Расчет заземляющих устройств в установках 110 кВ и выше с эффективно-заземленной нейтралью

Согласно ПУЭ расчет заземляющих устройств в уста­новках 110 кВ и выше производится по допустимому сопротивле­нию заземления R_З = 0,5 Ом. Это приводит к неоправданному пе­рерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющих устройств для подстанций небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации рас­пределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нор­мированию напряжения прикосновения, а не величины R₃. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземленному оборудованию, находяще­муся под потенциалом (см. рис. 1), часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека , и сопротивлением растеканию тока от ступней в землю R_с. На тело человека фактически будет действовать напряжение

где — падение напряжения в сопротивлении растека­нию с двух ступней человека в землю.

Если принять ступню за диск радиусом 8 см, то

где — удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом м;

r— радиус ступни, м.

Ток, протекающий через человека,

Опасность поражения зависит от тока и его длительности про­текания через тело человека. Согласно принятым в Советском Союзе нормам допустимый ток определяется:

Длительность воздействия, с..........0,1 0,2 0,5 0,7 1,0

Допустимый ток, мА .................... 500 250 100 75 65

Зная допустимый ток, можно найти допустимое напря­жение прикосновения:

Подставляя значения и , получаем:

Так, например, если = 1000 Ом, удельное сопротивление верхнего слоя почвы = 1000 Ом м, время воздействия тока 0,5 с, то, найдя = 100 мА = 0,1 А, определяем:

Отсюда видно, что чем больше , тем большее напряжение прикосновения можно допустить. Приняв некоторую среднюю ве­личину , можно рекомендовать для расчетов допустимые напря­жения прикосновения:

Длительность воздействия, с ..... до 0,1 0,2 0,5 0,7 1,0 Более 1 до 3

Наибольшее допустимое напряжение

прикосновения, В .......... 500 400 200 130 100 65

За расчетную длительность воздействия принято:

где — время действия релейной защиты.

Для рабочих мест, где персонал прикасается к заземленным частям при оперативных переключениях, принимается время дей­ствия резервной защиты, для остальных мест — время действия основной защиты; — полное время отключения выключателя.

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве должно быть не выше 10 кВ. Если , необходимо принять меры по защите изоляции отходящих кабелей и предотвращению вы­носа высокого потенциала за пределы электроустановки.

Рис. 4. К расчету сложных заземлителей.

а — заземляющее устройство подстанции; б— расчетная модель

Заземляющее устройство для установок 110 кВ и выше выполняется из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающие полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом (рис. 4, а). Расстояние между полосами должно быть не более 30 м.

Сложный заземлитель заменяется расчетной квадратной моде­лью (рис. 4, б) при условии равенства их площадей S, общей длины горизонтальных проводников, глубины их заложения t, числа и длины вертикальных заземлителей и глубины их заложения. В реальных условиях удельное сопротивление грунта неодинаково по глубине. Как правило, верхние слои имеют большее удельное сопротивление, а нижние, увлажненные слои — меньшее сопротив­ление. В расчетах многослойный грунт представляется двухслойным: верхний толщиной с удельным сопротивлением , нижний с удельным сопротивлением . Величины , , принимаются на основе замеров с учетом сезонного коэффициента .

Расчет производится в следующем порядке:

1. Зная наибольшее допустимое напряжение прикосновения, определяем напряжение на заземлителе:

где — коэффициент напряжения прикосновения; для сложных заземлителей определяется по формуле:

где —длина вертикального заземлителя, м;

—длина горизон­тальных заземлителей, м;

а — расстояние между вертикальными заземлителями, м;

S— площадь заземляющего устройства, м²;

М — параметр, зависящий от следующим образом:

...................... 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 10

М............................ 0,36 0,50 0,62 0,69 0,72 0,75 0,77 0,79 0,80 0,82

— коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека и сопротивлению растекания тока от ступней R_с:

В расчетах принимают = 1000 Ом; = 1,5 ,.

2. Так как , то сопротивление заземляющего устрой­ства должно быть, Ом:

где — расчетный ток однофазного к. з. в рассматриваемой установке.

3. Определяют общее сопротивление естественных заземлите­лей, Ом:

где – сопротивление растекания тока кабелей;

– сопротивление растеканию тока фундаментов;

– сопротивление растеканию тока системы трос – опоры (см.табл.7).

Если , то сооружается только сетка из горизонтальных полос, если , то необходимо сооружение искусственного заземлителя, сопротивление которого определяется по (табл.8).

4. Определяют общее сопротивление сложного заземлителя. Преобразование в расчетную модель (рис. 4, б), Ом:

,

где при

при

где – эквивалентное удельное сопротивление земли, (табл. 1);

– общая длина вертикальных заземлителей; м

.

Таблица 8 - Относительное эквивалентное удельное сопротивление для сеток с вертикальными заземлителями

		Относительная толщина слоя
		0,025	0,05	0,1	0,2	0,4	0,8	0,95
1	1 – 4	1	1	1	1	1	1	1
2	1	1,02	1,03	1,05	1,1	1,13	1,3	1,4
	2	1,03	1,07	1,1	1,13	1,15	1,32	1,5
	4	1,05	1,17	1,13	1,15	1,2	1,38	1,6
5	1	1,05	1,1	1,15	1,22	1,35	1,86	2,4
	2	1,22	1,26	1,35	1,43	1,54	2,12	2,7
	4	1,33	1,41	1,5	1,65	1,83	2,6	3,5
10	1	1,1	1,2	1,28	1,38	1,62	2,5	3,7
	2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,75	5,5
	4	1,52	1,7	1,88	2,08	2,33	3,52	6,0
0,125	0,5 - 4	0,95	0,9	0,8	0,7	0,62	0,54	0,52
0,25	0,5 - 4	0,97	0,93	0,85	0,78	0,71	0,65	0,64
0,5	0,5 - 4	0,99	0,96	0,92	0,88	0,83	0,79	0,77

Полученное значение должно быть меньше или .

Если сопротивление заземлителя превышает требуемые величины, то необходимо увеличение площади S, длины , числа вертикальных заземлителей и их длины. Все это приводит к дополнительным расходам и на подстанциях трудно осуществимо. Эффективной мерой уменьшения опасности прикосновения является подсыпка гравия или щебня слоем 0,15-0,2 м по все территории ОРУ. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает (5000 – 10000 Ом м), что снижает ток, проходящий через человека так как возрастает сопротивление растеканию тока со ступней . В расчете соответственно уменьшается и увеличивается допустимое сопротивление заземляющего устройства.