Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Электрические сети энергоемких предприятий

Устройство заземляющих контуров - Электрические сети энергоемких предприятий

Оглавление
Электрические сети энергоемких предприятий
Основные требования к схемам электроснабжения
Схемы электроснабжения
Выбор трансформаторов
Выбор напряжения
Требования к качеству электроэнергии
Компенсация реактивной мощности
Способы канализации электроэнергии
РУ и подстанции 110—220 кВ
РУ и подстанции 6—10 кВ
Подстанции специального назначения
Воздушные линии 6—220 кВ
Кабельные линии 6—220 кВ
Токопроводы 6—35 кВ
Элементы защиты сетей от атмосферных перенапряжений
Электрические расчеты сетей
Механические расчеты
Механический расчет проводов на особых участках
Особенности расчета проводов на открытых распределительных устройствах подстанций
Расчет проводов и шин открытых токопроводов
Проектное размещение опор по профилю трассы
Защита линий и подходов 6—10 кВ от атмосферных перенапряжений
Защита токопроводов 6—10 кВ от атмосферных перенапряжений
Защита ВЛ и подходов 35-220 кВ от атмосферных перенапряжений
Защита подстанций от атмосферных перенапряжений
Устройство заземляющих контуров
Расчет заземлителей в неоднородных грунтах
Поведение заземлителей при прохождении через них импульсных токов молнии
Заземляющие устройства на линиях электропередачи
Заземляющие устройства подстанций

Глава шестая
УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ КОНТУРОВ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ПОДСТАНЦИЯХ

6-1. УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА

Сопротивление растеканию тока заземлителей зависит от следующих факторов: свойств и состояния грунта;
типа и материала, из которого выполнен электрод заземлителя (труба, угловая сталь, круглый металлический стержень, полосовая сталь);
глубины заложения электродов в грунт; количества и взаимного расположения электродов заземления.
Свойство грунта с точки зрения электрической проводимости характеризуются величиной его удельного сопротивления. За эту величину принимается сопротивление между сторонами кубика грунта с ребрами 1 см:

где R — сопротивление некоторого объема грунта, Ом; F — сечение некоторого объема грунта, см; I — длина некоторого объема грунта, см; р — удельное сопротивление грунта, Ом • дм2!см или Ом -см.
Удельное сопротивление грунта существенно зависит от характера и строения грунта, его влажности, температуры и растворимых химических веществ в грунте.
Приближенные значения удельного сопротивления грунта и воды в зависимости от их физико-механического строения, влажности и температуры приведены в табл. 6-1.
Таблица 6-1
Средние значения удельного сопротивления различных грунтов

313
При понижении температуры ниже 0°С удельное сопротивление грунта значительно возрастает. В течение года в связи с изменениями атмосферных условий изменяются количество и физические характеристики влаги в грунте, а также его температура. Это приводит к изменениям удельного сопротивления грунта в довольно широких пределах. Поэтому при выборе расчетного сопротивления грунта необходимо вводить коэффициент сезонности -ф (табл. 6-2). Таким образом, если замеренное в благоприятное время года удельное сопротивление грунта имеет величину размер, то с учетом сезонных изменений расчетное значение удельного сопротивления определится из выражения
(6-1)
где рзамер — замеренное или среднее значение удельного сопротивления грунта (при влажности (20%), принимаемое по табл. 6-1; ф — коэффициент сезонности по табл. 6-2.
Т а б л и ц а 6-2 Значения коэффициента сезонности Ф


Характеристика заземлителя

Глубина заложения заземлителя, м

Ф

Поверхностный протяженный заземлитель (стальная полоса, круглая сталь и пр.)

