Efectul protector al paratrăsnetului cu tijă și cablu. Aplicarea firului de protecție împotriva trăsnetului

Al cincisprezecelea webinar din seria „Protecția la pământ și la trăsnet: probleme și probleme care apar în timpul proiectării”

Nu este surprinzător, dar paratrăsnetul cu cablu este cel mai comun tip de paratrăsnet, iar eficiența lui a fost studiată în cea mai bună măsură, deoarece milioane de kilometri linii aeriene liniile de transmisie a energiei electrice sunt protejate de paratrăsnet prin cablu, simplu sau dublu. Organizație internațională De mulți ani, CIGRE a acumulat experiență mondială în operarea cablurilor de protecție împotriva trăsnetului. Fiabilitatea acțiunii lor în funcție de înălțimea suspensiei și de unghiul de protecție a fost stabilită în mod fiabil la cel puțin nivelul de 0,999. De remarcat că metodologia statistică de calcul a probabilității unei descoperiri, care a fost utilizată pentru determinarea zonelor de protecție a paratrăsnetului în standardele naționale RD 34.21.122-87 și SO-153-34.21.122-2003, a fost în principal calibrat pe baza experienței de operare a paratrăsnetului.

Un punct important este eficiența semnificativ mai mare a paratrăsnetului cu cablu în comparație cu paratrăsnetul cu tijă de aceeași înălțime. Dacă comparăm fiabilitatea protecției unui sistem de paratrăsnet și paratrăsnet cu un număr egal de suporturi pe care sunt instalate paratrăsnet, atunci diferența dintre numărul de străpungeri de trăsnet fluidizate față de obiectele protejate va fi cel puțin în limita unui ordinul de mărime.

Toate celelalte lucruri fiind egale, cea mai mare fiabilitate a protecției este asigurată de organizarea de paratrăsnet catenare închise sau aranjarea paratrăsnetului cu unghiuri negative de protecție. Acest lucru face posibilă reducerea la minimum a înălțimii suspendării cablurilor de trăsnet și, prin urmare, reducerea semnificativă a numărului de lovituri de trăsnet în zona protejată și, în consecință, numărul de periculoase. influențe electromagnetice pe circuite microelectronice, incl. subteran.

Un alt avantaj fundamental al protecției la trăsnet este capacitatea de a instala suporturi de sârmă de trăsnet în afara zonei protejate fără costuri semnificative de material. Astfel, este posibilă slăbirea semnificativă a conexiunii conductoare dintre conductoarele de împământare ale acestor suporturi și bucla de împământare a obiectului protejat, ceea ce elimină aproape complet pătrunderea curentului de fulger în comunicațiile sale subterane. În cele din urmă, prin îndepărtarea suporturilor firului de împământare din zona protejată, este posibil fie să se suprima complet formarea canalelor de scânteie glisante din punctul în care curentul fulgerului intră în pământ, fie să le orienteze într-o direcție sigură pentru obiect.

Rezultatul este că înlocuirea paratrăsnetului cu paratrăsnet într-o serie de situații practic semnificative permite rezolvarea simultană a problemei compatibilității electromagnetice.

Textul webinarului. Pagina 1

Navigare rapidă prin diapozitive:

Timp de citire estimat: 60 de minute

— Mă bucur să vă felicit pe 1 septembrie, pentru că, deși astăzi este a șaptea, pentru noi este încă 1 septembrie. Când mă pregăteam pentru acest seminar, m-am surprins gândind astfel. Știți că la bătrânețe devenim cu toții niște băieți, iar când mă întreabă de profesia mea, sunt bucuros să spun că sunt specialist în protecție împotriva trăsnetului, că lucrez cu tensiuni ultra-înalte, iar asta provoacă o anumită respect pentru persoana mea plăcută. Dar ceea ce m-am prins este că astăzi se dovedește că nu este nevoie în mod special să vorbim despre tensiuni ultra-înalte, pentru că acele probleme care sunt asociate astăzi cu protecția împotriva trăsnetului în ceea ce privește nivelul tensiunii scad din ce în ce mai jos și în sfârșit am ajuns. punctul în care, în timp ce ne ocupăm de protecția împotriva trăsnetului, Să începem să vorbim despre unități de volți, deoarece principala nenorocire pe care o aduce fulgerul astăzi este, până la urmă, interferența electromagnetică în circuitele de control al automatizării, protecția releului în canalele de transmisie a informațiilor important, cel mai important astăzi. Și vorbind despre paratrăsnet cu cablu, voi privi mereu înapoi la această cea mai cunoscută problemă a compatibilității electromagnetice, pentru că este cea mai importantă pentru specialiștii în protecția împotriva trăsnetului de astăzi.

— Deci, dacă vorbim despre paratrăsnet cu cablu, atunci trebuie să apelăm la documentul normativ SO-153, care spune că paratrăsnetul poate fi pe bază de paratrăsnet, constând din fire tensionate, adică cabluri și ochiuri. Deci, designerii recunosc tijele și, din anumite motive, recunosc și ochiurile. Deși eficiența acestor grile este extrem de scăzută. Și cu cablurile poziția este puțin tensionată.

— Din anumite motive, designerilor nu prea le plac paratrăsnetul cu cablu, deși paratrăsnetul cu cablu sunt cele mai comune paratrăsnet din lume, deoarece milioane de literalmente cuvinte, milioane de kilometri de linii electrice sunt protejate de paratrăsnet prin cablu. Și dacă vorbim despre ceea ce știm despre paratrăsnet, atunci cel mai mult știm despre cum se comportă paratrăsnetele catenare, cum protejează firele liniilor electrice și toate informațiile pe care le avem astăzi sunt informații care sunt atrase tocmai de cablu. paratrăsnet. La mijlocul secolului trecut, doi dintre specialiștii noștri majori în protecția trăsnetului, Vladimir Vladimirovici Burgsdorf și Mihail Vladimirovici Kostenko, au rezumat informațiile colectate de CIGRE - aceasta este comisia internațională pentru rază lungă. retelelor electriceși chiar această comisie a procesat date care fac posibilă calcularea probabilității de spargere a trăsnetului prin cablu de protecție împotriva trăsnetului. Deci acestea sunt formulele de calcul care au fost propuse de specialiștii noștri Burgsdorf și Kostenko, ele apar și astăzi și aceste formule sunt în două diferite tipuri. Într-un caz, logaritmul probabilității unei străpungeri fulgerului este dat în valoarea obișnuită, iar în celălalt caz ca procent, aceasta este singura diferență dintre aceste două formule.

