Эффективно заземленной нейтралью

Рассчитать заземляющее устройство для подстанции 110/10(6) кВ [4]. Исходные данные для расчетов сведены в таблицу 22.

Таблица 22. Исходные данные для расчета заземляющих устройств.

Последняя цифра шифра
S,м2	14*40	10*25	12*40	16*50	18*40	10*20	14*30	16*40	18*50	20*60
, Ом*м
, Ом*м
,м	1,2	1,4	1,6	1,8		2,2	2,1		1,9	1,7
Предпоследняя цифра шифра
,м	0,8	0,78	0,76	0,74	0,72	0,7	0,68	0,66	0,64	0,62
, м		3,5		4,5		5,5		5,5
, кА	1,9	1,85	1,8	1,75	1,7	1,65	1,6	1,55	1,5	1,45

Согласно [8] заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления £ 0,5 Ом или допустимого напряжения прикосновения.

Расчет по допустимому сопротивлению £ 0,5 Ом приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющих устройств для подстанций небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации распределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины [8]. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземленному оборудованию, находящемуся под потенциалом, часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека Rч и сопротивлением растеканию тока от ступней в землю . На тело человека фактически будет действовать напряжение

, (66)

где - падение напряжения в сопротивлении растеканию с двух ступней человека в землю.

Если принять ступню за диск радиусом 8 см, то

(67) ,

где - удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом×м; - радиус ступни, м.

Ток, протекающий через человека,

(68).

Опасность поражения зависит от тока и его длительности протекания через тело человека.

Длительность воздействия, с . . . . . . . . . . . . 0,1 0,2 0,5 0,7 1,0

Допустимый ток, мА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 250 100 75 65

Зная допустимый ток, можно из [68].найти допустимое напряжение прикосновения:

(69).

Подставляя значения и , получаем

. (70).

Так, например, если = 1000 Ом, удельное сопротивление верхнего слоя почвы = 1000 Ом×м, время воздействия тока 0,5 с, то, найдя = 100 мА = 0,1 А, определим

Из выражения (70) видно, что чем больше , тем большее напряжение прикосновения можно допустить. Приняв некоторые средние величины и , можно руководствоваться приведенными ниже допустимыми значениями напряжения прикосновения [7]. Допустимые значения напряжения прикосновения сведены в таблицу 23.

Таблица 23. Допустимые значения напряжений прикосновения.

Длительность воздействия, с	До 0,1	0,2	0,5	0,7	1,0	1 - 3
Наибольшее допустимое напряжение прикосновения, В

За расчетную длительность воздействия принимается величина, определяемая по формуле:

, (71)

где - время действия релейной защиты; - полное время отключения выключателя.

Для рабочих мест, где персонал прикасается к заземленным частям при оперативных переключениях, принимается время действия резервной защиты, для остальных мест – время действия основной защиты.

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве должно быть не выше 10 кВ. Если = 5-10 кВ, необходимо принять меры по защите изоляции отходящих кабелей и предотвращению выноса высокого потенциала за пределы электроустановки.

Заземляющее устройство для установок 110 кВ и выше выполняется из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающих полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом (рис. 13, а). Расстояние между полосами должно быть не более 30 м.

Рекомендуются различные методы расчета сложных заземлителей [7, 8]. Учет многочисленных факторов, влияющих на растекание тока с заземлителей, усложняет расчет. В проектных организациях он производится по специализированной компьютерной программе. Однако для рассматриваемых расчетов может применяться упрощенный метод расчета [6].

Рисунок 13. – К расчету сложных заземлителей:

а – заземляющее устройство подстанции; б – расчетная модель

В таком методе сложный заземлитель заменяется расчетной квадратной моделью (рис. 13, б) при условии равенства их площадей S, общей длины горизонтальных проводников, глубины их заложения t, числа и длины вертикальных заземлителей и глубины их заложения. В реальных условиях удельное сопротивление грунта неодинаково по глубине. Как правило, верхние слои имеют большее удельное сопротивление, а нижние, увлажненные слои – меньшее сопротивление. В расчетах многослойный грунт представляется двухслойным: верхний толщиной с удельным сопротивлением , нижний с удельным сопротивлением . Величины , , принимаются на основе замеров с учетом сезонного коэффициента .

Расчет производится в следующем порядке.

1. Зная наибольшее допустимое напряжение прикосновения по формуле (26), определяют напряжение на заземлителе:

, (72).

где - коэффициент напряжения прикосновения; для сложных заземлителей он определяется по формуле

(73).

