Электромагнитная совместимость.-2

102

Вкачестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные

вземле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т.п.

Вкачестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенные с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции или РУ.

К оборудованию заземляющие проводники присоединяют сваркой или болтами, а к металлоконструкциям и заземлителю (под землей) сваркой внахлестку на длине, равной двойной ширине для полос или шести диаметрам для круглых стержней. К трубопроводам, используемым в качестве естественного заземлителя, заземляющие проводники можно присоединять с помощью хомутов, если контактная поверхность хомута облужена, а труба в месте его наложения зачищена.

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления – количество, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений. При этом расчет производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в многослойном грунте.

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и

103

называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев 1 и 2 соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h1. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий, но дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т. е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

характеристика электроустановки – тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т.п.;

план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных

(климатических) условиях, при которых проводились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщины верхнего слоя;

данные об естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и каковы сопротивления их растеканию

105

выполнены условия, установленные для этих электроустановок.

Определение требуемого сопротивления искусственного заземлителя. Использование естественных заземлителей предписывается ПУЭ, поскольку позволяет получить значительную экономию средств. Если сопротивление естественного заземлителя Rе меньше требуемого Rз, то необходимое значение искусственного заземлителя равно

Rи Rе Rз ,

Rе Rз

где Rе – сопротивление растеканию естественного заземлителя, Ом. Сопротивление естественных заземлителей можно вычислять по формулам для искусственных заземлителей аналогичной формы или по специальным формулам, встречающимся в технической литературе. Например, сопротивление растеканию системы грозозащитный трос – опоры Rе, Ом (при числе опор с тросом более 20), определяют по приближенной формуле

где rоп – расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний), сопротивление заземления одной опоры, Ом; rт – активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; nт – количество тросов на опоре.

Для стального троса сечением s, мм2, при длине пролета l, м, активное сопротивление можно определить как

r т 0,15l . s

При расчете заземлителя в однородной земле способом коэффициентов использования его расчетное сопротивление R определяют в следующем порядке:

по предварительной схеме заземлителя, нанесенной на план установки, определяют длину горизонтальных и количество n

вертикальных электродов;

106

по соответствующим формулам вычисляют расчетные сопротивления горизонтальных электродов (суммарное сопротивление) Rг и одного вертикального Rв;

находят коэффициенты использования для вертикальных в и

горизонтальных г электродов;

вычисляют расчетное сопротивление заземлителя R:

наведенных потенциалов значение R вычисляют в следующем порядке:

по предварительной схеме заземлителя (рисунок 1.52а) определяют площадь территории, занимаемой заземлителем (площадь заземлителя), S, м2; суммарную длину горизонтальных электродов Lг, м; количество n вертикальных электродов и их суммарную длину:

Lв = nlв;

составляют условную так называемую расчетную модель (рисунок 1.52б), представляющую собой горизонтальную квадратную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами. Расчетная модель имеет одинаковые с принятой схемой заземлителя площадь S; суммарную длину горизонтальных и вертикальных электродов и их количество Lг, n, lв, Lв; глубину залегания в земле tв, м, при погружении в однородную землю с расчетным эквивалентным удельным сопротивлением э, при котором искомое R имеет то же значение, что и в принятой схеме заземлителя в двухслойной земле;

вычисляют:

длину одной стороны модели, равную S , м;

количество ячеек m по одной стороне модели

Если m окажется дробным числом, его округляют до целого числа, после чего уточняют значение Lг:

Lг 2(m 1)S ;

Длину стороны ячейки в модели b:

b mS ;

количество вертикальных электродов n, задавшись расстоянием а, м, между ними или (если n известно) расстояние a, предварительно наметив расположение этих электродов на схеме модели (обычно их располагают по периметру заземлителя). В этом случае n или а вычисляют по формуле

na 4S ;

суммарную длину Lв вертикальных электродов Lв = nlв;

относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов tотн;

относительную длину lотн верхней части вертикального заземлителя, т.

е. части, находящейся в верхнем слое земли;

расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли э для сложного заземлителя (горизонтальная сетка с вертикальными электродами);

искомое расчетное сопротивление R.

