Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАЩИТА ПОДСТАНЦИИ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

Разработчики:

Шкаруба М.В.

Милюткин Р.А.

1. Функциональное назначение программы, область применения, ее ограничения

Программа ”Защита подстанции от прямых ударов молнии” выполнена на алгоритмическом языке Pascal в среде Delphi.

Программа используется в учебном процессе на заочном обучении при выполнении домашнего задания к дисциплине ”Изоляция и перенапряжения в электрических системах” и при выполнении дипломного проекта для расчета молниезащиты подстанции. Работа с программой может выполняться студентами самостоятельно без помощи преподавателя, так как все вычисления и построения сопровождаются подробными комментариями, и заканчивается подведением итогов с указанием всех ошибок.

Программа используется также в филиале кафедры в Сургуте, может быть рекомендована для других электротехнических факультетов высших учебных заведений.

2. Используемые технические средства

Программа выполнена на алгоритмическом языке Pascal в среде DELPHI, работает в операционных системах Windows. Для их работы требуется персональный компьютер класса Pentium II и выше, с оперативной памятью не менее 32 Мбайт.

программа зона защита подстанция молниеотвод

3. Специальные условия применения и требования организационного, технического и технологического характера

Программа используются в учебном процессе на дневном и заочном обучении при выполнении дипломного проекта для расчета молниезащиты подстанции, а на заочном и дистанционном обучении - при выполнении домашнего задания к дисциплине ”Изоляция и перенапряжения в электрических системах”.

Работа с программой может выполняться студентами самостоятельно без помощи преподавателя, так как все расчеты сопровождаются подробными комментариями, и заканчивается подведением итогов с указанием всех ошибок.

Для работы с программой желательна домашняя подготовка: изучение теории рассматриваемого вопроса (по учебному пособию [7]). Но с программой можно работать и без домашней подготовки, так как основные положения, необходимые для выполнения работы, выводятся на экран монитора. Домашняя подготовка ускоряет выполнение работы.

Основные теоретические положения, необходимые для успешной работы с программой

[Эти теоретические положения взяты из учебного пособия (Шкаруба М. В. Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006.- 64 с. [7]).

Теоретические положения

Открытые распределительные устройства (ОРУ) подстанции 35 - 750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами [1].

Защиту от прямых ударов молнии ОРУ 220 кВ и выше необходимо выполнять молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях. Защиту ОРУ 110 кВ можно выполнять на конструкциях при эквивалентном удельном сопротивлении грунта в грозовой сезон Омм, а защиту ОРУ 35 кВ - при Омм.

Молниеотводы можно устанавливать на следующих конструкциях: порталах, опорах линий, прожекторных мачтах, закрытых распределительных устройствах (ЗРУ).

Зоной защиты молниеотвода называется пространство вокруг него, в котором объект защищен от прямых ударом молнии с определенной степенью надежности. Защищаемый объект не поражается молнией, если он целиком входит в зону молниеотвода.

В настоящее время существуют три основные методики определения зон защиты стержневых молниеотводов.

Первая методика была предложена в ВЭИ на основе обширных лабораторных исследований на моделях, проведенных в 1936-1940 гг. А.А. Акопяном. По этой методике [2] зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой «шатер» (рис. 1), по ней можно рассчитывать зоны защиты молниеотводов высотой до 60 м. Объекты, находящиеся на границе этой зоны (h_x), защищены с вероятностью Р?0,999.

Рис. 1. Зона защиты одиночного молниеотвода по методике А.А. Акопяна

Эта методика вошла в «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов» [2]. Долгие годы эта методика была основной для расчета зон защиты молниеотводов станций и подстанций. Она очень удобна для расчетов, так как позволяет по высоте защищаемого объекта сразу определять высоты 3-4 соседних молниеотводов. Однако, в дальнейшем в результате наблюдений за ударами молнии в реальных условиях, появились сомнения в результатах, полученных А.А. Акопяном на моделях. В первую очередь, это касалось вероятности защиты (Р?0,999), поэтому и появились новые методики.

В 60-e годы Энергетическом институте имени Г.М. Кржижановского (ЭНИН) была предложена упрощенная методика построения зон защиты одиночного молниеотвода, в которой шатер заменен отрезками двух прямых (рис. 2).

Рис. 2. Упрощенная методика построения зоны защиты одиночного молниеотвода

В третьей методике учтено, что вершина молниеотвода не защищена, поэтому зона защиты одиночного молниеотвода высотой до 150 м представляет собой круговой конус высотой h₀<h (рис. 3). Эта методика рекомендуется в новой “Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.12г. - 87”[4]

В 1999 году вышло “Руководство по защите электрических сетей 6-1150кВ от грозовых и внутренних перенапряжений” [3], в котором рекомендуется распространить “Инструкцию по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87” на расчет молниезащиты станций и подстанций. Причем станции и подстанции до 750 кВ следует защищать молниеотводами с зоной типа А, а напряжением 750 кВ и выше - зоной типа Б.

