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

лителя в виде стального электрода. В тех случаях, когда это не­ обходимо для достижения требуемой нормами величины сопро­ тивления заземления, дополнительно прокладывают поверхност­ ные протяженные или глубинные заземлители. Заземлители, как правило, изготовляют из круглой стали диаметром 10—16 мм. В некоторых случаях в качестве вертикальных электродов ис­ пользуют также трубы или угловое железо. Горизонтальные за­ землители должны быть уложены на глубине не менее 0,5 м, а в пахотных землях — на глубине не менее 1 м. В случае установки опор в скальных грунтах допускается прокладка горизонтальных заземлителей над скальными породами при толщине поверхност­ ного слоя не менее 0,1 м. Размеры глубинных заземлителей могут достигать 20—30 м.

Контурные заземлители. В грунтах с удельным сопротивле­ нием, превышающим Ы О 2 Ом-м, часто нельзя обеспечить тре­ буемую нормами величину сопротивления заземления при помо­ щи одних только естественных заземлителей. Следовательно, в этих случаях необходимо сооружать дополнительные искусст­ венные заземлители. В связи с этим необходимо учесть, что для установки фундаментов опор обычно вырывают котлованы глу­ биной примерно 2,5 м и конфигурацией, соответствующей схеме установки подножников: для одностоечных металлических опор на четырех подножниках дно общего котлована представляет собой прямоугольник площадью примерно 5X4,5—7X5,5 м2,

вслучае свободностоящей опоры портального типа вырывают два котлована площадью 5X5 м2 и т. д. При наличии такого кот­ лована целесообразно уложить на его дне у стен горизонтальный заземлитель в виде прямоугольника с несколькими вертикальны­ ми выводами вдоль стен котлована на поверхность земли, обес­ печивающими электрическую связь со стойкой опоры.

Врасчетах выводы учитываются как отдельные элементы за­ земляющего устройства. Контурные заземлители выполняются из круглой стали, которая в отличие от полосовой стали эквива­ лентного сечения в меньшей степени подвергается коррозии. Указанный диаметр обеспечивает хорошее использование ме­ талла, его достаточную прочность и термическую устойчивость. Контуры укладывают на дно котлована до установки поднож­ ников, которые располагают соответственно размещению стоек опоры. Стоимость такого заземления, не требующего земляных работ, будет очень мала и полностью оправдана создаваемой им

всистеме общего заземления проводимостью растекания, мало меняющейся под действием атмосферных условий.

Укладка контура заземлителей на дно открытого котлована является простой операцией, не требующей дополнительных зем­ ляных работ. Применение контурных заземлителей особенно це­ лесообразно в тех случаях, когда удельное сопротивление грунта

вместе их укладки значительно ниже, чем у слоев, расположен­ ных ближе к поверхности земли. Только в тех случаях, когда

231

верхние слои грунта значительной толщины 1,5—2 м имеют низ­ кое удельное сопротивление и опираются на плохо проводящие нижние слои, использование углубленных заземлителей нерацио­ нально. Для расширения области применения контурных зазем­ лителей в случаях, когда это возможно по условиям производст­ ва строительных работ, рекомендуются вертикальные стержне­ вые или трубчатые заземлители, забиваемые в дно котлована.

Горизонтальные заземлители. В тех случаях, когда проводи­ мость поверхностных слоев грунта достаточно высока, при не­ обходимости можно также применять горизонтальные протяжен­ ные заземлители, размещенные в виде лучей.

Для рационального использования горизонтальных поверх­ ностных заземлителей ввод в заземлитель импульсных токов сле­ дует предусматривать не в начале заземлителя, а в его середине. Каждый из двух образующихся при этом лучей сокращается по длине вдвое и поэтому используется наиболее эффективно.

При прямом ударе молнии в опору импульсный ток проходит через каждую стойку и оттяжки. С целью создания многочис­ ленных путей для растекания импульсных токов и обеспечения достаточного использования проводимости растеканию единич­ ных заземлителей лучевые заземлители рекомендуется выпол­ нять в виде групп единичных заземлителей, расположенных у каждой стойки опоры. Горизонтальные заземлители должны иметь надежную электрическую связь с естественными и контур­ ными заземлителями. Длина лучей и их количество выбираются в соответствии с удельным сопротивлением грунта.

На участках линий с очень низкой электропроводностью зем­ ли (р ^4 -1 0 3 Ом-м) эффективно применение непрерывных гори­ зонтальных заземлителей, соединяющих несколько опор. Такое заземляющее устройство обеспечивает достаточный уровень гро­ зоупорности линии и нормальную работу релейной защиты при

однофазных замыканиях на землю.

Глубинные заземлители. В случаях, когда проводимость нижних слоев грунта значительно выше, чем на отметке разме­ щения железобетонных фундаментов, рекомендуется установка вертикальных электродов, находящихся на большой глубине и поэтому называемых глубинными заземлителями. В этом слу­ чае могут рассматриваться два конструктивных решения.

1. Относительно короткие электроды, выполненные из труб, которые полностью опускаются в хорошо проводящие слои грун­ та и присоединяются к заземляющему устройству опоры.

В случае необходимости погружения электродов на глубину больше чем 15—20 м используются составные конструкции.

