Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Сургутский филиал

Домашнее задание

по дисциплине

«Техника высоких напряжений»

«Расчет заземляющего устройства подстанции»

Вариант №23

Выполнил: студент гр. Э-411

Кайдалов Е.О.

Проверил: к.т.н., ст. преподаватель

Планков А. А.

Сургут, 2015 г.

Исходные данные подстанции

Вариант задания	23
Размер подстанции А, м	34
Размер подстанции В, м	40
Ширина ЗРУ, м	8
Климатическая зона	2
Низкое напряжение, кВ	6
Ток замыкания, А	19
Грунт	Глина
Удельное сопротивление, Ом∙м	50
Параметры системы трос-опора
Сопротивление опоры, Ом	11
Длина пролета, м	290
Сечение троса, мм2	90
Высота оборудования
Портала, м	11
Трансформатора, м	6
ЗРУ, м	6

Рис.1. Понизительная подстанция на 110/6-10 кВ (тип I): а − план подстанции;

б – разрез

Цель расчета: изучить назначение, порядок расчета, некоторые особенности монтажа заземляющего устройства подстанции.

При вычислении периметра заземляющего контура следует учесть, что контур расположен только на открытой части подстанции, поэтому от ширины А надо отступить с каждой стороны по 2 м, а из длины В надо вычесть еще и ширину ЗРУ (рис.2).

Рис.2. Расчет периметра заземляющего контура для подстанции типа I

РАСЧЕТ

Периметр Р =(А₁+В₁)*2=(30+28)*2=116 м, где А₁=34-2-2=30 м,

где В₁=40-8-2-2=28 м.

1. Определение допустимого сопротивления заземляющего устройства

На стороне ВН (110 кВ) сопротивление следует взять по ПУЭ R_З=0,5 Ом.

На стороне НН (6 кВ) сопротивление вычисляется по формуле (но не более 10 Ом)

.

R_{расч.нн}=10,87 Ом, по ПУЭ принимаем R_З=10 Ом.

Заземляющее устройство является общим для электроустановок на различное напряжение, поэтому расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.

Окончательное значение сопротивления (меньшее из двух): R_З=0,5 Ом.

2. Определение необходимого сопротивления

искусственного заземлителя (R_И)

На подстанции следует в качестве естественного заземлителя использовать систему трос – опора, это позволит увеличить сопротивление искусственного заземлителя.

Параметры системы трос – опора приведены в исходных данных.

Cопротивление растеканию системы трос-опоры (при числе опор с тросом более 20)

где - расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний), сопротивление заземления одной опоры, Ом; r –активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; n - число тросов в опоре. Активное сопротивление стального троса r = 0,15ℓ /S, где ℓ –длина пролета, м; S – сечение троса, мм².

Принимаем число тросов на опоре n_ТР=1, число цепей ЛЭП n_Ц=2.

Сопротивление системы трос-опора R_С=1,4 Ом.

Необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей:

где – расчетное сопротивление заземляющего устройства; – сопротивление естественного заземлителя.

Сопротивление искусственного заземлителя должно быть R_И=0,78 Ом.

3. Выбор формы и размеров электродов

Для вертикальных электродов берем пруток  18 мм (черная сталь), длина ℓ =5 м. Для горизонтальных электродов берем полосу 5*40 мм (черная сталь).

4. Составление предварительной схемы заземлителя

В качестве первого приближения для подстанций с высшим напряжением

110 кВ рекомендуется принять , ℓ = 5 м.

По отношению a/ℓ (табл.1) определяется коэффициент использования вертикальных электродов .

Таблица 1 – Коэффициенты использования вертикальных электродов

Отношение а/L	Число вертикальных электродов в контуре, n
	4	6	10	20	40	60	100	200
1	0.69	0.61	0.56	0.47	0.41	0.39	0.36	0.33
2	0.78	0.73	0.68	0.63	0.58	0.55	0.52	0.48
3	0.85	0.80	0.76	0.71	0.66	0.64	0.62	0.59

Среднее расстояние между двумя электродами а=2,32

Отношение а/ ℓ = 0,46 . Для такого отношения а/ ℓ табличные данные отсутствуют, поэтому расчетное значение К_ИВ определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП (рис. 3).

Рис. 3. Определение К_ИВ с помощью программы

Расчетное значение К_ИВ=0,312.

5. Определение расчетного удельного сопротивления грунта.

