, (5.3)

где и – максимальное и минимальное значения разрядного тока, принимаемого по каталогу, кА;

, (5.4)

, (5.5)

где и – токи к.з. в месте установки средств защиты от перенапряжений соответственно в режимах максимального и минимального значений токов к.з., кА.

Таблица 5.1 – Выбор ОПН

1. ВЫБОР РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

Релейная защита устройств электроснабжения выполняется в основном также, как и защита общесетевых электроустановок. Её специфические особенности обусловлены характером тяговых нагрузок, типами применяемого оборудования и условиями эксплуатации.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите: селективность, чувствительность, быстродействие, надёжность, простота выполнения и экономичность. Наиболее высокими чувствительностью, быстродействием и надёжностью обладают бесконтактные электронные защиты.

Общими для всех схем релейной защиты являются следующие положения: действие отдельных видов защит каждого присоединения фиксируется соответствующим указательным реле (блинкером); в устройствах защиты линий 220 кВ устанавливают магнитографы (приборы фиксации повреждения и др.), а на защитах фидеров контактной сети 27,5 кВ – определители места короткого замыкания; осуществляется увязка защит с устройствами системной автоматики (автоматического повторного включения – АПВ, автоматического включения резерва – АВР, автоматической частотной разгрузки и повторного включения после неё – АЧР и ЧАПВ); предусматривается возможность резервирования защит смежных элементов.

Исходя из типа подстанции с учетом типовых решений, выбираем все виды защит от аварийных и ненормальных режимов для всех элементов тяговой подстанции. Результаты выбора и расчета защит сводим в таблицу ПРИЛОЖЕНИЕ Г.

1. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОНЫ ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

1. Расчет сопротивления заземляющего контура

Целью расчета защитного контура является определение таких его параметров, при которых сопротивление растекания тока и напряжения прикосновения не превышает допустимых значений. Поясняющая схема к расчёту сопротивлений заземляющего контура приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Поясняющие схемы к расчету сопротивлений заземляющего контура: а – вертикальный заземлитель; б – структура грунта; в – разрез контура заземления

В основу положен метод, основанный на теории подобия, который предусматривает:

• замену реального контура с изменяющимися по глубине сопротивлением эквивалентной двухслойной структурой;

• замену реального и сложного заземляющего контура, эквивалентной квадратной расчетной моделью с одинаковыми ячейками.

Длина горизонтальных заземлителей , м, определяется по формуле:

, (7.1)

где – площадь заземляющего контура, м² принимается по плану открытой части подстанции, = 12500 м².

.

Число вертикальных электродов , шт., определяется по формуле:

, (7.2)

Длина вертикального электрода м, определяется по формуле:

, (7.3)

где – толщина верхнего слоя грунта, =1,25, м.

Общая длина вертикальных электродов м, определяется по формуле:

, (7.4)

Расстояние между вертикальными электродами м, определяется по формуле:

, (7.5)

Глубина заложения горизонтальных электродов м.

Сопротивление заземляющего контура Ом, определяется по формуле:

, (7.6)

где – коэффициент; – эквивалентное удельное сопротивление грунта,

Коэффициент определяется по формулам:

при , (7.7)

при , (7.8)

.

Коэффициент А определяется по формуле (7.7):

,

Эквивалентное сопротивление грунта Ом·м, определяется по формуле:

, (7.9)

где – сопротивление верхнего слоя земли принимаем Омм [14];
– сопротивление нижнего слоя земли принимаем Омм [14];
– сезонный климатический коэффициент.

Коэффициент определяется по формулам:

при , (7.10)

при , (7.11)

Ом·м.

Коэффициент определяется по формуле (7.11):

,

.

Сопротивление заземляющего контура Ом находим по формуле (7.6):

Полученное значение сопротивления заземляющего контура должно удовлетворять условию:

, (7.12)

где - нормативное значение сопротивления заземляющего контура, равное 0,5 Ом.

В связи с тем, что окончательным критерием безопасности электрической установки является величина напряжения прикосновения, то независимо от выполнения условия (7.12) необходимо определить его расчетное значение и сравнить с допустимым.

Расчетное значение напряжения прикосновения В, определяется по выражению:

, (7.13)

где – ток однофазного замыкания на землю в РУ-220 кВ, кА;
– коэффициент прикосновения.

Коэффициент прикосновения определяется по формуле:

, (7.14)

где – коэффициент, характеризующий условия контакта человека с землей;
– функция отношения равная 0,5 [14].

