заземление ГПП 110 2

Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 S  40  30 м2; 1  480 Ом∙м;
2  220 Ом∙м; h1  3 м; t  0, 7 м; LГ  550 м; lB  5 м; время воздействия tв  0,3 с. В
соответствии с таблицей 2.1 U пр. макс  325 В. Естественных заземлителей нет.
Определяется значение RЗ при указанных выше данных, принимая отношение a / lB  1 .
Расчетная квадратная модель заземлителя имеет следующие параметры
S  40  30  1200  35 м
L
550
m  Г 1 
 1  6.8  7
2  35
2 S
Тогда LГ  2 S (m  1)  2  35   7  1  560 м.
Длина стороны ячейки
S 35
b

5м
m
7
Число вертикальных электродов, расположенных по периметру заземлителя
S  4 35  4
nB 

 28
1  lB
1 5
LB  lB  nB  5  28  140 м
Эквивалентное удельное сопротивление земли

 
Э  2  1 
 2 

1
4,8h1 
1
где   0,19 1  lg
 при 0,1 
2
lB 

h t

a
  0, 43 1  0, 27 lg  0, 04 при 1  1  10
lB
lB
2
h t
a
3  0, 7
  0, 43 1  0, 27 lg  0, 04  0, 43 
 0, 27 lg1  0, 04  0, 238
lB
lB
5
Приближенно, поскольку промежуточные значения приходится определять путем
интерполяции, значение может быть определено из данных таблицы 4.3. Таблицей можно
пользоваться также для контроля полученных значений Э .
0,238
 480 
 Э  200  
 200N

 200 
lg N  0, 238  lg 2, 4  0, 0905 ; N  1, 232;
Э  200 1, 232  247 Ом
Относительная глубина погружения вертикальных электродов
lB  t 5  0, 7

 0,163
35
S
Сопротивление заземлителя, содержащего горизонтальные и вертикальные электроды и с
учетом неоднородности удельного сопротивления земли

Э
R A Э 
S LГ  LВ
l t 

lB  t
где A   0, 444  0,84 B
 0,1
 при 0 
S 
S

l t 

l t
A   0,385  0, 25 B  при 0,1  B
 0,5
S 
S

A  0,385  0, 25
lB  t
 0,385  0, 25  0,163  0,344
S
lB
5

 0,143
S 35
247
247
RЗ  0,344 

 2, 79 Ом
35 560  140
Рассмотрим, какие напряжения прикосновения могут быть достигнуты при полученных
параметрах заземлителя.
кП 
М
0,45

М
0,45

М
200,45
 lВ LГ 
 560 




 1 49 
a S 

 480
Где параметр М зависит от отношения 1 . При 1 
 2, 4 находим M  0, 65
2
 2 200
Коэффициент  дает отношение сопротивления тела человека RЧ к сумме сопротивлений
тела человека и сопротивления растеканию тока с ног человека (после прикосновения).
RЧ принимается 1000 Ом. Без коэффициента  получается значение кП при напряжении
между двумя точками, которых одновременно может коснуться человек (т.е. до
прикосновения человека к этим двум точкам).

RЧ
1000

RЧ  rП 1000  rП
Где значение rП для случая прикосновения рука – ноги может быть приближенно принято
равным 1,5 В.С ,  В.С - удельное сопротивление верхнего слоя земли.
rП  1,5 В.С  1,5  480  720 Ом
1000
 0,582
1000  1720
lg N  0, 45  lg 20  0, 45 1,301  0,58 ; N  3,8 ;
0, 65  0,582
кП 
 0,11
3, 48
U
325
I З  пр. макс 
 1060
RЗ к П
2, 79  0,11
Если ток замыкания превышает 1060 А, можно пойти на увеличение числа (длины)
горизонтальных электродов путем расширения площади заземлителя или, если это
невозможно, выполнить сетку более густой, хотя в данном случае она и того достаточно
густа (m2=49, b=5), приняв меры к снижению крутого спада потенциала за пределами
заземлителя.

