4. Конструктивное исполнение заземляющего устройства подстанции

Заземляющее устройство, выполняемое с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей.

В целях выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования к заземлителю на территории, занятой электрооборудованием, прокладываются продольные и поперечные горизонтальные заземлители, соединенные между собой и образующие сетку. Горизонтальные заземлители проложены по краю территории, занимаемой заземляющим устройством, так, чтобы они в совокупности образовывают замкнутый контур.

Выбираем стальные полосные горизонтальные заземлители 25х4 мм. Вертикальные заземлители выполняем из уголка 50×50×5 мм, d_в=0,95ˑb=0.0475 м, l=4 м, h=0.005 м – толщина стали.

Продольные заземлители проложены вдоль осей оборудования со стороны обслуживания на глубине 0,7 м от поверхности земли на расстоянии одного метра от фундамента оборудования.

Поперечные заземлители проложены в удобных местах между оборудованием на глубине 0,7 м от поверхности земли. Размеры ячеек заземляющей сетки, примыкающие к местам присоединения нейтралей силовых трансформаторов к заземляющему устройству, не превышают .

По рекомендациям [1] внешнюю ограду подстанции не присоединяем к заземляющему устройству. Расстояние от ограды до заземляющего устройства подстанции должно быть не менее 2 метров.

5. Расчет сопротивления заземления молниеотводов

5.1. Расчет заземлителя отдельно стоящего молниеотвода

Заземлитель молниеотвода состоит из естественного и искусственного заземлителей. Естественным заземлителем R_ест является фундамент молниеотвода, а искусственный заземлитель R_иск выполняем в виде коротких горизонтальных лучей с вертикальными электродами.

Рассмотрим расчет заземлителя молниеотвода №16 высотой 23.2 м. В качестве его естественного заземлителя принимаем часть опоры, находящуюся в земле.

R_ест =;

где l_ф= 3 м − длина заглубленной части опоры;

d_ф= 0.4 м − средний диаметр заглубленной части опоры.

Для расчета определим эквивалентное сопротивление грунта, как вертикального заземлителя. При расчете неоднородный грунт представляется двухслойной моделью. Толщина первого слоя принимается равной длине заглубленной части опоры h_1э= 3 м.

Толщина второго слоя:

h_2э = H_расч– h_1э;

где H_расч = (1.3- 1.4)·l_ф − расчетная глубина;

H_расч = (1.3- 1.4)·l_ф =(1.3- 1.4)·3 = 3.9 −4.2 м;

Принимаем H_расч= 4 м.

h_2э = 4– 3 = 1 м;

В общем случае эквивалентное сопротивление первого слоя ρ_1э определяется путем усреднения проводимости слоев грунта, входящих в первый слой, также необходимо учесть сезонные изменения, в результате которых удельное сопротивление слоя сезонных изменений грунта для летнего периода времени увеличится на 1.4.

Толщина слоя сезонных изменений h=2 м.

ρ_1э = == 81.353 Ом·м;

Эквивалентное удельное сопротивление второго слояρ_2э будет равно:

ρ_2э === 120 Ом·м.

Двухслойная структура приводится к однослойной с эквивалентным сопротивлением ρ_э, в которой заземлитель будет иметь такое же значение сопротивления, как в двухслойной модели грунта.

Отношение удельных сопротивлений первого и второго слоя: = = 0.678;

= = 1

При = 0.678 и =1 находим по (рис.15 [8-9]):

= 0.67;

ρ_э = 0.67·ρ_2э = 0.67·120 = 80.4 Ом·м.

Естественное сопротивление заземлителя:

R_ест = Ом.

В связи с близким расположением дороги, выбираем в качестве искусственного заземлителя двулучевой заземлитель с вертикальными электродами, расположенными на расстоянии 4 м от молниеотвода. Заземлитель уложен на глубине h =0.7 м, длина луча l_л = 5 м, диаметр луча d_л = 0.0125 м; длина вертикального электрода, выполненного в виде уголка составляет l_в = 4м, диаметр d_в = 0.0475 м.

Рис. 5.1.1. Конструкция заземлителя отдельно стоящего молниеотвода № 16

Для заземлителя их n лучей искусственное сопротивление находим по формуле:

R_иск= ;

где К_под − коэффициент подобия;

К_лв – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления лучевого заземлителя при добавлении вертикальных электродов.

Для = = 0.0025 по кривой 1 (рис.18. [1]) К_под = 0.78.

Для ==0.4 и a, по кривой 4 (рис.19. [1]) К_лв=0.45

Расчетная глубина грунта исходя из длины вертикального электрода:

H_расч = (1.3-1.4)·lв = (1.3-1.4)·4 = 5.2 – 5.6м;

А исходя из длины горизонтальных электродов:

H_расч = (0.1-0.2)·n_л·l_л = (0.1-0.2)·2·5 = 1.0–2.0м;

Принимаем H_расч= 5.5 м. Расчет эквивалентного сопротивления аналогичен предыдущему случаю, но в данном случае ρ_э определяется по рис. 16 [1].

h_1э = h; h_1э =0.7=0.7 м;

h_2э = H_расч– h_1э; h_2э = 5.5-0.7=4.8 м;

ρ_1э = == 63 Ом·м;

ρ_2э = == 103.007 Ом·м;

При =и находим по (рис.16 [1]):

= 1;

ρ_э = 1· ρ_2э = 1·120=120 Ом·м.

Искусственное сопротивление:

R_иск= = = 8.424 Ом;

Стационарное сопротивление молниеотвода:

R_~= = = 5.328 Ом.

Расчет импульсного сопротивления заземлителя молниеотвода производится по методике, разработанной на основе теории подобия. При определении критериев подобия в основу представления о механизме работы заземлителя положено понятие искровой зоны, то есть области, охваченной разрядом в грунте, границы которого определяются характеристическим размером S и критическим значением напряженности электрического поля.

Расчету импульсного сопротивления заземлителя R_и и должен предшествовать расчет критического значения тока, стекающего с заземлителя, при котором начинается процесс искрообразования −I_иск. Для этого рассчитывают критериальные параметры П₁ и П₂ для стационарного значения сопротивления заземлителя R_~.

Рис. 5.1.2. Схема для ориентировочного определения характеристического размера S

Характеристический размер S = 5.049 м. Тогда параметры подобия:

П₁ = = = 0.354;

П₂ = = = 0.4;

Пробивная напряженность грунта:

Е_пр==

==835.255 кВ/см

Ток искрообразования:

I_иск = = = 70.976 кА;

Т.к. ток искрообразования больше расчетного тока I_иск = 70.976 кА < I = 100 кА, то необходимо выполнение условия I_и< I_иск.

Рис. 5.1.3. Схема для определения тока I_и

кА

Условие выполнено: 63.252 кА < 70.976 кА.

I_и < I_{иск ,} следовательно расчет импульсного сопротивления молниеотвода ведется следующим образом:

П_2;;,поэтому

Ом

Проверка расстояния по воздуху и расстояния по земле между трансформаторным порталом и молниеотводом №16 на высоте портала Н=16.5 м.

,

т.к то принимаем

,

т.к то принимаем