Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Коэффициенты использования электродов групповых заземлителей

Коэффициенты использования электродов групповых заземлителей

Григорьев Н. Д.

Протяженные горизонтальные заземлители рекомендуется применять в районах вечной мерзлоты, в скальных грунтах, а также в IV климатической зоне страны (например, в Краснодарском и Ставропольском краях), где отношение коэффициентов сезонности горизонтальных и вертикальных элементов заземлителей незначительно отличается от 1 и равно 1,2-1,4 (в I климатической зоне страны это отношение равно 2,5 - 3,5) и поэтому вертикальные электроды исходя из минимума расхода метала менее эффективны [1].
Групповые горизонтальные заземлители (см. рис. 1 , а ) состоят из 2-20 электродов длиной 15 - 200 м и шириной полосы 20 - 40 мм, уложенных параллельно в землю на одинаковой глубине 0,3 - 0,8 м и расстояниях между полосами 1-15 м [2-4]. Так как расстояние между горизонтальными полосами меньше их длины, то электроды экранируют друг друга и затрудняется растекание тока в земле. Увеличение эквивалентного сопротивления заземляющего устройства по сравнению с параллельным соединением его элементов при их размещении на бесконечно большом расстоянии учитывается коэффициентом использования горизонтального группового заземлителя, который меньше 1.
Групповой заземлитель
Рис. 1. Групповой заземлитель:
а - горизонтальный; б - комбинированный при расположении стержней в ряд; в - комбинированный при размещении стержней по контуру; 1 - вертикальный стержень; 2 - соединительная полоса

Рис. 2. График зависимости коэффициентов использовании параллельно уложенных в траншею горизонтальных электродов группового заземлителя ηΓ от отношения расстояния между полосами аг к их длине lг:
1 - число полос Ντ = 2; 2 - Ντ = 5; 3 - Ντ = 10

Ряд вертикальных стержней, соединенных в траншее горизонтальной полосой, используется для заземления железобетонных опор воздушных линий электропередачи напряжением выше 1000 В в сетях с изолированной нейтралью, так как токи замыкания, длительно стекая по арматуре, приводят к тепловому разрушению опоры. Такие заземлители применяются также в электроустановках потребителей электроэнергии. Они состоят (рис. 1, б) из 2 -20 вертикальных стержней длиной 3 - 5 м и диаметром 10-20 мм, заглубляемых со дна траншеи равномерно так, что отношение расстояний между электродами к их длине равно 1-3.
Заземляющее устройство потребительских трансформаторных подстанций 35 - 6/0,4 кВ имеет замкнутый контур из горизонтально проложенной в траншее стальной полосы, а для выравнивания потенциалов напротив входов и въездов установлены вертикальные стержни длиной 3 - 5 м. Такие заземлители (рис. 1, в) могут иметь 4- 100 вертикальных стержней диаметром 10 - 20 мм и длиной 3 - 5 м, заглубленных равномерно со дна траншеи по контуру так, что отношение расстояния между электродами к их длине равно 1 - 3. Так как в комбинированных заземлителях (рис. 1, б и в) расстояние между стержнями соизмеримо с их длиной, то они взаимно экранируют друг друга и затрудняют растекание тока в земле. Увеличение эквивалентного сопротивления вертикальных стержней по сравнению с их параллельным соединением при удалении друг от друга на бесконечно большие расстояния учитывается коэффициентами использования ηвр, ηвк вертикальных электродов комбинированного заземлителя при размещении стержней в ряд и по контуру.
Соединительные полосы между вертикальными электродами уменьшают сопротивление группового заземляющего устройства, но по сравнению с рассмотренным горизонтальным заземлителем той же протяженности они имеют большее сопротивление из-за экранирования стержнями. Это увеличение сопротивления учитывается коэффициентами использования горизонтального электрода, соединяющего вертикальные стержни, расположенные в ряд и по контуру.

Таблица 1
Значения коэффициентов уравнения многофакторной зависимости и среднеквадратических отклонений для коэффициентов использования параллельно уложенных горизонтальных электродов группового заземлителя

Расчет перечисленных групповых заземлителей сводится к определению их сопротивления с целью сравнения с нормируемыми по ПУЭ, т. е. с наибольшими допустимыми значениями. С помощью коэффициентов сезонности земля по электрическим свойствам приводится к однородному грунту и сопротивления рассматриваемых заземлителей вычисляют по способу коэффициентов использования [2-4 и др.].

