ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

с р=500 Ом * м предельно			используемый		размер	сетки
уменьшается	примерно	до	60 м, а	в	грунте	с р=
=250 Ом -м —	до 45 м.	Исследования		показали		также,
что добавление к сетке вертикальных электродов						также
уменьшает этот предел из-за увеличения проводимости
заземлителя и замедления переходного процесса						в кон¬
туре с индуктивностью.
Заземлители подстанций обычно имеют размеры вы¬

ше предельно используемых при растекании токов мол¬
нии. Поэтому естественные						протяженные			заземлители
(системы трос		опоры,		оболочки кабелей и др.) , нахо¬
дящиеся за пределами—				заземлителя подстанции, не мо¬
гут оказать	влияния		на		снижение		zK	при	вводе тока
в центре заземлителя			и	поэтому во внимание не прини¬
маются.						заземлителя от квадратной,
При отступлении формы
но с той же площадью				5	ги изменится. Это				обстоятель¬
ство вносит некоторую погрешность при использовании
приводимых	ниже а квадратных заземлителей, завися¬
щих от VS	,	и отличает импульсный						режим заземли¬
теля от стационарного.				Как		известно из § 3-2, изменение
отношения длины стороны						заземлителя от 1 : 1				до 2 : 1
при постоянной его площади S практически не										меняет
стационарное		сопротивление R заземлителя.								Следует
отметить, что небольшое отступление формы заземли¬
теля от квадратной при сохранении той же площади 5
и при вводе тока вблизи центра							заземлителя малосу¬
щественно. Для расчета					в	таких	случаях		могут быть

использованы приводимые ниже импульсные характерис¬

тики квадратных заземлителей в зависимости от ]/5.

Расчета, позволяющего оценить с допустимым при¬

ближением поправочный коэффициент к импульсным ко¬

эффициентам заземлителей квадратной формы при ис¬

пользовании их для неквадратных заземлителей с вво¬ дом тока на стороне, в настоящее время не имеется.

Зависимости импульсных и стационарных' сопротив¬

лений заземлителей от удельного сопротивления грунта.

Зависимости zH=f ( p) и R=f ( р) даны на рис. 7-4. Из

сравнения этих зависимостей видно, что с увеличением

удельного сопротивления грунта импульсное сопротив¬ ление заземлителей растет медленнее, чем их стационар¬ ное сопротивление.. Причиной этого является усиление искровых процессов у заземлителей из-за увеличения

140

напряженностей поля в земле (£=/р) и уменьшения

относительного влияния их индуктивности.

Следовательно, с увеличением р импульсный коэф¬

фициент а снижается, что говорит о лучшем использо¬ вании—заземлителей в более плохих грунтах, тогда„ как при р >-0 а— мх>. В точках пересечения кривых z и R

коэффициент а=1. Чем больше размеры заземлителя,

тем при большем значении р коэффициент а=1.

	Zu R		VJ -го»		R	/	о \S -20M-
8				N
						/
							2 s .	Я
					?
7								%
								£
6								zu
5							2
			/					Vs=80n
							ги
ч
							я
			/ Y'J
3							7.и Vs ~ 8вм
					г	Я		1/ =8 м
г								п -16
	/
				300		400		Р
	100		200				500	600 Ом м
Рис. 7-4. Зависимости			импульсных и стационарных					сопротивлений за¬
землителей	из сеток	и	сеток	с вертикальными электродами					от удель¬
		ного сопротивления грунта.						кА; 2 — / = 100 кА.
	тф” 6 мкс;			— Тф = 3 мне;			/ — /= 40

Добавление вертикальных электродов по контуру се¬

ток с У‘£=20 < и 1^5=80 м ослабляет искровой и за¬

медляет переходный процесс у заземлителя и а уве¬

личивается, что видно из пересечения кривых ги и R

при больших значениях р.

141

Еще сильнее сказывается на ги

сетки с|/5 =80 м

уменьшение длительности фронта с Тф=6 до 3 мкс; зна¬

чение

а=»1

достигается

при

еще ббльшем р (пересече¬

ние

кривых

за

пределами рисунка) , при котором дли¬

тельность

переходного

процесса, характеризуемая вели¬

чиной

Ti,

уменьшится.

