Задача 1 Расчет защитного заземления
Исходные данные. При появлении напряжения на токопроводящих частях (пробой фазы на корпус и т.д.) необходимо снизить потенциал напряжения до безопасных значений [16]. Фактически потенциал на оборудовании (напряжение прикосновения) будет определяться мощностью, необходимой для возврата тока на нейтраль трансформатора. Мощность определяется произведением напряжения и силы тока, величины которых связаны с сопротивлением КЗЗ.
Необходимо иметь сопротивление заземляющего устройства в пределах требований безопасности (таблица А1 приложения А) [30].
Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции, исходные данные приведены в таблице 3. Подстанция понижающая размещена в отдельном кирпичном здании, имеет два трансформатора с изолированной нейтралью на высокой стороне и с глухозаземленной нейтралью на низкой стороне (0,4 кВ). Предполагаемый контур искусственного заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Исходные данные к решению задачи №1
№ вар. | U, кВ | Размеры контура заземлителя, м | Re, Ом | lкл , км | lвл, км | lв , м | Lг, м | t0, м | ![]() | ![]() | |
длина | ширина | ||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 | |||||||||||
3,5 | 0,5 | ||||||||||
0,8 |
В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию принято равным Rе с учетом сезонных изменений.
Заземляющее устройство предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной lв = 5 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы длиной Lг = 50 м, сечением 4 х 40мм, уложенной в землюна глубине t0 = 0,8 м.
Решение:
Проводим расчет заземляющего устройства в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока [34].
Расчетные удельные сопротивления грунта, полученные в результате измерений и расчета, равны:
- для вертикального электрода длиной 5 м rрв = 120 Ом∙м;
- для горизонтального электрода сечением 4х40мм rрг = 176 Ом∙м.
Ток замыкания на землю неизвестен (сеть работает в нормальном режиме), поэтому определяем ток утечки с подходящей линии. По известной протяженности подходящих линий 6 кВ – кабельных lкл = 70 км, воздушных lвл = 65 км определяем расчетный ток утечки на землю:
(1) |
![Задача 1 Расчет защитного заземления Задача 1 Расчет защитного заземления - student2.ru](/images/proizvodstvo/zadacha-1-raschet-zashhitnogo-zazemleniya-1413829-3.png)
где U – напряжение подходящих линий, кВ; lкл , lвл - протяженность подходящих кабельных и воздушных линий соответственно, км.
Требуемое сопротивление растеканию заземляющего устройства, которое принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ (приложение А, таблица А1):
(4) |
(3) |
(2) |
![Задача 1 Расчет защитного заземления Задача 1 Расчет защитного заземления - student2.ru](/images/proizvodstvo/zadacha-1-raschet-zashhitnogo-zazemleniya-1413829-4.png)
где Iз - расчетный ток утечки на землю, А.
Требуемое сопротивление искусственного заземлителя:
где Rз – требуемое сопротивление растеканию тока искусственного заземлителя, Ом; Rе –расчетное сопротивление растеканию тока естественного заземлителя, Ом.
Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру прямоугольника длиной 15м и шириной 10м вокруг здания подстанции. Вертикальные электроды размещаем на расстоянии а = 5 м один от другого.
Из предварительной схемы следует, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода Lг = 50м, а количество вертикальных электродов n = Lг /а = 50/5 = 10шт. (рисунок 1а).
Уточняем параметры заземлителя путем проверочного расчета.
Определяем расчетное сопротивление растеканию вертикального электрода:
где d – диаметр электрода d = 12 мм = 0,012 м, t – глубина заложения электрода t = t0+0,5*lв=0,8+0,5*5=3,3 м.
Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода:
(5) |
![Задача 1 Расчет защитного заземления Задача 1 Расчет защитного заземления - student2.ru](/images/proizvodstvo/zadacha-1-raschet-zashhitnogo-zazemleniya-1413829-7.png)
где В – ширина полки уголка, В = 40 мм = 0,04 м, t – глубина заложения электрода, t = t0 = 0,8 м.
Определяем коэффициенты использования электродов заземлителя для принятого нами контурного заземлителя при отношении а/lв= 5/5=1 и n=10шт. по таблице А.3 приложения А: = 0,56 – коэффициент использования вертикальных электродов,
= 0,34 – коэффициент использования горизонтального электрода.
Находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:
(6) |
![Задача 1 Расчет защитного заземления Задача 1 Расчет защитного заземления - student2.ru](/images/proizvodstvo/zadacha-1-raschet-zashhitnogo-zazemleniya-1413829-10.png)
Это сопротивление R = 3,9 Ом больше, чем требуемое Rи = 3,6 Ом, поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов до n = 13 шт.
Затем для прежнего отношения а/lв = 1 и вновь принятого количества вертикальных электродов n = 13 шт. по таблице А.3 приложения А находим новые значения коэффициентов использования электродов заземлителя: вертикальных = 0,53 и горизонтального
= 0,32.
Находим новое значение сопротивления растеканию тока группового заземлителя:
(7) |
![Задача 1 Расчет защитного заземления Задача 1 Расчет защитного заземления - student2.ru](/images/proizvodstvo/zadacha-1-raschet-zashhitnogo-zazemleniya-1413829-13.png)
Это сопротивление R = 3,32 Ом меньше требуемого Rи = 3,6 Ом, но так как разница между ними невелика Rи – R = 0,28 Ом и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.
а) предварительная (n = 10 шт., а = 5 м, LГ = 50 м);
б) окончательная (n = 13 шт., а = 5 м, LГ = 70 м)
Рисунок 1 – Схемы контурных искусственных заземлителей подстанции
Итак, окончательная схема контурного группового заземлителя состоит из 13 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м, диаметром 12 мм, с расстоянием между ними равным 5 м, и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 70 м, сечением 4 х 40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м (рисунок 1б).