Заземление и молниезащита подстанции

15. Заземление и молниезащита подстанции

Заземляющие устройства в электроустановках  выше 1000 В  в сетях с эффективно заземленной нейтралью следует выполнять с соблюдением требований к их  сопротивлению или к напряжению прикосновения ,а также к конструктивному выполнению и к ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Норма сопротивления заземляющего устройства в электроустановках напряжением выше 1000 В сети с эффективно-заземленной нейтралью, согласно требованиям [  ], установлена в

0,5 Ома, включая сопротивления естественных заземлителей.

С целью уменьшения возможного напряжения прикосновения путем выравнивания электрического потенциала регламентирована конструкция заземляющего устройства. На территории электроустановки (ОРУ-110кВ) должна быть выполнена заземляющая сетка, образованная электрически соединенными между собой горизонтальными продольными и поперечными заземлителями.

Продольные заземлители следует прокладывать вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания, на глубине 0,5…0,7 м от поверхности земли и на расстоянии 0,8…1м  от фундаментов или оснований оборудования.  Допускается увеличение расстояний от фундаментов или оснований оборудования до 1,5 м с прокладкой  одного заземлителя для двух рядов оборудования, если стороны обслуживания обращены друг к другу, а расстояние между фундаментами двух рядов не превышает 3м. Поперечные заземлители прокладываются в удобных местах между оборудованием на глубине 0,5…0,7м от поверхности земли.

Расстояние между соседними поперечными заземлителями рекомендуется принимать увеличивающимися от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии [  ] не должны превышать соответственно 4;5;6;7,5;9;11;13,5;16;20м. Такие шаги поперечных заземлителей способствуют наиболее полному выравниванию электрических потенциалов в пределах территории, на которой расположена заземляющая сетка. В местах присоединения нейтралей силовых трансформаторов и короткозамыкателей к заземляющему устройству, размеры сетки не должны превышать 6х6м².

Горизонтальные заземлители следует прокладывать по краю территории образования замкнутого контура.

Если заземляющее устройство выходит за пределы ограждения ОРУ, то горизонтальные заземлители, проложенные вне территории, прокладывают на глубине не менее 1м.

Расчет заземляющего устройства ОРУ-110кВ.

Для ОРУ-110кВ сопротивление заземлителя растеканию тока, согласно требованиям ПУЭ, должно быть не более 0,5 Ом, то есть

R_з = 0,5 Ом. Дополнительно, в качестве заземлителя,  используем систему трос-опора с сопротивлением заземления R_т-о = 1,26 Ом. Вместе с тем, дополнительно, согласно заданию, в качестве заземлителя используем железобетонные фундаменты зданий, сооружений и оборудования с сопротивлением заземления

R_з2 = 3,0 Ом.

С учетом вышеперечисленных фактов:  R₃ = 0,5 Ом ; 

R_т-о = 1,25 Ом  ; R_з2 = 3,0 Ома, получаем требуемое сопротивление искусственного заземлителя R_и  по формуле:

R_и =  Ом.

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру подстанции. В качестве искусственных заземлителей  вертикальные электроды: материал – круглая сталь, диаметром d = 16мм; длина – I_в = 5м, метод погружения – ввертыванием. Верхние концы вертикальных стержней, погруженных на глубину t = 7м, приварены к горизонтальным электродам – стальным полосам 40х4 мм². Удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя – суглинок, по данным табл. 12.1 [  ] составляет  100 Ом · м.

Размеры подстанции 34 х 40 м (L₁ = 34м, L₂ = 40м.), где  L₁ и   L₂ – длины сторон контура.

Для выравнивания потенциала внутри контура прокладываем семь уравнительных полос. Тогда общая длина горизонтальных полос составит: L_г = 148 + 3 · 40 + 4 · 34 = 404 м.

Территория подстанции занимает площадь S = 40 · 34 = 1360 м².

Согласно рекомендациям [  ], составим расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S = 1360 м². Длина одной его стороны будет м.

Количество ячеек по одной стороне модели определим по формуле из [  ] :

 шт.

Принимаем m = 4.

Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов по формуле [  ] :

м.

Длину стороны ячейки модели находим по формуле [  ]:

м.

Количество вертикальных электродов при а = 4 м вычисляем по формуле [  ]:

n_в=  = 37 шт.

Суммарная длина вертикальных электродов по формуле [  ]:

Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов по формуле [  ] :

Определяем коэффициент А по формуле [  ], поскольку

0,1 ≤ t_пог = 0,15 ≤  0,5 , тогда:

А = 0,385 - 0,25• t_пог = 0,385 - 0,25•0,15 = 0,347.

Подставим в уравнение [  ] :

R

Полученное значение очень близко совпадает с требующимся сопротивлением искусственного заземлителя R_и =1,15 Ом.

Окончательно принимаем 37 вертикальных электродов.

Дополнительно, для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а так же по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления.

Расчет молниезащитного устройства подстанции

Выбираем молниезащиту в виде защиты двойного стержневого