- Deci, dacă generalizezi aceste două formule, primești chestia asta. Se dovedește că, în funcție de unghiul de protecție, probabilitatea unei străpungeri de fulger crește foarte mult, adică fiabilitatea protecției se deteriorează, dar dacă unghiul începe să scadă și, cu atât mai mult, treceți la unghiuri negative de protecție, atunci fiabilitatea protecției devine extrem de ridicată. Dacă luăm această curbă teoretică, atunci uite, este dată doar o mică bucată din această curbă linii continue. Această piesă, care este dată de linii continue, spune că aici sunt destul de multe puncte experimentale și aici puteți conta pe faptul că datele furnizate de formulele de calcul sunt într-adevăr justificate de o experiență vastă de operare. Această curbă continuă atinge aproximativ nivelul de 10-3, adică dintr-o mie de fulgere, unul străpunge obiectul protejat. Acestea sunt valorile limită care astăzi pot fi folosite pentru a testa orice metode de calcul sincer, acestea sunt zonele de paratrăsnet pe care le iubiți atât de mult și care sunt date în documentele de reglementare în RD-34 sau SO-; 153. Aceleași zone sunt obținute prin calibrarea datelor furnizate de paratrăsnet cu cablu. Dacă nu ar exista paratrăsnet cu cablu, nu ar exista, la drept vorbind, zone de protecție pentru paratrăsnet. Aceasta este situația de astăzi.

— Dar nu acesta este ideea, ideea este că dacă te uiți la zonele de protecție ale paratrăsnetului. Așa că tocmai am descărcat semnul de la SO-153. Și zonele de protecție ale paratrăsnetului cu cablu, veți vedea că dimensiunile acestor zone sunt aproape aceleași. Dacă diferă pentru paratrăsnet cu cablu și tijă, atunci diferă într-o duzină, un procent și jumătate. Și pe acest fond, vă voi spune acum cuvinte atât de sedițioase, încât fiabilitatea paratrăsnetelor cu cablu este practic necomensurabil mai mare decât paratrăsnetul cu care sunteți obișnuit. Pe fundalul acelor două tabele care au fost descărcate din ghiduri, acest lucru poate chiar părea sălbatic, dar, cu toate acestea, acesta este un fapt simplu.

- Și acum, pentru a demonstra acest simplu fapt, vreau să vă arăt acest lucru. Am un obiect. Un astfel de obiect este un atelier mare sau un depozit mare care măsoară 100 * 100 de metri și 20 de metri înălțime. Doresc sa folosesc paratrăsnet cu tije pentru a proteja acest depozit și vreau să ofer paratrăsnet cu cablu. Eu iau 4 suporti, pun acesti 4 suporti in colturi depozitși mă uit, le-am pus paratrăsnet. Și am o curbă care arată cum se modifică probabilitatea unei străpungeri de fulger în funcție de înălțimea paratrăsnetului. Mă voi concentra pe probabilitatea unei descoperiri de 0,01, adică pe fiabilitatea protecției la 0,99 și mă voi uita la ce tije am nevoie. Se pare că am nevoie de paratrăsnet de aproximativ 40 de metri înălțime. Dar dacă iau aceleași suporturi și întind un cablu de-a lungul acestor suporturi de-a lungul perimetrului depozitului, atunci voi obține aceeași fiabilitate de protecție de 0,01 cu o înălțime de suspensie a cablului de 28 de metri. Imaginați-vă, o diferență de 12 metri este o diferență nu numai de bani, care vor merge spre costul suporturilor.

- Din cauza ce? Este foarte important să înțelegeți de ce este acest avantaj. Uite, sunt desenate imagini primitive. Un paratrăsnet cu tijă cu un obiect în apropiere. Am arătat deja această poză la unul dintre seminarii. Uite, Domnul Dumnezeu ne trimite fulgere cu laturi diferite. Să ne uităm la fulgerele din punctul A și fulgerele din punctul B. Aceste fulgere au probabilități diferite de a pătrunde spre obiectul protejat. Din punctul A canalul merge la obiect inițial. Din punctul B se duce initial la paratrăsnet. Diferența dintre aceste distanțe determină fiabilitatea protecției. Un paratrăsnet cu tijă protejează bine obiectele doar dintr-o parte - din spate. Dacă vorbim despre fulgere care vine din partea opusă, atunci protecția aici se dovedește a fi semnificativ mai slabă și acest lucru este confirmat pur și simplu de diferența dintre una și cealaltă distanță. Ce se va întâmpla acum dacă mă îndepărtez de obiect sau de paratrăsnet? Se pare că dacă mă mișc orizontal de la obiect în lateral, atunci diferența dintre aceleași distanțe scade, iar fiabilitatea protecției mele începe să scadă foarte semnificativ. Și dacă mă îndepărtez de paratrăsnet, atunci diferența dintre aceste distanțe va crește și fiabilitatea protecției va crește, așa că lucrul bun despre cabluri este că indiferent de ce parte provine fulgerul, cablul va sta mai întâi în interior. calea sa. Și datorită unei astfel de protecție împotriva trăsnetului, care înconjoară zona protejată, fiabilitatea protecției crește foarte mult.

