Оценка надежности ОРУ подстанции от прямых ударов молнии

Надежность защиты ОРУ подстанции от прямых ударов молнии характеризуется числом случаев перекрытия изоляции за год при прорывах молнии через зону защиты молниеотводов и обратных перекрытий при ударах молнии в молниеотводы.

Число перекрытий изоляции подстанции в год вследствие прорывов молнии в зону защиты молниеотводов определяется как:

в₁ = ;

где N_с? число грозовых разрядов в ОРУ подстанции в год;

Р_пр? вероятность прорыва молнии в зону защиты молниеотвода;

Р_пер? вероятность перекрытия при ударе молнии в ошиновку;

P_д = 0.9? вероятность перехода импульсного перекрытия изоляции в силовую дугу.

Р_пр = (1−0.99) = 0.01.

Число грозовых разрядов в ОРУ подстанции в год определяется по формуле:

N_с =;

где Р_о = 0.05· n_o;

n_o = 30? число грозовых часов в году;

Р_о = 0.05· 30 = 1.5;

S_n? площадь ОРУ, мІ, ограниченная крайними молниеотводами, увеличенная с каждой стороны попарно взятых молниеотводов на R_экв.

Эквивалентная ширина, с которой ОРУ собирает боковые разряды молний при высоте молниеотводов 30 м:

Rэкв =;

Для h_м = 23.2 м:

R_экв1 = = 80 м;

Для h_м = 18 м:

R_экв2 = = 68 м;

Число грозовых разрядов в ОРУ 110 кВ подстанции в год:

N_с = = = 0.11;

Для расчета вероятности перекрытия гирлянды изоляторов при ударе молнии в ошиновка используется по критический ток:

Р_пер = ;

Значение критического тока, при котором возможно перекрытие изоляции определяется как:

I_кр = ;

где Z_к = 390 Ом? волновое сопротивление ошиновке ОРУ 220 кВ с учетом короны.

Также для расчета вероятности перекрытия гирлянды изоляторов при ударе молнии в ошиновку используется 50%-е разрядное напряжение для импульсов отрицательной полярности:

U_50% = ;

где l_г? строительная длина гирлянды изоляторов;

= ;

l_г = n· H_из;

где n? количество изоляторов;

H_из? строительная длина одного изолятора.

Для ОРУ 110 кВ использованы изоляторы типа ПС70-Е в количестве 16 штук. Значит, n = 16, а H_из = 127 мм.

Потенциал портала в точке крепления гирлянды изоляторов определяется падением напряжения на сопротивлении заземления и индуктивности опоры, а также составляющей, обусловленной индуктивной связью между каналом молнии и телом опоры. Таким образом, напряжение U_из, кВ:

U_из(t) =U_п+U_раб+U_инд;

U_п=a· t·R_и+L_оп·а+М_оп·а;

U_инд=;

U_раб=.

где R_и? импульсное сопротивление заземления, Ом;

a? крутизна тока молнии, кА/мкс;

t? время нарастания тока молнии, мкс;

L_оп = L_o· h_п? индуктивность молниеотвода на высоте крепления гирлянды изоляторов h_п, мкГн;

L_o? удельная индуктивность, мкГн/м;

М_оп? 0.2· h_п? коэффициент взаимной индукции между каналом молнии с током.

I_м = а· t и телом опоры молниеотвода, мкГн;

Для портальной железобетонной опоры молниеотвода удельная индуктивность L_o принимает значение 0.7 (с. 42 [1]).

h_п =16.7м? высота портала;

М_оп? 0.2· h_п = 3.34 мкГн;

Из условия перекрытия изоляции значение крутизны а_iдля момента времени t_i, при которой становятся возможным обратное перекрытие гирлянды изоляторов на портале, найдем по формуле:

;

Для множества значений t_i вычисляются соответствующие вероятности и строится кривая P_a = f (P_i). Значение тока молнии, при котором перекрывается гирлянда изоляторов I_i=a_i· t_i..