ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

циях с .площадью заземлителя не менее 10000 м2 пока¬

зателя грозоупорности подстанции при указанной пло¬ щади заземлителя в приводимых данных рис. 7-15 не имеется. -При удельном сопротивлении грунта р=

=750 Ом м и меньшем размере площади заземлителя

5=6400 м-2 показатель грозоупорности подстанции 35 кВ

по рис. 7 15 составляет М^=45 лет.

Следует отметить, что при определении зависимостей

М=/ (р) из-за недостаточности данных исследований не

учитывались влияния на повышение показателя грозо¬

упорности вертикальных электродов по контуру зазем¬ лителя, сосредоточенных заземлителей в месте ввода то¬

ка в заземлитель и использования более частой сетки.

Количественный учет этих влияний требует расширения

исследований.

7-5. Обеспечение грозоупорности подстанции

при прямых ударах молнии отдельно стоящими молниеотводами с обособленными заземлителями

В тех случаях, когда необходимый показатель грозо¬

упорности подстанции при прямых ударах молнии не может быть обеспечен с использованием заземлителя

подстанции в данных условиях грунта, защита ОРУ вы¬

полняется отдельно стоящими молниеотводами, имею¬

щими обособленные заземлители, электрически не свя¬

занные с заземлителем подстанции.

Потенциал на обособленном заземлителе молниеот¬

вода может быть допущен выше, чем на заземлителе

подстанции, так как он не ограничивается непосредст¬

венно величиной импульсной прочности изоляции обо¬ рудования подстанции. Но в то же время этот потенциал

не должен превышать разрядного напряжения по возду¬

ху и в земле между отдельно стоящим молниеотводом и

его заземлителем соответственно до ОРУ подстанции и

ее заземлителя.

Очевидно, что с уменьшением импульсного сопротив¬

ления заземлителя молниеотвода необходимые расстоя¬

ния по земле и по воздуху уменьшаются, молниеотвод

может быть приближен к защищаемому объекту и его

высота может быть уменьшена. Поэтому для заземле¬ ния отдельно стоящего молниеотвода целесообразно-

использовать сосредоточенный заземлитель как наибо

63

лее эффективно отводящий ток молнии и занимающий

наименьшую площадь, что позволяет лучше использо¬

вать защитную зону молниеотвода [56].

Такими сосредоточенными заземлителями в грунтах

с большими удельными сопротивлениями, где преиму¬

щественно и используются отдельно стоящие молниеот¬

воды, являются вертикальные электроды, двухлучевые заземлители небольшой длины без вертикальных элек¬

тродов или с несколькими вертикальными электродами

[см. (4-9)].

При растекании тока молнии с сосредоточенного за-

землителя молниеотвода его максимальный потенциал

будет определяться, очевидно, только максимальным

значением тока молнии и практически не зависеть от его крутизны. Поэтому вероятность появления того или

иного потенциала на заземлителе молниеотвода будет

определяться вероятностью только тока молнии.

При необходимом показателе

грозоупорности

под¬

станции

М

(7-7) и сосредоточенном заземлителе

мол¬

ниеотвода

вероятность опасного удара

молнии является

вероятностью опасного тока, т. е.

Р=Рг=1 fMN.

Pi

и

(7-8)

По найденной вероятности

тока

кривой вероят¬

ности I=f ( Pi ) [2, 3, 55] определяется

значение опасно¬

го тока молнии /, по которому рассчитывается импульс¬

ное сопротивление сосредоточенного заземлителя.

Необходимое расстояние в

земле s между обособлен¬

ным

заземлителем молниеотвода

и

ближайшей к нему

точкой

заземлителя подстанции определяется по сле¬

дующему выражению:

S ==~/рE*я

где

/р

расчетный ток

при

7

грозоупорнос¬

показателе

ти М; —Ru

импульсное сопротивление

сосредоточенного

заземлителя—

при расчетном токе /р;

£3=300 кВ /м

—

средняя

допустимая напряженность электрического по-

« ля в земле.

для

осуществления защиты от

Рассмотрим условия

прямых

ударов молнии

с показателем грозоупорности

М=100

подстанции с двумя отдельно стоящими молние¬

отводами.

Высота молниеотводов h

25 м, р=750 Ом

*

м,

•лоражаемость 1 км2 расчетной площади—

за грозовой

се¬

зон

т— 2.

Заземлитель

молниеотвода

состоит из

двух

161

11—

534

лучей	длиной /		л	=	10 м каждый.	Число
молниеотводов			за		грозовой сезон		=	-
	N	=		=					2
		m2S'			m2n(3,5h)*10^		2

•

поражений л(3,5X

двух

X 25) 210	=	0,096.
' 6

Здесь

S'

—

расчетная

площадь,

с

которой

собирают

молниеотвод.

