ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

рис.

-

зависимости

=

для

На

6

7

приводятся

а

/(р)

Двух- и

четырехлучевых

заземлителей

с

вертикальными

электродами. Сравнение

этих

кривых с

кривыми,

приве¬

денными

на

рис.

6-6,

без

вертикальных

электродов,

при

одинаковых

значениях

тока

и

удельного

сопротивления

земли

показывает,

что

импульсные

коэффициенты

у

лу

¬

чевых

заземлителей

с

вертикальными

электродами

воз

¬

растают.

лучевым

заземлителям

вертикальных

Добавление

к

электродов

и

увеличение

их

длины

/в

снижают

как

ста

¬

ционарное,

так

и

импульсное

сопротивления

заземлите

¬

лей.

Однако

возрастание

проводимости

заземлителя

с

вертикальными

электродами

приводит

в

импульсном

режиме

к

увеличению

длительности

переходного

процес

¬

са в

индуктивности

заземлителя

и усилению

ее

влияния

(см.

§

4-1).

Кроме

того,

уменьшение

плотности

тока,

стекающего

с

увеличенной

поверхности

,

заземлителя

ослабляет

искровые

процессы

в

земле.

В

результате

это¬

го вертикальные

электроды

снижают ги

меньше, чем

его

стационарное

сопротивление,

и

а

возрастает

по

сравне¬

нию

с

лучевым

заземлителем

без

вертикальных

элек¬

тродов.

значительнее,

чем

длиннее

верти

Увеличение

а

тем

¬

кальные

электроды

при

неизменном расстоянии

между

ними

(

а

=

м).

Например

,

для

четырехлучевого

зазем

10

¬

лителя

с

/

л=

м,

р

=

ЮОООм

/

м

,

/

=

кА

имеем

по кри

30

50

¬

вой

1

при

вертикальных

электродах с

/

=

10

=

в

м а

1,11,

а

по

кривой

3

при

/в

=

м

а

=

2,5

0,89.

электродов

Таким

образом,

удлинение

вертикальных

с

2,5

до

10

м,

уменьшая

их

относительное

расстояние

/

импульс

от а

/

/в

10

/

2,5

4

до

а

/

/

„

10

10

1, увеличило

=

=

=

=

раза.

¬

ный

коэффициент

в

1,11

/

0,89

1,

23

=

заземлите

Исследования

импульсных

характеристик

¬

лей,

выполненные

методом

физического

моделирования

,

позволили

получить

значения

а

для

различных

конст

рукций

заземлителей

опор

ВЛ

при изменении

¬

макси

¬

мальных

значений

импульсов

тока

молнии

/ от

10 до

200

кА

при

Тф

=

мкс

и

р

=

^

Ом

-м.

3-М5

100- -2000

В

приложении

5

приводятся

значения

а

заземлителей

ВЛ

следующих

конструкций

:

заземлителей

с

длиной

двух-,

трех- и

четырехлучевых

лучей 10,

20,

30

м;

заземлителей с

длиной

двух-,

трех-

и

четырехлучевых

лучей 10,

20,

30

м

, с

вертикальными

электродами

длиной

120

2,5, 5, 10 м,				при одинаковом расстоянии							между ними,
равном 10 м.
		Использование приведенных в приложении 5 эначе
пий а			и метода расчета				стационарного сопротивления-
1аземлителей				ВЛ (§		3-6)	позволяет найти наиболее эко¬
номичные технические решения для конструкций зазем-
лителей, удовлетворяющих требованиям ПУЭ по стацио¬
нарному сопротивлению и обеспечивающих наименьшее
*и		заземлителей грозозащиты.
на		6-2.	Исследование влияния неоднородности грунта
		импульсные характеристики заземлителей опор ВЛ
		Неоднородная структура грунта оказывает влияние
как на			стационарное /?н, так и на импульсное zH сопро¬
тивления заземлителей ВЛ. При больших токах мол-
нри следует ожидать особенностей влияния неоднород¬
ности грунта на zH					заземлителя по сравнению с однород¬
ным грунтом из-за					искровых процессов в прилегающих
к	заземлителю горизонтальных слоях грунта с различ¬
ными р.							z„ и		Ru заземлителя в неодно¬
		Отношение значений
родном грунте, как и в случае однородного											грунта, дает
импульсный коэффициент заземлителя
		Расчет Ru				ан=2н/ /?н-					(6-3)
				в неоднородном двухслойном грунте может
быть выполнен достаточно точно аналитически по [36,
37]		или рассмотренным выше (§ 3-6) методом. Для опре¬
деления значения га						необходимо знать				ап.	В двухслой¬
ном грунте zH				зависит от удельных сопротивлений верх¬
него pi			и нижнего р2			слоев, толщины верхнего слоя, раз¬
меров,			конструкции			и положения заземлителя относи¬
тельно границы раздела							слоев, а также			параметров им¬
пульса			тока молнии.			влияния неоднородности грунта на
zH		Для выяснения
	и ан		заземлителей ВЛ были проведены исследования
с	использованием				метода			физического		моделирования.
Измерения zH				проводились в					ванне,' заполненной двумя
слоями			песк?	с разными р,				а	именно при	pi >p2, что наи¬
более часто встречается на								практике [51].			грунта с тол¬
		Исследовались две двухслойные модели
щиной верхнего слоя Н=5								м и разными удельными со¬
противлениями слоев: pi=850									Ом -м, рг=195 Ом * м, атак-

