книги / Техника высоких напряжений

Рис. 32-9. С прямление зависимости

Сопротивление заземлителя рас­ считывается как сопротивление электрода с фиктивными размера­ ми, определяемыми искровой зоной, в грунте с нелинейной характери­ стикой

р и = р / ( £ ) .

Для упрощения расчетов импульс­ ные характеристики грунта — =

= f (Е) спрямляются между значе­ ниями, соответствующими напряжен­ ностям £ = 0 и Е = Епр (рис. 32-9),

ивыражаются уравнением

iï - = l — kE.

P

Значение постоянной k (при *ф = = 2— 4 мксек) для обычных песча­ ных, глинистых и перегнойных грун­

у поверхности земли в грунте с удель­ ным сопротивлением р (рис. 32-10)

нием будет полушаровая поверхность радиуса гф, на которой

E = i9v = ^ L - 9( l - k E )

равна пробивной напряженности грун­ та £ пр при предразрядном времени t — тф (/—плотность тока).

Напряженность электрического поля полушарового электрода с фиктивным радиусом гф на расстоянии г > гф от центра полушара

Ег= <^9(1-ЬЕт)

или

Е — — II—

Потенциал электрода

t/ = J

Гф Гф

Отсюда импульсное сопротивление полушарового электрода при токе /, вызывающем развитие искровой зоны, будет:

(32-12)

Как видно из (32-12), сопротивление полушарового электрода при боль­ шом токе, приводящем к развитию искровой зоны, не зависит от гео­ метрического размера г„, а опреде­ ляется амплитудой тока /, удельным сопротивлением грунта р и его им­ пульсными характеристиками.

Так как стационарное сопротив­ ление заземлителя пропорционально р, коэффициент импульса полушарового

Это важное соотношение спра­ ведливо для электродов произволь­ ной формы.

На рис. 32-11 приведены зави­ симости сопротивления заземления полушарового электрода радиусом 50 см от стекающего через него то­ ка при двух различных значениях коэффициента k. Как видно из кри­ вых, при k = 0 вплоть до значения тока I"пр, когда происходит пробой грунта, сопротивление сохраняется постоянным, а затем быстро умень­ шается. При &=0,1 снижение сопро­ тивления начинается при малых то­ ках, а при токе / /Пр > ///пр. соответ­ ствующем пробою грунта, лишь не­ сколько ускоряется. В результате почти во всем диапазоне токов со­ противление заземления при £=0 оказывается наименьшим.

Радиальное симметричное поле полушарового электрода позво­ ляет наиболее просто рассчитать импульсное сопротивление заземле­ ния. Выведенные соотношения мо­ гут служить для оценки импульсно­ го сопротивления некоторых есте­ ственных заземлителей, которые приближенно могут быть представ­ лены в виде полушара (металличе­ ские подножники опор и др.). Кро­ ме того, расчет импульсного сопро-

°)

а

Ф

Рис. 32-12. Импульсные коэффициенты труб­

ки чатого электрода а = -д- в зависимости

от /р при разных величинах пробивной на­ пряженности грунта.

при предельно "малых геометриче­ ских размерах. Громадные плот­ ности тока и напряженности поля в месте ввода тока обусловливают развитие искровой зоны и снижение сопротивления самозаземления. За­ висимости сопротивления самоза­ земления от тока даются пунктир­ ными кривыми рис. 32-11, которые сливаются с кривыми для полушарового электрода.

Расчет импульсного сопротивле­ ния трубчатого электрода проводит­ ся аналогично расчету полушарового электрода, однако с дополнитель­ ными допущениями из-за более сложной конфигурации электриче­ ского поля вблизи электрода.

На рис. 32-12,а и б приводятся кривые импульсных коэффициентов трубчатых электродов длиной 200 и 300 см в зависимости от величи­

могут быть использованы для опре­ деления импульсного коэффициента в грунте любого удельного сопро­ тивления с указанными импульсны­ ми характеристиками.

