Уточнение параметров заземлителя

После составления предварительной схемы заземлителя и имеющихся данных о расчетных удельных сопротивлениях грунта вычисляют расчетное сопротивление этого заземлителя R и результат сравнивают с ранее определенным расчетным значением требуемого сопротивления искусственного заземлителя Rи.

Если значения R и Rи совпадают или отличаются незначительно, значит все основные параметры принятого нами заземлителя – форма, размеры, размещение электродов в земле и один относительно другого – выбраны правильно и, следовательно, напряжения прикосновения и шага находятся в допустимых пределах.

При значительных расхождениях в значениях R и Rи необходимо внести поправки в предварительную схему заземлителя – изменить количество и размещение электродов, а иногда их размеры, площадь, занимаемую заземлителем, и прочее и вновь вычислить R.

Таким образом, вычисление R является поверочным и производится методом последовательного приближения.

После вычисления окончательного значения сопротивления искусственного заземлителя определяют сопротивление заземлителя в целом, то есть с учетом Rе

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (13)

Для электроустановок с эффективно заземленной нейтралью вычисляют потенциал заземляющего устройства в аварийный период φзу, В, на основании выражения

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (14)

где Iз – ток замыкания на землю, а Rзу Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Rз. Потенциал заземляющего устройства в аварийный период не должен превышать 10 кВ.

При расчете заземлителя в однородной земле способом коэффициента использования значение R определяют в следующем порядке.

1. По предварительной схеме заземлителя, нанесенной на план установки, определяют длину и количество горизонтальных и вертикальных электродов, n.

2. По формулам (таблица 3 приложения) вычисляют расчетные сопротивления горизонтальных электродов (суммарное сопротивление) Rг и одного вертикального RВ.

3. По данным таблиц 1 и 2 приложения находят коэффициенты использования для вертикальных и горизонтальных электродов ηв и ηг.

4. Вычисляют расчетное сопротивление заземлителя R по уравнению

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru . (15)

Сопротивление заземлителей в виде горизонтальной сетки вычисляют по выражению (в соответствии с рис. 5)

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (16)

где А – коэффициент, значение которого равно

А = 0,444 - 0,84 tотн при 0 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru tотн Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 0,1

А = 0,385 - 0,25 tотн при 0,1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru tотн Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 0,5;

tотн – относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (17)

где tв - глубина погружения в землю верхнего конца вертикального электрода, м;

S - площадь, занимаемая заземлителем, м2;

lв - длина вертикального электрода, м.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

К такому виду может быть приведен любой сложный заземлитель в виде горизонтальной сетки с различным расположением горизонтальных и примерно равномерным размещением вертикальных электродов (например, на рис.3). При этом, однако, должны быть определены площадь S, суммарная длина горизонтальных электродов LГ, количество и длина вертикальных электродов lВ, а также глубина заложения их в земле.

Если заземлитель представляет собой горизонтальную сетку без вертикальных электродов, то его сопротивление определяют с помощью формулы Олендорфа – Лорана:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (18)

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле способом наведенных потенциалов значение R вычисляют в следующем порядке:

1. По предварительной схеме определяют площадь территории, занимаемой заземлителем, S м2; суммарную длину горизонтальных электродов Lг, м; количество n вертикальных электродов и их суммарную длину, м:

LВ = n· lВ (19)

2. Составляют условную, расчетную модель заземлителя (рис. 5), представляющую собой горизонтальную квадратную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами по периметру. Расчетная модель погружена в однородную землю с расчетным эквивалентным удельным сопротивлением ρЭ Ом.м, при котором искомое R имеет то же значение, что и в принятой схеме заземлителя в двухслойной земле.