коэффициентов

заземлите-

Зависимости

импульсных

лей

от удельного

сопротивления грунта.

Эти

коэффи¬

циенты приводятся

для-

сеток

на

рис.

7-5 и для сеток

с вертикальными электродами на рис. 7-6.

,

ос

У

27

2,6

-

»

t

“Iо

1,2

2,5

V

\

гм

*5-

У

ÿC

1

2,3

V

Ч

м

3„

2 1

0,7

y/S=40M

г-

,

0,6

4

гл

Р

У

0,5 О

400

200

г>>

600

800 Ом м

U

1,7

1,7

ос

1,6

1

1,6

1,5

1,5

л[5=60 м

<

1Л

1Л

\

,3

а

1,3

1

1,2

V

1,2

X

1 1

1,1

,

*

Ч

^V з

1,0

1,0

г

0J

4

0,3

0,8

0,6

4

9,

0,7

7

4

0,6

0,6

р

р

200

400

600

0,5О

Омм

200

400

600

800 Ом м

Рис.

а)

зависимости от удельно

7 5. Импульсные коэффициенты сеток в

¬

-

го сопротивления грунта.

—

20. м.

*Т= 40 и,

R =0.0134 р

в VT=

R*0 0266р и

s=80 И.

.

R =0

00644

р: в

-

.

=

,

V^

=

=

=

, .

;

9 —Vs= 60 м R

0.00857р. /

/

10 кА

т({)

3 икс: 2

1

100 кА

*ф tq 3 икс;

142

3

— 1

Ю кД,

— ziG мкс', 4

—1

= 100 кД.

—Хф

ев мкс

Зависимости a=f ( p ) даны при

/=10 и 100 кА,

тф=

=3

и

6 мкс.

Из

рассмотрения

этил здэисимостей видно

сильное влияние

увеличения р

на

снижение

а

вааемли*

телей, в особенности существенное для заземлителей

больших размеров

с

коэффициентами

а»1.

Для

сетки

малого

размера с

] S

=

-

20 м

. 7 5

уже

при р

200 Ом

м и

/

(рис

,а)

/=100 кА

из-за интенсивных искро¬

вых

процессов -

относительно большой плотности то

^

при

-

2,3

2,2

г,г

г,о

из

1,8

U7

1,5

U3

U3

1,2

иг

го

0,3

0,8

0,7

0,6

0,50

" yS=S0 м , -

г

%\S=* 80M

VS=20M

Н* ^\[S=20M

P

200 900 a )600 OM -M

из <х

1,0

0,3

0,8

0,7

0,6

0,50

1,8

U7

U6

Uиз5

из

из

Ut

ио

0,9

0,8

0,7

0,60

Ч Ч

4 ^2

4

JS-'tOM

р

200 000 600 Омм

ч

\г

%КЗ3

TJS=60M

P

ZOO 900 600 OMIм

Рис. 7-6.

Импульсные

коэффициенты сеток с вертикальными электро*

дами

в

зависимости

от

удельного

сопротивления

грунта (/«

8 м;

/

=

=

—

= 0.0О527р

а

1ш

2,5).

в

VS\ 80 м,

в

/5"= 20 ы. R <= 0.0172р: б

V<f

40 м. R =0,0103р;

=

*R

=

=

10 кА.

2—

=

ф=

9

V^5

=60 м,

0

,0069р;

I

/

Чф

3 икс;

I

Ю0 кА, 1

3 икс;

3 —

/—

10 кА,

Тф—

—6

мкс;

4

-/-100 кА, Тф——

в мкс—,

143

ка j коэффициент	-а	<		0,8. Однако				при размерах зазем-
лителей с VS >	20		м			снижение		коэффициента	до а< 1
наблюдается лишь	при					значительно больших р.			Анало¬
гичная картина наблюдается							и у сеток с вертикальными
электродами ( рис.	7-6)				,	но с	относительно более высо
кими значениями а.									¬

2,1

1,0

1,7

1,5

1,3

1,1

0,3

0,7

а	1	>	ot	г
									I
								/	1
							7
						Ом-м	IL .
				р -200			f		/
						V	/		/
							/	/
						/	/
						/
						/
				2		/
						V
				У	/
					Р	000	Ом-		м

/ 1

2

1 2

г

.	I
f	i
(
	3,0	а
		~
	ц
	1,6
	Р
	1
	1,2
	1,0
	08
	0,6

VA

2 3

0,5

20

00

SO

м

0,0

00

60

Я М

Рис.

