ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

гих значениях р, /, t<j> и / можно получить с йоМоШЫб

интерполяции по приведенным кривым или же непосред

ственно из расчета по обобщенным формулам (8-34) и¬

(8-35).

На рис. 8-10 даны зависимости импульсного сопро¬

тивления заземлителя длиной 150 м от р при токе мол¬

нии 50 кА с Тф=1, 3, 10 мкс. Здесь же нанесена (пунк¬

тиром) линейная зависимость для его стационарного со¬

противления

Из рассмотрения

*=1/£/=/( р).

,

с

¬

кривых рис

8-10

видно

что

уве

.

личением р грунта рост импульсного сопротивления за¬

ц ,*

медляется,

особенно

в

пло¬

0м 2

\К

хо

проводящих

грунтах.

'S0

/

з

Это

происходит

не

только

из-за

увеличения

роли

ем¬

Кв

кости

заземлителя,

но

так¬

so

Л/

же и

вследствие более ин¬

тенсивного

искрообразова-

«0

ния.

того,

в

грунтах

Кроме

р

с меньшим

р (в

рассматри¬

ваемом

случае

при

р<

»

8

12

161030мм

Рис.

8-

•

и им

¬

<8000 Ом -м) уменьшение

10.

Стационарное

Тф

тока приводит к увеличе¬

пульсное

сопротивление

зазем

¬

нию импульсного

сопротив¬

лителя

длиной 150 м при

токе

ления,

что

является следст¬

50 кА

и

разной длительности

вием

большого

относитель¬

фронта

в

зависимости от р

ного

влияния

индуктивно¬

R;

—

г. .

сти,

тогда

как

в

грунтах

с большим р, наоборот, наибольшее значение

импульс¬

ного сопротивления

заземлитель имеет при наибольшей

Тф, что является

следствием

волн,

отраженных

от конца

заземлителя

при

малом их затухании.

Зависимости

zK протяженных заземлителей от их дли¬

ны при /=50 кА,

Тф=3 и 10 мкс приводятся на

рис. 8-11.

При

длинах заземлителей более 50

100

м ход

этих

кривых

za=f ( l ) подобен

кривым, приведенным—

на

рис.

8-6,

при

расчете

которых искрообразование не учи¬

тывалось. Но в

отличие от зависимостей z==>f (l) без

уче¬

та искрообразования

аналогичные

зависимости,

приве¬

денные на рис.

8-11,

при

/

>-0 имеют

пределы,

равные

импульсным

сопротивлениям—

полушарового электрода

весьма

малого

радиуса,

расположенного у поверхности

190

земли. Эти пределы являются сопротивлениями так на¬

зываемого самозаземления, которое имеет место при не¬ посредственном ударе молнии в поверхность земли (см.

гл. 4, рис. . 4-6), т. е. при отсутствии какого-либо зазем-

лителя

Это сопротивление определяется значениями /, р,

Ещ), а в грунтах с р>2500 Ом м -также и е [61].

Зависимости ги=/(/), приведенные на рис. 8-11,про¬

ведены как плавные кривые, соединяющие эти предель¬

ные сопротивления и зависимости zH=/(/) протяженных

заземлителей, определяемые формулами (8-34) и (8-35)

до минимального значения импульсного сопротивления,

соответствующего Тф.

Ч			k	' .	1	:
—«Ь,
-я	х\\ч чч
-Ч>		.	ч,
		\		—		— - /
	ч\>		“ J		—
А Ч		ч				- г	1
		ч					г
Гч							3
4V-sX			зоо			*	ь -\1г
о	юо zoo				т soo		т м

Рис. 8-11. Импульсное сопротивление заземлителей в зависимости от
	длины (/=50 кА).				10 мкс.
(Кривые . . .	Тф	-	З икс;	Тф
	1		2	3	- 4	5
р, Омм . . ..20	-10*	12,5.10*		6-10»	2.10»	0,5-10»

По кривым, приведенным на рис. 8-11, можно устано¬

вить предельно целесообразные длины заземлителей,пре¬ вышение которых не ведет к заметному снижению со¬

противлений заземлителей в данном грунте при данных

Тф и /. Принято считать, что длина заземлителя является

предельно целесообразной, когда ее увеличение на 10%

уменьшает сопротивление заземлителя на 5%. Импульс-

i

191

ные сопротивления при этом больше, чем у бесконечного

заземлителя, примерно, на 10%.