3. Вычисляют:

а) длину одной стороны модели, равной Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

б) количество ячеек m по одной стороне модели:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (20)

Если m окажется дробным числом, его округляют до целых чисел, после чего уточняют значение Lг, м:

Lг = 2(m+1) Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

в) длину стороны ячейки в модели, м:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (21)

г) количество вертикальных электродов n, задавшись расстоянием «а», м, между ними, или, если известно расстояние – а, предварительно намечают размещение этих электродов в схеме модели. Обычно их размещают по периметру заземлителя, и в этом случае n или а вычисляют по формуле:

n∙a = 4 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (22)

д) суммарную длину lв, м, вертикальных электродов n по формуле (19);

е) относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов tотн по формуле (17);

ж) относительную длину lотн, м, верхней части вертикальных электродов заземлителя, то есть части, находящейся в верхнем слое земли:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (23)

где h1 – толщина верхнего слоя земли;

з) расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли ρэ, Ом.м, для сложного заземлителя (горизонтальная сетка с вертикальными электродами) по формуле:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ,

где ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли соответственно, Ом.м;

К – показатель степени при 0,1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 1,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (24)

при 1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 10

К = 0,43 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru . (25)

4. Вычисляют искомое расчетное сопротивление R, Ом, по формуле (16) или, если заземлитель не имеет вертикальных электродов, - по формуле (18).

Примеры расчетов.

Пример 1.

Определить сопротивление растеканию тока одиночных заземлителей: вертикального стержневого Rв и горизонтального полосового Rг. Их размеры и размещение в земле приведены на рис. 6. Удельное сопротивление грунта ρ = 102 Ом.м.

 
  Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

а) б)

Рис. 6

Решение. Подставим данные в соответствующие формулы (приложение, табл. 3):

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Ом.

Для горизонтального электрода

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Пример 2.

Ток IЗ = 30 А стекает в землю через групповой заземлитель, состоящий из трех одинаковых полушаровых электродов радиусом r = 0,5 м, размещенных в вершинах равностороннего треугольника (рис. 7). Определить φгр при расстояниях между центрами электродов, равных 2,5; 10; 40 м, ρ земли равно 120 Ом.м (земля однородная).

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Рис. 7

Решение. Поскольку электроды одинаковы и находятся в одинаковых условиях, у них равны:

- сопротивление растеканию тока

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

- токи, стекающие в землю,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

- собственные потенциалы электродов

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

На основании уравнения

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

потенциал группового заземлителя с учетом Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (потенциал, наведенный на первом электроде соседними)

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Подставив значения n = 3 и r = 0,5 м и произведя преобразования, получим

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Искомые значения потенциалов группового заземлителя будут:

- при S = 2,5 м φгр = 1,5 φ0 = 600 В;

- при S = 10 м φгр = 1,1 φ0 = 440 В;

- при S = 40 м φгр Уточнение параметров заземлителя - student2.ru φ0 = 400 В;

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Пример 3.

Определить коэффициент использования ηгр и сопротивление группового заземлителя Rгр, состоящего из 20 вертикальных стержневых электродов, расположенных в ряд на расстоянии S = 2,5 м один от другого, и горизонтальной соединительной стальной полосы. Длина стержневого электрода l = 2,5 м. Сопротивление растеканию электродов: вертикального стержневого Rв = 30,2 Ом, горизонтального полосового Rг = 3,86 Ом.

Решение. Из таблиц 1 и 2 находим для случая Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , ηв = 0,48 и ηг = 0,42. Подставив данные в уравнения для Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , получим

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Ом.

Пример 4.

Определить сопротивление сложного заземлителя в однородной земле, выполненного в виде сетки из горизонтальных и вертикальных стержневых электродов.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Дано: удельное сопротивление земли равно ρ = 100 Ом.м; размеры заземлителя указаны на рис. 8.

А = 25 м; В = 17 м; С = 15 м; D = 6 м; длина вертикального электрода lВ = 3 м; глубина заложения заземлителя tВ = 0,5 м.

