Розрахунок захисного заземлення трансформаторної підствнції блочного типу КПТБ 110/10

Комплектная трансформаторная подстанция блочного типа КПТБ 110/10 с двумя трансформаторами ТМН 6300 кВА и коммутационной аппаратурой: короткозамыкателями КЗ-110, отделителями Од-110 и разъединителями РЛНД-110.

Дано: подстанция понизительная с глухозаземленной нейтралью на стороне 110 кВ и изолированной — 10 Кв; распредилительное устройство — открытого типа; компоновка оборудования и сооружений приведена на рис. 6.8. Грунт двухслойный; удельное сопротивление верхнего слоя грунта (чернозем) с1= 200 Ом*м, нижнего (глина) с2=40 Ом*м; толщина слоев соответственно 1 и 5 м. Расчетный ток замыкания на стороне 110 кВIзм110 = 500А, на стороне 10кВ — Iзм10 = 25 А. Время срабатывания защиты при однофазном замыкании на землю tg = 0,5 с. Естественное заземление трос — опора.

Определить: параметры заземляющего устройсва подстанции, удовлетворяющие требованиям Правил устройства электроустановок.

• 1. Составим план территории подстанции с нанесенным оборудованием и сооружениями (см. рис. 6.8).
• 2. Рассчитаем по допустимому сопротивлению заземляющее устройство с возможно большим выравниванием потенциалов.

Решение.

• 1. принимаем сеточное заземляющее устройство, выполненное из продольных и поперечных протяженных заземлителей. Конструктивно заземляющее устройство выполняется следующим образом: вокруг территории подстанции прокладывается контурный горизонтальный заземлитель из стальной полосы 4*50=200 мм². Его длина L_r.k= 32+32= 64 м; глубина заложения t= 0,8 м; вдоль установленного оборудования на расстоянии 0,8 м от него укладываются на глубину t= 0,8 м, три продольных заземлмтеля из такой же стальной полосы; длина заземлителя L_г. пр.=38*2+29,2= 105,2 м; вокруг КРУН на расстоянии 0,8 мот него и на глубине 0,8 прокладывается два поперечных горизонтальных заземлителя общей длиной L_г.пп =32+32 = 64 м.
• 2. Общая длина всех горизонтальных заземлителей:

L_г = L_г.к+L_г. пр.+L_г.пп= 140+105,2+64= 309,2 м.

3. Принимаем длину вертикального заземлителя lв = 5 м, выполненного из стального прутка диаметром d = 14 мм; расстояние между соседними заземлителями, равномерно распределенными по контуру, равно а=5м. Принятая кратность установки заземлителей а/l = 1.

Количество вертикальных заземлителей, расположенных по периметру площадки:

n_в = шт.

общая их длина.

L_в = 28•5 = 240 м.

4. В качестве естественного заземлителя используем систему трос — опора двух подходящих к подстанции воздушных линий, выполненых на унифицированных металлических опорах типа УС-110- 3. Длина пролета между опорами? = 250 м, площадь сечения стального троса Sтр = 50 мм²; количество тросов на одной линии n = 1, нормируемое сопротивление заземления опоры rоп = 15 Ом.

Сопротивление заземления:

Одной системы:

R_рг1 = Ом, где.

r = 0,15 • Ом;

двух систем.

R_гр = = Ом.

5. Сопротивление искусственного заземлителя, выполненного в виде сетки с вертикальными заземлителями при соблюдении Rзн. м = 0,5 Ом, не должно превышать.

R_и = Ом.

6. Сопротивление сетки с вертикальными заземлителями.

R_1и =0,32• + 0,51? 0,71 Ом.

Условие выполнено.

Для вычисления числа, А = 0,342 определяем, выполняется ли условие.

т.е условие соблюдается. Здесь S = 38•32 = 1216 мм². В свою очередь, А = 0,385 — 0,25•0,17 = 0,342.

Эквивалентное сопротивление с₃ определяется (прил.6) при условиях:

;

;

.

Получаем и.

