Заземляющее устройство

 

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 соосный 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 ф Н О1 R 4/66 H a c и О:-. с т .ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4069037/24-07 ,(22) 26.03 ° 86 (46) 30. 12.87.Бюл.. У 48 (71) Фрунзенский политехнический институт (72) И.М.Грач, В.А.Мезгин, Ю.A.Маркий, М.А.Аширкулов и M.Н.Файда (53) 621.316.995 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 412646, кл. Н 01 R 4/бб, 1972.

Авторское свидетельство СССР

9 985867, кл. Н 01 R 4/66, 1980. (54) ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при заземлении электроустановок с большими замыканиями на землю, размещенных на небольших площадках.

Цель изобретения — уменьшение объев ма 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 соосный с ним вертикальный цилиндрический электрод, находящиеся под одинаковым потенциалом. Цель достигается расположением вертикального электрода и выбором величины заглуб ления заземлителя кольцевои формы.

1 ил., 5 табл.

13633 ралью при использовании системы трос — опоры в качестве естественных заземлителей подстанций также существует опасность возникновения опасных напряжений у опор. Поэтому с ротором сетевого строительства вопрос обеспечения электробезопасности приобретает важное значение. Это относится к железобетонным опорам, для которь характерны высокие сопротивления растеканию и более неблагополученые распределения потенциалов.

40

Б естественных условиях сопротивлением защитного слоя бетона можно пренебречь, поэтому фундамент железобетонной опоры можно рассматривать как цилиндрический эаземлитель с размерами заглубленной в землю части. С точки зрения рационального использования металла, минимума земляных 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

55

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 при сохранении условия наилучшего вырав- 10 нивания потенциала и наименьшего напряжения прикосновения в зоне заземляющего устройства.

На чертеже схематично представлено заземляющее устройство. 15

Устройство содержит кольцевой заземлитель 1, с которым с помощью изолированного токопровода 2 соедипен вс=ртикальный соосный электрод 3.

Отношение глубины залегания круго- 20 во"o 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 фунмента. Б сетях с заземленной нейт52 2 большую механическую устойчивость опоры линий элеткропередач, если кольцевой заземлитель 1 жестко связан с вертикальным цилиндрическим электродом 3.

Оси симметрии вертикального и горизонтального электродов совпадают, Основание опоры имеет радиус r u

О длину Н, а кольцевой электрод имеет радиус R и расположен на глубине h от поверхности земли. Вся конструкция заземлителя является осесимметричной, а его электрическое поле— плоскомеридианным. Потенциалы электродов равны.

Простым согласно изобретению является расчет заземляющего устройства, основанный на использовании метода граничной коллокации (ГК) в сочетании с.методом эквивалентных зарядов (МЭЗ) или с представлениями потенциала в виде интегралов с произвольными подынтегральными функLTHRMII, 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 радиуса h = — — = 0,71, при кото1

R ром происходит наилучшее выравнивание потенциала на поверхности земли.

С помощью программы на ЭВМ был выполнен расчет потенциала и прово-. димости заземления для наиболее используемых на практике значений г =О, 1,0,2;0,3 м; R=0,8; 1,3;.

1,8 м; Н = 2; 2,5; 3 м. Потенциал на поверхности земли определялся в пределах интервала r r 4К при

hr = const = 0,16 м. Для каждого из значений г,,Н. Н менялась глубина расположения кольцевого электрода в преде лах 0 ah c Н при 6h = 0,05 Н На печать выводились все значения потенциала на поверхности земли и про" водимости заземления для тех значений h при которых наибольшее приращение потенциала Ь Ц, = (U; — U;„)„„ на расстоянии gr было минимальным.

Так как условие 6 Н „ наблюдалось везде вблизи электрода, то выполнение этого условия обеспечивает наи1363352 меньшее значение напряжения прикосновения. Совместный анализ полученных данных позволил определить оптимальные соотношения геометричес- 5 ких параметров заземлителя, при которых получается наилучшее выравнивание потенциала при наименьшем сопротивлении заземления.

В табл.1 приведены значения 10

h,„= — —, при которых выполняется условие (6П „),„. Эти значения практически не меняются при изменении

Н в пределах 2 « Н 3, слабо за- 15 висят от изменения г в пределах

0,1 < г » 0,3 и меняются более значительно при изменении R в пределах

0,8 В. 1,8.

Такю образом, отношение глубины 20 залегания контура к его радиусу слеФ дует выбирать в пределах Ьоп,. =

h — 0,25-0,3. Это означает, что учет проводимости фундамента опоры позволяет получить более экономичную конструкцию заземлителя, чем это предлагается в прототипе при Ь вЂ” 0,71, так как при этом уменьшается глубина заложения кольца, а следо- 30 вательно, и объем земляных работ, причем уменьшается и сопротивление заземления.

В табл.2 приведены значения (gU ),„„„и б . Как видно из табл.2, 35 наименьшие значения напряжения прикосновения и сопротивления заземления получаются при наибольших значения R и Н. При этих значениях выполняется и наилучшее выравнивание 40 потенциала на поверхности земли.

В табл.3 в качестве примера привеU (r) дены значения U (r) = — — для о

Н=Зм R=1,8Mприr, =0,1м. 45

Как видно из табл.3, в интервале

1,03 r 1,96 первая цифра у U(r) остается постоянной.

