О применении УЗИП для защиты сети освещения

Page 1
background image

Page 2
background image

78

О применении УЗИП
для защиты сети освещения

УДК 621.316.91

Карпов

 

П

.

Н

.,

начальник лаборатории 

ООО «ЭМС-Проект»

Косоруков

 

А

.

В

.,

к.т.н., главный специ-

алист АО «Ленгидро-

проект»

Кутузова

 

Н

.

Б

.,

руководитель на-

правления НЗУ АО 

«НПО «Стример»

Пашичева

 

С

.

А

.,

аспирант Высшей школы 

высоковольтной энерге-

тики ИЭ СПбПУ

Титков

 

В

.

В

.,

д.т.н., профессор 

Высшей школы высоко-

вольтной энергетики 

ИЭ СПбПУ

Сеть

 

освещения

 

с

 

точки

 

зрения

 

грозозащиты

 

обладает

 

рядом

 

особенностей

значитель

-

ной

 

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

.

Ключевые

 

слова

:

УЗИП, прямой удар мол-

нии, сеть освещения

Табл. 1. Число ударов молнии в 1 км

2

 

земной поверхности

Число

грозочасов 

N

гч

Число

ударов молнии, 

p

10–20

1

20–40

2

40–60

4

60–80

5,5

80–100

7

>100

8,5

Рис

. 1. 

Число

 

ударов

 

молнии

 

в

 1 

км

2

 

земной

 

поверхности

 

по

 

разным

 

методикам

Р

азвитие грозовых перенапряже-

ний в сети освещения возможно 

вследствие  прямых  и  близких 

ударов молнии. Влияние на ко-

личество случаев повреждения изоляции 

при  ударе  молнии  и  целе сообразность 

применения  устройств  защиты  от  им-

пульсных 

перенапряжений 

(УЗИП) 

в  сети  освещения  оказывают  ее  кон-

структивные 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), источ-

ник 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  гро-

зовых перенапряжений; 

 

– оценка ущерба в результате воздей-

ствия; 

 

– оценка экономических последствий.

ОЦЕНКА

 

ВЕРОЯТНОСТИ

 

ПОЯВЛЕНИЯ

 

ГРОЗОВЫХ

 

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

При  использовании  кабельных  линий 

в сети освещения воздействие грозовых 

перенапряжений  возможно  только  при 

ударах молнии в опоры освещения. Ко-

личество ударов молнии в отдельно сто-

ящую опору освещения может быть рас-

считано в соответствии с [1] по формуле:

N

оп

 = 9

h

2

∙ 10

-6

.

Среднегодовое число ударов молнии 

в 1 км

2

 поверхности земли p можно при-

нять согласно таблице 1.

По данным [2], число ударов молнии 

в 1 км

2

 земной поверхности также может 

быть оценено по выражению:

p

 = 0,05 

N

гч

.

Использование  последнего  выраже-

ния дает меньший результат (рисунок 1).

Числ

о у

даров м

олнии в 1 км

2

Число грозочасов

0

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

20

40

60

80

100

120

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

79

Табл. 2. Коэффициенты экранирования

Характеристика

размещения опоры

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

Табл. 3. Результаты оценочного расчета

коэффициента экранирования опорами друг друга (10 опор)

Высота 

опоры, м

Площадь 

стягивания 

1 опоры, м

2

Расстояние 

между

опорами, м

Площадь 

стягивания 

10 опор, м

2

Коэффициент

взаимного

экранирования

10

2827

20

13 333

0,47

15

6362

30

30 000

0,47

20

11 310

40

53 331

0,47

25

17 671

50

83 330

0,47

30

25 447

60

119 996

0,47

Табл. 4. Результаты расчетов количества ударов мол-

нии в опоры с КЛ в регионе г. СПб

h

, м

N

 

∙ 

N

оп 

∙ 

T

 

∙ 

k

 

∙ 

k

взаим

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

Вероятность  удара  молнии  в  одну  из 

N

  опор  ли-

нии освещения за 

T

 лет эксплуатации соответственно 

равно:

N

л

 = 

N

 ∙ 

N

оп

 ∙ 

T

 ∙ 

k

,

где 

k

  —  коэффициент  экранирования  линии  сосед-

ними объектами, расположенными на расстоянии до 

3

h

. Значения 

k

 определены в [2] и приведены в таб-

лице 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:

N

л

 = 

N

= 1

 

N

оп

 ∙ 

∙ 

k

i

.

