CC BY
46
ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ
УДК 621.311
В. В. Ивонин, А. Н. Данилин
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ВОКРУГ ПРОТЯЖЕННОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ
Аннотация
Представлены результаты экспериментальных исследований распределения потенциалов на поверхности грунта вокруг протяженного заземлителя.
Ключевые слова:
заземление, протяженный заземлитель, распределение потенциалов, эквипотенциальные линии
V. V. Ivonin, A. N. Danilin
POTENTIAL DISTRIBUTION ON SOIL SURFACE AROUND EXTENDED GROUNDING ELECTRODE
Abstract
Results of experimental investigation of potential distribution on soil surface around extended grounding electrode are presented.
Keywords:
grounding, extended grounding electrode, potential distribution, equipotential lines.
Основная рабочая функция заземляющего устройства (ЗУ) заключается в обеспечении достаточной для срабатывания релейной защиты проводимости цепи замыкания находящихся под рабочим напряжением частей электроустановки на зеземленный корпус или землю [1]. Поэтому важнейшей характеристикой ЗУ является его проводимость или обратная ей величина - сопротивление.
Сопротивление растеканию тока с заземлителя в землю формируется всей зоной растекания тока - объемом земли, начиная от поверхности заземлителя и до зоны, в которой электрический потенциал практически равен нулю. Электрозащитная функция ЗУ состоит в ограничении до допустимых пределов напряжения, под которое может попасть человек, прикоснувшийся к заземленному корпусу электроустановки во время замыкания фазы на корпус или землю.
Вопрос об обеспечении с помощью ЗУ электробезопасности при ударах молнии в ПУЭ и других нормативных документах в настоящее время не рассматривается, т.к. отсутствуют нормы на допустимое шаговое напряжение и допустимый ток по пути «нога-нога» при микросекундных воздействиях [2].
Однако исследование этих вопросов целесообразно в свете общей тенденции повышения уровня безопасности. В статье представлены результаты экспериментальных исследований распределения потенциалов по поверхности грунта вокруг протяженных заземлителей.
6
Схема полигона. Полигон был создан на месте бывшего песчаного карьера. Удельное сопротивление грунта 1100 Ом-м. Заземляющее устройство генератора состояло из двух соединенных между собой контуров: внешнего квадрата со стороной 6 м и внутреннего со стороной 2.5 м. В качестве элементов ЗУ использовались стальные полосы шириной 50 мм и толщиной 4 мм. По углам внутреннего контура были вбиты вертикальные электроды диаметром 20 мм и длиной 1 м. Сопротивление контура заземления 66 Ом.
В качестве источника импульсов использовался генератор импульсных напряжений (ГИН), выполненный по схеме Аркадьева-Маркса (рис.1). Питался ГИН от АИД-70, который был подключен к бензогенератору. Выходное напряжение ГИН лежало в промежутке от 60 до 360 кВ. Проводилось исследование распределения потенциалов вокруг протяженного электрода -трубы диаметром 40 мм и длиной 17.5 м. Импульс амплитудой 70 кВ и длительностью фронта 1 мкс, генерировался в конец электрода. Потенциалы измерялись ранее разработанной зондовой системой [3] по четырем направлениям, как показано на рис.2.
Рис.1. Контур заземления генератора импульсных напряжений
Рис.2. Схема измерения потенциалов вокруг протяженного электрода
7
Основные требования, предъявляемые к зондам:
1. Минимальные габариты, чтобы минимизировать влияние на распространение полей.
2. Зонд должен иметь минимальное переходное сопротивление «грунтзонд», которое не должно изменяться при перемещениях зонда. Это сопротивление входит в цепь делителя напряжения, подключаемого к зонду, при этом сопротивление делителя должно быть, как минимум, на порядок больше переходного сопротивления зонда. Полное сопротивление делителя составляло 95 кОм.
Результаты исследований распределения потенциалов в грунте при импульсных воздействиях представлены на графике (рис.3).
Рис.3. Распределение потенциалов вокруг протяженного электрода
На рисунке приведены кривые изменения потенциалов на поверхности грунта по мере удаления от электрода. Учитывалось значение потенциала при 1 мкс. Как видно, по трем направлениям (1, 2, 4) скорость падения потенциалов примерно одинаковая. На центральной точке (направление 3) картина сильно отличается в ближней зоне, но на расстоянии 6 м значения потенциала по всем направлениям примерно одинаковы.
На рисунке 4 приведены эквипотенциальные линии, построенные по экспериментальным данным. Видно, что потенциалы распространяются несимметрично вокруг электрода.
8
Рис.4. Эквипотенциальные линий вокруг протяженного электрода Заключение
Описан высоковольтный полигон, созданный для экспериментальных исследований импульсных характеристик протяженных заземлителей. Приведены результаты исследований распределения потенциалов вокруг электрода длиной 17.5 м. Показано, что потенциалы распределяются вокруг электрода несимметрично.
Литература
1. Бургсдорф В. В., Якобс А. И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат. 1987. 400 с.
2. Целебровский Ю. В. Заземляющие устройства как элемент молниезащиты. Вопросы, требующие решения // Сборник докладов IV Международной конференции по молниезащите. 2014.
3. Данилин А. Н., Ивонин В. В. Зондовые измерения процессов растекания импульсных токов в увлажненном грунте // Труды Кольского научного центра РАН. Вып. 9. Энергетика. 2014. С. 31-35.
Сведения об авторах
Ивонин Виктор Владимирович,
аспирант Кольского научного центра РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А Эл. почта: ivoninviktor@mail.ru
Данилин Аркадий Николаевич,
заведующий лабораторией высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н., доцент кафедры высоковольтной электроэнергетики и электротехники КФ ПетрГУ.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: danilin@ien.kolasc.net.ru
9