Однако, в 2003 году приказом Минэнерго России утверждена новая “Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций” [5], в которой больше нет зон А и Б, надежность защиты изменяется от 0,9 до 0,999, а с какой надежностью следует защищать подстанции не дано (лишь сказано, что надежность защиты “должна быть согласована с органами государственного контроля”). В инструкции также сказано, что “при разработке молниезащиты в случаях, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем настоящей Инструкции, то рекомендуется выполнять отраслевые требования”. Поэтому пока этой инструкцией воспользоваться сложно.

В связи с последними изданиями появилась неопределенность в выборе методики расчета молниезащиты подстанции, поэтому при выполнении домашнего задания и дипломного проекта рекомендуется расчет выполнять по первой или второй методике (в соответствии с рекомендациями Электротехнического справочника [6]), а в отдельных случаях проверять защищенность объектов по третьей методике (с надежностью Р?0,995, как было в старой инструкции) и окончательно брать наибольшую из расчетных величин.

Рис. 3. Зона защиты одиночного молниеотвода по третьей методике

Расчет молниезащиты подстанции выполняется по первой методике, так как она позволяет по высоте самого высокого защищаемого объекта (обычно портала) сразу определять высоты 3-4 соседних молниеотводов (лишь только при построении зон защиты двух молниеотводов для удобства построения кривые заменены отрезками прямых, как и у второй методики). Поэтому рассмотрим первую методику подробнее.

Радиус зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 1) на высоте для молниеотводов определяется по формуле [2]

(1)

где h - высота молниеотвода, м; - активная высота молниеотвода, м; p - коэффициент для разных высот молниеотводов (p = 1 для для 60 > h >30 м).

Зона защиты двух молниеотводов показана на рис. 4. Граница внешней зоны определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, по формуле (1).

Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется окружностью радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку А, расположенную посредине между молниеотводами на высоте:

,

где а - расстояние между молниеотводами, м.

Рис. 4. Зоны защиты двух молниеотводов

Наименьшая ширина зоны защиты в середине между молниеотводами (на горизонтальном сечении) на высоте определяется по кривым [2] или по приближенной формуле

, (2)

где вычисляется по формуле (1).

Зона защиты трех и более молниеотводов значительно превышает сумму защиты одиночных молниеотводов. На рис. 5 показана зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на уровне .

Рис. 5. Зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на высоте : 1, 2, 3 - молниеотводы

Радиус внешней зоны защиты для каждого молниеотвода определяется так же, как и для одиночного молниеотвода по формуле (1). Ширина внешней зоны защиты для каждых двух молниеотводов определяется по формуле (2). А условие защищенности всей остальной площади, ограниченной треугольником, выражается соотношением

, (3)

где D - диаметр окружности, проведенной через три молниеотвода.

Для четырех молниеотводов, лежащих в вершинах прямоугольника (рис. 6), при проверке защищенности всей площади на уровне нужно брать диагональ D. При произвольном расположении четырех и более молниеотводов защищаемую площадь нужно разбить на треугольники.

Рис. 6. Зона защиты четырех молниеотводов, лежащих в вершинах прямоугольника, в горизонтальном сечении на высоте

Защита подстанции от прямых ударов молнии осуществляется в следующей последовательности.

1. Определить возможность установки молниеотводов на конструкциях [1].

2. Намечаются места установки молниеотводов (подстанцию нужно защитить минимальным числом молниеотводов с активной высотой = 3 - 10 м).

3. Площадь подстанции разбивается на треугольники или четырехугольники, определяются активная высота (формула (3)) и высота молниеотводов.

4. Проверяется защищенность объектов, находящихся за пределами треугольников или четырехугольников (строятся зоны защиты по формулам (1) и (2)). Если какой-либо объект не попал в зону защиты, то увеличивается число молниеотводов или их высота (Проверку рекомендуется выполнять по первой и третьей методике).

Рассчитывается заземляющее устройство молниеотводов.

А теперь приведем основные положения 3 методики

Согласно новому изданию Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций 2003 года [5] защищаемые объекты подразделяются на обычные и специальные. Обычные объекты - это жилые и административные здания (театр, банк, больница), а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для промышленного производства, торговли и т.д. Для них предложено четыре уровня надежности защиты от ПУМ с надежностью от 0,8 до 0,98. Для специальных объектов (нефтезаводы, химические заводы, электростанции и др.) уровень защиты выше от 0,9 до 0,999.

На рис. 7 и 8 приведены зоны защиты одиночного и двойного молниеотводов. А размеры h_o; r_o; r_x, r_cx зависят от надежности защиты.

Рис. 7. Зона защиты одиночного молниеотвода: 1 - граница зоны защиты на уровне h_x; 2 - то же на уровне земли.

Зона защиты одиночного молниеотвода (рис. 7) с надежностью Р?0,995 имеет следующие размеры: h_o = 0,85h; r_o = (1,1- 0,002h)h; r_x = (1,1- 0,002h)(h-h_x/0,85)

Рис. 8. Зона защиты двойного молниеотвода:

1 - граница зоны защиты на уровне h_x1; 2 ? граница зоны защиты на уровне h_x2;

3 - то же на уровне земли.

