Методика расчета. Согласно [19] на ТП 10(6)/0,4 кВ предусматривается одно общее заземляющее устройство

Согласно [19] на ТП 10(6)/0, 4 кВ предусматривается одно общее заземляющее устройство. Оно предназначено для защитного заземления открытых проводящих частей оборудования в РУ 10(6) кВ, присоединённого к сети с изолированной нейтралью, и глухого заземления нейтралей силовых трансформаторов ТП на стороне НН (0, 4 кВ). Последнее необходимо для работы цеховой сети в режиме с глухозаземлённой нейтралью и выполнения защитного зануления.

Рассчитать заземляющее устройство(ЗУ) ТП – это значит:

установить в соответствии с [19] допустимое сопротивление ЗУ (R _з);

определить расчетное сопротивление грунта (ρ _р);

выбрать электроды заземлителя, рассчитать их сопротивление и количество, предварительно разместить на плане;

уточнить окончательное число вертикальных электродов и их размещение на плане.

Расчёт заземляющего устройства ТП 10(6)/0, 4 кВ проводится в следующем порядке.

1. В соответствии с [19] устанавливается допустимое сопротивление ЗУ (R _з). Согласно [19] в электроустановках 6–35 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть

 

,

 

где R _з – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

I _з – расчетный ток замыкания на землю, А.

Расчетный (ёмкостный) ток замыкания на землю определяется приближенно по формуле

 

где U _ном – номинальное линейное напряжение сети, кВ;

l _кл, l _вл – длина кабельных и воздушных электрически связанных линий напряжением 10(6) кВ в электрической сети предприятия, км.

Сопротивление заземляющего устройства для установок 6–35 кВ не должно превышать 10 Ом [19].

Сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора согласно [19] должно быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380, 220 В присоединённой цеховой сети с глухозаземлённой нейтралью.

Если ЗУ является общим для установок на различное напряжение, то за расчётное сопротивление ЗУ (R _з) принимается наименьшее из допустимых значений (табл. 3.7).

2. Путём замера или приближенного расчёта определяется сопротивление естественного заземлителя R _е. Если R _е < R _з, то искусственного заземлителя не требуется, магистраль заземления не менее чем в двух точках присоединяется к естественному заземлителю.

Если R _е > R _з, то необходимо сооружение искусственного заземлителя, сопротивление которого должно быть

 

 

где R _и, R _е – сопротивление искусственного и естественного заземлителей, Ом.

3. Определяется расчётное удельное сопротивление грунта, Ом ^. м, для вертикальных (ρ _р.в) и горизонтальных (ρ _р.г) электродов заземлителя с учётом повышающего коэффициента – коэффициента сезонности К _сез, учитывающего промерзание грунта зимой и высыхание его летом

 

; ,

 

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом ∙ м, измеренное при нормальной влажности (приближённые значения ρ приведены в табл. 3.8);

К _сез – коэффициент сезонности; принимается по табл. 3.9 в зависимости от климатического района и вида электродов заземлителя (вертикальных или горизонтальных).

4. Выбирается вид и длина вертикальных электродов искусственного заземлителя. Рекомендуемые вертикальные и горизонтальные электроды заземлителя приведены в табл.3.10. Наиболее предпочтительными из них в качестве вертикальных электродов являются оцинкованные стальные стержни (прутки) диаметром 12–16 мм (не оцинкованные – диаметром 16 мм) и длиной 5 м, которые обеспечивают малое сопротивление растеканию тока, так как проникают в глубокие слои грунта, или стальные уголки длиной 2, 5 – 3м.

5. Определяется сопротивление растеканию (сопротивление, которое оказывает току грунт) одного вертикального электрода r _в в соответствии с формулами, приведёнными в табл. 6.7 [24], табл. 12.1 [30] и в другой учебной и справочной литературе. В курсовом проекте можно пользоваться так же следующими упрощёнными формулами [15]:

для пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м

;

для электрода из угловой стали размером 50 х 50 х 5 мм, длиной 2, 5 м

;

для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2, 5 м

,

где ρ _р – расчётное удельное сопротивление грунта, Ом ^. м.

6. Определяется расчетное число вертикальных электродов заземлителя () без учёта экранирования, а затем – с учётом экранирования (n _в) при предварительно принятом коэффициенте использования:

7.

; ,

 

где r _в – сопротивление растеканию одного вертикального электрода, определённое в п. 5;

R _и – сопротивление искусственного заземлителя, определённое в п. 2. При отсутствии естественного заземлителя R _и = R _з;

η _в – коэффициент использования вертикальных электродов заземлителя, зависящий от расстояния между ними (а), их длины (l) и числа. Он учитывает увеличение сопротивления заземлителя вследствие явления экранирования соседних электродов. Значения коэффициентов использования электродов определяются по табл. 3.11. Расстояние между вертикальными электродами принимается не менее их длины. Отношение а / l предварительно принимается равным единице или более в зависимости от длины периметра контура ЗУ и расчётного числа электродов без учёта экранирования.

