРДЖУЮ: Заступник начальника Головтехуправління Ф. СИНЬЧУГІВ Захисна дія блискавковідводів заснована на властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати вищі та добре заземлені металеві предметив порівнянні з рядом, що стоять менш високими. Блискавковідвід, що приймає на себе розряд блискавки, являє собою металевий пристрій, що підноситься над спорудою, що захищається, що складається з блискавкоприймача, струмовідводу і заземлювача. Для захисту електротехнічних установок від прямих розрядів блискавки рекомендується застосовувати стрижневі та тросові блискавки. Стрижневі блискавковідводи виконуються у вигляді вертикальних металевих конструкцій, встановлених самостійно або на будь-яких спорудах (наприклад, порталах, димових трубах), а тросові - у вигляді горизонтально підвішених проводів (тросів). Ступінь захищеності споруди блискавковідводом визначається ймовірністю прориву блискавки до споруджуваного, що захищається, минаючи блискавковідведення. Імовірність прориву блискавки дорівнює відношенню числа розрядів блискавки в спорудження, що захищається, до загального числа розрядів блискавки в блискавковідвід і споруду, що захищається. Розрахунок блискавкозахисту ведеться за зонами захисту. Імовірність прориву блискавки до будь-якого об'єкта, розташованого всередині зони захисту, не повинна перевищувати допустиму величину. Обриси та розміри зони захисту визначаються числом, висотою та взаємним розташуванням блискавковідводів і залежать від ймовірності прориву блискавки. Зона захисту тим менша, чим меншу ймовірність прориву блискавки потрібно забезпечити. Простір між блискавковідводами захищено більш надійно, ніж із зовнішнього боку блискавковідводів. Захисна дія блискавковідводів знижується зі збільшенням висоти об'єкта, що захищається. Зони захисту стрижневих блискавковідводів висотою до 60 м перевірені багаторічним досвідом експлуатації та забезпечують достатню надійність. Зони захисту стрижневих блискавковідводів висотою понад 60 м за методикою цих Керівних вказівок визначаються з розрахунковою ймовірністю прориву блискавок в об'єкт не більше 10-2, а тросових блискавковідводів – не більше 10-2 та 10-3. Зазначена розрахункова ймовірність прориву блискавки встановлена на основі лабораторних випробувань на моделі, досвіду експлуатації та відомостей щодо розвитку розрядів блискавки. 1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідведення висотою до 60 м має форму, показану на рис. , розміри зони визначаються співвідношенням Мал. 1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 60 м: h- Висота блискавковідведення;h x- висота точки на межі зони, що захищається;h a = h - h x- активна висота блискавковідведення Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишкиhвід 60 до 250 м усічена на відстані D hвід вершини (рис.) і визначається співвідношеннями Мал. 2. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою понад 60 м: D h = 0,5(h- 60) за 60<
h£ 100 м; D h= 0,2 · hпри h> 100 м Мал. 3. Залежність висоти одиночного стрижневого блискавковідводу висотою до 30 м від радіусу захисту на різних рівняхh x Мал. 4. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 30 м Для об'єктів, що захищаються, висотою 60 - 100 м висота блискавковідведенняh, Визначена за номограмою рис. , порівнюється з критичною висотоюh кр, Що визначає межу усічення зони захисту, Мал. 5. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 100 м Внаслідок усічення зон захисту приhменше h крвисота блискавковідведення вибирається рівною критичною. При висоті блискавковідводівh> 100 м побудова зони захисту проводиться безпосередньо за формулами (), () та (). 2. Обриси зони захисту двох стрижневих блискавковідводів (подвійне блискавковідведення) показані на рис. дляh£ 60 м та рис. для 60 £ h£
250 м. Для кожного з блискавковідводів висотою понад 60 м зона захисту усікається на відстані D hвід вершини, як і для одиночного блискавковідведення. Мал. 6. Зона захисту двох рівновисоких стрижневих блискавковідводів висотою до 60 м: а- відстань між блискавковідводами; в
x- найменша ширина зони захисту на рівніh x;
