Заземлення та захисні заходи безпеки
У грозовий період спостерігається масове відключення ПЛ, пов'язане з грозовою активністю [1-3]. Для підвищення грозової стійкості ПЛ (ГУ ПЛ) нині використовуються такі способи:
- установка на ПЛ грозотросу (грозотросів);
- посилення заземлення опор ПЛ;
- прокладка противаг (заземлювачів уздовж ПЛ);
- посилення лінійної ізоляції ПЛ;
- установка на опорах на фази пристроїв обмеження перенапруг.
Звичайно, комплексне застосування всіх способів дозволяє суттєво підвищити рівень ГУ ВЛ, проте це дорого і важкоздійснити.
Застосовувані заходи щодо забезпечення ГУ ПЛ повинні мати найвищі техніко-економічні показники, тобто забезпечувати заданий рівень ГУ ПЛ за мінімальної вартості цих заходів. Актуальним завданням є розробка та вибір заходів, що мають найбільш високі технічні та економічні показники.
Одним із основних заходів, що дозволяють підвищити рівень ГУ ПЛ, є посилення заземлення опор ПЛ.
Цей спосіб дозволяє зменшити опір розтіканню заземлювального пристрою (ЗП) опор ПЛ, знижуючи тим самим імпульсний потенціал, що виникає при розряді блискавки в опори ПЛ і грозотрос, а також ймовірність перекриття лінійної ізоляції та відключення ПЛ. Істотне зниження опору розтіканню ЗУ опор ПЛ дозволяє значно підвищити рівень ГУ ПЛ.
В даний час ПУЕ (п. 2.5.129) регламентує вимоги до величини опору розтіканню ЗП опор ПЛ. Відповідно до вимог [4] опір розтіканню ЗУ опор ПЛ, залежно від ґрунтових умов, не повинен перевищувати 10–30 Ом.
Водночас технічно таекономічно доцільним може бути досягнення інших опорів розтіканню ЗП опор ПЛ. Так наприклад, у разі розташування ПЛ у виключно важких ґрунтових умовах (десятки кОм·м) досягнення значення опору розтіканню ЗП опор ПЛ, що регламентується [4], може виявитися економічно недоцільним внаслідок вкрай високої вартості ЗП. У цьому випадку забезпечення ГУ ВЛ може бути досягнуто іншими способами, які можуть бути ефективнішими. І навпаки, якщо найдешевшим методом забезпечення ГУ ВЛ виявиться посилення заземлення, доцільно буде знизити опір ЗУ нижче вимог [4].
Питання необхідному рівні зниження опору розтіканню ЗУ має вирішуватися комплексно, з урахуванням впливу інших засобів підвищення ГУ ПЛ.
Необхідного значення опору розтіканню ЗУ опор ПЛ може бути досягнуто шляхом застосування різних схем заземлення. Мета справжньої роботи – дослідження ефективності різних схем організації ЗУ та вибір найефективніших із них з техніко-економічної точки зору.
ОСНОВНІ СХЕМИ ЗЕЗЕМЛЯЮЧИХ ПРИСТРІЙ
Розтікання імпульсного струму з опори ПЛ забезпечується фундаментом опори, який являє собою природний заземлювач, а також штучними заземлювачами, що додатково встановлюються.
Для організації штучного заземлення використовуються горизонтальні та вертикальні заземлювачі.
Горизонтальні заземлювачі являють собою смугову або пруткову сталь перетином, як правило, 160-200 мм 2 . В даний час основним типом сталі, що використовується в якості горизонтальних заземлювачів, є смугова оцинкована сталь перетином 4х40 мм.
Вертикальні заземлювачі, що застосовуються зараз, як правило, представляютьсобою модульні конструкції із вертикально встановлюваних оцинкованих або обміднених стрижнів діаметром 14–20 мм. Довжина модуля вертикального заземлювача - 3-5 м.
Також активно досліджується можливість застосування альтернативних систем заземлення, наприклад, соляних [5] або графітових заземлювачів [6]. За підсумками зазначених систем заземлення вже реалізуються окремі проекти, які мають підтвердити ефективність альтернативних систем заземлення.
Існуючі схеми заземлення опор ПЛ можна поділити на кілька типів (рис. 1):
- променеві ЗУ, у яких розтікання струму забезпечується окремими променевими заземлювачами;
- периметральні ЗУ, у яких поліпшення розтікання струмів навколо променевих заземлювачів додатково організується периметральний заземлювач;
- посилені ЗУ, у яких посилення ЗУ використовуються додаткові променеві і периметральні заземлювачі.
Мал. 1. Типи існуючих заземлювальних пристроїв: а) променеві ЗУ; б) периметральні ЗП; в) посилені ЗУ
МОДЕЛЮВАННЯ РОЗТАЧАННЯ ІМПУЛЬСНОГО СТРУМУ
Для визначення технічних характеристик ЗП різного типу виконано моделювання стікання імпульсних струмів із ЗУ з використанням програмного комплексу «Контур». Моделювання виконане для опори ПЛ 110 кВ типу П110-2 з фундаментом, що складається з чотирьох залізобетонних елементів типу Ф5-4 (рис. 2):
- горизонтальні заземлювачі - смугова сталь перетином 4х40 мм, прокладена на глибині 0,5 м;
- вертикальні заземлювачі – сталеві стрижні діаметром 16 мм, завдовжки 5 м.
