Анализ и совершенствование методов расчёта сопротивлений заземляющих устройств подстанций

Цель – анализ и уточнение результатов расчета сопротивления заземляющих устройств подстанций с учетом факторов эксплуатации. Для оценки сопротивления заземляющего устройства подстанции использовались различные методы: расчетные (методы коэффициентов использования, обобщенных параметров и наведенных потенциалов) и инструментальные (метод «амперметра-вольтметра»). Установлено, что в процессе эксплуатации систем заземления сопротивление заземляющих устройств возрастает по сравнению с расчетными значениями, что снижает эффективность ее работы. Проведенные экспериментальные измерения сопротивления заземляющих устройств подстанций по методу «амперметра-вольтметра» показали, что относительная погрешность рассмотренных расчетных методов может достигать, соответственно, 48, 46,7 и 28,6%. Для повышения точности расчета сопротивления заземляющих устройств по методу наведенных потенциалов предложено использовать коэффициент эксплуатации заземляющего устройства. Установлено, что при сроках эксплуатации подстанций до 10 лет, от 10 до 20 лет и более 20 лет за счет коррозии конструкции заземляющего устройства и его сопротивления возрастет в 1,02–1,1 раза. Показано, что монтаж заземляющего устройства приводит к росту его сопротивления в 1,02 раза, а проверка целостности конструкции и функционирования заземляющего устройства увеличивает его сопротивление в 1,05 раза, если периодичность проверки более 6 лет. Грозовая активность и токи короткого замыкания влияют на интенсивность коррозии конструкции заземляющего устройства и, соответственно, приводят к росту его величины в 1,01–1,03 раза и в 1,03–1,05 раза. Таким образом, величина коэффициента эксплуатации может изменяться в диапазоне от 1,115 до 1,274, а практика применения коэффициента эксплуатации в расчетах сопротивления заземляющего устройства по методу наведенных потенциалов позволила повысить точность расчетов: относительная погрешность не превысила 3%. Это соответствует требованиям нормативно-технической документации Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы России.

1. Reshetnyak S., Bondarenko A. Analysis of technological performance of the extraction area of the coal mine // 3rd International Innovative Mining Symposium: E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 41. Р. 01014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184101014.

2. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.

3. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984. 448 с.

4. Wang Junping, Liew A.C., Darveniza M. Extension of dynamic model of impulse behavior of concentrated grounds at high currents // IEEE Transactions on Power Delivery. 2005. Vol. 20. Iss. 3. P. 2160–2165. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2004.839645.

5. Шевырев Ю.В., Шевырева Н.Ю., Плехов А.С., Титов Д.Ю. Применение компьютерных моделей для выбора регуляторов качества электроэнергии при работе электроприводов с полупроводниковыми преобразователями: монография. Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2018. 180 с.

6. Pecherkin V., Vasilyak L., Vetchinin S. P., Panov V., Son E., Danilin A., et al. Optical investigations of pulsed sparks in soil near electrode // Journal of Physics: Conference Series. 2015. Vol. 653. Р. 012151. https://doi.org/10.1088/1742-6596/653/1/012151.

7. Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. М.: Энергоатомиздат, 1983. 166 с.

8. Данилин А.Н., Ивонин В.В. Экспериментальные исследования импульсных характеристик сосредоточенных заземлителей // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 3. С. 27–32.

9. Шишигин С.Л., Смирнов И.Н., Шишигин Д.С. Высокочастотный метод измерения сопротивления заземления опоры воздушной линии в высокоомном грунте // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. № 10. С. 296−301.

10. Шишигин С.Л, Черепанов А.В., Шишигин Д.С. Импульсный метод измерения сопротивления заземлителей // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 2. С. 30–41.

11. Шишигин С.Л., Шишигин Д.С. Расчёт заземлителей: монография. Вологда: ВоГУ, 2020. 219 с.

12. Нестеров С. Сопротивление электролитического заземлителя // Новости ЭлектроТехники. 2020. № 1-2. С. 72−77. [Электронный ресурс]. URL: http://www.news.elteh.ru/pics/121/Net_121-122_12_Nesterov.pdf (10.06.2022).

13. Гладилин Л.В., Щуцкий В.И. К расчёту защитных заземлений шахтных и карьерных электроустановок // Горный журнал. 1973. № 12. С. 63–66.

14. Гладилин Л.В., Якуба Ю.Ф. Непрерывность общей сети электроустановок шахт и карьеров основное условие обеспечения электробезопасности // Горный журнал. 1974. № 10. С. 129–132.

15. Гладилин Л.В., Шуцкий В.И., Бацежев Ю.Г., Чеботаев Н.И. Электробезопасность в горно-добывающей промышленности. М.: Недра, 1977. 327 с.

16. Шуцкий В.И., Маврицын А.М., Сидоров А.И., Ситчихин Ю.В. Электробезопасность на открытых горных работах. М.: Недра, 1983. 192 с.

17. Sekioka S., Lorentzou M.I., Philippakou M.P., Prousalidis J.M. Current-dependent grounding resistance model based on energy balance of soil ionization // IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. Iss. 1. P. 194–201. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2005.852337.

18. Alipio R., Visacro S. Modeling the frequency dependence of electrical parameters of soil // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2014. Vol. 56. Iss. 5. P. 1163–1171. https://doi.org/10.1109/TEMC.2014.2313977.

19. Анненков В.З. Метод расчёта импульсного сопротивления стержневого заземлителя // Электричество. 1997. № 8. С. 59–66.

20. Анненков В.З. Искрообразование в земле вокруг заземлителей молниезащиты // Электричество. 1993. № 12. С. 15–20. http://doi.org/10.24160/0013-5380-2018-12-22-27.