r x- радіус зони захисту одиночного блискавковідведення;R- радіус кола, що проходить через вершини блискавковідводів та точку 0
, що знаходиться на рівніh 0 Мал. 7. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів висотою понад 60 м: D h = 0,5(h- 60) за 60<
h£ 100 м; D h = 0,2
hпри h> 100 м Побудова зовнішньої зони блискавковідводів проводиться аналогічно побудові зони одиночного блискавковідводу за формулами () або () залежно від висоти. Найменша ширина зони захисту в хміж блискавковідводами на рівніh xвизначається за кривими рис. та . Для блискавковідводів висотою від 30 до 250 м значення обох координат необхідно помножити на коефіцієнт. Мал. 8. Значення найменшої ширини зони захисту в хдвох стрижневих блискавковідводів заввишкиh£ 30 м для Мал. 9. Значення найменшої ширини зони захисту в хдвох стрижневих блискавковідводів для Найменша висота зони захистуh 0
для блискавковідводів висотою до 30 м дорівнює (6)
для блискавковідводів від 30 до 250 м (7)
але не більше h кр, що визначається за формулою (), якщоh³ 60 м. 3. Зона захисту трьох і більше блискавковідводів значно перевищує суму зон захисту одиночних блискавковідводів. Побудова горизонтальних перерізів зони захисту на рівніh xпоказано на рис. - на прикладі трьох та чотирьох стрижневих блискавковідводів. Розміри в х/2 визначаються за кривими рис. та в залежності відa/
h aта висоти блискавковідведення. Радіус захистуr xвизначається так само, як і для одиночного блискавковідведення. При довільному розташуванні кількох блискавковідводів їхня зона захисту може бути визначена підсумовуванням зон будь-яких трьох сусідніх блискавковідводів (рис. ). Мал. 10. Зона захисту чотирьох стрижневих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x 1, 2, 3, 4 - блискавковідводи Мал. 11. Зона захисту трьох стрижневих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x 1, 2, 3 - блискавковідводи Мал. 12. Зона захисту чотирьох стрижневих довільно розташованих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x 1, 2, 3, 4 - блискавковідводи Частина зони захисту трьох і більше блискавковідводів висотою вище 60 м, розташована поза кілами, що проходять через центри сусідніх трьох блискавковідводів, усікається на відстані D hвід вершини. Частина зони, розташована всередині кіл, не усікається. Величина D hвизначається за формулами () та (). Необхідною умовою захищеності всієї площі на рівніh xє: для блискавковідводів заввишкиh£ 30 м: D£ 8 · h a;
для блискавковідводів заввишки 30<
h£ 250 м: D£ 8 · h a ·
p,
де D- діаметр кола, проведеного через три суміжні блискавковідведення. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу (горизонтально підвішеного троса) має форму, показану на рис. для блискавковідводів висотою до 30 м-код і на рис. для блискавковідводів висотою від 30 до 250 м. Зона захисту на рівніh xобмежується двома паралельними блискавковідведення лініями, розташованими на відстаніr xвід вертикальної площини, що проходить через тросове блискавковідведення. Ця відстаньr x, Умовно зване за аналогією з одиночним стрижневим блискавковідведення радіусом захисту, визначаються за формулами: h
< 30 м
(8)
для одиночного тросового блискавковідводу заввишкиhвід 30 до 250 м Мал. 13. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки до 30 м: A- горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x;
T- трос Мал. 14. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу висотою понад 30 м Зона захисту тросового блискавковідводу заввишки 30<
h< 250 м усекается сверху на величину
Мал. 15. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки до 30 м Мал. 16. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки від 30 до 100 м Висота блискавковідводуh, визначена за номограмою (рис.), порівнюється з критичною висотою при h
<
h крвисота блискавковідведення вибирається рівноюh кр. Методика вибору тросового захисту залежить від ймовірності прориву блискавки від кута захисту троса ( a ) та висоти опор ПЛ. Відповідність між викладеною тут та в розділі грозозахисту ПЛ методикою встановлюється співвідношенням tg a = r x/
h a.
