Расчет заземляющего устройства

Ис­ходные данные для расчета контурного заземляющего устройства:

1) характеристика установки: электроустановка напряжением U_{НОМ УСТ} = 10 [кВ]. Наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ составляет I_{МАХ З}= 1,24 кА;

2) периметр сооружения Р = 60 [ м ];

3) для вертикальных электродов выбираем равнобокий уголок b x b = 60x60 мм длиной L = 2 м, который погружаем ниже уровня земли на L₀= 0,7 м. При таком способе погружения сопротивление заземления относительно стабильно, так как заземлитель соприкасается со слоями грунта, в которых относительно малы изменения влажности и температуры в течение года. В качестве горизонтальных электродов выбираем полосы b x h = 40 х 4 мм, приваренные к верхним концам уголков;

3) грунт в месте сооружения РП — суглинок (удельное сопротивле­ние суглинка 100 Омм; климатическая зона — 3);

4) в качестве естественных заземлителей РП используем железо­бетонные конструкции сооружений, имеющие надежное соединение с землей с сопротивлением растеканию R_Е = 0,8 Ом.

Используя исходные данные, рассчитаем заземляющее устройство.

Для стороны 10 кВ в соответствии с ПУЭ наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства для электроустановок на­пряжением выше 1 кВ и с токами замыкания на землю более. 500 А состав­ляет R_З= 0,5 Ом.

Сопротивление искусственного заземлителя R_И рассчитываем с уче­том использования естественного заземлителя R_Е, включенного парал­лельно:

1/ R_И = (1 / R_З) - ( 1/ R_Е ) .

На основании имеющихся данных:

1/ R_И = (1 / 0,5)- (1/ 0,8);

отсюда, после преобразований:: R_И == 1,33 Ом.

Определяем расчетные удельные сопротивления грунта для гори­зонтальных r _{Р ГОР} и вертикальных r _{Р ВЕР} заземлителей:

r _{Р ГОР} = r _УД × k _{П ГОР} ; r _{Р ВЕР} = r _УД × k _{П ВЕР} ;

где r _УД = 100 [Ом×м] р_д - удельное сопротивление грунта (суглинкf);

k _{П ГОР} и × k _{П ВЕР} - повышающие коэффициенты для вертикальных и горизонтальных элек­тродов для заданной климатической зоны.

Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 принима­ем равными k _{П ГОР} = 2 для горизонтальных протяженных электродов при глу­бине заложения 0,8 м и k _{П ВЕР} = 1,4 — для вертикальных стержневых электро­дов длиной 2—3 м при глубине заложения из вершины 0,5—0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления:

- для горизонтальных электродов:

r _{Р ГОР} = r _УД × k _{П ГОР} = 100 × 2 = 200 [ Ом×м ];

- для вертикальных электродов:

r _{Р ВЕР} = r _УД × k _{П ВЕР} = 100 × 1,4 = 140 [ Ом×м ].
Определяем сопротивление растеканию с одного вертикального электрода - уголка длиной L = 2 м при погружении ниже уровня земли на L₀ = 0,7 м :

) .

Расположение вертикального заземлителя ниже уровня земли по­казано на рисунке. 11.7.

.

L0 >0,5м

L_Ц

L > d

d

Рисунок 11.7 - Одиночный вертикальный эаземлитель

.

При использовании уголков для вертикальных электродов в качестве диаметра принимаем эквивалентный диаметр уголка:

d = d_ЕР =0,95 × b.

где b - ширина полки равнобокого уголка.

Для уголка с шириной полки b =0,06 [ м ]:

d= 0,95 × b = 0,95 × 0,06 = 0,057 [ м ],

Находим сопротивление растеканию одного вертикального электрода:

. [ Ом ]

Определяем примерное количество вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования. Коэф­фициент использования вертикальных электродов в случае размеще­ния их по контуру без учета влияния горизонтальных электродов связи находим по справочным данным. Отношение расстояния между вертикальными электродами А = 4 [ м ] к их длине L = 2 [ м ]: (А / L ) = ( 4 / 2 ) = 2.

