ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

вводе тока в центре заземлителя. Как видно из кривых

на рис. 7-10,

наиболее сильное снижение

относительно¬

го максимального

потенциала

по

заземлителю

наблю¬

дается вблизи места ввода тока, а

по

мере

удаления

от него это снижение уменьшается и

практически

пре¬

кращается.

/

-

Например,

у заземлителя

сетки и сетки с

вертикаль¬

ными электродами с

] S =40 м на

расстоянии

л:= 20

и 40 м от

места

ввода

тока

измерены

одинаковые

по¬

тенциалы в грунте с р=467 и 435 Ом -

м (кривые /,

3) .

С уменьшением

р,

с

увеличением размера заземлите¬

ля

и

при наличии

вертикальных электродов

снижение

относительного максимального потенциала по заземли¬

телю

увеличивается, что является следствием

возраста¬

ния

длительности переходного процесса.

Поэтому

снижение

относительного

максимального

потенциала

у сетки с }/S=80 м больше по

сравнению

с

5

40 м при одинаковом расстоянии от места

вво¬

да1^тока=. Например, на расстоянии х=40 м от места ввода

тока

в грунте с

р =467 Ом м у сетки с

J/~S"=

40 м

(кривая /) относительный максимальный

потенциал

Ux

/

=

U

0

=0,91, а

примерно в

том

же

грунте

с

р

=431 Ом м

(кривая 5)

у сетки

с j/S =80 м

—

=0,69.

Таблица 7-4

MJX

,

%, по

Снижение максимального

потенциала

заземлителю

сетке из

ячеек

10><10 м*

на

разных

расстояниях-

от

места

ввода

тока

Размер сетки Vs, м

40

80

Удельное со¬

без

вертикаль¬

с

вертикальны¬

без вертикаль¬

с вертикальны¬

ных

электро

ных

¬

противление

дов

¬

ми электродами

электро

ми электродами

грунта

р,

Ом м

дов

Расстояние

х, м

20

40

20

40

20

40

20

40

200

25

39

45

49

55

51

60

300

11

15

17

21

36

42

37

45

450'

8

9

13

15

32

36

33

40

П р и м е ч а

н и е.

Для

заземлителя

с КГ

40

м

расстояние от его neirr

-

ра до середины стороны контура н

дс^40

м

—

до—угла ааэемлителя— .

150

	В	табл. 7-4 приводятся примерные значения сниже¬
ний		максимального потенциала,							%:	(7-4)
				AU,= U‘~U*					100
по	заземлителям-сеткам с уг£							=40 и 80 м и по		таким
же сеткам			с вертикальными					электродами ( /в		8 м,
а/	/в=2,5) в		грунтах с			р=200,		300, 450 Ом * м при=вводе
импульса тока (тф				/	= /		35 мкс)		в центре заземлителя.
					ти	6
	7-4. Грозоупорность подстанции при прямых ударах
		молнии с использованием ее заземлителя
I			для заземления молниеотводов

Повреждение или перекрытие изоляции на подстан¬

ции при прямых ударах молнии может быть по двум причинам: из-за прорыва молнии мимо молниеотвода и

из-за возникновения высокого потенциала на заземлите-

ле пораженного молниеотвода, приводящего к обратно¬

му перекрытию изоляции с заземлителя на токоведущие

части установки.

К защите оборудования подстанции от грозовых пе¬

ренапряжений предъявляются значительно более высо¬

кие требования, чем к защите линий. Перекрытие изо¬

ляции на подстанции в большинстве случаев означает

дуговое короткое замыкание в непосредственной бли¬ зости от сборных шин, которое может привести к систем¬ ным авариям. При перекрытии внешней изоляции воз¬

никает так называемый срез с практически мгновенным

спадом напряжения до нуля, что приводит к появлению

больших градиентов перенапряжений в обмотках транс¬

форматора, могущих вызвать повреждение продольной
изоляции. Пробой внутренней изоляции, в отличие от
перекрытия внешней	изоляции, это в большинстве слу¬
чаев необратимый	процесс, приводящий—	к выходу из
строя аппарата с	необходимостью капитального ре¬
монта.

Зоны защиты молниеотводов определяются на моде¬

лях обычно с допущением некоторой вероятности про¬
рыва, т. е. поражения защищаемого объекта, 0,001.			Под¬
счеты общего числа ударов в молниеотводы защищае¬
мой подстанции за год при	известной поражаемости
1 км2 расчетной площади и	с учетом	вероятности	про¬
рыва дают столь малую возможность		поражения	обо-

15 1

рудования подстанции, что ею можно пренебречь. По¬

этому грозоупорность подстанции при прямых ударах

молнии практически определяют лишь последствия уда¬

ров молнии непосредственно в молниеотводы.