0,3

7

0,5

 

0,8

 

Вертикальный электрод (труба, угольник, круглый стержень) длиной 3—5 м

Верхний конец электрода на глубине /=0,3 м от поверхности земли

1,5

В районах распространения вечной мерзлоты удельное сопротивление грунта достигает значительных абсолютных величин и зависит не только от природы грунта, но и от температуры и влажности его. Для примера следует указать, что при температуре грунта в пределах от —5 до —8° С удельное сопротивление глинистых грунтов имеет величину около (1-2) • 104 Ом-см, суглинистых грунтов (3-т-8)*104 Ом-см, песка (16-7-22) X Х104 Ом-СМ. Из этого можно сделать вывод, что устройство заземления в вечно мерзлых глинистых и суглинистых грунтах целесообразно лишь в тех случаях, когда температура их не опускается ниже —10° С, так как при дальнейшем понижении температуры удельное сопротивление грунта принимает значения, превышающие 5Х X Ю4 Ом-см.
Рис. 6-1. Средние значения удельного сопротивления различных мерзлых грунтов.

1 — глина; 2 — суглинок; 3 — пылевидный.
Устройство обычных заземлителей в мерзлых песчаных грунтах мало эффективно ввиду больших значений удельного сопротивления грунтов. Средние значения удельного сопротивления различных мерзлых грунтов представлены на рис. 6-1 [Л. 4].

6-3. ЭКРАНИРОВАНИЕ

В практике проектирования и устройства заземлении заземлители выполняются обычно из нескольких электродов (труб, уголков, стержней и полос). Эти электроды соединяются параллельно металлической полосой также являющейся электродом. Для того чтобы сопротивление растекания тока каждого электрода сложного заземлителя не зависело от влияния соседних электродов, необходимо, чтобы расстояние между электродам было достаточно велико (около 20 м). Обычно расстояние между отдельными электродами значительно меньше 20 м, из-за чего возникает экранирование электродов.
Экранирование происходит из-за наложения электрических полей при растекании тока короткого замыкания в землю. Чем большее число электродов входит в конструкцию заземлителя, тем больше сказываются влияние экранирования и степень использования каждого электрода; при этом сопротивление растекания тока многоэлектродного контура значительно увеличивается. Отношение суммы сопротивлений отдельных электродов к сопротивлению многоэлектродного заземлителя называется коэффициентом использования контура заземления :
(6-5;
где Rтл — сопротивление растекания тока одиночного электрода, Ом; RK — сопротивление растекания тока контура, Ом; п — число электродов в контуре.
В практических расчетах экранирование учитывается как явление, увеличивающее сопротивление растекания тока элементов заземлителя. Для определения необходимого числа электродов в контуре заземления служит формула
(6-6)
Буквенные обозначения в данном случае те же, что и в (6-5).

Значения коэффициента использования ~q заземлителей из труб, угловой или круглой стали без учета влияния полосы связи


Отношение расстояния между электродами к их длине

Размещенные в ряд

Размещенные по контуру

Число вертикальных электродов из труб, угловой или круглой стали

 

Число вертикальных электродов из труб, угловой или круглой стали

 

1

2

0,84—0,87

4

0,66—0,72

3

0,76—0,80

6

0,58—0,65

5

0,67—0,72

10

0,52—0,58

10

0,56—0,62

20

0,44—0,50

15

0,51—0,56

40

0,38—0,44

20

0,47—0,50

60

0,36—0,42

100

0,33—0,39

2

2

0,90—0,92

4

0,76—0,80

3

0,85—0,88

6

0,76—0,75

5

0,79—0,83

10

0,66—0,71

10

0,72—0,77

20

0,61—0,66

15

0,66—0,73

40

0,55—0,61

20

0,65—0,70

60

0,52—0,58

100

0,49—0,55

3

2

0,93—0,85

4

0,84—0,86

3

0,90—0,92

6

0,78—0,82

5

0,85—0,88

10

0,74—0,78

 10

0,79—0,83

20

0,68—0,73

15

0,76—0,80

40

0,64—0,69

20

0,74—0,79

60

0,62—0,67

-

100

0,59—0,65

 В контурах заземления, состоящих из ряда вертикальных электродов, соединенных полосами, помимо экранирования между вертикальными электродами, происходит также экранирование между полосами и между полосами и вертикальными электродами (табл. 6-4). Значения коэффициентов использования параллельно уложенных полосовых заземлителей приведены в табл. 6-5. На воздушных линиях электропередачи часто находят применение многолучевые заземлители, выполненные из круглой или полосовой стали, укладываемые в землю  