Расчетное удельное сопротивление грунта отдельно для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающих коэффициентов , учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой:

,

где – измеренное или взятое из таблиц среднее значение удельного сопротивления грунта .

Повышающие коэффициенты для различных климатических зон приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2 – Коэффициенты сезонности вертикальных электродов

Климатическая зона	Вертикальный электрод
	длиной 3 м	длиной 5 м
1 2 3	1,7 1,5 1,3	1,4 1,3 1,2

Удельное сопротивления грунта ρ = 50 Ом*м.

ρ _расч.в = 100 Ом*м.

Таблица 3 – Коэффициенты сезонности горизонтальных электродов

Климатическая зона	Сезонный коэффициент
1 2 3	4,5 3,0 2,0

Р_расч.г = 150 Ом*м.

6. Определение сопротивления растеканию вертикального электрода.

Сопротивление растеканию одного вертикального электрода равно

, (1)

где ℓ – длина вертикального электрода, м; d – диаметр электрода, м; t – расстояние от поверхности грунта до середины электрода, м.

По формуле (1) определяют сопротивление вертикального электрода из трубы или прутка.

Рис. 4. Параметры вертикального электрода

Расчетное сопротивление вертикального электрода: R_В=11,83Ом.

7. Определение примерного числа вертикальных электродов

Примерное число вертикальных электродов при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов определяется по формуле:

,

где – необходимое сопротивление искусственного заземлителя.

n_В= R_В/( К_ИВ* R_И) = 49

8. Определение сопротивления растеканию горизонтального электрода

Сопротивление растеканию тока горизонтального электрода определяется по формуле

, (2)

где ℓ – длина горизонтального электрода, м; t – глубина его заложения, м;

d – диаметр электрода, м.

Для полосы шириной b в формулу (2) подставляют вместо d эквивалентный диаметр (b=0.04 м, d=0.02 м)

Рис. 5. Параметры горизонтального электрода

Глубина залегания горизонтального электрода (равна глубине траншеи 0,7 м).

Расчетное сопротивление горизонтального электрода R_Г=1,74 Ом.

9. Уточнение коэффициентов использования.

Коэффициент К_ИВ необходимо уточнить для нового значения числа вертикальных электродов n = 49. Среднее расстояние между электродами а=2,37

Отношение а/L = 0,47. Расчетное значение К_ИВ=0,313.

Затем надо определить коэффициент использования горизонтального электрода, который также зависит от числа вертикальных электродов (табл.4).

Таблица 4 – Коэффициенты использования горизонтального электрода

Отношение а/L	Число вертикальных электродов в контуре, n
	4	6	10	20	40	60	100	200
1	0.45	0.40	0.34	0.27	0.22	0.20	0.19	0.18
2	0.55	0.48	0.40	0.32	0.29	0.27	0.23	0.21
3	0.70	0.64	0.56	0.45	0.39	0.36	0.33	0.31

Расчетное значение К_ИГ также лежит за пределами таблицы, поэтому определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП.

Расчетное значение К_ИГ=0,171.

10. Уточнение числа вертикальных электродов

Определяется уточненное число вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтального электрода

Если уточненное число вертикальных электродов более чем на 10 % отличается от примерного числа , то рекомендуется вновь уточнить коэффициенты использования и и повторить расчет .

Предыдущее число вертикальных электродов было n_В=51

Уточненное числа вертикальных электродов n_ВУ=48,18

n_ВУ отличается от n_В на 3,92% (допускается менее 10%)

Округляем в сторону увеличения: n_В=49.

11. Окончательное значение сопротивления искусственного заземлителя.

Требуемое значение сопротивления R_И=0,883 Ом.

Расчетное значение сопротивления R_ИР=0,869 Ом.

Запас 0,014 %.

Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения применяются выравнивающие сетки. На открытых подстанциях рекомендуется укладывать сетки на глубине 0,5 – 0,7 м с размером ячеек 6 –12 м. Сопротивление сетки в расчетах не учитывается, обеспечивая дополнительное (резервное) уменьшение сопротивления. Размещение продольных и поперечных полос по территории открытой подстанции приведено в пособии Ю.И. Солуянова [14].

Рис. 6. Контурный заземлитель открытой подстанции: 1 − забор;

2 − оборудование; 3 − заземляющее устройство

Вывод: Заземляющее устройство подстанции имеет 51 вертикальных электрода, соединенных горизонтальной шиной. Сопротивление заземляющего устройства (без учета естественного заземлителя ) R=0,85 Ом.