7-7.

Зависимости импульсных

коэффициентов заземлителей

из

сеток

си

(

)

и сеток с

вертикальными

электродами

а2 (

)

от размера стороны

заэемлителя

при Тф =3 мкс.

7-8.

/ - /

=10

кА; 2 -

/ =100

кА.

Рис.

Области

значений

импульсных коэффициентов сеток в зави¬

—

—

-

-

-

—

—

симости

от

размера

их стороны.

1

2

р 200-г 600

Ом - м,

/. 10

кА,

тф

3

мкс;

3 4

— р=200+000 Ом -м,

/

-100

кА, Тф-6 мкс.

Увеличение

размера

заэемлителя

ведет к

усилению

зависимости

а

от

Тф, а

именно

к увеличению

а с умень¬

шением

тф.

Это

связано

с

возрастанием длительности

переходного

процесса

в

заземлителе,

характеризуемой

величиной

Т1,

вследствие

индуктивности заэемлителя

и

снижения

его

R.

Меньшему

отношению Тф / 7\

соответст¬

вуют большее

влияние

индуктивности

переходного про-

144

кальными электродами, уменьшает интенсивность искро¬
вых процессов	и их влияние на снижение импульсного
сопротивления	z	по сравнению	с сеткой без вертикаль¬
ных электродов.^Кроме того, более низкое стационарное
сопротивление	R2	увеличивает длительность					переходно¬
го процесса, характеризуемого			величиной			Ti=Ll / n2R2.
В результате а2>		сц.
С увеличением		размера заземлителей влияние искро¬
вых процессов	уменьшается, увеличиваются						индуктив¬
цесса и, следовательно, увеличение а.					Как		видно из
рис. 7-2, только у заземлителей с				|AS =20 м влиянием
Тф на 2И можно пренебречь.			а	от размера заземли¬
Из сравнения зависимостей
телей (рис. 7-7) видно, что импульсные					коэффициенты
сеток с вертикальными электродами т=гг№г по срав¬
нению с сетками без вертикальных электродов ai=Zi / Ri
существенно выше, в особенности при малых размерах
заземлителей.					меньшая плот¬
При одинаковых токах заземлителей

ность тока, стекающего с поверхности сетки с верти¬

ность

и ее влияние на

импульсное сопротивление, так

как снижаются их Rь

R2

, а ai и а2 растут.

уменьшается

При

увеличении

сопротивление

Rt

быстрее,

чем

Rv

вследствие

чего зависимость

а, =

=

/

S)

(см.

рис

.

7 7

)

растет

круче

,

а

а

,

и а

¬

/|(

-

аа/а,

, сближа

ются,

т. е. отношение

уменьшается.

заземлителей

В результате

с

увеличением

размера

влияние вертикальных электродов на

снижение za

сетки

уменьшается

и

отношение

z.

R,а,

а,/а.

стРемится

z

=W a

==R /

R'

к единице.

Отсюда следует, что большее влияние вертикальных

электродов на снижение

zn

будет у сеток меньших раз¬

меров.

В табл. 7-2 приведены значения

z2 /Zi

для сеток

S =20 м при Тф=3—

6 мкс.

zu

с

Из отношений z2/Zi

видно,

что

снижение

сетки

=20 м от добавления

вертикальных электродов

не превышает примерно 25%.

изменения

а в

пре¬

На рис. 7-8 даются две

области

делах р=200н-600 Ом м в зависимости

от

размеров се¬

ток у^З»:

при / =10 кА и Тф =3 мкс и

при / = 100 кА

и тф =6 мкс.

