RU2821018C1 - Grounding device of electrical equipment in soils of high specific resistance - Google Patents
Grounding device of electrical equipment in soils of high specific resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821018C1 RU2821018C1 RU2023106060A RU2023106060A RU2821018C1 RU 2821018 C1 RU2821018 C1 RU 2821018C1 RU 2023106060 A RU2023106060 A RU 2023106060A RU 2023106060 A RU2023106060 A RU 2023106060A RU 2821018 C1 RU2821018 C1 RU 2821018C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grounding
- electrical equipment
- conductors
- vertical
- horizontal
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Заземляющее устройство электрооборудования в грунтах высокого удельного сопротивления предназначено для заземления электрооборудования, в качестве защитных мер электробезопасности и создания необходимых режимов работы электрических сетей.The grounding device for electrical equipment in soils of high resistivity is intended for grounding electrical equipment as protective measures for electrical safety and creating the necessary operating modes of electrical networks.
Известно заземляющее устройство и защитные меры электробезопасности [1], состоящее из горизонтального заземлителя, из металлической полосы и уложенной в траншее, с параметрами в среднем 1×0,5 метра и по длине распределительного устройства, а также вертикальные заземлители из металлопроката (уголок или круглое сечение), приваренные сваркой к горизонтальному заземлителю, с шагом определяемого расчетно.A grounding device and electrical safety protective measures are known [1], consisting of a horizontal grounding conductor, made of a metal strip and laid in a trench, with parameters on
Недостатком заземляющего устройства [1] является то, что оно не может оптимально использоваться в грунтах высокого удельного сопротивления.The disadvantage of the grounding device [1] is that it cannot be optimally used in soils with high resistivity.
Глубина укладки вертикального заземлителя в соответствии с расчетом, общее сопротивление растекания тока через заземлители (вертикальные и горизонтальные) используются нормированные [1;3]. Например, на электрических подстанциях 10/0,4 кВ; 35/10 кВ; 110/35/10 кВ сопротивление заземляющего устройства строго регламентируется по величине на основании ПУЭ [1]. Так на подстанциях ПО кВ и выше должно быть не более 0,5 Ом. На сложных грунтах с большим омическим сопротивлением, таких как скальные породы, пески, каменные, гравийные и др., добиться норматива экономически и технически сложно.The depth of installation of the vertical grounding electrode in accordance with the calculation, the total resistance of current spreading through the grounding electrodes (vertical and horizontal) are standardized [1;3]. For example, at
Известно заземляющее устройство (ЗУ) [2] на линиях электропередач. Недостатком [2] является то, что коэффициент влияния смежных вертикальных заземлителей увеличивает расчетное сопротивление заземляющего устройства.A grounding device (GD) [2] on power lines is known. The disadvantage of [2] is that the influence coefficient of adjacent vertical grounding conductors increases the calculated resistance of the grounding device.
