Заземляющее устройство Советский патент 1987 года по МПК H01R4/66 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к заземляющим устройствам электроустановок с большими токами замыкания на землю, размещенным на небольших площадках.

Цель изобретения - уменьшение объема земляных работ и снижение величины сопротивления заземления пр сохранении условия наилучшего вырав- нивання потенциала и наименьшего напряжения прикосновения в зоне заземляющего устройства.

На чертеже схематично представле - но заземляющее устройство.

Устройство содержит кольцевой заземлптель 1, с которым с помощью изолированного токопровода 2 соединен вертикальный соосный электрод 3. Отношение глубины залегания кругового контура к его радиусу находится в пределах 0,25-0,3.

Длительное протекание токов короткого замыкания через тело опоры в сетях с незаземленной нейтралью приводит к возникновению опасных напряжений прикосновения и шага, а в некоторых случаях и к разрушению фун- мента. В сетях с заземленной нейт- р.алыо при использовании системы трос - опоры в качестве естественных заземлите;лей подстанций также существует опасность возникновения опасных напрялсений у опор. Поэтому с ротором сетевого строительства вопрос оСЗеспечепия электробезопасности приобретает важное значение. Это относится к железобетонным опорам, для которых характерны высокие сопротивления растекашпо и более неблаго- полученые распределения потенциалов.

В естественных условиях сопротивлением запщтного слоя бетона можно, пренебречь, поэтому фундамент железобетонной опоры можно рассматривать как цилиндрический заземлитель с размерами заглубленной в землю части. С точки зрения рационального ис-

пользования металла, минимума земля- §0 Делах приДЬ 0,05 Н На

ных: работ и условия обеспечения достаточно низкого сопротивления заземления при наилучшем выравнивании потенциала на поверхности земли наиболее рациональной является конструк- ция заземлителя, которая обеспечивает также и наименьшее напряжение прикосновения. Эта конструкция обеспечивает одновременно- и достаточно

большую механическую устойчивость опоры линий элеткропередач, если кольцевой заземлитель 1 жестко свя- зан с вертикальным цилиндрическим электродом 3.

Оси симметрии вертикального и горизонтального электродов совпадают, .основание опоры имеет радиус г и

длину Н, а кольцевой электрод имеет радиус R и расположен на глубине h от поверхности земли. Вся конструк- Щ1Я заземлителя является осесиммет- ричной, а его электрическое пол.е плоскомеридианным. Потенциалы электродов равны.

Простым согласно изобретению является расчет заземляющего устройства, основанный на использовании метода граничной коллокации (ГК) в сочетании с методом эквивалентных зарядов ГМЭЗ или с представлениями потенциала в виде, интегралов с произвольными подынтегральными функциями. Интегральное выражение потенциала, у которого подынтегральная функция представляет собой распределение потенциала вдоль оси симметрии системы электродов, позволило выполнить расчет поля кольцевого заземлителя.

Получено оптимальное соотношение глубины расположения контура и его

, h п -Г1 радиуса h --- - U,/l, при кото

R

ром происходит наилучшее выравнивание потенциала на поверхности земли.

С помощью программы на ЭВМ был выполнен расчет потенциала и проводимости заземления для наиболее используемых на практрше значений

, 1 ;0,2;0,3м; ,8; 1,3;, 1,8.м; Н 2; 2,5; 3 м. Потенциал на поверхности земли определялся в пределах интервала г, г 4R при иг const 0,16 м. Для каждого из значений г, ,R,H менялась глубина расположения кольцевого -электрода в препечать вьшодились все значения потенциала на поверхности земли и проводимости заземления для тех значений h, при которых наибольшее прира- 5 щение потенциала иU- (U;- U.,.) на расстоянии дг быпо минимальным. Так как условие &и..„., наблюдалось

ПгНД КО

везде вблизи электрода, то вьтолне- ние этого условия обеспечивает наи3

меньшее значение напряжения прикосновения. Совместный анализ полученных данных позволил определить оптимальные соотношения геометрических параметров заземлителя, при которых получается наилучшее выравнивание потенциала при наименьшем сопротивлении заземления,

В табл.1 приведены значения

Ь -- опт R

, при которых выполняется

Макс мин

Эти значения пра меняются при изменении

условие тически не Н в пределах 2 iH 53, слабо зависят от изменения г в пределах , 6 0,3 и меняются более значительно при изменении R в пределах 0,8 ,8.

Таким образом, отношение глубины залегания контура к его радиусу следует выбирать в пределах д„г

h

- 0,25-0,3.

Это означает, чтоучет проводимости фундамента опоры позволяет получить более экономичную конструкцию заземлителя, чем это предлагается в прототипе при h 0,71, так как при этом уменьшается глубина заложения кольца, а следовательно, и объем земляных работ, причем уменьшается и сопротивление заземления.

В табл.2 приведены значения (Ь4,пкс)м«н иб,,- Как видно из табл.2, наименьшие:значения напряжения прикосновения и сопротивления заземления получаются при наибольших значения R и Н. При этих значениях выполняется и наилучшее выравнивание потенциала на поверхности земли.