Предельно целесообразные длины протяженных за-

землителей в грунтах с различными р, определенные по

расчетным зависимостям zu=4( l ) , даны в табл. 8-1 при

Тф=3-4-10 мкс и /=50 кА. -

Таблица 8 1

Предельные целесообразные длины протяженных

заземлителей и пролетов ВЛ

	Предельные длины заземли¬			Предельные длины пролетов			ВЛ,
				при которых целесообразно			про¬	м
Удельное со¬		телей. м		кладывать	сплошной противовес,
противление
			Длительность фронта Тф, мкс
грунта, Ом-м
	3		10	3		10
500	50		75	100		150
2000	100		140	200		280
5000	200		240	400		480
12 500	220		360	440		720
20 000	220		450	440		900

В той же таблице удвоением предельных целесооб¬

разных длин протяженных заземлителей получены пре¬ дельные длины пролетов линий электропередачи, до которых еще целесообразно применять сплошные проти¬

вовесы в грунтах различного удельного сопротивления.
Например, при р=5000 Ом				-м сплошной противовес име¬
ет смысл применять,			если	длина пролета			менее	400—
480 м, т. е. почти во всех случаях.
Указанные в табл. 8-1 расчетные значения /пред при
р=500 Ом -м больше, чем ранее известные [2], в								основ¬
ном вследствие уточнения					индуктивной составляющей
импульсного сопротивления.					По опытным		данным [62]
при р=500 Ом -м (тф			не указано) /пред=60				м. Это	значе¬
ние лежит между	приведенными в табл. 8-1.
При подсчете	ги		протяженных заземлителей, длина
которых не превышает предельно целесообразную, в фор¬
мулах (8-34) и (8-35) не учитываются суммы экспонен¬
циальных составляющих и эти расчетные формулы упро¬
щаются:						е~*) Х
	'				9
	/	«
X /		1	“	In		21		(8 41)
			4		У	^ 2		-
						Игф

192

<8-42>

Из сравнения формул (8-35) и (8-41) следует, что

экспоненциальные составляющие несколько уменьшают импульсное сопротивление, если длина протяженного за- землителя превышает /пред.

Таблица 8-2

Значения импульсных коэффициентов

				Импульсные коэффициенты при токе молнии, кА
Характеристики					О		I	20					60
заземлителя
						Длительность фронта Тф, мхе
р, Омм I , м			3		5	10	3	5	10		3		5	10
500	20	1,0		1,0		1,0	0,75	0,74 0,73 0,66				0,65		0,65
	50	1.3		1 ,1		1,1	1,2	1.0	0,93 0,93			0	,88	0,82
	150	3.3		2,6		1.9	2,6	2.3	1,80 2,3			1	,8	1,6
2000	50	1	,0	1,0		1 ,0	0,86	0,86 0,80 0,66				0,65		0,64
	150	1	,8	1.5		1.2	1.5	1.3	1, 1	1,2		1.0		0,91
	270	3,0		2,4		1.8	2.5	2,1	1,7	2,0		1,7		1,4
5000	50	0,93		0,97		1,0	0.7	0,72 0,72 0,52				0,54		6,55
	150	1,2		1	,1	1.1	1,0	0,96 0,93 0,86				0,84		0,78
	270	1	,9	1.5		1,3	1.5	1,3	1,1	1,3		1,1		0,94
12 500	50	0,78		0,87		0,89	0,48	0,53 0,52 0,33				0,35		0,37
	150	0	,88	0,93		0,97	0,7	0,77 0,79 0			,54	0,58		0,61
	270	1	,2	1.1		1,0	0,95	0,89 0,85 0			,80	0,75		0,74
20 000	50	0,67		0,79		0,9	0,38	0,45 0,40 0,25				0,28		0,30
	150	0,75		0	,84	0,91	0,56	0,60 0,69 0			,43	0,48		0,55
	270	0,94		0	,90	0,96	0,76	0,73	0,76	0,60		0,61		0,65

В табл. 8-2 приводятся импульсные коэффициенты
a=zJR, рассчитанные по формулам (8-34) и (8-35) при
различных р, I и тф.	Из табл. 8-2 видно, что коэффици¬
енты а уменьшаются	с увеличением р и / и		увеличива¬
		<	5000 Ом	-		¬
ются с длиной заземлителей. В грунтах с р					м
импульсные коэффициенты при всех длинах заземлите
лей и toKax молнии	уменьшаются с увеличением Тф.
В грунтах с р 5000 Ом -		м Тф оказывает различное вли¬
яние на а в зависимости^		от длины заземлителя и р.
Формулы (8-41) и (8-42) рекомендуются для практи¬
ческих подсчетов импульсных сопротивлений протяжен-
ll3— 534				193

ных заземлителей, длина которых не превышает предель- но целесообразную. Во всех остальных случаях необхо¬

димо пользоваться общими выражениями (8-34) и

(8-35) .

