Расчёт заземляющих устройств в электроустановках.

При расчете заземляющего устройства определяются, тип заземли гелей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Этот расчет производится для ожидаемого сопротивления заземляющего устройства в соответствии с существую­щими требованиями ПУЗ.

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает большое влияние на сопротивление грунта. Поэтому ПУЭ рекомендуют определять удельное сопротивление р грунта путем непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители. Полученное путем замеров удельное сопротивление грунта является важнейшей величиной, определяющей сопротивление заземляющего устройства. При этом необходимо учитывать сезонные колебания удельного сопротивления грунта. Весной и осенью оно ниже, чем зимой и летом. Увеличение удельного сопротивления земли в зим­нее н сухое летнее время учитывается с помощью коэффициентов повышении. Коэффициент повышения показывает, во сколько раз расчетное удельное сопротивление грунта больше по сравнению с измеренным в теплое время года (май — октябрь). Величина коэффициента повышения зависит от состояния грунта во время замеров и количества осадков, выпавших непосредственно перед замерами. Различают три значения коэффициентов:

-удельное сопротивление грунта соответствует примерно минимальному значению (грунт влажный; измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков);

V» — удельное сопротивление грунта соответствует примерно среднему значению (грунт средней влажности: измерениям предшествовав выпадение небольшого количества осадков);

-удельное сопротивление грунта соответствует примерно наибольшему значению (сухая земля; измерениям не предшествовало выпадение осадков).

Расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления Р - Рнз,Ф. (9.7)

где Рнз — измеренное удельное сопротивление грунта; Ф — коэффициент повышения сопротивления.

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, можно определить сопротивление одиночного заземлителя. Сопротивление вертикального заземлителя при длине 1 (м), диаметре d (мм) определяется приближенной формулой

Ro = (0,366р/1) tg (41/d). (9.8)

В расчетах можно пользоваться также следующими упрощенными формулами: для углубленного пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м Ro, пр = 0,00227 р; для электрода из угловой стали размером 50 X 50 х 5 мм, длиной 2,5 м Roy = 0,0034 р; для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2,5 м R_u - = 0,00325 р. где р выражено в Ом-см.

Число вертикальных заземлителей определяется по значениям R> = R_x и R_a - R, 1см. (9.4)1. л ~ Roi(v\Rt)t (9.9)

где п — коэффициент экранирования (см. табл. 9.1).

Если расстояние между заземлителями а и отношение а/1 уточняются по периметру подстанции, то вновь рассчитывается число за- заземлителей при новом значении коэффициента использования.

Заземлители соединяются посредством горизонтальных металлических полос, сопротивление которых R„ необходимо учитывать, если сопротивление Rz вертикальных заземлителей больше сопротивления R„ принятого по нормам:

дег n — коэффициент экранирования полосы; In — длина полосы',; bn — ширина полосы, см; — глубина заложения полосы, см.

Если учитывается сопротивление соединительной полосы, то уменьшается необходимое количество заземляющих вертикальных электродов.

После выбора расчетной величины сопротивления растеканию R, находят сопротивление искусственных заземлителей R3, при этом учитывается сопротивление R_e естественных заземлителей: Rn=R3Re/(Re-Rs)

По форме расположения заземлителей различают выносные (или сосредоточенные) и контурное заземления.

При выносном заземлении все заземлители сосредоточивают в одном определенном месте, где располагают их на расстоянии не менее 2,5—3 мм друг от друга. С помощью магистралей заземления к выносному заземлению присоединяется электрооборудование. При контурном заземлении заземлители располагаются по периметру защищаемой территории; при большой величине территории заземлители закладываются также и внутри ее. Контурное заземление рекомендуется во всех случаях, а в установках напряжением выше 1000 В оно является обязательным.

Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру) определяется по плану установки. И установках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы связи следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциала на площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, которые через каждые б м соединяют поперечными проводниками. Выравнивание потенциалов предусматривают также у входов и въездов на территорию предприятия.

Полосовая сталь, применяемая для электрической связи между электродами, является дополнительным заземлением. Ввиду сравнительно большого сопротивления соединительных полос оно мало влияет на общее сопротивление заземляющего устройства. Поэтому в практических расчетах проводимость соединительных полос можно не учитывать (за исключением больших контурных заземлителей).

