4.11 Факторы, определяющие величину коэффициента импульса заземлителя

Сопротивление заземлителя при стекании с него токов молнии называется импульсным, а отношение импульсного сопротивления к стационарному называется импульсным коэффициентом заземлителя . При больших токах, характерных для молний, напряженность электрического поля в земле вблизи поверхности заземлителя превышает пробивную напряженность грунта. В земле возникают искровые процессы, которые как бы увеличивают размеры заземлителя и уменьшают его сопротивление. С другой стороны, при больших скоростях изменения тока во времени, также характерных для молний, начинает сказываться индуктивность заземлителя. Если заземлитель достаточно длинный, то с удаленных участков заземлителя вследствие влияния индуктивности стекает меньший ток, чем в стационарном режиме, из-за чего эффективная длина заземлителя как бы уменьшается и сопротивление возрастает.

Заземлитель, имеющий относительно небольшую длину, индуктивность которого практически никакой роли не играет, называется сосредоточенным заземлителем и его импульсный коэффициент из-за искровых процессов в земле всегда меньше 1.

Заземлитель, у которого заметно проявляется влияние индуктивности называется протяженным заземлителем и его импульсный коэффициент может быть как больше, так и меньше 1 в зависимости от преобладающего влияния индуктивности или искровых процессов.

Сопротивление заземлителя при стекании с него относительно небольшого по сравнению с токами молний и медленно изменяющегося во времени тока промышленной частоты называется стационарным.

1. Расчет импульсного сопротивления, сосредоточенных заземлителей строится на основе приближенного представления о равномерном развитии вокруг заземлителя идеально проводящей искровой зоны, ограниченной поверхностью с напряженностью Е=Е_пр. Это сопротивление рассчитывается по формулам для расчета стационарного сопротивления заземлителя, но для электродов с фиктивными размерами, определяемыми размерами искровой зоны при максимальном значении импульсного тока I и длительности фронта t_ф. Расчет импульсных сопротивлений в неоднородном грунте с достаточной точностью может проводиться по эквивалентному удельному сопротивлению r_э, которое зависит от соотношения r₁ и r₂ (соответственно удельные сопротивления верхнего и нижнего слоя), глубины границы их раздела, а также от глубины распространения электрического поля заземлителя, которое определяется размерами и формой заземлителя.

а) полушаровой заземлитель: на границе искровой зоны с фиктивным радиусом r_ф напряженность определяется как

(4.11.1)

где Е_пр — пробивная напряженность грунта при предразрядном времени t= t_ф. Отсюда

(4.11.2)

Импульсное сопротивление

(4.11.3)

Импульсный коэффициент

(4.11.4)

Импульсное сопротивление заземлителя R_и при токе I, приводящем к развитию искровой зоны, не зависит от геометрического размера электрода, а определяется характеристиками грунта и параметрами импульса тока (r_э, Е_пр, I). Аналогично проводится расчет вертикального и горизонтального заземлителя небольшой длины l. С учетом большого отношения длины к диаметру (l/d) для этих заземлителей электрическое поле по всей длине принимается за плоскопараллельное.

б) вертикальный заземлитель (при h=0). На границе искровой зоны в виде цилиндрической поверхности с радиусом r_ф напряжённость электрического поля равна:

(4.11.5)

импульсное сопротивление и импульсный коэффициент заземлителя определяются как

(4.11.6)

(4.11.7)

2. Протяженный горизонтальный заземлитель (r<500 Ом*м). При небольшом импульсном токе, когда искровым процессом в земле можно пренебречь, расчет протяженного заземлителя ведется по схеме замещения с распределенными постоянными параметрами L и g.

Индуктивность на единицу длины, мкГн/м, заземлителя радиуса r принимается равной индуктивности уединенного проводника:

(4.11.8)

а проводимость на единицу длины, 1/Ом*м, определяется по сопротивлению заземлителя:

g= , (4.11.9)

После решения дифференциальных уравнений схемы

(4.11.10)

Получили импульсное сопротивление заземлителя для момента, соответствующего максимальному значению импульса тока

(4.11.11)

Из (4.11.11) видно, что импульсное сопротивление протяжённого заземлителя состоит из стационарного сопротивления R и добавочного переходного сопротивления . Относительное влияние индуктивности возрастает при увеличении отношения , т.е. при уменьшении длительности фронта t_ф и удельного сопротивления грунта и при увеличении длины заземлителя.