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

Г л а в а HI

РАСЧЕТ И ВЫПОЛНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

ВНЕОДНОРОДНОМ ГРУНТЕ

1.Аналитический расчет заземлителей

иметод их физического моделирования

Для любого заземлителя, состоящего из ть электродов, вертикальных и горизонтальных, отводящих токи I\, І2, /„ и имеющих общий потенциал U =U \='U 2, ..., £/„, действитель­ на система уравнений по Максвеллу

тенциалы заземлителей, равные падению напряжения от то­ ка, стекающего с заземлителя в его собственном сопротив­ лении, т. е. при отсутствии влияния полей соседних зазем­ лителей и

30

Сопротивлением заземлителя является

/

где I= I\ + h + ■.. + /„ —полный ток, стекающий с заземлйтёля при общем потенциале его U.

Таким образом, для расчета сопротивления заземлителя R требуется определение собственных и взаимных сопротив­ лений (Rhk и Rut) элементов заземлителя и решение системы уравнений (17).

Аналитический расчет сложного заземлителя даже при использовании приближенного метода определения собст­ венных и взаимных сопротивлений требует большого коли­ чества вычислений и в общем случае не может быть исполь­ зован без применения вычислительных машин даже при рас­ четах в однородном грунте.

Другим методом расчета как сопротивления, так и напря­ жений прикосновения в поле сложных заземлителей, являет­ ся метод их физического моделирования в электрической ванне, который был использован в исследованиях МЭИ [Л. 10]. Основой физического моделирования заземлителей является теория подобия, которая устанавливает необходи­ мые и достаточные условия подобия электрических полей в модели и в натуре. Эти условия заключаются в пропор­ циональности сходственных параметров и в равенстве кри­ териев подобия:

Обозначая соотношение между величиной параметра

вмодели и натуре через масштаб

Аи

т= —- ,

А„

получаем

Отсюда находим, что для подобия полей в натуре и мо­ дели масштабы должны быть связаны уравнениями:

31

При выполнении последнего условия масштабы напряже­ ния и тока могут быть произвольны, так как сопротивления заземлителей при токах промышленной частоты линейны и нас интересуют только относительные величины напряже­ ния прикосновения в поле заземлителя.

На основании (18) и (19) результаты, полученные на моделях, распространяются на геометрически подобные заземлители, имеющие в натуре любые размеры.

В исследованиях МЭИ модели заземлителей подстанций погружались в электролитическую ванну, наполненную во­

1X1X0,5 ж3.

Сопротивление модели заземлителя в бесконечном про­

емой за полусферу радиусом г = 1 м, равная ее со­ противлению в среде с удельным сопротивлением воды.

. Потенциал рассматриваемой точки электрического поля модели заземлителя в бесконечном пространстве, т. е. отно­ сительно зоны нулевого потенциала:

. где Ux —измеряемое напряжение между точкой х и стен­

кой ванны;

MJ—IAR — падение напряжения от стенок ванны до зоны нулевого потенциала.

Измерение сопротивления растекания моделей в ванне производилось по схеме амперметра — вольтметра (рис. НМ,а) и измерение потенциала электрического поля моде-

32

ли заземлмтеля — по мостовой схеме (рис. Ш-1,6). Включе­ ние дополнительного сопротивления, равного AR, в соответ­ ствующее плечо мостовой измерительной схемы позволяло

I ~2206

L I l__J

2 - разделительный трансформатор

3 ~ электролитическая Ванна к - модель заземлителр 5 - катодный осциллограф

6 - регулируемые сопротивления

Рис. III-1. Схемы измерения: а — сопротивления и б — по­ тенциала электрического поля моделей заземлителей

измерить относительные потенциалы поля заземлителя через отношение сопротивлений в плечах схемы:

При расчете всякий сложный заземлитель подстанции, состоящий из сетки или из сетки с вертикальными электро­ дами, отношением сторон от 1 : 1 до 1 : 2 и равномерным размещением проводников заземлителя, заменяется расчет­ ной моделью квадратной формы при условии равенства пло­ щадей S, общей ’ длины L горизонтальных проводников, ко­ личества п и длины I вертикальных электродов и глубины заложения заземлителя.

В качестве основного или базисного линейного размера принята длина стороны расчетной модели заземлителя V s .

родами длиною / и относительным расстоянием —, где а —

расстояние между электродами. Число вертикальных элект­ родов

4/ S

п= —------.

Глубина заложения заэемлителей от поверхности земли h. Ниже приводятся расчеты заэемлителей как в однород­

ном, так и в неоднородном грунте двухслойной структуры,

сграницей раздела слоев, параллельной поверхности земли.

Внеоднородном грунте для геометрически подобных за-

землителей, помимо критериев подобия (18), необходимо выполнить дополнительные условия, обеспечивающие соот­ ветствие геометрии и электрических параметров рассмат­ риваемых грунтов.

Для двухслойного грунта эти условия будут

где рі и р2 — удельные сопротивления верхнего и нижнего

слоев грунта; Н —толщина верхнего слоя;

I — основной линейный размер заземлителя.

34