Расчёт заземления трансформаторной подстанции, страница 2

Величина тока однофазного замыкания на землю определялось по формуле (2.10) приведённой в [14]

,                                                         (3.4)

В табл. 3.4 так же для каждой распределительной линии приведено отношение, , которое во всех случаях превышает 2. При этом, как отмечалось выше, обеспечивается возможность надёжного немедленного и селективного отключения повреждённого в результате однофазного замыкания участка сети максимальной токовой защитой в трёхфазном исполнении.

3.2. Обеспечение безопасных величин напряжения прикосновения на потребительских трансформаторных подстанциях

В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с эффективно заземлённой нейтралью, заземляющие устройства по условиям электробезопасности следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению (менее 0,5 Ом), либо напряжение прикосновения не должно превосходить допустимой величины [2].

Сооружение заземляющих устройств в городской электрической сети      10 кВ с соблюдением требований к их сопротивлению в связи с высоким удельным сопротивлением характерных для республики Беларусь песчаных грунтов требует отчуждения значительных площадей около каждой из трансформаторных подстанций (ТП), что в условиях крупного города в ряде случаев оказывается невозможным. Проведённые исследования [16] показали, что в грунте с удельным сопротивлением Dt Ом×м искусственный заземлитель состоящий из уложенных в виде сетки горизонтальных заземлителей и четырёх вертикальных электродов  l_в = 5м может обеспечить сопротивление  R_э = 0,5 Ом  только в том случае, если он будет занимать площадь S не менее 6400 м² (размер площадки 80х80 м). При этом существенно уменьшить занимаемую им площадь за счёт увеличения количества вертикальных электродов или их длины оказывается невозможным [16]. В то же время, использование большого числа относительно длинных вертикальных электродов позволяет снизить напряжение прикосновения в несколько десятков раз [16].

Следовательно, имеет смысл рассмотреть структуру заземляющего устройства вокруг здания ТП площадью 100 м² (размер 10х10 м), обеспечивающего допустимую величину напряжения прикосновения (U_пр). За расчётную величину напряжения прикосновения принимается максимальная разность потенциалов между потенциалом заземлителя и наименьшим потенциалом поверхности земли, которая наблюдается в центре ячейки заземляющего устройства. Величина U_пр прямо пропорциональна . С учётом перспективного развития сети и роста нагрузок будем рассчитывать заземляющие устройства на ток 1000 А.

Предельно допустимый уровень напряжения прикосновения (U_пр.доп), при котором обеспечивается электробезопасность человека, зависит от полного времени отключения короткого замыкания, составляющего в сетях 10 кВ не более    1 с. При аварийном режиме, полное время отключения которого составляет 1 с. производственных установок с частотой 50 Гц напряжением выше 1000 В с заземлённой нейтралью, U_пр.доп не должно превышать 100 В [17].

Напряжение прикосновения для заземляющего устройства выполненного в виде сетки с вертикальными электродами определяется по формуле, В

,                                       (3.5)

где a_{пр.макс} - максимальная величина коэффициента прикосновения, имеющая место в центре прямоугольного контура из горизонтальных электродов у поверхности земли;

a_в - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента напряжения прикосновения от добавления вертикальных электродов в зависимости от l_в,  и расстояния между вертикальными электродами a.

Максимальную величину коэффициента прикосновения можно определить по формуле

,                                             (3.6)

где   d_o - диаметр электродов, м;

Сопротивление заземляющего устройства определяем по формуле, Ом

,                                                (3.7)

А  -  коэффициент подобия, зависящий при наличии вертикальных электродов и числе ячеек (т. е. от частоты сетки) m=1, только от отношения ;

D - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления заземлителя в зависимости от частоты сетки, относительной длины вертикальных электродов  и относительного расстояния между ними a/l_в;

D_h - коэффициент, учитывающий влияние глубины заложения горизонтальных электродов на снижение сопротивления сетки с вертикальными электродами, величина которого зависит от частоты сетки и отношений  и a/l_в.

Указанные величины a_в, А, D, D_h, определяем по графическим зависимостям приведенным в [16].

Расчёт по формулам (3.5)-(3.6), показывает, что применение вертикальных электродов длиной  l_в =5 м, даже при их забивке через расстояние а=0,5 м позволяет получить напряжение прикосновения равное 198 В. Требуемую величину напряжения прикосновения можно обеспечить применением вертикальных электродов длиной 10 м по периметру сетки через каждые 2 м, что подтверждает расчёт приведённый ниже. Схема, которая обеспечивает требуемую величину прикосновения, приведена на рис. 3.1.

Максимальную величину коэффициента прикосновения определяем по формуле (3.6)

Сопротивление заземляющего устройства определяем по формуле (3.7)

 Ом

Напряжение прикосновения для заземляющего устройства выполненного в виде сетки с вертикальными электродами определяем по формуле (3.5)

 В

Рис. 3.1. Заземляющее устройство трансформаторной подстанции 10 кВ, обеспечивающее требуемую величину напряжения прикосновения.

В этом случае величины коэффициентов А, D, D_h , a_{пр.макс}, a_в будут составлять соответственно 0,8; 0,3; 0,8; 0,637; 0,065, а сопротивление заземляющего устройства R_З равняется 1,92 Ом. При этом напряжение прикосновения U_пр определяемое по формуле (3.5), составляет 79,5 В, что меньше предельно допустимой по условиям электробезопасности величины, равной 100 В.