Задача 1. Расчет защитного заземления

Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции (исходные данные в таблице 2) напряжением 6/0,4 кВ. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора с изолированными нейтралями на стороне 6 кВ и с глухозаземленньми нейтралями на стороне 0,4 кВ; размещена в отдельном кирпичном здании. Предполагаемый контур искусственнго заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м, сечение полосы 4*40 мм.

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию, с учетом сезонных изменений, составляет R_е= 15 Ом. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 6 кВ- кабельных l_кл =70 км, воздушных l_вл = 65 км.

Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной l_в =5 м, диаметром d =12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода - стальной полосы длиной L_г = 50 м, сечением 4 х 40мм, уложенной в землюна глубине t₀ =0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления грунта, полученные в результате измерений и расчета равны:

для вертикального электрода длиной 5 м r_рв =120 Ом.м;

дня горизонтального электрода длиной 50 м r_рг = 176 Ом.м.

Таблица 2. Исходные данные к решению задачи

№ вар.	U, кВ	Контур заземлителя	Re Ом	lкл м	lвл м	lв м	d, мм	Lт, м	t0, м	Ом м	Ом м
длина, м	шири-на, м
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8

Решение:

Проводим расчет заземлителя в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению [8].

Расчетный ток замыкания на землю на стороне с напряжением U=6 кВ, :

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ, (Приложение, таблица 1):

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя:

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру прямоугольника длиной 15м и шириной 10м вокруг здания подстанции. Вертикальные электроды размешаем на расстоянии а = 5 м один от другого.

Из предварительной схемы следует, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода L_г =50м, а количество вертикальных электродов n= L_г /а = 50/5 = 10 шт., (рис. 1а)

Уточняем параметры заземлителя путем проверочного расчета.

Определяем расчетное сопротивление растеканию вертикального электрода:

27,2 Ом

где d =12 мм =0,012 м - диаметр электрода,

t=t₀+0,5 l_в=0,8+0,5*5=3,3 м

Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода:

,

где В=40 мм = 0,04 м - ширина полки уголка,

t=t₀ =0,8 м- глубина заложения электрода.

Для принятого нами контурного заземлителя при отношении

а/ l_в =5/5=1 и n=10 шт. по таблице 3 Приложения определяем коэффициенты использования электродов заземлителя:

= 0,56 -коэффициент использования вертикальных электродов,

= 0,34 - коэффициент использования горизонтального электрода. Находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:

Это сопротивление R=3,9 Ом больше, чем требуемое R_и =3,6 Ом., поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов до n =13 шт.

Затем, для прежнего отношения =1 и вновь принятого количества вертикальных электродов n=13 шт., по таблице 3 Приложения находим новые значения коэффициентов использования электродов заземлителя: вертикальных =0,53 и горизонтального= 0,32.

Рис.1 Схемы контурных искусственных заземлителей подстанции:

а) предварительная ( n = 10 шт., а = 5 м., L_Г =50 м.);

б) окончательная ( n = 13 шт., а = 5 м., L_Г =70 м.);

Находим новое значение сопротивления растеканию тока группового заземлителя :

Это сопротивление R =3,32 Ом меньше требуемого R_и =3.6 Ом, но так как разница между ними невелика R_и -R = 0,28 Ом и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.

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

0,8м, рис. 1б.