где hср.пр =12.17 м - средняя высота подвеса провода; D – диаметр провода, D=0.016 м, для линии 110кВ выбираем провод типа АС-95/16.

Определяем напряжение на вентильном разряднике при набегании волн по проводу. В связи с нелинейной ВАХ ВР вычисление Up(t) производится графическим методом, т.е. производится графическое решение уравнения.

На (рисунке 4.1) нанесена ВАХ разрядника Up = f(I) и ВАХ линии . Их сумма дает ВАХ схемы, удвоенная падающая волна нанесена в правом квадранте. Там же приведена ВАХ разрядника. До момента срабатывания разрядника, определяемого точкой пересечения ВСХ и кривой 2·Uп(t), напряжение на разряднике изменяется по закону 2·Uн(t). После пробоя искровых промежутков напряжение на ВР определяется его ВАХ. По Рисунку 4.1 видно, что благодаря нелинейному характеру ВАХ, напряжение на разряднике в широком диапазоне изменения напряжения падающей волны остается практически неизменным. При этом ток в разряднике изменяется в широких пределах.

5. Выбор мест установки и расчет зон защиты стержневых молниеотводов для заданной подстанции

Зоной защиты принято называть пространство вокруг молниеотвода, попадание в которое разрядов молнии маловероятно. Рассчитываемая подстанция защищается четырьмя стержневыми молниеотводами, зона защиты которых превышает сумму зон защиты одиночных или двойных молниеотводов.

Необходимым условием защищенности всей площади, заключенной вокруг прямоугольника 1-2-3-4 (Рисунок 5.1) является: D£8·ha·p, где D – диаметр окружности, проходящей через вершины четырехугольника, D=25 м (из рисунка 5.1); hа – активная высота молниеотвода; р – коэффициент, равный 1 для молниеотводов с высотой .

Из вышеприведенной формулы можно определить величину hа:

(55)

Высота защищаемого объекта над поверхностью земли:

, (56)

где hм – высота молниеотвода, м

Радиус зоны защиты одиночного молниеотвода на высоте hх:

(57)

Определим ширину зоны защиты на высоте hх, при этом рассматриваем каждую пару молниеотводов отдельно:

, (58)

где а – расстояние между молниеотводами, м

Рисунок 5.1 Зона защиты молниеотводов на уровне минимальной высоты зоны защиты.

6. Определение импульсного разрядного напряжения U50% гирлянд изоляторов для заданной линии

Определяем импульсное разрядное напряжение гирлянд изоляторовU50% как напряжение на линейной изоляции при времени t=10 мкс:

,

где n – число изоляторов в гирлянде, n=8

7. Выбор конструкции заземления опор, обеспечивающей нормированное значение сопротивления заземления

Определим удельное сопротивление грунта r:

(59)

где: кс – сезонный коэффициент, кс =1.4; rизм = 120 Ом·м – измеренное значение удельного сопротивления грунта

Для расчета сопротивления заземления на переменном напряжении используется выражение:

, (60)

где l – длина трубы заземления, l=20 м; d – диаметр трубы заземления, d =0.02 м; t – глубина залегания заземления; t = 3.0 м (Рисунок 7.1), тогда

При этом нормированное значение сопротивления заземлителя при удельном сопротивлении грунта rизм = 120 Ом·м не должно превышать 15Ом.

Рисунок 7.1 Эскиз заземлителя.

Выбираем трехлучевой вид заземлителя и определяем его импульсное сопротивление:

, (61)

где n – количество лучей заземлителя, n=3; αи – импульсный коэффициент заземлителя, αи=0.94; ηи - коэффициент использования заземлителя, ηи=0.85.

Тогда:

8. Эффективность грозозащиты подстанции от волн перенапряжений, набегающих с линии

Опасные импульсы перенапряжений, набегающие на подстанцию с воздушной линии, могут возникать в результате прорыва молнии через тросовую защиту и при обратных перекрытиях при ударе молнии в опоры или тросы в пределах защитного подхода. Среднее годовое число перекрытий изоляции подстанции вследствие набегания на нее опасных импульсов грозовых перенапряжений определяется:

b = b/+b//+b///, (62)

где b/ - среднее годовое число перекрытий изоляции вследствие прорыва молнии через тросовую защиту; b// - среднее годовое число перекрытий изоляции вследствие обратных перекрытий при ударах молнии в опору; b/// – среднее годовое число перекрытий изоляции вследствие обратных перекрытий при прямом ударе молнии в трос.

Определим среднее годовое число перекрытий изоляции вследствие прорыва молнии через тросовую защиту:

, (63)

где Nп - число ударов молнии в трос в пределах защитного подхода; Рα - вероятность прорыва молнии через тросовую защиту;

Вероятность прорыва молнии через тросовую защиту:

, (64)

где a – защитный угол троса, α=250; А=90, В=4 – для линий напряжением 110-220кВ

Тогда:

Число ударов молнии в трос в пределах защитного подхода:

, (65)

где hсртр – средняя высота подвеса троса, hсртр=14,17 м; lзп – длина защитного подхода, lзп =1,1414 км; Dг – число грозовых часов в году, Dг =55 часов

Тогда:

Определим среднее годовое число перекрытий изоляции вследствие обратных перекрытий при ударах молнии в опору:

, (66)

где Nоп – число прямых ударов молнии в опору; Роп – вероятность обратных перекрытий при ударе молнии в опору.