Файл: Рябкова Е.Я. Расчет заземляющих устройств (Заземления в установках высокого напряжения) учеб. пособие.pdf

протяженного заземлителя при наличии искровых процессов в земле.

Рис. 1V-4. Импульсная проводимость протяженных заземлителеіі

На рис. ІѴ-5 приведены зависимости от длины заземли-

r. 1-

теля стационарного сопротивления R = -jp, импульсного со­

противления при отсутствии искровых процессов Z, им­ пульсного сопротивления при наличии искровых процессов

Zn и величины Rn= . Сопоставление между собой этих

кривых позволяет выяснить влияние на импульсное сопро-- тивление заземлителя его индуктивности и искровых про­ цессов в земле.

Из сравнения кривых Z и R, iZn и Rw видно, что для од­ ного и того же грунта и той же длины заземлителя влияние

66

I

индуктивности больше при наличии искровых процессбй (при Г>0). Это является следствием увеличения длительно­ сти переходного процесса (постоянной времени Т) из-за возрастания проводимости заземлителя от g до gu.-

Рис. ІѴ-5. Зависимость сопротивлений R, R'K, Z, Z n от длины заземлителя

Как видно из сравнения кривых для Z и Z„, искровые процессы в земле значительно снижают импульсное сопро­ тивление протяженного заземлителя. При относительно

малых длинах, когда плотности тока наиболее значительны, искровые процессы не только компенсируют влияние индук­ тивного сопротивления заземлителя, но и обусловливают снижение его сопротивления ниже стационарной величины R. При этом импульсный коэффициент заземлителя а =

Рис. ІѴ-6. Импульсные коэффициенты протяженных заземлителей в зависимости от удельного сопротивления грунта

При увеличении длины заземлителя влияние индуктив.- ности возрастает и импульсный коэффициент делается рав­ ным единице и тем при меньшей длине заземлителя, чем меньше удельное сопротивление грунта.

За точкой пересечения ZH и Я кривая , Z,r становится очень пологой, как следствие того, что искровые процессы уже не компенсируют влияние индуктивности. В этих усло­ виях использование заземлителей с большей длиной делает­ ся нерациональным, так как с увеличением их длины им­ пульсное сопротивление Zn перестает уменьшаться.

68

Г л а в а V

ЗАЗЕМЛЕНИЕ МОЛНИЕОТВОДОВ ПОДСТАНЦИЙ

1. Два способа заземления молниеотводов ОРУ

Заземление стержневых молниеотводов ОРУ подстанций высокого напряжения осуществляется, как правило, присое­ динением их к заземляющему контуру (заземлителю) под­ станции или же с помощью обособленных заземлителей, электрически не связанных с заземлителем подстанции.

Рис. V-L Удар молнии в молниеотвод, присоеди­ ненный к заземлителю подстанции

Использование заземляющего контура подстанции для заземления • молниеотводов позволяет устанавливать их на конструкциях ОРУ и обеспечивает более простое и эко­ номичное выполнение защиты подстанции от прямых уда­ ров молнии (рис. Ѵ-1). Действительно, при такой установке

70

молниеотводов наиболее полно используется их защитная зона, а высота уменьшается по сравнению с размещением на земле. Однако при таком решении и ударе молнии в молниеотвод ток молнии, стекая с заземлителя подстан­ ции в землю, приводит к появлению на нем потенциала

и=>і-гя,

где I —ток молнии при" ударе в молниеотвод;

Zu — импульсное сопротивление заземлителя подстанции в месте подсоединения к нему молниеотвода,

Потенциал, близкий к этому, будет и на всех заземлен­ ных корпусах оборудования подстанции и при недостаточ­ но низкой его величине может возникнуть обратное перекрытие или пробой изоляции оборудования с заземленного корпуса на токоведущий провод (рис. Ѵ-1).

Очевидно, что возможность последнего зависит от соот­ ношения потенциала на заземленном корпусе к импульсной прочности изоляции оборудования, характеризуемой испы­ тательными напряжениями.

Исключить полностью вероятность такихобратных пере­ крытий для подстанций с Uu 110 кв так же, как и на ли­ ниях, не представляется возможным по технико-экономичес­ ким соображениям.' Но уменьшить эту вероятность до прием­ лемых величин в обычных грунтах (р<^500 — 1000 омм) воз­ можно, учтя некоторые условия по использованию заземли­ теля подстанции для заземления молниеотводов.

На подстанциях с большим удельным сопротивлением грунта вероятность обратного перекрытия изоляции обору­ дования подстанции может стать недопустимо большой и по­ этому приходится сооружать отдельно стоящие на .земле молниеотводы с обособленными заземлителями, электричес­ ки не связанными с заземлителем подстанции.2

2. Исследование и анализ импульсных характеристик заземлителей подстанций [Л. 14, Л. 15]

а) Метод физического моделирования заземлителей

Заземлитель подстанции при растекании с него импульс­ ного тока молнии является сложным протяженным заземли­ телем, импульсное сопротивление которого Zu отличается от стационарного сопротивления R при 50 гц. Это отличие обусловлено значительными амплитудой и скоростью нарас-

71

ѵметодом физического моделирования заземлителей на осно­ ве теории подобия путем измерения импульсных характе­ ристик геометрически подобных заземлителей. Измерения проводились в ванне, размером 2X2X1 ж2, заполненной од­

нородной смесью из песка с черноземом, увлажняемой во­ дой, без соли и с солью, до получения требуемого удельно­

ченные размеры ванны, равная ее сопротивлению в безгра­ ничной среде с удельным сопротивлением заполняющего ее грунта.

Уменьшение в модели индуктивности протяженного заг землителя привело к необходимости отдельно моделировать его распределенную индуктивность. Она определялась ана­ литически и учитывала как собственную, так приближенно и взаимную индуктивность между параллельными элемен­ тами заземлителя (см. приложение). Катушка индуктивно-

72

сти, соответствующая 5 м длины горизонтального электро­ да, включалась в его рассечку и располагалась над ванной.

При физическом моделировании все процессы, происхо­ дящие в земле в поле заземлителя при растекании импульс­ ного тока, сохраняются. Значительные плотности тока и напряженности электрического поля, определяющие разме­ ры искровой зоны заземлителя, сохраняются и в модели. Однако, благодаря малым размерам модели, они получаются при относительно небольшом общем токе в модели и напря­ жении испытательной установки.

Используя теорию подобия, определяются критерии по­ добия для моделирования заземлителей при растекании им­ пульсного тока и устанавливается связь между масштабами:

Импульсное сопротивление заземлителей определялось с учетом масштабов по осциллограммам напряжения и тока. Исследования проводились в грунтах с удельным сопротив­

в ванне с песком (Ял) и в ванне с водой, удельное сопротив­ ление которой было іизвестно. Отсюда

б) Импульсные характеристики заземлителей подстанций

Импульсное сопротивление заземлителя определяется отношением напряжения на заземлителе к току, стекающему с него, и изменяется ■по времени с момента протекания тока. При этом максимум волны напряжения опережает

73