Расчет заземления подстанции

 

Исходные данные для проектирования и выполнения заземляющих устройств - предельные значения их сопротивлений., принимаемые в соответствии с ПУЭ в зависимости от напряжения, режима и элемента электроустановки, подлежащего заземления. Если к заземляющему устройству присоединяют элементы электроустановок разных напряжений и назначений, то принимают наименьшее нормирование сопротивление заземления 1з для электрооборудования.

Для электроустановок с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства. К которому присоединяют нейтрали генераторов и трансформаторов, должны быть не более: при напряжении 380/220 В - 4 Ом. Эти сопротивления должны быть обеспечены с учетом использования естественных заземлений. А также повторных заземлений нулевого провода воздушный линий напряжением до 1000 В при числе отходящих линий не менее двух. При этом сопротивление искусственного заземления, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, не должны быть выше 30 Ом при 380/220В, если меньшего сопротивления не требуется по условиям грозозащиты, и если к этому заземлению не присоединяют электрооборудование выше 1000В. Повторное заземление нулевого провода выполняют на концах воздушных линий или ответвлений длиной более 200 м и на вводах в здание. Если электроустановки, подлежащие заземлению размещены вне зданий, расстояние от них до ближайшего повторного заземления или до заземления нейтрали источника питания не должно превышать 100 м. Более частые заземления нулевого провода выполняют, если это требуется по условиям грозозащиты. Общее сопротивление заземляющих устройств всех повторных заземлений должны быть не более: 10 Ом при 380/220В. При этом сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений должно быть не более: для электроустановок 380/220В - 30.

В соответствии с ПУЭ для электроустановок напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью при удельном сопротивлении грунта с более 100 Ом.м допускают увеличивать сопротивления заземляющих устройств в с/100 раз, для всех других систем при удельном сопротивлении грунта более 500 Ом.м в с/500 раз. Во всех случаях допускается увеличивать сопротивление заземляющего устройства не более чем в 10 раз.

1.  Определяют расчетное сопротивление грунта для стержневых заземлителей.

 

с_расч=К_с*К₁* с_изм=1,15*1,0*120=138 Ом м.

 

К_с=1,15

К₁=1,0

с_изм=120 Ом.м

2.  Сопротивление вертикального заземления из круглой стали.

 

Rв=0,366*с_расч.[ℓ КL/d+0.5* ℓ (4hср+L/4hср-L)]/L=0,366*138 [ℓ2*5/0,01+0.5* ℓ 4*3,3+5/4*3.3-5]/5=31,2 Ом.

 

3. Сопротивление повторного заземления не должно превышать 30 Ом.

При с>100 Ом м,

 

R_п.з≤30*с/100=30*138/100=41 Ом

 

Для вторичного заземления принимаю один стержень длиной 5 м и диаметром 10 мм, сопротивление которого 32 Ом<41 Ом

. Общее сопротивление всех восьми повторных заземлений

 

r_п.з= R_п.з/n=31,2/9=3,46Ом<4 Ом.

 

. Определяют сопротивление заземлений нейтрали трансформатора с учетом повторных заземлений

l_в=85 км

 

I₃=U_н* l_в/350

 

Где U_н - номинальное напряжение трансформатора, кВ; l_в - длина всех линий.

I₃=10*85/350=2,41А r_шк =125/2,41=51,1 Ом

в соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства при присоединении к нему электрооборудования напряжением до и выше 1000В не должно быть более 10 Ом и 125/I₃, если последнее меньше 10 Ом.

Так как r_иск =51,1 Ом<10 Ом, то для расчета принимаю наименьшее из этих значений r_иск =10 Ом.

. Определяю теоретическое число стержней

 

n_т= R_в/ r_иск =31,2/10 Ом=3,12

 

Принимаю четыре стержней1 и располагаю их в грунте на расстоянии 5 метров один от другого. Длина полосы связи

 

L_r = а* n_т

 

Где L_r - длинно полосы связи, м;

а - расстояние между стержнями, м;

n_т - число стержней.

L_г=5*4=20 м

. Определяют сопротивление полосы связи. Для этого определяют с_расч.

 

с_расч= К_с* К₁* с_изм.=2,5*1,*120=300 Ом. м

 

К_с=2,5

К₁=1

. Определяют действительное число стержней при n=5 а/L=5/5=1

з_в=0,69

з_г=0,45

Тогда действительное число стержней

 

n_д=Rв* з_г(1/r _расч* з_г-1/Rг)/ з_в=31,2*0,45 (1/10*0,45-1/24,2)/0,69=3,6.