где - длина вертикального заземлителя, м; - длина горизонтальных заземлителей, м; а - расстояние между вертикальными заземлителями, м; S - площадь заземляющего устройства, м²; M- параметр, зависящий от , принимается по таблице 24; - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека и сопротивлению растекания тока от ступней :

. (74).

В расчетах принимают = 1000 Ом; = 1,5 .

Таблица 24. Параметры к расчету заземлителей.

	0,5
M	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,75	0,77	0,79	0,8	0,82

2. Так как , то сопротивление заземляющего устройства определяется, Ом,

, (75).

где - ток, стекающий с заземлителя проектируемого заземляющего устройства при однофазном к.з.

Если однофазное к.з. произошло в пределах электроустановки, то согласно [4]

, (76).

где - ток однофазного к.з. в месте повреждения; - результирующее индуктивное сопротивление нулевой последовательности до места к.з.; - сопротивление нулевой последовательности трансформаторов рассматриваемой электроустановки. Допускается принимать .

Если однофазное к.з. произошло за пределами электроустановки, то

. (77).

Из (33) и (34) видно, что ток, стекающий в землю через заземлители, составляет некоторую долю от тока однофазного к.з., которая зависит от мощности установленных трансформаторов и количества заземленных нейтралей в системе.

3. Определяют общее сопротивление естественных заземлителей, Ом:

, (78).

где - сопротивление растеканию тока кабелей, принимается (2-3) Ом; - сопротивление растеканию тока фундаментов, определяется специальным расчетом; - сопротивление растеканию тока системы трос-опоры, принимается (2,5-3) Ом. Данные взяты из [6].

Если , то сооружается только сетка из горизонтальных полос, если , то необходимо сооружение искусственного заземлителя, сопротивление которого определяется по формуле:

. (79).

4. Определяют общее сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчетную модель (рис. 39, б), Ом:

, (80).

где

при ; (81).

при ; (82).

- эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом×м (таблица 25); - общая длина вертикальных заземлителей, ; - общая длина горизонтальных заземлителей.

Полученное значение должно быть меньше или . Относительное эквивалентное удельное сопротивление для сеток с вертикальным заземлителем приведено в таблице 18

Таблица 25. Эквивалентные удельные сопротивления грунта.

		Относительная толщина слоя
		0,025	0,05	0,1	0,2	0,4	0,8	0,95
	1 – 4
		1,02	1,03	1,05	1,1	1,13	1,3	1,4
		1,03	1,07	1,1	1,13	1,15	1,32	1,5
		1,05	1,17	1,13	1,15	1,2	1,38	1,6
		1,05	1,1	1,15	1,22	1,35	1,86	2,4
		1,22	1,26	1,35	1,43	1,54	2,12	2,7
		1,33	1,41	1,5	1,65	1,83	2,6	3,5
		1,1	1,2	1,28	1,38	1,62	2,5	3,7
		1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,75	5,5
		1,52	1,7	1,88	2,08	2,33	3,52	6,0
0,125	0,5 – 4	0,95	0,9	0,8	0,7	0,62	0,54	0,52
0,25	0,5 – 4	0,97	0,93	0,85	0,78	0,71	0,65	0,64
0,5	0,5 – 4	0,99	0,96	0,92	0,88	0,83	0,79	0,77

Если сопротивление заземлителя превышает требуемые значения, то необходимо увеличение площади S, длины , числа вертикальных заземлителей или их длины. Все это приводит к дополнительным расходам и на подстанциях трудно осуществимо. Эффективной мерой уменьшения опасности прикосновения является подсыпка гравия или щебня слоем 0,1-0,2 м у рабочих мест. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает (5000 - 10000 Ом×м), что снижает ток, проходящий через человека, так как возрастает сопротивление растеканию тока со ступней . В расчете соответственно уменьшается коэффициент β и увеличивается допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Заземляющее устройство может выполняться и с соблюдением требований к его сопротивлению [8]. В этом случае в любое время года с учетом естественных заземлителей должно быть £ 0,5 Ом.

В таких заземляющих устройствах для выравнивания потенциала прокладываются продольные и поперечные полосы на глубине 0,5 – 0,7 м и на расстоянии от фундаментов или оснований оборудования 0,8 – 1 м. Расстояние между поперечными полосами рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки, но не более 20 м.

В заключении сделать вывод о том, что было сделано в курсовом проекте.

