РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТП 6(10)/0,4 кВ

Методика расчета

Согласно [19] на ТП 10(6)/0,4 кВ предусматривается одно общее заземляющее устройство. Оно предназначено для защитного заземления открытых проводящих частей оборудования в РУ 10(6) кВ, присоединённого к сети с изолированной нейтралью, и глухого заземления нейтралей силовых трансформаторов ТП на стороне НН (0,4 кВ). Последнее необходимо для работы цеховой сети в режиме с глухозаземлённой нейтралью и выполнения защитного зануления.

Рассчитать заземляющее устройство(ЗУ) ТП – это значит:

установить в соответствии с [19] допустимое сопротивление ЗУ (R_з);

определить расчетное сопротивление грунта (ρ_р);

выбрать электроды заземлителя, рассчитать их сопротивление и количество, предварительно разместить на плане;

уточнить окончательное число вертикальных электродов и их размещение на плане.

Расчёт заземляющего устройства ТП 10(6)/0,4 кВ проводится в следующем порядке.

1. В соответствии с [19] устанавливается допустимое сопротивление ЗУ (R_з). Согласно [19] в электроустановках 6–35 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть

,

где R_з – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

I_з – расчетный ток замыкания на землю, А .

Расчетный (ёмкостный) ток замыкания на землю определяется приближенно по формуле

где U_ном – номинальное линейное напряжение сети, кВ;

l_кл, l_вл – длина кабельных и воздушных электрически связанных линий напряжением 10(6) кВ в электрической сети предприятия, км.

Сопротивление заземляющего устройства для установок 6–35 кВ не должно превышать 10 Ом [19].

Сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора согласно [19] должно быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380, 220 В присоединённой цеховой сети с глухозаземлённой нейтралью.

Если ЗУ является общим для установок на различное напряжение, то за расчётное сопротивление ЗУ (R_з) принимается наименьшее из допустимых значений (табл. 3.7).

2. Путём замера или приближенного расчёта определяется сопротивление естественного заземлителя R_е. Если R_е < R_з, то искусственного заземлителя не требуется, магистраль заземления не менее чем в двух точках присоединяется к естественному заземлителю.

Если R_е > R_з, то необходимо сооружение искусственного заземлителя, сопротивление которого должно быть

где R_и, R_е – сопротивление искусственного и естественного заземлителей, Ом.

3. Определяется расчётное удельное сопротивление грунта, Ом^. м, для вертикальных (ρ_р.в) и горизонтальных (ρ_р.г) электродов заземлителя с учётом повышающего коэффициента – коэффициента сезонности К_сез, учитывающего промерзание грунта зимой и высыхание его летом

; ,

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом ∙ м, измеренное при нормальной влажности (приближённые значения ρ приведены в табл. 3.8);

К_сез – коэффициент сезонности; принимается по табл. 3.9 в зависимости от климатического района и вида электродов заземлителя (вертикальных или горизонтальных).

4. Выбирается вид и длина вертикальных электродов искусственного заземлителя. Рекомендуемые вертикальные и горизонтальные электроды заземлителя приведены в табл.3.10. Наиболее предпочтительными из них в качестве вертикальных электродов являются оцинкованные стальные стержни (прутки) диаметром 12–16 мм (не оцинкованные – диаметром 16 мм) и длиной 5 м, которые обеспечивают малое сопротивление растеканию тока, так как проникают в глубокие слои грунта, или стальные уголки длиной 2,5 – 3м.

5. Определяется сопротивление растеканию (сопротивление, которое оказывает току грунт) одного вертикального электрода r_в в соответствии с формулами, приведёнными в табл. 6.7 [24], табл. 12.1 [30] и в другой учебной и справочной литературе. В курсовом проекте можно пользоваться так же следующими упрощёнными формулами [15]:

для пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м

;

для электрода из угловой стали размером 50 х 50 х 5 мм, длиной 2,5 м

;

для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2,5 м

,

где ρ_р – расчётное удельное сопротивление грунта, Ом^. м.

6. Определяется расчетное число вертикальных электродов заземлителя ( ) без учёта экранирования, а затем – с учётом экранирования (n_в) при предварительно принятом коэффициенте использования:

7.

; ,

где r_в – сопротивление растеканию одного вертикального электрода, определённое в п. 5;

R_и – сопротивление искусственного заземлителя, определённое в п. 2. При отсутствии естественного заземлителя R_и = R_з;

η_в – коэффициент использования вертикальных электродов заземлителя, зависящий от расстояния между ними (а), их длины (l) и числа. Он учитывает увеличение сопротивления заземлителя вследствие явления экранирования соседних электродов. Значения коэффициентов использования электродов определяются по табл. 3.11. Расстояние между вертикальными электродами принимается не менее их длины. Отношение а/l предварительно принимается равным единице или более в зависимости от длины периметра контура ЗУ и расчётного числа электродов без учёта экранирования.

7. Предварительно намечается контур ЗУ подстанции. Вокруг площади, занимаемой ТП, на расстоянии не более 1 м, намечаются замкнутый контур ЗУ и расположение вдоль него расчётного числа вертикальных электродов заземлителя. Уточняется расстояние между вертикальными электродами и определяется длина соединяющей их стальной полосы.

8. Определяется сопротивление растеканию горизонтального заземлителя (соединительной полосы) r_г, Ом

,

где l_п – длина полосы, м; определяется по предварительному плану ЗУ;

b – ширина полосы, м; для круглого горизонтального заземлителя b=1.1d;

t – глубина заложения горизонтального заземлителя, м.