8-6. Полевые испытания противовесов и сопоставление

расчетных и опытных данных

Наибольший интерес представляют испытания доста¬ точно длинных заземлителей в плохо проводящих грун¬ тах, так как они позволяют проверить общие формулы

импульсного сопротивления протяженных

заземлителей,

выведенные с учетом всех параметров

g,

L, С

и

г.

кВ

Такие испытания были проведены на

линии

110

Горэнерго при р=7000-5

12 500 Ом -м.

Эта

линия имеет

два сплошных стальных—

противовеса

и

два троса марки

С-50.

Противовесы

диаметром d0=S

мм

проложены

на

глубине 0,8 м от

поверхности земли со средним расстоя¬

нием между

ними 8 м [13].

сухой период

Первый

этап испытаний проводился в

лета 1967 г. при р=12 500 Ом -м и второй

этап

в очень

дождливый

период

лета

1968

г.

при

грунте—

с

р=

Ом

и, L , г

zoo

160

кдоt>

62 м

120

I

Rш.

3

1=270 м

г--- Я--

Г*

. 80

Sколл*

62 м

60

Ч

и

I

II

ь

1

2

3

6

7

5

6

8 9

мкс

Рис. 8-12. Схема полевых испытаний противовесов..

/

—

токовый электрод; 2

—

потенциальный электрод;

3

—

начало

противовеса

( место

измерений ) .

Рис. 8-13. Осциллограммы тока и напряжения и импульсное сопро¬ тивление заземлителя длиной 270 м при- малом импульсном токе и

р^ 8000 Ом м.

194

t=6-t-8 кОм -		м. Приведенные значения р являются экви¬
валентными,		так	как они были	получены	измерением
прибором		-	сопротивления	противовеса		длиной
	МС 08
270 м, выделенного на одном пролете трассы.
Во время испытаний в 1967 г.				было проведено изме¬
рение параметров неоднородной структуры					грунта мето¬

дом вертикального электрического зондирования по схе¬

ме Веннера. Обработка результатов с помощью палеток

двухслойного грунта

показала толщину

верхнего слоя

//=4,5 м,

удельное сопротивление верхнего

слоя

pi=

=13 000 Ом -м и нижнего —

рг=4100 Ом -

м.

г

8N,

vlч

*ferfу

N

\°

L

“

j.

-J

Ф

я

ч

—

—

—

—

ч

kg

—

—

—

—

g

?

Г*

—

" Г

60

О 1

г

3 и 5 6

7 8 9 10 11

Рис. 8-14. Сравнение расчетных

зависимостей—

импульсного— — —

сопротив¬

ления от времени

с

данными полевых испытаний при малых импульс¬

ных токах для заземлителя

длиной 270 м.

расчет;

опытные

кривые;

/

—

р

12.6 • 10*

Ом • м;

Я

—

р

-

“ 8 • 103 Ом • м.

Импульсные испытания

проводились—

при

относитель¬

но низком напряжении (ы<5 кВ)

и

малом импульсном

токе и, следовательно, при

отсутствии

искрообразования

в земле.

Схема испытаний противовеса длиной 270 м

приводится на рис. 8-12.

Генератор импульсных напря¬

жений ( ГИН) разряжался на объект испытаний через

добавочное сопротивление (/?ДОб) и шунт [Rm) для из¬

мерения тока.

Импульсные напряжения и ток регистри¬

ровались двухлучевым катодным осциллографом.

На¬

пряжение измерялось с

помощью

активного делителя

или непосредственно, как на рис.

8-12,

с помощью катод¬

ного осциллографа. Для уменьшения

погрешностей при

измерениях электроды токовый

/

и

потенциальный

2,

а также

начало противовеса (место измерений

3)

рас¬

положены на прямой, перпендикулярной протяженному

заземлителю.

13*

195

При испытаниях

измерено импульсное

сопротивление:

одного

выделенного

противовеса

=

270

м

,

двух

выделен¬

/

ных

и объединенных в

начале параллельных

противове¬

сов

по

270

м,

всей

системы

из двух сплошных

противове¬

сов

и двух

тросов

линии.

осциллограммы

тока (

/)

,

на¬

На

рис.

8-

13

приводятся

пряжения

( и)

и

построенная

по

ним кривая

импульсного

сопротивления

z.

Как видно

из кривой

=

(t ) ,

импульс¬

z

f

ное

сопротивление

при

ssl

мкс

имеет

максимум.

