книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

Т а б л и ц а 9-5

2.d — диаметр контурного заземлнтеля, л — количество выводов.

3.Коэффициенты использования ">1 приведены в Приложении IV.

*Контурные заземлнтели вокруг подножников под стойками.

**Контурные заземлнтели отсутствуют.

Контурные заземлнтели вокруг подножников под стойками и оттяжками.

236

Ятр

Я

237

Расчет сопротивлении контурных заземляющих устройств. При проектиро­ вании искусственных заземлителей должна быть учтена дополнительная про­ водимость, создаваемая контурными заземлителями, укладываемыми на дно котлована. Сопротивление контурных заземлителей, а также комбинирован­ ного заземляющего устройства, состоящего из естественных и искусственных заземлителей, может быть рассчитано по формулам табл. 9-6.

Результаты проведенных расчетов показали, что в грунтах с р = З Х ХЮ2 Ом-м сопротивление растеканию контурных заземлителей с учетом их взаимного экранирования с подножниками находится в пределах 20—23 Ом для одностоечных опор и 13,5 Ом для опор портального типа на оттяжках. В этом случае естественная проводимость подножинков вместе с контурными ■искусственными заземлителями обеспечит сопротивление растеканию, приве­ денное в табл. 9-7.

Нормативные требования к заземляющим устройствам при учете естест­ венной проводимости железобетонных фундаментов одностоечных опор 330 кВ и выполнении контурных заземлителей обеспечиваются в грунтах с рг^ЗХ ХЮ2 Ом-м, а при портальных опорах 500 кВ — даже в грунтах с р ^ 5 Х ХЮ2 Ом-м.

Расчет сопротивлений комбинированных искусственных заземляющих уст­ ройств. В случае необходимости при высоких удельных сопротивлениях грун­ тов применяются комбинированные искусственные заземляющие устройства, состоящие из горизонтальных, вертикальных или глубинных заземлителей.

Расчетные формулы приведены в табл. 9-8.

В грунте с удельным сопротивлением (3-н5)-10г Ом-м искусственное за­ земляющее устройство в виде контурных заземлителей и четырех горизон­ тальных лучей длиной по 10 м с учетом естественной проводимости фунда­ ментов обеспечивает для опор 330—500 кВ сопротивление в пределах до 15 Ом. В грунте с р^Ю -103 Ом-м требуется дополнительно к углубленным заземлителям уложить четыре луча длиной по 20—30 м. В этом случае со­ противление заземляющего устройства опор 330—500 кВ не превысит 20 Ом.

9-4 ИМПУЛЬСНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

Импульсное сопротивление может значительно отличаться по своей величине от сопротивления заземления, измеренного при промышленной частоте. Это различие объясняется особенностя­ ми токов молнии, для которых характерны большая амплитуда и кратковременность воздействия. Наблюдаемое наиболее часто снижение сопротивления заземлителя происходит из-за увеличе­ ния напряженности электрического поля, возникающего в грун­ те вокруг электрода при прохождении импульсных токов.

Отношение импульсного сопротивления заземления Ra к со­ противлению при промышленной частоте называется импульс­ ным коэффициентом

(9-5)

где R ~ — сопротивление единичного заземлителя при токе про­ мышленной частоты; а — коэффициент импульса единичного за­ землителя.

238

ле значительно возрастает. Снижение сопротивления сухого грунта, неоднородного по своей структуре из-за наличия воз­ душных включений вызвано неравномерностью электрического поля, приводящей к возникновению местных разрядов, которые облегчают распространение тока в земле, а также свойствами нелинейной проводимости сухих грунтов, аналогичными поведе­ нию вилитовых или тиритовых сопротивлений при прохождении импульсных токов. В результате постепенного увеличения плот­ ности стекающего с заземлителя импульсного тока напряжен­ ность электрического поля достигает (l-fl,2 )X l0 3 кВ/м и пре­ вышает импульсную прочность земли. В этот момент начинается процесс электрического пробоя, сопровождающийся интенсивным искрообразованием, приводящим к резкому снижению падения напряжения вблизи заземлителя и значительному уменьшению величины сопротивления растеканию. При наличии искрообразования величина импульсного сопротивления практически не зави­ сит от сечения заземлителей. С течением времени искровой раз­ ряд переходит в дуговой и напряженность электрического поля заметно снижается. Следовательно, основной причиной снижения импульсного сопротивления заземлителей является уменьшение удельного сопротивления грунта, вызванное постепенным повы­ шением напряженности электрического поля и наступлением про­ цесса искрообразования, который происходит со значительным запаздыванием. Вследствие этого импульсные коэффициенты определяются для времени 3—6 мкс, когда искрообразование полностью устанавливается. При меньших временах импульсный коэффициент может быть принят равным единице.