Решение. Искомое сопротивление заземлителя находится по формуле (16). Предварительно вычисляем неизвестные значения величин, входящих в эту формулу. Определяем площадь, занимаемую заземлителем. S = A∙B + (A – C)D = 25∙17 + (25 – 15)∙6 = 485 м2. По формуле (17) находим Уточнение параметров заземлителя - student2.ru – относительная глубина погружения в землю.

Определяем коэффициент А по формуле (16) поскольку 0,1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru tотн Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 0,5,

А = 0,385 – 0,25 tотн = 0,385 – 0,25∙0,159 = 0,345.

По рисунку подсчитываем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов;

Lг = 217 м; n = 32 шт. Подставив в формулу (16) полученные значения, найдем искомое сопротивление заземлителя:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Пример 5.

Определить коэффициент напряжения прикосновения α1 и Uпр при одиночном стержневом вертикальном заземлителе длиной l = 3 м и диаметром d = 6 см для двух случаев: человек касающийся заземленного оборудования, находится на расстоянии от оси заземлителя х = 2 м (положение 1 на рис. 9) и х = 20 м(положение 2). Удельное сопротивление земли ρ = 100 Ом.м; ток, стекающий в землю через заземлитель, Iз = 10 А.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Рис. 9

Решение. 1. Находим потенциал заземлителя:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

2. Вычисляем значения искомых коэффициентов α1 и напряжения прикосновения Uпр при х = 2 м:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

Uпр = φЗ α1 = 280∙0,772 = 216 В,

при х = 20 м

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Uпр = φЗ α1 = 280∙0,972 = 272 В.

Пример 6.

Человек коснулся оборванного и лежащего на земле провода воздушной линии, находящейся под напряжением. Определим Uпр, если длина участка провода, лежащего на земле,

l = 5 м; расстояние от человека до этого участка S = 3 м; диаметр провода 2r = 0,01 м; ток замыкания на землю IЗ = 10 А; ρ = 102 Ом.м; Rn = 103 Ом.

Решение. Расчетные формулы:

Uпр = φЗ α1 или Uпр = φЗ – φосн; UПР = φЗ α1 α2 = (φЗ – φосн) α2.

Рассмотрим провод, лежащий на земле, как протяженный заземлитель круглого сечения.

По уравнению Уточнение параметров заземлителя - student2.ru определяем потенциал провода

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru В.

Определяем потенциал на поверхности земли в том месте, где стоит человек:

φосн = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru В.

Коэффициент напряжения прикосновения

α2 = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Искомая величина напряжения прикосновения Uпр = (φЗ – φосн) α2 = (440 – 30)∙0,87 = 360В.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Пример 7.

Рис. 10

Определить Uш. мах при одиночном стержневом заземлении длиной l = 3 м и диаметром d = 6 см (рис. 10 - напряжение шага при одиночном заземлителе).

Решение. Из уравнения Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ; Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

Uш.мах = φЗ β1 = 0,62 φЗ

где β1 - коэффициент напряжения шага Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Пример 8.

Определить Uш, если β1 = 0,62; ρ = 102 Ом.м; Rh = 103 Ом; Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Решение. Коэффициент напряжения шага β2, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

β2 = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru β2 = 103 /(103 + 6∙102) = 0,625;

Uш = φЗ β1 β2 = 0,62∙0,625 φЗ Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 0,39 φЗ,

где β2 - коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

Пример 9.

Определить значение эквивалентного удельного сопротивления ρЭ двухслойной земли для сложного заземлителя. Дано: ρ1 = 200 Ом.м; ρ2 = 40 Ом.м; h1 = 1,8 м; а = 6 м; lВ = 3 м; tВ = 0,6 м.

Решение. Определяем Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Находим отношение удельных сопротивлений: Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ,

где lотн – относительная длина верхней части вертикального электрода;

tВ – глубина погружения в землю верхнего конца вертикального электрода;

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 0,4.

Поскольку 1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 10, показатель степени К в уравнении (25) вычисляем, по формуле

К = 0,43 (lотн + 0,272 ln Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ) = 0,43(0,4 + 0,272ln Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ) = 0,294;

ln ρэ = ln ρ2 + К ln ( Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ) = ln 40 + 0,294 ln 5 = 4,16, откуда искомое эквивалентное удельное сопротивление ρЭ = 64 Ом.м.