Рис. 3. График зависимости коэффициентов использования вертикальных электродов комбинированных заземлителей при расположении стержней в ряд ηвр от их числа ΝΒ:
1 - отношение расстояния между стержнями ав к их длине LB равно 1; 2 - aB/LB = 2; 3 - aB/LB = 3

Значения последних определяются путем линейной интерполяции на основании табличных данных, полученных экспериментальным путем. Однако при расчетах групповых заземляющих устройств на компьютерах необходимы аналитические зависимости для вычисления коэффициентов использования их элементов.
Известны [2 - 4 и др.] значения коэффициентов использования ηΓ параллельно уложенных в землю на ребро горизонтальных полос длиной LT 15, 25, 50, 75, 100, 200 м при расстоянии между ними а равном 1; 2,5; 5; 10; 15 м. Были подсчитаны отношения aT/LT и на рис. 2 построены соответствующие им значения ηΓ при числе горизонтальных электродов ΝΓ = 2 (линия 1), N = 5 (линия 2), N = 10 (линия 3). Из рис. 2 следует, что в основном прослеживается закономерность нелинейного увеличения значений ηΓ с ростом отношения aT/LT,

Рис. 4. График зависимости коэффициентов использования вертикальных электродов комбинированного заземлителя при расположении стержней по контуру ηΒΚ от их числа ΝΒ:
обозначения см. рис. 3
При аппроксимации зависимостей коэффициентов использования η горизонтальных и вертикальных электродов групповых заземлителей универсальной оказалась экспоненциальная регрессия, уравнение которой

где х - переменная; А, В - коэффициенты, значения которых в данной работе были получены по методу наименьших квадратов по стандартной программе на компьютере. Для коэффициентов А, В, в свою очередь, также удалось установить экспоненциальные аппроксимирующие зависимости и окончательно уравнение для вычисления η приобрело вид

Таблица 2
Значения коэффициентов уравнения многофакторной зависимости и среднеквадратических отклонений для коэффициентов использования стержней и соединительных полос комбинированных заземлителей


Коэффициент

Интервал Ν,

А

В1

A2

В2

S при отношении a/L

1

2

3

 

2-5

0.955

0,011

-0,1

-0,451

0,012

0,011

0,035

Пвр

5-20

0,72

0,075

-0,039

-0,532

0,016

0,026

0,015

 

4-20

0,657

0,092

-0,029

-0,365

0,026

0,026

0,018

Лвк

20-60

0,438

0,183

-0,007

-0,37

0,015

0,035

0,022

 

4-20

0,377

0,227

-0,033

-0,06

0,017

0,029

0,018

ЛпК

20 - 50

0,235

0,239

-0,0078

-0,126

0,0059

0,013

0,0099

Лпр

20 - 50

0,783

0,672

-0,042

-0,362

0,027

0,040

0,026

где у - переменная; А1, В1, А2, В2 - коэффициенты, значения которых для коэффициентов использования ηΓ параллельно уложенных горизонтальных полосовых электродов группового заземлителя

Рис. 5. График зависимости коэффициентов использования соединительных горизонтальных полос, расположенных в траншее, комбинированного заземлителя ηпκ от числа вертикальных электродов ΝΒ при их расположении по контуру:
обозначения см. рис. 3 приведены в табл. 1 для двух интервалов значений отношения ат/L.