В табл.3 в качестве примера приведены значения

и(г) для

Н 3 м, R 1,8 м при Гд 0,1 м.

Как видно из табл.3, в интервале 1,03 г 1,96 первая цифра у U(r) остается постоянной.

Так как из веех рассмотренных значений параметров заземлителя для этого интервала это единственный случай, то можно утверждать, что при этих значениях параметров в рассматриваемой подобласти на поверхности земли происходит наилучшее вырани- вание.

Для дополнительной проверки правильности расчетной программы были вьтолнены расчеты проводимости зазем

при

R г

Когда у заземлнтеля имеется только вертикальный электрод, то расчет G может быть вьшол- нен по точной формуле.

В табл. 4 приведены сравнительные

значения G , рассчитанные по разработанной программе и по точной формуле. Наибольшая погрешность сравнения

не превышает 2%. Сравнение расчетных значений сопротивлений с резу-пьтатами модельных экспериментов в электрической ванне показьшает, что относительные ошибки метода лежат в

пределах 10-2,8% и в среднем составляют 6,3%. Это означает, что предлагаемая методика расчета имеет достаточно высокую для практики точность. Табл.5 содержит данные для средней

удельной проводимости заземлителя

G гсред

ного значения приращения потенциала

и среднего экстремаль5

5

0

5

0

5

uU,«,p (

макс мин. с ред

Как видно из табл. , ди, ред достигает своих минимальных значений, а максимальных в интервале h 0,25 - 0,3, причем при h 0,26 наблюдается наименьшее значе0 ние ли, д и наибольшее (5, сред Р этого интервала.

из

т.е.

выходе

при h 0,24; 0,31 значения йЦсред

резко увеличивается, аС, рд уменьшает ся.

Предлагаемое устройство обеспечи- вает уменьшение объема земляных работ и низкое значение сопротивления заземления при наилучшем выравнивании потенциала на поверхности земли (над горизонтальным кольцевым зазем- лителем и наименьшем значении напряжения прикосновения. Кроме того, повышается механическая прочность опоры линий электропередач. Формула изобретения

Заземляющее устройство, содержащее кольцевой заземлитель, заглубляемый в грунт, и соединенньй с ним электрически вертикальный электрод, отличающееся тем, что, с целью уменьшения объема земляных работ и снижения величины сопротивления заземления при сохранении наилучшего выравнивания потенциала и наименьшего напряжения прикосновения в зоне заземляющего устройства, величина заглубления кольцевого заземлителя относится к его радиусу

0,30

Таблица I

г0,1

5(r).

0,260,41

0,57

0,72

0,88

ТабляцаЗ 1,031,19

0,87024 0,80630 0,76518- 0,73622 0,71502 0,69922 0,68711

1,34 1,50 1,65 I.,81

и(г) . 0,67694 0,66042 0,65252 0,63235 0,60520 0,57334 0,54013 0,50805

2,58 2,74 2,89 3,05

(5(г) . -Р- 0,47830 0,45123 0,42678 0,40471 0,38476 0,36667 0,35020 0,33516

3,82 3,98 4,13 4,29

0(г) . SiEi 0,32137 0,30868 0,20697 0,28612 0,27605 0,26666 0,25790 0,24970

5,06 5,22 5,37 5,53

U(t) - 0,24201 0,23479 0,22798 0,22157 0,21550 0,20976 0,20432 0,19916

Показатель

G.

0,10,20,30,1 0,2

3,4|4,19 4,85 ° 4,01 4,8

G,p3,474,23 4,854,09 4,945,61 4,68 5,62 6,35

Показатель

0,3

0,31

0,24I 0,25I 0,26 0,29

г,- 0,2-0,3 MjH - 2,5 - 3 м;R 0,8 - 1,8 м

iU.

r«A

cpeA

0,101406 0,089903 0,087874 0,089102 0,090405 0,109092 6,209 6,798 6,823 6,819 6,766 6,251

0,72

0,88

ТабляцаЗ 1,031,19

1,96

2,12

2,27

2,43

3,20

3,36

3,51

3,67

4,44

4,60 4,75

4,91

5,68 5,84

5,99

6,15

Таблица4

2.5

ri::z:

0,30,1 0,20,3

I

5,58 4,60 5,54 6,29

Таблицей

0,3

0,31

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при заземлении электроустановок с большими замыканиями на землю, размещенных на небольших площадках. Цель изобретения - уменьшение объема земляных работ и снижение величины сопротивления заземления при сохранении условия наилучшего выравнивания потенциала и наименьшего напряжения прикосновения в зоне заземляющего устройства. Устройство содержит заземлитель кольцевой формы, располагаемый горизонтально, и со- осный с ним вертикальньм цилиндрический электрод, находящиеся под одинаковым потенциалом. Цель достигается расположением вертикального . электрода и выбором величины заглубп ления заземлителя кольцевой формы. 1 ил., 5 табл. S со 05 00 со СП Ю