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正文內(nèi)容

接地裝置的運行與發(fā)熱(參考版)

2025-05-13 00:34本頁面
  

【正文】 電極線和作為接地引下線 dd tcIA ?(577) 的電纜的截面可根據(jù)直流系統(tǒng)單極運行時的工作電流大小,分別按架空線和電纜的要求選取。 順便指出,由于接地電流經(jīng)接地引線入地網(wǎng)后,至少要由地網(wǎng)的兩根導(dǎo)體分流,如果電流在兩根導(dǎo)體中按 7: 3的比例分配,則從熱穩(wěn)定的要求出發(fā),可以取地網(wǎng)接地導(dǎo)體的截面為接地線截面的 70%。在相應(yīng)條件下銅和鋁的 c值分別為 210和 120。m kf——集膚效應(yīng)系數(shù); γ ——接地導(dǎo)體的比重, kg/m3 c——接地線導(dǎo)體的比熱, J/℃ τ——接地線的溫升, ℃ 。以 3 3地網(wǎng)為例,地網(wǎng)邊角處的最大流散電流 δ為 ,根據(jù)地網(wǎng)所用導(dǎo)體的直徑可以算出該導(dǎo)體表面的最大電流密度 Jm為 考慮到在所給定的參數(shù) 下,此 3 3地網(wǎng)的接地電阻 Rg為 ,當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的電 位 U0為 100V時,經(jīng)地網(wǎng)流 散的總電流 I為 圖 512 5 5地網(wǎng)的散流電流分布 )/( 2m mA???? ???)( ARUIg?? 第八節(jié) 接地線的截面選擇 接地線是把工作電流或短路電流引向接地體的金屬導(dǎo)體,對交流地網(wǎng)來說,在正常情況下流經(jīng)接地線的電流并不大,因此交流地網(wǎng)的接地線通常不存在長期發(fā)熱的問題,接地線的截面可按短時發(fā)熱的熱穩(wěn)定要求選擇。圖中處于上部的曲線和坐標(biāo)為( 15, 0)~( 15, 15)的導(dǎo)體相應(yīng),處于下部的 圖 511 3 3地網(wǎng)的流散電流分布 曲線和坐標(biāo)為( 0, 0)~( 15, 0)的導(dǎo)體相應(yīng)。計算時取地網(wǎng)的埋深 h=,導(dǎo)體直徑 d=,土壤電阻率 ρ=100Ω 60,1 0 0 ???? mm ?? / 6 J???? ?26 / mAtJ my ?? ???? ??? 因此,在設(shè)計這類地網(wǎng)時應(yīng)盡量考慮有足夠的散流面積,增加土壤含水量,比如使用具有高吸水性能的高效膨潤土降阻防腐劑?!?), t按 2h,即2 60 60=7200( s),則 即按 2h工作制,電流密度最大不得超過 ,如按長期工作制,這個電流密度會更小,這也提醒我們在消弧線圈接地的系統(tǒng)中雖然最大補償電流僅為數(shù)十到數(shù)百安,但接地網(wǎng)的熱穩(wěn)定總是特別應(yīng)引起我們的注意,在設(shè)計城市電容電流較大、所裝消弧線圈補償容量大、地網(wǎng)占地較小的小型化變電所,或戶內(nèi)變電所尤其應(yīng)引起注意,所設(shè)計的接地裝置應(yīng)按最大補償容量乘以 ,其溫升不得大于 60℃ ,否則由于長期發(fā)熱,水分汽化蒸發(fā),會引起接地電阻的增大。 對于 6~ 35KV安裝消弧線圈補償系統(tǒng),經(jīng)消弧線圈、地網(wǎng)入地的電流為數(shù)十安到數(shù)百安,但由于消弧線圈屬于 2h工作制,有時還不只 2h,可達(dá)數(shù)小時之久。應(yīng)該注意到,為了均衡地面的電位分布、減小跨步電勢和接觸電勢,交流地網(wǎng)中一般都要敷設(shè)一定數(shù)量的均壓帶,此時由于屏蔽效應(yīng)和尖端效應(yīng)的影響,自地網(wǎng)流散的電流沿地網(wǎng)各導(dǎo)體的分布是不均勻的。 如取 ( m3在中性點直接接地系統(tǒng)中會有高達(dá)數(shù)十千安的短路電流經(jīng)地網(wǎng)入地,但持續(xù)時間不長,一般在 ~ 3s左右。