Файл: Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ.pdf

фигурацию электрического поля. Сопротивление dR элементар­ ного участка грунта полусферической формы между эквипотен­ циальными поверхностями, расположенными от центра заземлителя на расстоянии г0 и rQ-\-dr0, равно:

dR = р dr0

2лгі

Общее сопротивление, оказываемое всей массой земли, нахо­ дящейся вокруг полушарового заземлителя с радиусом г, будет равно:

со со

Го

Аналогичным образом могут быть рассчитаны единичные заземлители более сложной конфигурации.

Втабл. 9-1 приведены формулы для расчета одиночных ис­ кусственных заземлителей, выполненных в виде горизонтальных лучей, опускаемых в скважину вертикальных стержневых элек­ тродов или трубчатых электродов.

Вслучае применения угловой стали вместо труб сопротив­

ление заземлителя определяется также по приведенной в

П р и м е ч а н и е , d — диаметр заземлителя.

226

Т а б л и ц а 9-2

табл. 9-1 формуле для трубчатого электрода. Для угловой стали d = 0,956, где b — ширина стороны уголка.

Измеренное приборами сопротивление заземляющих устройств опор линий электропередачи при токах промышлен­

труднениями и удорожанием строительства. В то же время за­ траты на сооружение заземляющих устройств в плохо проводя­ щих грунтах заметно возрастают, а при р ^ Ы О 5 Ом-м практи­ чески невозможно обеспечить низкое значение сопротивления при импульсных токах. Одновременно учитывается, что в гор­ ных и других районах с высоким удельным сопротивлением грун­ тов, как правило, регистрируются токи молнии с относительно небольшой амплитудой.

Изложенные выше соображения, а также наличие АПВ и ре­ зервирования в современных сетях позволили увеличить допу­ стимые значения сопротивления заземлителей в плохо проводя­ щих грунтах.

Значения, приведенные в табл. 9-2, также удовлетворяют тре­ бованиям обеспечения надежной работы релейной защиты. По условию чувствительности релейной защиты линий при замы­ каниях на землю на опоре или с участием троса сопротивление заземляющих устройств с учетом присоединенных тросов не должно превышать 50—70 Ом. По условию эффективности ОАПВ при однофазных коротких замыканиях на опоре или с уча­ стием троса сопротивление заземляющих устройств не должно превышать 20—80 Ом.

Сопротивление заземляющих устройств нормируется также в зависимости от высоты опоры. При высоте опоры более 35 м величина сопротивления должна быть в 2 раза меньше значений, приведенных в табл. 9-2.

Удельное сопротивление грунта. Удельное сопротивление грунта находится в непосредственной зависимости от его хими­ ческого состава, влажности и температуры. Содержащиеся в зем­ ле различные соли и кислоты при наличии влаги образуют элек-

тролиты, создающие ту или иную степень электропроводности грунта. Влажность земли определяется количеством выпавших осадков, наличием подземных вод и размерами частиц грунта, с уменьшением которых водонасыщение увеличивается. Измене­ ние температуры и влажности в наибольшей степени влияют на удельное сопротивление верхних слоев земли. Поэтому на боль­ шей глубине сопротивление заземлителя в значительно меньшей степени подвержено сезонным колебаниям, чем на поверхности. Наибольшая величина сопротивления растеканию наблюдается в зимнее время или в засушливый период летом.

При проектировании заземляющих устройств в качестве рас­ четного удельного сопротивления грунта следует принимать его возможное максимальное значение в течение грозового периода. Эта величина может быть выражена зависимостью

где р' — удельное сопротивление грунта, полученное в результа­ те измерений или принятое на основании результатов геологиче­ ских изысканий; ф — коэффициент, учитывающий увеличение

для различных конструкций заземлителей.

Вдоль трассы линии электропередачи встречаются разнооб­ разные грунты, которые при проектировании заземляющих устройств целесообразно подразделить на несколько групп с об­ щим для каждой группы средним значением удельного сопро­ тивления.

Чернозем, глина, суглинки, торф и грунты, удельные со­ противления которых в летних условиях изменяются в пределах до М О2 Ом-м, при проектировании заземляющих устройств зачисляются в первую группу с расчетным удельным сопротив­ лением I - ІО2 Ом-м. Ко второй группе грунтов с расчетным удельным сопротивлением в диапазоне 1-102—3-102 Ом-м при­ надлежат суглинок, глина с содержанием до 40% гальки и т. п.