4. Побудова зони захисту двох паралельних тросових блискавковідводів представлена на рис. та . Зовнішні області зони захисту визначаються як для одиночного тросового блискавковідводу приh> 30 м і усікаються з відривом D hвід вершини. Вертикальний переріз зони захисту між двома тросовими блискавковідводами обмежується дугою кола, що проходить через блискавковідведення та середню точку між блискавковідводамиO, що знаходиться на висоті (11)
де a - відстань між блискавковідводами; Мал. 17. Зона захисту двох тросових блискавковідводів 1 і 2 заввишки до 30 м: I - горизонтальний переріз на рівніh x; II - вертикальний переріз зони захисту Мал. 18. Зона захисту двох тросових блискавковідводів висотою понад 30 м Р= 1 при h£30 м; 19 . Навколо блискавковідводу 1 більшої висоти будується зона захисту як для одиночного блискавковідведення. Далі через вершину блискавковідводу 2 меншої висоти проводиться горизонтальна лінія до перетину з зоною захисту блискавковідводу 1. внутрішню ділянку сумарної зони захисту. Мал. 19. Зона захисту двох блискавковідводів різної висоти: 1, 2 - блискавковідводи; 3 - вершина фіктивного блискавковідведення Для стрижневих блискавковідводів заввишкиh> 60 м та тросових h> 30 м зона захисту їх вершини усікається з відривом D hвід вершини конкретно для кожного з блискавковідводів і відповідно до їх типу. Сумарна зона захисту тросового та стрижневого блискавковідводів визначається накладенням їх зон. Також будується конфігурація зони захисту в кінці тросового блискавковідводу. При цьому кінець троса слід розглядати як стрижневий блискавковідвід відповідної висоти. Зони захисту з ймовірністю прориву не більше 10-2 призначені для відкритих розподільчих пристроївстанцій та підстанцій, а також для підсобних споруд, що потребують блискавкозахисту. При цьому введення апаратів і шинопроводи повинні знаходитися по можливості в глибині зони захисту, тому що ураження їх блискавкою становить найбільшу небезпеку. Зони захисту з ймовірністю прориву не більше 10 -3 призначені для ділянок шинопроводів високої відповідальності, які внаслідок їх великої висоти або довжини можуть зазнавати частих ударів блискавки. Надійність захисту підвищується під час розміщення об'єктів у внутрішній частині зони захисту багаторазових блискавковідводів. Внаслідок імовірнісного характеру проривів блискавки виконання блискавкозахисту, що повністю виключає поразку об'єктів, що захищаються, не завжди доцільно, а в ряді випадків технічно не здійсненно. Оптимальна надійність блискавкозахисту визначається на основі зіставлення вартості блискавкозахисту та можливої шкоди від ураження блискавкою. Надійність блискавкозахисту характеризується числом b проривів блискавки на рік на споруджувану споруду або числом років, за яку очікується один прорив блискавки в зону захисту b = ψ · N,
де ψ
- ймовірність прориву в зону захисту (10 -2 або 10 -3 відповідно до зони); N- сумарна кількість ударів на рік у блискавковідвід і споруду, що захищається. Очікувана кількість ударів блискавки і рік в одиночну споруду, що височить (у тому числі стрижневий блискавковідвід) заввишкиhметрів: N = п Tπ
R 2
10 -6 ,
(12)
де n= 0,06 – число ударів блискавки в землю площею 1 км 2 на 1 год грози; T- середня інтенсивність грозової діяльності даної території, год. R= 3,5 · h- еквівалентний радіус кола, що описує площу, з якої споруда «збирає» блискавки, м.м. Число ударів блискавки на рік у групу споруд, що підносяться (у тому числі групу стрижневих блискавковідводів): Т = nTS· 10 -6 , (13) де S- площа, обмежена дугами кіл, описаних радіусомRнавколо кожного блискавковідводу, м 2 . Число ударів на рік у протяжну споруду, що височить (у тому числі тросовий блискавковідвід) заввишкиhта довжиною l ,(м): N = 2
nTlR· 10 -6 , (14) де R
= 3,5
h.
Число ударів у споруду завдовжкиl(м), шириною m(м) та висотою h(м) визначається за формулою (), де S =(l + 7
h)(m + 7
h).