— Acest moment se reflectă în document de reglementare. În documentul de reglementare SO-153-34.21.122, care vă este bine cunoscut, există o secțiune pe care puțini dintre voi ați cercetat-o ​​- aceasta este secțiunea pentru calcularea unui paratrăsnet catenar închis. Vezi despre ce este vorba despre care vorbim. Aici aveți un obiect, aceasta este o proiecție frontală. Există suporturi în partea de sus și un paratrăsnet este suspendat pe acești suporti de-a lungul perimetrului exterior. Acum, indiferent din ce parte vine fulgerul: din dreapta, din stânga, de aici, de aici, indiferent de unde vine, inițial se lovește de acest paratrăsnet cu cablu. Și ca urmare a acestui caz, fiabilitatea protecției crește foarte mult. De exemplu, dacă așez paratrăsnet cu cablu cu o distanță laterală de numai 2 metri, atunci uite, o fiabilitate a protecției de 0,99, atunci când un fulger dintr-o sută tocmai sparge, este prevăzută pentru un obiect de 20 de metri înălțime. cazul în care înălțimea paratrăsnetului este doar mai mică de 2 metri deasupra acoperișului obiectului protejat. Cablurile se dovedesc a fi extrem de promițătoare în acest sens, nu numai că sunt promițătoare, ci aproape că nu măresc înălțimea clădirii - asta înseamnă că nu trag fulgere suplimentare asupra lor. Și asta înseamnă că fiabilitatea protecției dumneavoastră împotriva interferențelor electromagnetice devine mai fiabilă. Acesta este primul și cel mai important avantaj al paratrăsnetului cu cablu. Cu o fiabilitate ridicată a protecției, paratrăsnetul cu cablu costă un mic exces față de obiectul protejat și aceasta este o calitate foarte bună și foarte favorabilă a acestora, pe care designerii nu o folosesc aproape niciodată.

LIGHTNING DRIVE - un dispozitiv pentru protejarea clădirilor și structurilor de loviturile directe ale trăsnetului. M. cuprinde patru părți principale: un paratrăsnet care percepe direct o lovitură de trăsnet; conductor de coborâre care conectează paratrăsnetul de conductorul de împământare; electrod de masă prin care curentul fulgerului curge în pământ; piesă portantă (suport sau suporturi) destinată securizării paratrăsnetului și conductorului de coborâre.

În funcție de designul paratrăsnetului, se disting tijă, cablu, plasă și M combinat.

Pe baza numărului de paratrăsnet care funcționează în comun, acestea sunt împărțite în simple, duble și multiple.

In plus, in functie de amplasarea cladirii, exista autoportante, izolate si nu izolate fata de cladirea protejata. Efectul protector al lui M. se bazează pe capacitatea fulgerului de a lovi cel mai înalt și bine întemeiat structuri metalice. Datorită acestei proprietăți, o clădire protejată care este mai mică în înălțime practic nu este lovită de trăsnet dacă este inclusă în zona de protecție M. Zona de protecție M este partea din spațiu adiacentă acesteia și cu un grad suficient de fiabilitate (. cel puțin 95%) asigură protecția structurilor împotriva loviturilor directe de trăsnet. Rod M sunt cel mai adesea folosite pentru a proteja clădirile și structurile.

Cablurile sunt cel mai adesea folosite pentru a proteja clădirile lungi și linii de înaltă tensiune. Aceste cabluri sunt realizate sub formă de cabluri orizontale atașate de suporturi, de-a lungul fiecăruia fiind așezat un conductor de jos. Tija și cablul M. asigură același grad de fiabilitate al protecției.

Ca paratrăsnet, puteți folosi un acoperiș metalic, împământat la colțuri și de-a lungul perimetrului cel puțin la fiecare 25 m, sau o plasă de sârmă de oțel cu diametrul de cel puțin 6 mm așezată pe un acoperiș nemetalic, cu o celulă. suprafață de până la 150 mm2, cu noduri asigurate prin sudură și împământate în același mod ca acoperiș metalic. Capacele metalice sunt atașate de plasă sau acoperiș conductiv peste fum și conductele de aerisire, iar în absența capacelor - inele de sârmă special plasate pe țevi.

M. tija - M. s aranjare verticală paratrăsnet.

Plasă de sârmă de cablu (extinsă) - plasă cu un paratrăsnet orizontal montat pe două suporturi împământate.

ZONE DE PROTECȚIE PENTRU TRASNET

De obicei, o zonă de protecție este desemnată prin probabilitatea maximă a unei străpungeri corespunzătoare graniței sale exterioare, deși în adâncurile zonei probabilitatea unei străpungeri scade semnificativ.

Metoda de calcul face posibilă construirea unei zone de protecție pentru paratrăsnet cu tijă și cablu cu o valoare arbitrară a probabilității unei străpungeri, adică pentru orice paratrăsnet (singură sau dublă), puteți construi un număr arbitrar de zone de protecție. Cu toate acestea, pentru majoritatea clădirilor comerciale, un nivel suficient de protecție poate fi asigurat prin utilizarea a două zone, cu o probabilitate de străpungere de 0,1 și 0,01.

În ceea ce privește teoria fiabilității, probabilitatea unei descoperiri este un parametru care caracterizează defecțiunea unui paratrăsnet ca fiind dispozitiv de protectie. Cu această abordare, cele două zone de protecție acceptate corespund unui grad de fiabilitate de 0,9 și 0,99. Această evaluare a fiabilității este valabilă atunci când obiectul este situat lângă limita zonei de protecție, de exemplu, un obiect sub forma unui inel coaxial cu un paratrăsnet. Pentru obiectele reale (cladiri obisnuite) de la granița zonei de protecție, de regulă, sunt amplasate numai elementele superioare, iar cea mai mare parte a obiectului este situat în adâncurile zonei. Evaluarea fiabilității zonei de protecție de-a lungul graniței sale exterioare duce la valori excesiv de subestimate. Așadar, pentru a ține cont de poziția relativă a paratrăsnetului și a obiectelor care există în practică, zonelor de protecție A și B li se atribuie în RD 34.21.122-87 un grad de fiabilitate aproximativ de 0,995 și, respectiv, 0,95.

Paratrăsnet cu o singură tijă.

Zona de protecție unică tijă paratrăsnetînălțimea h este un con circular (Fig. A3.1), al cărui vârf se află la înălțimea h0

1.1. Zone de protectie ale paratrăsnetului cu o singură tijă cu înălțimea h? 150 m au următoarele dimensiuni de gabarit.

Zona A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85).