При токах промышленной частоты эффект, получаемый в слу­ чае применения глубинных заземлителей, достигается преиму­

232

щественно за счет нижних частей, расположенных в хорошо про­ водящих слоях грунта.

В суглинистых и супесчаных грунтах увеличение длины элек­ трода с 2,5 до 6 м приводит к снижению сопротивления в 1,8— 6 раз в зависимости от проводимости грунта. Наиболее эффек­ тивно используются вертикальные электроды, погружаемые в пески. В этих условиях увеличение длины заземлителя с 2,5 до б м снижает сопротивление в 10—15 раз, а до 12 м — в 20— 30 раз.

Искрообразование при прохождении импульсных токов при­ водит к тому, что импульсная проводимость растеканию создает­ ся всем вертикальным электродом, включая и его части, нахо­ дящиеся в плохо проводящих грунтах. Поэтому процесс стекания с глубинных заземлителей импульсных токов происходит так же, как и у протяженных заземлителей. Разница состоит только в том, что концевая часть глубинного заземлителя имеет более высокую проводимость растеканию.

Во всех случаях глубинные заземлители являются составны­ ми элементами заземляющего устройства, расположенного вбли­ зи поверхности земли. Наиболее рационально располагать глу­ бинные заземлители вдоль внешнего контура заземляющего устройства.

При проектировании глубинных заземлителей особенно важ­ но правильно выбрать расчетное значение удельного сопротивле­ ния грунта с учетом его неоднородности, а также определить оп­ тимальную длину единичного электрода.

Коэффициенты использования. Чтобы обеспечить требуемые нормами значения сопротивлений растеканию, заземляющее устройство, как правило, выполняется в виде многократного за­ землителя, состоящего из нескольких электродов различной формы. В процессе растекания электрического тока с многократ­ ного заземлителя происходит наложение электрических полей, вследствие чего плотность тока вокруг каждого электрода стано­ вится неравномерной. При этом уменьшается участвующий в растекании тока объем земли вокруг многократного заземли­ теля II увеличивается его сопротивление. Взаимное влияние еди­ ничных заземлителей возрастает по мере их приближения друг

Врасчетах заземляющих устройств взаимное влияние еди­ ничных заземлителей учитывается так называемые коэффициен­ том использования т], который преимущественно зависит от рас­ стояния между электродами и от их размеров. Коэффициент ис­ пользования всегда будет меньше единицы.

ВПриложении IV приведены значения коэффициентов ис­

пользования заземляющих устройств различных конструк­ ций.

9-3 РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Сопротивление заземляющего устройства R , состоящего из п единичных

однотипных заземлителей, может быть определено по формуле

Яі

(9-3)

тіп '

где R 1 — сопротивление каждого однотипного заземлителя; 1] — коэффициент

использования.

Общее сопротивление заземляющего устройства, состоящего из п і единич­

ных заземлителей одного типа и из п2 единичных заземлителей другого типа:

где R i и R i — сопротивление одного заземлителя первого и второго типа.

При большем количестве заземлителей разных типов общее сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле аналогичной структуры. Расчет заземляющего устройства рекомендуется начинать с определения со­ противления естественных заземлителей. При этом необходимо учитывать, что в грунтах с относительно низкой удельной проводимостью суммарное со­ противление естественных заземлителей может оказаться недостаточным. В этом случае необходимо спроектировать дополнительное искусственное за­ земляющее устройство, которое вместе с естественными заземлителями долж­ но удовлетворять нормативным требованиям.

Расчет сопротивлений железобетонных фундаментов, используемых в каче­ стве естественных заземляющих устройств. Сопротивление растеканию естест­ венных заземлителей при переменном токе определяется по формулам для вертикальных заземлителей с учетом некоторых особенностей, состоящих в том, что длину и диаметр сваи, а также диаметр плиты подножннка прини­ мают по размерам арматурного каркаса, который считается сплошным телом. Защитный бетонный слой, рассматриваемый как добавочное переходное со­ противление, находящееся между арматурным каркасом и грунтом, учитыва­ ется тем, что арматурный каркас условно принимают находящимся в одно­ родной среде с эквивалентным удельным сопротивлением ракп = І,1р.

В соответствующие формулы вводится коэффициент ß= 1,05, учитываю­ щий, что заземлитель представляет собой не сплошную металлическую поверх­ ность, а в действительности выполняется в виде сетки, состоящей из близко расположенных друг к другу стальных стержней, образующих арматурный каркас.

В табл. 9-4 приведены формулы для расчета железобетонных фундамен­ тов опор линии электропередачи, используемых в качестве естественных за­ земляющих устройств.

Рассматривая типовые железобетонные фундаменты опор 330—500 кВ, можно оценить величину их естественного сопротивления в условиях различ­ ных грунтов (табл. 9-5).

Даже относительно несложные железобетонные фундаменты обеспечивают требуемую нормами величину сопротивления при промышленной частоте для

вгрунтах с удельным сопротивлением 3-102 Ом-м.

Вгрунтах с р = 5 -1 0 2 Ом-м естественная проводимость железобетонных фундаментов составляет до 50% требуемой величины.

234