Заземляющие устройства [1;2;3] представляются из последовательно соединенных сопротивлений первого и второго, состоящих из трех соединенных параллельно между собой. Первое - это часть общего сопротивления искомого ЗУ, величина сопротивления которого отражает функцию взаимного влияние протекающих импульсных токах, в смежных заземлителях. Второго, состоящего из трех соединенных параллельно между собой сопротивлений. Первая из трех сопротивлений отражает величину сопротивления, как функцию от изменения проводимости грунта в месте сооружения ЗУ. Второе, из трех сопротивлений отражает величину сопротивления, как функцию от изменения количества вертикальных конструкций заземлителей в месте сооружения ЗУ. Третье, из трех сопротивлений, отражает величину сопротивления, как функцию от изменения количества горизонтальных конструкций заземлителей в месте сооружения ЗУ [1;2;3]. Если величины тройки параллельных сопротивлений предсказуемы от реального количества металлопроката физических и химических свойств грунта, то величина первого сопротивления является функцией величин и направлений токов в смежных заземлителях. Методологией предусматривается уменьшение общей величины сопротивление ЗУ путем уменьшения величины первого сопротивления, которая зависит от тока и его направления, за счет изменения направлений токов в смежных заземлителях.Grounding devices [1;2;3] are represented by series-connected resistances of the first and second, consisting of three connected in parallel to each other. The first is part of the total resistance of the desired charger, the resistance value of which reflects the function of the mutual influence of flowing pulse currents in adjacent ground electrodes. The second, consisting of three resistances connected in parallel. The first of the three resistances reflects the magnitude of the resistance as a function of the change in soil conductivity at the site of construction of the charger. The second, of the three resistances, reflects the magnitude of the resistance as a function of the change in the number of vertical grounding structures at the site of construction of the charger. The third, of the three resistances, reflects the magnitude of the resistance as a function of the change in the number of horizontal grounding structures at the site of construction of the charger [1;2;3]. If the values of the three parallel resistances are predictable from the actual amount of rolled metal and the physical and chemical properties of the soil, then the value of the first resistance is a function of the magnitudes and directions of currents in adjacent ground electrodes. The methodology provides for reducing the total value of the resistance of the charger by reducing the value of the first resistance, which depends on the current and its direction, by changing the directions of currents in adjacent ground electrodes.
В частности, затраты могут составлять до четверти стоимости всего объекта с большим расходом металла в грунте. Для достижения цели одним из мероприятий является сокращение шага расстановки между вертикальными электродами заземляющего устройства, что в свою очередь, приводит к понижению величины коэффициента влияния. Коэффициент влияния определяется по нормативным таблицам [1;2;3], величина которого находится в интервале от 0,4-0,8. Величина в сторону уменьшения коэффициента зависит от уменьшения шага расположения между вертикальными электродами.In particular, costs can be up to a quarter of the cost of the entire facility with a large consumption of metal in the ground. To achieve the goal, one of the measures is to reduce the spacing between the vertical electrodes of the grounding device, which in turn leads to a decrease in the influence coefficient. The influence coefficient is determined according to standard tables [1;2;3], the value of which is in the range from 0.4-0.8. The decrease in the coefficient depends on the decrease in the spacing between the vertical electrodes.
Физическая сущность коэффициента влияния заключается в том, что ток растекания по одному, например, вертикальному электроду, приводит к возникновению противоположного индукционной ЭДС в смежном расположенном вертикальном электроде, увеличивая сопротивления току растекания.The physical essence of the influence coefficient is that the spreading current along one, for example, a vertical electrode, leads to the appearance of an opposite induced emf in the adjacent vertical electrode, increasing the resistance to the spreading current.
Целью предлагаемого технического решения является уменьшение величины сопротивления заземляющего устройства электрооборудования от климатического влияния, а также уменьшение электромагнитного влияния от токов растекания в смежных заземляющих металлических проводниках.The purpose of the proposed technical solution is to reduce the resistance value of the grounding device of electrical equipment from climatic influences, as well as to reduce the electromagnetic influence from spreading currents in adjacent grounding metal conductors.
Цель технического решения достигается тем, что заземляющие устройства электрооборудования в грунтах высокого удельного сопротивления, состоящие из горизонтальных и вертикальных заземляющих металлических проводников, уложенных на глубину более активного слоя с учетом климатического просыхания и промерзания грунта, при этом горизонтальные заземляющие проводники расположены попарно дистанцированно друг от друга, при чем к первому прямому заземляющему проводнику подключены корпуса электрооборудования, а ко второму обратному заземлителю не подлежит подключение корпусов электрооборудования, при этом вертикальные заземлители имеют V или U-образные формы, уложенные расчетным шагом вдоль горизонтальных заземлителей, а концы с направлением проводников вниз, в глубину, подключаются сваркой к первому прямому горизонтальному заземлителю, и концы проводников, имеющих направление снизу вверх, подключаются сваркой ко второму обратному заземлителю.The purpose of the technical solution is achieved by the fact that grounding devices for electrical equipment in soils of high resistivity, consisting of horizontal and vertical grounding metal conductors laid to the depth of a more active layer, taking into account climatic drying and freezing of the soil, while the horizontal grounding conductors are located in pairs at a distance from each other , whereby electrical equipment housings are connected to the first direct grounding conductor, and electrical equipment housings are not connected to the second reverse grounding conductor, while the vertical grounding conductors have V or U-shapes, laid with a calculated step along the horizontal grounding conductors, and the ends with the conductors directed downward, in depth, are connected by welding to the first direct horizontal grounding conductor, and the ends of the conductors, directed from bottom to top, are connected by welding to the second reverse grounding conductor.