(15)
Розподільні електричні сітки(PC) напругою 0,4-10 кВ Останніми рокамиоснащуються електрообладнанням, апаратами, пристроями, ізоляторами та проводами, виготовленими на новій сучасній технічної бази. Експлуатація таких мережевих об'єктів вимагає надійної системизахисту від грозових перенапруг з використанням сучасних технічних засобів. Розробка технічних засобів та методів захисту від перенапруг PC пов'язана з кількісною оцінкою параметрів блискавки та ймовірної кількості грозових пошкоджень. Для розрахунків щільності прямих ударів блискавки на ґрунт використовується інформація про інтенсивність грозової діяльності. При цьому необхідно враховувати екранування мережевих об'єктів будинками, спорудами, деревами тощо. Екранування в окремих випадках може зменшити кількість прямих ударів у мережеві об'єкти на ~70%. Надійний захист досягається, якщо обладнання та конструкції матимуть досить високу міцність ізоляції або в PC встановлені ефективні апарати захисту від грозових перенапруг. Для захисту PC напругою 0,4-10 кВ від грозових перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН), розрядники довго-іскрові (РДІ), вентиляльні розрядники (РВ) і трубчасті (РТ), захисні іскрові проміжки (ІП). Тип, кількість та місце встановлення апаратів захисту вибирається під час проектування конкретних мережевих об'єктів. При установці апаратів захисту вимоги до значення опору заземлення вибирають згідно з ПУЕ. Для магістральних ліній напругою 6-10 кВ, виконаних у габаритах ПЛ напругою 35 кВ, рекомендується застосовувати тросові блискавковідводи на підходах до підстанцій та розподільних пунктів. Завданням захисту PC напругою 0,4 кВ є запобігання ураженням людей, тварин і виникнення пожеж внаслідок проникнення грозових перенапруг в внутрішні проводкижитлових будинків та інших будівель, а також пошкодження електроустаткування підстанцій 6-10/0,4 кВ. Стрижневим блискавковідводом називається конструкція у вигляді вертикального встановленого гратчастого шпиля, труби або стрижня. Стрижневий блискавковідвід як засіб грозозахисту було запропоновано В. Франкліном у 1749 році. Сучасні блискавки стандартних типів мають висоту до 40 метрів. У деяких випадках для створення нестандартних блискавковідводів як несучих конструкційвикористовуються заводські труби, опори ліній електропередач або металеві портали відкритих розподільчих пристроїв. Блискавковідвід повинен мати надійний зв'язок із землею з опором 5-25 Ом розтіканню імпульсного струму. Захисна властивістьстрижневих блискавковідводів полягає в тому, що вони орієнтують на себе лідер грозового розряду, що формується. Розряд відбувається обов'язково у вершину блискавковідведення, якщо він формується в деякій ділянці, розташованої над блискавковідведенням. Ця область має вигляд конуса, що розширюється вгору, і називається зоною 100%-го ураження. Досвідченими даними встановлено, що висота орієнтування блискавки Н залежить від висоти відведення блискавки h. Для блискавковідводів висотою до 30 метрів: а для блискавковідводів висотою більше 30 метрів Н=600м прийнято вважати, що вершина конуса зони 100%-го ураження розташовується симетрично осі блискавковідводу на висоті об'єкта, що захищається, а радіус його на висоті орієнтування: де - активна частина блискавковідведення, що відповідає його перевищенню над висотою об'єкта, що захищається: Крім зазначеної зони, захисна дія стрижневого блискавковідведення характеризується зоною захисту, тобто. простором, попадання розрядів блискавок у яке виключається. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу має вигляд намету, що розширюється донизу (рис. 1.1). Для розрахунку радіуса захисту в будь-якій точці захисної зони, в тому числі і на рівні висоти об'єкта, що захищається, використовується формула: де р - поправочний коефіцієнт, що дорівнює 1 для блискавковідводів висотою менше 30 метрів і рівний для більш високих блискавковідводів. У тому випадку, коли для захисту протяжних об'єктів використовується кілька блискавковідводів, доцільно, щоб зони їх 100% поразки змикалися над об'єктом або навіть перекривали один одного, виключаючи вертикальний прорив блискавки на