Назначение заземляющих устройств и растекание тока в земле

Лекция №12. Заземляющие устройства в электроустановках

Особенности структуры систем с.н. атомных станций, гидростанций и подстанций

На АЭС в отношении надежностиэлектроснабжения потребители с.н. разделяются на три группы: I - особо ответственные потребители, не допускающие перерывов питания; II - особо ответственные потребители, допускающие перерыв питания на время 1-3 мин; III - потребители, не предъявляющие повышенных требований к надежности электроснабжения.

Наиболее ответственными рабочими машинами на ГЭС являются насосы системы регулирования и смазки гидротурбин, насосы технического водоснабжения, насосы и вентиляторы системы охлаждения генераторов и трансформаторов и др, которые не требуют регулирования производительности. Для привода их применяют асинхронные электродвигатели с к.з. ротором, которые присоединяются к сети 380/220 В. В качестве независимых источников энергии предусматривают аккумуляторные батареи.

Для электроснабжения приемников общего назначения и местной нагрузки предусматриваются два трансформатора с вторичным напряжением 6-10кВ, мощность которых выбирают достаточной для нагрузки.

Наиболее ответственными приемниками электроэнергии системы с.н. подстанций являются системы управления, телемеханики и связи, электроснабжение которых может быть осуществлено или от сети переменного тока через стабилизаторы и выпрямители, или от независимого источника энергии - аккумуляторной батареи.

Содержание лекции: заземляющие устройства и их особенности.

Цель лекции: изучение особенностей заземляющих устройств и их расчет.

По назначению различают: грозозащитное заземление - для защиты сооружений, электрооборудования от прямых ударов молнии (молниеотводы) и для заземления опор, разрядников и др.; рабочее заземление - для обеспечения нормальной работы электроустановки (заземление нейтралей силовых трансформаторов в сетях 110 кВ и выше); защитное заземление - для создания безопасных условий обслуживания электроустановки.

Если при повреждении проходного изолятора трансформатора на стороне 110 кВ (сеть с эффективным заземлением нейтрали) произошло однофазное к.з. на землю через кожух трансформатора, заземляющий проводник и вертикальный стержневой заземлитель, как это показано на рисунке 12.1, то ток к.з. будет проходить с поврежденной фазы на кожух трансформатора и через заземлитель в землю. По мере удаления от заземлителя объем земли увеличивается, а плотность тока соответственно уменьшается. Вблизи трубы потенциал имеет большие значения и падает очень резко, а далее - меньшие и снижается постепенно. На расстоянии 15-20 м от трубы потенциал всех точек земли практически равен нулю. Эти точки нулевого потенциала обычно называют «землей» в электротехническом смысле. Разность потенциалов между заземленной частью электроустановки и «землей» при прохождении тока через заземлитель называют напряжением относительно земли.

Сопротивление заземляющего устройства состоит из сопротивления заземляющих проводов (от заземленного аппарата, до заземлителя); сопротивления металлических частей заземлителя; переходного сопротивления между заземлителем и грунтом; сопротивления, которое оказывает грунт прохождению тока (сопротивление растеканию).

При токе промышленной частоты первые три слагаемых сопротивления пренебрежимо малы и сопротивление заземлителя существенно зависит от удельного сопротивления грунта ρ, которое определяется его составом, плотностью, влажностью и температурой и может изменяться в очень широких пределах (от 20 Ом для торфа и до 400 Ом и более для песка). При нарушениях фазной изоляции в сети с эффективным заземлением нейтрали на поверхности земли возникают потенциалы и обслуживающий персонал может оказаться под высоким напряжением - напряжением прикосновения или шаговым напряжением, как это показано на рисунке 12.1.

Напряжение прикосновения U_прин=φ_max-φ₂; шаговое напряжение U_шаг=φ₁-φ₂; напряжение относительно земли U₃=φ_max-φ₀ (φ₀=0).

Рисунок 12.1 - Растекание тока в земле и распределение потенциала при вертикальном одиночном трубчатом заземлителе

Для уменьшения величин U_прин и U_шаг при проектировании и выполнении заземляющих устройств стремятся к возможно более равномерному распределению потенциала на площади РУ. Это достигается соответствующим размещением на площади электроустановки электродов (труб, уголков, полос) заземлителя в виде замкнутого контура (сетки), охватывающего всю площадь электроустановки, как это показано на рисунке 12.2.

При сооружении заземляющих устройств в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители. При невозможности обеспечить достаточное сопротивление заземления при помощи естественных заземлителей сооружают искусственные заземлители, которые обычно выполняют из вертикально забитых в грунт стальных труб или уголковой стали длиной 2-3 м на расстоянии 3-6 м друг от друга. Трубы применяют с внешним диаметром 48 или 60 мм, а уголковую сталь - с размерами 50x50 или 60х60 мм. Трубы и уголки забивают в грунт так, чтобы их верхний конец находился примерно на 0,7 м ниже уровня земли. Правила устройства электроустановок регламентируют следующие значения сопротивлений заземляющих устройств: в установках с эффективным заземлением нейтрали, т.е. с токами замыкания на землю более 500 А, R≤0,5 Ом; в установках выше 1000 В с незаземленной нейтралью , где - емкостный ток замыкания на землю всей сети данного напряжения; в установках с незаземленной нейтралью без аппаратов, компенсирующих емкостный ток, если заземляющее устройство используется для электроустановок до 1000 В, .

В электроустановках до 1000 В сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом (для установок с суммарной мощностью генераторов и трансформаторов не более 100 кВА допускается 10 Ом). В установках с несколькими РУ различных напряжений, например, на станции или подстанции, выполняют одно общее заземляющее устройство.