книги из ГПНТБ / Рябкова Е.Я. Расчет заземляющих устройств (Заземления в установках высокого напряжения) учеб. пособие

Г л а в а VI

ВЫПОЛНЕНИЕ И РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ ГРОЗОЗАЩИТЫ

ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Заземлители грозозащиты опор линий передач соору­ жаются для заземления:

1 ) железобетонных, металлических и деревянных опор

линий всех напряжений, на которых подвешен трос или установлены устройства грозозащиты (разрядники трубча­ тый, вентильный или защитный промежуток);

2 ) железобетонных и металлических опор линий:

а) напряжением 35 кв и выше, б) напряжением 3 — 20 кв только в населенных местах.

Согласно «ПУЭ», сопротивление заземлителей грозоза­ щиты опор линий передач нормируется лишь для грозового сезона. В зависимости от удельного сопротивления грунта это сопротивление должно быть не более 10 — 30 ом, по измерениям при токе промышленной частоты и отсоединен­ ном тросе (см. гл. II).

1 . Естественные за^млители опор с железобетонными

фундаментами и расчет их сопротивления

Для линий с металлическими и железобетонными опора­ ми, проходящих в местах с глинистыми, суглинистыми, су­ песчаными и подобными грунтами с удельным сопротивле­ нием р 300 ояім и не содержащих агрессивных вод, до­ пустимая величина сопротивления заземления может быть

100

допустимая величина сопротивления должна полностью обеспечиваться искусственными заземлителями.

Подножник любого типа железобетонного фундамента представляет собой арматурный каркас, залитый бетоном. Наружный бетонный слой фундаментов (около 15—ЗОяш), находящихся во влажных грунтах, является проводником за счет капиллярного подсоса влаги, а стержни арматурного каркаса являются электродами.

Проведенные исследования с использованием теории по­ добия и измерений на физических моделях подножников в электролитической ванне показали [Л. 17], что прибли­ женный расчет сопротивления железобетонного фундамен­ та опоры можно производить по наружным размерам, т. е. принимая его за металлический электрод. При этом по,- грешность, из-за неучета сопротивления бетонного слоя фундамента, не превышает нескольких процентов для грун­ тов с удельным сопротивлением, при котором допущено ис­ пользование железобетонных фундаментов в качестве есте­ ственных заземлителей.

Сопротивление заземления железобетонного фундамента и подножника в однородном грунте может быть рассчитано

в качестве основного или базисного размера;

kj — безразмерный коэффициент формы фундамента, за­ висящий от отношений его размеров к базисному, т. е. к величине Н;

ks — эмпирический коэффициент, учитывающий местные неоднородности и нарушение структуры грунта у опоры непосредственно после закладки фундамен­ та.

Коэффициент k, принимается равным 2 для грибовидных подножников и 1,5 — для вертикальных стоек и свай. Дан­ ные непосредственных измерений показали, что процесс самоуплотнения грунта продолжается до нескольких меся­ цев.

Коэффициент формы kf , для фундаментов различной конструкции получен измерением на физических моделях подножников в электрической ванне и приводится на

101

Рис. ѴІ-1. Коэффициенты формы железобетонных фундаментов, используе­ мых в качестве естественных заземлителей

102

рис. Ѵі- 1 в зависимости от относительных размеров естест­

венного заземлителя.

Использование железобетонных фундаментов в качестве естественных заземлителей считается возможным, если не предусматривается их обмазка битумом и осуществлена ме­ таллическая связь между анкерными болтами и арматурой.

Однако недавно проведенные исследования [Л. 18] по­ казали, что железобетонные фундаменты опор, покрытые битумной смазкой, через 2—3 месяца после их установки в грунте могут рассматриваться как естественные заземлители. Дополнительное сопротивление, оказываемое битум­ ным слоем сопротивлению таких естественных заземлите­ лей при токе промышленной частоты, может быть учтено коэффициентом 1,4.

2. Выполнение и расчет сопротивления искусственных заземлителей опор

Для линий передач на деревянных опорах с тросами или защитными разрядниками нормированная величина сопро­ тивления заземления обеспечивается искусственными заземлителями (рис. Ѵі-2 ,а).