¬

ся

удары

молнии

в

молнией

Вероятность опасного

поражения

=

/

=

/

=

0,104.

Это

Pi

l

МЛ/

1

100 * 0,096

токов

мол

значение

Pi

по

кривой

вероятности

нии

=

( Pi )

значению

¬

IM

f

соответствует

опасному

тока

^

кА.

По

=

кА

рассчитывается

импульс¬

/

60

току

/р

60

ное

сопротивление

заземлителя

молниеотвода

=

,

—

Ru

Ra

где

R

стационарное

сопротивление

заземлителя

опре

,

(3-29)

¬

деляемое

по

:

л=

-

/

=

Я

=

/

/

750

10

Ом,

Лр

0,81

62

=

=

=

(см.

рис.

3-13

=

^

где

А

0,81

при

п

2

и

0,02

/10

с л/ /л

=

•10- ).

2

3

=

кА а

=

(изтабл. П5-1

При

расчетном

токе

/р

60

0,476

после

интерполяции) .

Отсюда

импульсное

сопротивление

заземлителя

=

-

62

=

,

/?и

0,476

29

Ом

потенциал

на

заземлителе					молниеотвода
£/	=	/ /	=	60		-	29	=	1740	кВ
3		р ?и

и

необходимое	расстояние в земле
3=		3	/	3=	l 740	/	300	=
s		£/		£				5,8

м

.

Подобные

расчеты

проведены

при М

=

и

100,

при

50

пм=

=

,

¬

числе

молниеотводов

2

и

4

высотой

А

25 м

в грун

тах с

р

=

и

1500 О

м м,

при

трех

типах

заземлителей:

750

одном

вертикальном

электроде

с

/

„

5

и

10

м,

двухлу

¬

чевом

заземлителе из

лучей с

/

=

двухлучевом

за

л=10

м,

¬

землителе

из

лучей

с /

10

м

и

трех

вертикальных

электродов

/„

10 м.

л=

расчетов

приводятся

Результаты

^

в табл. 7-5.

=

,

162

Таблица 7-5

	К расчету расстояния между заземлителем молниеотвода и заземлителем подстанции
варианта									Тип заземли			лучей		млуча,			верти¬ ’*эле-	м
										Данные			завемлителя
Номер	Л	5	с	%		оГ					-	Число		Длина		III	Длинакального	трода	о:	н			*
	я							<	теля						‘1			.	<5		8	S	я*
	X
	О		S					ас				—		—								•
	750	50		0,096	0,208				род								5		138,5	0,37	51 ,3	2050	6k 85	0, 1,
1			2					40	Вертикаль¬			—		—		1
									ный	элект¬
2	750	50	2	0,096	0 , 208			40	То же							1	10		77 , 5	0, 47	36 , 5	1460	4,88	0, 1,
3	750	100	2	0,096	0,104			60	9	•						1	10		77,5	0,415	32	1920	6,40	0,21
4	750	100	2	0,096	0	,104		60	Лучи			2		10		—3	—10		62	0, 476	29	1740	5,80	0,21
5	750	100	2	0,096	0	, 104		60	Смешанный			2		10					26, 4	0,81	21 , 4	1280	4,26	0 , 21
6	750	100	4	0,192	0	,104		80	Вертикаль¬							1	10		77 ,5	0,37	28,7	2300	7 ,7	0 , 2
									ный	элект	¬						—
									род					10					62		26,7	2140	7, 1
7	750	100	4	0,192	0	,104		80	Лучи			2								0,43				0, 2
			4	0, 192	0	,	104	80	Смешанный			2		10		3			26, 4	0,77	20,3	1830	6, 1	0,3
8	750	100															10
																—
9	1500	100	2	0,096	0	, 104		60	Вертикаль¬							1	10		155	0,30	46,5	2790	9,3	0, 2<
									ный	элект¬
										род
10	1500	100	2	0,096	0,104			60	Лучи			2		10		—3	—10		124	0,36	44 ,6	2680	8 , 9	0, 2
11	1500	100	2	0,096	0	,104		60	Смешанный			2		10					52,8	0,57	30	1800	6	0 , 2

и

V,

Как

видно, с

увеличением

кВ

числа

молниеотводов одинако¬

то

7?

/

Г

вой

высоты

h и

при

одинако¬

г/ yt

вых

заземлителях

увеличива¬

1500

ются расчетные токи и необхо¬

то

димые расстояния в земле

(ва¬

/

9>

рианты 3 и 6, 4 и

7, 5 и 8)

.

Из

трех

типов заземлителей

наи¬

1500

t

меньшее

импульсное

сопро¬

тивление

и

наименьшее

рас¬

то

стояние

в

земле

обеспечивает

двухлучевой заземлитель с

вер¬

тикальными

электродами

5,

8 и 11).

