Расчет заземляющих устройств

7.2.2. Расчет заземляющих устройств

Порядок выполнения расчётов. Согласно ПУЭ заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления R_з £ 0.5 Ом или допустимого напряжения прикосновения.

Расчёт по допустимому сопротивлению R_з £ 0.5 Ом приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющих устройств для подстанций небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации распределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины R_з. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземлённому оборудованию, находящемуся под потенциалом, часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека R_ч и сопротивлением растеканию тока от ступней в землю R_с. На тело человека фактически будет действовать напряжение:

U_ч = U_пр. – U_с ,(7.5)

где U_с = I_ч R_с – падение напряжения в сопротивлении растеканию с двух ступней человека в землю.

где r_в,с – удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом;

 г – радиус ступни, м.

Ток, протекающий через человека:

.

Опасность поражения зависит от тока и его длительности протекания через тело человека. Согласно принятым нормам допустимый ток определяется так:

Зная допустимый ток, можно из (7.5) найти допустимое напряжение прикосновения :

.

Подставляя значения U_c и R_c получаем:

, (53)

Из (7.6) видно, что чем больше , тем большее напряжение прикосновения можно допустить. Приняв некоторую среднюю величину , можно рекомендовать для расчетов приведённые ниже допустимые напряжения:

 Наиболее допустимое напряжение

прикосновения, В 50040020013010065

За расчетную длительность воздействия принято:

 ,

где t_р,з – время действия релейной защиты;

 t_отк,в – полное время отключения выключателя.

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение U_пр. до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве U_з должно быть не выше 10 кВ. Если U_з > 5-10 кВ, необходимо принять меры по предотвращению выноса высокого потенциала за пределы электроустановки.

Заземляющее устройство для установок 110 кВ и выше выполняется из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающих полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом. Расстояние между полосами должно быть не более 30 м.

Рисунок 25 - заземляющее устройство подстанции;

Расчет производится в следующем порядке :

1.  Зная наибольшее допустимое напряжение прикосновения, определяем напряжение на заземлителе по формуле:

(54)

где k_п – коэффициент напряжения прикосновения; для сложных заземлителей он определяется по формуле

 , (5

5)

где l_в – длина вертикального заземлителя, м;

L_г – длина горизонтальных заземлителей, м;

 а – расстояние между вертикальными заземлителями, м;

 S – площадь заземляющего устройства, м²;

 М – параметр, зависящий от удельного сопротивления грунта;

 b - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека R_ч и сопротивлению растекания тока от ступней R_с:

 .(56)

В расчетах принимают R_ч=1000 Ом; R_c=1.5r_в,с.

2.  Так как U_з = I_з R_з, то сопротивление заземляющего устройства должно быть, Ом:

3. 

 , (57)

где I_з – ток, стекающий с заземлителя проектируемого заземляющего устройства при однофазном КЗ.

Если однофазное КЗ произошло в пределах электроустановки, то

, (58)

где  - ток однофазного КЗ в месте повреждения;

х₀ – результирующее индуктивное сопротивление нулевой последовательности до места КЗ;

 х_т1 – сопротивление нулевой последовательности трансформаторов рассматриваемой электроустановки.

4.  Определяют общее сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчетную модель, Ом:

 , (59)

Где

 при  ; (60)

где  - удельное сопротивление земли, Ом м;

 L_в – общая длина вертикальных заземлителей; L_в = l_в n_в.

Полученное значение R_з должно быть меньше R_з,доп.

Если сопротивление превышает требуемые значения, то необходимо увеличение площади S, длины L_г , числа вертикальных заземлителей n_в и их длины. Всё это приводит к дополнительным расходам и на подстанциях трудно осуществимо. Эффективной мерой уменьшения опасности прикосновения является подсыпка гравия или щебня слоем 0.1-0.2 м у рабочих мест. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает (5000-10000 Ом м), что снижает ток, проходящий через человека, так как сопротивление растекания тока со ступней R_c. В расчёте соответственно уменьшается коэффициент b и увеличивается допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Расчёт заземляющего устройства. Расчёт будем производить с учётом существующего заземляющего устройства. Заземляющее устройство выполняем в виде сетки из полосы мм.