10—

534

145

Таблица 7-2

Отношение

импульсных сопротивлений сеток с

вертикальными'электродами

без них

грунта р, Ом-и

Отношение zt /Zi

при токе /, кА

10

100

200

5 0,77

=

t0,90

400

=

=

=5=0,75

=5:0,83

Импульсные коэффициенты

заземлителей

получены

из измерений

в однородном

грунте

с

удельным

со¬

противлением

рис

небольшой

погрешностью

могут

быть

использованы и

для

неоднородного двухслойного

грунта с

эквивалентным

удельным сопротивлением рв

стационарного

режима, т.

е. при 50 Гц.

расчете

Действительно, в § 6-2

отмечалось,

что при

2И заземлителей

в двухслойном

неоднородном

грунте

с использованием

ар9

стационарного режима

вносится

небольшая ошибка, которая может быть

скомпенсиро¬

вана поправочным коэффициентом А (см. табл.

гл.

6) .

При

pi /p2> l

эта

ошибка преувеличивает истинное со¬

противление

заземлителя,

при

pi/ p2 <1

преуменьшает

его.

При

увеличении размеров

заземлителя

ошибка

уменьшается. Учитывая это, а

также реальные

размеры

заземлителей подстанций,

расчет

их импульсных

сопро¬

тивлений

в

двухслойном неоднородном грунте

может

производиться

по импульсным коэффициентам

арв

при

эквивалентном удельном сопротивлении грунта р8 ста¬
ционарного					режима без учета поправочного коэффициен¬
та А.
Максимальное напряжение и напряжение в момент
максимума					тока заземлителя. Как уже отмечалось выше
(см.	рис. 7-1),					максимальное	напряжение на заземлите-
								¬
ле превышает напряжение в момент максимума импуль
са тока и соответствует меньшему времени								с начала его
протекания.
Оно		может быть выражено следующим образом:
где		za	и а			U~kuI=kIza— klRa,		(7-3)
	uIt					напряжение, импульсное сопротивление
и импульсный						—коэффициент в момент максимума тока
/; k	UlUj				коэффициент,		учитывающий	превышение
максимума=				—напряжения на заземлителе над				напряжени¬
ем при максимуме тока (табл. 7-3).

146

Таблица 7-3

,напряжения %

изначения коэффициента k при т =6 мкс и /=100 кА

для заземлителя-сетки с ячейками ЮХЮ м2 без

вертикальных и с вертикальными электродами

/в=8 м, п=16Длительность импульса

		Без вертикальных электродов								С вертикальными
							5. м			электродами
Измеренные						^
параметры				4			6	р. Ом			80
			Удельное				сопротивление		м
	500	250	500		250		500	250		500	250
V, МКС	5	4	3		3		2	2		2	2
k	=5:1	1,04	1,03		1, 1		1,22	1,32	1,28		1 ,35

Как видно из табл, 7-3, длительность фронта им¬

пульса напряжения хи тем меньше, чем больше размеры заземлителя, его насыщенность электродами и меньше р, т. е. во всех тех случаях, когда влияние индуктивно¬ сти возрастает. С уменьшением хи длительность воздей¬

ствия на изоляцию повышенного напряжения уменьшает¬ ся, а значения коэффициента k при этом увеличиваются.

7-3. Снижение потенциала на заземленных корпусах оборудования при удалении их от места подсоединения

молниеотвода к заземлителю

Существенное снижение потенциала на заземленных

корпусах оборудования, а следовательно, и напряжения
на его изоляции в определенных условиях может быть
достигнуто			путем	удаления места присоединения к за¬
землителю			корпусов оборудования от места подсоедине¬
ния к	нему молниеотвода; например, путем использо¬
вания	для		их	присоединений разных	магистралей
[53, 54].
Действительно, как видно из рис. 7-9, при удалении
от места		ввода тока длительность фронта импульса на¬
пряжения		на заземлителе увеличивается,			а максималь¬
ное значение импульса снижается.

10*

147

Для выяснения условий, при которых

удаление от

молниеотвода места подсоединения к заземлителю

кор¬

пуса оборудования может существенно снизить напря¬

жение

на его изоляции, проводились исследования рас¬

пределения

потенциала

по

заземлителю.

