Расчёт заземляющего устройства ПС 110/35/6 кВ

Исходные данные:

1) ПС 110/35/6 кВ «М.-Усинская» - понижающая, имеет два трансформатора 110/35/6 кВ типа ТДТН-16000/110 с эффективно заземлённой нейтралью со стороны 110 кВ; для питания собственных нужд имеется трансформатор 6/0,4 кВ с глухозаземлённой нейтралью со стороны низшего напряжения; распределительные устройства 110 и 35 кВ открытого типа, 6 кВ – закрытого.

2) территория подстанции занимает площадь S=4600 м²;

3) заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4×40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной l_в=5 м, диаметром d=12 мм; глубина заложения электродов в землю t=0,8 м;

4) расчётные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоёв земли ρ₁=300 Ом·м, ρ₂=80 Ом·м; мощность верхнего слоя земли h₁=2,8 м;

5) в качестве естественного заземлителя предполагается использовать систему трос-опоры двух подходящих к подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролёта l=250 м; каждая линия имеет один стальной грозозащитный трос сечением s=50 мм2; расчётное сопротивление заземления одной опоры r_оп=12 Ом; число опор с тросом на каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы трос-опоры отсутствуют;

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

Сопротивление заземлителя растеканию тока R_з согласно требованиям ПУЭ должно быть не более 0,5 Ом.

Сопротивление естественного заземлителя для двух линий R_е:

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя R_и получим с учётом того, что R_з=0,5 Ом и R_е=1,5 Ом:

Составляем предварительную схему заземлителя и наносим ее на план подстанции, приняв контурный тип заземлителя, т.е. в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной l_в=5 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя (рисунок…).

Рисунок … Предварительная схема заземлителя

По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: Lг=1270 м; n=32 шт.

Составляем расчётную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S=4600 м². Длина одной её стороны будет (рисунок …).

Рисунок …. Расчётная модель

Количество ячеек по одной стороне модели:

Принимаем m=8.

Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов:

Длина стороны ячейки в модели:

Расстояние между вертикальными электродами:

Суммарная длина вертикальных электродов:

Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов:

Относительная длина:

Расчётное эквивалентное удельное сопротивление грунта ρ_э:

где при .

Находим значение Р:

Следовательно,

Находим коэффициент А:

Вычисляем расчётное сопротивление R рассматриваемого искусственного заземлителя:

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

Общее сопротивление заземлителя подстанции:

Определяем потенциал заземляющего устройства в аварийный период:

Этот потенциал допустим, так как он меньше 10 кВ.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции должен быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 4×40 мм общей длиной не менее 1224 м и вертикальных стержневых в количестве не менее 32 шт. диаметром 12 мм, длиной по 5 м, размещённых 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 искусственного заземлителя в самое неблагоприятное время года не будет превышать 0,708 Ом, а сопротивление заземлителя подстанции в целом R_з, то есть общее сопротивление искусственного и естественного заземлителей, будет не более 0,5 Ом.