Расчет заземления контура ТП и повторных заземлений

Перед расчетом заземляющего устройства устанавливаются исходные данные для проектирования: удельное сопротивление грунта, длина профиля вертикального электродов (круглые стержни, труба или уголок), размеры площадки для сооружения заземляющего устройства и расположение электродов на ней (в ряд, по замкнутому контору), значение сопротивлений заземлителя и повторных заземления в сети и др.

Расчёт заземляющих устройств ведут в следующем порядке:

1.Устанавливается необходимое для ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчётным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшим из требуемых.

2.Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учётом использования естественного заземлителя , а также эквивалентного повторного заземлителя , включенных параллельно, из выражения

(54)

При этом сопротивление искусственного заземления не должно быть больше величин, приведённых выше, с учётом повышающих коэффициентов для грунтов с большим удельным сопротивлением.

3. Определяется расчётное удельное сопротивление грунта с учётом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзания зимой.

Средние данные сопротивления грунтов и рекомендуемые для предварительного расчёта смотрите в таблице 7.1

При курсовом дипломном проектировании значение повышающих коэффициентов, К для третей климатической зоны (зоны Беларуси) могут быть приняты:

- для стержневых электродов длиной 2…3 м и с глубиной заложения их вершин 0,5…0,8 м - 1,4…1,6;

-для протяжных горизонтальных электродов и с глубиной заложения их 0,8 м – 2,0…2,5.

Расчётное удельное сопротивление грунта определяется зависимостью

(55)

где - значение удельного сопротивления грунта по таблице, К – повышающий коэффициент.

Таблица 25 - Удельное сопротивление грунта

Грунт	Удельное сопротивление Ом*м	Грунт	Удельное сопротивление Ом*м
Глина Глина каменистая Земля садовая Известняк Лёсс Мертель Песок мелкий		Песок с валунами Скала Суглинок Супесь Торф Чернозём Вода грунтовая

Рисунок 36 - Графики для определения коэффицентов экранирования стержневых заземлений (а) и полосы связи (б).

1. Определяет сопротивление растеканию тока вертикального электрода по формуле:

(56)

где - значение удельного сопротивления грунта, Ом*м;

k- числовой коэфицент вертикального заземлителя: для круглых стержней и труб k=2, для уголков k=2.1;

L- длина электрода, м;

d-внешний диаметр трубы или диаметр стержня, а для уголка- ширина полки, м;

- глубина заложения, равно расстоянию от поверхности земли до середины трубы или стержня, м.

- (обычно 2…5 м) h_ср=h_ch+(L_в/2) (57)

Глубина заложения до поверхности земли (0,5…0,8 м)

Для приближенных расчетов значения можно определить по формуле:

R_в=р_р.н/L_в (58)

2. определяют сопротивление горизонтального заземлителя (полосы связи) по формуле:

R_r=0,336*р_расч.*Ln(kL²/dh)/L (59)

где L-длина горизонтального заземлителя, м;

k- коэфицент формы горизонтального заземлителя: - для круглого сечения k=1, для прямоугольного k=2;

мм, или уголок l_в=2,5 м 40х40х4 R=31,2 Ом- примерно сопротивление одного повторного заземлителя из стали, тогда подсчитаем количество к.з на ВЛ и рассчитываем общее сопротивление всех повторных заземлителей:

r_п.1=R_п.1/n- R₀/n (60)

7. Определяем теоретическое число вертикальных заземлителей

n_r=R₀/r_квк (61)

8. Определяю действительное число стержней с учетом полосы связи

n_з=R₀η_r/η₀[1/(r_ков η_r)-l/R_r] (62)

где η_в- коэффициент экранирования вертикальных электродов; η_r – коэффициент экранирования горизонтальных электродов;

Эти коэффициенты определяют по рисункам в зависимости от числа вертикальных заземлителей и отношения а/1 (а=1/n –расстояние между стержнями, м; l-периметр заземлительного контура полосы связи, м).

Если по формуле получают n_з ≤ n_r, то для выполнения заземления принимают число стержней, равное n_r; если получают n_з ≥ n_r, то для монтажа принимают n_з стержней, находят значение коэффициентов экранирования η_в и горизонтальных η_r заземлителей при n_з стержней и новом значении а. после чего проводят проверочный расчет.

По значению n_з находят η₀ и определяют расчетное сопротивление заземляющего устройства:

r_расч, = R_в/(n_з η^/_в) (63)

Если r_расч ≥ r_иск. , то на этом расчете заканчивают.

Если r_расч > r_иск. , то увеличивают число стержней, пока r_расч не станет равным r_иск. или меньше его

В электроустановках с большими токами замыкания на землю заземлителя проверябт на термическую устойчивость, при протекании тока замыкания на замлю I₁ который принемается равным установившимся току однофазным короткого замыкания I¹ _∞. Проверку на термическую устойчивость проверяют по условию:

(64)

Где - сумарноя поверхность вертикальных заземлителей, м

- примерное время короткого замыкания, с.

Наименьшее допустимое сечение полосы связи и полос для выравнивания потенциала (мм²) определяют по формуле:

(65)

Где С- термический коэффициент (для стали С=70). F₀ для уголков = 2πl (В+b-d) для круглых стержней = nπdl (где n-число заземлителей; В и b- ширина большей и меньшей полок уголка, d- толщина полки уголка (диаметр круглого стержня).