 

Принимаем для монтажа четыре стержней и проводим проверочный расчет при n=6 и а/L=1

з_в =0,69, з_г =0,45

. Действительное сопротивление искусственного заземления

 

R_иск = R_в* R_г/ R_г*n*з_в*+ R_в* з_г=31,2*24,2/24,2*4*0,69+31,2*0,45=755,04/80,83=9,3 Ом

 

Общее сопротивление заземляющего устройства с учетом повторного заземления нулевого провода

 

с_расч= r_иск * r_п.з./ r_иск + r_п.з=9,3*3,46/(9,3+3,46)=32,178/12,76=2,52 Ом <4 Ом

 

По условиям общее сопротивление заземляющего устройства с учетом повторных заземлений нулевого провода должно быть менее 4 Ом, это условие соблюдается, следственно расчет выполнен, верно.

 

Молниезащита

 

Атмосферное электричество проявляется в виде молний, электростатической индукции и электромагнитной индукции от грозового разряда. Все это опасно для жизни людей и животных и одной из причин пожаров.

Линейные молнии представляют собой разряды между облаками или между и землей, происходящие в десятитысячные доли секунды и сопровождающиеся громом и протеканием тока в десятки килоампер, а иногда и более двухсот. Линейная молния более опасна при прямом ударе, который чаще всего происходит в предметы, имеющие большую высоту, чем расположенные поблизости. Однако молния чаще может ударять и в предметы, которые находятся над зонами с хорошей проводимостью грунта. Это могут быть берега рек, места с близким расположенным к поверхности грунтовых вод. Поэтому человеку, застигнутому грозой в холмистой местности, не следует находиться не только на холмистой местности, но и в лощинах, лучше переждать грозу на склоне холма, особенно среди больших камней или у песчаных откосов, так как там электрическое сопротивление грунта больше и вероятность удара молнии в этом месте меньше.

Прямой молнии в здание или сооружение и разряды от электростатической индукции облаков и от электромагнитной индукции тока молнии внутри здания могут поражать в нем людей, вызывать пожары и взрывы, разрушения каменных и бетонных сооружений, расщеплять деревянные опоры воздушных линий и повреждать изоляцию. Защита от атмосферного электричества открытых РУ электростанций, подстанций и электрический линий осуществляется по особым правилам и изучается электриками в дисциплине «Электроснабжение сельского хозяйства». Все прочие объекты защищают в соответствии с «Инструкцией по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений».

Для защиты от прямого удара молнии применяют стержневые или тросовые молниеотводы. Стержневой молниеотвод представляет собой вертикальный стальной стержень любого профиля, укрепленный на опоре, стоящий поблизости от защищаемого объекта или на дереве. Расстояние от опоры до здания не нормируется, но желательно чтобы оно было менее 5 метров, во избежание перекрытия с молниеотвода на здание. Площадь поперечного сечения стержня, называемого молниеприемником, обычно бывает не менее 100м², а длина - не менее 200 мм. Его соединяют с заземлителем токоотводом из стальной катанки диаметром не менее 6 мм, но можно использовать в качестве токоотводов металлоконструкции защищаемых зданий и соединений со сваркой их сочленений. Это металлические фермы, колонны, направляющие лифтов, пожарные лестницы.

При появлении грозовых перенапряжений на проводах линии изоляторы перекрываются по поверхности электрическим разрядом на заземленные крюки, а в дома проникают только сравнительно не большие перенапряжения. Только приближение во время грозы к проводке на несколько сантиметров может представлять опасность, например при попытке включить или выключить свет, радио. А при отсутствии или неправильном выполнении грозозащиты наблюдались случаи поражения людей на расстоянии 2 метров от проводки и более.

Молниезащита подстанции с высокой стороны осуществляется разрядниками, которые размещены непосредственно на подстанции. С низкой стороны, разрядники размещены на первой опоре. Разрядник состоит из вилитовых дисков, которые при номинальном напряжении определенной ВЛ не пропускают электрический ток. При атмосферном перенапряжении с увеличением тока вилитовые диски меняют свое свойство, и через стальной стержень прикрепленный гайкой к нижней части разрядника замыкает провод на землю. С верхней части разрядник соединяется к токоведущей конструкции. Для защиты линий от перенапряжений предусмотрено повторное заземление, расстояния их друг от друга зависит от грозового района, который определяет количество грозовых часов в год. Оно осуществляется соединением траверсы с помощью стального провода к штырю, который забивается в землю на определенное расстояние, в зависимости от грунта.