Zona B: h0 = 0,92h;

rx =1,5(h - hx/0,92).

Pentru zona B, înălțimea unui paratrăsnet cu o singură tijă cu valori cunoscute ale lui h și poate fi determinată prin formula

h = (rx + 1,63hx)/1,5.

Orez. P3.1. Zona de protecție a unui paratrăsnet cu o singură tijă:

I - limita zonei de protecție la nivelul hx, 2 - aceeași la nivelul solului

Paratrăsnet cu un singur cablu.

Zona de protectie a unui paratrăsnet cu un singur cablu cu înălțimea h? 150 m este prezentat în Fig. A3.5, unde h este înălțimea cablului în mijlocul travei. Ținând cont de înclinarea unui cablu cu o secțiune transversală de 35-50 mm2 cu o înălțime cunoscută a hopului și lungimea travei a, se determină înălțimea cablului (în metri):

h = hop - 2 la a< 120 м;

h = hop - 3 la 120< а < 15Ом.

Orez. P3.5. Zona de protecție a unui paratrăsnet cu un singur cablu. Denumirile sunt aceleași ca în fig. P3.1

Acțiune protectoare paratrăsnet pe baza „proprietății trăsnetului cu o probabilitate mai mare de a lovi obiecte mai înalte și bine împământate în comparație cu obiectele din apropiere de înălțime mai mică. absența unui paratrăsnet ar lovi obiectul Cantitativ, efectul de protecție al unui paratrăsnet este determinat prin probabilitatea unei descoperiri - raportul dintre numărul de lovituri de trăsnet într-un obiect protejat (numărul de străpungeri) și numărul total. de lovituri în paratrăsnet și obiect.

Conform modelului de calcul adoptat, este imposibil să se creeze o protecție ideală împotriva loviturilor directe de trăsnet, excluzând complet străpungerile obiectului protejat. Cu toate acestea, în practică, poziția relativă a obiectului și a paratrăsnetului este fezabilă, oferind o probabilitate scăzută a unei străpungeri, de exemplu, 0,1 și 0,01, ceea ce corespunde unei reduceri a numărului de daune aduse obiectului cu aproximativ 10 și De 100 de ori în comparație cu un obiect în care nu există paratrăsnet. Pentru majoritatea instalațiilor moderne, astfel de niveluri de protecție asigură un număr mic de descoperiri pe întreaga durată de viață.

Orez. 11.22. Dispozitiv paratrăsnet.

Suporturile liniilor electrice aeriene sunt protejate împotriva distrugerii în timpul loviturilor directe de trăsnet de către paratrăsnet cu tijă, care sunt instalate pe suporturi de intrare, cablu, control, split, tranziție, precum și pe suporturi care sunt înlocuite din cauza deteriorării cauzate de descărcările de trăsnet. Pentru un paratrăsnet, se folosește un fir liniar de oțel cu un diametru de 4 ... 5 mm, al cărui capăt inferior este retras. Acest robinet se numește electrod de împământare. Lungimea conductorului de împământare (Fig. 11.22) depinde de natura solului și poate fi egală cu 1 ... 12 m. Adâncimea conductorului de împământare este de 0,10 m. Cu cât este mai mare rezistivitatea solului lungimea conductorului de împământare ar trebui să fie. Pe suporturile intermediare și de colț, de obicei nu fac robinet, ci aduc firele la capul stâlpului.

Suporturile pe care sunt instalate descărcătoare cu scântei sau cu gaz sunt protejate și de paratrăsnet. Conform reglementărilor de siguranță, pe suporturile care se intersectează sau se apropie de linii aeriene aeriene se realizează un gol pe paratrăsnet la o înălțime de 30 cm de sol, creând un eclator de 50 mm lungime.

Cu cât este situat mai sus, cu atât eficiența unui paratrăsnet este mai mare. Zona de acțiune de protecție a unui paratrăsnet este determinată aproximativ de formula S=πh2, unde h este înălțimea paratrăsnetului.

Cablu de protecție împotriva trăsnetului - un paratrăsnet lung împământat întins de-a lungul unei linii electrice aeriene deasupra firelor.

În funcție de locație, de numărul de fire de pe suporturile liniei aeriene, de rezistența solului, de clasa de tensiune a liniei aeriene și de gradul necesar de protecție împotriva trăsnetului, se instalează unul sau mai multe cabluri. Înălțimea suspensiei cablurilor de protecție împotriva trăsnetului este determinată în funcție de unghiul de protecție, adică unghiul dintre verticala care trece prin cablu și linia care leagă cablul de firul cel mai exterior, care poate varia foarte mult și chiar poate fi negativ.

Pe liniile aeriene cu tensiuni de până la 20 kV, cablurile de protecție împotriva trăsnetului nu sunt de obicei utilizate. Liniile aeriene de 110-220 kV pe suporturi din lemn si liniile aeriene de 35 kV (indiferent de materialul suporturilor) sunt de cele mai multe ori protejate cu cabluri doar la apropierile de statii. Liniile de 110 kV și mai mari pe suporturi metalice și din beton armat sunt protejate cu un cablu pe toată lungimea lor.

Cablurile de oțel sau uneori fire de oțel-aluminiu cu un miez de oțel cu secțiune transversală crescută sunt folosite ca cabluri de protecție împotriva trăsnetului. Cablurile de oțel sunt desemnate în mod convențional prin litera C și numere care indică aria secțiunii lor transversale (de exemplu, C-35).