В классическом исполнении (монтаже) вертикальных электродов разность потенциалов на них определяется [1;2;3]:In the classic design (installation) of vertical electrodes, the potential difference across them is determined [1;2;3]:
где L1 Гн- индуктивность первого вертикального электрода;where L 1 H is the inductance of the first vertical electrode;
производная тока в первом вертикальном электроде по времени. derivative of the current in the first vertical electrode with respect to time.
составляющая взаимоиндукции на смежном электроде от тока во втором электроде. component of mutual induction on an adjacent electrode from the current in the second electrode.
Активной составляющей условно пренебрегаем и допускаем равенство токов в двух смежных вертикальных электродах.We conditionally neglect the active component and assume equality of currents in two adjacent vertical electrodes.
Предлагаемым техническим решением является подбор конфигурации конструкции заземляющего устройства и распределение токов в ней, которое приведет к уменьшению индукционной противоположной ЭДС.The proposed technical solution is the selection of the design configuration of the grounding device and the distribution of currents in it, which will lead to a decrease in the induced counter EMF.
В классическом понимании (активной составляющей условно пренебрегаем) напряжение в вертикальном электроде (первый вариант):In the classical sense (we conditionally neglect the active component), the voltage in the vertical electrode (first option):
С учетом предлагаемого решения напряжение будет (второй вариант):Taking into account the proposed solution, the voltage will be (second option):
где UI по второму варианту меньше, чем UI по первому варианту.where U I according to the second option is less than U I according to the first option.
Знак (во втором варианте), отражает направление тока в одном вертикальном электроде относительно смежном вертикальном электроде.Sign (in the second version), reflects the direction of the current in one vertical electrode relative to the adjacent vertical electrode.
На один вертикальный электрод (Фиг. 1а; б) подключается к горизонтальному заземлителю (прямой) от электротехнического оборудования, например, от силового трансформатора, к верхнему оголовку. На другой вертикальный электрод подключается к горизонтальному заземлителю (обратный) от того же оборудования, но на нижний оголовок.One vertical electrode (Fig. 1a; b) is connected to a horizontal ground electrode (direct) from electrical equipment, for example, from a power transformer, to the upper head. The other vertical electrode is connected to a horizontal ground electrode (reverse) from the same equipment, but to the lower head.
Инновационный подход в части конструкций заземляющих устройств, заключающийся в разнонаправленности распределения токов в элементах ЗУ (для повышения величины коэффициента влияния в расчетном сопротивлении), позволяет расширить создание конструктивного ряда ЗУ.An innovative approach to the design of grounding devices, which consists in multidirectional distribution of currents in the elements of the charger (to increase the value of the influence coefficient in the calculated resistance), makes it possible to expand the creation of a design range of chargers.
Для упрощения изложения сущности рассматриваем систему заземляющих устройств и двух вертикальных электродов, удаленных друг от друга с определенным «шагом» [1;2;3]. При этом задачей является создание в двух упомянутых электродах разнонаправленных токов растекания, что снижает влияние электромагнитной индукции двух параллельных вертикальных электродов, то есть коэффициент влияния в рассматриваемом примере будет практически равным 1,0.To simplify the presentation of the essence, we consider a system of grounding devices and two vertical electrodes, distant from each other with a certain “step” [1;2;3]. In this case, the task is to create multidirectional spreading currents in the two mentioned electrodes, which reduces the influence of electromagnetic induction of two parallel vertical electrodes, that is, the influence coefficient in the example under consideration will be almost equal to 1.0.