Рекомендуемая литература

1. ПУЭ. Правила устройства электроустановок / М.: Санкт-Петербург, Изд.- во «Деан», 2005.- 926 с.

2. Щербаков, Е.Ф. Электроснабжение и электропотребление в строительстве : учеб. пособие / Е. Ф. Щербаков, Д. С. Александров, А. Л. Дубов - СПб.: Издательство «Лань», 2012. - 512 с.

3. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений : учеб./ Т.В. Анчарова, М.А. Рашевская, Е.Д. Стебунова – М.: Форум; НИЦ ИНФРА-М, 2012. – 416 с.

4. Фролов, Ю.М. Основы электроснабжения: учеб. пособие / Ю.М. Фролов, В.П. Шелякин - СПб.: Издательство «Лань», 2012. - 418 с.

5. Князевский Б.А., Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. для студ. вузов/ по спец. «Электропривод и автоматизация промышленных установок» – 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1986. – 400 с.

6. Коробов, Г.В. Электроснабжение. Курсовое проектирование : учеб. пособие / Под общ. ред. Г.В.Коробова и др. –2-е изд-.испр. и доп. – СПб.: Издательство «Лань», 2011– 192 с.

7. Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей [Текст]: учеб./ Д.Л. Файбисович, И. Г. Карапетян, И.М. Шапиро – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2012 – 352 с.

8. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования : учеб. пособие / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. –2-е изд.,стер. – СПб.: БХВ–Петербург, 2013– 608 с.

