Расчеты к графическому листу

7.2 Расчеты к графическому листу

7.2.1 Расчет защитного заземления и молниезащита подстанции 35/10 кВ “Рождественское”

Все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции, должны надежно соединяться с землей. Такое заземление называется защитным, так как его целью является защита обслуживающего персонала от опасных напряжений прикосновения.

Заземление, предназначенное для создания нормальной работы аппарата или электроустановки, называется рабочим заземлением. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек. Без рабочего заземления аппарат не может выполнить своих функций или нарушается режим работы электроустановки.

Для защиты оборудования от повреждения ударом молнии применяется грозозащита с помощью разрядников, искровых промежутков, стержневых и тросовых молниеотводов, которые присоединяются к заземлителям. Такое заземление называется грозозащитным.

Обычно для выполнения всех трех типов заземления используют одно заземляющее устройство.

Заземление состоит в том, что заземляемые металлические части металически соединяют с заземлителем, то есть с металлическим предметом, находящимся в непосредственном соприкосновении с землей или с группой таких предметов. Чаще всего это стальные стержни, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой. Благодаря защитному заземлению, напряжение прикосновения значительно снижается.

В данном случае заземление подстанции выполнено в виде замкнутого контура, состоящего из стальной проволоки диаметром 12 мм , приваренной сваркой к вертикальным металлическим заземлителям, вбитых в землю ,а также из горизонтальных полос выравнивающих потенциал.

Для расчета заземления необходимо знать ток I_з, стекающий с заземлителя проектируемого заземляющего устройства при однофазном коротком замыкании.

Если однофазное короткое замыкание произошло в пределах электроустановки

, (7.1)

где I_кз⁽¹⁾ - ток однофазного короткого замыкания в месте повреждения, кА;

х₀ - результирующее индуктивное сопротивление нулевой последовательности до места короткого замыкания;

х_т1 - сопротивление нулевой последовательности трансформатора рассматриваемой электроустановки.

Если однофазное короткое замыкание произошло за пределами электроустановки

(7.2)

Ток однофазного короткого замыкания рассчитывается по формуле

где х_1рез, х_2рез, х_0рез - соответственно результирующее индуктивные сопротивления прямой обратной и нулевой последовательностей, при однофазном коротком замыкании на шинах 35 кВ подстанции;

I_б35 - базовый ток для стороны высокого напряжения, кА.

линия 35 кВ одноцепная без тросов

Определяем ток, стекающий с заземлителя на землю,

при коротком замыкании в пределах электроустановки

 кА

при коротком замыкании за пределами электроустановки

 кА

Из расчета видно, что ток, стекающий с заземлителя при однофазном коротком замыкании произошедшем в пределах электроустановки, больше чет ток, стекающий с заземлителя при однофазном коротком замыкании произошедшем за пределами электроустановки. При расчетах заземления принимаем больший ток, стекающий с заземлителя.

Согласно ПУЭ заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления R_з£0.5 Ом или допустимого напряжения прикосновения.

расчет по допустимому сопротивлению R_з£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 10 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины R_з [20]. Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение U_пр до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве U_з должно быть не выше 10 кВ.

Данные необходимые для расчета заземляющего устройства.

Площадь подстанции 25.5х31.1 м²; удельное сопротивление верхнего слоя грунта с учетом промерзания r₁=500 Ом*м; толщина верхнего слоя грунта h₁= 2 м; удельное сопротивление нижнего слоя грунта r₂= 60 Ом*м; глубина заложения горизонтальных выравнивающих полос t = 0.7 м; длина вертикального заземлителя l_в = 5 м; время действия релейной защиты t_р.з. = 0.12 с; полное время отключения выключателя t_отк.в = 0.08 с; ток, стекающий с заземлителей при однофазном коротком замыкании на рассматриваемой подстанции, I_з = 1.33 кА. Естественных заземлителей нет.

расчетная длительность воздействия напряжения прикосновения

 с

Для t_в= 0.2 с находим [20] допустимое напряжение прикосновения U_пр.доп = 400 В.

Определяем коэффициент напряжения прикосновения

 ,

где М - параметр, зависящий от r_1/r₂ [3];

b - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека R_ч и сопротивлению растекания тока от ступней R_ст;

L_г - длина горизонтальных заземлителей , м;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, м;

S - площадь заземляющего устройства, м².

.

Зная наибольшее допустимое напряжение прикосновения определяем напряжение на заземлителе

 В,

что в пределах допустимого (меньше 10 кВ).

Определяем сопротивление заземляющего устройства

 Ом

Действительный план заземляющего устройства(лист 4) преобразуем в расчетную квадратную модель со стороной

Определяем число ячеек по стороне квадрата

 шт.;

принимаем m = 8 шт.

Определяем длину полос в расчетной модели

 м.

Определяем длину стороны ячейки

 м.

Определяем число вертикальных заземлителей по периметру контура

шт.

принимаем n_в = 23 шт.,

где n_в¹ - число вертикальных заземлителей по стороне квадрата при а/l_в = 1 [20].

Определяем общую длину вертикальных заземлителей

 м.

Определяем общее сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчетную модель

(7.3)

где

r_з - эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом*м [20];

тогда

Относительная толщина слоя

По таблице 7.6 [20] для r_1/r₂ = 8.3; а/l_в = 1, определяем

r_з/r₂= 1.4,

тогда

  .

Определяем общее сопротивление сложного заземлителя

Ом

что меньше допустимого R_з.доп =2.244 Ом.

Определяем напряжение прикосновения

 В

что меньше допустимого значения 400 В.

Определяем наибольший допустимый ток, стекающий с заземлителей подстанции при однофазном коротком замыкании:

 А

При больших токах необходимо снижение R_з за счет учащения сетки полос или дополнительных вертикальных заземлителей.

Чертеж заземления приведен в графической части проекта [лист 4.]