Общее сопротивление вертикальных и горизонтальных электродов соответственно [1;2;3]:The total resistance of vertical and horizontal electrodes, respectively [1;2;3]:
где RB (Ом);where R B (Ohm);
Rг (Ом);R g (Ohm);
n - количество вертикальных электродов;n is the number of vertical electrodes;
η - коэффициент влияния.η - influence coefficient.
Результирующее сопротивление ЗУ:Resulting resistance of the charger:
где ψ - коэффициент учитывает сезонные изменения удельного сопротивления грунта.where ψ - coefficient takes into account seasonal changes in soil resistivity.
Как видно, при традиционном монтаже составляющая увеличивает потенциал, чем ближе друг к другу располагаются смежные вертикальные электроды, тем меньше влияние (0,4 до 0,8), поскольку находятся в знаменателе, то снижение их величины влечет к увеличению результирующего сопротивления ЗУ, что напрямую увеличивает затраты металла и стоимость ЗУ. При рекомендуемом монтаже составляющая со знаком минус означает, что уменьшается потенциал, то есть при постоянстве тока, сопротивление ЗУ - уменьшается. Изложенный принцип показывает экономическую эффективность для использования в ЗУ, расположенных «плохих» грунтах системы электроснабжения.As you can see, with traditional installation component increases the potential, the closer to each other adjacent vertical electrodes are located, the less the influence (0.4 to 0.8), since they are in the denominator, a decrease in their value leads to an increase in the resulting resistance of the charger, which directly increases metal consumption and cost Memory With recommended installation a component with a minus sign means that the potential decreases, that is, at a constant current, the resistance of the charger decreases. The stated principle shows economic efficiency for use in power supply systems located in “bad” soils of the power supply system.
Данным техническим решением прилагается (Фиг. 2) реализация, на поясняющих Фиг 1 а; б.This technical solution is attached (Fig. 2) implementation, in Fig. 1 a; b.
На Фиг. 2 приведено:In FIG. 2 given:
1 - траншея горизонтального заземлителя;1 - horizontal grounding trench;
2 - горизонтальный заземлитель (прямой);2 - horizontal grounding conductor (straight);
3 - горизонтальный заземлитель (обратный);3 - horizontal grounding conductor (reverse);
4 - вертикальные заземлители;4 - vertical grounding conductors;
5 - места сварочных соединений вертикальных и горизонтальных заземлителей;5 - places of welding connections of vertical and horizontal grounding conductors;
6 - углубление для вертикальных заземлителей.6 - recess for vertical grounding conductors.
Использованные источникиUsed sources
1. Правила устройства электроустановок. Шестое и седьмое издание. Сибирское университетское издательство. 2011 - 484 с.1. Rules for electrical installations. Sixth and seventh edition. Siberian University Publishing House. 2011 - 484 p.
2. Ахметшин Р.С. Воздушные линии электропередачи [Текст]: учебное пособие/Р.С. Ахметшин, Л.М. Рыбаков, Н.Л. Макарова. - Йошкар-Ола: МарГУ, 2014. - 152 с.2. Akhmetshin R.S. Overhead power lines [Text]: textbook/R.S. Akhmetshin, L.M. Rybakov, N.L. Makarova. - Yoshkar-Ola: MarSU, 2014. - 152 p.