Для коэффициентов использования ηΓ параллельно уложенных горизонтальных электродов группового заземлителя х = Nг, у = aT/LT и графики зависимости η=f(N, aT/LT) построены на рис. 2 в виде семейства кривых 1, 2, 3 при Nn равном 2, 5, 10. Значения среднеквадратических отклонений S коэффициентов ηπ подсчитанных по предлагаемой многофакторной зависимости, от исходных табличных значений приведены также в табл. 1.
Из рис. 2 следует, что вначале значения ηΓ резко увеличиваются, а затем из-за уменьшения наложения потенциалов электрического поля при   0,2 наступает как бы точка перегиба: величина ηΓ незначительно возрастает с увеличением отношения а/L. Таким образом, применение групповых заземляющих устройств из параллельных горизонтальных электродов с отношением aT/LT менее 0,2 нецелесообразно из-за довольно низких значений коэффициентов их использования, особенно при Νт> 10. С другой стороны, нежелательно иметь отношение aг/Lг больше 0,6.
В настоящее время установлена плата за землю, поэтому при aг/L больше 0,6 увеличение площади, занимаемой горизонтальным групповым заземлителем, почти не будет приводить к уменьшению сопротивления рассматриваемого заземляющего устройства, но увеличит стоимость подстанции. Таким образом, число горизонтальных полос группового заземлителя следует выбирать таким, чтобы отношение расстояния между электродами к их длине находилось в интервале 0,2 - 0,6.
На основании исходных табличных данных [2 - 4 и др.] аналогично рассмотренному для ηΓ было установлено, что для коэффициентов использования электродов комбинированных заземлителей: вертикальных стержней при их расположении в ряд  и по контуру ηвр и горизонтальной соединительной полосы при расположении стержней по контуру ηпκ необходимо получить аппроксимирующие зависимости на двух интервалах значении числа стержней ΝΒ, а для горизонтальной соединительной полосы при расположении вертикальных электродов в ряд ηпр точка перегиба отсутствует.
Значения коэффициентов А-В1-2 и среднеквадратических отклонений S величин ηвр, ηвк, ηпк, ηпρ, подсчитанных по предлагаемой многофакторной зависимости, от исходных табличных значений приведены в табл. 2. Для коэффициентов использования элементов комбинированных заземлителей х = aB/LB, у = NB (ав, LB - расстояние между стержнями и их длина) графики зависимостей построены на рис. 3-5 в виде семейства кривых 1, 2, 3 при значениях отношения aB/LB, равных 1, 2, 3.
Из рис. 3-5 следует, что применение комбинированных заземляющих устройств наиболее предпочтительно при числе вертикальных электродов до 5 при их расположении в ряд и до 20 при их расположении по контуру. При большем числе стержней очень низки значения коэффициентов использования электродов комбинированных заземлителей, особенно при aB/LB — 1.
Как следует из данных табл. 1 и 2, среднеквадратические отклонения S аппроксимации зависимостей коэффициентов использования электродов групповых заземляющих устройств находятся практически в допустимых пределах. Поскольку расчетные значения удельного сопротивления грунта из-за разброса значений коэффициентов сезонности [2-4 и др.] имеют большую погрешность, то полученная многофакторная зависимость может быть рекомендована для расчетов сопротивлений групповых заземлителей способом коэффициента использования.

Список литературы

  1. Григорьев Н. Д. Упрощенный расчет одиночных заземлителей. - Электрические станции, 1982, № 4.
  2. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984.
  3. Найфельд М. Р. Заземление, защитные меры электробезопасности. М.: Энергия, 1971.
  4. Долин П. А. Справочник по технике безопасности. М.: Энергоиздат, 1982.

Список литературы

  1. Electromagnetic Transients Program (EMTP). Rule Book 1, DCG/EPRI, 1996.
  2. Мониторинг перенапряжений в распределительных кабельных сетях / Голдобин Д. А., Качесов В. Е., Ларионов В. Н., Овсянников А. Г. - Научный вестник НГТУ, 1998, №2(5).
  3. Dementjev Е., Kachesov V, Ovsaynnikov A. Automatic surge- voltage recorder for distribution networks. - Abs. of the Third Russian-Korean International Symposium on Science and Technologies KORUS-99. Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, 1999.
  4. Лихачев Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971.
  5. Petersen W. Der aussetzende (intermittierende) Erdschluss. - ETZ, 1917.
  6. Объем и нормы испытаний электрооборудования / Под ред. Алексеева Б. А., Когана Ф. Л., Мамиконянца Л. Г. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000.
  7. ГОСТ 18410-73. Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия.
  8. Бумажно-масляная изоляция в высоковольтных конструкциях / Грейсух М. А., Кучинский Г. С., Каплан Д. А., Мессерман Г. Т. М - Л.: Энергоиздаг, 1963.
  9. CIGRE-Working Group 13.05, The calculation of switching surges. II Network representation for energization and reenergizationin studies on lines fed by an inductive source. - Electra, 1974, № 32.
  10. Measurement of arc risistance and dielectric breakdown voltage at intermittent grounding of 6,6 kV distribution CVT cable / Ohnishi H., Urano H., Hasegawa S., Morita T, Nakajima M. - IEEE Trans/on Power Delivery, 1988, vol. 3, № 1.
Метки: заземлитель |
 
« Коэффициенты диффузии газов в трансформаторном масле   КРУ среднего напряжения и LSС »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.