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,經(jīng)消弧線圈入地的電流是消弧線圈的補償電流,數(shù)值從數(shù)十安到數(shù)百安不等,且持續(xù)時間長,按規(guī)程規(guī)定為 2h運行,實際上有的電網(wǎng)可達(dá)數(shù)小時之久。在中性點不接地系統(tǒng)中,無論在正常工作還是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時都不會有接地電流流經(jīng)地網(wǎng)入地。 以上推導(dǎo)是按半球形電極導(dǎo)出的,與實際上的電極有很大的出入,對任意形狀的電極,由于電極各點的 J不同,其溫升上升速度是不同的,如仍采用式( 569)的土壤發(fā)熱的溫升方程,并取電極各點的穩(wěn)定溫升 ,則電極各點附近 ??? 220Un ? 土壤的發(fā)熱的時間常數(shù)將具有不同的數(shù)值,可表示為 即表面電流密度較小的電極附近的土壤具有較大的發(fā)熱時間常數(shù)。 ( 2)在土壤長期發(fā)熱時,允許經(jīng)電極流散的最大電流和電極表面的最大允許電流密度,雖然和電極的尺寸有關(guān),但土壤長期發(fā)熱時的溫升卻只和土壤的參數(shù)以及接地極的電位有關(guān),不受電極的形狀和尺寸的影響。對半徑 a=1m的半球形電極,其周圍土壤的發(fā)熱時間常數(shù)為 當(dāng)半徑 a=2m時, TT將增至 。在過渡過程開始時溫升上升得很快,隨著時間的增加越來越慢,最后逐漸變?yōu)闇厣辉僭黾拥姆€(wěn)定狀態(tài)。由于半球形電極的最大電流密度出現(xiàn)在 r=a處,因此短時發(fā)熱時土壤的最大溫升 τm也出現(xiàn)在 r=a處,即有 dtrdrIP 221 2 ???( 564) 令 Q2=P1可得 整理后有 dtrdrIdr dr 222 22 ????? ?( 565) rrdtd ??? 2221 ??????? ( 566) 積分后可得 tJtr ?????? 22221 ???????? ( 567) 取 ℃ , t=2S, τm=60℃ ,代入式( 567)即可得電極表面的最大允許短時短路電流密度為 即短時發(fā)熱時電極表面的最大允許電流密度要比長期發(fā)熱時大很多。 二、電流短期流經(jīng)半球形電極流散時土壤的溫升 當(dāng)電流通過接地電極的時間很短(約數(shù)秒鐘)時,可以不考慮熱的傳導(dǎo)而按絕熱過程來計算,即認(rèn)為流過土壤某處的電流所產(chǎn)生的熱量全部用來提高土壤該處的溫度。M ,土壤的電阻率ρ=100Ω從熱 力學(xué)可知,物質(zhì)每 單位面積每秒所能 傳導(dǎo)的熱量與溫升 τ在空間的變化,即溫度梯度 成正比,也和物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) λ成正比,所以每秒由半徑 r的半球面流出的熱量 Q1為 圖 59 半球形電機土壤的發(fā)熱計算 drd?drdrQ ??? 21 2??( 555) 令式( 554)等于式( 555),可得 drdrraI ????? 22 2112 ???????? ? ( 556) 由于在 r→∞ 處的溫升 τ為零,而在 r=a處溫升為最大,即τ=τm,于是將式( 556)對 r積分后,有 mararI ?? ? ???02222 112 ???????? ?? ?( 557) 于是可得 maI ?? ??? 24 22?( 558) 或 ???? maI 22?( 559) 由于半球形電極的電位 aIIRU ??20 ??,代入式( 559)可得 mU ? ??20 ???? 220Um ?( 560) ( 561) 電極附近土壤的溫度在任何情況下都不允許升高到 100℃ ,否則土壤中的水分將完全被蒸發(fā)掉,以致土壤的電阻增大到極大的數(shù)值。 一、電流長期流經(jīng)半球形電極時土壤的溫升 當(dāng)電流經(jīng)半球形接地極向土壤流散時,土壤由于接地電阻存在,土壤會發(fā)熱,土壤各點的溫升將達(dá)某一穩(wěn)定值。