Коэффициент, характеризующий условия контакта человека с землей, определяется по формуле:

, (7.15)

где – расчетное сопротивление тела человека, =1000 Ом;
– сопротивление растеканию тока со ступней человека Ом.

Сопротивление растеканию тока со ступней человека Ом, определяется по формуле:

, (7.16)

Подставляя численные значения в формулы (7.13)-(7.16) получим:

Допустимое значение напряжения прикосновения в зависимости от времени протекания тока замыкания на землю для РУ-220 кВ согласно [15]
=200 В при питающем напряжении 220 кВ и времени воздействия
=0,5 с, что меньше расчетного и значит удовлетворяет условию электробезопасности.

1. Определение зоны защиты молниеотводов

Расположение молниеотводов на территории подстанции показано на чертеже ДП 23.05.05 023 006. ОРУ 220 кВ защищается молниеотводами № 1-5, которые установлены на конструкциях ОРУ и прожекторных мачтах.
ОРУ 27,5 кВ защищается молниеотводами № 6-10. Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 метров показана на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Зона защиты двойного стержневого
молниеотвода.

На рисунке 7.2 имеются следующие обозначения:

L  расстояние между молниеотводами, м;

h  высота молниеотводов, м;

h_о  высота вершины защитного конуса, м;

h_x  высота защищаемого оборудования, м;

h_c  минимальная высота зоны защиты между молниеотводами, м;

r_o  радиус защиты молниеотводов на уровне земли, м;

r_x  радиус защищаемого оборудования на высоте защищаемого оборудования, м;

r_cx  половина ширины зоны защиты между молниеотводами на высоте защищаемого оборудования, м.

Торцовые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов по формулам, м:

, (7.17)

, (7.18)

. (7.19)

Остальные размеры зоны защиты находятся по следующим формулам:

 при L = h:

, (7.20)

. (7.21)

 при L > h:

м, (7.22)

. (7.23)

Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты (но менее 150 метров) представлена на рисунке 12. Торцовые области зоны защиты определяются как зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты по формулам (7.17) и (7.18). Значения h_c определяются по формулам (7.20) или (7.22) для соответствующего молниеотвода. Остальные размеры зоны защиты определяются по следующим формулам:

, м, (7.24)

, (7.25)

. (7.26)

На рисунке 7.3 представлена зона защиты двух стержневых молниеотводов.

Рисунок 7.3 – Зона защиты двух стержневых
молниеотводов

На рисунке 7.3 имеются следующие обозначения:

h₁ и h₂ – высоты соответствующих молниеотводов, м;

h_o1 и h_o2 – высоты вершин конусов зон защиты соответствующих молниеотводов, м;

r_o1 и r_o2 – радиус зоны защиты соответствующих молниеотводов на уровне земли, м;

r_x1 и r_x2 – радиус зоны защиты соответствующих молниеотводов на высоте защищаемого оборудования, м;

r_c – ширина зоны защиты по середине между молниеотводами на уровне земли, м.

Основным условием защищенности площади подстанции является выполнение для всех попарно взятых молниеотводов следующего условия:

, (7.27)

Высота защищаемого оборудования равна:

• на ОРУ 220 кВ – 11 м;

• на ОРУ 27,5 кВ – 8,5 м.

Для примера рассчитаем зону защиты молниеотводов № 1 и №2.

Высота молниеотводов равна 26 м. Расстояние между молниеотводами равно 52 м. Расчет выполняется по формулам (7.17), (7.18), (7.22) и (7.23).

Высота вершины защитного конуса равна:

h_o = 0,85 · 26 = 22,1 м.

Радиус зоны защиты молниеотводов на уровне земли равен:

r_o = (1,1 – 0,002·26)·26 = 27,2 м.

Радиус зоны защиты молниеотводов на высоте защищаемого оборудования равен:

м.

Минимальная высота зоны защиты между молниеотводами равна:

м.

Минимальный радиус зоны защиты посередине между молниеотводами равен:

м.

1. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОЖАРНОЙ
   БЕЗОПАСНОСТИ НА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

1. Требования к способам обеспечения пожарной безопасности

Предотвращение пожара достигается предотвращением образования горючей среды и (или) предотвращением образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания.

Предотвращение образования горючей среды обеспечивается одним из следующих способов или их комбинаций:

- максимально возможным применением негорючих и трудногорючих веществ и материалов;