Проект новой подстанции для обеспечения электроэнергией нефтеперерабатывающего завода (стр. 15 из 22)

Рисунок 24

7.2.2. Расчет заземляющих устройств

Порядок выполнения расчётов. Согласно ПУЭ заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления R_з£ 0.5 Ом или допустимого напряжения прикосновения.

Расчёт по допустимому сопротивлению R_з£ 0.5 Ом приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющих устройств для подстанций небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации распределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины R_з. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземлённому оборудованию, находящемуся под потенциалом, часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека R_ч и сопротивлением растеканию тока от ступней в землю R_с. На тело человека фактически будет действовать напряжение:

U_ч = U_пр. – U_с ,(7.5)

где U_с = I_чR_с – падение напряжения в сопротивлении растеканию с двух ступней человека в землю.

Если принять ступню человека за диск радиусом 8 см, то

где r_в,с – удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом;

г – радиус ступни, м.

Ток, протекающий через человека:

.

Опасность поражения зависит от тока и его длительности протекания через тело человека. Согласно принятым нормам допустимый ток определяется так:

Длительность действия тока, с 0.1 0.2 0.50.7 1.0

Допустимый ток, мА 5002501007565

Зная допустимый ток, можно из (7.5) найти допустимое напряжение прикосновения :

.

Подставляя значения U_c и R_c получаем:

, (53)

Из (7.6) видно, что чем больше

, тем большее напряжение прикосновения можно допустить. Приняв некоторую среднюю величину , можно рекомендовать для расчетов приведённые ниже допустимые напряжения:

Длительность воздействия, сдо 0.1 0.2 0.5 0.71.01.3

Наиболее допустимое напряжение

прикосновения, В 50040020013010065

За расчетную длительность воздействия

принято:

,

где t_р,з – время действия релейной защиты;

t_отк,в – полное время отключения выключателя.

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение U_пр. до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве U_з должно быть не выше 10 кВ. Если U_з > 5-10 кВ, необходимо принять меры по предотвращению выноса высокого потенциала за пределы электроустановки.

Заземляющее устройство для установок 110 кВ и выше выполняется из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающих полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом. Расстояние между полосами должно быть не более 30 м.

Рисунок 25 - заземляющее устройство подстанции;

Расчет производится в следующем порядке :

1. Зная наибольшее допустимое напряжение прикосновения, определяем напряжение на заземлителе по формуле:

(54)

где k_п – коэффициент напряжения прикосновения; для сложных заземлителей он определяется по формуле

, (5

5)

где l_в – длина вертикального заземлителя, м;

L_г – длина горизонтальных заземлителей, м;

а – расстояние между вертикальными заземлителями, м;

S – площадь заземляющего устройства, м²;

М – параметр, зависящий от удельного сопротивления грунта;

b - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека R_ч и сопротивлению растекания тока от ступней R_с:

.(56)

В расчетах принимают R_ч=1000 Ом; R_c=1.5r_в,с.

2. Так как U_з = I_зR_з, то сопротивление заземляющего устройства должно быть, Ом:

3.

, (57)

где I_з – ток, стекающий с заземлителя проектируемого заземляющего устройства при однофазном КЗ.

Если однофазное КЗ произошло в пределах электроустановки, то

, (58)

где

- ток однофазного КЗ в месте повреждения;

х₀ – результирующее индуктивное сопротивление нулевой последовательности до места КЗ;

х_т1 – сопротивление нулевой последовательности трансформаторов рассматриваемой электроустановки.

4. Определяют общее сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчетную модель, Ом:

, (59)

Где

при ; (60)

где

- удельное сопротивление земли, Ом м;

L_в – общая длина вертикальных заземлителей; L_в = l_вn_в.

Полученное значение R_з должно быть меньше R_з,доп.

Если сопротивление превышает требуемые значения, то необходимо увеличение площади S, длины L_г , числа вертикальных заземлителей n_в и их длины. Всё это приводит к дополнительным расходам и на подстанциях трудно осуществимо. Эффективной мерой уменьшения опасности прикосновения является подсыпка гравия или щебня слоем 0.1-0.2 м у рабочих мест. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает (5000-10000 Ом м), что снижает ток, проходящий через человека, так как сопротивление растекания тока со ступней R_c. В расчёте соответственно уменьшается коэффициент b и увеличивается допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Расчёт заземляющего устройства. Расчёт будем производить с учётом существующего заземляющего устройства. Заземляющее устройство выполняем в виде сетки из полосы

мм.

Исходные данные для расчета : удельное сопротивление земли r =300 Ом м; глубина заложения горизонтальных полос t=0,7м; общая длина горизонтальных полос L_г=2150 м; длина вертикальных заземлителей l_в = 3,5м с диаметром d=16мм; количество вертикальных заземлителей n_в=60; время действия релейной защиты t_р,з = 0,12 с; полное время отключения выключателя t_отк,в = 0,05 с; естественных заземлителей нет.

Рисунок 26

а) заземляющее устройство подстанции;

б) расчетная модель.

Площадь заземляющего устройства равна :

м².

Для t = 0,12 + 0,05 = 0,17с находим U_пр,доп = 400 В.

Коэффициент прикосновения по формуле:

= ;

здесь М = 0,5 [2];

Потенциал на заземлителе по:

= В,

что в пределах допустимого (меньше 10 кВ).

Сопротивление заземляющего устройства по:

Ом,

здесь I_з – однофазное КЗ по формуле:

А

где

- ток однофазного КЗ;

х₀ – результирующее сопротивление нулевой последовательности до места КЗ, Ом, х_0* =5,01 о.е., в именованных единицах:

Ом;

х_т1 – сопротивление нулевой последовательности трансформатора, Ом, х_т1*=16.66 о.е. , в именованных единицах :

Ом.

Длина сторон ячейки:

B=5 м.

Длина полос в расчётной модели:

м.

Общая длина вертикальных:

L_в = l_в·n_в = 3,5·60 = 210 м.

Относительная глубина:

,

тогда по (7.13)

.

Общее сопротивление сложного заземлителя

Ом,