Необходимо  также  отметить,  что  число  ударов 

в несколько рядом расположенных опор будет мень-

шим вследствие того, что зоны стягивания опор пере-

крываются.

Если речь идет о защите линии с СИП между опо-

рами освещения, то количество ударов молнии в ли-

нию за срок эксплуатации определяется по выраже-

нию (высота до 30 м):

N

л

 = 0,2

p

 (5

– 2

h

2

/30) ∙ (

L

/100) ∙ 

T

 ∙ 

k

,

где 

L

 — длина линии в км.

Рассмотрим для примера линию из 10 опор про-

тяженностью 400 м  в городе Санкт-Петербурге. Коли-

чество грозовых часов в регионе: 20–40, принимаем 

1,0 удар в 1 км

2

 поверхности земли, срок эксплуата-

ции — 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 окру-

жающими строениями аналогичной высоты (табли-

ца 2).

Можно говорить о том, что в условиях городской 

застройки,  когда  система  освещения  окружена  вы-

сокими зданиями (столбец с 

= 0,25), удар молнии 

маловероятен, то есть его можно не учитывать в ка-

честве  расчетного  случая.  Если  говорить  о  ситуа-

циях,  когда  система  освещения  окружена  анало-

гичными по высоте сооружениями (

= 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, ког-

да система не экранирована окружающими сооруже-

ниями.

 4 (61) 2020


Page 4
background image

80

Табл. 5.  Картина ожидаемых повреждений на ВЛ осве-

щения 10/350 мкс 100 кА 100 Ом*м в условиях сети TN-S

Место при-

ложения воз-

действия

Номер поврежденной опоры

1

2

3

4

5

6

7

N-PE

опора № 1

V

V

V

V

V

V

 

опора №  2

V

V

V

V

V

V

V

опора №  3

V

V

V

V

V

V

V

опора №  4

V

V

V

V

V

V

V

опора №  5

 

V

V

V

V

V

V

опора №  6

 

V

V

V

V

V

V

опора №  7

 

V

V

V

V

V

V

L-PE

опора №  1

V

V

V

V

V

V

 

опора №  2

V

V

V

V

V

V

V

опора №  3

V

V

V

V

V

V

V

опора №  4

V

V

V

V

V

V

V

опора №  5

V

V

V

V

V

V

V

опора №  6

V

V

V

V

V

V

V

опора №  7

V

V

V

V

V

V

V

L-N

опора №  1

V

 

 

 

 

 

 

опора №  2

V

V

 

 

 

 

 

опора №  3

V

V

V

 

 

 

 

опора №  4

V

V

V

V

 

 

 

опора №  5

V

V

V

V

V

 

 

опора №  6

V

V

V

V

V

V

 

опора №  7

V

V

V

V

V

V

V

Примечение: V — повреждение изоляции

Рис

. 2. 

Распределение

 

напряжения

 

на

 

изоляционных

 

кон

-

струкциях

 

вдоль

 

ВЛ

 

при

 

ударе

 

молнии

 

в

 

опору

 

 7 (

при

 

допущении

 

об

 

отсутствии

 

перекрытий

)

Номер опоры

0

250

200

150

100

50

0

1

U

, кВ

L-N

L-PE

N-PE

2

3

4

5

6

8

7

Для всех конструкций сети освещения, когда эле-

менты  этой  сети  размещаются  на  элементах  систе-

мы молниезащиты, удар молнии является расчетным 

случаем  для  оценки  количества  и  последствий  по-

вреждений независимо от степени грозовой активно-

сти в регионе и других факторов.

 

ПРОЦЕССЫ

 

ПРИ

 

УДАРЕ

 

МОЛНИИ

 

В

 

ЭЛЕМЕНТЫ

 

СЕТИ

 

ОСВЕЩЕНИЯ

СОСТОЯЩЕЙ

 

ИЗ

 

ОПОР

СОЕДИНЕННЫХ

 

ПРОВОДАМИ

 (

в

 

т

.

