Совершенствование алгоритма расчета сложных неэквипотенциальных заземляющих устройств электроустановок с учетом проводимости естественных заземлителей

Abstract

Цель. Целью статьи является разработка алгоритма расчета электрических характеристик неэквипотенциальных заземляющих устройств электроустановок с учетом большого числа естественных сосредоточенных заземлителей, а также собственных активных и реактивных сопротивлений горизонтальных заземлителей. Методика. Проведены теоретические исследования с использованием метода наведенных потенциалов, методов конечных разностей для расчета электрического поля простых заземлителей в земле с двухслойной структурой и последовательного применения метода наведенных потенциалов и методов расчета разветвленных электрических цепей с распределенными параметрами. Результаты. Получен алгоритм расчета сложных неэквипотенциальных заземляющих устройств, позволяющий получить уточненные значения распределения потенциала на территории электроустановки. Научная новизна. Новые положения, по сравнению с известными решениями, состоят в учете проводимости естественных сосредоточенных заземлителей совокупностью вертикальных и горизонтальных электродов, обоснованной по равнозначным электрическим характеристикам применительно к двухслойной модели электрической структуры земли. Практическое значение. Использование предложенного алгоритма расчёта в электрических сетях АК «Харьковоблэнерго» позволили определить значения распределения потенциалов при КЗ на электрической подстанции с учетом влияния проводимости естественных сосредоточенных заземлителей. Скорректированные таким образом результаты расчета дадут более точную информацию о величинах нормируемых параметров по заземляющим устройствам действующих электроустановок. С помощью предложенного алгоритма могут быть получены уточненные значения падения напряжений по заземляющим устройствам при КЗ, а, следовательно, рассчитаны напряжения, воздействующие на изоляцию кабелей вторичных цепей, – параметры, нормируемые по условиям электромагнитной совместимости.

Мета. Метою статті є розробка алгоритму розрахунку електричних характеристик нееквіпотенціальних заземлюючих пристроїв електроустановок з огляду на велику кількість природних зосереджених заземлювачів, а також з урахуванням власних активних і реактивних опорів горизонтальних заземлювачів. Методика. В роботі були проведені дослідження з послідовним застосуванням методу наведеного потенціалу і методів розрахунку розгалужених електричних кіл з розподіленими параметрами. Результати. Отримано алгоритм розрахунку складних нееквіпотенціальних заземлюючих пристроїв, що дозволяє отримати уточнені значення розподілу потенціалу на території електроустановки. Наукова новизна. Нові положення, в порівнянні з відомими рішеннями, складаються в обліку провідності природних зосереджених заземлювачів сукупністю вертикальних і горизонтальних електродів, що обґрунтована по рівнозначним електричним характеристикам стосовно двошарової моделі електронної структури землі. Практичне значення. Використання запропонованого алгоритму розрахунку в електричних мережах АК «Харківобленерго» дозволили визначити значення розподілу потенціалів при короткому замиканні (КЗ) на електричній підстанції з урахуванням впливу провідності природних зосереджених заземлювачів. Скориговані таким чином результати розрахунку дадуть більш точну інформацію про величини нормованих параметрів заземлюючих пристроїв діючих електроустановок. За допомогою запропонованого алгоритму можуть бути отримані уточнені значення падіння напруги по заземлюючим пристроям при КЗ, а, отже, розраховані напруги, що впливають на ізоляцію кабелів вторинних кіл, - параметри, нормовані за умовами електромагнітної сумісності.

Purpose. The method of natural concentrated groundings substitution by the set of electrodes taking them into account in the algorithm of electric characteristics calculation for complicated grounding connections of electric installation is offered. An equivalent model as a set of linear electrodes is chosen in accordance with two criteria: leakage resistance and potentials on the ground surface. Methodology. We have applied induced potential method and methods for computing branched electrical circuits with distributed parameters. Results. We have obtained the algorithm for calculating complex non-equipotential grounding connections, which makes it possible to obtain refined values of the potential distribution in the electric stations and substations with outdoor switchgear. Originality. For the first time, we have taking into account the conductivity of natural concentrated grounds by a set of vertical and horizontal electrodes based on equivalent electrical characteristics applied to a two-layer ground. Practical value. The using of the proposed calculation algorithm in the electric grids of JSC «Kharkivoblenergo» made it possible to determine the values of the potential distribution at short circuit in electrical substation taking into account the influence of the conductivity of natural concentrated groundings