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

амплитуду волны тока (рис. Ѵ-2) и сопротивление в момент макаимума напряжения

ZИ

(ум)

80м

р —330омм

R = 2, 35ом

12 = Вмксек

Рис. Ѵ-2. Осциллограммы тока и напряжения заземлителя и его им­ пульсное сопротивление при UM и / м.

больше его сопротивления в моменты максимума тока

Z„ = U ,

Ѵ„) Іи

В соответствии с этим, импульсный коэффициент зазем­ лителя

2И

а = — —

74

в момент амплитуды тока будет меньше, чем для момента амплитуды напряжения на заземлителе.

Для анализа грозоупорности подстанции и сопоставле­ ния потенциала на заземлителе с импульсным испытатель­ ным напряжением изоляции оборудования имеет значение как амплитуда напряжения на заземлителе при времени, рав­ ном длине фронта волны напряжения ти, так и напряжение на заземлителе при большем времени — в момент амплитуды волны тока, т. е. при времени тт> тп.

Импульсный коэффициент заземлителя подстанции мо-, жет быть как больше, так и меньше единицы (а ^ 1) в за­ висимости от преобладания влияния пробоев в земле или индуктивности. Степень влияния искровых процессов и ин­ дуктивности на импульсный коэффициент заземлителя, по­ мимо амплитуды и длины фронта волны тока, зависит от удельного сопротивления грунта, размера и конструкции' заземлителя и от места ввода тока ' молнии в заземлитель подстанции.

Заземлитель подстанции при вводе тока в центре или на стороне контура приближенно можно рассматривать как сложный протяженный заземлитель из ряда параллельных горизонтальных полос ' без вертикальных электродов или с ними.

Импульсное сопротивление Z„ при вводе тока в центре заземлителя будет меньше, чем при вводе тока на его сто­ роне вследствие уменьшения индуктивности из-за увеличе­ ния числа параллельных полос и уменьшения их длины. Бла­ годаря этому уменьшается длительность переходного про­ цесса и к интересующему нас моменту времени проводи-1, мость заземлителя будет использована в большей мере. Вследствие этого предпочтительным является расположение и подсоединение молниеотвода к центру заземлителя и, по крайней мере, в тех местах, где обеспечено растекание тока по 3, 4 горизонтальным магистралям. _

Если для заземлителя размером ~\f5 = 2 0 м влиянием места ввода тока на величину Zu можно пренебречь, то при

больших размерах ] /5 это влияние является существенным. Сравнение импульсных сопротивлений при _вводе тока на

стороне іи в центре заземлителя — сетки с Ѵ 5 = 4 0 м и ячей­ ками ЮХІОяі2 приводится в табл. XII.

Как видно из таблицы, разница между ZIICT и Zuц увели­ чивается с уменьшением сопротивления грунта и величины тока молнии.

75

1

Рис. Ѵ-3. Зависимость импульсного сопротивления заземлителей — сеток без стержней и со стержнями от тока при раз­ ных длинах его фронта и разных сопротивлениях грунта

76

При отступлении формы заземлителя от квадратной и вводе тока на малой его стороне импульсное сопротивление заземлителя возрастает.

Дальнейшие результаты исследований приводятся при вводе тока в центре заземлителя для момента амплитуды тока, т. е. при і?=тт.

Из рис. Ѵ-3 видно, что 2И заземлителя — сетки неболь­

ших размеров (V S = 20 ж) зависит от амплитуды тока и не

зависит от длины фронта волны тока (кривые Д7('; 3,3') иі, следовательно, в приведенных грунтах данный заземлитель ведет себя как сосредоточенный.

Слабее интенсивность искровых процессов и уже замет­ нее влияние фронта наблюдается у того же заземлителя, но с вертикальными электродами (крйвые 2,20, 4,4').

Сопротивление'^! заземлителя — сетки большого размера S —80 ж) в аналогичных грунтах (кривые 5,5'; 6,6') очень мало зависит от тока, даже в плохом грунте, и сильно уве­ личивается при уменьшении х с б до 3 мксек. Это является следствием увеличения индуктивности и относительного ее

влияния на Zu из-за уменьшения R заземлителя.

Как видно из рис. Ѵ-4 с увеличением размера заземли­ теля Z„ снижается медленнее, чем R, из-за ослабления иск­ ровых процессов и возрастания влияния индуктивности. При некотором размере заземлителя, тем меньшем, чем меньше р

станции имеет значение для снижения его импульсного со­ противления только до некоторых размеров, аналогично то­ му, что наблюдалось ранее (см. гл. IV), у линейного протя­ женного заземлителя.