По форме расположения заземлителей различают выносные (или сосредоточенные) и контурное заземления.

При выносном заземлении все заземлители сосредоточивают в одном определенном месте, где располагают их на расстоянии не менее 2,5—3 мм друг от друга. С помощью магистралей заземления к выносному заземлению присоединяется электрооборудование.

При контурном заземлении заземлители располагаются по периметру защищаемой территории; при большой величине территории заземлители закладываются также и внутри ее. Контурное заземление рекомендуется во всех случаях, а в установках напряжением выше 1 ООО В оно является обязательным.

Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру) определяется по плану установки. В установках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы связи следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциала иа площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, которые через каждые G м соединяют поперечными проводниками. Выравнивание потенциалов предусматривают также у входов и въездов на территорию предприятия.

Полосовая сталь, применяемая для электрической связи между электродахми, является дополнительным заземлением. Ввиду сравнительно большого сопротивления соединительных полос оно мало влияет на общее сопротивление заземляющего устройства. Поэтому в практических расчетах проводимость соединительных полос можно не учитывать (за исключением больших контурных заземлителей).

Пример 9.1. Определить число электродов заземления подстанции напряжением 6/0,4 кВ.На стороне с напряжением 6 кВ нейтраль изолирована, па стороне с 0,4 кВ— наглухо заземлена. Общая протяженность воздушных линий напряжением 6 кВ составляет 1_п = 10 км, кабельных линий напряжением 6 кВ — 1_Каб ⁼ 20 км, рас­четный коэффициент Ф = 1,5 (см. табл. 9.3). Измерения грунта, произведенные в июне месяце, показали величину удельного сопротивления р„з - 0,6-10⁴ Ом-см = 60 Ом-м при средней влажности.

Решение. Ток однофазного замыкания на землю в сети 6 кВ по (9.3)

1з = U (351каб + i_B)/350 = 6 (35 * 20+ 10)/350 - 12,2 А.

Сопротивление заземляющего устройства для сети 6 кВ при общем заземлении по (9.2)R₃ = (и₃Лз= 125/12,2= 10,2 Ом.

Сопротивление заземляющего устройства для сети 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью должно быть не более 4 Ом. Принимаем наименьшее сопротивление заземляющего устройства при общем заземлении 4 Ом.

Расчетное удельное сопротивление грунта по (9.7)

Р — РизФ2 = 0,6 * 10⁴® 1,5=0,9 «10⁴ Ом * см = 90 Ом * м.

Коэффициент повышения сопротивления ~ф2, = 1,5 принят по (табл. 9.3). Выбираем в качестве заземлителей прутковые электроды длиной / = 5 м. Сопро­тивление одиночного пруткового электрода Ro _пр = 0,00227 р = 0,00227-0,9- 1Q⁴ = = 20,4 Ом.

Принимаем размещение заземлителей в ряд с расстоянием между ними а — 6 м. Число заземлителей

п = Ro. np/(nR3)=20.4/(0,8-4) = б шт., гдеп= 0,8 при а/1 > 1(см. табл. 9. 1 ), Яз = 4 Ом (по нормам).

 

Релейная защита. Основные понятия и виды.

РЗ – называют специальные средства и устройства для защиты, выполняемые с помощью реле, процессоров, блоков и других. аппаратов, и предназначенные для отключения силовыхвыключателей при напряжении свыше 1000 В или автоматических выключателей при напряжении до 1000 В. Более часто термин РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА используется в установках и сетях высокого напряжения. К системам автоматики в настоящей работе отнесены устройства АПВ, АВР, АЧР, АРТ.

Р.З. – основное средство защиты линий, трансформаторов, генераторов, двигателей от аварийных и ненормальных режимов.
Требования к РЗ. К релейной защите предъявляются следующие требования:
-селективность (избирательность), т.е. способность защиты самостоятельно определять поврежденный участок сети и отключать только этот участок,
-быстродействие,
-надежность действия,
-чувствительность (т.е. способность отключать поврежденные участки на начальной стадии повреждения)
-простота схемы.
Контролируемые параметры Р.З. Устройства РЗ могут контролировать следующие параметры: ток, напряжение, мощность, температуру, время, направление и скорость изменения контролируемой величины.
Функции релейной защиты. Устройства РЗ могут выполнять следующие функции:

· защита от К.З междуфазных,

· защита от замыканий на землю, в т. ч. 2х-3х и однофазных

· защита от минимального напряжения;

· защита от внутренних повреждений в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов.