об'єкт захисту (рис. 1.2). Відстань (S) між осями блискавковідводів повинна бути рівною або меншою від величини, що визначається з залежності: Зона захисту двох і чотирьох стрижневих блискавковідводів у плані на рівні висоти об'єкта, що захищається, має обриси, наведені на рис. 1.3 а, б. Показаний малюнку радіус захисту визначається як і, як і одиночного блискавковідведення, а найменша ширина зони захисту визначається за спеціальним кривим. Слід пам'ятати, що з блискавковідводів висотою до 30 метрів, розташованих з відривом, найменша ширина зони захисту дорівнює нулю. Малюнок 1.1 - Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу: 1 – межа зони захисту; 2 - переріз зони захисту на рівні Малюнок 1.2 - Схема розташування стрижневих блискавковідводів, що забезпечує змикання зон 100% ураження Малюнок 1.3 - Графічне зображеннязахисної зони: а) - для двох блискавковідводів; б) - для чотирьох блискавковідводів За наявності трьох і чотирьох блискавковідводів контури захисної зони мають вигляд, подібний до рис. 1.3 б. Радіуси захисту визначаються в цьому випадку так само, як і для одиночних блискавковідводів. Розмір визначається за кривими для кожної пари блискавковідводів. Діагональ чотирикутника або діаметр кола, що проходить через вершини трикутника, утвореного трьома блискавковідводами, за умовами захищеності всієї площі повинні задовольняти залежності для блискавковідводів заввишки менше 30 м: для блискавковідводів висотою понад 30 м: При встановленні блискавковідводів, що окремо стоять, необхідно дотримуватися певних відстаней по повітрю між блискавковідведенням і об'єктом, що захищається. Ця вимога виходить з того, що в момент ураження блискавковідведення блискавкою на ньому створюється високий потенціал, який може призвести до зворотного розряду з блискавковідводу на об'єкт. Потенціал на блискавковідводі на момент розряду визначається залежністю: де - імпульсний опір заземлення блискавковідведення 5 - 25 Ом; - Струм блискавки в добре заземленому об'єкті, кА. Більш точно потенціал на блискавковідводі можна визначити з урахуванням індукції. тивності блискавковідведення: де а - крутість фронту хвилі струму, кА/мкс; - точка блискавковідведення на висоті об'єкта, м; - Питома індуктивність блискавковідводу, мкГн/м. Для розрахунку мінімального припустимого наближення об'єкта до блискавковідводу можна виходити із залежності: де Е - допустима імпульсна напруженість електричного поля в повітрі, що приймається 500 кВ/м. Керівні вказівки щодо захисту від перенапруг рекомендують відстань до блискавковідводу приймати рівною: Ця залежність справедлива при струмі блискавки, що дорівнює 150 кА, крутизні струму 32 кА/мксек та індуктивності блискавковідводу 1,5 мкгн/м. Незалежно від результатів розрахунку, відстань між об'єктом та блискавковідведенням має бути не менше 5 м. Одним з найбільш надійних засобівзапобігання прямих поразок блискавкою проводів ліній електропередач є підвіска над ними заземлених тросових блискавковідводів. Пристрій цей дорогий і тому застосовується лише на лініях першого класу напругою 110 кВ та вище. Коли лінія на металевих або дерев'яних опорах не прикрита повністю тросами, ними прикривають лише підходи до підстанцій на ділянці 1-2 км. Залежно від конструкції опор можуть бути застосовані один або два троси, наглухо приєднані до металевій опоріабо до заземлюючих металевих спусків дерев'яних опор. Для захисту троса від перепалу струмом блискавки та контролю заземлення опори кріплення троса проводиться за допомогою одного підвісного ізолятора, шунтованого іскровим проміжком. Ефективність тросового захисту тим вища, чим менший кут, утворений вертикаллю, що проходить через трос, і лінією, що з'єднує трос із крайнім проводів. Цей кут називають захисним кутом, приймаючи його величину не більше 20-30 0 . Захисна зона для одного троса в перерізі перпендикулярній лінії, має вигляд, подібний до захисної зони для одиночного стрижневого блискавковідводу. Ширина захисної зони, що виключає пряме ураження проводів на рівні висоти їхнього підвісу, визначається залежністю: Ця залежність є справедливою для висоти підвісу троса 30 м і нижче.
