Расчет защитного заземления и зануления

4. Расчет защитного заземления и зануления

Расчет защитного заземления

Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора с изолированными нейтралями на стороне 10кВ и с глухозаземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ; размещена в отдельном кирпичном здании. Предполагаемый контур искусственного заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м.

Таблица 3. Исходные данные к расчету

№ вар.	U, кВ	Контур заземлителя		Re, Ом	, км	, км	, м	d, мм	Lг, м	Сечение полосы (размеры), мм	to, м	, Ом∙м	, Ом∙м
		длина, м	ширина, м
19	10	15	15	34	165	160	2,5	12	60	40х4	0,5	120	176

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию, с учетом сезонных изменений, составляет R_в=34 Ом. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 10 кВ – кабельных км, воздушных км.

Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной м, диаметром d=12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы длиной L_г=50 м, сечением 4х40 мм, уложенной в землю на глубине

t_o = 0,8 м.

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

для вертикального электрода длиной 5 м  Ом∙м;

для горизонтального электрода длиной 50 м  Ом∙м.

Рис. 2. Предварительная схема контурных искусственных заземлителей подстанции: (n=10 шт., а=5 м, L_Г=50 м)

Проводим расчет заземлителя в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению [2].

Расчетный ток замыкания на землю на стороне с напряжением U=6 кВ, [2, с. 204]:

А

Требуемое сопротивление растеканию заземлители, который принимаем общим для установок 10 и 0,4 кВ, [2, табл. 1]:

Ом

Требуемое сопротивление искусственного заземлители [2, с. 207]:

Ом

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

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

Уточняем параметры заземлителя путем проверочного расчета.

Определяем расчетное сопротивление растеканию вертикального электрода

[2. с. 90, табл. 3.1]:

Ом

d =12 мм =0,012 м – диаметр электрода,

м.

Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода [4, с. 90, табл. 3.1.]:

Ом,

где

В=40 мм=0,04 м – ширина полосы,

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

Для принятого нами контурного заземлителя при отношении и n=10 шт. по таблице 4 определяем коэффициенты использования электродов заземлителя:

 – коэффициент использования вертикальных электродов,

 – коэффициент использования горизонтального электрода.

Находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя, [2, с. 181]:

Ом

Это сопротивление R=3,9 Ом больше, чем требуемое R_И=0,778 Ом, поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов.

Решение этой задачи представим в виде таблицы

Таблица 4. Расчет защитного заземления

Число вертикальных электродов	Длина горизонтальных электродов	Rг			R
10	50	6,7	0,34	0,56	3,896681
28	210	1,98	0,24	0,43	1,773492
54	450	1,018	0,38	0,2	1,298128
88	770	0,634	0,372	0,197	0,816924
97	855	0,578	0,362	0,191	0,748988

Это сопротивление R=0,748 меньше требуемого R_И=0,753 но так как разница между ними невелика и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.

Итак, окончательная схема контурного группового заземлителя состоит из 97 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м, диаметром 12 мм, с расстоянием между ними равным 5 м и горизонтального электрода в виде сетки длиной 855 м, сечением 4х40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м.

Расчет зануления.

Требуется проверить обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, при нулевом защитном проводнике – стальной полосе сечением 30x4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3х6 мм² питается or трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток «треугольник – звезда с нулевым проводом» (). Двигатели защищены предохранителями I_1ном=30 А (двигатель 1) и I_2ном=20 А (двигатель 2). Коэффициент кратности тока К=3.

 

Решение

Решение сводится к проверке условия. (2, с. 233, ф. 6.3):

,

где

 – ток однофазного короткого замыкания, проходящий по петле фаза-нуль;

 – наименьший допустимый ток по условию срабатывания защиты (предохранителя);

- номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

Выполнение этого условия обеспечит надежное срабатывание защиты при коротком замыкании (КЗ) фазы на зануленный корпус электродвигателя, т.е. соединенный нулевым защитным проводником с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора.

– Определяем наименьшие допустимые значения токов для двигателей 1 и 2:

А;

А

– Находим полное сопротивление трансформатора

Ом [2, табл. 6.5]

– Определяем на участке м км активное  и индуктивное сопротивления фазного провода; активное  и индуктивное сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль:

Согласно паспортным данным кабеля марки АПВ 4х6 [6]:

Rуд = 5,21 ом/км

Xуд, ом/км=0.1 ом/км

Ом,

 Ом

Принимаем =0 Ом

Находим ожидаемую плотность тока в нулевом защитном проводе – стальной полосе сечением

мм²;

А/мм²

По [2, табл. 6.6] для А/мм² и мм² находим:

Ом/км – активное сопротивление 1 км стального провода,

Ом/км – внутреннее индуктивное сопротивление 1 км стального провода.

Далее находим  и  для м км:

Ом; Ом

Определяем  для м км:

Ом

 Ом/км – внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза-нуль, величина которого принята по рекомендации [2, с. 240].

– Определяем на всей длине линии  активное и индуктивное  сопротивления фазного провода; активное  и индуктивное сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление  петли фаза-нуль:

Ом

Ом

Аналогично предыдущему принимаем:

=0 Ом

Ожидаемая плотность тока в нулевом защитном проводе:

А/мм²

По [2, табл. 6.5] для А/мм² и мм² находим:

Ом/км

Ом/км

Далее находим  и  для :

Ом;

Ом

Определяем  для :

Ом,

где Ом/км принято по рекомендации [2, с. 240] как и в предыдущем случае.

Рис. 3 Схема сети к расчету зануления

– Находим действительные значения токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле фаза-нуль по формуле [2, с. 235, ф. 6.8]:

для следующих случаев:

а) при замыкании фазы на корпус двигателя 1

А

б) при замыкании фазы на корпус двигателя 2:

А

– Вывод: поскольку действительные значения токов однофазного короткого замыкания А и А превышают соответствующие наименьшие допустимые по условиям срабатывания защиты токи А и А, нулевой защищенный провод выбран правильно, т.е. отключающая способность системы зануления обеспечена.

Литература

1. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М: Энергоатомиздат, 1987.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов 2-ое изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 448 с.

3. Постников Н.П., Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – Л., Стройиздат, 1980. – 376 с.

4. ПУЭ 2002 г.

5. ПТЭЭ 2002 г.

6. http://www.electroshield.ru