Эффективность заземлителя опоры, как элементы грозо­ защиты, определяется величиной его импульсного сопротив­ ления. Поэтому для искусственных заземлителей опор в пер­ вую очередь должны быть использованы сосредоточенные заземлители, обеспечивающие наименьшие импульсные ко­ эффициенты. К таким заземлителям в хороших грунтах от­ носятся один или несколько вертикальных стержневых электродов, объединенных горизонтальной полосой, гори­ зонтальные заземлители в виде колец или из двух, трех, четырех лучей небольшой длины.

В более плохих грунтах требуется такое количество вер­ тикальных электродов, которые из-за взаимного экранирова­ ния уже не могут быть хорошо использованы на небольшом расстоянии от места ввода тока молнии в центре заземли­ теля. Вследствие этого вертикальные электроды размещают­ ся вдоль лучевых заземлителей.

При использовании лучевых заземлителей "без стержней длина соответственно увеличивается.

В очень плохих грунтах необходимая длина лучевых за­ землителей столь велика, что становится целесообразным применение от опоры к опоре одного или двух непрерыв­

н а

І)

Б" а

ЛГ

/

Одностоечные

О П О Р Ы

0 ----

— 0 т

Ъаземлите-лЬ подНооиНина под одной

с тоиной

Рис. ѴІ-2. Зазешштели грозозащиты на линиях пере­ дач: а ч—тросов деревянных опор, б — опор с железо­ бетонными фундаментами

104.

ных горизонтальных заземлителей, называемых противове­ сами.

Если естественные заземлители в виде железобетонных! свай и подножников не обеспечивают нормированную вели­ чину сопротивления заземления опоры в данном грунте, то необходимо дополнительное устройство искусственного заземлителя. С целью экономии земляных работ и для дости­ жения грунта, не подверженного высыханию, целесообраз­ но сооружение искусственного заземлителя на дне котло­ вана.

В грунтах с удельным сопротивлением р> 300 омм, при которых естественная проводимость фундаментов не учиты­ вается, дополнительно к электродам на дне котлована соо­

венных заземлителей опор линий электропередач в неодно­ родном двухслойном грунте. Метод расчета основан на об­ работке и систематизации данных о значениях сопротивле­ ний заземлителей различной конструкции и размеров, ис­ пользуемых в обычных грунтах с удельным сопротивлением >р< 1000 омм и приведенных на рис. Ѵі-2,а. Значения сопро­ тивлений были получены расчетами на ЦВМ и методом фи­ зического моделирования в электролитической ванне [Л. 19].

Как уже указывалось выше, для геометрически подобных заземлителей в однородном грунте критерий подобия имеет вид

RI

---- = Idem,

р

а в неоднородном двухслойном грунте должен быть допол­ нен условиями

где рі и р2 — удельные сопротивления верхнего и нижнего

слоев грунта; Н — толщина верхнего слоя;

I —основной или базисный линейный размер за­ землителя.

Расчет сопротивления заземлителя в неоднородном грун­ те (при рі ф рг) ведется при соответствующем удельном со­ противлении ра однородного грунта, при котором сопротив­ ление заземлителя имеет ту же величину, что и в неодноч

105

в верхнем слое. Поэтому относительное эквивалентное удельное сопротивление — близко к отношению — и Ре Рі*

Ps

сопротивление грунта ■— для расчета сопро­

тивлений л-лучевых заземлителей

При небольшой относительной толщине верхнего слоя

I— - <0,1251 нижний слой оказывает более заметное влия~

\пл-Іл )

108

ние, даже в том случае, когда нижний слой с большим

эквивалентного удельного сопротивления.

б) Расчет m-лучевых горизонтальных заземлителей с вертикальными электродами

Расчетная формула для определения сопротивления п-ку- чевого заземлителя с вертикальными электродами будет:

Коэффициент Дв характеризует снижение сопротивления в зависимости от относительной длины вертикальных элект­ родов и расстояния между ними и найден путем деления значений сопротивлений ?г-лучевого заземлителя с верти­ кальными электродами и без них.

На рис. Ѵі-5 даны кривые зависимости коэффициента Дв от геометрических параметров гг-лучевого заземлителя,

109