Ниже представлен отрывок из статьи. Скачать полную версию вы можете здесь.
Сеть освещения с точки зрения грозозащиты обладает рядом особенностей: значительной протяженностью и низкой электрической прочностью изоляции. Функции системы освещения могут затрагивать вопросы безопасности и коммерческой эффективности предприятий. В данной статье предпринята попытка разработать систему обоснования применения УЗИП с целью защиты сетей освещения от грозовых перенапряжений. Решение такой задачи должно быть основано на экономическом расчете, исходными данными к которому является оценка рисков, связанных с повреждением оборудования.
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 УЗИП в сети освещения оказывают её конструктивные особенности, наличие и тип заземления, наличие экранов, величина удельного сопротивления грунта и т.д.
Принципиально можно выделить следующие основные типы конструкций сети освещения:
Алгоритм обоснования применения УЗИП в сети освещения предполагает следующие этапы:
При использовании кабельных линий в сети освещения воздействие грозовых перенапряжений возможно только при ударах молнии в опоры освещения. Количество ударов молнии в отдельно стоящую опору освещения может быть рассчитано в соответствии с [1] по формуле:
Среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 поверхности земли p можно принять согласно таблице 1:
|
Число грозочасов |
Число ударов молнии, p |
|
10-20 |
1 |
|
20-40 |
2 |
|
40-60 |
4 |
|
60-80 |
5,5 |
|
80-100 |
7 |
|
>100 |
8,5 |
Использование последнего выражения дает меньший результат (см. рис. 1).
Вероятность удара молнии в одну из N опор линии 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.
Табл. 2. Коэффициенты экранирования
|
Характеристика размещения |
k |
|
Окружена более высокими объектами |
0,25 |
|
Окружена объектами той же высоты или ниже |
0,5 |
|
Отдельно стоящая опора на равнине |
1 |
|
Опора освещения на равнине и на возвышенности |
2 |
Рис. 1. Число ударов в 1 км2 земной поверхности по разным методикам
При конкретном проектировании при расчете числа ударов молнии в линию возможно учитывать коэффициент 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 меньшим вследствие того, что зоны стягивания опор перекрываются.
Если речь идет о защите линии с СИП между опорами освещения, то количество ударов молнии в линию за срок эксплуатации определяется по выражению (высота до 30 метров):
L – длина линии в км.
Рассмотрим для примера линию из 10 опор протяженностью 400 метров в г. СПб. Количество грозовых часов в регионе: 20-40, принимаем 1,0 удар в 1 км2 поверхности земли, срок эксплуатации – 30 лет, высота опор от 10 метров до 30.
Результаты расчетов коэффициентов взаимного экранирования и числа ударов молнии для системы освещения с кабельной линией представлены в таблицах 3 и 4. Видно, что коэффициент взаимного экранирования между опорами приблизительно соответствует коэффициенту экранирования окружающими строениями аналогичной высоты (таблица 2).
Табл. 3. Результаты оценочного расчета коэффициента экранирования опорами друг друга (10 опор)
|
Высота опоры |
Площадь стягивания 1 опоры |
Расстояние между опорами |
Площадь стягивания 10 опор |
Коэффициент взаимного экранирования |
|
10 |
2827 |
20 |
13333 |
0,47 |
|
15 |
6362 |
30 |
30000 |
0,47 |
|
20 |
11310 |
40 |
53331 |
0,47 |
|
25 |
17671 |
50 |
83330 |
0,47 |
|
30 |
25447 |
60 |
119996 |
0,47 |
Табл. 4. Результаты расчетов количества ударов молнии в опоры с КЛ в регионе г. СПб
|
|
|
|||
|
0,25 |
0,5 |
1 |
2 |
|
|
8 |
0,06 |
0,13 |
0,26 |
0,52 |
|
9 |
0,08 |
0,16 |
0,33 |
0,66 |
|
10 |
0,10 |
0,20 |
0,40 |
0,81 |
|
11 |
0,12 |
0,24 |
0,49 |
0,98 |
|
12 |
0,15 |
0,29 |
0,58 |
1,17 |
|
13 |
0,17 |
0,34 |
0,68 |
1,37 |
|
14 |
0,20 |
0,40 |
0,79 |
1,59 |
|
15 |
0,23 |
0,46 |
0,91 |
1,82 |
|
16 |
0,26 |
0,52 |
1,04 |
2,07 |
|
17 |
0,29 |
0,58 |
1,17 |
2,34 |
|
18 |
0,33 |
0,66 |
1,31 |
2,62 |
|
19 |
0,37 |
0,73 |
1,46 |
2,92 |
|
20 |
0,40 |
0,81 |
1,62 |
3,24 |
|
21 |
0,45 |
0,89 |
1,78 |
3,57 |
|
22 |
0,49 |
0,98 |
1,96 |
3,92 |
|
23 |
0,54 |
1,07 |
2,14 |
4,28 |
|
24 |
0,58 |
1,17 |
2,33 |
4,66 |
|
25 |
0,63 |
1,26 |
2,53 |
5,06 |
|
26 |
0,68 |
1,37 |
2,74 |
5,47 |
|
27 |
0,74 |
1,47 |
2,95 |
5,90 |
|
28 |
0,79 |
1,59 |
3,17 |
6,34 |
|
29 |
0,85 |
1,70 |
3,40 |
6,81 |
|
30 |
0,91 |
1,82 |
3,64 |
7,28 |
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 аналогичными 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 метров и в аналогичных условиях на возвышенностях.
Аналогичные расчеты были выполнены для линии освещения, протяженностью 400 метров, с СИП, высота подвеса которого от 10 до 20 метров.
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.
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.
Полную версию статьи можно скачать здесь.