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) ρ1= 200 Ом*м, нижнего (глина) ρ2=40 Ом*м; толщина слоев соответственно 1 и 5 м. Расчетный ток замыкания на стороне 110 кВ- Iзм110 = 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= 0,8м; 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 l_в = 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 ℓ = 250 м, площадь сечения стального троса S_тр = 50 мм²; количество тросов на одной линии n = 1, нормируемое сопротивление заземления опоры r_оп = 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 R_{зн. 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 ρ₃ определяется (прил.6) при условиях:

;

;

.

Получаем

и

ρ_{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 U_пр 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 = ;

β = ;

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 β можно изменить, как указывалось в (6.2), за счет увеличения сопротивления основания. Чем выше это сопротивление, тем меньше β и напряжение прикосновения U_пр.

Увеличение длины вертикального заземлителя ℓ_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 = ℓg = ℓg 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 125мм.