Зона защиты двойного молниеотвода (рис. 8) с надежностью Р?0,995 при L2h имеет следующие размеры:

h_c = h_o - (0,17+ 3•10^-4 h)(L-h);

r_c = r_o; r_cx = r_o(h_c -h_x)/h_c

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

Программа Mol.EXE написана на Delphi специально для домашнего задания и дипломного проектирования и позволяет выполнить молниезащиту двух типовой подстанций на напряжение 110/6-10 кВ, ошиновка гибкая, на 110 кВ открытое РУ, на 6-10 кВ закрытое РУ:

а) без ремонтной перемычки (рис. 9);

б) с ремонтной перемычкой (рис. 10).

В зависимости от типа подстанции изменяются размеры и изображение на экране монитора.

Рис. 9. Изображение на экране монитора подстанции 110/(6-10) кВ без ремонтной перемычки

Рис. 10. Изображение на экране монитора подстанции 110/(6-10) кВ с ремонтной перемычкой

Программа обучающе-контролирующая, поэтому при ее выполнении запоминаются все допущенные ошибки, а затем в конце программы выдаются сообщения об этих ошибках и комментарии к ним. Если во время расчета допущена хотя бы одна ошибка, то расчет необходимо повторить с самого начала.

Для защиты типовой подстанции обычно используются четыре молниеотвода.

С целью упрощения контроля мест установки молниеотводы можно устанавливать только в строго фиксированных местах (в точках пересечения строки и столбца (рис. 11)) и в строго определенной последовательности (рис. 12), благодаря этому не возникает неоднозначных решений.

Рис. 11. Установка молниеотводов на территории подстанции

Рис. 12. Последовательность установки молниеотводов

Для типовой подстанции достаточно четырех молниеотводов, наиболее удачная установка молниеотводов указана на рис. 13.

Рис. 13. Правильная установка молниеотводов на подстанции 110/6-10 кВ

После расстановки молниеотводов выбирается и рассчитывается первый треугольник. Через три, указанных молниеотвода будет проведена окружность, вычислен ее диаметр D, определена активная зона молниеотвода h_а. А затем, после ввода высоты самого высокого объекта в этом треугольнике, рассчитывается высота молниеотводов h. Всё оборудование, которое попало в треугольник, надежно защищено. Для наглядности нужно построить зону защиты на высоте порталов (рис. 14).

Рис. 14. Расчет зон защиты в первом треугольнике

Затем точно также рассчитывается второй треугольник. Если какое-то оборудование оказалось за пределами треугольника, то необходимо для двух соседних молниеотводов построить сечение зоны защиты на высоте этого оборудования h_x. На плане подстанции для этих молниеотводов будут выведены расчетные значения b_x и r_x.

Если молниеотводы расставлены верно, то для подстанции с ЗРУ за пределами треугольника оказывается часть ЗРУ. Необходимо построить зону защиты на высоте ЗРУ и проверить попало ли оно целиком в зону защиты. Если ЗРУ не защищено, то необходимо изменять высоты двух соседних молниеотводов (при правильной расстановке 3 и 4) с шагом 0,5 м, пока ЗРУ не попадет в зону их защиты (для экономии металла нельзя допускать, чтобы зона защиты была намного больше размеров ЗРУ).

Расчет следует выполнять по двум методикам, ЗРУ должно быть защищено по обеим методикам (рис. 15).

Рис. 15. Расчет зон защиты во втором треугольнике

Программа заканчивается сообщением о допущенных ошибках и комментариями к ним. Если при выполнении расчета допущена хотя бы одна ошибка, то расчет необходимо повторить с самого начала.

Если все расчеты выполнены верно, то программа построит зоны защиты подстанции на двух высотах (портала и ЗРУ) (рис. 16).

Рис. 16. Пример расчета зон защиты молниеотводов подстанции 110/(6-10) кВ

Следует отметить, что зоны защиты в программе строятся правильно только в том случае, когда строго выполняются все рекомендации по вводу данных.

4. Условия передачи программной документации или ее продажи

Для заинтересованных лиц и вузов реализация данного программного продукта осуществляется через руководителя проекта, к.т.н., доцента М.В. Шкарубу.

Библиографический список

1. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание (1 и 7 разделы). - С-Пб.: Из-во ДЕАН, 2002.- 176 с .

2. Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов / СЦНТИ. - М.,1974. - 19 с.

3. Руководство по защите электрических сетей 6-1150кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. СПб, 1999-353с.

4. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.12г. - 87 / Минэнерго СССР. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 56 с.

5. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.- М.: Из-во НЦ ЭНАС, 2004. - 48 c.

6. Электротехнический справочник: В 4т., Т.3 Производство, передача и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др.) - 8-е изд. - М: изд-во МЭИ, 2002г-964с.

7. Шкаруба М. В. Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006.- 64 с..

Размещено на Allbest.ru