ч

СИП

В

 

УСЛОВИЯХ

 

СЕТИ

 TN-S

Типичным  объектом  является  линия  освещения 

вдоль  объекта  транспортной  или  дорожной  инфра-

структуры. 

В качестве примера рассмотрена линия, состо-

ящая из 7 опор на расстоянии 30 м друг от друга. 

В 30 метрах от крайней из них находится питающая 

ТП,  на  которой  заземлена  нейтраль.  Заземляю-

щее устройство ТП имеет величину сопротивления 

10 Ом.

В  таблице  5  приведена  картина  ожидаемых  по-

вреждений для ВЛ с обычными проводами в условиях 

сети TN-S, если импульс тока молнии — 10/350 мкс, 

амплитуда импульса молнии — 100 кА, удельное со-

противление грунта — 100 Ом∙м. Результаты расчета 

по методике [4] получены следующим образом: 

 

–  посчитан потенциал всех проводников (L, N, PE) 

на всех опорах при ударах в разные опоры; 

 

–  участки  изоляции  с  большим  перенапряжением 

шунтировались,  после  чего  производился  пере-

расчет напряжений и т.д. (имитация пробоя изо-

ляционного промежутка).

На рисунке 2 показана эпюра распределения на-

пряжения на изоляции ВЛ при ударе молнии в опору 

№ 7. График построен с допущением об отсутствии 

перекрытий,  что  сделано  лишь  для  оценки  верхней 

границы величины перенапряжений. Основной смысл 

при этом имеет лишь точка на опоре № 7 и общий ха-

рактер  кривых.  В  реальности  из-за  процессов  пере-

крытия зависимости будут иными.

Из рисунка 1 видно, что напряжение, воздейству-

ющее на изоляцию от земли проводников ВЛ на по-

раженной опоре очень высокое и представляет опас-

ность  для  изоляции  «фаза-земля»  и  «ноль-земля» 

(если речь идет об удаленных от ТП опорах). 

Из таблицы 5 видно, что количество повреждений 

растет при ударах молнии в конец линии, удаленный 

от  ТП,  что  объясняется  увеличением  расстояния  до 

нейтрали,  а  также  до  относительно  «развитого»  за-

земляющего устройства. 

При всех вариантах уровень перенапряжений для 

изоляции L-PE остается настолько высоким, что идет 

речь о тотальных повреждениях вдоль всей ВЛ. Ме-

ханизм повреждения при ударе в опору заключается 

в выносе потенциала пораженной опоры на фазный 

провод  и  в  дальнейшем  перекрытие  изоляции  при 

его приближении к другим заземленным конструкци-

ям (опорам). Перекрытие происходит, так как фазный 

провод  изолирован  от  других  проводников  на  всем 

своем протяжении, при этом полевая (через емкость 

и индуктивность) связь РЕ- и N-проводников улучша-

ет  ситуацию,  но  не  настолько,  чтобы  предотвратить 

повреждения. 

Позитивное влияние РЕ-про вод ника можно проил-

люстрировать, например, тем, что при ударе в опору 

№ 7 потенциал опоры относительно удаленной зем-

ли составляет 1,28 МВ, при этом потенциал на изо-

ляции L-PE — 195,6 кВ, то есть примерно в 6,5 раз 

меньше (рисунок 3). При исключении из расчета РЕ-

проводника напряжение на изоляции становится рав-

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

81

ным  потенциалу  опоры 

относительно  удаленной 

земли.

На  рисунках  4–6  по-

казан  процесс  изменения 

распределения  напряже-

ний  на  изоляции  линии 

при  перекрытии  изоляции 

на  опорах.  Видно,  что  за 

счет перекрытия изоляции 

на  одной  опоре  уровень 

перенапряжений на сосед-

них падает.