· защита от асинхронного режима работы синхронных двигателей.

· защита от обрывов в роторной цепи мощных двигателей.

· защита от затянувшегося пуска

· дифференциальная защита (продольная и поперечная) крупных машин и линий.

Элементы РЗ. В качестве основных элементов релейной защиты применяются реле, в том числе электромагнитного или других принципов действия, а также полупроводниковые и микроэлектронные приборы и блоки.

Основные реле. В схемах РЗиА применяется много типов различных реле, а в последние годы - специальных блоков и процессоров, объединяемых в локальную компьютерную сеть. В качестве основных применяются реле тока, напряжения, мощности, частоты, дифференциальные реле и блоки дифференциальной защиты.

Реле тока. Наиболее часто используются электромагнитные реле РТ -40 и индукционные типа РТ-80. Это высокочувствительные устройства, реагирующие на изменение тока, и могут защищать от перегрузок и от КЗ.

Рисунок 1 - Конструкция реле тока РТ-40.

· Подвижный контакт 2- якорь · сердечник · перемычка · обмотка · контактная часть · пружина · шкала уставок · регулятор уставки срабатывания 10-гаситель вибрации.

Реле РТ-40 - электромагнитное, имеет два сердечника и две обмотки, которые можно включать параллельно или последовательно для удвоения показателей шкалы. Уставка срабатывания регулируется поворотом указателя 9 (изменением натяжения пружины). Пределы уставок у различных модификаций реле этой серии - от 0,5 до 200 А, что позволяет их использовать с различными трансформаторами тока. Выпускаются также реле тока серии ЭТ-520 и другие.
Пример характеристики реле тока: РТ-40/0,2; I сраб. 0,05¸0,1А (последовательное соединение), и 0,1¸0,2А (параллельное соединение), I ном. от 0,4 А до 10 А

Рисунок 2 – Схема устройства реле РТ-80 и характеристика срабатывания реле

Рисунок 3 – Общий вид реле тока РТ-80 (90).

Реле РТ-80 (РТ-90) – реле тока индукционного типа, имеет два независимых элемента- электромагнитный (мгновенного действия) и индукционный (работающий с выдержкой времени). Такая конструкция позволяет применять их в схемах с зависимой и независимой от тока характеристикой срабатывания. Ток срабатывания индукционного элемента-2-10 А, время срабатывания - 0,5-16 с. При токах от 2 до 3-5 номинальных реле работает с выдержкой времени, с зависимым от тока временем срабатывания, при токах более 5- -7 номинальных у реле срабатывает электромагнитный элемент, без выдержки времени, т.е. мгновенно.

Реле РНТ-565-реле направленного тока (рис. 5) (реле электромагнитное токовое дифференциальное). Состоит из корпуса в котором находятся: реле РТ-40, быстронасыщающийся трансформатор БНТ и резисторы Rк и Rв. Реле имеет обмотки: Р- рабочая обмотка, В –вторичная обмотка, К1, К2 – короткозамкнутые обмотки, У1, У2–уравнительные обмотки
Настройка реле производится с помощью резисторов Rв и Rк. При этом добиваются, чтобы при включении реле оно становилось нечувствительным к токам намагничивания (к помехам) и к токам небаланса, возникающим в начальный момент КЗ. Это позволяет повысить чувствительность защиты. Все обмотки имеют отдельные выводы (гнезда) для регулирования и настройки.
Дифференциальное реле мощности РБМ используется для контроля изменения направления тока в устройствах направленной токовой защиты. Принцип его действия следующий.

магнитопровод, 2- обмотка, включенная последовательно нагрузке, 3- обмотка, включенная параллельно(в цепи напряжения), 4- неподвижный стальной сердечник, 5- алюминиевый ротор,6- подвижные контакты

Рисунок 5 - Устройство и принцип действия реле мощности РБМ

При отклонении от нормального (расчетного) режима магнитные потоки Фт и Фн, создаваемые обмотками тока и напряжения, проходят по магнитопроводу и через сердечник 4 индуцируют в роторе 5 вихревые токи, в результате чего ротор поворачивается на определенный угол. При повороте ротора замыкаются контакты 6. Реле срабатывает только тогда, когда в обмотках 2 или 3 изменяется направление тока.