При числе опасных ударов молнии в молниеотводы за год п расчетное число лет безаварийной работы, т. е.

показатель грозоупорности подстанции при прямых уда¬

рах молнии будет М=1 /я. Для обеспечения как можно

меньшей вероятности повреждения изоляции подстанции

значение М должно быть значительно больше нормаль¬ ного срока службы оборудования. Однако задача обо¬

снования допустимого значения показателя М пока еще

не решена. Поэтому показатель М в настоящее время

используется как критерий для приближенной оценки и сопоставления различного выполнения грозозащиты

[55].

При установке молниеотводов на конструкциях ОРУ,

к которым крепятся гирлянды ошиновки подстанции,

потенциал молниеотвода в месте крепления гирлянды

будет выше, чем потенциал заземлителя из-за падения

напряжения в индуктивности конструкций с молниеот¬

водом на участке от основания конструкции до места

крепления гирлянды. Однако, учитывая значительно бо¬

лее высокую импульсную прочность используемых гир¬

лянд, имеющих повышенное число элементов по сравне¬

нию с импульсной прочностью аппаратов подстанции,

число обратных перекрытий при прямых ударах молнии

определяется далее вероятностью перекрытия изоляции аппаратов, а не гирлянд.

Потенциал на заземлителе подстанции опасный для
изоляции	оборудования,	как было показано выше
(см. § 7-2), может быть как из-за большого значения
импульса тока молнии, так и из-за большой его крутиз¬
ны при меньшем значении тока.

Для определения вероятности обратных перекрытий

необходимо знать опасные значения параметров мол¬ нии (максимальные значения импульса тока и его кру¬

тизны) для изоляции оборудования подстанции данного
номинального напряжения.	Для этого строятся вольт-
амперные характеристики	заземлителя u I=f (I ) , т. е.

зависимости потенциала на заземлителе в момент ма¬

ксимального значения импульса тока от максимального значения этого тока, при разных длительностях его

фронта. Эти вольт-амперные характеристики заземлите-

152

	700				7				/	“
	кВ Ur								I		i
	600														/		/¥_		/
							JP 3												У
	500								a												n
							d -								TZTiy
	kOa							&				ж					/	5
	300																	6
	m							5	m							so6_)ioo			\7 -- Ш
	wo								I												I
				го		soa)so				о го			oo		so				wo
		о	-		oo			wo	woкA												кA
Рис.						-	амперные		характеристики					сеток			и	испытательные
			7	11. Вольт												и
напряжения оборудования									подстанций 220,						ПО		35 кВ		(горизон¬
	—							тальные прямые).														—
I		JJисп			подстанции			220 кВ; II		UBсп			подстанции					ПО	кВ;		III
								U исп подстанции—				35 кВ.
				Кривые					я-К$ = 2 0 <:						3			4	5
									1				2
				р,	Ом м				900			282			282		141		141
				Тф, мкс					1 , 5	6			3		6			3	6
	Кривые							I	б - Vs—= 80 м.						4		5		6		7
									2			3
	р,		Ом-		м			1000	1000		1000			280		280		280		280
	Цф,			мкс				1 ,5	3			6		1	,5		3		6		12

ля сопоставляются с импульсной прочностью изоляции

оборудования, характеризуемой испытательными напря¬

жениями ( рис. 7-11) [56].

Выше отмечалось, что максимум импульса напря¬ жения на заземлителе из-за индуктивного падения на¬ пряжения ,на фронте импульса тока опережает по вре¬

мени максимальное значение импульса тока ( рис. 7-1).

Превышение U над напряжением U j в момент, соответ¬

ствующий максимуму тока		/, характеризуется		коэффици¬
ентом k=U / Ui	, который,	как видно из	табл.	7-3, растет
с увеличением	размера	заземлителя.	Однако одновре¬

менно с этим уменьшаются и длительность фронта им¬ пульса напряжения, а следовательно, и длительность

напряжения, близкого к V , воздействующего на изоля-

153

цию. При этом коэффициент k близок к отношению зна¬

чений испытательных напряжений при срезанном (/Ср=

=* 2 икс) и полном импульсе напряжений.

При определении опасных параметров с приближе¬

нием в сторону запаса принимается, что напряжение

на

изоляции оборудования равно полному потенциалу

за-

землителя, т. е.