Мал. 2. Елемент фундаменту опори типу Ф5-4
Моделювання зроблено для одношарового однорідного ґрунту. В умовах вічноїмерзлоти, як правило, відсутня тенденція до зниження питомого опору ґрунту із зростанням глибини та питомий опір ґрунту із глибиною змінюється в незначних межах, у ряді випадків навіть демонструючи тенденцію до зростання.
Прийнятий одиничний імпульсний струм із часом наростання 10 мкс і часом півспаду 350 мкс, тобто. стандартна форма імпульсу струму блискавки.
ОРТОГОНАЛЬНА І ДІАГОНАЛЬНА СХЕМА
Фундамент опори ПЛ є у перерізі прямокутник (рис. 1). При організації ЗУ горизонтальні заземлювачі можуть розташовуватися ортогонально чи діагонально стосовно фундаменту опори. При рівній довжині заземлювачів та однакових витратах на організацію ЗП, технічні характеристики ЗУ можуть відрізнятися один від одного. Цікавим є порівняння технічних характеристик ЗУ при розміщенні заземлювачів ортогональним та діагональним способом.
З цією метою розроблено розрахункові моделі опори ПЛ з різними типами ЗП, наведеними на рис. 3. Для розроблених розрахункових моделей виконано розрахунки опору стіканню ЗУ за різних ґрунтових умов. Результати виконаних розрахунків наведено у табл. 1.
Мал. 3. Розміщення заземлювачів по відношенню до фундаменту опори: а) ортогональне; б) діагональне
Таблиця 1. Імпульсний опір розтіканню ЗУ різних схем за різних ґрунтових умов
| Показник | Опір розтіканню, Ом | ||||||
| Питомий опір ґрунту, Ом·м | 10 | 30 | 100 | 300 | 1000 | 3000 | 10000 |
| Власний опір стіканню фундаменту опори | 0,459 | 1,427 | 5,064 | 14,06 | 40,70 | 112,86 | 363,19 |
| Двопроменева схема з довжиною променя 5 м | |||||||
| Ортогональна | 0,419 | 1,25 | 4,31 | 12,1 | 35,0 | 96,3 | 308,3 |
| Діагональна | 0,416 | 1,21 | 4,16 | 11,7 | 34,2 | 94,78 | 304,1 |
| Відношення Rорт / Rдіаг | 1,01 | 1,03 | 1,037 | 1,03 | 1,02 | 1,017 | 1,01 |
| Двопроменева схема з довжиною променя 10 м | |||||||
| Ортогональна | 0,414 | 1,15 | 3,76 | 10,6 | 31,8 | 89,1 | 287,6 |
| Діагональна | 0,412 | 1,12 | 3,64 | 10,3 | 31,0 | 87,4 | 282,9 |
| Відношення Rорт / Rдіаг | 1,01 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,02 | 1,01 |
| Чотирипроменева схема з довжиною променя 5 м | |||||||
| Ортогональна | 0,388 | 1,12 | 3,83 | 10,7 | 31,2 | 85,2 | 270,8 |
| Діагональна | 0,384 | 1,07 | 3,61 | 10,2 | 30,0 | 82,9 | 265,4 |
| Відношення Rорт / Rдіаг | 1,01 | 1,05 | 1,06 | 1,06 | 1,04 | 1,03 | 1,02 |
| Чотирьохпроменева схема з довжиною променя 10 м | |||||||
| Ортогональна | 0,380 | 0,988 | 3,10 | 8,77 | 26,7 | 75,2 | 243,0 |
| Діагональна | 0,376 | 0,945 | 2,95 | 8,38 | 25,7 | 73,2 | 237,9 |
| Відношення Rорт / Rдіаг | 1,01 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,04 | 1,03 | 1,02 |
Ці розрахунки показують, що використання діагональної схеми розміщення заземлювачів забезпечує опір розтіканню ЗУ приблизно на 6% нижче порівняно з опором розтіканню ЗУ, що забезпечується ортогональною схемою розміщення заземлювачів.
Таким чином, при розробці схем ЗУ опор ПЛ використання діагональних схем розміщення горизонтальних заземлювачів є кращим порівняно з ортогональними.
ЛІТЕРАТУРА
- Д/2103/13-434. Комплексне обстеження систем блискавкозахисту електричних мереж та підстанцій Філії «Газпромнефть – Муравленко» ВАТ «Газпромнефть-ННГ». Технічний звіт. М., 2013.
- ДПН-13/09000/02152/Р. Дослідження грозової стійкості електричних мереж ДЗО ВАТ "Газпромнефть" Листопадового регіону. Технічний звіт. М., 2013.
- ХНТ-13/10816/634/Р. Комплексне обстеження систем блискавкозахисту електричних мереж та підстанцій ТОВ «Газпромнефть-Хантос». Технічний звіт. М., 2013.
- Правила влаштування електроустановок. 7-е вид. М: Вид-во НЦ ЕНАС, 2002.
- http://10om.ru/
- Таламанов О.В., Кузнєцов М.Б. Удосконалення систем заземлення опор ПЛ з метою підвищення грозостійкості ПЛ та ПС. Праці 4-ї міжнародної конференції з захисту від блискавки. СПб.: Вид-во СПбГПУ, 2014.