 |
Расчет защитного заземления и зануления
|
|
|
|
Расчет защитного заземления
Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора с изолированными нейтралями на стороне 10кВ и с глухозаземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ; размещена в отдельном кирпичном здании. Предполагаемый контур искусственного заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м.
Таблица 3. Исходные данные к расчету
| № вар. | U, кВ | Контур заземлителя | Re, Ом |
|
|
| d, мм | Lг, м | Сечение полосы (размеры), мм | to, м |
|
| |
| длина, м | ширина, м | ||||||||||||
| 19 | 10 | 15 | 15 | 34 | 165 | 160 | 2,5 | 12 | 60 | 40х4 | 0,5 | 120 | 176 |
, км
, км
, м
, Ом∙м
, Ом∙м
В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию, с учетом сезонных изменений, составляет Rв=34 Ом. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 10 кВ – кабельных 
км, воздушных 
км.
Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной 
м, диаметром d=12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы длиной Lг=50 м, сечением 4х40 мм, уложенной в землю на глубине
to = 0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта, полученные в результате измерений и расчета равны:
для вертикального электрода длиной 5 м 
Ом∙м;
для горизонтального электрода длиной 50 м 
Ом∙м.
Рис. 2. Предварительная схема контурных искусственных заземлителей подстанции: (n=10 шт., а=5 м, LГ=50 м)
Проводим расчет заземлителя в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению [2].
|
|
|
Расчетный ток замыкания на землю на стороне с напряжением U=6 кВ, [2, с. 204]:
А
Требуемое сопротивление растеканию заземлители, который принимаем общим для установок 10 и 0,4 кВ, [2, табл. 1]:
Ом
Требуемое сопротивление искусственного заземлители [2, с. 207]:
Ом
Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м вокруг здания подстанции. Вертикальные электроды размещаем на расстоянии а=5 м один от другого.
Из предварительной схемы следует, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода LГ=50 м, а количество вертикальных электродов n=LГ/a = 50/5 = 10 шт., рис. 1а.
Уточняем параметры заземлителя путем проверочного расчета.
Определяем расчетное сопротивление растеканию вертикального электрода
[2. с. 90, табл. 3.1]:
Ом
d =12 мм =0,012 м – диаметр электрода,
м.
Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода [4, с. 90, табл. 3.1.]:
Ом,
где
В=40 мм=0,04 м – ширина полосы,
t=t0=0,8 м – глубина заложения электрода.
Для принятого нами контурного заземлителя при отношении 
и n=10 шт. по таблице 4 определяем коэффициенты использования электродов заземлителя:
– коэффициент использования вертикальных электродов,
– коэффициент использования горизонтального электрода.
Находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя, [2, с. 181]:
Ом
Это сопротивление R=3,9 Ом больше, чем требуемое RИ=0,778 Ом, поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов.
Решение этой задачи представим в виде таблицы
Таблица 4. Расчет защитного заземления
| Число вертикальных электродов | Длина горизонтальных электродов | Rг | 
| 
| R |
| 10 | 50 | 6,7 | 0,34 | 0,56 | 3,896681 |
| 28 | 210 | 1,98 | 0,24 | 0,43 | 1,773492 |
| 54 | 450 | 1,018 | 0,38 | 0,2 | 1,298128 |
| 88 | 770 | 0,634 | 0,372 | 0,197 | 0,816924 |
| 97 | 855 | 0,578 | 0,362 | 0,191 | 0,748988 |
|
|
|
Это сопротивление R=0,748 меньше требуемого RИ=0,753 но так как разница между ними невелика и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.
Итак, окончательная схема контурного группового заземлителя состоит из 97 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м, диаметром 12 мм, с расстоянием между ними равным 5 м и горизонтального электрода в виде сетки длиной 855 м, сечением 4х40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м.
Расчет зануления.
Требуется проверить обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, при нулевом защитном проводнике – стальной полосе сечением 30x4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3х6 мм2 питается or трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток «треугольник – звезда с нулевым проводом» (
). Двигатели защищены предохранителями I1ном=30 А (двигатель 1) и I2ном=20 А (двигатель 2). Коэффициент кратности тока К=3.
Решение
Решение сводится к проверке условия. (2, с. 233, ф. 6.3):
,
где
– ток однофазного короткого замыкания, проходящий по петле фаза-нуль;
– наименьший допустимый ток по условию срабатывания защиты (предохранителя);
- номинальный ток плавкой вставки предохранителя.
Выполнение этого условия обеспечит надежное срабатывание защиты при коротком замыкании (КЗ) фазы на зануленный корпус электродвигателя, т.е. соединенный нулевым защитным проводником с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора.
– Определяем наименьшие допустимые значения токов для двигателей 1 и 2:
А;
А
– Находим полное сопротивление трансформатора
Ом [2, табл. 6.5]
– Определяем на участке 
м 
км активное 
и индуктивное 
сопротивления фазного провода; активное 
и индуктивное 
сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление 
петли фаза-нуль:
Согласно паспортным данным кабеля марки АПВ 4х6 [6]:
Rуд = 5,21 ом/км
Xуд, ом/км=0.1 ом/км
Ом,
Ом
Принимаем 
=0 Ом
Находим ожидаемую плотность тока в нулевом защитном проводе – стальной полосе сечением
мм2;
А/мм2
По [2, табл. 6.6] для 
А/мм2 и 
мм2 находим:
Ом/км – активное сопротивление 1 км стального провода,
Ом/км – внутреннее индуктивное сопротивление 1 км стального провода.
|
|
|
Далее находим 
и 
для м км:
Ом; 
Ом
Определяем 
для 
м 
км:
Ом
Ом/км – внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза-нуль, величина которого принята по рекомендации [2, с. 240].
– Определяем на всей длине линии 
активное 
и индуктивное 
сопротивления фазного провода; активное 
и индуктивное 
сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление 
петли фаза-нуль:
Ом
Ом
Аналогично предыдущему принимаем:
=0 Ом
Ожидаемая плотность тока в нулевом защитном проводе:
А/мм2
По [2, табл. 6.5] для 
А/мм2 и 
мм2 находим:
Ом/км
Ом/км
Далее находим 
и 
для 
:
Ом;
Ом
Определяем 
для 
:
Ом,
где 
Ом/км принято по рекомендации [2, с. 240] как и в предыдущем случае.
Рис. 3 Схема сети к расчету зануления
– Находим действительные значения токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле фаза-нуль по формуле [2, с. 235, ф. 6.8]:
для следующих случаев:
а) при замыкании фазы на корпус двигателя 1
А
б) при замыкании фазы на корпус двигателя 2:
А
– Вывод: поскольку действительные значения токов однофазного короткого замыкания 
А и 
А превышают соответствующие наименьшие допустимые по условиям срабатывания защиты токи 
А и 
А, нулевой защищенный провод выбран правильно, т.е. отключающая способность системы зануления обеспечена.
Литература
1. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М: Энергоатомиздат, 1987.
2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов 2-ое изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 448 с.
3. Постников Н.П., Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – Л., Стройиздат, 1980. – 376 с.
4. ПУЭ 2002 г.
5. ПТЭЭ 2002 г.
6. http://www.electroshield.ru
|
|
|
