17.2. Задача і основні положення розрахунку зп підстанцій

Розрахунку передує вибір системи нормування, за якою передбачається виконати проектування ЗП підстанції.

Відповідно до прийнятої ПУЕ системи нормування розрахунок ЗП підстанцій виконується або за допустимим опором розтікання, або за допустимою напругою дотику.

Головною метою розрахунку є вибір конструктивних параметрів штучного заземлювача, при яких ЗП підстанції задовольняє вимогам прийнятого нормування і мінімальних витрат на його спорудження. До таких конструктивних параметрів відносяться: габаритні розміри заземлювача; відстань між поздовжніми і поперечними горизонтальними заземлювачами; довжина, кількість і місця установки вертикальних заземлювачів; перетин елементів заземлювачів і заземлювальних провідників; глибина закладки горизонтальних заземлювачів.

Розрахунок ЗП виконується з урахуванням перспективи розвитку підстанції. Якщо на стадії проектування підстанції можна виділити періоди в її експлуатації (пусковий період, повний розвиток і проміжні етапи), при яких розрахунковий для ЗП струм однофазного короткого замикання і час його дії, а також розміри штучного заземлювача і опір природних заземлювачів можуть набувати різних значень, розрахунок ЗП виконується для кожного з таких періодів.

За наслідками розрахунку має бути прийняте рішення щодо виконання ЗП для пускового періоду і подальшого розвитку підстанції. Розрахунок проводиться для тих найбільш несприятливих сезонних умов, при яких електричні характеристики ЗП набувають найбільшого значення в результаті зміни питомого опору верхніх шарів ґрунту.

Необхідні для розрахунку сезонні умови враховуються вибором розрахункового сезону, до якого мають бути приведені виміряні параметри електричної структури ґрунту.

17.3. Рекомендації щодо конструктивного виконання заземлювальних пристроїв підстанцій

Заземлювальний пристрій сучасної підстанції є складною і поширеною системою. Лінійні розміри і загальна форма цієї системи визначаються компонуванням енергетичного обладнання. Звичайно це сітка із прямокутними чарунками, обмеженими горизонтальними магістралями заземлення, до якої по периметру приєднані вертикальні заземлювачі. Слід виходити з того, що споруджується один заземлювальний контур для відкритих розподільчих пристроїв всіх високих напруг, при цьому заземлення, що відноситься до системи кожної робочої напруги, повинне повністю охоплювати обладнання цієї напруги. Це загальне заземлення використовується як робоче, захисне і для відведення струмів блискавки, що сприймаються блискавковідводами, встановленими на опорних конструкціях підстанції [3].

17.3.1. Існують обґрунтовані рішення, що стосуються розташування основних магістралей заземлення - горизонтальних сталевих провідників, що виконують, з одного боку, функції збірних шин, а з іншого - прямі функції заземлювача - відведення в землю струмів.

Поздовжні горизонтальні заземлювачі прокладають вздовж осей електрообладнання з боку обслуговування на відстані 0,8 – 1,0 м від фундаментів або стояків обладнання. У тому випадку, коли сторони обслуговування повернені один до одного і відстань між фундаментами або стояками рядів обладнання не перевищує 3,0 м, допускається прокладання одного заземлювача для двох рядів обладнання. При цьому відстань від поздовжнього заземлювача до фундаментів або стояків обладнання може бути збільшена до 1,5 м.

Поперечні заземлювачі прокладаються на тій же глибині в зручних місцях між фундаментами обладнання. З метою економії металу і більш рівномірного вирівнювання електричних потенціалів, відстані між поперечними заземлювачами приймають такими, що збільшуються від периферії до центру заземлювальної сітки. При цьому перша і наступна відстані, починаючи від периферії, не повинні перевищувати відповідно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0; 20 м. Розміри чарунок заземлювальної сітки, що примикають до місць приєднання до заземлювачів короткозамикачів і нейтралей силових трансформаторів, не повинні перевищувати 6 х 6 м.

По краю території, яку займає заземлювальний пристрій, горизонтальні заземлювачі прокладаються з таким розрахунком, щоб вони в сукупності утворили замкнутий контур. Якщо цей контур розташовується в межах зовнішньої огорожі електроустановки, то біля входів і в'їздів на її територію вирівнюють потенціал установкою двох вертикальних заземлювачів довжиною 3 – 5 м. Відстань між ними вибирають рівною ширині входу або в'їзду. Ці заземлювачі приєднують за допомогою зварювання до зовнішнього горизонтального заземлювача.