Определяем по таблице данные: ( Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ) = 5; Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 2; lотн = 0,4, находим в соответствующей графе таблицы Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 1,54, откуда ρЭ = 1,54, ρ2 = 1,54∙40 = 620 Ом.м.

Пример 10.

Определить наибольшее значение коэффициента напряжения прикосновения α1 для заземлителя в двухслойной земле в виде квадратной сетки со стороной Уточнение параметров заземлителя - student2.ru с квадратными клетками одинакового размера и равномерно размещенными по контуру заземлителя вертикальными электродами (рис. 11 - сложный заземлитель в двухслойной земле, в виде горизонтальной сетки с вертикальными электродами). Дано: Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 36 м; ρ1 = 200 Ом.м; ρ2 = 40 Ом.м; lВ = 3 м; а = 6 м.

Решение. Определим α1 по формуле (9). Находим отношение удельных сопротивлений: Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , и по цифровой зависимости, приведенной в задании, вычисляем по таблице параметр М, зависящий от удельных сопротивлений верхних и нижних слоев земли

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ……..0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0;

М … 0,36 0,5 0,62 0,69 0,72 0,75 0,77 0,79 0,8 0,82.

М = 0,75 – для нашего случая. По рис. 7 вычисляем общую длину горизонтальных электродов

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

a) б)

Рис. 11

Lг = 12∙36 = 432 м. Подставив в выражение α1 = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru значения входящих в него величин, получаем искомый коэффициент прикосновения

α1 = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Определяем α1 по формуле

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Подсчитываем по рис. 11 количество вертикальных электродов n или, располагая значениями длины одной стороны квадратной сетки Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 36 м и расстояния между вертикальными электродами а = 6 м, вычисляем n как частное от деления длины периметра сетки на а:

n = 4 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Затем находим общую длину вертикальных электродов:

Lв = n · lВ = 243 = 72 м.

Теперь по формуле (10) определяем

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Пример 11.

Расчет заземлителя в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению.

Задание. Рассчитать заземлитель подстанции 6/0,4 кВ.

Исходные данные. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора 6/0,4 кВ с заземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ; размещена в отдельно стоящем одноэтажном кирпичном здании размеры которого в плане указаны на рис. 8 (а - план подстанции и предварительная схема заземлителя, б - оконечная схема заземлителя).

 
  Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

а) б)

Рис. 12

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию тока (с учетом сезонных изменений) Rе = 15 Ом. Ток замыкания на землю не известен, однако известна протяженность линий: кВ – кабельных lКЛ = 70 км, воздушных lВЛ = 65 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной lВ =5 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы суммарной длиной Lг = 50 м, сечением (a×b) 4 х 40 мм, уложенной в землю на глубине t0 = 0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления земли получены в результате измерений на участке, где предполагается сооружение заземлителя, и расчеты равны: для вертикального электрода длиной 5 м ρрасч.В = 120 Ом.м; для горизонтального длиной 50 м ρрасч.В = 176 Ом.м.

Решение. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 6 кВ определяем по формуле:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ согласно требования ПУЭ,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру подстанции с ее основными размерами (рис. 12). Вертикальные электроды размещаем на расстоянии 5 м один от другого (а = 5 м). Уточняем параметры заземлителя путем поверочного расчета. Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода Lг = 50 м, а n = 10 шт.

Определяем расчетные сопротивления растеканию электродов, вертикального RВ и горизонтального RГ, по формулам, приведенным в таблицах 1 2 приложения:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ;

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что n = 10 шт., а отношение Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , определяем по таблицам 1 и 2 коэффициенты использования электродов заземлителя – вертикальных ηв = 0,56, горизонтального ηг = 0,34.