121

же pi=l 450 Ом - м,	р2=150 Ом -м. Относительное удель*
ное сопротивление	верхнего	слоя составляло		pi /рг^
=850 /195^=4,5 и р1 / р2=1450/150^10.
Исследовались одиночные		вертикальные электроды
длиной /в=2,5, 5, 10 м, двухлучевые заземлители				с дли¬
ной лучей /л=10- -20 м и		двухлучевые	заземлители
4

с той же длиной лучей, но с вертикальными электродами

длиной /в=2,5, 5, 10 м при расстоянии между электрода¬

ми а=10 м. Диаметры электродов были у вертикальных

6 ем и у лучевых 2 см.

Горизонтальные лучевые заземлители полностью рас¬ полагались в верхнем слое грунта на глубине Л=0,5 м от поверхности земли. Вертикальные электроды с верх¬

ним концом на глубине Л=0,5 м от поверхности земли

в зависимости от их длины находились полностью в верх¬ нем слое или пересекали границу раздела слоев.

Измерения проводились при импульсах тока до 150 кА

с постоянной длительностью фронта около 3,5 мкс.

Целью исследований являлось:

выяснение влияния неоднородности грунта на значе¬

ния 2ц и ан различных заземлителей;

выяснение возможности расчета za с использованием

импульсных коэффициентов а , принятых по эквивалент¬

ному удельному сопротивлению рэ стационарного режи¬
ма, т. е. при растекании тока промышленной	частоты.
Характер влияния неоднородности грунта	на гп за¬
землителей выяснялся сравнением значений коэффици¬
ентов ан заземлителей в неоднородном грунте	(pi /рг>1)
и коэффициентов а0 в однородном грунте с удельным со¬
противлением р=р2-
На рис. 6-8 приведены зависимости ан=f ( I ) для оди¬
ночных вертикальных электродов в неоднородном		груш
те и для сопоставления зависимости a0=f (/) для		этих
же электродов в однородном грунте с р=рг, полученные
по данным приложения 5. Сравнение кривых показывай

ет, что неоднородность грунта с верхним менее проводя¬

щим слоем (р1>рг) при всех токах и длинах вертикаль^ ных электродов ведет к снижению их импульсного KOI

эффициента, т. е. аи<а0. Причиной этого являются болев благоприятные условия для развития искровых процес]

сов в слое грунта с большим удельным сопротивление! pi . В особенности это относится к электроду с наименб

шей длиной 2,5 м, целиком расположенному в верхне!

122

слое и по сравнению с Другим более длинным элек*

гродом, имеющему более высокую плотность тока, сте¬

кающего с его поверхности.

Действительно, искровые процессы тем интенсивнее,

чем больше плотность тока, стекающего с заземлителя

/, и р, приводящие к значениям напряженности в поле чаземлителя £=/р, достигающей £np.

С увеличением длины вертикального электрода при

одинаковых значениях импульсного тока происходит сни¬

жение интенсивности искровых процессов за счет умень¬

шения /,

а при проникновении электрода в нижний слой

?г

й

екцуосо

ч

Z1

>

Рис. 6-8. Импульсные коэф¬

V

|

ч

ч

ч V

,

1

фициенты одиночных верти¬

4

кальных

электродов

в неод¬

Ч

.1

V

\

ч

ч

***

3

"

нородном (а„) и однород¬

ч

ном (а0)

грунте в зависимо¬

S

\

г

сти от тока.

^

%

1

неоднородный

грунт

CPi

1450—Ом • м,

рг

—

150

Ом • м.

