Основные параметры заземляющего устройства

По схеме размещения электродов определяется длина полосовых заземлителей, а по соответствующей формуле, (см. строку 6, табл. 1) — суммарное сопротивление их .

Далее определяется сопротивление растеканию одно стержневого электрода по формуле, приведенной в строке 4 табл. 1.

Затем, подставив численные значения , , и в уравнение

, ом, (18)

где,- коэффициент использования полосовых электродов;

- коэффициент использования стержневых электродов;

- число стержневых электродов.

и задавшись числом стержневых электродов , находим по табл. 2 и 3 соответствующие коэффициенты использования и , при которых решается уравнение.

Проверка термической устойчивости заземляющего устройства

При прохождении через заземляющее устройство больших токов замыкания на землю вследствие недостаточной поверхности электродов возможны значительный нагрев грунта и испарение содержащейся в нем влаги, сопро­вождающиеся резким повышением сопротивления и по­тенциала заземлителя. Кроме того, при недостаточном се­чении заземляющих проводов возможны чрезмерный их на­грев и как следствие расплавление или пережог, т. е. на­рушение контакта. Во избежание этих явлений заземлители и заземляющие провода должны быть проверены на термическую устойчивость.

Проверка заземлителя на термическую устойчивость производится по формуле

, см², (19)

где — требующаяся поверхность заземлителя, соприкасающаяся с грунтом, см²;

— расчетный ток замыкания на землю, а;

— удельное сопротивление грунта в наиболее сухой период лета, ом∙см;

— длительность замыкания на землю, сек.

Заземлители, удовлетворяющие требованиям действующих Правил устройства электроустановок [Л. 28] в части величины сопротивления растеканию тока, обладают достаточной поверхностью и на термическую устойчивость не проверяются.

Проверка заземляющих проводов на термическую, устойчивость производится лишь для уста­новок выше 1000в с большими токами замыкания на землю по следующей формуле:

, мм², (20)

где - требуемая площадь сечения заземляющего про­вода, мм²;

- коэффициент, равный 74 для стали и 195 для меди.

При этом принято, что начальная температура провода составляет 20°С, а конечная 400°С.

Если проводники имеют сечение не менее 4x40мм и ток замыкания на землю не превышает 10ка, то они удовлетво­ряют термической устойчивости и расчетами не проверяются.

Пример расчета заземляющего устройства

Задание. Рассчитать заземляющее устройство подстанции 110/35/6кв.

Исходные данные:

а) подстанция понизительная; имеет два транс­форматора 110/35/6кв с глухо заземленной нейтралью со стороны 110кв; для питания собственных нужд имеется трансформатор 6/0,4кв с заземленной нейтралью со стороны низшего напряжения; распределительные устройства 110 и 35кв открытого типа, 6кв — закрытого;

б) компоновка оборудования и сооружений подстанции показ, на рис. 15;

в) удельное сопротивление грунта, измеренное при средней влажности с помощью стержневого электрода длиной 2,5м и заглубленного в землю на 0,8м, составило ом∙см, а с помощью полосового электрода, уложенного на глубине 0,8м, ом∙см; по данным метеослужбы местность относится к первой климатической зоне;

г) в качестве естественного заземлителя может быть использована система «трос — опоры» двух подходящих к подстанции воздушных линий 110кв на металлических опорах каждая с одним грозозащитным тросом; трос стальной сечением 50мм²; длина пролета 250м; наибольшее сопротивление заземления опоры 15ом; число опор с тросом на каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы «трос — опоры» отсутствуют;

д) расчетный ток замыкания на землю на стороне 110кв 5ка, стороне 35кв 40а, на стороне 6кв 30а.

Сопротивление растеканию тока согласно требованиям Правил устройства электроустановок должно быть не более 0,5ом (см. стр. 18).

Если расчёт вести по напряжениям прикос­новения и шага, значения которых в этом случае должны быть даны, то необходимо будет воспользоваться уравнениями (11) и (12). Пусть в и в. Составляем предвари­тельную схему размещения электродов на территории подстанции, выб­рав их форму — полосовые и стержневые (уголки) и размеры (рис. 15).

Рис. 15. Схема заземления подстанции 110/35/6кв.

По табл. 5 находим коэффициенты прикосновения и .