С

увеличением удель¬

80 т 180

/

ного сопротивления грунта

не¬

W 60

Kft

обходимые расстояния в земле

Рис.

7-16. Определение опас

увеличиваются. При более

вы

¬

соком

показателе

грозоупор¬

ных

параметров тока молнии

¬

для воздушного промежутка

ности

больше расчетный

ток,

между молниеотводом и кон¬

необходимое

расстояние в

зем¬

струкциями

подстанции.

ле и

его отношение

к

импуль

¬

/

а

0- 2

а =

25

кА/мкс;

3

сному

сопротивлению

заземли-

а-—

50 —кА/мкс—; 4 —

а-100 кА/мкс—.

теля(

s3 /i?H

-

[58] форму

¬

Следует

отметить,

что рекомендуемая в

ла

для расстояния

в

земле

$э

0,2/?и

( в

применяемых

здесь обозначениях)

соответствует

по

данным табл

. 7-5

^

показателю грозоупорности М=100.

расчета,

Продолжая

рассмотренный

выше пример

учитываем,

что

sB

расстояние по воздуху от отдельно

стоящего

молниеотвода—

до токоведущих и

заземленных

частей ОРУ

подстанции должно быть не

меньше,

чем

расстояние

в

земле

между

заземлителем молниеотвода

и заземлителем подстанции.

На основании этого принимаем, как минимум;

= =

5,8 м

5B

s3

и выясняем

показатель грозоупорности воздушного про¬

межутка

при

потенциале молниеотвода на

высоте h'

от

его заземлителя.

Ток молнии,

проходя по молниеотводу, создает паде¬

ние напряжения на его индуктивности. При косоуголь

¬

ной форме фронта тока молнии потенциал молниеотвода

на высоте h' от его заземлителя будет:

.

1

=IRK +

'

U

aLh t

164

где а	крутизна тока Молнии и L						Индуктивность мол¬
ниеотвода—		,	примерно равная 1,7 мкГ—				/ м.
По этому выражению строится зависимость потенци-
ала молниеотвода				на высоте h'=10 м				от тока с крутиз¬
ной от а=0 до а=100 кА/					мкс.	При		этом для каждого
тока	находится			а (табл.	-	1)	и	определяется £и
					П5
( рис.	7-16) .
При допустимой напряженности поля воздушного про¬
межутка £в=500 кВ/ м напряжение на воздушном про¬
межутке не			должно превышать
			£/B=£„sB=500X 5,8=2900 кВ.
По точкам пересечения кривых потенциала на мол¬
ниеотводе с горизонтальной прямой допустимого напря¬

жения на воздушном промежутке определяются опасные

параметры

тока

и крутизны.

Ниже приводятся значения

этих

параметров

)

и их вероятностей, найденных по

зави¬

симости

Iii=

f

(

Pi

и a

f {

Pa

)

'

/,

кА

=

-

143

109

75

33

Pt

кА

/мкс

0

,0041

0,016

0,08

0,30

а,

0

25

50

100

Ра

1

0,22 0,04

0

По площади, ограниченной кривой

вероятности

опас¬

ные

значений

тока

и

крутизны

Pa=f ( Pi )

'(рис.

7-)17) >

определяется вероятность Р появления на

молниеотводе

потенциала,

опасного

для

воздушного промежутка

s„

при

всех

возможных

сочетаниях опасных параметров

тока

молнии и его крутизны. Подсчет площади графика

(рис.

7-17)

дает

значение

£=0,022.

опасных

ударов

Число

молнии за

грозовой

сезон

Ра

n=NP=0,096 -0,022=

=0,00211.

гро-

Отсюда

показатель

зоупорности

воздушного

промежутка

\

о

Pi

М

=

1

/

/г

=

1

/

0,00211

=

0

--

-

10 0,

15

0,

го

0

25

0,30'

0,05

0,

,

что

=475 лет,

Рис. 7-17. Кривая

вероятностей

значительно

выше М

опасных

параметров тока

мол¬

100,

определенного по рас—¬

нии

и его крутизны

для

воз¬

=

Таким

об¬

душного

промежутка

между

стоянию в земле.

молниеотводом и

конструкция¬

разом, в рассмотренном слу-

ми подстанции.

165

чае воздушный промежуток между молниеотводом И ОРУ не снижает показателя грозоупорности подстанции при прямых ударах молнии, обусловленного заземлите-.