1.7.3.1 Задачи для решения

Задача 1. На выделенном участке земли в климатической зоне местности II (см. таблицу 1.9) намечено сооружение группового заземлителя с использованием вертикальных стержневых и соединяющих их горизонтальных полосовых электродов. При этом верхние концы вертикальных электродов и

108

горизонтальные электроды погружены в землю на глубину t1 = 0,8 м. Длина и диаметр вертикального электрода Lв = 4,2 м, его диаметр d = 0,05 м. Длина горизонтального электрода Lг = 50 м, его сечение S = 4×40 мм. Сопротивления растеканию тока с зонда при погружении его на глубину t2 = 5 м в разных местах участка составили: r1 = 30 Ом; r2 = 26 Ом; r3 = 40 Ом; r4 = 22 Ом

(рисунок 1.53).

Необходимо определить расчетные значения удельных сопротивлений однородной земли для одиночных вертикального и горизонтального заземлителей (электродов) р.в и р.г с учетом климатической зоны местности. С этой целью в четырех местах участка, на котором намечено сооружение заземлителя, были проведены измерения сопротивлений растекания одиночного заземлителя методом послойного зондирования с помощью вертикального зонда (электрода). При этом глубина погружения нижнего конца зонда составляла t2 = 5 м, что соответствовало предполагаемой глубине погружения нижних концов вертикальных электродов проектируемого заземлителя. Во время зондирования земля была малой влажности, количество осадков ниже нормы. (Коэффициент сезонности для однородной земли определяется по таблице 1.9).

109

1, 2 – вертикальные электроды, 3 –горизонтальный электрод заземлителя

Рисунок 1.53 – Измерение сопротивления земли методом зондирования Задача 2. Для строящейся понижающей трансформаторной подстанции

10/0,4 кВ городской кабельной сети решено соорудить заземлитель контурного типа. Заземлитель будет содержать 10 вертикальных электродов – отрезков угловой стали с шириной полок b = 50 мм, каждый длиной Lв = 3 м и горизонтальный электрод – стальную полосу сечением 4 × 20 = 80 мм2, длиной Lг = 50 м, соединяющую вертикальные электроды. На подстанции будут установлены два трехфазных трансформатора, работающих параллельно при изолированных нейтралях со стороны высшего напряжения и глухозаземленных нейтралях со стороны 400 В. Протяженность питающей

кабельной сети 10 кВ Lкл = 40 км, воздушная сеть отсутствует. Измеренное удельное сопротивление земли, полученное замером при повышенной влажности земли составило = 65 Ом м. Расстояние между соседними вертикальными электродами а = 5 м, глубина погружения в землю верхнего конца вертикального электрода и глубина погружения горизонтального электрода t = 0,8 м, земля – однородная (рисунок 1.54).

Необходимо рассчитать сопротивление заземлителя с целью проверки его соответствия требованиям ПУЭ. При этом надо иметь в виду, что заземлитель должен быть пригоден для установок как до, так и выше 1000 В вплоть до 35 кВ, т.е. его сопротивление rз не должно быть выше 4 Ом в первом случае и

125/Iз10 Ом во втором (где Iз – ток замыкания на землю, А). Расчет выполнить

110

методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению.

Рисунок 1.54 – Схема контурного заземлителя понижающей трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ

Задача 3. При проектировании заземляющего устройства трансформаторной подстанции 110/35/10 кВ было решено в дополнение к искусственному заземлителю использовать два естественных заземлителя: первый – грозозащитные тросы на опорах отходящей от подстанции воздушной линии электропередачи (ВЛ) 110 кВ; второй – стальная обсадная труба неиспользуемого артезианского колодца, находящегося вблизи строящейся подстанции. Таким образом, заземляющее устройство подстанции будет иметь три параллельно работающих заземлителя (два естественных и один искусственный) и должно обладать согласно требованиям ПУЭ сопротивлением Rз не более 0,5 Ом (рисунок 1.55).

Число опор ВЛ, несущих грозозащитные тросы, n0=21; число тросов на опоре nт=2; тросы стальные, активное сопротивление троса rтр=3,2 Ом/км; длина пролета ВЛ Lп=200 м; диаметр обсадной трубы d=0,1 м; длина погруженной в землю части обсадной трубы Lт=14 м; сопротивление заземлителя каждой опоры В Л rоп=15 Ом; земля однородная; расчетное удельное сопротивление земли с учетом сезонных изменений рас=190 Ом м.

Требуется определить значения сопротивлений, которыми обладают каждый естественный заземлитель Rрас1 и Rрас2, и значение сопротивления, которым должен обладать искусственный заземлитель Rи.

Задача 4. Требуется вычислить сопротивление группового заземлителя в двухслойной земле, состоящего из вертикальных стержневых и горизонтальных полосовых электродов (рисунок 1.56).