Л

N

3

1

-

W

—5 м);

в

—

однород¬

,

,

,.1тV

s

г

-

ный

грунт (р= 150 Ом

м); 1

-

Ч

/ —

2.5 м;

2 - /

5

м;-

3 - 1 —

1-

~

О

го

1

40

ВО

80

кА

еще и за счет снижения р. Это ведет к уменьшению

расхождений между значениями коэффициентов ан и ао. Гак, например, при токе 50 кА для электродов длиной 2,5; 5; 10 м отношение ан/а0 составляет соответственно

0,17; 0,38; 0,8, т. е. приближается к единице из-за умень¬ шения плотности тока.

Сопоставление значений коэффициентов а„и а0 для юризонтальных двухлучевых заземлителей без верти¬

кальных и с вертикальными электродами свидетельству¬

ет о таком же характере влияния неоднородности грун¬

та (рис. 6-9). Значительное увеличение поверхности этих

(аземлителей по сравнению с одиночными вертикальны¬

ми электродами при одинаковых значениях всего сте¬ нающего тока еще более снижает плотность тока и, сле-

123

ДОваТеЛьнО, ослабляет влияние искровых процессов. По¬

этому с увеличением размеров сложного заземлителя

значения коэффициентов ан и а0 сближаются. Например,

при том же токе 50 кА, что и для одиночного верти¬ кального электрода, для двухлучевого заземлителя при

/в=0; 2,5; 5; 10 м отношение ан/ ао=0,42, 0,48, 0,7, 0,9,

т. е. значительно больше, чем для одиночных вертикаль¬

ных электродов соответствующей длины ( рис. 6-8).

и

¥

’ л

¥

3

0,8

г

3 _

as

ом

г

02

kO

so

SO

WO

120

1

Рис.

6-9. Импульсные

коэффициенты

двухлучевых

заземлителеА

(/л

=

20

м) в неоднородном

ан

и

однородном

а0

грунтах

в

зависимо¬

-

сти

от тока.

—

—

—

неоднородный

—

pi ”

—

в ~

р2

Ом

м,

Я

5

м;

грунт,

1450

Ом

м,

150

однородный

грунт,

р

150

Ом • м;

/

/

в =0-;

2

1В

2,5

м;

3-

lB~

5 м;

4

/

10 м.

-

Таким образом, влияние неоднородности грунта на <4

снижается и отношение ан/а0 стремится к единице во-

всех случаях, когда уменьшается плотность тока, сте j

кающего с заземлителя, а также при увеличении част!

длины электродов в нижнем более проводящем слое.

Следует отметить, что при рассмотренной неоднород

ности грунта, т. е. при pi >p2, относительное увеличени!

124

стационарного сопротивления

0

будет больше, чем

RH / R

относительное

увеличениегн _импульсногоАнДц

сопротивления:

ZQ

R0 0 *

(6 4)

-

так как всегда аы

/а0

<

1 .

*

в

неоднородном

Очевидно,

что

для

заземлителей

грунте

с верхним

более

проводящим

слоем,

т. е. при

pi<P2,

будет иметь место ослабление искровых процес

¬

сов в верхнем слое,

что

приведет

к увеличению отно¬

шения ан/а0

>1.

Для выяснения возможности расчета импульсного со¬

противления

заземлителей в

неоднородном

грунте zH

с использованием импульсных

коэффициентом

арэ,

приня¬

тых по эквивалентному удельному сопротивлению рэ ста

¬

ционарного

режима,

рассмотрена

закономерность рас¬

хождений между арэ

и действительным

значением

коэф¬

фициента ан. Для

этого значения импульсных

коэффици¬

ентов ан, полученные для заземлителей в

неоднородном

грунте,

сравнивались с импульсными коэффициентами

V На основании сравнения двух выражений для

вели¬

чин импульсного сопротивления заземлителей в неодно¬

родном грунте

Za=dnRa

*

(6 5)

И

-

=

(6-6)

определяется поправочный коэффициент для расчета гн:
*=«./«„	(6-7)

Отклонение поправочного коэффициента А от едини¬

цы характеризует погрешность расчета zB по коэффи¬

циенту api.

На рис. 6-10 для одиночных вертикальных электро¬ дов приводятся экспериментальные зависимости ан=

*=/ ( /) , полученные из измерений za в двухслойном грун¬

те при pi >p2, и для сравнения зависимости ap9 =f (/).

Как видно из сравнения этих	,		при	всех
	зависимостей
длинах одиночных электродов и	любом токе /	яи<Гар, и>
следовательно, Д =ав/ар9 <1.