Снимались

осциллограммы потенциалов

на

заземлителе

в

месте

ввода

тока

( U0 )

и

на различном

расстоянии

от

него

( Ux) при разном максимальном значении импульса то¬

ка, но с постоянной длительностью его фронта Тф и дли-

нЛ

на

wo

Ч X

so

50

200

V*

О

5

100

i

г

о

го гч

t

*

8

12 16

28 32

36 *О

*8

мне

Рис. 7-9. Стилизованные

осциллограммы

тока и напряжения на раз¬

личном

удалении

от

места ввода тока

в

сетку

(при р=185 Ом - м).

/ — ток,

/ —НО кА.

Тф/Ти =6/35 мкспри; 2 —X jи~40прим..v0 =0; 3 —

и при Х\ —20

м; 4 — и

дельностью импульса ти,

т. е. времени от начала импуль¬

са до момента спада его

до значения, равного половине

максимального.

на

заземлителях-сетках

Исследования

проводились

и на сетках

с

вертикальными

электродами

размером

/

в

грунтах

с

р

=

188 ч- 467 Ом -м

,

при

| S=40 и 80 м

/=Ю-ь-120 кА и

Тф /ти=6 /35 мкс.

Несколько измерений

было

сделано при Тф /ти=12/48 мкс.

вводе

тока

Измерения проводились в основном при

в центре заземлителя. На сетках

размером yrS =

40 м

выяснялось также влияние

места

ввода тока

(в

центре

или в угол заземлителя) на его потенциал

при одинако¬

вом расстоянии от места ввода тока.

установлено:

На

основании

этих измерений было

распределение относительного

максимального

потен

¬

циала

Ux /Vo=f { x )

по заземлителю практически

не за

-

148

висит от значения тока I и

графики UxjU0=f ( I ) пред¬

ставляют

собой

прямые

линии, параллельные оси

абсцисс;

Тф/ти=

при увеличении длительности импульса тока с

=6 /

35 до

12 /48 мкс

распределение относительных

ма¬

ксимальных потенциалов по заземлителям-сеткам сущест¬

венно выравнивается.

Так, например,

при сетке с ]/SJ=

=40 м и р=290 Ом

-

м

на расстоянии х=40 м

(по полосам

сетки) от места ввода тока

в центре

заземлителя

UX

/UQ

увеличивается на

25%

;

ииох

при удалении от ме¬

X , X ,

ста

ввода

тока

в

углу

1,0

заземлителя-

сетки от¬

И ЬОм

носительный

макси¬

мальный потенциал за¬

0,9

\

землителя

ниже,

чем

2

при удалении от

места

,

3

ввода

тока

в

центре

Н

заземлителя

.

Так

на

0,8

х, х

хг

,

¬

V

«Дм

пример,

снижение

*

QS*

U x f U0

на

расстоянии

1.1

*=40

м

от угла до

0,7

II

угла

заземлителя сет¬

5

£

ки больше

на 12%

-

при

Б

р=570

Ом -м и на

17%

0,0

7

при

р=260 Ом -

м,

чем

от центра до угла;

ft

Э

на

всех

заземлите-

0,5

лях

из

сеток

и

сеток

80

м

10

с

вертикальными элек¬

тродами

измерено

не¬

X

большое изменение по¬

тенциала

по

контуру

20

н0

при

вводе

тока

в цен¬

Рис.

7-10. Распределение

относитель¬

тре

заземлителя.

ного

максимального

потенциала

по

На

рис.

7-10 приво¬

заэемлителям-сеткам

и сеткам с вер¬

дится

распределение

тикальными

электродами

(/D=8

м)

относительных

макси¬

в грунтах с разным удельным

сопро¬

мальных

потенциалов

тивлением, при импульсе тока Тф /ти=

=

6/35 мкс.

=

f

( x)

для зазем-

Крнвые . .

.

Ux / U0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

р, Ом- м . . .

467

322

435

322

431

413 286 259 188 219

лителей-сеток

и

сеток с

вертикальными

электродами

с /в=8 м при а/ /в=2,5 размерами

]AS =40 и 80 м при

149