Расчёт заземления трансформаторной подстанции

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Схема защитного заземления представлена на рисунке 4.1.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Корпусы электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции и контакте их с токоведущими частями. Если корпус при этом не имеет контакта с землёй, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения шага. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (за счёт уменьшения сопротивления заземления), а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземлённого оборудования.

Область применения защитного заземления:

• · сети до 1000 В переменного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;
• · сети выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом работы нейтрали.

В сети с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает.

Расчёт заземлителя подстанции 6/0,4 кВ.

Расчёт производится для понижающей подстанции, на которой установлены два трансформатора ТМЗ-630/6/0,4 с заземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ. Заземлитель, расположенный у наружной стены цеха, выбирается выносного типа. Естественных заземлителей нет. Ток замыкания на землю неизвестен, длина кабельных линий 6 кВ равна 0,7 км (l_КЛ=0,7 км). Заземлитель предполагается выполнить из угловой стали длиной l_В=3 м, сечением 40 404 мм, верхние концы которого соединяются между собой с помощью горизонтального электрода, выполненного из стальной полосы сечением 440 мм, уложенной на глубине H₀=0,7 м. Удельное сопротивление земли с_ИЗМ=100 Ом•м (почва суглинистая).

Расчётный ток замыкания на землю, А,.

(4.1).

где U_ном — номинальное напряжение высокой стороны, кВ;

— общая длина подключённых к сети кабельных линий, км, =0,7 км;

Требуемая норма сопротивления заземляющего устройства определяется из двух условий:

— Ом, но не более 10 Ом — для электроустановок выше 1 кВ при условии, что заземлитель используется одновременно для электроустановок до 1 кВ;

— Ом — для заземления электрооборудования до 1 кВ.

За норму принимается наименьшее значение.

По первому условию:

Принимается норма сопротивления заземляющего устройства Ом.

Удельное сопротивление земли для горизонтального и вертикального электродов, Омм,.

(4.2).

(4.3).

где , — коэффициенты сезонных колебаний сопротивления грунта, о.е.; =4,5; =1,8.

Расположение вертикального электрода относительно поверхности земли представлено на рисунке 4.2.

Средняя глубина заложения вертикального электрода (расстояние от поверхности земли до середины вертикального электрода):

Н=Н₀+0,5•l_В, (4.4).

где Н₀ — глубина заложения электродов, принимается равной 0,7 м;

l_В — длина вертикального электрода, м.

Н=0,7+0,5•3,0= 2,2.

Расчётное сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода, Ом,.

(4.5).

где d — эквивалентный диаметр вертикального электрода. При применении вертикальных электродов из угловой стали в формулу вместо диаметра трубы подставляется эквивалентный диаметр уголка, вычисленный по выражению ;

b — ширина сторон уголка.

.

Теоретическое число вертикальных электродов, шт:

(4.6).

.

Принимается =13.

Определяется коэффициент использования вертикальных заземлителей (отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине равно 2).

Тогда необходимое количество вертикальных электродов, шт:

(4.7).

.

Принимается =20.

Длина горизонтального электрода, м,.

(4.8).

.

Расчётное сопротивление растеканию тока одиночного горизонтального электрода, Ом,.

(4.9).

где — ширина горизонтального электрода, =0,04 м.

Определяется коэффициент использования горизонтальных заземлителей .

Сопротивление горизонтального электрода с учетом коэффициента использования полосы, Ом:

(4.10).

.

Требуемое сопротивление растеканию вертикальных электродов, Ом:

(4.11).

.

(4.12).

Принимается =15.

Уточняем значение расчётного сопротивления растекания горизонтального электрода (R_Г), Ом,.

.

Сопротивление растеканию группового заземлителя, Ом,.

(4.13).

где з_г, з_в, — коэффициенты использования для горизонтального и вертикальных электродов, о.е.; з_г=0,69; з_в=0,68,.

Полученное значение удовлетворяет необходимым условиям.