125

Наибольшая разница между значениями ая и лрэ на*

блюдается

при

условиях

наиболее

благоприятных для

развития

искровых процессов, а

именно

при

наиболь¬

шем

токе

/=100

кА и электроде длиной /в=2,5

м,

пол¬

ностью

расположенном в верхнем

слое

грунта

толщиною

Я=5

м

(

см. рис.

6-10,

кривые /),

Однако

значительно

меньшее значение ан по сравнению с

арэ

не может

быть

следствием только небольшого превышения

pi

(равного

/,«?

'Х.ЧъЪрэ

л

КО

\

Ч

S,

0,8

\

с

ч

Рис. 6-10. Импульсные

коэф¬

Л

X

3

фициенты

вертикальных

к

Ч

X

электродов

в

неоднородном

08,

ан

и

о эквивалентном

по

Ч

N,

. 4

стационарному

режиму грун¬

ч.

те

арэ

в

зависимости

от

0,Ч

£

Л

S,

ч

ч

—

тока.

грунт

\

неоднородный

N

Pi

1450

Ом • м,

р2

150

Ом • м,.

*

ч.

Я

5

м;

—

,

„

эквивалент¬

\

-

1

ный

по

стационарному

режиму

0,2

ч

--

грунт—

рв;

/

,

2,5

м

,

р„

—

1370

Ом • м;

2*

-1—

5 м;

р

~

580

Ом • и;

3

—

/

ж

-10

м,

р

0

т

270-

Ом • м.

—

„-

20

60

60

80

кА

Ом -

—

1450

Ом

м)

над

рэ ( равного 1370

м) , определяющим

значение-

арэ.

Действительно,

зависимость

ан

верти¬

кального электрода /„=2,5 м от

-

тока

в области значе¬

ний

pi и рэ невелика

(см.

Меньшее

значение

рис. 6 3).

ан, а

следовательно,

и

zH

вертикального

электрода

при

/„<

Я объясняется, по-

видимому,

наличием

зоны искро-

образования, увеличивающей размеры заземлителя, и

направленными

пробоями

в

грунте,

приближающими

электрод к более проводящему нижнему

слою.

С

увеличением

длины

вертикального

электрода,

при длине /„> Я,

когда часть электрода находится

в

бо¬

лее проводящем слое

грунта

(см.

рис.

-

кривые 2, 3) ,

6 10,

влияние

тока на

интенсивность

искровых

процессов и

влияние неоднородности грунта снижается.

Расхождение между значениями

ав

и арэ

уменьшается

и Л стремится

к

единице

(рис

6-

11)

,

что

.

. Естественно

126

меньшем

/

=

4,5

значение

Л

также

мри

отношении

pi

p2

приближается

к

единице,

что

указывает

на

снижение

погрешности

при

использовании

для расчета

гя

в неодно

грунте

.

¬

родном

коэффициента

арэ

ав

и

арэ

Расхождение между значениями

коэффициентов

для

двухлучевого

горизонтального

заземлителя

без

вер

тикальных

электродов (

рис. 6-12,

кривые

1)

¬

существен

но

меньше,

чем

для

верти

¬

¬

1,1)

электрода

с

/в=

кального

0,

л

2 -

=

м

(рис.

6-10,

кривые

2,5

*

/ ) ,

а

следовательно,

ближе

4

1

к единице

и

А.

0,6

при

Сравним

значения

А

одинаковой

средней

плотно

¬

0,4

сти

тока,

стекающей

с

рас

¬

о,г

сматриваемых

заземлителей

и приближенно

характери¬

о

г

н

в

в

Ч

зующей

интенсивность

ис

¬

м

кровых

процессов

в

земле.

Например, при

см

4 А/

2

/=

Рис.

6-11.

Поправочный

коэф¬

для

двух

горизонтального

¬

фициент Л

для

расчета

одиноч¬

лучевого

заземлителя

с /л=

ных

вертикальных

электродов

=

=

¬

неоднородном

грунте

в

зави¬

20 м

(7

100 кА)

коэффи

в

их

длины

при

/=

циент

Д

0,29

/

0,34

0,85,

симости от

100 кА.

=

=

—

=

а для

вертикального

элек

¬

«.;

2

PI/PJ

« 4,5.

трода

с

=

м

=

/

Pi /Pa *

/„

2,5

(7

18,8

кА)

—

Д

=

=

0,14

/0,28

0,50.

меньшее

влияние

искро-

Причиной

этого

является

го

цого процесса

из-за

более

удаленного расположения

нижним

¬

ризонтального

заземлителя

от

границы

с

более

земли

сравнению с

вертикальным

Проводящим

слоем

по

также

фектродом.