Используя справочные данные, выбираем предварительно коэф­фициент использования: k _{И В} = 0,66 (при числе уголков порядка 60 и отношении (А / L ) = ( 4 / 2 ) = 2 ). Примерное число n вертикальных заземлителей :

n = [R_{ОМ ВЭ} / ( k _{И В} × R_И)];

где R_И - необходимое сопротивление искусственного заземлителя [ Ом ] .

Находим примерное число n вертикальных заземлителей :

n = [R_{ОМ ВЭ} / ( k _{И В} × R_И)] = [ 50,5 / ( 0,66 × 1,33 )] = 57,5;

округляем до ближайшего большего значения; - необходимое число вертиакальных зазаемлителей, расположенных по контуру заземления равно n = 58.

Определяем сопротивление, оказываемое току горизонталь­ным заземлителем, состоящий из полос b x h = 40 x 4 мм, приваренных к верх­ним концам уголков. Коэффициент использования горизонтальной соединительной полосы в контуре заземления: k _{И Г} = 0,28 (при числе уголков 60 и отношении расстояния между вертикаль­ными электродами к их длине (А / L ) = ( 4 / 2 ) = 2.

Сопротивление полосы:

.

Расположение горизонтально протяженного заземлителя ниже уровня земли показано на рисунок 11.8.

LЦ L

H

Рисунок 11.8 - Горизонтальный эаземлитель

Расстояние между вертикальными электродамиD= 4 м. Предпола­гаемое количество электродов 60, тогда периметр периметр контура зазаемления, то которому прокла­дываются горизонтальные полосы, будет составлять L_ПК = 58 × 4 = 232 м.

Находим сопротивление горизонтального контура периметром L_ПК = 232 м. :

. Ом

Уточненное сопротивление вертикальных электродов:

. [ Ом ]

Уточненное число вертикальных электродов определяем при коэф­фициенте использования k_ИВ = 0,58, при числе уголков 60 и отношении расстояния между вертикаль­ными электродами к их длине (А / L ) = ( 4 / 2 ) = 2:

n = [R_{ОМ ВЭ} / ( k _{И В} × R_И)] = [ 50,5 / ( 0,58 × 1,64 )] = 53,1;

Окончательно принимаем к установке 58 вертикальных уголка, расположенных по контуру РП.

Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размеще­ны электроды заземлителя, происходит плавно; при этом напряжение прикосновения U_ПРи напряжение шага U_Шимеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя j₃. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад j₃. Чтобы исключить в этих местах опасные напряжения шага, которые особенно высо­ки при больших токах замыкания на землю, по краям контура, за его пределами, в первую очередь в местах проходов и проездов, укладыва­ют в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, соединенные с заземлителем. Благодаря этому спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.

Дополнительно к контуру заземления из вертикальных заземлителей, связанных горизонтальной полосойна территории распределительной подстанции устанавливается сетка из полос на расстоянии 0,8 – 1, 0 м от оборудования с шагом 0,8 – 1, 0 м, с попнрнчными связями через 6 м . Эти не учтенные расчетом электроды уменьшают общее сопротивление заземления, точно так же, как и дополнительные вертикальные электроды (58 вместо 54).

Проверяем термическую стойкость полосы b x h = 40 x 4 мм. Минимальное сечение S [ мм² ] полосы из условия термической стойкости при коротком замыкании на землю определяется из выражения:

,

где I_РАСЧ= 1,24 [ кА ] - расчетный ток через проводник;

t_ПР = 1,25 [ с ] - приведенное время протекания тока короткого замыкания на землю;

С_СТАЛЬ = 74 – постоянная, зависящая от материала электрода заземлителя и заземляющего проводника.

Подставляем значения::

. [ мм² ]

По результатам расчетов полоса S = b x h = 40 x 4 = 160 [ мм² ] > 18,7 [ мм² ] условия термической стойкости удовлетворяет.