Расчет сопротивления заземления молниеотводов

Расчет заземлителя отдельно стоящего молниеотвода

Заземлитель молниеотвода состоит из естественного и искусственного заземлителей. Естественным заземлителем R_ест является фундамент молниеотвода, а искусственный заземлитель R_иск выполняем в виде коротких горизонтальных лучей с вертикальными электродами.

Рассмотрим расчет заземлителя молниеотвода № 16 высотой 23.2 м. В качестве его естественного заземлителя принимаем часть опоры, находящуюся в земле.

R_ест =;

где l_ф= 3 м? длина заглубленной части опоры;

d_ф= 0.4 м? средний диаметр заглубленной части опоры.

Для расчета определим эквивалентное сопротивление грунта, как вертикального заземлителя. При расчете неоднородный грунт представляется двухслойной моделью. Толщина первого слоя принимается равной длине заглубленной части опоры h_1э= 3 м.

Толщина второго слоя:

h_2э = H_расч— h_1э;

где H_расч = (1.3- 1.4)· l_ф? расчетная глубина;

H_расч = (1.3- 1.4)· l_ф =(1.3- 1.4)· 3 = 3.9 ?4.2 м;

Принимаем H_расч= 4 м.

h_2э = 4- 3 = 1 м;

В общем случае эквивалентное сопротивление первого слоя с_1э определяется путем усреднения проводимости слоев грунта, входящих в первый слой, также необходимо учесть сезонные изменения, в результате которых удельное сопротивление слоя сезонных изменений грунта для летнего периода времени увеличится на 1.4.

Эквивалентное удельное сопротивление второго слояс_2э будет равно:

с_2э === 120 Ом· м.

Двухслойная структура приводится к однослойной с эквивалентным сопротивлением с_э, в которой заземлитель будет иметь такое же значение сопротивления, как в двухслойной модели грунта.

Отношение удельных сопротивлений первого и второго слоя:

= = 0.678;

= = 1.

При = 0.678 и =1 находим по (рис. 15 [8−9]):

= 0.67;

с_э = 0.67· с_2э = 0.67· 120 = 80.4 Ом· м.

Естественное сопротивление заземлителя:

R_ест = Ом.

В связи с близким расположением дороги, выбираем в качестве искусственного заземлителя двулучевой заземлитель с вертикальными электродами, расположенными на расстоянии 4 м от молниеотвода. Заземлитель уложен на глубине h =0.7 м, длина луча l_л = 5 м, диаметр луча d_л = 0.0125 м; длина вертикального электрода, выполненного в виде уголка составляет l_в = 4 м, диаметр d_в = 0.0475 м.

Для заземлителя их n лучей искусственное сопротивление находим по формуле:

R_иск= ;

где К_под? коэффициент подобия;

К_лв — коэффициент, учитывающий снижение сопротивления лучевого заземлителя при добавлении вертикальных электродов.

Для = = 0.0025 по кривой 1 (рис. 18. [1]) К_под = 0.78.

Для ==0.4 и a, по кривой 4 (рис. 19. [1]) К_лв=0.45.

Расчетная глубина грунта исходя из длины вертикального электрода:

H_расч = (1.3−1.4)· lв = (1.3−1.4)· 4 = 5.2 — 5.6м;

А исходя из длины горизонтальных электродов:

H_расч = (0.1−0.2)· n_л·l_л = (0.1−0.2)· 2·5 = 1.0−2.0м;

Принимаем H_расч= 5.5 м. Расчет эквивалентного сопротивления аналогичен предыдущему случаю, но в данном случае с_э определяется по рис. 16 [1].

h_1э = h; h_1э =0.7=0.7 м;

h_2э = H_расч— h_1э; h_2э = 5.5−0.7=4.8 м;

с_1э = == 63 Ом· м;

с_2э = == 103.007 Ом· м;

При = и находим по (рис. 16 [1]):

= 1;

с_э = 1· с_2э = 1· 120=120 Ом· м.

R_иск= = = 8.424 Ом;

R_~= = = 5.328 Ом.

Расчет импульсного сопротивления заземлителя молниеотвода производится по методике, разработанной на основе теории подобия. При определении критериев подобия в основу представления о механизме работы заземлителя положено понятие искровой зоны, то есть области, охваченной разрядом в грунте, границы которого определяются характеристическим размером S и критическим значением напряженности электрического поля.