Таблица 6-4
Значения коэффициента использования соединительной полосы

Таблица 6-5
Значения коэффициента использования параллельно уложенных полосовых заземлителей (ширина полосы £=20- 40 мм; глубина заложения /=30 -80 см)

В табл. 6-3 приведены значения коэффициентов использования электродов в зависимости от их числа и взаимного расположения, глубину 0,5—0,8 м в виде расходящихся лучей. Сопротивление растекания тока такого многолучевого заземлителя определяется как
(6-7)
где R1 — сопротивление растеканию тока одного луча, Ом; пл — число лучей; и— коэффициент использования одного лучевого заземлителя в системе из нескольких лучей.
Для лучшего использования лучевого заземлителя его лучи следует располагать под одинаковым углом.
Значения коэффициента использования и многолучевых заземлителей приведены в табл. 6-6.
Таблица 6-6
Значения коэффициента использования многолучевых заземлителей

Примечания: I. При применении для лучей полосовой стали эквивалентный диаметр принимается равным половине ширины полосы.
2. Приведенные коэффициенты могут применяться для глубин заложения 0,3— 0,8 м.

6-4. УГЛУБЛЕННЫЕ И ГЛУБИННЫЕ ЗАЗЕМЛИТЕЛИ

Углубленные заземлители. В настоящее время в проектной и монтажной практике нашли широкое применение углубленные заземлители из круглой или полосовой стали, закладываемые горизонтально на дно котлованов при сооружении фундаментов под электрооборудование на подстанциях и для опор линий электропередачи. Закладываются углубленные заземлители обычно на 3—4 м ниже уровня земли, т. е. ниже уровня промерзания грунта. В качестве углубленных заземлителей применяются также вертикальные электроды в виде стержней из круглой стали диаметром 12—16 мм и длиной 5—6 м. Сопротивление растекания тока углубленного заземлителя, имеющего конфигурацию в виде прямоугольника или круга, зависит от его геометрических размеров. Величина сопротивления достаточно стабильна, так как углубленные заземлители менее подвержены влиянию атмосферных условий, чем обычные.
При расчетах необходимо учитывать особенности стекания тока с углубленных заземлителей в связи с бетонным или железобетонным фундаментом над ними. В связи с этим уменьшаются сечения, через которые проходит ток, и, следовательно, возрастает сопротивление растеканию тока заземлителя, что должно быть учтено введением в расчет коэффициента экранирования. Ориентировочно этот коэффициент можно принимать равным 0,8 [Л. 27]. Сопротивление растекания тока углубленных заземлителей определяется по (6-2) — (6-4). В эти формулы вводится дополнительно коэффициент экранирования.
Таким образом,
(6-8)
где Ry.3 — сопротивление растекания тока углубленного заземлителя, Ом; R — то же обычного заземлителя, Ом; г] —коэффициент экранирования, равный 0,8.
Глубинные заземлители. В плохо проводящих грунтах осуществление заземляющих устройств с относительно малым сопротивлением растекания тока трудно выполнимо. Особенно сложно это сделать на подстанциях с компактным размещением оборудования на относительно малой площади. В таких случаях нужно найти в пределах территории подстанции нижний, значительно лучше проводящий слой грунта, находящийся в зоне грунтовых вод на глубине, не превышающей 15—20 м от поверхности земли, и заложить здесь глубинный заземлитель. Так как стоимость устройства глубинных заземлителей относительно велика, их количество в сложном заземлителе следует выбирать в каждом конкретном случае на основе технико-экономических сопоставлений с другими вариантами.



 
« Электрическая прочность межэкранных промежутков вакуумных дугогасительных камер   Электроснабжение городов »
электрические сети