Расчет контура заземления

Введение

В курсовой работе необходимо произвести расчеты контура заземления здания ДСП, совместных влияний аварийных режимов КС, ЛЭП и воздействия молнии, магнитных влияний КС и ЛЭП, гальванических влияний ЛЭП и КС на кабель связи, перенапряжений при заносе высокого потенциала. На основе получившихся данных спроектировать многокаскадные устройства защиты устройств связи и питания, а так же выбрать элементы защиты. Создать план размещения аппаратуры и средств защиты.

Масштабное использование электронного оборудования во всех сферах человеческой деятельности обострило потребность в защите от электрических сбоев.

Раньше причины сбоев искали только в самом оборудовании, теперь стало понятно, что внимания заслуживают также внешние факторы. Ущерб, вызванный импульсными перенапряжениями, возрос в разы по сравнению с прошлым. Например, согласно мировой статистике выплаты по страховым случаям, связанным с перенапряжением, составляют десятки процентов от общего количества страховых выплат.

Перенапряжение, как правило, возникает в результате атмосферных разрядов, коммутационных процессов в распределительных электрических сетях и коммутационных процессов силовых элементов и устройств в технологических цепях. Атмосферное перенапряжение характеризуется достаточно большой энергией и возникает при прямых ударах молнии в электроустановку или наводится (индуцируется) в линиях при ударах молний вблизи от них. Частота возникновения перенапряжения вследствие атмосферных разрядов обусловлена прежде всего среднегодовым количеством грозовых дней, которых на территории нашей страны в среднем – 25.

Коммутационные процессы в распределительных электрических сетях генерируют импульсы перенапряжения, которые через емкостную связь трансформаторов часто попадают из высоковольтных сетей в низковольтные. Такие процессы случаются гораздо чаще, чем атмосферные перенапряжения.

Технологические перенапряжения, как правило, возникают при замыкании и размыкании индуктивных и емкостных нагрузок. Они происходят в несколько раз чаще, чем два предыдущих типа. Волны перенапряжения могут распространяться из источника несколькими способами.

Перенапряжение в распределительных электрических сетях может быть вызвано резким возрастанием потенциала основного заземления в результате прямого попадания молнии. Устойчивость к перенапряжениям является составной частью электромагнитной совместимости, т.е. способности электрооборудования нормально работать при наличии электромагнитных помех. Вот почему защита от перенапряжения становится все более актуальной.

1 Описание плана и характеристика основных источников влияния

Рисунок 1.1 – План станции

Трансформаторная подстанция — электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Состоит из силовых трансформаторов, распределительного устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательных сооружений.

Тяговая подстанция — в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования (выпрямления) тока (для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Дом связи – здание, в котором находятся рабочее место ДСП и аппаратура связи.

Контактная сеть — техническое сооружение электрифицированных железных дорог, служащее для передачи электроэнергии с тяговых подстанций на электроподвижной состав. Кроме того, с помощью контактной сети обеспечивается снабжение нетяговых железнодорожных потребителей (освещение станций, переездов, питание путевого инструмента).

Антенно-фидерное устройство (АФУ) — совокупность антенны и фидерного тракта, входящая в качестве составной части в радиоэлектронное изделие, образец, комплек. АФУ используются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи сигналов радиоволны. Функция антенны заключается в излучении или приеме электромагнитных волн. Электрическое подключение антенны к источнику (потребителю) может быть непосредственным, а может осуществляться с помощью линии передачи, оснащенной радиочастотными соединителями, т.е. с помощью фидера. Функция фидера — в передаче электромагнитного колебания от радиопередатчика ко входу антенны и передаче электромагнитного колебания от антенны к радиоприемнику.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Рассмотрим типы кабелей для магистральной, местной связи и волноводов.

МКПАБ – магистральный кабель, с кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией, с броней из стальных лент и защитным покровом из кабельной пряжи, пропитанной битумом.

Рисунок 1.2 – Кабель МКПАБ (1 – контрольная жила, 2 – центрирующий кордель, 3 – изолированная жила четверки, 4 – сигнальная пара, 5 – поясная изоляция, 6 – алюминиевая оболочка, 7– подушка из джута, 8 – стальные ленты)

СБПБ – для электрических установок железнодорожной сигнализации, централизации и блокировки, пожарной сигнализации и автоматики с номинальным напряжением 380 В переменного тока частотой 50 Гц или 700 В постоянного тока.

Рисунок 1.3 – Кабель СБПБ (1 – токонесущая жила; 2 – изоляция; 3 – поясная изоляция; 4 – оболочка; 5 – броня)

Кабель ТПП используется в местных сетях телефонной связи. Токопроводящие жилы кабеля изготавливаются из меди и имеют диаметр от 0,32 до 0,7 мм. Жилы покрывают сплошным полиэтиленовым изоляционным слоем. Отдельная пара проводов в кабеле имеет слабую скрутку. Кабель марки ТПП эксплуатируется при температуре окружающей среды не ниже

-50ºС и не выше +60°С.

Рисунок 1.4 – Кабель ТПП (1 – защитный покров, 2 – подушка, 3 – оболочка, 4 – экран, 5 – поясная изоляция, 6 – гидрофобный заполнитель, 7 – изоляция, 8 – токонесущая жила)

Волновод — искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространяться волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу. В качестве направляющей линии на ЖД используется биметаллический провод.

Рисунок 1.5 – Волновод (1 – несущая сердцевина, 2 – проводящий слой)

Источниками влияния на узел связи являются:

- контактная сеть (электромагнитное воздействие)

- ЛЭП (электромагнитное воздействие)

- разряды молнии

Молния представляет собой гигантский электрический искровой разряд между облаками и земной поверхностью, или между облаками, или между разными частями облака. Помехи, создаваемые ЛЭП, КС и разрядами молнии оказывают значительное влияние на качество связи и требуют применения защитных средств.

Импульс тока, создаваемый разрядом молнии, имеет форму, представленную на рисунке 1.6. Наибольшую опасность представляет собой быстро нарастающий фронт импульса, который приводит к повреждению незащищенной аппаратуры.

Характеристики разрядов молнии

Рисунок 1.6 – Изменение тока молнии (одиночного разряда) во времени

Рисунок 1.7 – Модель волны импульса тока молнии

Рисунок 1.8 – Кривая вероятности токов молнии

Расчет контура заземления

Заземление - это ЗУ (заземляющее устройство), предназначенное для электрического соединения с «землей» различных заземляемых частей электрооборудования.

Для каждой системы заземления (TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT) существуют свои требования к сопротивлению заземляющего устройства.

Сопротивление ЗУ очень сильно зависит от:

а) Типа грунта;

б) Структуры грунта;

в) Состояния грунта;

г) Глубины залегания электродов;

д) Количества электродов;

е) Свойств электродов.

Контур заземления – это и есть, соединенные между собой, горизонтальные и вертикальные электроды, которые заложены на определенной глубине в грунте.

Все свойства грунта определяются его сопротивлением растекания тока. И чем это сопротивление меньше, тем лучше для монтажа контура заземления.

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматуру длинами 2,5-3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5-0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

В данном курсовом проекте контур заземления состоит из двадцати штырей, расположенных на расстоянии четырех метров друг от друга. Сопротивление такого контура не должно превышать 4 Ом.
Начнем расчет с определения вертикальной составляющей Rв:

(2.1)