Для заземлювальних пристроїв, виконаних за напругою дотику, розміщення поздовжніх і поперечних горизонтальних заземлювачів визначається лише вимогами обмеження напруги дотику до нормованих значень і зручністю приєднання обладнання, що заземляється, однак у всіх випадках відстань між двома сусідніми поздовжніми або поперечними горизонтальними штучними заземлювачами не повинна перевищувати 30 м, а глибина їх закладання в ґрунт має бути не менше 0,3 м. Поблизу робочих місць допускається прокладання заземлювачів на меншій глибині, за умови, що необхідність цього підтверджується розрахунком, а саме виконання не знижує зручності обслуговування та терміну служби заземлювачів. Для зниження напруги дотику на робочих місцях в обґрунтованих випадках може бути виконана підсипка товщиною 0,1 - 0,2 м або зроблене асфальтове покриття.

Опори заземлювальних пристроїв, виконаних за допустимою напругою дотику, можуть бути будь-якими, однак не повинні перевищувати значень, визначених за допустимою напругою на заземлювальних пристроях і струмами замикання на землю.

17.3.2. Роль вертикальних заземлювачів у заземлювальному пристрої визначається, з одного боку, властивостями цих заземлювачів, а з іншого - розмірами і загальним компонуванням заземлювального пристрою, яке залежить від розміщення обладнання на підстанції. До достоїнств вертикальних заземлювачів слід віднести меншу, ніж у горизонтальних заземлювачів, залежність їх від атмосферних умов у зв'язку з тим, що основна частина вертикальних електродів зазвичай розташована нижче за шари ґрунту, що знаходиться під прямою дією температури і опадів. Суттєвою є також їх велика термічна стійкість, що дозволяє зберігати нормальну провідність розтіканню при відносно високих перевантаженнях, і, нарешті, не слід випускати з уваги простоту їх занурення в ґрунт за допомогою сучасних механічних засобів.

Раціональна кількість вертикальних заземлювачів у заземлювальному пристрої підстанції і їх доцільна довжина визначаються характером неоднорідності ґрунту - глибиною і співвідношенням верхніх шарів ґрунту, а також розмірами заземлювальної горизонтальної сітки. Це обумовлює неможливість отримання однозначного рішення.

Слід все-таки зупинитися на основних положеннях у цьому питанні. Розміщення вертикальних заземлювачів рівномірно по всій площі, що охоплюється заземлювальним пристроєм, не виправдано. Коефіцієнт використання їх навіть без врахування взаємодії струмових потоків вертикальних і горизонтальних електродів, що зв'язують їх між собою, не досягає значень, що перевищують значення 0,2. При розміщенні вертикальних заземлювачів уздовж зовнішнього контуру не слід розташовувати їх один від одного на відстані, меншій ніж 2-3 l, особливо в тих випадках, коли протяжність контуру велика.

У зв'язку з тим, що занурення вертикальних заземлювачів у ґрунт здійснюється порівняно простими способами, доцільні заземлювачі довжиною порядку 5 м та діаметром 10-18 мм [3].

17.3.3. При виконанні заземлювального пристрою з дотриманням вимог, що пред'являються до його опору або до напруги дотику, додатково до перелічених вище вимог слід:

- заземлювальні провідники, що приєднують обладнання або конструкції до заземлювача, в ґрунті прокладати на глибині не менше 0,3 м;

- поблизу місць розташування нейтралей силових трансформаторів, що заземлюються, прокладати поздовжні і поперечні горизонтальні заземлювачі у чотирьох напрямах.

При виході заземлювального пристрою за межі огорожі території електроустановки горизонтальні заземлювачі, що знаходяться зовні, слід прокладати на глибині не менше 1 м. Зовнішній контур заземлювального пристрою в цьому випадку рекомендується виконувати у вигляді багатокутника з тупими кутами.

Зовнішню огорожу електроустановок не рекомендується приєднувати до заземлювального пристрою. Якщо від електроустановки відходять повітряні лінії електропередавання напругою 110 кВ і вище, то огорожу слід заземлювати за допомогою вертикальних заземлювачів довжиною 2 – 3 м, встановлених біля стійок огорожі по всьому її периметру через 20 – 50 м. Установка таких заземлювачів не потрібна для огорожі з металевими стійками і стійками із залізобетону, арматура яких електрично з'єднана з металевими ланками огорожі.

Для виключення електричного зв'язку зовнішньої огорожі із заземлювальним пристроєм відстань від огорожі до елементів заземлювального пристрою, розташованих уздовж неї з внутрішнього, зовнішнього або з обох боків, повинно бути не менше 2 м. Горизонтальні заземлювачі, труби і кабелі з металевою оболонкою та інші металеві комунікації, що виходять за межі огорожі, мають бути прокладені посередині між стійками огорожі на глибині не менше 0,5 м. У місцях примикання зовнішньої огорожі до будівель і споруд, а також у місцях примикання до зовнішньої огорожі внутрішніх металевих огорож мають бути виконані цегельні або дерев'яні вставки завдовжки не менше 1 м.