Для изоляции N-PE на-

блюдается сходная карти-

на, так как нулевой прово-

дник аналогично фазному 

изолирован от опор на про-

тяжении  всей  ВЛ.  Однако 

из-за наличия точки зазем-

ления нулевого проводни-

ка  на  ТП  уровень  перенапряжений  на 

изоляции N-PE опоры № 1 при удален-

ных ударах молнии в конце ВЛ (опоры 

№ 5–7) оказывается более низким и не 

превышает допустимых уровней. Факти-

чески к этой изоляции приложено паде-

ние напряжения на N- и PE-проводнике 

пролетов до ТП. Это означает, что при 

увеличении  длины  первого  пролета  до 

ТП уровень перенапряжений для опоры 

№ 1 увеличится, однако в рассматрива-

емом случае (30 м) при некоторых уда-

рах молнии изоляция способна выдер-

жать молниевые перенапряжения. 

Для изоляции L-N ситуация несколь-

ко иная. Поскольку на удалении от ТП 

L- и N-проводники находятся в одинако-

вых  условиях  (изолированы  от  земли), 

то уровень перенапряжений оказывает-

ся более низким, несимметрия начина-

ет  сказываться  только  в  начале  линии 

у ТП, где потенциал нулевого проводни-

ка  падает  при  сохранении  потенциала 

фазного  проводника.  Такая  ситуация 

приводит  к  росту  напряжения  на  L-N 

изоляции.

При  анализе  данных  необходимо 

учитывать следующие обстоятельства:

1)  при расчетах не была учтена схема 

замещения  трансформатора,  что 

должно улучшить ситуацию с пере-

напряжениями  при  ударах  молнии 

вблизи от ТП; 

2)  в общем случае процессы перекры-

тия  изоляции  случайны,  поэтому 

результаты  реальных  аварийных 

событий  могут  не  совпадать  с  тео-

ретическими представлениями.

Установку УЗИП в сети указанного 

типа надо производить между прово-

дниками  и  заземленными  конструк-

циями (защита изоляции L-PE, N-PE), 

Рис

. 3. 

Влияние

 

РЕ

-

проводника

 

на

 

снижение

 

перенапряжений

 

на

 

изоляции

 «

фаза

-

земля

»

Рис

. 4. 

Распределение

 

напряжения

 

на

 

изоляции

 «

фаза

-

земля

» 

вдоль

 

ВЛ

 

при

 

перекрытии

 

изоляции

 

соседних

 

опор

Номер опоры

0

200
180
160
140
120
100

80
60
40
20

0

1

U

, кВ

2

3

4

5

6

8

7

L-PE — распределение напряжений без учета перекрытий
L-PE 7 — распределение напряжений при перекрытии на опоре № 7
L-PE 6 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷6
L-PE 5 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷5
L-PE 4 — распределение напряжений при перекрытии на опорах №7÷4

Рис

. 5. 

Распределение

 

напряжения

 

на

 

изоляции

 «

ноль

-

земля

» 

вдоль

 

ВЛ

 

при

 

перекрытии

 

изоляции

 

соседних

 

опор

Номер опоры

0

200
180
160
140
120
100

80
60
40
20

0

1

U

, кВ

2

3

4

5

6

8

7

N-PE — распределение напряжений без учета перекрытий
N-PE 7 — распределение напряжений при перекрытии на опоре № 7
N-PE 6 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷6
N-PE 5 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷5
N-PE 4 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷4

 4 (61) 2020


Page 6
background image

82

так  как  напряжения  на  указанных 

изоляционных  конструкциях  мак-

симальны.  Импульсный  ток  УЗИП 

должен соответствовать уровню за-

щиты  IV,  максимальная  амплитуда 

тока  молнии  —  100  кА.  Ток  молнии 

распределяется между проводника-

ми  ВЛ,  при  пяти  проводниках  име-

ем  импульсный  ток  УЗИП  20  кА  на 

полюс.  Защите  подлежат  фазные 

и  нулевой  проводники.  Следует  за-

щищать также и обмотку трансфор-

матора на ТП.