Т а б л и ц а 9-3

228

К третьей группе грунтов с расчетным удельным сопротивлени­ ем 3-102—5 -ІО2 Ом-м отнесены лёсс, супеси, влажные пески. Четвертую группу грунтов с расчетным удельным сопротивлени­ ем 5 -ІО2—10-ІО2 Ом-м составляют пески с незначительным со­ держанием влаги, пески с галькой и валунами.

Основным преимуществом приведенной классификации яв­ ляется возможность унификации проектных решений. В связи с тем что расходы на заземление составляют менее 1 % полной стоимости линии, допустимо объединение в одну группу грун­ тов с большим диапазоном удельных сопротивлений. Такое ре­ шение позволяет не уточнять требований к заземляющим устрой­ ствам каждой опоры и ограничиться применением небольшого количества типовых конструкций.

На основании материалов инженерно-геологических изыска­ ний или по литературным данным могут быть выбраны, удель­ ные сопротивления грунтов с точностью, достаточной для приме­ нения типовых заземляющих устройств.

Подразделение удельных сопротивлений грунтов на большое число групп не увеличит эксплуатационную надежность линии

тем, что сопротивление заземляющих устройств в течение года, как уже отмечалось, значительно изменяется. Кроме того, кри­ вые сезонных колебаний сопротивления заземления каждый год отличаются друг от друга в зависимости от количества выпав­ ших осадков. Поэтому предварительные измерения удельного со­ противления грунта, которые практически могут быть произведе­ ны только во время изысканий трассы, носят случайный характер и могут помочь установить только ориентировочные значения со­ противления заземления.

К числу плохо проводящих грунтов, для которых необходимо измерение удельных сопротивлений, относятся:

1) степные пески при мощности пласта 10 м и более и глу­ боком стоянии подпочвенных вод;

2) мягкие грунты (суглинки, супеси, пески и т. д.) при малой мощности слоя (менее 1,5 м) на скальном основании;

3) скальные грунты.

Во втором случае удельное сопротивление определяют для поверхностного слоя грунта, так как применение вертикальных заземлителей в этих случаях нецелесообразно. Измерения осу­ ществляются выборочно в летнее время, причем точки измере­ ний намечают в соответствии с данными произведенных ранее инженерно-геологических изысканий.

Использование железобетонных фундаментов в качестве ес­ тественных заземлителей. Фундаменты для металлических опор линий электропередачи выполняют из сборных железобетонных конструкций, обеспечивающих возможность применения индуст­ риальных методов строительства. Наибольшее распространение

229

получили фундаменты, состоящие из грибовидных железобетон­ ных подножников или свай.

Арматурные каркасыжелезобетонных фундаментов выполня­ ют в виде сетки из стальных стержней, соединенных при помощи контактной сварки. Таким образом, современный железобетон­ ный фундамент характеризуется наличием стальной арматурной решетки, покрытой защитным бетонным слоем. При толщине за­ щитного слоя 30 мм и более обмазку подножников битумом в не­ агрессивных грунтах разрешается не производить.

Опыт сооружения и эксплуатации линий электропередачи и результаты экспериментальных исследований показали техни­ ческую возможность и практическую целесообразность исполь­ зования естественной проводимости растеканию арматуры желе­ зобетонных фундаментов.

9-2 КОНСТРУКЦИИ

ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ

УСТРОЙСТВ

Необходимо сформулировать исходные положения для про­ ектирования заземляющих устройств линий электропередачи.

1. Железобетонные фундаменты опор следует рассматривать как естественные заземлители. Проводимость железобетонных фундаментов, даже в грунтах с удельным сопротивлением р =

=5- ІО2 Ом-м, составляет до 50% нормированной величины.

2.Искусственные заземлители применяют в тех случаях, ког­ да железобетонные фундаменты не обеспечивают требуемую нормами величину сопротивления. Расположение и линейные размеры искусственных заземлителей должны быть согласованы

свеличиной удельного сопротивления и с расположением стоек опоры. Для создания многочисленных путей току молнии, сте­ кающему с опоры в землю, и обеспечения достаточно полного использования проводимости растеканию единичных поверхност­ ных заземлителей искусственное заземляющее устройство ре­ комендуется выполнять в виде групп единичных заземлителей, расположенных около каждой стойки опоры.

3.На участках трассы с высоким удельным сопротивлением грунта целесообразно применение глубинных заземлителей, если их можно расположить в хорошо проводящем слое грунта, на­ ходящемся под воздействием подземных вод.

Конструктивные решения, принимаемые при проектировании заземляющих устройств, зависят от выбранного типа фундамен­ та. В проектах заземляющих устройств для сокращения объема земляных работ часто предусматривается укладка заземлителей из круглой стали на дно котлована до установки железобетон­ ных подножников или погружение в грунт вместе со сваей зазем-

230