7. Предварительно намечается контур ЗУ подстанции. Вокруг площади, занимаемой ТП, на расстоянии не более 1 м, намечаются замкнутый контур ЗУ и расположение вдоль него расчётного числа вертикальных электродов заземлителя. Уточняется расстояние между вертикальными электродами и определяется длина соединяющей их стальной полосы.

8. Определяется сопротивление растеканию горизонтального заземлителя (соединительной полосы) r _г, Ом

 

,

 

где l _п – длина полосы, м; определяется по предварительному плану ЗУ;

b – ширина полосы, м; для круглого горизонтального заземлителя b=1.1d;

t – глубина заложения горизонтального заземлителя, м.

9. Определяется сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования

 

,

 

где R _г – сопротивления растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования, Ом;

η _г – коэффициент использования горизонтального заземлителя; определяется по табл. 3.11 для намеченного контурного ЗУ в зависимости от отношения а / l и числа вертикальных электродов n _в.

10. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов заземлителя с учетом использования соединительной полосы в качестве горизонтального заземлителя

.

 

11. Определяется уточнённое число вертикальных электродов

 

,

где η _в.ут – уточненное значение коэффициента использования электродов вертикального заземлителя; определяется по табл. 3.11 для намеченного контурного ЗУ в зависимости от отношения а / l и принятого числа вертикальных электродов n _в.

12. Принимается окончательное число вертикальных электродов и их размещение на плане ЗУ ТП.

 

Таблица 3.7

Наибольшие допустимые значения сопротивления заземляющего устройства R _з

в трёхфазных сетях с различным режимом нейтрали [19]

Напряжение сети, кВ	Режим нейтрали	R з, Ом	Назначение ЗУ
	С эффективно или глухозаземлённой нейтралью	0, 5	Заземление
3–35	С изолированной нейтралью
0, 66 0, 38 0, 22	С глухозаземлённой нейтралью		Зануление
0, 66; 0, 38; 0, 22	С изолированной нейтралью		Заземление

 

 

Таблица 3.8

Приближённые значения удельного сопротивления грунтов (ρ)

Грунт	Торф	Глина	Чернозем	Суглинок	Каменистая почва	Супесь	Песок с галькой	Песок
ρ, Ом∙ м

Таблица 3.9

Характеристики климатических районов и приближённые значения коэффициентов сезонности для вертикальных и горизонтальных заземлителей [24]

 

Характеристика районов и вид заземлителя	Районы
I	II	III	IV
Характеристика районов
Средняя многолетняя низшая температура (январь), º С	–20…–15	–14…–10	–10…0	0…+5
Средняя многолетняя высшая температура (июль), º С	16–18	18–22	22–24	24–26
Вид заземлителя и коэффициенты сезонности
Вертикальный, глубина заложения вершин электродов от поверхности земли 0, 5–0, 8 м	1, 65	1, 45	1, 3	1, 1
Горизонтальный (протяжённый), глубина заложения от поверхности земли 0, 8 м	5, 5	3, 5	2, 5	1, 5

Примечание. Данные табл. 3.9 относятся к нормальной влажности грунта..

 

 

Таблица 3.10

Рекомендуемые электроды для заземляющего устройства [31]

Вид заземлителя	Вид электродов	Размеры, мм	Длина l, м
Вертикальный	Стальной уголок	50х50х5 60х60х6 75х75х8	2, 5–3
Круглая сталь (чёрная)	Ø 16	2–5
Круглая сталь (оцинкованная)	Ø 12–16	2–5
Труба стальная	Ø 60	2, 5
Горизонтальный	Полоса стальная	40х4	Расчетная
Пруток стальной	Ø 10–12

Примечание. Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать табл.1.7.4 [19].