Пусть площадка подстанции имеет гравийную засыпку, благодаря чему поверхностного слоя грунта составляет 10⁵ом∙см. Тогда, приняв ом, найдем из (13) и (14):

;

.

Теперь можно определить требующееся :

по напряжению прикосновения (11)

ом;

по напряжению шага (12)

ом.

В качестве расчетного следует принять меньшее значение, т. е. 0,52ом.

Сопротивление естественного заземлителя определяем по (16) и (17):

ом.

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя получим из (15), приняв ом:

ом.

Предварительную схему заземления наносим на план подстанции (рис. 15), приняв контурный тип заземления из полосовых электродов сечением 4х40мм и стержневых из угловой стали 50х50мм длиной 2,5м. При этом образуются как бы три заземлителя: контур вокруг ЗРУ из полосовой стали, заложенный на дно котлована фундамента глубиной м; контур по периметру ОРУ, выполненный из полос, заглубленных на 0,8м, и вертикальных электродов (уголков); двух ма­гистралей внутри контура из полос, проложенных на глубине 0,8м, и вертикальных электродов (уголков), отстоящих один от другого на расстоянии 10м. К этим магистралям присоединяются молниеотводы, устанавливаемые на конструкциях открытых распределительных устройств (ОРУ).

Кроме того, вдоль осей оборудования предусматриваем прокладку выравнивающих проводников. Сопротивление растеканию тока эти проводников не учитываем.

Параметры заземления. Определяем сопротивления растеканию контуров и магистралей. Длины полос определяем по схеме.

Контур вокруг ЗРУ: длина полосы м; коэффициент использования принимаем равным единице, так как сторон этого контура расположены на большом расстоянии одна от другой.

Поскольку полоса закладывается в землю на большую глубину (2,5м), сопротивление растеканию ее не будет зависеть от климатических условий, т. е. коэффициент сезонности ; за расчетное удельное сопротивление принимаем измеренное удельное сопротивление при стержневом заземлителе, т. е. ом∙см. Сопротивление растеканию контура (полосы) определяем по формуле, приведенной в табл. 1, строка 6:

ом.

Внутренние магистрали. Длина одной магистрали м; количество уголков в ней шт. Коэффициент сезонности согласно табл. 7 составляет для полосы ; для уголка .

Сопротивление растеканию одной полосы магистрали и одного стержневого электрода определяем по формулам, приведенным в табл. 1:

ом;

ом.

Сопротивление растеканию одной магистрали найдем по (18) предварительно определив по табл. 2 и 3 коэффициенты экранирования и :

ом.

Сопротивление растеканию обеих магистралей

ом.

Контур вокруг ОРУ: длина контура (полос) м; .Число уголков неизвестно. Сопротивление , которым должен обладать контур, найдем из следующей зависимости:

, ом; (21)

,

откуда ом.

Сопротивление полосы контура равно:

Теперь нам остается определить количество уголков . Для этого подставим численные значения , и в (16)

ом.

Задаваясь числом электродов , находим по табл. 2 и 3 зна­чения и , при которых удовлетворяется это равенство.

В данном случае это условие выполняется при , когда и .

Эксплуатация заземляющих устройств

Возможные повреждения заземляющих устройств

В процессе эксплуатации не исключена возможность повышения сопротивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного значения и нарушения целостности заземляющей проводки.

Повышение сопротивления заземлителя может быть следствием сезонных колебаний удельного сопротивления грунта, не учтенных проектом; высушивания почвы под воздействием находящихся вблизи заземлителя горячих поверхностей — трубопроводов пара, горячей воды и пр.; разрушения контактов заземлителя и электродов при про­текании больших токов или от коррозии и т. п.

Нарушение целостности сети заземления — обрывы проводов, ослабление болтовых соединений, нарушения кон­тактов и пр. могут быть результатом случайных механических воз­действий на заземляющие проводники, а также термического или ди­намического действия аварийных токов, ошибочных операций при ре­монтных работах и пр.

Во всех этих случаях заземляющие устройства теряют, как правило, способность обеспечить безопасность людей во время замыкания фа­зы на корпус, поскольку при этом возможно значительное увели­чение потенциала заземлителя, а следовательно, и напряжений при­косновения и шага.

Исключить указанные опасности можно тщательным надзором за состоянием элементов защитного заземления и периодической про­веркой сопротивления растеканию тока.