Электроснабжение машиностроительного завода

Ёмкостные проводимости фаз относительно земли для кабельных линий 0,1 мОм/км и для воздушных линий 0,00285 мОм/км, что определено эмпирически по результатам многих измерений.

При наличии компенсации ёмкостной составляющей тока замыкания на землю в качестве расчётного принимается остаточный ток, который может иметь место при отключении самой мощной компенсирующей катушки, но не менее 30 А. Для заземлений, к которым подключаются компенсирующие катушки, в качестве расчётного принимается ток, равный 125% номинального тока катушки.

В ПУЭ нормируются сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом, если же суммарная мощность источников (трансформаторов, генераторов), подключённых к сети, не превышает 100 кВ·А, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом.

При малой мощности источника (до 100 кВ·А) протяжённость сети невелика и ток замыкания на землю не превышает 1 – 2 А.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым током замыкания на землю (менее 500 А) допускается сопротивление заземления не более 10 Ом, т. е. допускается напряжение относительно земли до 250 В. Если учитывать, что в таких установках заземление контурное, коэффициент напряжения прикосновения мал и установки обслуживаются высококвалифицированным электротехническим персоналом, приведённая норма обеспечивает достаточную степень безопасности.

Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, сопротивление заземления должно быть не выше нормы для электроустановки напряжением до 1000 В (4 – 10 Ом).

В электроустановках с большими (более 500 А) токами замыкания на землю, сопротивление заземления должно быть не выше 0,5 Ом. В случае замыкания на землю напряжение относительно земли достигает сотен и даже тысяч вольт. С учётом выравнивания потенциалов напряжение прикосновения не бывает более 250 – 300 В. Это, несомненно, опасно, но в таких электроустановках прикосновение к заземлённым корпусам без защитных средств допускается только при снятом напряжении. Кроме того, замыкание на землю существует кратковременно, так как срабатывает защита и повреждённая линия отключается.

14.2 Заземляющие  устройства электроустановок напряжением  до 1000 В в сетях с глухо заземлённой  нейтралью

Сопротивление заземления нейтрали определяется из следующих условий:

1. предотвращения опасных последствий при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора;
2. предотвращения недопустимого повышения напряжения фаз по отношению к земле и заземленных частей электроустановок низшего напряжения при замыканиях на землю.

Первое условие обеспечивается требованиями ПУЭ (сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом). Кроме того, металлические части электроустановок соединяют с нейтралью электрической связью, выполняемой с помощью заземляющих проводов или нулевого провода. В четырехпроводной системе питания напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью металлические опоры воздушных сетей и арматура железобетонных опор соединены с нулевым проводом. При этом через каждые 250 м, а также на концах линий и ответвлений длиной более 200 м устраивают повторные заземления нулевого провода. Сопротивление заземляющих устройств каждого повторного заземления не должно превышать 10 Ом.

Второе условие обеспечивается сопротивлением заземления нейтрали в четырехпроводных сетях напряжением 380 В.

Для обеспечения автоматического отключения участка с однофазным замыканием заземляющие проводники выбирают таким образом, чтобы при замыкании на корпус или нулевой провод возникал ток КЗ:

1. в 3 раза превышающий номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя;
2. в 1,4 раза превышающий ток расцепителя автоматического выключателя.

При защите электроустановок автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, заземляющие проводники должны быть выбраны так, чтобы в петле фаза — нуль был обеспечен ток КЗ, равный значению уставки электромагнитного расцепителя, умноженному на коэффициент, учитывающий разброс, и коэффициент запаса 1,1. При отсутствии заводских данных по разбросу кратность тока КЗ относительно уставки электромагнитного расцепителя принимают равной 1,4 для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А; 1,25 для прочих автоматических выключателей.

Полная проводимость заземляющих проводников во всех случаях должна составлять не менее 50% проводимости фазного проводника.

При проектировании для проверки обеспечения отключения замыканий между фазным и нулевым проводником ток однофазного КЗ определяют по приближенной формуле

 

где Uф — фазное напряжение сети; z0 — полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора; - полное сопротивление петли фаза — нуль при совместной подвеске нулевого и фазных проводов линии.

Погрешность (12.10) заключается в замене геометрического сложения полных сопротивлений трансформатора и цепи фаза—нуль арифметическим, так как эти сопротивления имеют близкие углы и погрешность такой замены не превышает 5% в сторону уменьшения тока замыкания.

Заземление установок постоянного тока производят аналогично заземлению установок переменного тока. Однако прохождение постоянного тока в земле вызывает электролитическую коррозию подземных металлических сооружений. Наиболее подвержены коррозии установки с длительным прохождением рабочего тока через заземлитель (рабочее заземление одного полюса) или установки со значительными токами утечки (электролизные установки). Поэтому заземлители установок переменного тока не объединяют с заземлителями постоянного тока (исключение составляют преобразовательные установки). Заземлители должны быть достаточной толщины для предотвращения быстрого разрушения, поэтому при устройстве заземлителей в установках постоянного тока не рекомендуется использовать в качестве заземляющих устройств подземные сооружения.

Повторные заземления нулевого провода в системах постоянного тока осуществляются с помощью отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами.

 

 

14.3 Расчёт заземления ГПП

Сопротивление естественных заземлителей – система трос-опора воздушных линий, составляет 1.2 Ом. Так как значение сопротивления естественных заземлителей больше допустимого (Rзу=0.5 Ом), необходимо сооружение искусственного заземлителя. Место расположения подстанции г.Арсеньев ОАО «Аскольд». Подстанция занимает площадь S=60 ´ 40 м. 

