Заземляющее устройство подстанции

Заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством [4].

На подстанции необходимы три вида заземлений: защитное; рабочее; молниезащитное.

Защитным заземлением называется заземление, выполняемое в целях электробезопасности [4].

Рабочим заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) [4].

Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений. К молниезащитному заземлению относятся заземления молниеотводов, разрядников, тросов, крыш ЗРУ и т.д.

Для всех трех видов заземлений может использоваться одно и то же заземляющее устройство, но при этом оно выбирается по наиболее жестким требованиям, т.е. по наименьшей допустимой величине.

Для рабочего и защитного заземления обычно используется общий заземлитель. Причем наиболее жесткие требования обычно имеет защитное заземление.

Рабочее заземление зависит от режима нейтрали. Режим нейтрали до 1 кВ определяется только требованиями техники безопасности. Здесь может быть изолированная нейтраль и глухозаземленная.

Режим нейтрали выше 1кВ определяются следующими требованиями:

1) техники безопасности;

2) допустимым током однофазных замыканий;

3) перенапряжениями, возникающими в таких режимах;

4) надежностью работы релейной защиты;

5) рабочим напряжением неповрежденных фаз по отношению к земле.

 

В России применяются следующие режимы нейтралей:

∙ 6 кВ – изолированная (может с компенсацией емкостных токов);

∙ 10 кВ – изолированная (может с компенсацией);

∙ 35 кВ – с компенсацией (может изолированная);

∙ 110 кВ – эффективно заземленная;

∙ 220 кВ и выше – глухозаземленная.

Назначение защитного заземления – снижение до безопасного значения напряжения прикосновения и шага.

Расчет защитного заземления подстанции может проводиться по допустимому сопротивлению растекания тока заземления или по допустимому напряжению прикосновения.

Расчет заземляющего устройства подстанции в районах с большим удельным сопротивлением грунта, в том числе в районах многолетней мерзлоты, рекомендуется выполнять с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения [4].В остальных случаях расчет рекомендуется выполнять по допустимому сопротивлению грунта.

Величина сопротивления R_З заземляющего устройства для каждого класса напряжений подстанции выбирается по ПУЭ:

1) в электроустановках напряжением выше 1 кВ, в сетях с эффективно заземленной нейтралью

R_З £ 0,5 Ома;

2) в электроустановках напряжением выше 1 кВ, в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов

R_З £ , но не более 10 Ом,

где I_З – расчетный ток замыкания на землю;

3) в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом, в сетях с линейным напряжением соответственно 660, 380 и 220 В;

4) в электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть

R_З £ , но не более 4 Ом.

Ток замыкания в формулах для сетей с изолированной нейтралью можно определить по приближенной формуле

;

где U_н – линейное напряжение сети, кВ, l_к и l_в – общая длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

В сетях с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока следует принимать:

а) ток, равный 125 % номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов (для заземляющих устройств к которым присоединены компенсирующие аппараты);

б) остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощных из компенсирующих аппаратов (для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты).

Защитное сопротивление вычисляется для обоих классов напряжений, применяемых на подстанции. За расчетное сопротивление подстанции принимается наименьшее из сопротивлений.

Для расчета защитного сопротивления используются два основных инженерных способа: 1) коэффициентов использования; 2) наведенных потенциалов.

Способ коэффициентов использования применяется как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей. При этом грунт рассматривается как однородный и лишь для верхнего слоя земли учитывается промерзание или высыхание грунта. В действительности земля не является однородной, а имеет сложное строение.

Во втором способе принимается двухслойная модель земли с разными удельными сопротивлениями нижнего и верхнего слоев грунта. Этот способ более трудоемок, требует дополнительных сведений о составе и удельных сопротивлениях грунта, но зато дает более точные результаты.

Для учебных целей, когда точных данных нет, обычно пользуются первым способом.

Заземлители делятся на естественные и искусственные. Для снижения расходов на заземляющие устройства в первую очередь нужно использовать естественные заземлители. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать трубы водопроводов, трубопроводов (за исключением нефтепроводов и газопроводов), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей (алюминиевые не допускаются).

Если сопротивления естественных заземлителей недостаточно, то применяются искусственные заземлители.

Искусственные заземлители – это металлические электроды, заглубленные в землю специально для устройства заземлителей. Они состоят из вертикальных электродов, связанных между собой горизонтальным электродом, уложенным на глубину 0,5−0,7 м.

В качестве вертикальных электродов можно использовать прутки, трубы и уголки. Они имеют минимальные допустимые размеры: у прутка из черной стали диаметр не менее 16 мм, а из стали оцинкованной – диаметр не менее 10 мм.

В качестве горизонтального электрода можно использовать: полосу сечением не менее 100 мм² (обычно берут 4 40 мм²) или пруток диаметром 10 мм (как из черной, так и из оцинкованной стали).

В зависимости от места размещения заземлители различают двух типов: выносной и контурный. Контурное заземляющее устройство размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки, потому его еще называют распределенным. В учебных целях мы рассматриваем только контурный заземлитель (рис. 1.5).

 

а) б)

Рис. 1.5. Контурный заземлитель закрытой а) и открытой б) подстанций: 1 – вертикальные электроды; 2 – горизонтальный электрод;

3 – ограда; 4 − выравнивающая сетка

Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения применяются выравнивающие сетки. На открытых подстанциях рекомендуется укладывать сетки на глубине 0,5 – 0,7 м с размером ячеек 6 –12 м. Сопротивление сетки в расчетах не учитывается, обеспечивая дополнительное (резервное) уменьшение сопротивления.