не учитываются снижение потенциала

заземлителя

по

мере

удаления

от

места

ввода

тока,

а также и

некоторый коэффициент связи между ошинов¬

кой ОРУ

и

заземлителем.

В то

же время следует отметить, что располагаемые

экспериментальные данные по импульсным

сопротивле¬

ниям заземлителей

подстанций

относятся

к наиболее

благоприятному

частному случаю —

вводу

тока

вблизи

центра заземлителя. Поэтому определяемые по этим дан¬

ным опасные параметры молнии позволяют лишь при¬

ближенно

оценить

грозоупорность

подстанций

35

и

110 кВ

при

прямых ударах

молнии

для

возможных

в практике случаев

и

решить

вопрос

о

возможности

установок

молниеотводов на

конструкциях

ОРУ.

со¬

. Учитывая

все это, на данном

этапе

исследований

поставление

вольт-амперных характеристик заземлите¬

лей производится далее с испытательным напряжением

при полном импульсе.

Значения этих

испытательных

на¬

пряжений,

соответствующих

оборудованию

подстанций

напряжением 35, ПО и 220 кВ, в виде прямых, парал¬
лельных оси			абсцисс, нанесены	на графике с вольт-
амперными			характеристиками	заземлителей сеток
J	/S	=	-	-
с		20 и	80 м ( рис. 7 11).
	По точкам пересечения вольт-амперных характерис
					¬

тик с горизонтальными прямыми испытательных напря¬

жений для подстанций 35

и

110 кВ определяются опас¬

ные максимальные значения

импульса тока молнии

I

и

соответствующая ему

крутизна а

7 Тф при разных

дли¬

тельностях

фронта

импульса

тока=тф/.

так

Подстанции

220

кВ далее

не

рассматриваются,

как при реальных для этих подстанций размерах

зазем¬

лителя

/5

80 м опасные для них удары молнии

,

с

то¬

1

=

вероятности,

как

видно

из

рис

7

воз

¬

ками большой

грунтах с

.

-11

можны

лишь в

р>1000 Ом

-м,

в которых- ис¬

следования

импульсных

характеристик

заземлителей

подстанций

не проводились.

опасные

значения импуль

На

рис.

7 12 приводятся

сов токов молнии с

=1

5;

; 6

12 мкс

¬

-

Тф

,

3

;

для

подстан

154

НА	/
гоо
180
160		\
но
		\ X < >
120
	S	ч	4'Чг
100		чN	N Ъ^ь-
80	ж		-V
60			£у .	I
			*
00	Ч		& с -Й2*.
			*

20

КСр

о200 ООО 600 800 Ом-м

Кривые

р, Ом м

кА/мкС

4'

\

XА

у

$

а

Ч

\\

\

кл

V\

\

\

1

I

\

2

л

Л

Г

\

\

п

V

Ч

\\

\

'

V

о

3 0

I

00

80

120

160 200 кА

I

Рис. 7-13. Кривые

опасных зна¬

чений

параметров

молнии

для

подстанций

110 и 35

кВ при

за-

землителях

сетках

с размером

-

К5‘ =

80

м.

/ - ПО кВ; //

-

3 5 кВ.

1

2

3

4

150

250

500

1000

Рис. 7-12. Опасные значения токов молнии с различными Тф для под¬ станций 110 и 35 кВ при заземлителях-сетках размером Vs =80 м

без вертикальных	электродов и с вертикальными				электродами (я/,)
	в зависимости от р.
/ - ПО кВ; // -35 кВ		Ячейки сетки, м*		п!в.м
	Обозначения
	—	юхю		32—X4
	•	20X20
		юхю
		юхю		16	4
	О	юхю		X
	д			16X8

ций ПО и 35 кВ в зависимости от сопротивления грунта

для заземлителей размером 1^3 =80 м из сеток (кри¬

вые) и сеток с вертикальными электродами (отдельные точки). Из зависимостей, приведенных' на рис. 7-12,

видно значительное снижение опасных значений импуль¬ сов токов с увеличением р и уменьшением Тф. Опасные

значения токов для подстанций 35 кВ в несколько раз

меньше, чем для подстанций 110 кВ. Вертикальные элек-

155

гроды повышают опасные Значения токов, в особеннос¬

ти более длинные вертикальные электроды

с /

в=8 м,

тогда

как

более

редкая

сетка

с

ячейками

20 x20 м2

уменьшает

их.

рис. 7-12 построены кри¬

На

рис.