Такое

объяснение

подтверждается

арэ

увеличением

разницы

между

значениями

ан

и

для

горизонтального

двухлучевого

заземлителя

с

вертикаль

рис.

6-12,

¬

ными

электродами

( /

2,5

м,

кривые

2)

по

в=

заземлителем

без

верти¬

Ьравнению

с горизонтальным

кальных

электродов

(

рис.

6-12,

кривые / ). Здесь

повлия

границе раздела слоев

¬

ло,

очевидно, приближение

к

вер¬

тикальных

электродов, несмотря на

снижение

плотности

тока,

стекающего

с

увеличенной

поверхности

лучевого

заземлителя

с

вертикальными

электродами

.

элек

Дальнейшее

увеличение

длины

вертикальных

¬

тродов

у

горизонтального

заземлителя

до

/в

5

и

10 м

из-за

=

/

и

рас-

Ослабляет

искровой

процесс

уменьшения

Ь

127

ТаблИ Поправочный коэффициент

Характеристика ааммлителя

Вертикальный электрод

/„,

М

2 ,5

5

10

PI /PJ

=

10

0,50

0

,70

0

,93

Pi /Ра

=

5

0,78

0,88

0

,98

КН, лрЭ

1,2

h'\ I

I

| I

\ l j

1,0

0,8

/

0,6

V

X

/=2A

4

02

1

го

1

12.

*t0

60

80

100

ПО

к*

Рис.

6

Импульсные

коэффициенты

двухлучевых

заземлителей

в неоднородном

а„ и в

эквивалентном по стационарному

(/„

20-

м)

=

режиму грунте

аpi

в зависимости от тока.

м.

Я 5

м;

неоднородный

грунт

,

1450

Ом

•

м

,

ра

150

Ом

•

^

р„ 1300

эквивалентный

по

стационарному

режиму

м.

грунт

рв;

/

/

0,

Ом • м; 2

-

гв

»

2.5

и; рэ

1200 Ом • м;

3 - la~—5

рэ

—

7Б0 Ом •——м;в4--

-

/в = 10—

м.—

рэ-260 Ом •

м.

положения части- длины электродов в земле с меньшим

02=3(15 ÿ <). В результате разница между значения¬ ми ан и арэ уменьшается ( рис. 6-12, кривые 3, 4 ) .

Значения А для вертикальных электродов и двухлу¬ чевых заземлителей приведены в таблице. Как видно из

и б/н

при /=100 кА и Н=5 м
		'л		-20 м		Двухлучевой ааземлитель			/л=ю м
0	2 ,	5			5		10	0	2.5		5	10
0—,85	0—,	80		0—,	91		0—,96	0—, 74	0—,78		0—,88	0—,95

таблицы, коэффициент Д стремится к единице с умень¬

шением отношения

pi /рг

и

с

увеличением размеров

за-

землителей. Естественно, что с уменьшением толщины

верхнего слоя и тока / поправочный коэффициент А

также будет стремиться к единице из-за уменьшения

влияния искровых

процессов,

являющихся

причиной

расхождения коэффициентов ан

и

арэ.

9:

Проведенный анализ показывает,

что при расчете гн

^заземлителей

ВЛ в неоднородном грунте с верхним

ме-

Siee^

проводящим

слоем

( р1

>

рг)

с

использованием

им¬

пульсных коэффициентов

арэ

в

расчет вносится ошиб¬

ка,

преувеличивающая значение z„заземлителя. Найден¬

ные

значения

А,

вводимые

в расчет сопротивления zH

ию

выражению

(6 6) и

компенсирующие эту ошибку,

утри

рассмотренном-

соотношении

pi > рг всегда

меньше

единицы.

что

расчет

в

неоднородном

грунте

Очевидно,

\$^с верхним более проводящимгпслоем

(pi <pa)

с исполь¬

зованием коэффициентов <*рэ

внесет

ошибку,

преумень¬

шающую z„,

и,

следовательно,

при

этом Д>1.

Глава седьмая

ИМПУЛЬСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ И ГРОЗОУПОРНОСТЬ

ПОДСТАНЦИЙ ВН ПРИ ПРЯМЫХ УДАРАХ

МОЛНИИ

7-1. Исследование импульсных сопротивлений

заземлителей подстанций ВН

Задача исследования импульсных

сопротивлений за¬

землителей подстанций заключалась в выяснении их за¬
висимостей от	.размеров	и	конструкции	заземлителя,
9— 534				129