Расчет защитного заземления ОРУ 35 кВ

Защитное заземление – преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановки.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

В установках напряжением выше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью при выполнении заземляющего устройства с соблюдением требований, предъявляемых к его сопротивлению, размещение электродов должно обеспечить возможно полное выравнивание потенциала на площадке, занятой электрооборудованием. С этой целью заземлитель должен быть выполнен в виде горизонтальной сетки из продольных и поперечных проводников, уложенных на глубине 0,5-0,7 м, и вертикальных электродов. При этом контурный электрод, образующий периметр сетки, должен охватывать как распределительное устройство, так и производственные здания и сооружения защищаемого объекта.

Произведем расчет заземлителя ОРУ 35 кВ:

Исходные данные:

– ОРУ имеет два транс­форматора 35/10 кВ с эффективно заземленной нейтралью со сто­роны 35 кВ, для питания собственных нужд имеется трансформатор 10/0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью со стороны низкого напряжения, а также другое высоковольтное оборудование;

– территория ОРУ занимает площадь S = 789,25 м²;

– заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4х40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной l_в = 5 м, диаметром d = 18 мм; глубина заложения электродов в землю t_в = 0,6 м;

– удельное сопротивление грунта в самое неблагоприятное время года ρ; = 53 Ом·м (чернозем);

– в качестве естественного заземлителя предполагается использо­вать систему трос – опоры двух подходящих к подстанции воздушных линий электропередачи 35 кВ на металлических опорах с длиной про­лета l = 250 м; каждая линия имеет один стальной грозозащитный трос сечением s = 50 мм²; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры r_оп = 10 Ом; число опор с тро­сом на каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления си­стемы трос – опоры отсутствуют;

– расчетный ток замыкания на землю на стороне 35 кВ соста­вляет 5,2 кА, на стороне 10 кВ – 20 кА.

Расчет:

1) Сопротивление естественного заземлителя для двух линий R _е:

;

где: r_оп – расчетное, т. е. наибольшее (с учетом сезонных коле­баний), сопротивление заземления одной опоры,Ом;

n_Т – число тросов на опоре;

r_Т – активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом;

Для стального троса сечением s, мм², длиной пролета l, м активное сопротивление:

r_Т = 0,15∙ l / s,Ом.

2) Требуемое сопротивление искусственного за­землителя R_и с учетом того, что R_з = 0,5 Ом и R_е = 1,37 Ом, получим:

3) Составляем предварительную схему заземлителя, приняв контурный тип заземлителя, то есть в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной l_в =5 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя (см. рисунок 12.1).

По предварительной схеме рис.12.1 определяем:

¾ суммарную длину горизонтальных электродов:

¾ количество вертикальных электродов: n_в = 32 шт.

 

Рисунок 12.1 Предварительная схема заземлителя

 

 

4) Составляем условную, так называемую расчетную модель заземлителя (рис.12.2), представляющую собой горизонталь­ную квадратную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами. Расчетная модель имеет одина­ковые с принятой схемой заземлителя площадь S; суммарную длину горизонтальных, количество и длины вертикальных элек­тродов L_г, п, l_в, L_в ; глубину заложения в землю t_в, м. Искомое R имеет то же значение, что и в принятой схеме заземлителя;

 

Рисунок 12.2 Расчетная модель заземлителя

 

Определяем:

¾ Длина одной стороны ее бу­дет: = 28,09 м;

¾ Количество ячеек по одной стороне модели:

;

Принимаем: т = 9.

¾ Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов:

¾ Длина стороны ячейки в модели:

=28,09/9= 3,2 м.

 

 

¾ Расстояние между вертикальными электродами:

¾ Суммарная длина вертикальных электродов:

¾ Относительная глубина погружения в землю верти­кальных электродов:

5) Вычисляем расчетное сопротивление R_и рассматри­ваемого искусственного заземлителя.

Предварительно нахо­дим коэффициент А, так как 0,1 ≤ t_отн ≤ 0,5, то:

А = 0,385 – 0,25∙ t_отн = 0,385 – 0,25·0,167 = 0,343.

Тогда:

Это значение R_и меньше требуемого сопротив­ления искусственного заземлителя 0,79 Ом, следовательно, эта разница в данном случае повышает условия безопасности.

6) Общее сопротивление заземлителя подстанции (с учетом сопротивления естественного заземлителя):

7) Определяем потенциал заземляющего устройства в аварийный период:

Сопротивление заземляющего устройства подстанции и напряжение на заземлителе при стекании с него тока замыкания на землю не превышают допустимых значений: Ом; U_з =10 кВ.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции может быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых элек­тродов сечением 4х40 мм общей длиной не менее 524 м и верти­кальных стержневых в количестве не менее 32 штук диаметром 18мм,длиной по 5 м, размещенных по периметру заземлителя по возможно­сти равномерно, т. е. на одинаковом расстоянии один от другого; глубина погружения электродов в землю 0,5 м. При этих условиях сопротивление R_и искусственного заземлителя в самое неблагоприятное время года не будет превышать 0,79Ом, а сопротивление заземлителя подстанции в целом R_З, т. е. общее сопротивление искусственного и естественного заземлителей, будет не более 0,5 Ом.