Для линии освещения, выполнен-

ной  с  применением  СИП  с  экраном 

(по  сути,  речь  идет  о  подвеске  КЛ), 

уровни  перенапряжения  на  изоля-

ции оказываются меньшими, так как 

экран  действует  подобно  дополни-

тельному  РЕ-проводнику.  Анализи-

руя  картину  повреждений,  оценочно 

можно говорить об уменьшении чис-

ла повреждений изоляции до 2–3 раз. Анализиро-

вать  расположение  мест  повреждений  в  данном 

расчете невозможно, так как из-за допущений пере-

крытия изоляции они «конкурируют» друг с другом, 

например,  учет  перекрытия  L-PE  на  одной  опоре 

и  N-PE  на  соседней  снижает  перенапряжения  на 

изоляции L-N или, напротив, учет одного перекры-

тия приводит к росту перенапряжений на соседней 

опоре между указанными проводниками. Можно го-

ворить лишь о тенденциях снижения количества по-

вреждений и о том, что изоляция L-PE по-прежнему 

находится в худших условиях. Также в худших усло-

виях  находится  изоляция  наиболее  удаленных  от 

источника питания опор. Таким образом, рекомен-

дации по защите остаются аналогичными предыду-

щему случаю.

СЕТИ

 

ТИПА

 TN-

С

Для  системы  TN-С  ситуация,  которая  на  практике 

чаще используется для питания подобных потреби-

телей,  картина  повреждений  приблизительно  такая 

же,  как  и  для  сети  TN-S.  Уровень  перенапряжений 

вследствие  уменьшения  количества  проводников 

линии чуть выше.

Меры по защите сети от перенапряжений: установ-

ка УЗИП по схеме 3+0 или 1+0, импульсный ток УЗИП 

при равенстве площади поперечного сечения жил ка-

беля, соответственно. не менее 25 кА.

ВЛИЯНИЕ

 

ПАРАМЕТРОВ

 

ИМПУЛЬСА

 

ТОКА

 

МОЛНИИ

 

И

 

ГРУНТА

 

НА

 

УРОВЕНЬ

 

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

 

В

 

СЕТИ

 

ОСВЕЩЕНИЯ

В таблице 6 показаны напряжения на изоляционных 

конструкциях при ударе молнии в опору № 7 

ВЛ освещения с экранированным СИП. Вид-

но, что уровень напряжений пропорционален 

амплитуде  импульса  тока  молнии.  Линей-

ная  зависимость  объясняется  длительным 

фронтом,  который  значительно  превышает 

время двойного пробега волны вдоль ВЛ.

Соответственно,  количество  поврежде-

ний изоляционных конструкций для импуль-

са  с  меньшей  амплитудой  снижается.  По-

скольку  прочность  изоляции  не  зависит  от 

амплитуды  импульса  тока  молнии,  количе-

ство повреждений снижается не пропорцио-

нально данному параметру, а чуть меньше.

При  уменьшении  фронта  повреждения 

изоляции «сосредотачиваются» ближе к ме-

сту удара молнии, то есть величина перена-

пряжений  становится  большей,  но  область 

их распространения в сети уменьшается, что 

связано  с  большим  падением  напряжения 

вдоль  проводников  линии.  При  малой  ам-

плитуде  тока  молнии  в  сочетании  с  малым 

фронтом импульса повреждения становятся 

локальными  и  затрагивают  до  3–4  опор  от 

точки удара.

Табл. 6. Напряжения на изоляционных конструкциях

в системе освещения TN-S при использовании СИП с экра-

ном. Удар молнии в опору №7 без учета перекрытия изоляции

Ток

молнии

Место 

расчета

Уровень перенапряжений

L-N, кВ

L-PE, кB N-PE, кB

М

ест

о прил

ожения в

оз

действия — опора №  7

100 кА

(10/350 мкс)

опора №  1

10,99

5,86

5,24

опора №  2

10,98

2,25

9,12

опора №  3

10,98

2,92

13,77

опора №  4

10,98

8,24

19,23

опора №  5

10,98

14,57

25,52

опора №  6

10,98

21,93

32,71

опора №  7

10,98

30,51

40,92

50 кА

(10/350 мкс)

опора №  1

5,49

2,93

2,62

опора №  2

5,49

1,12

4,56

опора №  3

5,49

1,46

6,88

опора №  4

5,49

4,12

9,61

опора №  5

5,49

7,29

12,76

опора №  6

5,49

10,96

16,35

опора №  7

5,49

15,25

20,46

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Рис

. 6. 