10 Молниезащита ГПП
Система молниезащиты представляет собой необходимый комплекс мероприятий
и
устройств,
предназначенных
для
обеспечения
безопасности
людей
(сельскохозяйственных животных), предохранения зданий, сооружений, оборудования и
материалов от взрывов, пожаров и разрушений, возможных при воздействии молнии.
Тяжесть последствий удара молнии зависит, прежде всего, от взрыво-,
пожароопасности здания и сооружения при термических воздействиях молнии, а также
искрениях и перекрытиях, вызванных другими видами воздействии. Например в
производствах, постоянно связанных с открытым огнем, процессами горения,
применением несгораемых материалов и конструкции, протекание тока не представляет
большой опасности. Напротив, наличие внутри объекта взрывоопасной среды создает
угрозу разрушений, человеческих жертв, больших материальных ущербов.
Открытые распределительные устройства согласно «Правилам устройства
электроустановок» должны иметь защиту от грозовых и внутренних перенапряжений.
Грозовые перенапряжения возникают при ударе молнии в электрическую установку или
вблизи нее. Защита от прямых ударов молнии осуществляется стержневыми
молниеотводами, которые, как правило, устанавливаются на конструкциях порталов ОРУ
подстанций.
10.1 Защита от прямых ударов молнии
ГПП находится в местности со средней грозовой деятельностью 20 – 40 часов в
год (Кировская область).
Ожидаемое количество поражений молнией в год ГПП, не оборудованного
молниезащитой /16/:
N   B  6  h    A  6  h   7, 7h 2   n  106 ,
(10.1)
где А и В – соответственно ширина и длина защищаемого объекта;
h – наибольшая высота здания;
n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности в месте
расположения здания, n=3 при средней грозовой деятельности 20 – 40
часов в год /16/.
Высота защищаемого объекта составляет:
hх=6,2 м.
Размеры ГПП:
А=19,4 м,
В=37,7 м.
N = [( 37,7+ 66,2)(19,4 + 66,2)-7,7∙6,22]310-6 = 0,01183 < 1.
Согласно /2/ при N<1 и продолжительности грозового периода более 10 часов
применяется тип зоны защиты Б.
1. Определяем высота молниеприемника из условия:
D≤ 8  ha ,
(10.2)
где D – диаметр окружности, проходящей через диагональ четырехугольника, м:
D  l12  l22 ,
(10.3)
где l1 , l2 - расстояние между молниеприёмниками, м;
D  31, 42  132  33,98 м ,
hа  h  hx ,
(10.4)
D≤8∙( h  hx ),
(10.5)
D≤8∙h-8∙hх,
(10.6)
D  8hx
,
8
(10.7)
h
h
33,98  8  6, 2
 10, 44 м.
8
Принимается высота молниеприёмника равной 10,5 м.
2. Определяем высоту защищенной точки находящейся посередине между
молниеотводами.
hc  h0  0,14(l  h),
(10.8)
h0 =0,92∙h,
(10.9)
где
h0 =0,92∙10,5=9,66 м,
hc1  9, 66  0,14(31, 4  10,5)  6, 734 м,
hc 2  9,66  0,14(13  10,5)  9,31 м.
3. Определяем rcх .
rcх 
r0 ( hс  hх )
,
hс
(10.10)
где
r0  1,5  h,
(10.11)
r0  1,5  10,5  15, 75 м ,
rcх1 
15, 75(6, 734  6, 2)
 1, 25 м,
6, 734
rcх 2 
15, 75(9,31  6, 2)
 5, 26 м.
9,31
Радиус защиты на высоте hх=6,2 м определяется из выражения:
rX  1,5(h 
hX
),
0,92
(10.12)
rX  1,5(10,5 
6, 2
)  5, 64 м.
0,92
4. Построение зоны защиты ЗРУ 10 кВ. Высота ЗРУ hх=4,1 м. Радиус защиты на
высоте hх=4,1 м определяется из выражения:
rX  1,5(h 
rX  1,5(10,5 
hX
),
0,92
(10.13)
4,1
)  9, 065 м.
0,92
5. Определяем rcх .
rcх1 
15, 75(6, 734  4,1)
 6,16 м,
6, 734
rcх 2 
15, 75(9,31  4,1)
 8,81м.
9,31
6. Построение зоны защиты на уровне земли, т.е. hх=0 м. Радиус защиты на высоте
hх=0 м определяется из выражения (20):
rX  1,5(10,5 
0
)  15, 75 м.
0,92
7. Определяем rcх .
rcх1 
15, 75(6, 734  0)
 15, 75 м,
6, 734
rcх 2 
15, 75(9,31  0)
 15, 75 м.
9,31
Схема молниезащиты ГПП представлена на рисунке 10.1.
Условия установки стержневых молниеотводов:
1. На конструкциях ОРУ напряжением 35-150 кВ стержневые молниеотводы могут
устанавливаться:
а) при эквивалентном удельном сопротивлении грунта в грозовой сезон: до 500
Ом∙м (35кВ);
б) от стоек конструкций ОРУ молниеотводами должно быть обеспечено растекание
тока молнии по магистралям заземления не менее чем в трех-четырех направлениях для
ОРУ 35 кВ.
в) должно быть установлено не менее одного вертикального электрода длиной 3-5
м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места
присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом.
г) гирлянды подвесной изоляции на порталах ОРУ 35 кВ должны иметь следующее
количество изоляторов:
- не менее шести изоляторов при расположении вентильных разрядников или
соответствующих им по уровню остающихся напряжений ОПН не далее 15 м по
магистралям заземляющего устройства от места присоединения к нему;
- не менее семи изоляторов в остальных случаях;
д) расстояние по воздуху от конструкций ОРУ, на которых установлены
молниеотводы, до токоведущих частей должно быть не менее длины гирлянды.
Условия установки отдельно
обособленными заземлителями:
стоящих
стержневых
молниеотводов
с
1. Если не могут быть выполнены условия установки молниеотвода на
конструкциях ОРУ.
2. Расстояние по земле l3 между обособленным заземлителем молниеотвода и
заземляющим контуром ОРУ должно быть таким, чтобы исключать перекрытие по земле
между заземлителями с вероятностью не более 0,1, при этом l3 должно быть не менее 3 м.
3. Расстояние по воздуху lВ от отдельно стоящего молниеотвода с обособленным
заземлителем до токоведуших частей, заземленных конструкций и оборудования ОРУ
должно быть таким, чтобы исключать перекрытия по воздуху с вероятностью не более 0,1,
при этом lВ должно быть более 5 м.
4. Сопротивление заземлителя должно быть не более 80 Ом.
Ожидаемое количество поражений молнией ГПП в год,
N  ( A  6  hx )  ( B  6  hx )  7, 7  hx2   n 10 6 ,
(1)
где А - длина ГПП ,м; В - ширина ГПП; hx - высота защищаемого объекта
(портала); n – среднегодовое число ударов молний в 1 км 2 земной поверхности в
месте нахождения объекта, в зависимости от среднегодовой продолжительности
гроз в часах. Для Кировской области среднее число грозовых часов в году 20-40,
n=2 (приложение В /1/).
N  (40  6 11)  (30  6 11)  7, 7 112   2 10 6  0, 02.
Определяется высота молниеотвода, м
D  8  (h  hx )  p,
(2)
где коэффициент р=1 при h<30 м,
Диагональ прямоугольника
D  L12  L22 ,
(3)
где L1 , L2 - расстояние между молниеотводами по длине и щирине ГПП;
D  24,82  182  30,64,
30, 64  8  (h  11) 1  8h  88,
h  14,83
Принимаются к исполнению молниеотводы высотой h  15 м.
Вершина конуса защиты, м
h0  0,92  h,
(4)
h0  0,92 15  13,8.
Радиус основания конуса на уровне земли, м
r0  1,5  h,
(5)
r0  1,5 15  22,5.
Радиус зоны защиты на высоте hх1 , м
h 