Расчету импульсного сопротивления заземлителя R_и и должен предшествовать расчет критического значения тока, стекающего с заземлителя, при котором начинается процесс искрообразования? I_иск. Для этого рассчитывают критериальные параметры П₁ и П₂ для стационарного значения сопротивления заземлителя R_~.

Характеристический размер S = 5.049 м. Тогда параметры подобия:

П1 = = = 0.354;

П₂ = = = 0.4;

Пробивная напряженность грунта:

Е_пр==.

==835.255 кВ/см.

Ток искрообразования:

I_иск = = = 70.976 кА;

Т.к. ток искрообразования больше расчетного тока I_иск = 70.976 кА < I = 100 кА, то необходимо выполнение условия I_и< I_иск.

кА Условие выполнено: 63.252 кА < 70.976 кА.

I_и < I_иск, следовательно расчет импульсного сопротивления молниеотвода ведется следующим образом:

П_{2; ;,}поэтому.

Ом Проверка расстояния по воздуху и расстояния по земле между трансформаторным порталом и молниеотводом № 16 на высоте портала Н=16.5 м.

.

т.к то принимаем.

.

т.к то принимаем.

Для расчета портального молниеотвода выбираем молниеотвод № 6 высотой 23.2 м, так как для него площадь сетки в радиусе 20 м наименьшая.

L = м? суммарная длина горизонтальных электродов;

=? сторона сетки;

Число ячеек равно:

m = = = 2.8893.

Сопротивление заземлителя из сетки, уложенной на глубину h = 0.7 м в неоднородном грунте с эквивалентным сопротивлением с_э, определяется по формуле:

R_иск =;

A= 0.66? коэффициент, зависящий от отношения, и m находим по рис. 10 [1]:

= = 0.442;

где d=0.0125? диаметр электродов заземлителя.

Коэффициент, учитывающий глубину заложения сетки для =0.025, находим по табл.7 [1]: Д_h=0.8.

Определим эквивалентное сопротивление грунта:

при расчете неоднородный грунт представляется двухслойной моделью.

Толщина первого слоя принимается равной глубине заложения сетки h_1э= 0,7 м.

Толщина второго слоя:

h_2э = H_расч— h_1э;

где H_расч = (0.1- 0.2)· l_л? расчетная глубина;

H_расч = (0.1- 0.2)· l_л =(0.1- 0.2)· 60 = 6 ?12 м;

Принимаем H_расч = 7 м.

h_2э = 7- 0.7 = 6.3 м;

В общем случае эквивалентное сопротивление первого слоя с_1э определяется путем усреднения проводимости слоев грунта, входящих в первый слой, также необходимо учесть сезонные изменения, в результате которых удельное сопротивление первого слоя грунта для летнего периода времени увеличится на 1.4.

Толщина слоя сезонных изменений h=2 м.

Т.к. в пределах h_1э находится только один слой, то с_1э=1.4с₁.

с_1э = =63 Ом· м;

Эквивалентное удельное сопротивление второго слояс_2э будет равно:

с2э === 106.6 Ом· м.

Двухслойная структура приводится к однослойной с эквивалентным сопротивлением с_э, в которой заземлитель будет иметь такое же значение сопротивления, как в двухслойной модели грунта.

Отношение удельных сопротивлений первого и второго слоя:

= = 0.6;

= = 0.025.

При = 0.6 и = 0.025 находим по (рис. 8 [1]):

= 0.93;

Т.к. m=3, то вводим поправочный коэффициент К по (табл.5 [1]):

К = 0.94;

с_э = К· 0.95·с_2э = 0.94· 0.95·106.6 = 95.2 Ом· м.

Итак, искусственное сопротивление портального молниеотвода:

R_иск = = = 1.902 Ом.

При присоединении молниеотвода к заземляющему контуру подстанции в отводе тока молнии используется лишь часть заземляющего контура и при этом должно рассчитываться его импульсное сопротивление:

R_и = б_и· R;

гдеби? импульсный коэффициент заземлителя;

R? стационарное сопротивление для заземляющего контура (без естественных заземлителей) для летнего периода;

R = R_иск = 1.902 Ом.