Эффект искрообразования тем сильнее, чем выше удельное сопротивление земли. Поэтому импульсные коэффициенты за­ землителя в грунтах с высоким удельным сопротивлением сни­ жаются. Уменьшение линейных размеров заземлителей при неизменной величине тока приводит к увеличению плотности тока, стекающего через заземлитель. Следовательно, с умень­ шением размеров заземлителя снижаются импульсные коэффи­ циенты.

239

Одновременно с этим явлением необходимо учитывать вол­ новой характер процесса распространения напряжения и тока. При импульсных процессах собственная индуктивность заземлителя препятствует распространению тока к удаленным от места его ввода участкам заземлителя, которые не успевают в такой же степени включаться в процесс растекания, как более близкие участки. Это обстоятельство приводит к повышению значений импульсных коэффициентов, которые возрастают с увеличением длины заземлителя. Неравномерное распределение потенциала вдоль заземлителя уже наблюдается при лучах длиной около ІО м. Поэтому заземлители, предназначенные для отвода им­ пульсных токов, подразделяются на две категории: сосредото­ ченные и протяженные. Сосредоточенным называется такой заземлитель, в котором распределение напряжения при импульсах практически не отличается от распределения напряжения при токах промышленной частоты. Протяженными называют также заземлители, у которых учитывается волновой процесс распрост­ ранения напряжения и тока.

Использование протяженного заземлителя в заданный мо­ мент времени характеризуется отношением напряжения в конце луча к напряжению в месте ввода тока.

При больших длинах протяженных заземлителей их недоис­ пользование может быть очень значительным, особенно при не­ больших импульсных токах; коэффициент а при этом может пре­

вышать 1.

В табл. 9-9 приведены экспериментальные данные, характе­ ризующие отношение напряжения в конце заземлителя к напря­ жению в месте ввода тока для заземлителей различной длины, уложенных в грунтах с удельным сопротивлением в диапазоне

5* ІО2—100-ІО2 Ом-м.

Чем длиннее заземлитель, тем меньше напряжение на отда­ ленных его элементах и участие их в растекании импульсных токов.

Необходимо отметить, что поведение непрерывного горизон­ тального заземлителя в плохо проводящем грунте при падении на него импульсной волны в существенной мере определяется его емкостью, так как при р]>100-102 Ом-м емкостная и актив­ ная проводимости заземлителя одного порядка. Емкостью обу­ словлены в этом случае волновой характер процесса стекания

240

тока и, следовательно, значение полного сопротивления непре­ рывного заземлителя, а также длительность переходного процес­ са, по истечении которого возникает установившееся состояние. Максимальное значение волнового полного сопротивления не­ прерывного заземлителя, к средней точке которого подведена ко­ соугольная волна импульса тока, при р= 100-102 Ом-м приходит­ ся на т = 0,3 мкс и составляет 80 Ом. Затем значение волнового сопротивления снижается и ко времени т = 4 мкс достигает поло­ вины первоначального значения.

Таким образом, при двойном непрерывном заземлителе у каж­ дой опоры существуют как бы четыре бесконечных луча, не имеющих неблагоприятных отражений. При прохождении ам­ плитуды тока молнии (т=4 мкс) эта система обеспечивает 20 Ом. Так как с помощью лучевых заземлителей конечной дли­ ны при р= 100-102 Ом-м такое сопротивление получить практи­ чески невозможно, то имеются основания рекомендовать приме­ нение непрерывных заземлителей. Опыт эксплуатации линий электропередачи, трасса которых проходит по грунтам с низкой электропроводностью, свидетельствует о достаточной эффектив­ ности системы непрерывного заземлителя в обеспечении грозен упорности линии.

В одной из энергосистем СССР был проведен подробный ана­ лиз опыта эксплуатации участков линии электропередачи, имею­ щих заземляющие устройства, выполненные в песчаных грунтах в виде непрерывных горизонтальных заземлителей. На этих участках линий по опыту эксплуатации 720 км-лет не зарегист­ рировано ни одного грозового отключения. Полученные резуль­ таты подтверждают сделанный вывод об эффективности непре­ рывных горизонтальных заземлителей.