Orez. 21. Determinarea zonei de protecție a unui paratrăsnet pe un model

Orez. 22. Zona de deteriorare 100% a unui paratrăsnet cu tijă

Orez. 23. Zona de protecție a unui paratrăsnet cu o singură tijă de până la 60 m înălțime:
A este înălțimea paratrăsnetului; hx - înălțimea unui punct de la limita zonei protejate: h& -h-hx - înălțimea activă a paratrăsnetului

Această zonă se numește zona de deteriorare 100% a paratrăsnetului. În al doilea rând, în jurul paratrăsnetului cu înălțimea h există o zonă care nu este afectată de descărcări. Această zonă este protejată de paratrăsnet h. Distanța minimă față de soarele vertical, egală cu r0=3,5/r, este raza zonei de protecție paratrăsnet la nivelul solului.
Raza zonei de protecție la orice înălțime h de către un paratrăsnet se determină și prin experimente în laborator folosind o tijă de înălțime hx (vezi Fig. 21), simulând obiectul protejat și situat în același plan cu electrodul A și trăsnetul. tija h. Se mișcă unul față de celălalt. Cu locațiile lor diferite, se produc un anumit număr de evacuări.
Apoi se găsește distanța maximă rx dintre tija de înălțimea hx și paratrăsnetul de înălțimea h, la care tija nu este afectată de descărcare. Această distanță rx este raza zonei de protecție a paratrăsnetului la înălțimea hx.
Zona de protecție a paratrăsnetului cu înălțimea h definită în acest fel este un „cort” (Fig. 23), raza rx, m, pe care „Orientările pentru calcularea zonelor de protecție a paratrăsnetului cu paratrăsnet și cablu” pentru paratrăsnet cu o înălțime de până la 60 m recomandă calculul
conform formulei

Efectul protector al unui paratrăsnet se bazează pe proprietatea ca trăsnetul să lovească mai mult obiectele mai înalte și bine împământate, în comparație cu obiectele din apropiere de înălțime mai mică. Prin urmare, paratrăsnetul, care se ridică deasupra obiectului protejat, este însărcinat cu funcția de interceptare a trăsnetului, care în absența paratrăsnetului ar lovi obiectul. Efectul protector cantitativ al unui paratrăsnet este determinat de probabilitatea unei descoperiri - raportul dintre numărul de lovituri la un obiect protejat (numărul de străpungeri) și numărul total de lovituri la paratrăsnet și obiect.

Este imposibil să se creeze o protecție ideală împotriva loviturilor directe de trăsnet, eliminând complet străpungerile obiectului protejat. Cu toate acestea, în practică, poziția relativă a obiectului și a paratrăsnetului este fezabilă, oferind o probabilitate scăzută a unei străpungeri, de exemplu, 0,1 și 0,01, ceea ce corespunde unei reduceri a numărului de daune aduse obiectului cu aproximativ 10 și De 100 de ori comparativ cu un obiect neprotejat. Pentru majoritatea instalațiilor moderne, astfel de niveluri de protecție asigură un număr mic de descoperiri pe întreaga durată de viață.

Abordarea standardizării conductoarelor de împământare de protecție împotriva trăsnetului

Una dintre modalitățile eficiente de a limita supratensiunile de trăsnet în circuitul paratrăsnetului, precum și pe structurile metalice și echipamentele instalației, este asigurarea unor rezistențe scăzute de împământare. Prin urmare, atunci când alegeți protecția împotriva trăsnetului, rezistența electrodului de pământ sau celelalte caracteristici ale acestuia legate de rezistență sunt supuse standardizării.

Pentru instalațiile în aer liber, rezistența maximă admisă la impuls a conductorilor de împământare a fost considerată ca fiind de 50 ohmi.

În prezent, fundațiile din beton armat sunt structuri comune și recomandate de împământare. Acestea sunt supuse unei cerințe suplimentare - excluderea distrugerii mecanice a betonului atunci când curenții de fulgere se răspândesc prin fundație. Structurile din beton armat pot rezista la densități mari ale curenților de fulgere care se răspândesc peste armătură, ceea ce este asociat cu durata scurtă a acestei împrăștieri. Fundațiile simple din beton armat (piloți cu lungimea de cel puțin 5 m sau talpi cu lungimea de cel puțin 2 m) sunt capabile să reziste curenților de fulger de până la 100 kA fără distrugere. Pentru fundații mari, cu o suprafață de armătură în mod corespunzător mai mare, este puțin probabil să apară o densitate de curent periculoasă pentru distrugerea betonului la eventualele curenți de fulger.

Standardizarea parametrilor conductoarelor de împământare conform proiectelor standard ale acestora are o serie de avantaje: corespunde standardizării fundațiilor din beton armat acceptate în practica construcțiilor, ținând cont de utilizarea pe scară largă a acestora ca conductori naturali de împământare; atunci când alegeți protecția împotriva trăsnetului, nu este necesar să calculați rezistența la impuls a conductorilor de împământare, ceea ce reduce volumul lucrărilor de proiectare.

Prevederi generale pentru dispozitivele de protecție împotriva trăsnetului

Dispozitivele de paratrăsnet (paratrăsnet) trebuie să includă paratrăsnet care percep direct o lovitură de trăsnet, conductoare de coborâre și conductori de împământare.

Tijă paratrăsnet trebuie să fie din oțel (rotund, bandă, unghiular, tubular) de orice grad, cu o secțiune transversală de cel puțin 200 mm 2, o lungime de cel puțin 500 mm și montat pe un suport sau direct pe clădirea sau structura protejată în sine. .

Paratrăsnet cu cablu trebuie să fie realizate din cabluri de oțel multisârmă cu o secțiune transversală de cel puțin 50 mm2.

Conductoarele de coborâre care conectează paratrăsnet de toate tipurile cu conductori de împământare trebuie să fie din oțel. Dimensiunile acestora nu trebuie să fie mai mici decât cele indicate mai jos:

În afara clădirii În aer În pământ

Diametrul conductoarelor și jumperilor rotunjiți în jos, mm 8 -

Diametrul electrozilor rotunzi verticali (orizontali), mm - 16(14)

Secțiunea transversală (grosime) conductoarelor de jos dreptunghiulare, mm 2 (mm) 50(4) 160(4)

Plasa de paratrăsnet trebuie să fie realizată din conductori din oțel zincat cu diametrul de minim 8 mm, așezați pe acoperișul nemetalic al clădirii deasupra sau sub izolație sau hidroizolație ignifugă sau greu de ars. Dimensiunea celulelor de plasă nu trebuie să fie mai mare de 6x6 m. Plasa de la noduri trebuie conectată prin sudură.