Приложение

№ варианта	Координаты точек подстанции(х:у) см	Активная мощность подстанций	cos φ б	cos φ в	cosφ г	Tmax, ч	Tmax, ч	Tmax, ч
	А	Б	В	Г	Б	В	Г				Б	В	Г
	3:7	10:15	17:12	13:5				0.78	0.78	0.8
	2:4	5:13	13:10	16:5				0.81	0.84	0.78
	23:5	18:12	8:8	3:4				0.79	0.8	0.82
	5:9	12:5	18:12	10:17				0.79	0.8	0.82
	8:2	1:8	12:13	20:6				0.76	0.72	0.78
	13:18	6:8	16:3	22:12				0.82	0.8	0.78
	13:2	3:10	10:16	24:6				0.84	0.83	0.8
	9:9	2:15	15:19	20:5				0.75	0.8	0.82
	18:15	5:18	10:12	24:5				0.81	0.78	0.81
	4:5	10:9	17:5	11:2				0.84	0.75	0.82
	20:18	10:8	15:5	25:9				0.82	0.79	0.8
	3:8	7:15	13:10	18:3				0.82	0.79	0.84
	20:10	26:16	11:6	13:18				0.75	0.81	0.82
	8:9	2:13	13:17	18:7				0.8	0.78	0.77
	13:2	3:6	13:15	23:7				0.78	0.79	0.8
	2:10	8:18	14:13	16:4				0.8	0.81	0.79
	5:4	1:10	13:14	15:3				0.76	0.82	0.81
	22:5	6:3	12:15	22:16				0.81	0.8	0.82
	9:1	1:11	16:17	19:5				0.76	0.8	0.81
	6:10	1:18	17:17	16:4				0.77	0.78	0.82
	5:6	2:16	20:19	15:3				0.82	0.78	0.79
	10:6	2:14	14:15	20:4				0.83	0.8	0.78
	8:4	2:9	16:13	18:3				0.79	0.81	0.8
	15:6	5:8	17:16	25:7				0.79	0.78	0.82
	25:3	10:2	16:15	27:18				0.82	0.79	0.84
	2:6	5:18	15:15	19:5				0.83	0.84	0.8
	20:3	3:8	14:13	24:11				0.83	0.79	0.8
	9:8	2:15	15:18	23:6				0.81	0.8	0.78
	5:9	2:19	13:17	25:4				0.85	0.83	0.79
	15:18	5:8	11:17	20:10				0.83	0.81	0.78
	4:7	2:14	14:13	20:5				0.77	0.8	0.82
	12:18	4:8	12:4	18:7				0.78	0.81	0.82
	10:5	3:15	13:17	18:11				0.8	0.81	0.79
	20:8	9:3	12:13	23:17				0.79	0.8	0.81
	5:3	1:9	11:10	17:5				0.82	0.79	0.8
	16:3	5:11	14:15	23:16				0.83	0.82	0.8
	24:10	10:18	8:9	20:5				0.8	0.79	0.78
	8:15	4:5	13:2	22:13				0.82	0.79	0.84
	20:10	3:7	10:17	19:18				0.75	0.81	0.82
	3:17	5:10	13:8	20:13				0.8	0.78	0.77
	9:3	2:7	10:15	18:11				0.78	0.79	0.8
	20:18	5:12	10:8	15:4				0.8	0.81	0.79
	4:5	8:15	15:16	20:4				0.76	0.82	0.81
	12:3	5:9	15:12	20:5				0.81	0.8	0.82
	9:1	1:11	9:13	20:9				0.76	0.8	0.81
	13:13	3:11	14:2	23:6				0.77	0.78	0.82
	8:12	3:2	16:2	21:5				0.82	0.78	0.79
	8:1	1:14	11:16	18:6				0.83	0.8	0.78
	20:2	10:3	12:13	25:14				0.79	0.81	0.8
	15:16	5:2	18:4	26:10				0.79	0.78	0.82
	4:6	11:18	20:10	14:3				0.82	0.79	0.84
	4:4	7:14	15:9	17:6				0.83	0.84	0.8
	24:6	18:13	9:7	3:6				0.83	0.79	0.8
	5:11	11:5	21:11	10:16				0.81	0.8	0.78
	7:4	2:9	12:15	21:7				0.85	0.83	0.79
	10:18	6:11	14:3	21:13				0.83	0.81	0.78
	13:5	3:12	10:16	24:8				0.77	0.8	0.82
	9:11	2:16	15:20	19:5				0.78	0.81	0.82
	15:19	8:21	10:16	22:8				0.8	0.81	0.79
	4:7	10:7	18:6	11:4				0.79	0.8	0.81
	22:17	9:8	16:4	26:11				0.82	0.79	0.8
	4:8	8:16	15:10	21:3				0.83	0.82	0.8
	20:11	24:16	11:7	13:19				0.8	0.79	0.78
	7:11	3:13	13:19	21:7				0.78	0.78	0.8
	15:2	3:9	12:17	23:9				0.81	0.84	0.78
	2:13	6:20	13:13	18:4				0.79	0.8	0.82
	5:7	2:11	13:17	14:5				0.79	0.8	0.82
	22:4	4:3	12:15	21:14				0.76	0.72	0.78
	9:2	3:11	16:21	20:6				0.82	0.8	0.78
	6:11	3:18	17:19	16:5				0.84	0.83	0.8
	6:7	3:16	20:20	15:4				0.75	0.8	0.82
	9:6	2:15	13:18	20:3				0.81	0.78	0.81
	8:4	2:9	16:13	18:3				0.84	0.75	0.82
	14:6	5:10	17:19	25:6				0.82	0.79	0.8
	25:3	10:2	16:15	27:18				0.82	0.79	0.84
	2:8	5:20	15:17	19:3				0.75	0.81	0.82
	21:4	3:10	13:15	24:12				0.8	0.78	0.77
	8:8	3:16	15:20	22:6				0.78	0.79	0.8
	4:11	2:20	14:18	25:4				0.8	0.81	0.79
	15:19	5:8	10:17	21:9				0.76	0.82	0.81
	4:9	3:15	14:13	20:7				0.81	0.8	0.82
	12:19	3:9	12:5	18:6				0.76	0.8	0.81
	11:5	3:16	12:18	18:10				0.77	0.78	0.82
	20:7	9:3	11:13	23:16				0.82	0.78	0.79
	6:3	3:10	11:10	17:4				0.83	0.8	0.78
	15:4	5:13	12:17	23:15				0.79	0.81	0.8
	23:12	10:19	8:10	19:6				0.79	0.78	0.82
	9:14	4:8	13:2	22:11				0.82	0.79	0.84
	20:9	3:8	10:17	19:17				0.83	0.84	0.8
	3:18	4:10	13:7	21:13				0.82	0.79	0.84
	10:3	2:9	9:15	18:12				0.75	0.81	0.82
	20:18	4:12	10:8	16:4				0.8	0.78	0.77
	3:9	8:16	13:16	24:5				0.78	0.79	0.8
	11:3	5:9	15:11	20:5				0.8	0.81	0.79
	10:1	2:13	9:15	19:7				0.76	0.82	0.81
	12:15	3:14	13:2	22:5				0.81	0.8	0.82
	8:13	4:5	18:2	21:4				0.76	0.8	0.81
	9:2	3:15	11:17	19:7				0.83	0.82	0.8
	20:3	11:4	13:15	24:13				0.8	0.79	0.78
	14:16	6:3	19:5	25:10				0.78	0.78	0.8