7-13 по данным

вые опасных параметров a=f ( I ) для подстанций 35 и

ПО кВ при

заземлителях-сетках с размером

]AS =

=80 м и ячейками 10x

10

м2

при удельном сопротивле¬

нии

грунта

до

р

=

’

Ом

-

м. Все разряды молнии,

1000

имеющие параметры а и I , находящиеся в пределах пра¬

вой области, являются опасными и могут

вызвать по¬

вреждение

изоляции

оборудования

[2, 55].

/

(Р,) и кру¬

По кривым вероятности тока молнии /

тизны тока молнии a=f ( Pa )

,

приведенным=в

[2, 3, 55],

определяются вероятности

опасных значений тока и его

1,0

I

I

1

0

Ра

Р =

0,032

1,0

Ра

\

Р

,

Р = 0,35

=

0 072

0 8

,

0,8

0,8 \

,

0

6

0,6

0,8

,

О,

0Л

0А

*

0

2

0,2

I

о,г

Pi

,

Pi

1

Pi

о

0,2

о

I

0

06 0,8

1,0

0

0

г

0,6 0,8 1,0

0,2 0А 0,6 0,8 1,0

1

0,2 Л 1

,

1,0

J

1,0

3

I

ра

Р

0 185

Р=

,0

V*

0,075

0,8

'

а

Р

=0,30

0,8

= ,

08,

н—

0,8

0

6

,

,

06

0А

0А

%

ЯЛ

Pi

о,г

Pi

0,8

Pi

о

0

О

0,2 /7,4 0,8 0,8 1,0

0,2 0А

0,6 0,8 1,0

0,2 0А 0,6 0,8 /.I

V

5

а)

6

Рис. 7- 14. Кривые вероятностей опасных параметров молнии для под¬ станций 110 и 35 кВ при заземлителях-сетках.

а — подстанции ПО кВ:

Кривые	1	2	3	4	5	6
KS, м	80	80	20	20	20	20
р, Ом- м	1000	750	900	750	500	250

Кривые . . . .		1	б	—	подстанции 35 кВ:					7
					2	3	4	5	6		8
К	5, м . . . .	80		80		80	80	20	20	20	20
р,	Ом- м . . .	1000	500			250	150	900	500	250	150

156

п А

крутизны

для

подстанций

110

и

35

кВ

при заземлнте-

лях-сетках

с

размерами

]/S

=

и

20 м

в

грунтах

80

с р=150-—

10.00

Ом

-м. По

найденным

значениям

вероят

г

графики Pa=f

Pi )

рис. 7-14,а,

б ) .

¬

ностей строятся

(

(

Эти

значения

отмечены

на графиках

четырьмя

точками

по

числу

исследованных длительностей

фронта

, а следова

¬

тельно, и

крутизны

опасных токов.

вероятности опас

По

площади, ограниченной

кривой

¬

=

ных значений

тока

и крутизны

Ра

1

(

Р{ ) , определяется

вероятность Р

появления

на

заземлителе

потенциала,

опасного

для

изоляции оборудования

[57].

Для

опреде¬

ления

вероятности

опасного

потенциала

при всех воз

сочетаниях опасных

параметров

тока

и

¬

можных

его

крутизны

кривые,

намеченные

точками,

интерполируют¬

ся до

предельных

значений вероятности

Ра и Pi,

т. е. до

единицы.

\

Р=0.355

КО

Р=0,7.15

ко

Ра

I

0,8

0,8

Р=0,105

6

о,г

Ра

0,2

I

						0,6
						0,0
				Pi		02
0,0						о	0,г
		0,6	0,8	1,0				02				0,
	1									*		6
						1,0
									=0,7
	Р=0,0576						Ра	Р
						0,8
						0,6
						0,0
						0,2
+			0,8	1,0		о	02					,6
0	0	0,6						00				0
		КО									S
						Р=0,386						КО
		0,8										02
		0,6										0,6
		0,0										02
		02			\		PL					02
			0,2									0
		0			0,0	0,6	0,8	КО
					7				о)

		\
		0,6
		ол
PL		02	Чч					Pi
0,8	КО	0	02	02	0,6		0,8	10
								J
		1,0	Та	3		=0,560
					Р
		0,8	1	I
		0,6		4-
		02
		0,2			\
Pi					ч			Pi
		0
0,8	1,0		0,2	02	0,6		0,8 1,0
		p7 ii			6
		o2
		0,6	PL
02	0,0		0,8	1,0
		8

157

Исключение составляют графики сеток	размером
VS=']20 м,Уу которых не выявляется вовсе	(в плохих

грунтах) или слабо выражено влияние крутизны.- Их графики представляют собой, в основном, прямые па¬ раллельные оси ординат, а вероятность опасного значе¬ ния потенциала Р близка к вероятности опасного зна¬

чения тока. Результаты подсчета значений Р по площа¬

дям графиков Pa=f ( Pi) приведены на рис. 7-14,а, б.

