9.1. Расчет нагрева рабочего заземлителя

 

По ПУЭ заземлители, через которые длительно протекают токи, по условиям термической устойчивости нормируются по величине падения на заземлителе, принятой равной 50 В. При временной работе заземлителя, указанная величина повышается до 100 В. В литературе рекомендуется расчет нагрева вести по формуле Оллендорфа, выражающей зависимость между падением напряжения на заземлителе и температурой нагрева грунта около электрода:

U = , (9.1.1)

где U – падение напряжения на заземлителе, В; — нагрев грунта вблизи электродов по отношению к температуре среды, о С; — удельная теплопроводность грунта, Вт/ м. град; — удельное сопротивление грунта, Ом.м.

Допустимое значение падения напряжения, получающееся по формуле Оллендорфа находится в пределах 50 – 200 В, при значениях электро – и

теплопроводности грунта ( = 10 – 500 Ом. м, = о,8 – 2,5Вт/м. град).

Формула ( ) получена Оллендорфом для глубоколежащих заземлителей, когда можно допустить, что электрическое и тепловое поля заземлителя совпадают. Однако заземлители обычно устраиваются на небольшой глубине от поверхности земли, когда отвод тепла от поверхности земли создает картину теплового поля отличную от электрического и значительно влияет на нагрев грунта около электродов заземлителя.

В действительности на практике наблюдается некоторое расхождение расчетной температуры по формуле Оллендорфа с данными, получающимися

при эксплуатации рабочих заземлителей. Так, по формуле Оллендорфа температура нагрева электрода рабочего заземлителя Московской подстанции ППТ Кашира – Москва должна быть равной около 75 – 100оС, в то время как наибольшая измеренная температура электрода была равна 3,5оС. Такая же картина наблюдается на заземлителях ППТ Волгоград – Донбасс. Причиной, вызывающей такое несоответствие, может быть наличие отвода тепла от поверхности земли, так как указанные заземлители выполнены в виде протяженных горизонтальных электродов, уложенных в землю на небольшой глубине по периметру контура.

Нами определена зависимость между падением напряжения и температурой нагрева для случая, когда электрическое и тепловое поля заземлителя не совпадают. Задача рассмотрена на примере протяженного электрода длиной l, заложенного горизонтально на некоторой глубине h от поверхности земли. Для решения такой задачи применен метод зеркальных изображений. Принято допущение, что для заземлителя больших размеров можно пренебречь изменением форм электрического и теплового полей у концов электрода. Это допущение обосновывается тем, что с одной стороны, анализ распределения потерь мощности в грунте показывает, что они имеют место в основном в небольшом слое грунта, прилегающего к поверхности электрода, с другой стороны, заземлители для ППТ имеют большие размеры (сотни, тысячи метров).

Дифференциальное уравнение теплового поля действительного и мнимого изображения заземлителя в бесконечной среде независимо друг от друга будет иметь вид

(9.1.2)

Решив уравнение для каждого источника тепла, результирующее тепловое поле при одновременном действии действительного и мнимого источника тепла можно получить сложением частичных тепловых полей. Такое сложение можно произвести при условии совпадении электрического поля с тепловым полем, поэтому условно принимается, что электрический ток течет между электродами и поверхностью раздела сред.

Разность температур между поверхностью электрода и поверхностью земли после решения уравнения и сложения тепловых полей будет

(9.1.3)

или (9.14)

где = (9.1.5)

есть потери мощности на заземлителе в воображаемой системе, а

(9.1.6)

является тепловым сопротивлением заземлителя.

Однако при действительной картине электрического поля потери мощности на заземлителе равны

, (9.1.7)

Тогда

(9.1.8)

или падение напряжения на заземлителе

(9.1.9)

В общем виде

U = (9.1.10)

или

(9.1.11)

так как

и

где f(r) и функции, определяющимися размерами, формами электродов и соответственно формами электрического и теплового полей.

Расчеты по формуле (9.1.9 ) дают лучшее совпадение с измеренными значениями температур на заземлителях (Кашира – Москва, Волгоград -_ Донбасс) и собственные эксперименты), чем расчеты по формуле Оллендорфа.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Посмотреть все записи с меткой: