МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электрических станций
РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ В УСТАНОВКАХ С ЭФФЕКТИВНО-ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
Методические указания
к курсовому и дипломному проектированию
Для студентов з/о
специальности – 100100 электрические станции, обучающихся по ускоренной форме (на базе среднего технического образования)
Киров 2000
УДК 621. 311.2:621.313./.316
Составитель : к.т.н., ст. препод. Кушкова Е.И.,
каф. ЭС
Подписано в печать Усл.печ. л
Бумага типографская. Печать матричная.
Заказ № Тираж Бесплатно.
Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного авторами
Ó Вятский государственный технический университет, 2000
Права на данное издание принадлежат Вятскому
государственному техническому университету
Заземляющее устройство для установок с эффективно-заземленной нейтралью (110 кВ и выше) выполняется в виде горизонтальной сетки из проводников, уложенных в земле на глубине t=0,5¸0,8 м, и вертикальных электродов. Сетка охватывает всю площадь, на которой расположено электрооборудование. Она состоит из контурного проводника и некоторого числа внутренних проводников (продольных и поперечных), образующих квадратные или прямоугольные ячейки. Расстояние между продольными и поперечными горизонтальными заземлителями не должно превышать 30 м. Вертикальные электроды следует устанавливать только по периметру сетки. Длина вертикальных электродов lВ
=5¸20 м.
Размер ОРУ определяется исходя из размеров ячейки и количества ячеек. Площадь заземления (S, м2
) принимается равной площади ОРУ.
Строение земли, как правило, слоистое. Чтобы упростить расчет, реальную многослойную схему приводят к эквивалентной двухслойной.
Расчет заземляющих устройств в установках 110 кВ и выше производится по допустимому сопротивлению заземления (RЗ
=0,5 Ом) и предельно допустимому напряжению прикосновения (UПР.ДОП
), причем основной является вторая величина.
Порядок выполнения расчета:
1. По таблице 1 выбрать тип грунта верхнего и нижнего слоя земли. Определить удельное сопротивление верхнего (r1
, Ом×м) и нижнего (r2
, Ом×м) слоя. Задавшись климатической зоной, по таблице 2 определить толщину верхнего слоя (h1
=hC
, м).
Таблица 1 – Удельные сопротивления грунтов
| Грунт |
Ом × м |
Грунт |
Ом × м |
| Песок |
400¸1000 |
Торф |
20 |
| Супесок |
150¸400 |
Чернозем |
10¸50 |
| Суглинок |
40¸150 |
Мергель, известняк |
1000¸2000 |
| Глина |
8¸70 |
Скалистый грунт |
2000¸4000 |
| Садовая земля |
40 |
Таблица 2
| Климатическая зона |
I |
II |
III |
IV |
| Толщина слоя сезонных изменений hC
|
2,2 |
2,0 |
1,8 |
1,6 |
2. Зная размеры и количество ячеек ОРУ определить его площадь (S, м2
) и периметр (Р, м).
3. Задаться глубиной заложения (t =0,5¸0,8 м), размером и числом электродов и условно (в масштабе) разместить их на площадке ОРУ (рис. 1). Причем расстояние между горизонтальными полосами должно быть не более 30 м. Вертикальные проводники установить по периметру сетки, расстояние между ними от 1 до 4 lВ
.
Рисунок 1. Схема заземлителя.
4. Определить общую длину горизонтальных проводников (LГ
, м), количество (nВ
) и полную длину вертикальных электродов (LВ
= lВ
×nВ
, м), среднее расстояние между вертикальными проводниками ( = P/ nB
).
5. Определить сопротивление заземлителя:
,
где при ;
при .
– эквивалентное удельное среднее сопротивление земли.
,
где при ;
при .
6. Сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:
,
где – сопротивление естественных заземлителей.
Поскольку на сопротивление естественных заземлителей влияют многие факторы, то его величину определяют непосредственно измерением. В расчетах можно приближенно принять =1,5¸3 Ом.
7. По таблице 3 определить наибольшее допустимое напряжение прикосновения (UПР.ДОП
, В). За расчетную длительность воздействия принимается tB
=tРЗ
+ tОВ
(см. расчет токов КЗ).
Таблица 3
| Длительность воздействия, с |
до 0,1 |
0,2 |
0,5 |
0,7 |
1,0 |
более 1 до 3 |
| Наибольшее допустимое напряжение прикосновения, В |
500 |
400 |
200 |
-align:center;">130 |
100 |
65 |
8. Напряжение, приложенное к человеку
,
где – коэффициент распределения потенциала по поверхности земли
.