с_{3 =}40 Ом•м Расчетное R_зн = 0,15 Ом ниже расчетного нормируемого R_н = 0,71Ом; для уменьшения расхода металла нужно увеличить R_зн до значения R_н. Этого можно достичь уменьшением количества вертикальных и поперечных горизонтальных заземлителей (расчет не приводится).

Однако если заземляющее устройство предназначено для длительной эксплуатации, необходимо учесть потерю сечения заземлителей на коррозию. Приближенно можно достичь разрушение заземлителей в агрессивных грунтах с интенсивностью 2 мм в год, в неагрессивных — 0,7… 1 мм в год.

7. Проверим, соответствует ли расчетное значение напряжение прикосновения Uпр предельно допустимому уровню напряжения прикосновения на стороне 110 и 10 кВ:

U_{пр 110} = 500•0.51•0,22 В;

U_{пр 10} = 25•0,51•0,22 В;

K_п = ;

в = ;

r_n = 1,5•200 = 300 Ом•м.

Полученые данные U_пр должны быть ниже U_пр. g.у, которое равно 200 В, при времени воздействия на человека время срабатывания защиты t_g = 0,5 с (см. прил. 3).

Условие удовлетворяется, так как U_{пр 10} = 3? 200 В; U_{пр 110} = 56? 200 В.

Остановимся подробнее на коэффициенте прикосновения К_п и посмотрим, как он изменяется. Коэффициент — это отношение напряжения прикосновения, непосредственно воздействующего на тело человека, U_п, к напряжению на заземлителе U_зн, т. е. К_п всегда будет меньше 1? K_n =, так как часть напряжения теряется в виде падений напряжения при прохождении тока I_п по сопротивлениям основания.

Коэффициент К_п, а следовательно, и напряжение прикосновения U_пр в зависимости от значений, входящих в формулу (6.11), изменяется следующим образом. Это важно для ориентировочного выбора параметров заземлителя с обеспечением нормируемых значений напряжения прикосновения.

Выбор параметра М практически не зависит от проектанта, так как параметр связан с отношением удельных сопротивлений слоев грунта. Коэффициент в можно изменить, как указывалось в (6.2), за счет увеличения сопротивления основания. Чем выше это сопротивление, тем меньше в и напряжение прикосновения U_пр.

Увеличение длины вертикального заземлителя ?_в или общей длины горизонтальных заземлителей влечет за собой уменьшение коэффициента К_п и напряжения прикосновения U_пр. Так, увеличение длины горизонтальных заземлителей со 140 (длина контурного заземлителя) до 309,2 (общая длина всех горизонтальных заземлителей) привело к снижению К_п с 0,46 до 0,22 и соответственно — к уменьшению напряжения в 2,1 раза.

Увеличение, а или в 2 раза повышает К_п в 1,345 раза, т. е. сравнительно большие увеличения расстояний между вертикальными заземлителями, занимаемой сеточным заземляющим устройством, влечет за собой увеличение К_п и напряжения прикосновения в значительно меньшей степени.

8. Напряжение шага будет максимальным на периферийной части территории подстанции при расположении человека на один шаг от протяженного контурного заземлителя и замыкании на стороне 110 кВ вдоль оси.

U_ш = ?g = ?g В.

Рекомендуемое напряжение шага:

U_ш.рк = В.

Так как условие не выдерживается, т. е напряжение шага вдоль заземлителя намного выше рекомендуемого 639? 516 В, то производим выравнивание потенциалов путем укладки двух параллельных заземлителей в местах входа — выхода и въезда транспорта; длина заземлителей — более 2 м ширины проходов — проездов (1м с каждой стороны); они укладываются на расстоянии: первый — 3 м от контурного заземлителя на глубине 1,5 м; второй — 6 м от первого и на глубине 2,5 м.

Второе средство снижения опасности поражения напряжением шага — покрытие крупным гравием мест прохода и проезда. При этом длина подсыпки должна быть более 2 м с каждой стороны от контурного заземлителя, ширина — на 2 м больше ширины проходов, толщина — не менее 125 мм.