3. AkhmetshinR.S.[KiiaflzovA.A.NasibulUnR.T.]MethodIncreasingtheReliabiHtyofthe SoilMeasuredSpecificElectricalResistance in the Field//2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies//October2019.DOI:10.1109/FarEastCon.2019.8934055.Hay4Hafl статья SCOPUS.3. Akhmetshin R.S.[KiiaflzovA.A.NasibulUnR.T.]MethodIncreasingtheReliabiHtyofthe SoilMeasuredSpecificElectricalResistance in the Field//2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies//October2019.DOI:10.1109/FarEastCon.2019.8934055 .Hay4Hafl SCOPUS article.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2821018C1 true RU2821018C1 (en) | 2024-06-17 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU991535A1 (en) * | 1981-07-29 | 1983-01-23 | Предприятие П/Я А-7170 | Earthing device |
RU2330360C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-07-27 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Earthing device |
EA201171308A1 (en) * | 2009-04-27 | 2012-04-30 | Электрикэл Энвайронмент 4Ол Глобал Инвест Аб | GROUNDING DEVICE |
DE102012220197A1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-08 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Grounding device for the electrically conductive jacket of a cable and method for attaching the inventive device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU991535A1 (en) * | 1981-07-29 | 1983-01-23 | Предприятие П/Я А-7170 | Earthing device |
RU2330360C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-07-27 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Earthing device |
EA201171308A1 (en) * | 2009-04-27 | 2012-04-30 | Электрикэл Энвайронмент 4Ол Глобал Инвест Аб | GROUNDING DEVICE |
DE102012220197A1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-08 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Grounding device for the electrically conductive jacket of a cable and method for attaching the inventive device |
RU2015121737A (en) * | 2012-11-06 | 2016-12-27 | Тайко Электроникс Райхем Гмбх | EARTHING DEVICE FOR ELECTRICAL CONDUCTOR CABLE AND METHOD FOR INSTALLING EARTHING DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Analysis of multi-grounded four-wire distribution systems considering the neutral grounding | |
Munukutla et al. | A practical evaluation of surge arrester placement for transmission line lightning protection | |
Dawalibi et al. | Optimum design of substation grounding in a two layer earth structure: Part IIߞComparison between theoretical and experimental results | |
Ayodele et al. | Comparative assessment of the effect of earthing grid configurations on the earthing system using IEEE and Finite Element Methods | |
Ishii et al. | Induced voltages and currents on electrical wirings in building directly hit by lightning | |
Sirad et al. | Optimization of grounding resistance to minimize transient currents at 150 kV SULSELRABAR system | |
RU2821018C1 (en) | Grounding device of electrical equipment in soils of high specific resistance | |
Kuklin | Choosing configurations of transmission line tower grounding by back flashover probability value | |
Prasad et al. | Soil resistivity and earthing system | |
Datsios et al. | Safe grounding system design for a photovoltaic power station | |
Yokoyama | Experimental analysis of earth wires for induced lightning surges | |
Zeng et al. | Analysis on influence of long vertical grounding electrodes on grounding system for substation | |
Adedeji et al. | Analysis of the induced voltage on buried pipeline in the vicinity of high AC voltage overhead transmission lines | |
RU171479U1 (en) | Resistive grounding device | |
Nassereddine et al. | Transmission mains earthing design and concrete pole deployments | |
CN104950228A (en) | Double-circuit parallel transmission line single phase grounding fault point transition resistance value measuring method | |
CN104483578B (en) | It is a kind of to assess the method that D.C. magnetic biasing influences on power system grounded screen | |
Moongilan | Residential solar system bonding and grounding methods for lightning protection | |
Caetano et al. | A conductor arrangement that overcomes the effective length issue in transmission line grounding: full-scale measurements | |
Yutthagowith et al. | Design of counterpoise grounding electrodes for transmission towers in high soil resistivity area | |
Ikeda et al. | Lightning surge analysis on wind farm with interconnecting grounding wire using circuit model for vertical conductor | |
Ramos et al. | Methodology to calculate economic benefits of shield wire segmentation | |
Martineac et al. | Influence of soil resistivity on substations earth grounding system | |
Tang et al. | Application study of flexible graphite grounding electrode in typical tower grounding grid | |
Aibangbee et al. | Evaluation of High Voltage Transmission Line Towers Footing Earth Resistance under High Impulse Currents |