Расчет заземляющего устройства

Подстанция является понижающей, расположенная в III климатической зоне, имеет два автотрансформатора напряжением 220/110/10 кВ, для питания собственных нужд имеется два трансформатора 10/0,4 кВ; распределительные устройства 220 и 110 кВ открытого типа, 10 кВ - закрытого.

Ожидаемый ток короткого замыкания на стороне 10 кВ , получен путем расчета в программе Electronics Workbench.

Площадь подстанций Балхашская МЭС 220/110/10 кВ

Грунт двухслойный: верхний слой супесок, нижний суглинок удельное сопротивление верхнего слоя , нижнего - . [4]

По периметру контура в грунт забиты вертикальные элементы (стержни) диаметром и длиной соединенные стальной полосой сечением , горизонтальная сетка внутри контура состоит из полос сечением .

Толщина верхнего слоя земли

Глубина погружения электрода в землю - расстояние от поверхности земли до электрода

Составляем предварительную схему заземлителя, по которой определяем площадь территории, занимаемой заземлителем, .

Сетка заземления не должна пролегать непосредственно под оборудованием, поэтому, рассчитав количество электродов, необходимо сгустить линии сетки там, где нет оборудования, и, наоборот, разредить там, где находится оборудование.

где – коэффициент сезонности для слоя сезонных изменений в многослойной земле, для III климатической зоны.

Так как условная толщина слоя сезонных изменений в III климатической зоне что меньше толщины верхнего слоя земли , то

Отношение с учетом коэффициента сезонности

Примем расстояние между электродами в модели заземлителя

Определим число вертикальных электродов при известном

где – площадь территории, занимаемой заземлителем, ;

– число вертикальных электродов.

Или определим число вертикальных электродов при известном по формуле

где – периметр контура заземлителя.

Относительная длина верхней части вертикального электрода, то есть части находящейся в верхнем слое земли, , определяется из выражения

Эквивалентное удельное сопротивление двухслойной земли для сплошного заземлителя в виде горизонтальной сетки с вертикальными электродами может быть определено по формуле

где показатель степени

Определим сопротивление сплошного заземлителя, состоящего из контура вертикальных заземлителей, соединенных горизонтальными электродами и сетки, которая находится внутри контура.

Сопротивление сложного заземлителя, состоящего из сетки и ряда вертикальных проводников, может быть определено из следующего выражения

где

– число вертикальных проводников;

– общая длина проводников.

Рисунок 7.1 - Двухслойная модель земли

Коэффициент напряжения прикосновения может быть определен из следующего приближенного выражения для заземлителей типа сетки с равномерным распределением проводников и дополненной вертикальными проводниками.

где – расстояние между вертикальными проводниками, м;

– периметр сетки, м;

– функция отношения .

Коэффициент снижения напряжения прикосновения, зависящий от удельного сопротивления верхнего слоя земли, может быть определен из формулы

где - сопротивление тела человека;

- удельное сопротивление верхнего слоя земли.

Напряжение прикосновения определяется по следующей формуле

Допустимое напряжение при с учетом АПВ, рекомендуемом времени для расчета напряжения прикосновения и напряжения шага, составляет 450 В.

Потенциал заземлителя определяется по формуле

Находим максимальное напряжение прикосновения

Из условия безопасности прикосновения человека к заземленным предметам в зоне ЗУ в эффективно заземленной сети

где – ток через человека.

Имеем

Проверим условие безопасности, где определяемое ГОСТ 12.1.038 – 82.

Условие выполняется.

Коэффициент напряжения шага для сложного заземлителя, состоящего из сетки и ряда вертикальных проводников, может быть определен в зависимости от типа заземлителя. Принимаем Определяем коэффициент – коэффициент снижения напряжения шага, зависящий от удельного сопротивления верхнего слоя земли согласно следующей формуле

По следующей формуле определяем напряжение шага

Условие безопасности для человека, шагающего в зоне распространения тока

где , согласно ГОСТ для времени действия короткого замыкания с учетом АПВ

Ток через человека находим по формуле

Проверим условие безопасности

Условие выполняется.

Рассмотрим возможность использования данного заземлителя по требованиям .

Полученное в результате расчетов сопротивление заземления , удовлетворяет условиям и .

Рассмотрим возможность использования заземляющего устройства ОРУ 220 кВ в качестве выносного для РУ СН 10/0,4 кВ и сети 10/0,4 кВ.

Протяженность кабелей питания двигателей составляет 150 м. Длина отдельных кабелей достигает 1500 м на 1 блок, соответственно длина увеличивается в 3 раза. Необходимо учесть, что ответственные механизмы собственных нужд имеют резервные двигатели, которые питаются по своим отдельным кабелям, с учетом этого имеем длину кабелей

В электроустановках выше 1000 В с изолированной нейтралью в качестве расчетного тока можно принять ток, вычисленный приближенно по формуле

где – фазное напряжение сети, кВ;

– общая длина подключенных к сети кабельных линий, км;

– общая длина подключенных к сети воздушных линий, км.

При выносном исполнении заземления заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Поэтому заземленные корпуса находятся вне поля растекания – на земле, и человек, касаясь корпуса, оказывается под полным напряжением относительно земли, если не учитывать коэффициент , . Так как , ток через человека

Примем, что

Находим

Находим

Ток через человека

Рисунок 7.2 - Расчетная модель заземлителя

Допустимые значения напряжения прикосновения и проходящего через человека тока для сети выше 1000 В с изолированной нейтралью при и более и , то есть условия безопасности выполнены и существует возможность использования заземляющего устройства ОРУ 220 кВ в качестве выносного для РУ СН 10/0,4 кВ и сети 10/0,4 кВ.

Список использованной литературы

1 Князевский Б.А. «Охрана труда в электроустановках».— 3 изд., перераб. и доп. – Энергоатомиздат, 1983. – 336 с.