5.3. Розрахунок заземлюючого пристрою пс № 6

Заземлюючий пристрій − це сукупність заземлювача й заземлюючих пристроїв [15, 16].

Таким чином, опір заземлюючого пристрою включає опір заземлювача (активне) і опір заземлюючої мережі (активне й індуктивне). Розрахунок заземлюючих пристроїв зводиться головним чином до розрахунку самого заземлювача, тому що заземлюючі провідники в більшості випадків приймаються за умовами механічної міцності й стійкості до корозії по ПТЕ і ПУЕ.

Заземлюючий пристрій виконується у вигляді замкнутого контуру, розташованого по периметрі об'єкта, з наступними даними: найбільший струм через заземлення при замиканні на землю на стороні 110 кВ дорівнює 3,2 кА, найбільший струм через заземлення при замиканні на землю на стороні 10 кВ дорівнює 42 А; ґрунт у місці спорудження підстанція − суглинок; кліматична зона − 4; додатково як заземлювач використовується система «троси-опори» з опором заземлення 1,2 Ом.

Для сторони 110 кВ потрібний опір заземлення має бути не більш 0,5 Ом. Для сторони 10 кВ опір заземлення розраховується по формулі:

R_зм ≤ U_расч / I_расч, (5.1)

де I_расч − розрахунковий струм через заземлюючий пристрій, А;

U_расч − розрахункова напруга на заземлюючому пристрої стосовно землі, приймаємо U_расч = 125 В, тому що заземлюючий пристрій використається також і для установок підстанції напругою до 1000 В.

Тоді R_зм = 125 / 42 ≈ 3 Ом.

У якості розрахункового для заземлюючого пристрою ПС № 6 приймається опір R_зм = 0,5 Ом.

Визначаю опір штучного заземлителя з урахуванням системи «троси-опори»:

1/R_ис = 1/R_зм − 1/R_т-о = 1/0,5 − 1/1,2 = 1,167 См,

R_ис = 1/1,167 = 0,857 Ом. (5.2)

Питомий опір ґрунту, що рекомендується для попередніх розрахунків, у місці спорудження заземлителя становить 100 Ом·м. Повишаючі коэффіціенти k для горизонтальних електродів при заглиблюванії 0,8 м дорівнюють 4,5 і відповідно 1,8 для вертикальних електродів довжиною 2−3 м при заглиблюванії їх вершини 0,5−0,8 м.

Розрахункові питомі опори: для горизонтальних електродів _расч.г = 4,5·100 = 450 Ом·м; для вертикальных электродов _расч.в = 1,8·100 = 180 Ом·м.

Опір розтіканню одного вертикального електрода довжиною l = 2,5 м та діаметром d = 0,016 м при заглиблюванії верхнього краю нижче рівня землі на t₀ = 0,7 м по формулі:

R_в = (ρ_расч /(2πl))[ln(2l/d) + 0,5ln((4t + l)/(4t − l))], (5.3)

де t = t₀ + l/2 = 0,7 + 2,5/2 = 1,95 м.

Тоді R_в = (180/(2π·2,5))[ln(2·2,5/0,016) + 0,5ln((4·1,95 + 2,5)/(4·1,95 − 2,5))] =

= 69,58 Ом.

Число вертикальних електродів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання К_и.в ≈ 0,6:

N_в =R_в / (К_и.в · R_ис). (5.4)

Тоді N_в = 69,58 / (0,6·0,857) ≈ 136 шт.

Опір розтіканню струму горизонтальних електродів (полоса 404 мм), приварених до верхніх кінців вертікальніх електродів при коефіцієнті використання сполучної полоси в контурі k_в.г ≈ 0,24, при відношенні а / l = 2.

Опір розтіканню струму полоси по периметру контуру (L ≈ 200 м) визначається по формулі:

R_г = (ρ_расч / (k_в.г · 2πL)) ∙ ln(2L²/(b·t₀)), (5.5)

де b = 0,04 м − ширина полоси.

Тоді R_г = (450/(0,24·2π·200))ln(2·200²/(0,04·0,7)) = 22,19 Ом.

Уточнений опір вертикальних електродів буде

R_ис.ут = (R_г · R_ис) / (R_г − R_ис). (5.6)

Тоді R_ис.ут = (22,19·0,857) / (22,19 − 0,857) = 0,89 Ом.

Уточнене число вертикальних електродів при коефіцієнті використання k_в.в ≈ 0,52.

N_в = 69,58 / (0,52 · 0,89) ≈ 151 шт.

Додатково для вирівнювання потенціалів вздовж рядів обладнаня прокладаємо горизонтальні електроди, які також необхідні для приєднання заземлюючих провідників обладнання ПС і вирівнювання потенціалу на території електроустановки. Ці невраховані горизонтальні електроди зменшують загальний опір заземлення і їх провідність йде в запас надійності параметрів заземлювача.