Общее число поражений молний молниеотводов под¬

станций составляет:

где m — поражаемость	N=mS',	(7-5)
	одного квадратного	километра
расчетной площади за	грозовой сезон; S' —	расчетная

площадь, с которой собираются удары молнии в молние¬

отводы.

По найденному значению Р определяются число опас¬

ных ударов за грозовой сезон.

n— NP

(7-6)

и показатель грозоупорности подстанции при ПУМ

М=1 / п=1 / NP.	(7-7)
Зависимости показателя грозоупорности	М подстан¬

ций 35 и 110 кВ от р при заземлителях-сетках размером
]/S=80 и 20 м приводятся на рис. 7-15. При построе¬
нии	этих зависимостей было принято, что зона 100%-ной
вероятности попадания в молниеотводы с внешней					сто¬
роны подстанции приблизительно равна 3h, где h —					вы¬
сота молниеотводов, т. е.		молниеотводы собирают уда¬
ры	с площади S =()AS	6h )2, h=20		м; т=2	при
30 грозовых часах 'за год.		+
Из зависимостей M=f (р), приведенных на рис. 7-15,
видно, что увеличение р резко снижает показатель гро¬
зоупорности. Так, например, для подстанции 35 кВ с за-
землителем-сеткой размером			1 5 =80	м при увеличе¬
нии р со 150 до 1000 Ом -м показатель^				грозоупорности
снижается с М=217 до 36		лет.
При одних и тех же р и размерах заземлителя по¬

казатель грозоупорности подстанций НО кВ значитель¬
но выше, чем подстанций 35 кВ, в особенности в грунт
с меньшим р. Показатели грозоупорности подстанци!^
с заземлителями с размерами	KS =20 и 80 м наиболее
158	I

различаются

в

грунтах

с

Ш м

малым

р

и

сближаются при

т

его увеличении.

I

Задаваясь

необходимым

значением

показателя

гро-

350

зоупорности

подстанций

35

Js=soм

и

ПО

кВ

и

используя

за¬

300

висимости М=/(р) рис. 7-15,

можно

примерно

выяснить,

250

Q

при

каких

размерах

зазем-

1

0S=2

лителя

и

до какого р

допу¬

200

*

стимо

использование

за-

землителя

подстанции

из

150

сетки с ячейками 10 X 10 м2

г

I

для заземления молниеотво¬

юо

дов.

рекоменда¬

Анализируя

ции

по

использованию

за-

50

землителя

подстанций

для

Р

заземления

молниеотводов

200

Ш ООО

тОм-м

[58]

и

учитывая

зависимо¬

Рис. 7-15: Показатель ' грозо¬

сти

=

{ р)

,

можно сделать

М

$

следующие

заключения

по

упорности М=\1п подстанций

ПО

и

35

кВ

при

прямых уда

¬

этим

рекомендациям:

рах

молнии

в

молниеотвод

в за¬

1. При установке молние¬

висимости от р.

отводов

на

порталах

ОРУ

/

—

I

'

;

;

VT

80

;

Ю

кВ|Я

35:*7

напряжением

110 кВ

при

2 —Vs£

20

м.

=

м

удельных

сопротивлениях

—

=

'

грунта

в грозовой сезон

рг

КЮО Ом -м вне зависимости

от

площади

заземлителя

^

наименьший

показа

подстанции

¬

тель грозоупорности подстанции 110 кВ

при заземлите-

ле подстанции с наименьшим размером

-

=20 м и

удельным сопротивлением грунта

р

1000 Ом

м

состав¬

ляет

70 лет.

=

2. При установке молниеотводов

на порталах ОРУ

напряжением 35 кВ при р

500 Ом -м вне зависимости

от площади заземлителя

^

наименьший пока

подстанции

¬

затель грозоупорности подстанции напряжением 35 кВ

при заземлителе подстанции с наименьшим размером

=20 -м и удельным сопротивлением грунта р=

=500 Ом м будет М^х45 лет.

3. При установке молниеотводов на порталах ОРУ

напряжением 35 кВ при грунтах с удельным- сопротив¬

лением в грозовой сезон 500<р^750 Ом м на подстан-

159