Так как из всех рассмотренных значений параметров заземлителя для 50 этого интервала это единственный случай, то можно утверждать, что при этих значениях параметров в рассматриваемой подобласти на поверхности земли происходит наилучшее выранивание.

Для дополнительной проверки правильности расчетной программы были выполнены расчеты проводимости заземления при R = r . Когда у заземлителя имеется только вертикальный электрод, то расчет G может быть выполнен по точной формуле.

В табл. 4 приведены сравнительные х значения G, рассчитанные по разработанной программе и по точной формуле. Наибольшая погрешность сравнения не превышает 2Z. Сравнение расчетных значений сопротивлений с результатами модельных экспериментов в электрической ванне показывает, что относительные ошибки метода лежат в пределах 10-2,8Х и в среднем составляют 6,37. Это означает1 что предлагаемая методика расчета имеет достаточно высокую для практики точность.

Табл.5 содержит данные для средней удельной проводимости заземлителя

G, — и среднего экстремальз сре* ного значения приращения потенциала э > (Ь мс кс) чин, сред

"1 ак видно из табл., AU, достигает своих минимальных значений, а

5 с д — максимальных в интервале

Ь = 0,25 — 0,3, причем при 11 — 0,26 наблюдается наименьшее значение. дУ, е и наибольшее б,а при выходе из этого интервала, т.е. при h = 0,24; 0,31 значения 6Ucpe*

Ь резко увеличивается, аб„„„, уменьшается.

Предлагаемое устройство обеспечивает уменьшение объема земляных работ и низкое значение сопротивления заземления при наилучшем выравнивании потенциала на поверхности земли (над горизонтальным кольцевым заэемлителем) и наименьшем значении напряжения прикосновения. Кроме того, повышается механическая прочность опоры линий электропередач.

Формула изобретения

Заземляющее устройство, содержащее кольцевой заземлитель, заглубляемый в грунт, и соединенный с ним электрически вертикальный электрод, о т л и ч а ю щ е е с я 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 25 как

0,30!

363352

Таблица !

0,8

1,8

r,= 0,1

2 Н» 3

h опт R

0,25

0,308

0,33

0,296

2с.Н а 3 а h опт R

0,25

0,23

0,277

0,252

2,0

2,5

ar д1!э 0,146480

С 4,360 .

О,I

0,2

0,8 д!1э * 0,1!3525 з" 49772

0,3 д!1, 0,097!40

С,- 5 109

0,1

И 0,107598

G, 6,035

aU 0,09! 720

0,3

Ьэ- 6,277 ди, 0,1338Э!

0,1 с,- 7,351

aUy 0el03I48

0tI

Ф

Gz 7,528

1е8

aU 0,087942

С,- 7,729

0,3

Показа!ель

02 016 13 т 0,2-0,3

aU 0,152475

С, 3,995 д1! 0,119778

Ф

G ww 4,320

aU О, 103746 б 0

Gç " 4т585

aUq 0,144540

С, 5,490 дОэ 0,1 3480

G 5,651 д11 0,097850

С, 5,845

aU, 0,139501

Ф

С 7,001

aU> 0,108939

С, 7,134

aU 0,093949

7,301

aUэ

С ав э

0,138884

5,807

Таб лица 2

1" ь!! 0,142003

С, 4,729

Нэ О э!08961

Сэ 4 5,227 д!!э 0,092395

С, 5,634 ь!! .0,134745 дс, - 6,121 дУ 0,103388

С, - 6,4!В д11, 0,087419

С, m m6,712 д!! О,!29762

Сэ 7,655

bU, 0,099092

Ф

Gэ. 7 ° 884

aU> 6,083809

Сэ 8,12Э! Зб3352

Табляца 3 о,вв

0,72

0,26 0,41

l !9

l,03

0,57

О,l

0,6871!

2,12

1,96

2,27

2,43

1,81

l,65

I 34

l,50

0,60520 0,57334 0,54013

0,67694 Ое66042 0 ° 65252 0,63235

0,50805

3,67

3,36

3,51

3,20

3 ° 05

2,89

2,58

2,74

0,47830 0,45!23 0,42678 0,40471

0,38476 0,36667 0,35020

0,33516

4,44

4,60

4,75

4,91

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

U (r) — -с 0,32137 0,30868 О, 20697 0,2861 2 0,27605 О, 26666 О, 25790 О, 24970 а 07с1 а

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

5,84

5,68

6,15

5,99

Цгс)

U(t) — — 0,24201 0,23479 0,22798 0,22157 0,2! 550 0,20976 0,20432 0,19916 е

Таолица4

Поквэвтель

2,5

0,1

3,4i

3,47

;4аблица5

Поквэатель

0,24

r, 0,2-0,3 и1

Н 25-Эм;

R 0,8 - 1,8 м

0,101406

6,209

6,823 6,819 6,766

6,798

6,251

Ц(с) а 1

U (т) &

U(,) . Ы:2

Г

Ь

0 0cpe* з срам, 0,87024 0,80630 0 ° 76518 0,73622 0,71502 0,69922

0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3

4,19 4,85 4 01 4,88 5,58 4,60 5,54 6,29

4е23 4ю85 4в09 4в94 5в61 4вбВ 5 ° 62 ба35

h

SX

0,25 0,26 0,29 0,3 0,31

0,089903 0,087874 0,089102 0,090405 0,109092

1363352

Составитель Л.Январева

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор Н.Слободяник

Закаэ 6371/48 Тираж 625 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Проиэводственио-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4