О применении УЗИП для защиты сети освещения

Развитие грозовых перенапряжений в сети освещения возможно вследствие прямых и близких ударов молнии. Влияние на количество случаев повреждения изоляции при ударе молнии и целесообразность применения устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в сети освещения оказывают ее конструктивные особенности, наличие и тип заземления, наличие экранов, величина удельного сопротивления грунта и т.д.

Принципиально можно выделить следующие основные типы конструкций сети освещения:

• состоящая из опор, соединенных ВЛ (в т.ч. с СИП);
• состоящая из опор, соединенных КЛ; размещенная на отдельно стоящих опорах (прожекторных мачтах); источник питания которых соединен с ними по заземляющему устройству; размещенная на отдельно стоящих опорах (прожекторных мачтах), источник питания которых не имеет связи с ними по заземляющему устройству; подсветка, размещаемая на кровле сооружений и зданий.

Алгоритм обоснования применения УЗИП в сети освещения предполагает следующие этапы:

• оценка вероятности появления грозовых перенапряжений;
• оценка ущерба в результате воздействия; 
• оценка экономических последствий. 

Оценка вероятности появления грозовых перенапряжений 

Среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 поверхности земли p можно принять согласно таблице 1.

Использование последнего выражения дает меньший результат. 

Табл. 1. Число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности 

Табл 2. Коэффиценты экранирования 

Табл. 3. Результаты оценочного расчета коэффициента экранирования опорами друг друга (10 опор)

Вероятность удара молнии в одну из N опор ли- нии освещения за T лет эксплуатации соответственно равно:

где k — коэффициент экранирования линии соседними объектами, расположенными на расстоянии до 3h. Значения k определены в [2] и приведены в таблице 2.

При конкретном проектировании при расчете чис- ла ударов молнии в линию возможно учитывать коэф- фициент k для каждой опоры отдельно, в этом случае необходимо перейти от умножения к суммированию:

Необходимо также отметить, что число ударов в несколько рядом расположенных опор будет мень- шим вследствие того, что зоны стягивания опор перекрываются.

Если речь идет о защите линии с СИП между опорами освещения, то количество ударов молнии в ли- нию за срок эксплуатации определяется по выражению (высота до 30 м): 

где L — длина линии в км.
Рассмотрим для примера линию из 10 опор протяженностью 400 м в городе Санкт-Петербурге. Коли- чество грозовых часов в регионе: 20–40, принимаем 1,0 удар в 1 км2 поверхности земли, срок эксплуатации — 30 лет, высота опор — от 10 м до 30 м.

Результаты расчетов коэффициентов взаимного экранирования и числа ударов молнии для систе- мы освещения с кабельной линией представлены в таблицах 3 и 4. Видно, что коэффициент взаимно- го экранирования между опорами приблизительно соответствует коэффициенту экранирования окружающими строениями аналогичной высоты (табли- ца 2).

Можно говорить о том, что в условиях городской застройки, когда система освещения окружена высокими зданиями (столбец с k = 0,25), удар молнии маловероятен, то есть его можно не учитывать в качестве расчетного случая. Если говорить о ситуациях, когда система освещения окружена анало- гичными по высоте сооружениями (k = 0,5), то удар молнии вероятен только при применении высоких опор, однако, с точки зрения объективного анализа, такая ситуация не характерна для городской черты и встречается редко. Реальным расчетным случаем является прямой удар молнии в систему освещения на открытом пространстве при высоте опор от 15 м и в аналогичных условиях на возвышенностях.

Аналогичные расчеты были выполнены для линии освещения протяженностью 400 м, с СИП, высота подвеса которого от 10 до 20 м.

Результаты расчетов показывают, что для линий с СИП удар молнии в линию следует рассматривать в качестве расчетного случая для всех случаев, когда система не экранирована окружающими сооружениями. 

Рис. 2. Распределение напряжения на изоляционных конструкциях вдоль ВЛ при ударе молнии в опору No 7 (при допущении об отсутствии перекрытий)

Для всех конструкций сети освещения, когда элементы этой сети размещаются на элементах системы молниезащиты, удар молнии является расчетным случаем для оценки количества и последствий повреждений независимо от степени грозовой активности в регионе и других факторов.