rх1  1,5   h  x  ,
0,92 

(6)
11 

rх1  1,5  15 
 4,57.
0,92 

Высота зоны защиты посередине между молниеотводами, м
hc  h0  0,14  ( L  h),
(7)
hc1  13,8  0,14  (24,8  15)  12, 43,
hc 2  13,8  0,14  (18  15)  13,38.
Ширина горизонтального сечения совместной зоны защиты на высоте hх от
уровня земли, м
rcx  r0 
rcx1  22,5 
(hc1  hх )
,
hc1
(12, 43  11)
 2,59,
12, 43
rcx 2  22,5 
(13,38  11)
 4.
13,38
Ширина совместной зоны защиты, м
rc  r0  22,5.
(8)
Расчет параметров зоны защиты для здания ЗРУ
Радиус зоны защиты на высоте hх 2 , м
h 

rх 2  1,5   h  x 2  ,
0,92 

(9)
6 

rх 2  1,5  15 
 12, 72.
0,92 

Ширина горизонтального сечения совместной зоны защиты на высоте hх от
уровня земли, м
rcx  r0 
rcx12  22,5 
(hc  hх 2 )
,
hc
(10)
(12, 43  6)
 11, 64,
12, 43
rcx 22  22,5 
13,38  6
 12, 41.
13,38
Расчет параметров зоны защиты для забора
Радиус зоны защиты на высоте hх3 , м
h 

rх 3  1,5   h  x 3  ,
0,92 

(11)
2,5 

rх 3  1,5  15 
 18, 42.
0,92 

Ширина горизонтального сечения совместной зоны защиты на высоте hх от
уровня земли, м
rcx 3  r0 
(hc  hх 3 )
,
hc
(12)
rcx13  22,5 
rcx 23  22,5 
(13,38  2,5)
 18,3.
13,38
Строится зона защиты стержневых молниеотводов
(12, 43  2,5)
 17,9
12, 43
rcx 23
rx 2
rcx 22
rx 3
rx1
rcx13
rcx12
rcx 2
rcx1
Рисунок 1 – Зона защиты молниеотводов ГПП