Ток замыкания на землю в системах 6 … 35 кВ с изолированной нейтралью определяют по формуле:

I₂ =U_н(I_в+35 I_к)/350 (66)

Где U_н - номинальное напряжение сети, кВ; I_к, I_в- длина электрически связанных воздушных и кабельных линий, включая ответвления, км.

В результате расчета заземляющего устройства в проекте должны быть приведены: расчетные значения сопротивления заземления (искусственного, полного), расход материалов на изготовление вертикальных электродов и полос. План и разрезы электрода в земле и др.

Пример расчета заземления контура ТП и повторных заземлений.

В соответствии с ПУЭ, РТЭ и ПТБ производится расчет зазамляющего устройства подстанций 10/0.4 кВ, повторных зазамлений на отходящих линиях, зануление электроустановок, проверка защитного отключения при повреждении электроустановок. Согласно ПУЭ, при использовании заземляющего устройства (в сетях до 1 кВ с глухозаземленой нейтралью), к которому присоеденены нейтрали трансформаторов при линейном напряжении 380В в любое время года, не должно превышать R_з ≤4 Ом. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей и повторных заземлений нулевого провода ВЛ до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление повторного R_повт. Должно быть не более 30-ти Ом. Общее сопротивление растекания заземлителей (в том числе естественных, всех повторных заземлений, нулевого рабочего провода ВЛ) не должно превышать R_з.устр ≤ 10 Ом прилинейном напряжении 380 В.

Рассчитываем заземление контура ТП и повторных заземлений.

Исходными данными для расчета являются:

-тип заземлителя - стержень, диаметр 10 мм, 1=4;

- ρ_расч= k_c * k₁* ρ_изм= 1,15*1,1*250=316,3 Ом *м (67)

Где

ρ_изм – измеряемое сопротивление грунта, Ом*м;

k_c – коэффициент сезонности, k_c=1,15;

k₁ – учитывающий состояние грунта, k₁=1,1.

Определяем сопротивление вертикального заземления, Ом:

(68)

Где

- длина электрода, м;

- диаметр стерня, м;

- глубина заложения, равна расстоянию от поверхности земли до середины стержня, м;

м (69)

Ом

Определяем общее сопротивление повторных заземлений, Ом:

η_пз=88,6/21=4,2 Ом, (70)

где

η_пз – число повторных заземлений.

Определяем расчетное сопротивление заземления нейтрали трансформатора сучетом повторных заземлений, Ом:

Ом (71)

Принимаем расчетное сопротивление нейтрали 10 Ом.

Определяем теоретическое число стержней, шт:

шт (72)

Принимаем 9 шт.

Определяем длину полосы связи, м:

м, (73)

где

a – расстояние между заземлителями.

Определяем расчетное сопротивление грунта для горизонтального заземлителя

ρ_расч= k_c * k₁* ρ_изм=2,5*1,6*250=1000 Ом *м

Определяем сопротивление горизонтальной связи, Ом:

R_г=0,366*р_расч*lg /L_Г=0,366*1000*lg Ом, (74)

где

d – диаметр стержня, м.

Определяем действительное число стержней, шт:

η_г*[1/(r_иск*η_г)-1/R_г]/η_в=88,6*0,3*[1/(10*0.3)-1/51.3]/0.6=14 шт (75)

Определяем действительное число сопротивление искуственоого заземления, Ом:

r_иск=R_в*R_г/(R_г*η_д * η_в + R_в* η_г)=88,6*51,3/(51,3*14*0,6+88,6*0,3)=9,9 Ом ≤ 10 Ом

Определяем расчетное сопротивление контура, Ом:

r_расч=r_иск*r_пз/ (r_иск+r_пз)=9,9*4,2/(9,9+4,2)=2,9 Ом ≤ 4 Ом (76)

Принимаем для монтажа 14 стержней

Рисунок 37 - Контур заземления ТП

Если на объекте проектирования принято несколько подстанций, то в заключении делают сводную таблицу по результатам расчета контура заземления.

Пример таблицы:

Таблица 26 – Результаты расчета контура заземления подстанций

Номер Подстанции	Измерение сопротивления грунта, ρизм, ОМ*м	Размер электрода, мм	Тип электрода	Длина электрода L,м	Сопротивление вертикального заземлителя Rв, Ом	Сопротивление горизонт. заземления Rг, Ом	Число повторных заземлителей На ВЛ nпз	Длина горизонтальной полосы L, м	Число действительных вертикальных заземлителей n шт
ЗТП-1			Стерж.		88,6	51,3				9,9	2,9
КТП-2			Стерж		88,6					6,5	3,6

Таблица 27 - Коэффициенты, учитывающие состояние грунта при измерении

Тип электрода	Коэффициенты к значениям удельного сопротивления земли, учитывающие её состояние во время измерения
К1	К2	К3
Вертикальный: Длиной 3 м Длиной 5 м	1,15 1,1		0,92 0,95
Горизонтальный: Длиной 10 м Длиной 50 м	1,7 1,6		0,75