În clădirile cu acoperiri pe ferme sau grinzi metalice, plasa de protecție împotriva trăsnetului nu este instalată pe acoperiș. În acest caz, structurile de susținere ale învelișului trebuie conectate prin conductori de jos din tije de oțel de gradul A1 cu diametrul de 12 mm. Toate piesele metalice situate pe acoperiș (conducte, dispozitive de ventilație, pâlnii de scurgere etc.) trebuie conectate la plasa de protecție împotriva trăsnetului cu paratrăsnet. Pe părțile ridicate nemetalice ale clădirilor, o plasă metalică suplimentară trebuie așezată și conectată prin sudare la plasa de protecție împotriva trăsnetului de pe acoperiș.

La așezarea plaselor de protecție împotriva trăsnetului și la instalarea paratrăsnetului, structurile metalice ale clădirilor și structurilor (stâlpi, ferme, cadre, scăpări de incendiu etc., precum și armarea structurilor din beton armat) trebuie folosite ca conductoare de coborâre pe obiectul protejat ori de câte ori este posibil. , cu condiția ca conectarea electrică continuă în conexiunile structurilor și armăturilor cu paratrăsnet și conductori de împământare, realizată de obicei prin sudare

Toți electrozii de împământare pentru instalațiile electrice recomandați de PUE pot fi utilizați ca conductori de împământare de protecție împotriva trăsnetului, cu excepția firelor neutre ale liniilor electrice aeriene cu tensiuni de până la 1 kV.

Fundațiile din beton armat ale clădirilor, structurilor, instalațiilor exterioare, suporturile paratrăsnetului ar trebui, de regulă, să fie folosite ca conductori de împământare de protecție împotriva trăsnetului, cu condiția ca prin armătura acestora să fie asigurată legătura electrică continuă și conectată la piesele înglobate prin sudare.

Bitumul și acoperirile de bitum-latex nu reprezintă un obstacol în calea utilizării fundațiilor. În solurile moderat și foarte agresive, în care betonul armat este protejat de coroziune prin acoperiri epoxidice și alte polimeri, precum și atunci când umiditatea solului este mai mică de 3%, nu este permisă utilizarea fundațiilor ca conductori de împământare.

Electrozii de împământare artificiali trebuie amplasați sub pavaj asfaltat sau în locuri rar vizitate (pe gazon, la o distanță de 5 m sau mai mult de drumurile de pământ și drumurile pietonale etc.).

Egalizarea potențialului în interiorul clădirilor și structurilor cu o lățime mai mare de 100 m ar trebui să aibă loc printr-o legătură electrică continuă între structurile portante din interiorul magazinului și fundațiile din beton armat, dacă acestea din urmă pot fi utilizate ca conductori de împământare. În caz contrar, trebuie să se asigure că în interiorul clădirii în pământ sunt așezați electrozi orizontali extinși cu o secțiune transversală de cel puțin 100 mm 2 la o adâncime de cel puțin 0,5 m. Electrozii trebuie așezați la cel puțin 60 m pe lățimea clădirii și conectați de-a lungul capetelor sale pe ambele părți la bucla externă de împământare.

În zonele deschise frecvent vizitate, cu risc crescut de avarie cauzată de trăsnet (în apropierea monumentelor, turnurilor de televiziune și structurilor similare cu o înălțime mai mare de 100 m), egalizarea potențialului se realizează prin conectarea conductoarelor de curent sau armătura structurii la fundația sa din beton armat cel puțin. 25 m de-a lungul perimetrului bazei structurii.

Dacă este imposibil să se utilizeze fundații din beton armat ca electrozi de împământare, sub suprafața asfaltică a șantierului la o adâncime de cel puțin 0,5 m, la fiecare 25 m, electrozi orizontali divergenți radial cu o secțiune transversală de cel puțin 100 mm 2 și un Trebuie așezat o lungime de 2-3 m, conectat la electrozii de împământare pentru a proteja structura de loviturile directe de fulger.

La ridicarea clădirilor și structurilor înalte pe acestea în timpul furtunilor în timpul construcției, începând de la o înălțime de 20 m, este necesar să se prevadă următoarele măsuri temporare de protecție împotriva trăsnetului. La nivelul superior al instalației în construcție trebuie fixate paratrăsnet, care prin structuri metalice sau conductoare de coborâre care coboară liber de-a lungul pereților să fie conectate la conductoarele de împământare specificate la paragrafe. 3.7 și 3.8 RD. Zona de protecție a paratrăsnetului de tip B trebuie să cuprindă toate zonele exterioare în care pot fi prezente persoane în timpul construcției. Conexiunile elementelor de protecție împotriva trăsnetului pot fi sudate sau cu șuruburi. Pe măsură ce înălțimea unității în construcție crește, paratrăsnetul ar trebui mutat mai sus.

Dispozitivele și măsurile de protecție împotriva trăsnetului care îndeplinesc cerințele acestor standarde trebuie incluse în proiectarea și programul de construcție sau reconstrucție a unei clădiri astfel încât protecția împotriva trăsnetului să aibă loc concomitent cu lucrările principale de construcție și instalare.

Dispozitivele de protecție împotriva trăsnetului pentru clădiri și structuri trebuie să fie acceptate și puse în funcțiune până la începerea lucrărilor de finisare și în prezența zonelor explozive - înainte de începerea testării complete a echipamentelor de proces.

Totodată, se întocmesc documentația de proiectare a dispozitivului de protecție împotriva trăsnetului (desene și notă explicativă) și certificatele de acceptare a dispozitivelor de protecție împotriva trăsnetului, inclusiv acte pentru lucrări ascunse de conectare a conductoarelor de împământare la conductoarele de coborâre și a conductoarelor de coborâre la paratrăsnet. transferate către client, inclusiv acte pentru lucrări ascunse privind conectarea conductoarelor de împământare la conductorii de coborâre și conductoarele de coborâre la cadrul clădirii ca conductoare de coborâre și paratrăsnet, precum și rezultatele măsurătorilor rezistenței la curentul de frecvență industrială a conductorilor de împământare. a paratrăsnetului de sine stătător.