Распределение

 

напряжения

 

на

 

изоляции

 «

фаза

-

ноль

» 

вдоль

 

ВЛ

 

при

 

перекрытии

 

изоляции

 

соседних

 

опор

Номер опоры

0

200
180
160
140
120
100

80
60
40
20

0

1

U

, кВ

2

3

4

5

6

8

7

L-N — распределение напряжений без учета перекрытий
L-N 7 — распределение напряжений при перекрытии на опоре № 7
L-N 6 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷6
L-N 5 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷5
L-N 4 — распределение напряжений при перекрытии на опорах № 7÷4


Page 7
background image

83

Уровень перенапряжений в сети растет пропорцио-

нально √

, соответственно, увеличивается и количе-

ство повреждений.

СИСТЕМА

 

ОСВЕЩЕНИЯ

РАЗМЕЩЕННАЯ

 

НА

 

ОТДЕЛЬНО

 

СТОЯЩИХ

 

ОПОРАХ

 

(

ПРОЖЕКТОРНЫХ

 

МАЧТАХ

), 

ИСТОЧНИК

 

ПИТАНИЯ

 

КОТОРЫХ

 

СОЕДИНЕН

 

С

 

НИМИ

 

ПО

 

ЗАЗЕМЛЯЮЩЕМУ

 

УСТРОЙСТВУ

Типичным  объектом  является  промышленная  пло-

щадка  с  сооружениями:  компрессорные  станции, 

электростанции, подстанции, терминалы.

Вероятность  удара  в  систему  молниезащиты  вы-

сокая: от 0,5 для компактных объектов типа ПС 110 кВ 

до нескольких десятков для крупных сооружений за 

30 лет эксплуатации. Удар молнии является расчет-

ным случаем всегда, так как система выполняет функ-

ции системы молниезащиты.

Система заземления объекта, как правило, разви-

тая, то есть имеет шаг сетки ячейки заземлителя ме-

нее 20 м или большое количество фундаментов.

СИСТЕМА

 

ОСВЕЩЕНИЯ

РАЗМЕЩЕННАЯ

 

НА

 

ОТДЕЛЬНО

 

СТОЯЩИХ

 

ОПОРАХ

 

(

ПРОЖЕКТОРНЫХ

 

МАЧТАХ

), 

ИСТОЧНИК

 

ПИТАНИЯ

 

КОТОРЫХ

 

НЕ

 

ИМЕЕТ

 

СВЯЗИ

С

 

НИМИ

 

ПО

 

ЗАЗЕМЛЯЮЩЕМУ

 

УСТРОЙСТВУ

Ситуация в значительной мере эквивалентна случаю 

линии освещения, однако с той лишь разницей, что 

расстояние между ТП и опорой может быть малым, 

а  множественные  повреждения  возможны  только 

при  организации  питания  шлейфом.  При  коротких 

(10–30 м) кабельных линиях с экраном от прожектор-

ной  мачты  до  ТП  повреждения  маловероятны,  при 

больших длинах КЛ — весьма вероятны.

СИСТЕМА

 

ПОДСВЕТКИ

РАЗМЕЩАЕМАЯ

 

НА

 

КРОВЛЕ

 

СООРУЖЕНИЙ

 

И

 

ЗДАНИЙ

Система подсветки в общем случае расположена по 

периметру здания, в редких случаях, при наличии по-

садочных площадок и т.п. еще и на поверхности кров-

ли. При организации защиты здания с помощью мол-

ниеприемной сетки удар молнии в кровлю является 

расчетным  случаем,  кроме  того,  периметральные 

проводники молниеприемной сетки, располагаемые 

на парапетах, оказываются вблизи и параллельными 

КЛ освещения. Такая ситуация представляется опас-

ной как с точки зрения воздействия кондуктивных по-

мех, так и с точки зрения появления индуктирован-

ных перенапряжений.