Теперь находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Это сопротивление оказывается больше, чем требуемое Rи (3,6 Ом), поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов до 13 шт. Затем вновь по таблице находим коэффициенты использования ηВ и ηГ, принимая отношение Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 1, и вычисляем R. В этом случае ηв = 0,53 и ηг = 0,31, а сопротивление заземлителя растеканию тока

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Это сопротивление меньше требуемого, но так как разница между ними невелика (0,27 Ом) и она удовлетворяет условиям безопасности, принимаем этот результат как окончательный.

Итак, проектируемый заземлитель – контурный, состоит из 13 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м и диаметром 12 мм и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 70 м, сечением 4 х 40 мм, на глубине 0,8 м, глубина заложения электродов в земле

t = 0,8 м.

Пример 12.

Необходимо рассчитать заземлитель подстанции 110/35 /6 кВ (рис. 13: а - предварительная схема заземлителя; б - расчетная модель).

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

а) б)

Рис. 13

Исходные данные:

1. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора 110/35/6 кВ с эффективно заземленной нейтралью со стороны 110 кВ. Для питания собственных нужд имеется трансформатор 6/0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью низшего напряжения; распределительные устройства 110 и 35 кВ открытого типа, 6 кВ закрытого типа.

2. Территория подстанции занимает площадь S = 6300 м2;

3. Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4 х 40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной lв = 5 м, диаметром d = 12 мм, глубина заложения электродов в земле t = 0,8 м.

4. Расчетные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли ρ1 = 230 Ом.м,

ρ2 = 80 Ом.м.

Мощность верхнего слоя земли h1 = 2,8 м.

5. В качестве естественного заземлителя использовать систему трос-опоры двух отходящих от подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролета l = 250 м, каждая линия имеет стальной грозозащитный трос сечением S = 50 мм2; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры rоп = 12 Ом; число опор с тросом от каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы тросопоры отсутствуют.

6. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 110 кВ составляет 5 кА, на стороне 35 кВ – 40 А на стороне 6 кВ – 30 А.

Решение. Сопротивление заземлителя растеканию тока Rз, согласно требованиям ПУЭ, должно быть не более 0,5 Ом. Сопротивление естественного заземлителя для двух линий Rе определяется по формуле

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (26)

где ron – расчетное, то есть наибольшее (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры, Ом;

rт – активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом;

nт – число тросов на опоре.

Для стального троса сечением S, мм2, при длине пролета l, м, активное сопротивление, Ом,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru , (27)

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя Rи с учетом того, что RЗ = 0,5 Ом и Rе = 1,5 Ом:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Составляем предварительную схему заземлителя и наносим ее на план подстанции, приняв контурный (распределенный) тип заземлителя, то есть в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной lв = 5 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя. По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: Lг = 1310 м; n - 36 шт.

Составляем расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S = 6300 м2. Длина одной стороны ее будет Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 80 м. Количество ячеек (m) по одной стороне модели, согласно формуле, Уточнение параметров заземлителя - student2.ru . Принимаем m = 7 (целое число), уточняем суммарную длину горизонтальных электродов Lг= 2(m + 1) Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 2(7 + 1)80 = 1280 м. Длина стороны ячейки в модели, м,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Расстояние между вертикальными электродами, согласно формуле, na = 4 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ,

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Суммарная длина вертикальных электродов по формуле Lг = n∙lВ = 32∙5 = 160 м.

Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов (17)

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Относительная длина

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Находим значения Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = Уточнение параметров заземлителя - student2.ru = 2,87. Поскольку 1 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru 10, значение К находим по формуле:

К = 0,43(0,4 + 0,272 Уточнение параметров заземлителя - student2.ru ) = 0,294.