Starea dispozitivelor de paratrăsnet trebuie verificată pentru clădirile și structurile din categoriile I și II o dată pe an înainte de începerea sezonului de furtună, pentru clădirile și structurile din categoria III - cel puțin o dată la 3 ani.

Integritatea și protecția împotriva coroziunii părților vizibile ale paratrăsnetului și conductoarelor de coborâre și contactele dintre ele, precum și valoarea rezistenței la curent de frecvență industrială a conductorilor de împământare ale paratrăsnetului individuale sunt supuse inspecției. Această valoare nu trebuie să depășească de mai mult de 5 ori rezultatele măsurătorilor corespunzătoare în etapa de acceptare. În caz contrar, electrodul de împământare trebuie inspectat.

În funcție de condițiile specifice, sunt posibile diferite opțiuni (sau combinații ale acestora) de protecție împotriva trăsnetului. Cel mai simplu mod de a echipa un sistem de protecție împotriva trăsnetului este pentru casele cu acoperiș metalic. Pentru a face acest lucru, este suficient să conectați un conductor de coborâre la două pante opuse ale acoperișului și să le conectați la conductorii de împământare (de exemplu, o conductă de apă). Conductele de scurgere pot fi folosite ca conductoare de coborâre, împământându-le dacă este necesar folosind un electrod de împământare vertical sau orizontal.

O clădire cu acoperiș nemetalic poate fi echipată cu un sistem de protecție împotriva trăsnetului prin cablu sub formă de sârmă de oțel cu diametrul de 5-6 mm întins de-a lungul coamei acoperișului cu paratrăsnet situat deasupra celui mai înalt punct al clădirii. sau elementele sale. Un fir cu un spațiu de 250 mm față de coama acoperișului este tras între stâlpii de lemn instalați pe frontoane, dacă este situat deasupra altor elemente ale clădirii (de exemplu, o conductă de coș), atunci în acest caz poate fi considerat un; paratrăsnet.

Sistem de protecție împotriva trăsnetului prin cablu:

a - vedere generală; b - fixarea „furcii” pe țeavă; c - amplasarea corectă a paratrăsnetului cu cablu; 1 - paratrăsnet lansetă; 2 - paratrăsnet cu cablu; 3 - rafturi;

4 - zonă oarbă; 5 - electrod de împământare; 6 - zona de umidificare; 7 - poteca pietonală; 8 – conductor de coborâre

INTRODUCERE

În ultimii ani, rețelele electrice de distribuție (PC) cu o tensiune de 0,4-10 kV au fost dotate cu echipamente electrice, dispozitive, dispozitive, izolatoare și fire fabricate pe o nouă bază tehnică modernă. Funcționarea unor astfel de facilități de rețea necesită un sistem fiabil de protecție la supratensiune, folosind mijloace tehnice moderne. Dezvoltarea mijloacelor tehnice și a metodelor de protecție împotriva supratensiunilor PC este asociată cu o evaluare cantitativă a parametrilor fulgerului și a numărului probabil de daune cauzate de fulgere. Pentru a calcula densitatea loviturilor directe de fulger la sol, se folosesc informații despre intensitatea activității fulgerului. În acest caz, este necesar să se țină cont de ecranarea obiectelor din rețea de către clădiri, structuri, copaci etc. Ecranarea în unele cazuri poate reduce numărul de accesări directe la obiectele din rețea cu ~70%.

O protecție fiabilă este obținută dacă echipamentele și structurile au o rezistență de izolație suficient de mare sau dacă în PC sunt instalate dispozitive eficiente de protecție la supratensiune. Pentru a proteja PC-urile cu tensiuni de 0,4-10 kV de supratensiunile cauzate de trăsnet, sunt descărcătoare de supratensiune neliniare (OSN), descărcătoare cu scântei lungi (LDS), descărcătoare de tip supapă (VV) și tubulare (RT) și eclatoare de protecție (IS). folosit. Tipul, numărul și locația de instalare a dispozitivelor de protecție sunt selectate atunci când se proiectează anumite facilități de rețea. La instalarea dispozitivelor de protecție, cerințele pentru valoarea rezistenței de împământare sunt selectate în conformitate cu PUE. Pentru liniile principale cu tensiunea de 6-10 kV, realizate în dimensiunile unei linii aeriene cu tensiunea de 35 kV, se recomandă folosirea paratrăsnetului pe cablu la abordările de substații și puncte de distribuție.

Sarcina de a proteja PC-urile cu o tensiune de 0,4 kV este de a preveni deteriorarea oamenilor, animalelor și incendiilor din cauza pătrunderii supratensiunilor fulgerelor în cablarea interioară a clădirilor rezidențiale și a altor clădiri, precum și deteriorarea echipamentelor electrice de 6- Posturi 10/0,4 kV.

EVALUAREA EFECTULUI DE PROTECȚIE AL TRASNETULUI

Parametrii paratrăsnetului lansete și cablu

Parametrii paratrăsnetului cu tijă

Un paratrăsnet cu tijă este o structură sub forma unui turlă, țeavă sau tijă de zăbrele instalată vertical. Paratrăsnetul ca mijloc de protecție împotriva trăsnetului a fost propus de W. Franklin în 1749. Paratrăsnetele moderne de tipuri standard au o înălțime de până la 40 de metri. În unele cazuri, pentru a crea paratrăsnet nestandard, țevile din fabrică, suporturile de linii electrice sau portalurile metalice ale tablourilor deschise sunt folosite ca structuri portante.