1
, 2, 3-
межі зон захисту на рівнях відповідно землі та висот споруди, що захищається; 4 -
трос
Висота складових дерев'яних частинопори м:
верхній а . . . . . . . . . . . . . 6 7 8 9 10 11 12 13
нижній b. . . . . . . . . . . . . 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5
Місце розташування струмовідводу
Вид зовні будівлі на повітрі в землі
Круглі струмовідводи та перемички діаметром, мм
-
Круглі вертикальні електроди діаметром, мм -
Круглі горизонтальні електродидіаметром, мм *1 -
Прямокутні (з квадратної та смугової сталі):
площа перерізу, мм
товщина, мм
З кутової сталі:
площа перерізу, мм -
товщина полиці, мм -
Труби сталеві з товщиною стінок, мм -
3,5
*1 Застосовуються лише для поглиблених заземлювачів та вирівнювання потенціалів усередині будівель., Ом * м До 500
l, м
Малюнки Тип Матеріал Значення опору (Ом) розтіканню струму промислової частоти при різних електричних питомих опорах ґрунту, Ом м
l00
Вертикальний стрижневий Сталь кутова 40 Х 40 Х 4 мм: l = 2 мl = 3м Сталь кругла діаметром 10-20 мм: l = 2 мl = 3 мl = 5 м
19 14 24 17 14
38 28 48 34 28
190 140 240 170 140
380 280 480 340 280
Горизонтальний смуговий Сталь смугова 4 Х 40 мм: l = 2 м
l = 5 мl = 10м l = 20 мl = 30 м
22 12 7 4 3,2
44 24 14 8 6,5
220 120 70 40 35
440 240 140 80 70
Горизонтальний смуговий з введенням струму всередину Сталь смугова 4 X 40 мм: l = 5 мl = 10 мl = 12м l = 24 мl = 32м l = 40 м
9,5 5,85 5,4 3,1 Не застосовується Те ж саме 19 12 11 6,2 Не застосовується Те ж саме 95 60 54 31 24 20
190 120 110 62 48 40
Горизонтальний трипроменевий Сталь смугова 4 X 40 мм: l = 6м l = 12м l = 16м l = 20 мl = 32 мl = 40 м
4,6 2,6 2 1,7 Не застосовується Те ж саме 9 5,2 4 3,4 Не застосовується Те ж саме 45 26 20 17 14 12
90 50 40 34 28 24
Комбінований двострижневий Сталь кутова 40 X 40 мм, сталь смугова 4 X 40 мм: З = 3 м; l = 2,5 мС = 3 м; l = 3 мС = 6 м; l = 2,5 мС = 6 м; l = 3 м З = 3 м; l = 2,5 мС = 3 м; l = 3 мС = 5 м; l = 2,5 мС = 5 м; l = 3 мС = 3 м; l = 5 мС = 5 м; l = 5 м
7 6 5,5 4,5 7,5 6,8 6 5,5 5,5 4
14 12 11 9,1 15 14 12 11 11 8
70 60 55 45 75 70 60 55 55 40
140 120 110 90 150 140 120 110 110 80
Комбінований тристрижневий Сталь кутова 40 X 40 X 4 мм, сталь смугова 4х40 мм: З = 3 м; l = 2,5 мС = 6 м; l = 7,5 мС = 7 м; l = 3 мСталь кругла діаметром 10-20 мм, сталь смугова 4 X 40 мм: З = 2,5 м; l = 2,5 мС = 2,5 м; l = 2 мС = 5 м; l = 2,5 мС = 5 м; l = 3 мС = 6 м; l = 5 м
4 3 2,7 4,8 4,4 3,5 3,3 2,7
8 6 5,4 9,7 8,9 7,1 6,6 5,4
40 30 27 50 45 36 33 27
80 60 55 100 90 70 65 55
Комбінований п'ятистрижневий C = 5 м; l = 2 мС = 5 м; l = 3 мС = 7,5 м; l = 2 мС = 7,5 м; l = 3 мСталь кругла діаметром 10-20 мм, сталь смугова 4 X 40 мм: З = 5 м; l = 2 мС = 5 м; l = 3 мС = 7,5 м; l = 2 мС = 7,5 м; l = 3 мС = 5 м; l = 5 мС = 7,5 м; l = 5 м
2,2 1,9 1,8 1,6 2,4 2 2 1,7 1,9 1,6
4,4 3,8 3,7 3,2 4,8 4,1 4 3,5 3,8 3,2
22 19 18,5 16 24 20,5 20 17,5 19 16
44 38 37 32 48 41 40 35 38 32
Комбінований чотиристрижневий Сталь кутова 40 X 40 X 4 мм, сталь смугова 4 X 40 мм: C = 6 м; l = 3 м
2,1
4,3
21,5
43
Горизонтальний із введенням струму в центрі Сталь смугова 4 X 40 мм: D = 4м D = 6 мD = 8 мD = 10 мD = 12 м
4,5 3,3 2,65 2,2 1,9
9 6 5,3 4,4 3,8
45 33 26,5 22 19
90 66 53 44 38
ЗА РОЗРАХУНОМ ЗОН ЗАХИСТУ СТЕРЖНЕВИХ І ТРОСОВИХ
Блискавкавідводів
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
ЗОНИ ЗАХИСТУ СТЕРЖНЕВИХ БЛИЗНЕННЯВІДВОДІВ
ЗОНИ ЗАХИСТУ ТРОСОВИХ БЛИЩЕННЯВІДВОДІВ
ВСТУП
ОЦІНКА ЗАХИСНОГО ДІЇ блискавковідводів
Параметри стрижневих та тросових блискавковідводів
Параметри стрижневих блискавковідводів
Тросовий блискавковідвід