Исходные данные для расчета : удельное сопротивление земли r =300 Ом м; глубина заложения горизонтальных полос t=0,7м; общая длина горизонтальных полос L_г=2150 м; длина вертикальных заземлителей l_в = 3,5м с диаметром d=16мм; количество вертикальных заземлителей n_в=60; время действия релейной защиты t_р,з = 0,12 с; полное время отключения выключателя t_отк,в = 0,05 с; естественных заземлителей нет.

 Рисунок 26

а) заземляющее устройство подстанции;

б) расчетная модель.

Площадь заземляющего устройства равна :

 м².

Для t = 0,12 + 0,05 = 0,17с находим U_пр,доп = 400 В.

Коэффициент прикосновения по формуле:

=;

здесь М = 0,5 [2];

Потенциал на заземлителе по:

= В,

что в пределах допустимого (меньше 10 кВ).

Сопротивление заземляющего устройства по:

 Ом,

здесь I_з – однофазное КЗ по формуле:

 А

где  - ток однофазного КЗ;

х₀ – результирующее сопротивление нулевой последовательности до места КЗ, Ом, х_0* =5,01 о.е., в именованных единицах:

 Ом;

х_т1 – сопротивление нулевой последовательности трансформатора, Ом, х_т1*=16.66 о.е. , в именованных единицах :

Ом.

B=5 м.

 м.

Общая длина вертикальных:

L_в = l_в·n_в = 3,5·60 = 210 м.

,

тогда по (7.13)

.

Общее сопротивление сложного заземлителя

 Ом,

что меньше допустимого R_з,доп = 2.89 Ом.

Найдем напряжение прикосновения:

В,

что меньше допустимого значения 400 В.

Определим наибольший допустимый ток, стекающий с заземлителей подстанции при однофазном КЗ:

 А.

Вывод. Из расчёта видно, что заземлители с сопротивлением 1,69 Ом не превышают допустимого значения. Напряжение прикосновения удовлетворяет условию безопасности.

Похожие работы

Электроснабжение нефтеперерабатывающего завода

Скачать

141057

18

4

... 7 70,1 42,3≈50 70,1 50 13,5 185 8 68,7 40,4≈50 68,7 50 13,5 185 9 50 29,4≈50 50 50 13,5 185 10 240 140≈150 240 150 13,5 185 В системе электроснабжения завода применяются всего три вида сечений КЛ, поэтому требуется производить унификацию. Таким образом для прокладки внутризаводской сети используем кабели следующих сечений: ВВГ 3*50,ВВГ 3*300, ...

Строительство резервуарного парка нефтеперерабатывающего завода

Скачать

144999

12

7

... резервуаров определяются в соответствии со [21] и [28]. На площадке предусматривается единая система автоматической противопожарной защиты. На площадке предусматривается два пожара. Один на резервуарном парке, второй на установке АТ-2 или АТ-1. 2.7 Спецвопрос. Замена теплоизоляции резервуара   Энерго- и ресурсосбережение является одним из основных направлений технической политики в мире. В ...

Электроснабжение механического завода местной промышленности

Скачать

169921

30

28

... - 8 25 22,666 12912 40350 Рис. 6. Картограмма электрических нагрузок точкой А на картограмме обозначим координаты центра электрических нагрузок завода. Выбор рационального напряжения При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий важным вопросом является выбор рациональных напряжений для схемы, поскольку их значения определяют параметры линий электропередачи и ...

Приволжский федеральный округ: современное состояние и перспективы развития(на примере Республики Татарстан)

Скачать

131362

5

5

... 2.1 Отрасли рыночной специализации   2.1.1 Основные показатели деятельности промышленности Республика Татарстан - одна из наиболее развитых в экономическом отношении республик в Российской Федерации. В последние годы Республика Татарстан стабильно занимает: -1 место в Приволжском федеральном округе по объему валового регионального продукта на душу населения (2006 год) (14 место в России); ...