Paratrăsnetul trebuie să aibă o conexiune fiabilă la pământ cu o rezistență de 5-25 ohmi la răspândirea curentului de impuls. Proprietatea de protecție a paratrăsnetului cu tijă este că direcționează către ei înșiși liderul unei descărcări de trăsnet în formare. Descărcarea are loc în mod necesar în partea superioară a paratrăsnetului dacă se formează într-o anumită zonă situată deasupra paratrăsnetului. Această zonă arată ca un con care se extinde în sus și se numește zona 100% afectată. Datele experimentale au stabilit că înălțimea de orientare a trăsnetului H depinde de înălțimea paratrăsnetului h. Pentru paratrăsnet cu o înălțime de până la 30 de metri:

iar pentru paratrăsnet cu o înălțime mai mare de 30 metri H = 600 m, se acceptă în general ca vârful conului zonei de deteriorare 100% să fie situat simetric față de axa paratrăsnetului la înălțimea obiectului protejat. , și raza acesteia la înălțimea de orientare:

unde este partea activă a paratrăsnetului, corespunzătoare excesului său deasupra înălțimii obiectului protejat:

În plus față de zona specificată, efectul de protecție al unui paratrăsnet este caracterizat de o zonă de protecție, adică. spațiu în care sunt excluse loviturile de fulger. Zona de protecție a unui paratrăsnet cu o singură tijă are forma unui cort, extinzându-se în jos (Fig. 1.1). Pentru a calcula raza de protecție în orice punct al zonei de protecție, inclusiv la înălțimea obiectului protejat, se utilizează formula:

unde p este un factor de corecție egal cu 1 pentru paratrăsnet cu o înălțime mai mică de 30 de metri și egal pentru paratrăsnet mai mari.

În cazul în care se folosesc mai multe paratrăsnet pentru a proteja obiecte extinse, este recomandabil ca zonele cu deteriorarea lor 100% să se închidă deasupra obiectului sau chiar să se suprapună, excluzând o străpungere verticală a fulgerului asupra obiectului protejat (Fig. 1.2). Distanța (S) dintre axele paratrăsnetului trebuie să fie egală sau mai mică decât valoarea determinată din relația:

Zona de protecție a paratrăsnetului cu două și patru tije în plan la nivelul înălțimii obiectului protejat are contururile prezentate în Fig. 1.3, a, b.

Raza de protecție prezentată în figură este determinată în același mod ca pentru un singur paratrăsnet, iar cea mai mică lățime a zonei de protecție este determinată folosind curbe speciale. Trebuie avut în vedere faptul că, în cazul paratrăsnetului de până la 30 de metri înălțime situate la distanță, cea mai mică lățime a zonei de protecție este zero.

Figura 1.1 - Zona de protecție a unui paratrăsnet cu o singură tijă:

1 - limita zonei de protectie; 2 - secțiune transversală a zonei de protecție la nivel

Figura 1.2 - Dispunerea paratrăsnetului care asigură închiderea zonelor de deteriorare 100%.

Figura 1.3 - Reprezentarea grafică a zonei de protecție:

a) - pentru două paratrăsnet; b) - pentru patru paratrăsnet

Dacă există trei sau patru paratrăsnet, contururile zonei de protecție arată ca Fig. 1.3 b. Razele de protecție se determină în acest caz în același mod ca și pentru paratrăsnet simple. Mărimea este determinată de curbele pentru fiecare pereche de paratrăsnet. Diagonala unui patrulater sau diametrul unui cerc care trece prin vârfurile unui triunghi format din trei paratrăsnet, conform condițiilor de protecție a întregii zone, trebuie să satisfacă dependențele pentru paratrăsnet cu înălțimea mai mică de 30 m. :

pentru paratrăsnet cu o înălțime mai mare de 30 m:

La instalarea paratrăsnetului de sine stătător, este necesar să se mențină anumite distanțe de aer între paratrăsnet și obiectul protejat. Această cerință se bazează pe faptul că în momentul în care un paratrăsnet este lovit de trăsnet, se creează un potențial ridicat asupra acestuia, care poate duce la o descărcare inversă de la paratrăsnet la obiect. Potențialul de pe paratrăsnet în momentul descărcării este determinat de relația:

unde este rezistența de împământare la impuls a paratrăsnetului 5 - 25 Ohm; - curent de fulger într-un obiect bine împământat, kA.

Mai precis, potențialul de pe un paratrăsnet poate fi determinat ținând cont de inductanță

activitatea paratrăsnetului:

unde a este panta frontului de undă curent, kA/μs; - punct paratrăsnet la înălțimea obiectului, m; - inductanța specifică a paratrăsnetului, μH/m.

Pentru a calcula apropierea minimă admisă a unui obiect de un paratrăsnet, se poate proceda de la relația:

unde E in este intensitatea permisă a câmpului electric pulsat în aer, presupusă a fi 500 kV/m.

Orientările pentru protecția la supratensiune recomandă ca distanța până la paratrăsnet să fie egală cu:

Această dependență este valabilă pentru un curent de trăsnet de 150 kA, o pantă de curent de 32 kA/μs și o inductanță paratrăsnet de 1,5 μg/m. Indiferent de rezultatele calculului, distanța dintre obiect și paratrăsnet trebuie să fie de cel puțin 5 m.

Cablu paratrăsnet

Unul dintre cele mai fiabile mijloace de prevenire a loviturilor directe de trăsnet pe firele liniilor de alimentare este agățarea paratrăsnetului cu cablu împământat deasupra acestora. Acest dispozitiv este scump și, prin urmare, este utilizat numai pe linii de primă clasă cu o tensiune de 110 kV și mai mult. Atunci când linia pe suporturi metalice sau din lemn nu este acoperită complet cu cabluri, acestea acoperă doar abordările către substații pe o secțiune de 1-2 km. În funcție de designul suporturilor, se pot folosi unul sau două cabluri, strâns legate la un suport metalic sau la pantele metalice de împământare ale suporturilor din lemn. Pentru a proteja cablul de arderea curentului de fulger și pentru a controla împământarea suportului de fixare a cablului, se realizează folosind un izolator de suspensie, acoperit de un eclator. Eficiența protecției cablului este mai mare, cu atât este mai mic unghiul format de verticala care trece prin cablu și linia care leagă cablul de firul exterior. Acest unghi se numește unghi de protecție, luându-și valoarea în intervalul 20-30 0.

Zona de protecție pentru un cablu într-o secțiune perpendiculară pe linie are o formă similară cu zona de protecție pentru un paratrăsnet cu o singură tijă. Lățimea zonei de protecție, care exclude deteriorarea directă a firelor la nivelul înălțimii de suspensie a acestora, este determinată de relația:

Această dependență este valabilă pentru o înălțime de suspensie de cablu de 30 m și mai jos.