Как видно из кривых рис. Ѵ-4 минимальное' импульсное сопротивление сетки в грунтах с сопротивлением р=250 —

77

но используемыми размерами. Исследования показали также, что добавление к сетке вертикальных электродов уменьшает предельный используемый размер заземлителя.

Заземлители подстанций обычно имеют размеры выше предельно используемых при растекании токов молнии. По­

этому естественные протяженные заземлители (система I ■

78

трое — опоры, оболочка кабелей), находящиеся за предела­ ми заземляющего контура подстанции, не могут оказать за­ метного влияния на снижение Zn и при расчетах во внима­ ние не принимаются.

Рис. Ѵ-5. Зависимость стационарного и импульсного сопротив­ лений заземлителей — сеток без стержней и со стержнями от удельного сопротивления грунта

С увеличением удельного сопротивления грунта интен­ сивность искровых процессов увеличивается, а относитель­ ное влияние индуктивности уменьшается. Благодаря этому, с увеличением р импульсное сопротивление заземлителя Zlt

79

/ растет медленнее, чем его сопротивление R при 50 гц, и им-

£

пульсный коэффициент а = —— снижается,' что говорит

R

о лучшем использовании заземлителя в более плохом грун­ те (рис. Ѵ-5).

Добавление вертикальных электродов по контуру сетки в меньшей степени сказывается на снижении Z„, чем на сни­ жении R, из-за ослабления пробоев в земле и увеличения длительности переходного процесса. Вследствие этого им­ пульсный коэффициент а увеличивается, что видно из пере­ сечения кривых Zn и R при больших значениях р.

Рис. Ѵ-6. Импульсные коэффициенты сеток

Использование, вместо коротких, более длинных верти­ кальных электродов, при том же общем их расходе, благо­ приятно для снижения Z„ из-за меньшего влияния искровой зоны на экранирование более длинных электродов.

80

V

Размещение вертикальных электродов по контуру заземлителя целесообразно производить с учетом мест присоеи динения молниеотводов. Дополнительные вертикальные

Рис. Ѵ-7. Импульсные коэффициенты сеток размером

і / S = 40 м и S = 60 м при / = 10 — 100 ка и т = = 3 — 6 мксек

электроды у молниеотводов внутри контура менее эффек­ тивны из-за сильного экранирования при больших амплиту­

дах тока.

/

Кривые импульсных коэффициентов (при 7М) заземлителей подстанций разных размеров в зависимости от удель­ ного сопротивления грунта приводятся на рис. Ѵ-б—Ѵ-9.

Рис. Ѵ-8. Импульсные коэффициенты сеток у S =20 м

На рис. Ѵ-10 в зависимости от размера заземлителей — сеток даются области импульсных коэффициентов (при /м) в грунтах р= 200-г-600 омм при изменении тока от /= 1 0 ка

большой погрешностью могут быть использованы и для не-

82

однородного грунта с эквивалентным удельным сопротивлением рэ.

ірунт-гжо*

т

J.

Ä«Q(MЯр

ірцшп- пим

Рис. Ѵ-9. Импульсные коэффициенты сеток

Максимальное напряжение наѵзаземлителе при времени, равном длине фронта тн волны напряжения:

где а — импульсный коэффициент при / м;

^-----коэффициент, учитывающий превышение ампли-

<'м>

туды напряжения на заземлителе над напряже­ нием при амплитуде тока (см. табл. XIII).

Как видно из табл. ХІІІ, коэффициент к тем выше, чем больше размеры заземлителя и его насыщенность электро­ дами и меньше удельное сопротивление грунта, т. е. во всех тех случаях, когда влияние индуктивности наибольшее.

Рис. Ѵ-10. Области импульсных коэффи­ циентов сеток из ячеек 10X10 м2 в грунтах

При растекании тока молнии с протяженного заземлите­ ля подстанции волна напряжения на заземлителе по мере удаления от места ввода тока (от места присоединения молниеотвода к заземлителю) снижается по амплитуде, а длина фронта и длина волны увеличиваются (рис. Ѵ-11). Вследствие этого максимальный потенциал на заземленном корпусе оборудования, а следовательно, и на его изоляции, будет меньше при удалении его подсоединения к заземли­ телю подстанции от места подсоединения молниеотвода (рис. Ѵ-12).

84