Примеры расчета заземлителей
Пример 1. 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. 4, а.
Рис. 4. Схемы для расчета заземлителя подстанции:
а) план подстанции и предварительная схема заземлителя;
б) окончательная схема заземлителя
В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию Re=15 Ом.
Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 6 кВ – кабельных lк.л = 70 км, воздушных lв.л = 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 4х40 мм, уложенной в землю на глубине t0 = 0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления земли, полученные в результате измерений на участке, где предполагается сооружение заземлителя, и расчета, равны: для вертикального электрода длиной 5 м ρрасч = 120 Ом·м; для горизонтального длиной 50 м ρрасч =176 Ом·м.
Решение. Расчетный ток замыкания на землю на стороне б кВ определяем по приближенной формуле (1):
Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ, согласно требованиям ПУЭ (п.1.3 [3])
RЗ = 125/Iз = 125/43 =2,9 Ом.
Требуемое сопротивление искусственного заземлителя согласно (9)
RИ = =15 · 2,9 /(15 – 2,9) = 3,бОм.
Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру подстанции. Предварительную схему эаземлителя наносим на план подстанции с ее основными размерами (рис. 4, а). При этом вертикальные электроды размещаем на расстоянии а = 5 м один от другого.
Уточняем параметры заэемлителя путем поверочного расчета. Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода LГ = 50 м, а количество вертикальных электродов п = 10 шт.
Определяем расчетные сопротивления растеканию электродов – вертикального RВ и горизонтального RГ по формулам, приведенным в табл. 3.1, пп. 4 и 6 [2]:
Имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что п = 10 шт., а отношение а/lВ = 5/5 = 1, определяем по табл. 3.2 и 3.3 [2] коэффициенты использования электродов заземлителя – вертикальных ηВ = 0,56, горизонтального ηГ = 0,34.
Теперь по (12) находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя
.
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 табл. 3.2 и 3.3 находим коэффициенты использования ηВ и ηГ , принимая отношение a/lВ единице, и вычисляем R.
В этом случае ηВ = 0,53 и ηГ = 0,31, а сопротивление заземлителя растеканию тока по (3.64)
.
Это сопротивление меньше требуемого, но так как разница между ними невелика 0,27 Ом и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.
Вывод: 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 4х40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м (рис. 4, 6).
Пример 2. Расчет заземлителя в двухслойной земле методом наведенных потенциалов по допустимому сопротивлению.
Задание. Рассчитать заземлитель подстанции 110/35/6 кВ.
Исходные данные:
– подстанция понижающая, имеет два трансформатора 110/35/6 кВ с заземленной нейтралью со стороны 110 кВ; для питания собственных нужд имеется трансформатор 6/0,4 кВ с заземленной нейтралью со стороны низшего напряжения; распределительные устройства 110 и 35 кВ открытого типа, 6 кВ – закрытого (рис. 3, а).
– территория подстанции занимает площадь S = 6300 м2;
– заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4х40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной IВ = 5 м, диаметром d = 12 мм; глубина заложения электродов в землю t = 0,8 м;
– расчетные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли ρ1 = 230 Ом·м, ρ2 =80 Ом·м; мощность верхнего слоя земли h1 = 2,8 м;
– в качестве естественного заземлителя предполагается использовать систему трос – опоры двух подходящих к подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролета l = 250 м; каждая линия имеет один стальной грозозащитный трос сечением s = 50 мм2; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры rоп = 12 Ом; число опор с тросом на каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы трос – опоры отсутствуют;
– 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 Rе , согласно требованиям ПУЭ должно быть не более 0,5 Ом (п.1.3 [3]).
Сопротивление естественного заземлителя для двух линий Rе определяем по (10) и (11):
Rе = .
Требуемое сопротивление искусственного заземлителя RИ получим из (9) с учетом того, что RЗ, = 0,5 Ом и Rе = 1,5 Ом:
RИ =
Составляем предварительную схему заземлителя и наносим ее на план подстанции, приняв контурный (распределенный) тип заземлителя в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной lВ = 5 м) электродов. При этом руководствуемся указаниями п. 5. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя (рис. 3, а).
По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: IГ = 1310 м; п = 32 шт.
Составляем расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S = 6300 м2. Длина одной стороны ее будет = 80 м (рис. 3, б).
Количество ячеек по одной стороне модели
Принимаем т = 7.
Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов по (17):
= 2(7 +1) · 80 =1280 м.
Длина стороны ячейки в модели (18)
=80/7= 11,4 м.
Расстояние между вертикальными электродами согласно (19)
=4 · 80/32=10 м.
Суммарная длина вертикальных электродов по (16)
LГ = п lВ =32 ·5 =160 м.
Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов по (20)
= (5 + 0,8) /80 = 0,0725.
Относительная длина по (21)
lотн = (h1 – tВ) / lВ = (2,8 – 0,8) /5 = 0,4.
Расчетное эквивалентное удельное сопротивление грунта рЭ определяем по (22). Предварительно находим значения р1/р2 и k:
р1/р2 =230/80 = 2,87.
Поскольку при значение k находим по (23):
= 0,43 · 0,4 + 0,272 = 0,294.
Теперь определяем рЭ по (22):
.
Находим значение Р:
In Р = 0,294 In 2,87 = 0,31; Р = 1,36 .
Следовательно, рЭ= 80 · 1,36 =108Ом·м.
Вычисляем расчетное сопротивление R рассматриваемого искусственного заземлителя по (13). Предварительно находим коэффициент А по (14), поскольку 0 ≤ tотн ≤ 0,1
А = 0,444 – 0,84 tотн = 0,444 – 0,84·0,0725 = 0,4.
Тогда
.
Это значение R 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 (с учетом сопротивления естественного заземлителя)
RЗ = RRе /(R + Rе) = 0,62 · 1,5 /(0,62 + 1,5) = 0,44Ом.
Определяем потенциал заземляющего устройства в аварийный период
φЗУ = I ЗR З = 5000·0,44=2200 В.
Этот потенциал допустим, так как он меньше 10 кВ.
Таким образом, искусственный заземлитель подстанции должен быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 4х40 мм общей длиной не менее 1280 м и вертикальных стержневых в количестве не менее 32 шт. диаметром 12мм,длиной по 5 м, размещенных по периметру заземлителя по возможности равномерно, т. е. 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 0,62Ом, а сопротивление заземлителя подстанции в целом RЗ т. е. общее сопротивление искусственного и естественного заземлителей, будет не более 0,5 Ом.
Дата добавления: 2015-02-28; просмотров: 10067;