 

Таблица 3.11

. Значения коэффициентов использования электродов заземлителя

n в	Отношение расстояния между вертикальными электродами к длине электрода (а / l)	Дополнительные сведения
η в	η г	η в	η г	η в	η г
	0, 69 0, 74	0, 45 0, 77	0, 78 0, 83	0, 55 0, 89	0, 85 0, 88	0, 7 0, 92	Числитель – для контурного ЗУ; знаменатель – для рядного ЗУ
	0, 62 0, 63	0, 4 0, 71	0, 73 0, 75	0, 48 0, 83	0, 8 0, 83	0, 64 0, 88
	0, 55 0, 59	0, 34 0, 62	0, 69 0, 75	0, 4 0, 75	0, 76 0, 81	0, 56 0, 82
	0, 47 0, 49	0, 27 0, 42	0, 64 0, 68	0, 32 0, 56	0, 71 0, 77	0, 45 0, 68
	0, 43 0, 43	0, 24 0, 31	0, 6 0, 65	0, 3 0, 46	0, 68 0, 75	0, 41 0, 58

Пример. Рассчитать заземляющее устройство цеховой ТП 10/0.4 кВ предприятия, находящегося во второй климатической зоне. Сеть 10 кВ работает с изолированной нейтралью, цеховая сеть напряжением 0, 4 кВ – с глухозаземлённой нейтралью. Общая протяжённость кабельной сети 10 кВ (l _кл) на предприятии составляет 10 км. Естественных заземлителей нет. Грунт в районе цеха – глина. Площадь ТП – А х В = 8 х 6 м².

Р е ш е н и е

1.Устанавливаем допустимое сопротивление заземляющего устройства ТП.

Для стороны 10 кВ сопротивление ЗУ согласно [19] равно

 

Ом,

 

где I _з = 10 А – ток замыкания на землю в сети 10 кВ, вычисленный по формуле

 

А.

 

Сопротивление ЗУ нейтрали трансформатора на стороне 0, 4 кВ должно быть не более 4 Ом [19].

Согласно [19] ЗУ ТП выполняется общим, поэтому в качестве допустимого (расчётного) принимаем наименьшее сопротивление R _з = 4 Ом. Сопротивление искусственного заземлителя при отсутствии естественных заземлителей принимаем равным допустимому сопротивлению заземляющего устройства ТП R _и = R _з = 4 Ом.

2. Определяем расчётное удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов заземлителя

 

Ом ^. м;

Ом ^. м,

где К _сез.в = 1, 45 для вертикальных электродов заземлителя и климатического района II (табл. 3.9);

К _сез.г = 3, 5 для горизонтальных электродов заземлителя и климатического района II (табл. 3.9);

= 40 Ом ^. м – удельное сопротивление грунта (глины) (табл. 3.7).

3. По табл. 3.10 выбираем электроды заземлителя.

В качестве вертикальных электродов выбираем стальные уголки 50х50х5 мм длиной 2, 5 м. Глубину заложения их верхних концов принимаем 0, 7 м от поверхности земли. Для электрического соединения уголков между собой выбираем горизонтальные электроды – стальную полосу 40х4 мм, которая приваривается к верхним концам уголков.

4. Определяем расчетное сопротивление растеканию одного вертикального электрода

 

Ом.

 

5. Определяем расчётное число вертикальных электродов заземлителя:

 

без учета экранирования . Принимаем = 5;

с учетом экранирования . Принимаем = 7,

 

где 0, 76 определено по табл. 3.11 для а / l = 2, = 5.

6. Размещаем контур ЗУ вокруг помещения ТП на расстоянии 1 м от него (согласно [19] для ТП это расстояние должно быть не более 1 м). Вдоль контура распределяем семь вертикальных электродов заземлителя. По углам контура устанавливаем по одному электроду, а остальные – между ними. Для равномерного распределения электродов по контуру окончательно принимаем n _в = 8. Изображаем план ЗУ ТП (рис. 3.18). По плану определяем длину соединительной полосы в контуре ЗУ

 

м,

 

где = А + 2; = В + 2, так как контур ЗУ размещается на расстоянии 1 м от помещения ТП.

Определяем расстояния между вертикальными электродами в контуре:

по длине помещения ТП (а _А)

м;

по ширине помещения ТП (а _В)

м,

где n _А, n _В – число электродов в контуре соответственно по длине и ширине помещения ТП.

Указываем найденные расстояния на плане ЗУ.

Рис. 3.18. План заземляющего устройства ТП

 

6. Уточняем коэффициенты использования электродов заземлителя, для чего находим среднее значение отношения а / l

.

По табл. 3.11 определяем уточнённые коэффициенты использования:

= 0, 69 - для вертикальных электродов при а / l = 1, 8 и n _в = 8;

= 0, 43 - для горизонтального электрода (полосы) при а / l = 1, 8 и n _в = 8.

7. Определяем сопротивление растеканию соединительной стальной полосы в контуре из 8-и вертикальных электродов

Ом,

где b – ширина полосы, м; t – глубина заложения полосы, м.

8. Уточняем необходимое сопротивление вертикальных электродов заземлителя с учётом сопротивления растеканию стальной полосы

Ом.

9. Уточнённое число вертикальных электродов заземлителя

Окончательно принимаем число вертикальных электродов n _в = 6, т. е. двух электродов в торцах ТП не устанавливаем.