зазем-

До

максимума

импульсного

сопротивления

z

литель

ведет

себя

как

емкость,

которая

заряжается от

источника

тока,

и

его

импульсное

сопротивление

увели¬

чивается.

После максимума

z токи проводимости

начи¬

нают преобладать

над токами

смещения

и

импульсное

сопротивление

заземлителя

снижается

до

величины,

не¬

сколько

меньшей

стацио¬

н

нарного

сопротивления

про¬

Ом

тивовеса

R. Переходный

про

¬

юо

цесс

почти

заканчивается

У%о

t

при

b

мкс.

0о

£

=

\

Из

рис.

8-13

видно, что

70

о < >

при

малом

времени

(/*?»

60

\

2

<:A)

напряжение

опере

¬

50

«о

=

R

ток,

но

в

плохо

про¬

<t0

жает

t

водящем

грунте,

как

в

дан¬

80

0 I

г

3

У

S

6

7

8

3

мне

ном

случае,

это

опереже¬

Рис. 8-15. Расчетная

и

ние

определяется,

в

основ¬

кривая

ном,

емкостью

и

проводи

¬

опытные

точки

импульсного со¬

мостью,

а

не

индуктив¬

противления

при

малых

им¬

ностью,

как

в

хорошо

про

—

токах

для

двух

вы

¬

пульсных

¬

водящем

грунте.

деленных

параллельных проти¬

длительно

вовесов длиной

270

м

при

р

—

При

большой

»

-

¬

6,7

Ом

м.

сти

фронта

импульса

тока,

-10

как показали

измерения,

максимум напряжения практи¬

чески

совпадает с

максимумом тока,

так

как

переходный

процесс в

заземлителе

заканчивается

и

он

ведет себя как

активное сопротивление.

испытаний

импульсных

со

Рассмотрим

результаты

¬

противлений

противовесов

и сравним

их

с

теоретически

¬

ми

расчетами

для

тех

же

условий,

а

именно

без

учета

искровых

процессов в

земле, т.

е.

при

/

0. Для прибли

^

¬

жения

условий

испытаний к

условиям

теоретических

рас¬

четов

при

линейно

нарастающем

токе

i

at

значения z

=

^

.

определялись

на

линейной

части

фронта

тока при

<Тф

196

Расчеты проводились по формуле (8-39), которая не

учитывает искрообразование в земле, при вводе тока в начало заземлителя длиной /.

На рис. 8-14 даны кривые z==f ( t ) для сопоставления

результатов расчета и испытаний противовеса длиной

270 м. Испытания проводились в грунтах с эквивалент- ¬

ными удельными сопротивлениями 12 500 Ом м (кри¬

вые 1 ) и 8000 Ом -м (кривые 2) . По опытным точкам

проведены пунктирные кривые, которые сравниваются

со сплошными расчетными кривыми. Расхождение меж¬

ду— опытными и расчетными результатами не превышает 5 10%. Из кривых видно, что к моменту времени /=

=1 мкс импульсное сопротивление увеличивается до ма¬

ксимального значения, равного, примерно, 200 Ом. После максимума происходит снижение z до величины, близкой к R при 50 Гц. При tsis4 мкс отмечаются изломы кривых z=f ( t ) , которые примерно соответствуют времени при¬

хода отраженной волны от конца заземлителя. Опытные точки лежат как ниже, так и выше расчетных кривых.

Однако при / >3 мкс расчетные значения z превышают

опытные.

На рис. 8-15 для сравнения приводятся расчетная кривая z=f ( t ) и опытные точки для двух выделенных и

объединенных в начале параллельных противовесов дли¬

ной по 270 м. Оба заземлителя лежат практически в од¬ ной и той же Неоднородной земле, однако эквивалентные

удельные сопротивления, определенные по сопротивле¬ ниям, измеренным при промышленной частоте одного и двух противовесов, являются различными. При измере- ¬ нии сопротивления R одного противовеса р=8000 -Ом м,

и при измерении R двух противовесов р=6700 Ом м; это объясняется тем, что с увеличением размера заземлителя

его поле в большей мере проникает в нижний слой грун¬ та, обладающий повышенной проводимостью.

Из рис. 8-15 видно, что расчетные значения z выше опытных, однако наибольшие расхождения между ними не превышают 20%.

Эквивалентное удельное сопротивление грунта для

всей системы тросы — противовесы определить было не¬

возможно, так как на испытуемой действующей линии

электропередачи ПО кВ тросовый молниеотвод присое¬ динен к металлическим опорам.