Исходные данные для расчета группового заземлителя приведены в таблице 14.1,

где Rзу – сопротивление заземляющего устройства /1/;

      ρ  – удельное сопротивление грунта /19/.

Таблица 14.1 – Исходные данные для расчета заземлителя

Климатическая зона	Rзу,Ом	ρ,Ом·м
II	0.5	100 (суглинок)

 

Расчёт ведём для понижающей подстанции ГПП 110 / 10 кВ, которая имеет два понижающих трансформатора с глухо заземлённой нейтралью со стороны 110 кВ.

Со стороны 110 кВ в соответствии с ПУЭ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом, а со стороны 10 кВ его рассчитывают по формуле

 

где Iрасч — расчетный ток замыкания на землю;

      Uрасч — расчетное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле.

При расчете заземляющих устройств, используемых одновременно для заземления электрооборудования напряжением до 1000 В и выше, Uрасч принимают равным 125 В. В обоих случаях сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 1 Ом.

Ориентировочное значение расчётного тока можно получить по выражению

 

где UНОМ - номинальное напряжение сети, кВ;

       lк - общая длина электрически связанных между собой кабельных линий, км;

       lв — общая длина электрически связанных между собой воздушных линий, км.

 

Определяем требуемое значение заземлителя

 

принимаем Rзтр=0,5 Ом.

Так как сопротивление естественного заземления Rе=1,2 Ом > Rзтр, то принимаем наименьшее значение сопротивления заземления Rзтр.

Сопротивление искусственного заземлителя рассчитываем с учетом использования естественного заземлителя

 

где Rе – сопротивление растеканию естественного заземлителя Rе=1,2Ом;

        Rзтр – требуемое сопротивление заземлителя Rзтр=0,5 Ом.

 

Определяем расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей по выражениям

                                              rр.г=ρуд*Кп.г  ,                (14.5)

                                                         rр.в=ρуд*Кп.в  ,                           (14.6)

где ρуд - удельное сопротивление грунта, которое по таблице 8.1 /9/ берется равным ρуд=100 Ом∙м, (тип почвы - суглинок);

Кп.г и Кп.в - повышающие коэффициенты для горизонтальных и вертикальных электродов, определяемые по таблице 8.8 /19/.

Для грунта средней влажности (коэффициент К2) по таблице 8.8 /19/ эти коэффициенты равны Кп.г=4,5; Кп.в=1,8.

                                                rр.г=100∙4,5=450 Ом∙м;

                                                rр.в=100∙1,8=180 Ом∙м.

Определяем предварительное конструктивное исполнение заземляющего устройства

в качестве вертикального электрода выбираем уголок с размерами:

Lв = 5 м – длина вертикального электрода;

b = 0,04 м – ширина полки уголка;

d – диаметр пруткового электрода, для уголка

d = 0,95*b = 0,95*0,04 = 0,038 м;

t0 = 0,8 м – глубина заглубления верхнего конца вертикального электрода;

t = 3,3 м – размер электрода до середины.

Определяем сопротивление одиночного вертикального электрода Rо.в.

 

 

Определяем предварительное количество вертикальных электродов

 

где ηв – коэффициент использования вертикального электрода принимаем по таблице 8.5/19/ ηв = 0,55.

 

Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов (шина полосовая 80´6 мм) по формуле

 

где b – ширина полосы b = 0,08 м;

      Lг – длина горизонтального электрода Lг = 60 м.

      t0 – глубина заглубления горизонтального электрода t0 = 0,8 м.

 

Определяем сопротивление горизонтального электрода с учётом экранирующего влияния горизонтальных и вертикальных электродов

 

где ηг – коэффициент использования горизонтальных электродов по таблице 8.7/19/ ηг = 0,27.

 

Определяем требуемое сопротивление вертикальных электродов

 

 

Определяем требуемое количество вертикальных электродов

 

 

Полученное количество вертикальных электродов равномерно распределяем с учётом a/l

a – расстояние между электродами;

l – длина;

Рисунок 14.1 Схема контура заземления

14.5 Молниезащита  ГПП

Расчёт зоны защиты молниеотводов сводится к построению пространства вблизи их.

Объекты открытых распределительных устройств станций и подстанций, которые располагаются на большой территории, защищаются несколькими молниеотводами. Объект высотой hх находящийся внутри треугольника или прямоугольника, образуемого молниеотводами будет защищён в том случае, если диаметр окружности проходящий через вершины молниеотводов, или диагональ прямоугольника, в углах которого находятся молниеотводы, не будет больше по приведенному неравенству на высоте hx, т.е.

 

или выполнения неравенства rсх > 0 для всех попарно взятых молниеотводов.

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h ≤ 150 м.

Торцевые области зоны защиты двойного стержневого молниеотвода определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых определяются по формулам

 

 

 

где h – полная высота молниеотвода, м;

      hx – высота защищаемого объекта, м.

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры (при h < L < 2h)

 

 

 

Габаритные размеры внутренней области зоны защиты пары молниеотводов разной высоты определяются по формулам

 

Результаты расчётов для каждой пары молниеотводов сведены в таблицу 14.2.

В соответствии с проведёнными расчётами система молниеотводов обеспечивает требуемую надёжность оборудования ГПП от поражения грозовыми разрядами .

Таблица 14.2 Результаты расчёта зон защиты молниеотводов