Расчет импульсного сопротивления заземляющих устройств. В связи с тем что грозозащитный эффект заземления определя­ ется величиной его импульсного сопротивления, следует оценить соотношения между сопротивлением при токах промышленной

241

Г л а в а д е ся та я

ВНУТРЕННИЕ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Ю-1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

В соответствии с установившей­ ся в настоящее время терминологией к категории внутренних перенапряжений относятся различные случаи повышения напря­ жения в электрической системе, причиной которых являются:

1) энергия, продолжающая поступать в линию электропере­ дачи от генераторов при различных изменениях схемы сети или

еепараметров, приводящих к резонансным условиям;

2)энергия, ранее накопленная в электрических и магнитных полях и освобождающаяся в начале переходного процесса, воз­ никающего вследствие коммутационных операций.

Как следует из приведенного определения, возможные ампли­ туды внутренних перенапряжений ограничены запасами энергии

врассматриваемой электрической системе. Внутренние перена­ пряжения подразделяются на длительные или установившиеся повышения напряжения, имеющие резонансный характер, и крат­ ковременные коммутационные перенапряжения.

Длительные повышения напряжения возникают после появ­ ления резонансных колебаний в установившихся или относи­ тельно медленно изменяющихся режимах работы электропере­ дачи при коммутационных операциях, приводящих как к сим­ метричным, так и несимметричным схемам сети. Коммутационные перенапряжения появляются в процессе или вследствие раз­ личного рода нормальных или аварийных включений или от­ ключений линии, выполняемых выключателями или другими аппаратами. После нарушения существовавшего режима элек­ трической сети (при внезапном изменении э. д. с., схемы элек­ тропередачи или ее параметров) в контурах, образованных индуктивностями различных элементов электропередачи и ем­ костью линии, начинается непрерывный, как правило, колеба-

243

тельный процесс перехода к последующему установившемуся состоянию.

В начале переходного процесса возникают свободные токи и напряжения, которые постепенно уменьшаются и к моменту его окончания становятся равными нулю. Переходные процес­ сы, сопровождающиеся резкими изменениями режимов работы электрической сети, могут явиться причиной возникновения опасных для аппаратов, трансформаторов и изоляторов повыше­ ний напряжения по отношению к земле или разности напряже­ ний между фазами. Подразделение внутренних перенапряжений на два основных вида, прежде всего, необходимо в связи с раз­ работкой мероприятий для их ограничения. В то же время при­ веденная выше классификация внутренних перенапряжений но­ сит условный характер, так как оба вида повышений напряже­ ния взаимно связаны. Длительные повышения напряжения, которые также называют вынужденной составляющей, возника­ ют после окончания переходного процесса и характеризуют по­ следующий установившийся режим работы линии, который бу­ дет продолжаться до очередного изменения параметров сети. Следовательно, уровни коммутационных перенапряжений непо­ средственно зависят от величины вынужденной составляющей. Кратковременные коммутационные перенапряжения, как прави­ ло, выше, чем длительные повышения напряжения в установив­ шемся режиме, за исключением редко встречающихся в эксплу­ атации случаев точного резонанса. Необходимо также отметить наиболее тяжелый режим, когда на уже существующие, но еще не опасные для изоляции длительные повышения напряжения накладываются перенапряжения, вызванные переходным про­ цессом при коммутации.

В отличие от вызванных внешними причинами грозовых пе­ ренапряжений, при которых воздействию токов молнии подвер­ гается изоляция только на ограниченном участке, внутренние перенапряжения распространяются на значительную часть элек­ трически связанной сети и характеризуются различной ампли­ тудой и длительностью протекания процесса в зависимости от причин их возникновения, схемы электрической сети и парамет­ ров линий, трансформаторов, шунтирующих реакторов, генера­ торов и параметров присоединенных приемных систем.

Расчеты длительных повышений напряжения производятся для определения допустимости с точки зрения воздействия на изоляцию, существования в реальных условиях эксплуатации различных схем сети, приводящих к резонансным колебаниям Такие расчеты необходимы также для выбора характеристик вентильных разрядников. Интенсивность воздействия на изоля­ цию во время переходного процесса в той или иной точке элек­ тросети принято характеризовать кратностями перенапряжений относительно земли, которые определяются как отношение ам­ плитуды коммутационных перенапряжений к амплитудному

244