Зоны защиты молниеотводов

Зоной защиты принято называть определенное пространство вокруг молниеотвода: удары молнии в объект, полностью расположенный в этом пространстве, маловероятны. Поскольку разрядные напряжения длинных воздушных промежутков имеют значительные статистические разбросы, молниеотводы обеспечивают защитуобъекта лишь с некоторой, но достаточно высокой степенью надежности (до 0,999).

Рис. 10.6 – Зона защиты стержневого молниеотвода (1) и ее упрощенное построение (2).

Зоны защиты стержневых молниеотводов. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 14-3) представляет собой пространство вблизи молниеотвода, ограничен ное поверхностью вращения в виде «шатра», образующая которой может быть найдена по эмпирической формуле

(10.11)

где р=1 при h≤30 м, при h = 30–100 м.Остальные обозначения видны на рисунке. Превышение высоты молниеотвода над высотой защищаемого объекта называется активной высотой молниеотвода (h–h_x=h_a).

Вместо использования (10.11) можно применить упрощенное построение очертаний защитной зоны, заменив криволинейную образующую ломаной линией (рис8.6).

Рис. 10.7 – Зона защиты двух стержневых молниеотводов.

Зона защиты двух стержневых молниеотводов имеет значительно большие размеры, чем сумма зон защиты двух одиночных молниеотводов Если два молниеотвода находятся на расстоянии а = 2R = 7h, то точка поверхности, лежащая посередине между молниеотводами, не будет поражаться молнией. Если нужно защитить точку, находящуюся посередине между молниеотводами высотой h на высоте h₀, то расстояние между молниеотводами на высоте h₀ должно составлять а≤7р(h—h₀). Или, если известны высота и расстояние между молниеотводами, высота защищенной точки посредине между молниеотводами находится как

(10.12)

Внутренняя часть зоны защиты двух стержневых молниеотводов (рис. 10.7) в плоскости, проходящей через оба молниеотвода, ограничивается дугой окружности, которую можно построить по трем точкам: две из них — вершины молниеотводов, а третья расположена посередине между молниеотводами на высоте h₀. Внешняя часть зоны защиты строится так же, как и для одиночных стержневых молниеотводов. Построение сечений зоны защиты понятно из рис. 10.7. Такие объекты, как открытые распределительные устройства подстанций, располагаются на достаточно большой территории и защищаются поэтому несколькими молниеотводами. В этом случае внешняя часть зоны защиты определяется так же, как и зона защиты двух молниеотводов (рис. 10.8). Объект высотой h_x, находящийся внутри остроугольного треугольника или прямоугольника, в вершинах которого установлены молниеотводы, защищен в том случае, если диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, в которых установлены молниеотводы, или диагональ прямоугольника, в углах которого находятся молниеотводы, удовлетворяют условию

(10.13)

Рис. 10.8 – Зона защиты и условия защиты при трех (а) и четырех (б) молниеотводах.

Рис. 10.9 – Зона защиты тросового молниеотвода.

При произвольном расположении молниеотводов условие (10.12) должно быть проверено для каждых трех ближайших друг к другу молниеотводов вотдельности. При всех условиях высота h_x должна быть меньше фиктивной высоты h₀, определенной для каждой отдельно взятой пары молниеотводов.

Зоны защиты тросовых молниеотводов. Вертикальное сечение зоны защиты тросового молниеотвода строится так же, как для стержневого, но с другими числовыми коэффициентами. Упрощенное построение зоны защиты одиночного троса приведено на рис. 10.9. Внешняя часть зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов, расположенных на расстоянии а (рис. 8.10), определяется так же, как и для одиночного троса. Внутренняя часть ограничена поверхностью, которая в сечении плоскостью, перпендикулярной тросам, дает дугу окружности; эта дуга проходит через три точки: два троса и точку посередине между ними на высоте

(10.14)

Условие защиты среднего провода при горизонтальном расположении проводов и двух тросах

(10.15)

практически всегда осуществляется со значительным запасом.

Рис. 8.10 – Зона защиты двух параллельных тросов.

При рассмотрении условий защиты внешних проводов (или любого провода при одном тросе) обычно пользуются понятием не зоны защиты, а угла защиты а (рис. 10.11). Для защитной зоны на высоте более 0,7h (рис. 8.9) а == arctg 0,6 = 31°.

Рис. 10.11 – Угол защиты α и зона защиты тросов на линии электропередачи.

Наличие защитных тросов не гарантирует 100%-ной надежности защиты; всегда существует некоторая вероятность поражения провода — «прорыва молнии мимо тросовой защиты». В отличие от подстанций, территории которых поражаются молнией 1 раз в несколько лет, линии подвергаются прямым ударам десятки раз за грозовой сезон (например, линия 500 кВ Волжская ГЭС им. В.И.Ленина—Москва поражалась около 200 раз). Поэтому даже весьма малая вероятность прорыва молнии имеет существенное значение. Эта вероятность подсчитывается по эмпирической формуле

(10.16)

где h_on — высота опоры.

При α = 30° и h_oп = 16 м Р_α≈0,002, а при h_on = 36 м Р_α=0,01. Для снижения вероятности прорыва молнии уменьшают защитные углы на высоких опорах путем раздвигания тросостоек к концам траверсы; условия защиты среднего провода при этом обычно сохраняются.