Не слід встановлювати на зовнішній огорожі електроприймачі напругою до 1000 В, які живляться безпосередньо від знижувальних трансформаторів, розташованих на території електроустановки. При розміщенні електроприймачів на зовнішній огорожі їх живлення слід здійснювати через розділяючі трансформатори.

Якщо виконання хоч би одного із вказаних заходів неможливе, то металеві частини огорожі слід приєднати до заземлювального пристрою і виконати вирівнювання потенціалів так, щоб напруга дотику із зовнішньої і внутрішньої сторін огорожі не перевищувала допустимих значень. При виконанні заземлювального пристрою за допустимим опором має бути прокладений з зовнішнього боку огорожі горизонтальний заземлювач на відстані 1 м від неї на глибині 1 м. Цей заземлювач слід приєднувати до заземлювального пристрою не менше ніж у чотирьох точках.

Якщо заземлювальний пристрій промислової або іншої електроустановки з'єднаний із заземлювачем електроустановки напругою вище 1000 В з ефективно заземленою нейтраллю кабелем з металевою оболонкою або бронею або за допомогою інших металевих зв'язків, то для вирівнювання потенціалів навколо такої електроустановки або будівлі, в якій вона розташована, необхідно дотримання однієї з наступних умов:

1) укладання в землю на глибині 1 м та на відстані 1 м від фундаменту будівлі або від периметра території, яка зайнята обладнанням, заземлювача, з'єднаного з металевими конструкціями будівельного і виробничого призначення і мережею заземлення (занулення), а біля входів та в'їздів до будівлі - укладання провідників на відстанях 1 і 2 м від заземлювача на глибині 1 і 1,5 м відповідно і з'єднання цих провідників із заземлювачем;

2) використання залізобетонних фундаментів як заземлювачів.

17.3.4. В якості природних заземлювачів рекомендується використовувати:

1) прокладені в землі водопровідні та інші металеві трубопроводи, за винятком трубопроводів горючих рідин, горючих або вибухових газів і сумішей;

2) обсадні труби свердловин;

3) металеві та залізобетонні конструкції будівель і споруд, які мають зв'язок з землею;

4) металеві шунти гідротехнічних споруд, водоводи, закриви і т. ін.;

5) свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі.

Алюмінієві оболонки кабелів не допускається використовувати як природні заземлювачі .

Якщо оболонки кабелів служать тільки заземлювачами, то в розрахунку заземлювальних пристроїв вони повинні враховуватися при кількості кабелів не менше як два;

6) заземлювачі опор повітряних ліній електропередавання, з'єднані з заземлювальним пристроєм електроустановки за допомогою грозозахисного троса лінії, якщо трос не ізольований від опор лінії;

7) нульові дроти повітряних ліній електропередач напругою до 1000 В з повторними заземлювачами при кількості ліній не менше як дві;

8) рейкові колії магістральних неелектрифікованих залізниць і під'їзні шляхи за наявності навмисного з'єднання рейок перемичками.

Заземлювачі мають бути пов'язані з магістралями заземлень не менше ніж двома провідниками, приєднаними до заземлювача в різних місцях. Ця вимога не поширюється на опори повітряних ліній електропередавання, повторне заземлення нульового дроту і металеві оболонки кабелів.

17.3.5. Для штучних заземлювачів слід застосовувати сталь. Їх також не слід фарбувати.

Найменші розміри сталевих штучних заземлювачів приведені нижче:

діаметр круглих заземлювачів, мм:

неоцинкованих 10

оцинкованих 6

перетин прямокутних заземлювачів, мм² 48

товщина прямокутних заземлювачів, мм 4

товщина полиць кутової сталі, мм 4

Не слід розташовувати (використовувати) заземлювачі в місцях, де ґрунт підсушується під дією тепла трубопроводів тощо.

Траншеї для горизонтальних заземлювачів повинні заповнюватися однорідним ґрунтом, що не містить скалля і будівельного сміття.

У разі небезпеки виникнення корозії заземлювачів необхідно застосовувати один із заходів:

- збільшення перетину заземлювачів з урахуванням розрахункового терміну їх служби;

- застосування оцинкованих заземлювачів;

- застосування електричного захисту.

Допускається застосування заземлювачів із електропровідного бетону, як штучних.

17.3.6. У разі, коли в зоні розташування підстанції неможливе спорудження штучного заземлювача з необхідним значенням електричних характеристик ЗП або спорудження штучного заземлювача пов'язане з великою витратою коштів, розглядається варіант використання глибинного або виносного заземлювача, а при розрахунку ЗП за допустимою напругою дотику, крім того, і варіант використання скалкової або рінявої підсипки.

При розрахунку ЗП по допустимому опору розтікання у разі, коли при урахуванні виносного заземлювача не має можливості отримати необхідне рішення, слід розглядати доцільність штучної обробки ґрунту з метою підвищення її електропровідності.