лем молниеотвода и разрядным промежутком в земле

Глава восьмая

РАСЧЕТ ИМПУЛЬСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ

ИХ ЕМКОСТИ

8-1. Импульсное сопротивление протяженного

заземлителя без учета искровых процессов в земле

В общем случае, когда необходимо учитывать ем¬

кость заземлителя и искрообразование в земле, схема

замещения протяженного заземлителя представляется

длинной линией, у которой проводимость и емкость за¬ висят от напряжения в рассматриваемой точке (рис. 8-1).

v i-a t	L		I
Си	9и	сиу* Й9и
0
Рис. 8-1. Схема			замещения для
					¬
расчета	протяженного			заземли
теля с	учетом его емкости и
искровых		процессов		в	земле.
		да			«.
	-S— rt			+* dt ,

При относительно не¬

большом токе молнии, когда

искровыми процессами в земле можно пренебречь,

расчет протяженного зазем¬

лителя приближенно можно

проводить, используя урав¬

нения длинных линий с рас¬

пределенными постоянными

параметрами g, L, С и г:

£	+!		<		»
- di3_ =8	ди	-		8-
дх

На единицу длины заземлителяиндуктивность. L опре¬ деляется по (4-1), проводимость — по табл 1-2

1	2н	п
ш " Р.1п 71'		I *
	ЙГ

	а емкость С — из аналогии полей токов проводимости и
	емкостных токов, без учета емкости воздуха по формуле
	2пев0	пег,	(8-2)
	1п к	1п ТЩ

166

где h

-

глубина

/

заложения; d0

диаметр заземлителя;

ео=

10~12 Ф

м; е

относительная—

¬

8,85—

диэлектрическая

проницаемость земли.

—Продольное

активное сопротивле

ние заземлителя

г«*0,04 Ом/м [59].

поэтому

Параметры g, L и

С зависят от длины / и

изменяются

цри распространении волны по заземлите

-

лю. Однако сначала будем считать их постоянными.

Расчет проводится при заданном косоугольном им

¬

пульсе тока

молнии i=at в месте ввода его в заземли

-

тель.

Для решения уравнений (8-

1) используется опера

¬

торный метод, а для перехода к

временному

выраже¬

нию

теорема разложения.

Сначала—

определяют распределение напряжения при

заданном единичном токе, а затем, применяя

интеграл

Дюамеля, находят распределение напряжения по зазем- лителю в зависимости от времени t и расстояния х от начала заземлителя [60]

х	8	flf	-	**	'cosiDftf)]}.	-
		28<
				siiia,	- e-*	(8 3)

Отсюда находим импульсное сопротивление как от¬

ношение напряжения в начале заземлителя к заданному

току

			оо
+		“*	* +^[	l - e и	(—		+	(8-4)
	cos	01jrq8				2
								1§7

r/ L <g/C.

Обычно у заземлителей отношение

распространения волны;

где

— угловые частоты ряда Фурье; x=l[v —		(8-5)
	время	пробега
волной всей длины заземлителя; v —	—	скорость

8=i(f +f)

— коэффициент затухания;

•=-*-(£-£)

— коэффициент искажения.

<8-6>

(8'7)

Например, принимая L=2 мкГ

/м, получаем;

-

r /L=0,04

—

=

тогда

как

другое отношение

g f C, даже в весьма пло¬

хо проводящих грунтах,

например

при р 20000 Ом-

м

и е=6, будет:

_

g

_

2п

~

л

2тшд

1

1

~

1*

1

~

/*

6.8, 85

10-

«

10*

53

С

^

-

.20

-

р ,пнг

п чГ

10е.

Поэтому можно положить:

Таким образом, у заземлителей коэффициент зату¬

хания примерно равен абсолютному значению		коэффи¬
циента искажения.	можно пред¬
Полученное для z( 0, 0 выражение (8-4)
ставить как сумму составляющих		(8-9)
z=R' -hZa+ZL+Zr,
где
#' = j/’y cth y~gl		(8-10)

169

— активное сопротивление, равное сопротивлению рас¬

текания заземлителя при промышленной частоте с уче¬

том продольного активного сопротивления г [23];

—	емкостная составляющая;
	00		(	sinV +cos»	]
—	* + Ш2
	*	00	^		(8-12)
		*
	индуктивная составляющая;			^
—	X ( д* 29щЛ s i n		+c o s	]	(8-13)
	переходная продольная составляющая.
	Стационарная составляющая (8-10), приближенно
равная
					(8-14)

является сопротивлением длинной линии с параметрами

ё и г.

Емкость протяженного заземлителя учитывают три

составляющие: 2с, ZL 8 гг.

Сумма

(8-15)

— импульсное сопротивление сосредоточенного заземли¬

теля с учетом его емкости.

Действительно, рассмотрим растекание импульсного

тока i=at с полусферического заземлителя радиуса г0 со

стационарным сопротивлением R. Выражение для по-

169