而土壤電阻率的上升將進(jìn)一步加劇土壤的發(fā)熱,如此惡性循環(huán)下去,嚴(yán)重時可以造成土壤燒結(jié),使接地極不能正常工件。如果金屬導(dǎo)體的截面選擇的較小,在大的接地短路電流流過時,導(dǎo)體就可能因過熱而燒斷。aSCCrK 39。2539。)21)(539。(m a x. ????? chBLch RlLUU( 551) 為了補償上述附加過電壓,避雷器變壓器的電氣距離需要減小,其計算式為 式中 ——波頭陡度, Kv/m K——系數(shù), Cr ——變壓器入口電容, μF C′——導(dǎo)線單位長度對地電容, μF/m S——避雷器到變壓器的導(dǎo)線長度, m。變壓器最大可能受到的振蕩過電壓為 因此,由于避雷器接地線的電感和接地電阻上的壓降使變壓器受到的電壓( kV)為 ( 550) chBLchBLch RlLUiRdtdiLUU 539。如果避雷器到變壓器的電氣距離已經(jīng)接近允許的臨界值時,變壓器就得不到避雷器的有效保護(hù)。 二、避雷器接地線引起的反擊過電壓 在一些發(fā)電廠,由于布置上的原因,避雷器的接地線相當(dāng)長,避雷器離變壓器相當(dāng)遠(yuǎn)。 ( 6) 3560kV配電裝置在地電阻率不大于 ,允許將線路的避雷線引接到出線門構(gòu)架上。 ( 3) 60kV 的配電裝置, Ich為 150kA, L′h為 , 6片 X U50%為 620KV,絕緣子串不閃絡(luò)時允許的沖擊接地電阻為 ( 4) 35KV的配電裝置,取 Ich為 150kA, L′h為 , 4片 U50%為 450KV,絕緣子串不閃絡(luò)時允許的沖擊接地電阻為 ? ??????? R ch)( ??????chR)( ??????chR 當(dāng)水平接地網(wǎng)的面積為 20 20m2,地電阻率為 ,沖擊接地電阻約 ~,可見,即使地電阻率較低,也不宜在35KV配電裝置的構(gòu)架或房頂上裝設(shè)避雷針。m的地區(qū),對于220kV配電裝置,在地電阻率大于 1000Ωm的時,沖擊接地電阻約 。 電壓等級為 110kV時,取 Ich為 150kA,高度為 10m 的構(gòu)架電感為 , 6片 絕緣子的 U50%為 1315k V,允許的沖擊接地電阻為 chchchIhlLUR 39。 ( 2) 110kV及以上的配電裝置,一般可以將避雷性裝在配置的構(gòu)架上或房頂上。 避雷針接地線與接地網(wǎng)的地下連接點至變壓器接地線地下連接點接地體長度不得小于 15m。 設(shè)計裝設(shè)在配電裝置構(gòu)架上的避雷針、線時,應(yīng)注意: ( 1)裝設(shè)有避雷針、線上的配電裝置構(gòu)架,除在附近裝設(shè)中集中接地體外(埋設(shè) 35根垂直接地體),宜將結(jié)構(gòu)架的橫擔(dān)和鄰近支柱與接地網(wǎng)相連,以便加強分流,擴大接地網(wǎng)的利用范圍,降低沖擊接地電阻。如不能分開,引風(fēng)機的電動機電源線應(yīng)采用有金屬外皮且接地的導(dǎo)線。機械通風(fēng)冷卻塔上電動機的電源線,也應(yīng)照此處理。瀝青混凝土的平均穿強度約為土壤的 3倍,故隔層的厚度 b 可由下式?jīng)Q定 b = – (547) 式中 S——接地體之間實際距離, m; 絕緣隔離層的深度和厚度還應(yīng)滿足 S1 +S2 + b ≥Dd (548) 式中 S1——隔離層邊緣到主接地網(wǎng)的最小距離, m; S2——隔離層邊緣到避雷針接要體的最小距離, m; b——隔離層厚度, m。 ( 2) 避雷針及其接地體與道路或行人經(jīng)常出入的地方距離不宜小于 3m,否則應(yīng)采取均壓措施,或鋪設(shè)礫石、卵石和瀝青混凝土路面。m時,集中接地體的沖擊系數(shù)近似在 ,故獨立避協(xié)針、線的沖擊接地電阻,可以用工頻接地電阻作為標(biāo)準(zhǔn),以便于現(xiàn)場測量和檢查。在一般情況電阻率地區(qū),獨立避雷針、線的工頻接地電阻不宜大于 10Ω。 式( 541)中的 L′、 h,可由表 52查出。 h——計算高度 m。因此,要求支柱和接地體與附近的導(dǎo)
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