9. Определяется сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования

,

где R_г – сопротивления растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования, Ом;

η_г – коэффициент использования горизонтального заземлителя; определяется по табл. 3.11 для намеченного контурного ЗУ в зависимости от отношения а/l и числа вертикальных электродов n_в.

10. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов заземлителя с учетом использования соединительной полосы в качестве горизонтального заземлителя

.

11. Определяется уточнённое число вертикальных электродов

,

где η_в.ут – уточненное значение коэффициента использования электродов вертикального заземлителя; определяется по табл. 3.11 для намеченного контурного ЗУ в зависимости от отношения а/l и принятого числа вертикальных электродов n_в.

12. Принимается окончательное число вертикальных электродов и их размещение на плане ЗУ ТП.

Таблица 3.7

Наибольшие допустимые значения сопротивления заземляющего устройства R_з

в трёхфазных сетях с различным режимом нейтрали [19]

Таблица 3.8

Приближённые значения удельного сопротивления грунтов (ρ)

Таблица 3.9

Характеристики климатических районов и приближённые значения коэффициентов сезонности для вертикальных и горизонтальных заземлителей [24]

Примечание. Данные табл. 3.9 относятся к нормальной влажности грунта..

Таблица 3.10

Рекомендуемые электроды для заземляющего устройства [31]

Примечание. Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать табл.1.7.4 [19].

Таблица 3.11

.Значения коэффициентов использования электродов заземлителя

Пример. Рассчитать заземляющее устройство цеховой ТП 10/0.4 кВ предприятия, находящегося во второй климатической зоне. Сеть 10 кВ работает с изолированной нейтралью, цеховая сеть напряжением 0,4 кВ – с глухозаземлённой нейтралью. Общая протяжённость кабельной сети 10 кВ (l_кл) на предприятии составляет 10 км. Естественных заземлителей нет. Грунт в районе цеха – глина. Площадь ТП – А х В = 8 х 6 м².

Р е ш е н и е

1.Устанавливаем допустимое сопротивление заземляющего устройства ТП.

Для стороны 10 кВ сопротивление ЗУ согласно [19] равно

Ом,

где I_з = 10 А – ток замыкания на землю в сети 10 кВ, вычисленный по формуле

А.

Сопротивление ЗУ нейтрали трансформатора на стороне 0,4 кВ должно быть не более 4 Ом [19].

Согласно [19] ЗУ ТП выполняется общим, поэтому в качестве допустимого (расчётного) принимаем наименьшее сопротивление R_з = 4 Ом. Сопротивление искусственного заземлителя при отсутствии естественных заземлителей принимаем равным допустимому сопротивлению заземляющего устройства ТП R_и = R_з = 4 Ом.

2. Определяем расчётное удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов заземлителя

Ом ^.м;

Ом ^.м,

где К_сез.в = 1,45 для вертикальных электродов заземлителя и климатического района II (табл. 3.9);

К_сез.г = 3,5 для горизонтальных электродов заземлителя и климатического района II (табл. 3.9);

= 40 Ом ^.м – удельное сопротивление грунта (глины) (табл. 3.7).

3. По табл. 3.10 выбираем электроды заземлителя.

В качестве вертикальных электродов выбираем стальные уголки 50х50х5 мм длиной 2,5 м. Глубину заложения их верхних концов принимаем 0,7 м от поверхности земли. Для электрического соединения уголков между собой выбираем горизонтальные электроды – стальную полосу 40х4 мм, которая приваривается к верхним концам уголков.

4. Определяем расчетное сопротивление растеканию одного вертикального электрода

Ом.

5. Определяем расчётное число вертикальных электродов заземлителя:

без учета экранирования . Принимаем = 5;

с учетом экранирования . Принимаем = 7,

где 0,76 определено по табл. 3.11 для а/l = 2, = 5.

6. Размещаем контур ЗУ вокруг помещения ТП на расстоянии 1 м от него (согласно [19] для ТП это расстояние должно быть не более 1 м). Вдоль контура распределяем семь вертикальных электродов заземлителя. По углам контура устанавливаем по одному электроду, а остальные – между ними. Для равномерного распределения электродов по контуру окончательно принимаем n_в = 8. Изображаем план ЗУ ТП (рис. 3.18). По плану определяем длину соединительной полосы в контуре ЗУ

м,

где = А + 2; = В + 2, так как контур ЗУ размещается на расстоянии 1 м от помещения ТП.

Определяем расстояния между вертикальными электродами в контуре:

по длине помещения ТП (а_А)

м;

по ширине помещения ТП (а_В)

м,

где n_А, n_В – число электродов в контуре соответственно по длине и ширине помещения ТП.

Указываем найденные расстояния на плане ЗУ.

Рис. 3.18. План заземляющего устройства ТП

6. Уточняем коэффициенты использования электродов заземлителя, для чего находим среднее значение отношения а/l

.

По табл. 3.11 определяем уточнённые коэффициенты использования:

= 0,69 - для вертикальных электродов при а/l = 1,8 и n_в = 8;

= 0,43 - для горизонтального электрода (полосы) при а/l = 1,8 и n_в = 8.

7. Определяем сопротивление растеканию соединительной стальной полосы в контуре из 8-и вертикальных электродов

Ом,

где b – ширина полосы, м; t – глубина заложения полосы, м.

8. Уточняем необходимое сопротивление вертикальных электродов заземлителя с учётом сопротивления растеканию стальной полосы

Ом.

9. Уточнённое число вертикальных электродов заземлителя

Окончательно принимаем число вертикальных электродов n_в = 6, т. е. двух электродов в торцах ТП не устанавливаем.