Параметр М определяется по таблице 4.
Таблица 4
|
|
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
10 |
| М |
0,36 |
0,50 |
0,62 |
0,69 |
0,72 |
0,75 |
0,77 |
0,79 |
0,80 |
0,82 |
Коэффициент ,
где =1000 Ом – сопротивление тела человека; –сопротивление растекания тока от ступней.
– сопротивление верхнего слоя земли.
– начальное значение периодической составляющей тока при однофазном КЗ на ОРУ.
Так как в сети с эффективно-заземленной нейтралью принимаются меры по ограничению тока однофазного КЗ, для того чтобы он не превышал тока трехфазного КЗ, то при расчете заземления условно можно принять .
9. Проверяется условие UЧ
< UПР. ДОП
.
Если условие не выполняется, то необходимо уменьшить расстояние между горизонтальными заземлителями (увеличивается LГ
), увеличить число и длину вертикальных заземлителей. Эффективной мерой является подсыпка гравия или щебня слоем 0,15¸0,2 м по всей территории ОРУ. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает ( Ом×м), что снижает ток, проходящий через человека, так как резко возрастает .
Пример расчета заземляющего устройства.
Задание.
Рассчитать заземляющее устройство ОРУ 220 кВ, выполненное по схеме две системы сборных шин с обходной. Число присоединений равно 8. Начальное значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на ОРУ 10 кА, время отключения t =0,2 с.
Решение.
1. По таблице 1 принимаем в качестве верхнего слоя супесок (Ом×м), в качестве нижнего слоя суглинок ( Ом×м). Пусть РУ находится во второй климатической зоне, тогда по таблице 2 h1
=2 м.
2. По [3] размеры ячейки типового ОРУ 220 кВ, выполненного по схеме две системы сборных шин с обходной 90,6х15,4 м. На ОРУ 8 ячеек присоединений, а также ячейки шиносоединительного и обходного выключателей, всего 10 ячеек. Размеры ОРУ 90,6х154 м, площадь S=13952,4 м2
., периметр Р=489,2 м.
3. Принимаем глубину заложения электродов t=0,6 м, расстояние между горизонтальными полосами 20 м., длина вертикальных электродов lВ
=20 м. Вертикальные электроды установлены по периметру сетки в местах пересечения внутренних проводников с контурным. Уточняем расстояние между горизонтальными проводниками. Количество ячеек и . Принимаем 4 и 7 ячеек. Расстояние между продольными проводниками м, между поперечными м. На рисунке 1 приведена схема заземлителя.
Рисунок 1. Схема заземлителя ОРУ 220 кВ.
4. Общая длина горизонтальных проводников
м.
Число вертикальных электродов nВ
=22, полная длина вертикальных электродов
LВ
= lВ
×nВ
, м.
.
Среднее расстояние между вертикальными проводниками
= P/ nB
, м.
= 489,2/22=22,2 м.
5. Определяем сопротивление заземлителя
, Ом.
м;
>0,1;
.
, Ом×м.
.
.
.
6. Сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:
, Ом.
Сопротивление естественных заземлителей приближенно принимаем =1,5 Ом.
.
Сопротивление заземляющего устройства ниже допустимого, но основной является величина допустимого напряжения прикосновения.
7. По таблице 3 для длительности воздействия tВ
=0,2 с наибольшее допустимое напряжение прикосновения UПР. ДОП
=400 В.
8. Рассчитываем напряжение, приложенное к человеку
, В.
.
По таблице 4 для =4 параметр М=0,72.
.
Коэффициент ,
где =1000 Ом – сопротивление тела человека;
–сопротивление растекания тока от ступней.
=400 – сопротивление верхнего слоя земли.
.
=10 кА.
.
10. UЧ
> UПР. ДОП
.
Для уменьшения напряжения прикосновения применим подсыпку слоя гравия толщиной 0,2 м по всей территории ОРУ. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом Ом×м, тогда
.
Подсыпка гравием не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,6 м больше толщины слоя гравия, поэтому соотношение и величина М остаются неизменными, тогда напряжение прикосновения
,
что меньше допустимого значения 400 В.
Литература
1. Электротехнический справочник, т.1 /Под. общ. ред. В.Г. Герасимова и др./ – М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций.– М.: Энергоатомиздат, 1990.
3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.– М.: Энергоатомиздат, 1987.
4. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия, 1979.