При  прохождении  проводников  молниеприемной 

сетки  снаружи  стен  здания  имеет  место  опасность 

повреждения  КЛ  сети  освещения  в  местах  пересе-

чения кабелей и токоотводов (из-за удаленности то-

чек  заземления  нулевых  проводников  от  кровли  их 

потенциал  и  потенциал  фазных  проводников  оказы-

вается  малым  по  сравнению  с  потенциалом  токоот-

вода).  Обеспечить  снижение  вероятности  обратно-

го  перекрытия  возможно  только  путем  применения 

сплошных  стальных  экранов  из  металлических  труб 

и коробов, указанные меры также ограничивают и ин-

дуктированные  перенапряжения.  Применение  УЗИП 

целесообразно  в  указанном  случае  только  для  за-

щиты  оборудования  в  здании.  Уровень  воздействия 

соответствует в этом случае УЗИП класса 1 с токами 

до 5 кА для высоких зданий без металлокаркаса или 

классу 2 в случае наличия металлокаркаса или мало-

го размера зданий. Точные оценки возможны лишь по 

результатам расчета конкретной конструкции.

ВЫВОДЫ

Для всех систем освещения, размещаемых на эле-

ментах системы молниезащиты, удар молнии явля-

ется расчетным случаем. 

В  общем  случае  можно  говорить  о  том,  что  для 

линии освещения дорожной инфраструктуры, при от-

сутствии окружающих экранирующих объектов (леса, 

зданий и т.п.), высоте опор более 15 м и числе грозо-

вых часов от 20 и более, удар молнии является рас-

четным случаем.

Для  принятия  решения  о  целесообразности  при-

менения  УЗИП,  независимо  от  степени  грозовой  ак-

тивности  в  регионе  и  других  факторов,  необходимо 

сравнить  стоимость  УЗИП  со  стоимостью  светиль-

ников  и  шкафов  управления  освещением  с  учетом 

транспортных расходов и стоимости монтажа. 

Для решения о применении УЗИП помимо стоимо-

сти оборудования и монтажа необходимо учитывать 

экономические  потери  в  результате  простоя.  Напри-

мер,  для  автозаправочных  станций  в  результате  то-

тальных повреждений освещения полос съезда и раз-

гона потери могут многократно превышать стоимость 

УЗИП.  

Р

ЛИТЕРАТУРА

1.  РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электри-

ческих сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних пере-

напряжений. Под научн. ред. Н.Н. Тиходеева. 2-е изд. 

СПб: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. 355 с.

2.  РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниеза-

щиты зданий и сооружений. М.: Энергоатомиздат,1989. 

31 с.

3.  ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010. Менеджмент риска. Защи-

та от молнии. Часть 2. Оценка риска. М.: Стандартин-

форм, 2011. 71 с.

4.  Shishigin  D.S.,  Shishigin  S.L.  Numerical  modeling  in 

EMCproblems of electric power substations when lightning 

strikes. EEE International Conference on Environment and 

Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial 

Power  Systems  Europe  (EEEIC  /  I&CPS  Europe)  2017, 

Milan, Italy, 6-9 June 2017.

REFERENCES

1.  RD  153-34.3-35.125-99.  Guidelines  for  the  protection  of 

electric  networks  6-1150  kV  from  lightning  and  internal 

overvoltages. Ed. N.N. Tikhodeev. 2nd ed. St. Petersburg: 

PEIPK Mintopenergo RF, 1999, 355 p. (in Russian)

2.  RD  34.21.122-87.  Instructions  for  lightning  protection  of 

buildings and structures. Moscow: Energoatomizdat, 1989, 

31 p. (in Russian)

3.  State Standard GOST R IEC 62305-2-2010. Risk manage-

ment. Lightning protection. Part 2. Risk assessment, Mos-

cow: Standartinform, 2011, 71 p. (in Russian)

4.  Shishigin D.S., Shishigin S.L. Numerical modeling in EM-

Cproblems  of  electric  power  substations  when  lightning 

strikes. EEE International Conference on Environment and 

Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial 

Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe) 2017, Mi-

lan, Italy, 6-9 June 2017.

 4 (61) 2020


Читать онлайн

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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»