При испытании всей системы из тросов и двух сплош¬

ных противовесов в грунте с указанной выше структурой

197

импульсное сопротивление г не		превышало 37	Ом при
f=l мкс и 18 Ом при /=10	мкс.
Провести сопоставление	с опытом расчетных данных
по импульсным сопротивлениям		протяженных	заземли-

телей в плохо проводящих грунтах при импульсных то¬

ках, близких к токам молнии, не представляется возмож¬ ным из-за отсутствия таких опытных данных.

Расчетные значения импульсного сопротивления срав¬

нивались с имеющимися опытными данными Бергера [11] по протяженному заземлителю длиной ПО м в грун¬

те с р=1380 Омм при токах до нескольких килоампер— .

Сравнение показало, что опытные данные на 15 24 % меньше расчетных, т. е. расчет дает ошибку в сторону

запаса.

Расхождения между расчетными и опытными значе¬ ниями импульсных сопротивлений объясняются, по-види¬ мому, в основном следующим:

1) в местах измерений грунт неоднороден и его

структура неизвестна как по глубине, так и по длине за-

землителей;

2) изменение параметров заземлителя во время сте¬

нания тока учитывается приближенно;

3) искровая зона вокруг заземлителя развивается не¬

равномерно и определяется средней электрической проч¬

ностью в неоднородном поле, которая меньше, чем элек¬ трическая прочность в однородном поле;

4) удельное сопротивление грунта при импульсных токах отличается от удельного сопротивления при 50 Гц и зависит не только от напряженности поля, но и от дли¬ тельности фронта, что не учитывалось при расчетах;

5) форма тока в опытах отличается от линейно на¬

растающей.

Приложение 1

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ ПОДСТАНЦИИ

Рассмотрим подстанцию 110/35/6 кВ с ВЛ ПО, 35 кВ

и КЛ 6' кВ. Грунт на территории подстанции и на под¬

ходах к ней однородный, за исключением слоя сезонных

изменений. Удельное сопротивление грунта, измеренное

методом ВЭЗ при средней влажности почвы, рШм=

198

г=200 Ом -

м. Подстанция расположена в пределах

II кли¬

матической зоны.

В соответствии с этим слой сезонных

изменений имеет

толщину

Яс^2

м и расчетное удельное

сопротивление р1

=рс=ризмА составляет для

зимы

(см.

табл. 1

-

1)

=

-

=

540 Ом

-

м, а

для лета

(как

и

¬

pi

200

2,7

для

заземлителей грозозащиты) pi=200

•1,4=280 Ом -

м.Дли

на

подходов

линий 110

и

35

кВ к подстанции

-

/Подх=

=

1,5 км. Опоры линий 110

и 35

кВ

2

образ

-

деревянные П

ные с двумя

тросами сечением

50

мм .

Длина пролета

/пр=250 м для линий ПО кВ

и

/пр=150

м

для

линий

35

кВ.

подстанции

по допустимому со¬

Расчет заземлителя

противлению заземления. Согласно ПУЭ заземляющее

устройство защитного

заземления

подстанции 110 кВ

в сети с заземленной нейтралью в

любое

время

года

должно иметь сопротивление i?3

0,5 Ом.

Это значение

^ заземлением системы

трос

обеспечивается

35 кВ естест¬

опоры подходов к

подстанции 110 и

венными—

заземлителями

металлическими оболочками

отходящих

кабелей 6 кВ

—и искусственным заземлителем

подстанции.

К

моменту пуска подстанции сооружаются

две линии

110

кВ, одна

линия 35 кВ и

прокладываются

два кабеля 6 кВ.

заземления

системы

трос — опоры

Сопротивление

подходов

к

подстанции включает в себя сопротивление

заземлителей опор и активного сопротивления тросов.

З а з е м л и т е л и

о п о р.

Значение

сопротивления

заземлителей опор ВЛ

в

условиях лета

должно соответ¬

ствовать требованиям,

приведенным в § 2-5. Для учета

сопротивлений опор при расчете защитного заземления

подстанции

необходимо

знать их сопротивления и в

усло¬

виях

зимы.

два варианта заземлителей опор.

Рассмотрим

/л=

I

вариант:

заземлитель из трех лучей

длиной

=12 м и диаметром

dn=2 см на

глубине Л=0,6 м.

Сопротивление п-лучевого

заземлителя

по (3-29)

R

APQR/IJI.

-

Значение

А

берется

по кривой,

приведенной на рис.

для с?л

/

/л

= /

=

-

10-

и

лл=

Л

=

3 13,

2

1200

1,67

3;

0,69.

3

По кривой на рис. 3-14 находим:

РэЯ

К-

h_

H -h

Р»

Р*

1яПЛ

19

?