6 Расчет заземляющего устройства подстанции

В соответствии с ПУЭ [1, гл. 1.7] заземляющее устройство электроустановок напряжением выше 1 кВ в сети с эффективно заземленной нейтралью должно иметь в любое время года сопротивление R_Зне более 0,5 Ом с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей.

Сопротивление заземляющего устройства R_Зэлектроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, должно соответствовать условию

R_З  U_ПР/I,

где U_ПРнапряжение прикосновения; принимается равным 50 В;

Iполный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом.

Необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, определяется из выражения:

где R_Исопротивление искусственного заземлителя, Ом;

R_eсопротивление естественного заземлителя, Ом.

Так как естественный заземлитель отсутствует, примем R_И = R_З = 0,5 Ом.

Определим расчетные удельные сопротивления грунта для вертикальных _Р,Ви горизонтальных_Р,Гзаземлителей, Омм

_Р,В= К_П,В_Р,УД = 1,4520 = 29 Омм;

_Р,Г= К_П,Г_Р,УД. = 3,520 = 70 Омм,

где _Р,УД- средние удельные сопротивления грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов, Омм;

К_П,В, К_П,Г - значение повышающего коэффициента КП для различных климатических зон;

Определим сопротивление растеканию (сопротивление, которое оказывает току грунт) одного вертикального электрода R_В,О, Ом

где _Р,Врасчетное удельное сопротивление грунта для вертикальных заземлителей, Омм;

t– расстояние между электродами, м;

l; dдлина и диаметр электрода, м.

Примем l = 2м,d = 0,016 м,t= 1,7 м согласно наименьшим размерам заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле [1, таблица 1.7.4].

Выражение соответствует электроду из круглой стали; верхний конец ниже уровня земли, l > d (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 Вертикальный заземлитель

Ориентировочное число вертикальных электродов Nпри предварительно принятом коэффициенте использования К_И,В определяется:

где К_ИВкоэффициент использования вертикальных заземлителей;

Определим расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов R_Р,Г,Эпо формуле

где R_Г,Эсопротивление растеканию горизонтальных электродов,Ом;

К_И,Г,Экоэффициент использования горизонтальных электродов;]

где bширина полосы, м; если заземлитель круглый диаметром d, то b = 2d.

;

Выражение соответствует протяженному электроду из полосовой стали, расположенному ниже уровня земли; l/2t 2,5 (см. рисунок 6.2).

Рисунок 6.2  Горизонтальный заземлитель

Уточним необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов

Определим число вертикальных электродов с учетом уточненного коэффициента использования К_И,В,У по формуле

Принимаем окончательное число вертикальных электродов N= 71.

7 Расчет молниезащиты подстанции

Защита ОРУ 110 кВ и выше от прямых ударов молнии выполняется отдельно стоящими или установленными на конструкциях стержневыми молниеотводами.

Зона защиты А четырех стержневых молниеотводов одинаковой высоты h150 м представлена на рисунке 7.1

Рисунок 7.1 Зона защиты четырех стержневых молниеотводов

Зона защиты четырех стержневых молниеотводов определяется объединением зон защиты попарно взятых соседних молниеотводов. Торцевые и внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода при h= 20 м иL₁= 33 м имеют следующие габаритные размеры:

h₀= 0,85·h=0,85·20=17 м;

r₀= (1,10,002h) ·h=(1,1 – 0,002·20) · 20=21,2 м;

r_X= (1,10,002h) · (hh_X/0,85)=(1,1-0,002·20) · (20-8/0,85)=11,224 м;

h_C=h₀(0,17 + 310^4·h) · (Lh)=17-(0,17+3·10^-4·20) · (33-20)=14,712 м;

r_C=r₀·(1-0,2·(L-2·h)/h)=21,2 · (1-0,2·(33-2·20)/ 20)=22,68 м;

r_CX=r₀· (h_Ch_X)/h_C=21,2 · (14,712-8)/14,712=9,67 м;

Общая зона защиты объекта высотой h_X существует , если дляr_CX>0. ДляL₁=33 м это условие выполняется.

Торцевые и внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода при h= 20 м иL₁= 51 м имеют следующие габаритные размеры:

h₀= 0,85·h=0,85·20=17 м;

r₀= (1,10,002h) ·h=(1,1 – 0,002·20) ·20=21,2 м;

r_X= (1,10,002h) · (hh_X/0,85)=(1,1-0,002·20) ·(20-8/0,85)=11,224 м;

h_C=h₀(0,17 + 310^4·h) · (Lh)=17-(0,17+3·10^-4·20) ·(51-20)=11,544 м;

r_C=r₀·(1-0,2·(L-2·h)/h)=21,2·(1-0,2·(51-2·20)/ 20)=18,868 м;

r_CX=r₀· (h_Ch_X)/h_C=21,2·(14,712-8)/14,712=6,508м;

Общая зона защиты объекта высотой h_X существует , еслиr_CX>0. ДляL₁=51 м это условие выполняется.