Модификация формулы СИГРЭ для расчета импульсного сопротивления заземлителя при ионизации двуслойного грунта
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-2-17-26Ключевые слова:
ток молнии, ионизация грунта, формула СИГРЭ, двуслойный грунт, заземлительАннотация
Ток молнии, растекаясь через заземлитель, создает сильное электрическое поле, вызывающее ионизацию грунта, что приводит к уменьшению импульсного сопротивления заземлителя. Формула СИГРЭ дает простую аналитическую зависимость сопротивления заземлителя от тока, но она применима только в однослойном грунте. Статья посвящена исследованию модифицированного варианта формулы СИГРЭ для двуслойного грунта. Изучены особенности процессов ионизации в двуслойном грунте. Наибольшее снижение сопротивления заземлителя наблюдается в грунте с большим удельным сопротивлением верхнего слоя, где процессы ионизации протекают интенсивнее, а расширение зоны ионизации приближает заземлитель к хорошо проводящему нижнему слою. Критическая напряженность в однослойной модели существенным образом зависит от тока, а в двуслойной модели она практически постоянна, что установлено при обработке экспериментальных данных и исследовано теоретически. Эквивалентный однослойный грунт характеризуется не только эквивалентным удельным сопротивлением, но и эквивалентной критической напряженностью, которая может быть значительно больше (если удельная проводимость верхнего слоя больше нижнего) или меньше стандартных значений при сильных токах. Для двухцепных ВЛ 110 и ВЛ 220 кВ получено существенное (десятки процентов) снижение ожидаемой вероятности обратного перекрытия изоляции с учетом ионизации грунта.
Библиографические ссылки
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. М.: Энергия, 1978, 224 с.
2. Шишигин С.Л., Шишигин Д.С. Расчет числа грозовых отключений двухцепной воздушной линии 110 кВ. – Электричество, 2025, № 8, с. 21–30.
3. Анненков В.З. Искрообразование в земле вокруг заземлителей молниезащиты. – Электричество, 1993, № 12, с. 15–20.
4. Шишигин С.Л., Шишигин Д.С., Смирнов И.Н. Расчет заземлителей с учетом ионизации и частотных свойств грунта. – Известия РАН. Энергетика, 2022, № 6, с. 46–63.
5. Корсунцев А.В. Применение теории подобия к расчету импульсных характеристик сосредоточенных заземлителей. – Электричество, 1958, № 5, с. 31–35.
6. CIGRE Brochure No. 64. Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines, 1991, 61 p.
7. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999, 353 с.
8. Sekioka S, Sonoda T., Ametani A. Experimental Study of Current-Dependent Grounding Resistance of Rod Electrode. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, vol. 20, No. 2, pp. 1569–1576, DOI: 10.1109/TPWRD.2004.838660.
9. Sekioka S. et al. Current-Dependent Grounding Resistance Model Based on Energy Balance of Soil Ionization. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, vol. 21, No. 1, pp. 194–201, DOI: 10.1109/TPWRD.2005.852337.
10. Mokhtari M., Gharehpetian G.B. Integration of Energy Balance of Soil Ionization in CIGRE Grounding Electrode Resistance Model. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2018, vol. 60, No. 2, pp. 402–413, DOI: 10.1109/TEMC.2017.2731807.
11. Gazzana D.S. et al. An Improved Soil Ionization Representation to Numerical Simulation of Impulsive Grounding Systems. – IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, No. 3, DOI: 10.1109/TMAG. 2017.2750019.
12. Mousa A.M. The Soil Ionization Gradient Associated with Discharge of High Currents into Concentrated Electrodes. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1994, vol.9, No 3, pp. 1669–1677, DOI: 10.1109/61.311195.
13. IEEE Std. 1410-2010. IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines, 2011, 73 p., DOI: 10.1109/IEEESTD.2011.5706451.
14. Шишигин С.Л. Векторная форма записи потенциала стержневого заземлителя в однородной и двухслойной земле. – Электричество, 2007, № 7, с. 22–27.
15. Заборовский А.И. Электроразведка. М.: Гостоптехиздат, 1963, 423 с.
16. Борисов Р.К., Коломиец Е.В., Колиушко Г.М. Исследование импульсных характеристик заземляющих устройств. – 3-я Российская конф. по заземляющим устройствам, 2008, с. 10–15.
17. Программа «ЗУМ» [Электрон. ресурс], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (дата обращения 01.11.25).
#
1. Ryabkova E.Ya. Zazemleniya v ustanovkah vysokogo napryazheniya (Earthing in High Voltage Installations). M.: Energiya, 1978, 224 p.
2. Shishigin S.L., Shishigin D.S. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 8, pp. 21–30.
3. Annenkov V.Z. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1993, No. 12, pp. 15–20.
4. Shishigin S.L., Shishigin D.S., Smirnov I.N. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2022, No. 6, pp. 46–63.
5. Korsuntsev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1958, No. 5, pp. 31–35.
6. CIGRE Brochure No. 64. Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines, 1991, 61 p.
7. RD 153-34.3-35.125-99. Rukovodstvo po zashchite elektriches-kih setey 6–1150 kV ot grozovyh i vnutrennih perenapryazheniy (Guidelines for the Protection of Electrical Networks 6–1150 kV from Lightning and Internal Overvoltages). SPb.: PEIPK Mintopenergo RF, 1999, 353 p.
8. Sekioka S, Sonoda T., Ametani A. Experimental Study of Current-Dependent Grounding Resistance of Rod Electrode. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, vol. 20, No. 2, pp. 1569–1576, DOI: 10.1109/TPWRD.2004.838660.
9. Sekioka S. et al. Current-Dependent Grounding Resistance Model Based on Energy Balance of Soil Ionization. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, vol. 21, No. 1, pp. 194–201, DOI: 10.1109/TPWRD.2005.852337.
10. Mokhtari M., Gharehpetian G.B. Integration of Energy Balance of Soil Ionization in CIGRE Grounding Electrode Resistance Model. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2018, vol. 60, No. 2, pp. 402–413, DOI: 10.1109/TEMC.2017.2731807.
11. Gazzana D.S. et al. An Improved Soil Ionization Representation to Numerical Simulation of Impulsive Grounding Systems. – IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, No. 3, DOI: 10.1109/TMAG.2017.2750019.
12. Mousa A.M. The Soil Ionization Gradient Associated with Discharge of High Currents into Concentrated Electrodes. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1994, vol.9, No 3, pp. 1669–1677, DOI: 10.1109/61.311195.
13. IEEE Std. 1410-2010. IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines, 2011, 73 p., DOI: 10.1109/IEEESTD.2011.5706451.
14. Shishigin S.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2007, No. 7, pp. 22–27.
15. Zaborovskiy A.I. Elektrorazvedka (Electrical Exploration). M.: Gostoptekhizdat, 1963, 423 p.
16. Borisov R.K., Kolomiets E.V., Koliushko G.M. 3-ya Rossiyskaya konf. po zazemlyayushchim ustroystvam – in Russ. (3rd Russian Conference on Grounding Devices), 2008, pp. 10–15.
17. Programma «ZUM» (The ZYM Program) [Electron. resour-ce], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (Accessed on 01.11.25)