Определяем расчетное эквивалентное удельное сопротивление грунта ρЭ определяем по формуле:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Вычисляем расчетное сопротивление R рассматриваемого заземлителя по формуле. Предварительно находим коэффициент А по формуле (17), поскольку 0 < tотн < 0,1,

А = 0,444 – 0,84 tотн = 0,444 – 0,84∙0,725 = 0,4,

тогда

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Это значение R практически совпадает с требуемым сопротивлением искусственного заземлителя (0,75 Ом); некоторая разница допустима, тем более, что в данном случае она повышает условия электробезопасности.

Общее сопротивление заземлителя подстанции (с учетом сопротивления естественного заземлителя)

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru .

Определяем потенциал заземляющего устройства в аварийный период:

φзу = IЗ RЗ = 5000∙0,44 = 2200 В.

Этот потенциал допустим, так как он менее 10 кВ.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции должен быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 4 х 40 мм общей длиной не менее 1280 м и вертикальных стержневых в количестве не менее 32 шт. диаметром 12 мм длиной по 5 м, размещенных по периметру заземлителя по возможности равномерно, то есть на одинаковом расстоянии один от другого; глубина погружения электродов в землю 0,8 м. При этих условиях сопротивление Rи искусственного заземлителя в самое неблагоприятное время года не будет превышать 0,62 Ом, а сопротивление заземлителя подстанции в целом RЗ, то есть общее сопротивление искусственного и естественного заземлителей будет не более 0,5 Ом.

Расчет зануления

Зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока.

Принципиальная схема системы зануления в трехфазных сетях показана на рис.1. Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых частей ЭУ с глухозаземленной нейтральной точкой и средней точкой обмоток источников тока называется нулевым защитным проводником.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Рис. 1. Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000 В:

1 – корпус ЭУ; 2 – предохранители (аппараты защиты от токов кз);

r0 – сопротивление заземлений нейтрали обмотки источника тока; rn – повторное

заземление нулевого защитного проводника (НЗП); Iк – ток кз; Iн - часть тока кз,

протекающего через НЗП; Iз – часть тока кз, протекающего через землю

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное кз (т.е. замыкание между фазным и НЗП) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой могут быть плавкие предохранители или автоматы максимального тока, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловым реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов кз и перегрузки.

Кроме того, с момента возникновения замыкания на корпус и до момента отключения поврежденной ЭУ от сети проявляется защитное свойство зануления как заземление через НЗП, то есть заземление корпусов через НЗП снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение поврежденной ЭУ от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением относительно земли.

Область применения – трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с глухо заземленной нейтралью (сети 660/380, 380/220 и 220/127 В). Зануление применяется в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии, а также в однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока.

Обоснование эффективности зануления как системы, обеспечивающей снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей относительно земли в аварийный период, заключается в следующем.

В сети с заземленной нейтралью при занулении (рис. 1) Uф, В, разделится пропорционально сопротивлениям замыкания фазы на землю rзм, Ом, и заземления нейтрали r0, Ом, благодаря чему Uф, В, уменьшится и будет равно падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали:

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (1)

где I3 – ток замыкания на землю, А.

Как правило, сопротивление r3, которое оказывает грунт току при случайном замыкании фазы на землю, во много раз больше сопротивления специально выполненного заземления нейтрали r0. Поэтому Uk оказывается незначительным. Например, при Uф = 220 В; r0 = 4 Ом; r3 = 100 Ом; Uk = 220∙4/(4 + 100) = 8,5 В.

Однако такая сеть без повторного заземления НЗП применяться не должна, так как таит опасность поражения током в случае обрыва НЗП. Поэтому правила устройства ЭУ требуют применения повторного НЗП, которое следует учитывать при выполнении значения Uk.

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Рис. 2. Замыкание фазы на землю в трехфазной четырехпроводной сети

с глухозаземленной нейтралью

При отсутствии повторного заземления НЗП с сопротивлением rп, Ом (рис. 3), участок НЗП, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли Uн, В, равным

Уточнение параметров заземлителя - student2.ru (2)

 
  Уточнение параметров заземлителя - student2.ru

Рис. 3. Замыкание на корпус в се

Наши рекомендации