32-7. ИМПУЛЬСНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОТЯЖЕННЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

а) Расчет протяженного заземлителя без учета искрообразования в земле

После решения этих уравнений при заданной косоугольной волне тока в начале заземлителя

/(0, t)= a t

напряжение на заземлителе можно представить в виде:

U(x, t) =

k=\

X ( l - e “ //r* )c o s ~ J , (32-15)

где

Отсюда импульсное сопротивление заземлителя

2 (0.

x [ i

(32-16)

При относительно небольшой амплитуде импульсного тока, когда искровым процессом в земле можно

ного заземлителя ведется по схеме замещения линии с распределенны­ ми постоянными (рис. 32-1) при L=const и g'=const, причем индук­ тивность заземлителя равна индук­ тивности уединенного проводника и может быть подсчитана по формуле

L — 0,2 — 0,31 j , мкгн/м,

где / — длина и г —-радиус заземли­ теля.

в связи с тем, что в отличие от сосредото­ ченного заземлителя сопротивление протя­ женного заземлителя не является чисто ак­ тивным.

” ж [ 1 _ т ,'тг]= л / <0' 0 - т -

(32-18)

Из рассмотрения (32-17) видно, что импульсное сопротивление про­ тяженного заземлителя состоит из двух слагаемых: стационарного со­ противления и добавочного переход­ ного индуктивного сопротивления, зависящего от момента времени с на­

чала прохождения тока

Зависимость z = f(i) приведена на рис. 32-13, из которого видно, что сопротивление стремится к своему установившемуся значению R тем

Рис. 32-14. Зависимость импульсного коэф­ фициента протяженных заземлителей раз­ ной длины от удельного сопротивления грунта.

быстрее, чем меньше длина заземли­ теля.

На рис. 32-14 приводятся зависи­ мости импульсного коэффициента

а = -|р протяженных заземлителей

разной длины от удельного сопро­ тивления грунта при времени / = х ф .

Из кривых видно, что относи­ тельное влияние индуктивности тем значительнее, чем меньше сопротив­ ление грунта и больше длина зазем­ лителя. При увеличении сопротив­ ления грунта влияние индуктивно­ сти уменьшается и заземлитель мо­ жет перестать быть протяженным,

при большой длине напряжение на конце заземлителя очень мало, это свидетельствует о плохом исполь­ зовании удаленных участков зазем­ лителя.

б) Импульсное сопротивление протяженного заземлителя при наличии искрообразования в земле

Если плотность тока, стекающе­ го с поверхности протяженного за­ землителя, приводит к появлению у поверхности электрода напряжен-

ности поля £ > £ 'Пр, то рас­ текание тока с заземлителя будет сопровождаться про­ боями окружающих слоев земли. Возникающая ис­ кровая зона будет тем боль­ шего радиуса, чем больше плотность тока на поверх­ ности электрода.

Уменьшение потенциала, а следовательно, и плот­ ности тока в удаленных участках протяженного за­ землителя приводит к тому, что искрообразование на конце происходит менее ин­ тенсивно, чем в начале за­ землителя. Из-за этого про­ водимость заземлителя в удаленных участках будет меньше, чем в начальных, т. е. будет зависеть не толь­ ко от / и р, но и от коор­ динаты.

Действительно, если про­ водимость единицы длины протяженного заземлителя в стационарном режиме

то импульсная проводимость при на­ личии искровой зоны с радиусом

Рис. 32-16. Зависимость стационарного (R и Rn) и импульсного (г и га) сопротив­

лений протяженного заземлителя от длины в грунте с различными удельными сопро­ тивлениями, мксек, кв/см.

шено приближенными методами. Не останавливаясь здесь на расчете, рассмотрим некоторые закономер­ ности в поведении протяженного за­ землителя при наличии искровых процессов в земле.

На рис. 32-16 для разных грун­ тов приведены зависимости от длины заземлителя стационарного сопротив­

ления /? = -— , импульсного сопро­

JT:

1

2

3

У

5

6

J f*

8

8

10

и

П р о д о л ж е н и е т а б л . 32-5

3-102

ф

<jhOOO^hOOO