Расчет молниезащиты

Виды воздействий молний

Воздействия молний делятся на:

• Первичные, причиной которых является прямой удар молнии.
• Вторичные, которые индуцируются ее разрядами, или занесены в объект металлическими коммуникациями, значительной длины.

К первичным воздействиям молний относятся термические, электрические, механические. Электрические воздействия связаны с поражением животных и людей электрическим током и возникновением перенапряжений в несколько мегавольт на пораженных объектах. Термические воздействия связаны с выделением тепла в случае прямого контакта канала молнии с содержимым объекта поражения и протекании через него молнии. Почти в 100 % случаев тепловая энергия от разряда молнии примерно на три порядка выше, чем энергия, выделяемая при горении большинства паро-, газо- и пылевоздушных смесей, которые используются в промышленности. Прямой контакт с каналом молнии может стать причиной проплавления корпусов взрывоопасных установок. Механические воздействия обусловлены ударной волной, которая распространяется от канала молнии, а также электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии. Такие воздействия могут стать причинами сплющивания металлических трубок и полного разрушения объекта.

Вторичные воздействия обусловлены действием на объект электромагнитного поля. Данное поле, как правило, рассматривается в виде двух составляющих: электростатическая индукция (перемещение заряда в лидере и канале молнии) и электромагнитная индукция (изменение тока молнии во времени). Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, которое возникает в металлических конструкция пораженного молнией объекта и зависящая от ее тока и сопротивления заземлителя. Электромагнитная индукция связана с наведением в металлических контурах электродвижущей силы в десятки киловольт. Еще одно опасное воздействие молнии связано с заносом потенциала по вводимым в объект коммуникациям (кабели, трубопроводы и т.п.).

Расчет молниезащиты

По типу молниезащита делится на:

1. Многократную тросовую.
2. Одностержневую.
3. Одиночную тросовую.
4. Двухстержневую разной или одинаковой высоты.
5. Многократную тросовую.

Срочно нужна работа?
Мы готовы помочь!

Найти эксперта

По степени надежности молниезащиты различают два типа зон - А (надежность защиты не менее 99,5%) и Б (степень защиты от 95 до 99,5 %).

Допустим, что необходимо определить параметры зоны молниезащиты, со степенью надежности 95 % для главной понизительной подстанции (схема которой изображена на рисунке ниже), а также ее возможную поражаемость.

Рисунок 1. Схема главной понизительной подстанции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Данная подстанция защищается четырьмя молниеотводами. Расчет начинается с выбора высоты молниеотвода. Для этого, сначала рассчитывается предельное расстояние между молниеотводами по следующей формуле:

!Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где: l1 - расстояние между ближними молниеотводами; l2 - расстояние между удаленными молниеотводами.

Для молниеотводов, высота которых не превышает 30 метров условие защиты всей площади выглядит следующим образом:

$L ⩽ 8*(h-hx) ⩽ 8*ha$

где: ha - превышение высоты молниеотвода молниеотвода над защищаемым объектом; hx - высота защищаемого объекта; h - высота молниеотвода.

Таким образом высота превышения молниеотвода может быть рассчитана следующим образом:

$ha ⩾ L/8$

А высота самого молниеотвода может быть рассчитана по формуле:

$h = ha + hx$

Следующим этапом расчета является определение границ молниезащиты. Для многократных стержневых мониеотводов зона защиты строится при помощи попарно взятых соседних стержневых молниеотводов. Для этого сначала рассчитывается высота вершины конуса стержневого молниеотвода:

$h0 = 0.92*h$

Радиус защиты на уровне земли рассчитывается по формуле:

$r0 = 1,5*h$

А радиус защиты на высоте защищаемого объекта:

$rx = 1.5*(h-1.1*hx) = 1.5*(h- (hx/0.92))$

Теперь можно рассчитать высоту средней части попарно взятых молниеотводов:

$hmin1 = hc1 = h0-0.14*(l1-h)$

$hmin2 = hc2 = h0-0.14*(l2-h)$

Ширина средней части попарно взятых молниеотводов на уровне земли рассчитывается по формуле:

$rc = r0 = 1.5*h$

А формулы для расчета ширины средней части на уровне защищаемого объекта выглядят следующим образом:

$rcx1 = r0*((hc1-hx)/hc1)$

$rcx2 = r0*((hc2-hx)/hc2)$

Параметры, полученные в результате расчета, должны быть нанесены на план главной понизительной подстанции, с целью определения попадания объекта в зону молниезащиты.

Завершающим этапом является определение надежности защиты от прямого удара молнии. Количество ударов молнии за один год определяется по соотношению:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где: n - число грозовых дней в году; b - ширина самого высокого объекта; а - длина самого высокого объекта.

Количество отключений подстанций за год рассчитывается по формуле:

$y = N*w1*w2*w3$

где: w1 - вероятность прорыва молнии сквозь защиту; w2 - вероятность перекрытия изоляции в случае прямого удара молнии; w3 - вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.

Показатель грузоупорности рассчитается следующим образом:

$m = 1/у.$

Срочно нужна работа?
Мы готовы помочь!

Найти эксперта