Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

большие значения и падает очень резко, а далее — меньшие и снижается постепенно. На расстоянии 15— 20 м от трубы потенциал всех точек земли практически равен нулю. Эти точки нулевого потенциала обычно на­ зывают «землей» в электротехническом смысле.

Разность потенциалов между заземленной частью элек­ троустановки и «землей» при прохождении тока через заземлитель называют напряжением относительно земли.

Заземляющее устройство характеризуют величиной его сопротивления, определяемого отношением напряже­ ния относительно земли к проходящему через него току.

В общем случае сопротивление заземляющего устрой­ ства состоит из следующих слагаемых: сопротивления заземляющих проводов (от заземленного аппарата, до заземлителя); сопротивления металлических частей заземлителя; переходного сопротивления между заземлителем и грунтом; сопротивления, которое оказывает грунт прохождению тока (сопротивление растеканию).

Сопротивление заземляющего устройства существен­ но зависит от его формы, геометрических размеров и характеристик земли. Кроме того, сопротивление одного и того же заземляющего устройства будет зависеть от величины амплитуды и скорости изменения стекающего импульсного тока при прочих равных условиях.

При токе промышленной частоты первые три слагае­ мые сопротивления пренебрежимо малы но сравнению с сопротивлением растеканию. Рабочие и защитные со­ противления характеризуют стационарным сопротивле­ нием R„ — отношением напряжения на заземлителе к току промышленной частоты, протекающему через заземлитель в землю [Л. 36, 37]. В зависимости от располо­ жения заземлителя (рис. 12-2) и его размеров R„ может быть определено по выражениям:

для горизонтального заземлителя

для вертикального

4+4-1п

где р — удельное сопротивление грунта; d — диаметр за­ землителя (для уголковой стали == 0,95 b, где Ь — ши­ рина уголка).

Часто применяют заземлители, составленные из не­ скольких горизонтальных и вертикальных заземлителей. В этих случаях вследствие взаимного экранирования

а) б)

Рис. 12-2. Расположение единичных заземлителей.

а — горизонтальное; б — вертикальное.

отдельных элементов сопротивление составного заземлителя повышается по сравнению с результирующим со­ противлением отдельных электродов, т. е.

где 21 //? _ — сумма проводимостей индивидуальных элек-

Т а б л и ц а 12-1

Коэффициенты использования для горизонтальных лучевых заземлителей

292

В табл. 12-1, 12-2 приведены данные коэффициента экранирования для простейших заземлителей при токе промышленной частоты и импульсном.

В отличие от токов промышленной частоты токи мол­ нии имеют большую амплитуду и кратковременность им­ пульса. Большая амплитуда тока вследствие больших напряженностей электрического поля приводит к искрообразованию вокруг заземлителя. При искрообразовании размеры заземлителя как бы возрастают за счет резкого снижения удельного сопротивления грунта в зоне искрообразования и сопротивление заземлителя за счет умень­ шения переходного сопротивления между заземлителем и грунтом по сравнению со стационарным снижается. Вместе с тем короткий импульс тока (в несколько десят­ ков микросекунд) состоит из высокочастотных гармони­ ческих слагаемых, в силу чего величина сопротивления заземляющего устройства возрастает из-за индуктивных сопротивлений заземляющих проводов (обычно учиты­ вается отдельно) и самого заземлителя.

Импульсное сопротивление заземлителя аналогично определяется отношением амплитуды напряжения на

293

заземлителе к амплитуде импульсного тока, однако в этом определении есть некоторая условность, заключа­ ющаяся в том, что максимум потенциала на заземлителе не совпадает во времени с максимумом тока. Отношение импульсного сопротивления заземлителя к стационарно­ му сопротивлению о.н=Ял/Я„ называют импульсным коэффициентом.

б )

Рис. 42-3. Расчетные кривые для определения импульсного коэффи­ циента аи единичного лучевого (а) и вертикального стержневого (б)

заземлителей (по данным [Л. 36]).

У коротких заземлителей основное значение имеют процессы искрообразования, снижающие величину со­ противления, и поэтому импульсный коэффициент всегда меньше единицы, а у протяженных заземлителей с вы­ раженными волновыми процессами по их длине импульс­ ный коэффициент может быть как больше, так и меньше единицы (рис. 12-3). Импульсные коэффициенты опреде­ ляют по кривым, полученным при исследовании физи­ ческих моделей.

294

Сопротивление заземлителя существенно зависит от удельного сопротивления грунта р, которое определяется

20 Ом-м для торфа и до 400 Ом-м и более для песка). При проектировании заземляющих устройств исполь­ зуют результаты непосредственных измерений удельного сопротивления в теплое время года. Для надежности в расчетах ориентируются на наибольшую величину удельного сопротивления грунта при его сезонных изме-

Т а б л и ц а 12-3

нениях. Поэтому в качестве расчетной величины удель­ ного сопротивления грунта принимается измеренное зна­ чение, умноженное на коэффициент сезонности (табл. 12-3). Для рабочих и защитных заземляющих устройств принимают наибольшие значения коэффициентов сезон­ ности, так как эти заземления работают в течение всего года и необходимо учитывать увеличение удельного со­ противления грунта при его промерзании в зимний пе­ риод.

12-3. ДОПУСТИМАЯ ВЕЛИЧИНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

При сопротивлениях заземлений, близких к нулю, на за­ щищаемых объектах не может возникнуть высоких по­ тенциалов как при грозовых поражениях, так и при на-

295

рушениях изоляции, но при этом сильно возрастет стои­ мость заземляющего устройства. Поэтому для каждого вида заземлений на основании технических требований установлены допустимые величины сопротивлений

[Л. 18].

При нарушениях фазной изоляции в сети с глухим заземлением нейтрали (например, у выключателя, кожух которого заземлен) на поверхности земли возникают по­ тенциалы и обслуживающий персонал может оказаться под высоким напряжением, так называемым напряжени­ ем прикосновения или шаговым напряжением (см. рис. 12-1). Опасные для жизни человека величины этих напряжений зависят от длительности замыкания. При кратковременном воздействии (короткое однофазное за­ мыкание на землю быстро отключается защитой) чело­ веческий организм способен выдержать большие напря­ жения, при этом снижается и вероятность попадания человека в аварийную зону.

Для уменьшения величин ППрик и Umаг при проекти­ ровании и выполнении заземляющих устройств стремятся к возможно более равномерному распределению потен­ циала на площади РУ. Это достигается соответствующим размещением на площади электроустановки электродов (труб, уголков, полос) заземлителя в зиде замкнутого контура, охватывающего всю площадь электроустановки.

Правила устройства электроустановок регламентиру­ ют следующие значения сопротивлений заземляющих

ратов, компенсирующих емкостный ток, если заземляю­ щее устройство используется для электроустановок до

1 000 В:

Ом.

В установках с компенсацией емкостных токов рас­ четным током I является остаточный или нескомпенсиро-

296