Расчет заземляющих устройств

Заземлением называют преднамеренное гальвани­ческое соединение металлических частей электроустановки с заземляющим устройством.

Различают следующие виды заземлений: защитное — выполняют с целью обеспечения электробезопасности при замыкании токоведущих частей на землю; рабочее — пред­назначено для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное — для защиты электрообору­дования от перенапряжений и молниезащиты зданий и со­оружений. В большинстве случаев одно и то же заземле­ние выполняет несколько функций, т. е. одновременно яв­ляется защитным, рабочим и т.д.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлителем называют металлический провод­ник или группу проводников, находящихся в соприкосно­вении с землей. Различают естественные и искусственные заземлители.

Естественные заземлители — это различные конст­рукции и устройства, которые по своим свойствам могут одновременно выполнять функции заземлителей: водопро­водные и другие металлические трубопроводы (кроме тру­бопроводов горючих или взрывчатых жидкостей и газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией от коррозии), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей.

Под искусственными заземлителями понимают закладываемые в землю металлические электроды, специ­ально предназначенные для устройства заземлений. В ка­честве искусственных заземлителей применяют: для вер­тикального погружения в землю — стальные стержни диа­метром 12—16 мм, угловую сталь с толщиной стенки не менее 4 мм или стальные трубы (некондиционные) с тол­щиной стенки не менее 3,5 мм; для горизонтальной уклад­ки — стальные полосы толщиной не менее 4 мм или круг­лую сталь диаметром 6 мм.

 

 

Для обеспечения безопасности людей на подстанциях сооружают заземляющие устройства и заземляют корпуса электрооборудования, т.е. создают сеть защитного заземления, назначение которого состоит в создании между металлическими частями электрооборудования и землёй электрического соединения с достаточно меньшим сопротивлением, при котором параллельное присоединение человека к заземлённым частям, оказавшегося под напряжением, не способно создать ток, опасный для его жизни.

Безопасное сопротивление заземляющих устройств:

- сети с изолированной нейтральностью ниже 1000В не более 4 Ом; выше 1000 В не более 10 Ом;

- сети с глухозаземлённой нейтралью до 1000 В не более 2,4 Ом;

- принимаем значение сопротивления заземляющего устройства 2 Ом.

Расчет проводим согласно разделу: «Расчет заземляющих устройств».

Для заземляющего устройства главной понизительной подстанции принимаем: в качестве вертикальных электродов – угловую сталь с шириной сторон 50 мм, толщиной стенки 6 мм; в качестве горизонтального контура – круглую сталь диаметром 10 мм. Длина вертикальных электродов – 3 м; длина контура по периметру здания 64 м (размеры насосной: 20×10 м). Верхние концы вертикальных электродов расположены на глубине 0,5 м. Почва вокруг здания – суглинок.

Для сетей напряжением выше 1 кВ согласно ПУЭ с изолированной нейтралью сопротивление заземлителя R₃ в любое время года должно быть не более 4 Ом

Для сетей напряжением выше 1000 В согласно ПУЭ с изолированной нейтралью сопротивление заземлителя R₃ в любое время года должно быть не более 4 Ом

(9.1)

Расчетные значения удельного сопротивления грунта для вертикальных электродов, , Ом ∙м.

 

(9.2)

где – повышающие коэффициенты, по [1], ;

r – средние удельное сопротивление грунта, Ом, по [1] ;

(Ом∙ м)

Расчетные значения удельного сопротивления грунта для горизонтальных электродов, , Ом∙ м.

(9.3)

(Ом∙м)

Сопротивление растеканию горизонтальных электродов, приваренных к верхним концам вертикальных электродов, R _г, Ом

(9.4)

где _расч.г. – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом м;

– ширина полосы, м (принимаю полосу 50 6 мм²);

l_г – длина стальной полосы равная периметру станции, м, равная 124 м;

– коэффициент использования соединительной полосы в контуре, чем больше периметр контура заземления, тем меньше коэффициент использования;

– глубина расположения соединительной полосы, м.

(Ом)

Сопротивление растекания одного вертикального электрода, R_в, Ом

(9.5)

где _расч.в. – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом∙ м;

– длина электрода, м;

d – диаметр электрода, м;

Расстояние от поверхности земли до середины вертикального электрода, t, м

(9.6)

 

(Ом)

Далее определяю уточненное сопротивление растекания вертикальных электродов, R_ВУ, Ом.

(9.7)

где R_г – сопротивление растекания горизонтальной полосы, Ом;

R_И – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

(Ом)

Определяется число вертикальных электродов, N, шт

(9.8)

где – сопротивление растекания вертикальных электродов, Ом;

– коэффициент использования вертикальных электродов, учитывающий увеличения сопротивления заземлителя, вследствие экранирования соседних электродов;

R_ВУ – уточненное сопротивление растекания вертикальных электродов, Ом;

(шт)

Определение общего сопротивления заземляющего контура:

(9.9)

(Ом)

Общее значение не превысило более 4 Ом. Окончательно принимаем в количестве 12 шт.

Так как периметр контура вокруг здания Р = 124 м, то при количестве электродов N = 8 шт, расстояние между электродами получится, l_м.э, м

 

(9.10)

(м)

Так как расстояние между электродами по правилам безопасности должно быть не более 2÷3 м. Расположим заземляющий контур вокруг насосной станции (рисунок 9.1).

Рисунок 9.1 – Схема расположения заземляющего контура

 

10 Выбор релейной защиты и автоматики

Аппаратами защиты называют устройства, которые автоматически отключают участки электрической цепи в случаях нарушения нормального режима работы, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала и сохранность электрооборудования и электрических сетей.

В электрических сетях промышленных предприятий возможно возникновений повреждений, нарушающих нормальную работу электроустановок (ЭУ). Наиболее распространенными и опасными видами повреждений (аварийных режимов) является короткое замыкания; к анормальным режимам относятся перегрузки. Предотвратить возникновения аварий можно путем быстрого отключения поврежденного элемента или участка сети.

Аварийный режим как правило сопровождается увеличением тока по сравнению с нормальным режимом. Увеличение тока приводит к повышенному нагреву проводников (согласно закону Джоуля-Ленца). Под действием этого нагрева происходит разрушение изоляции. Возникают большие ЭДУ, под действием которых возникает разрушение электрических аппаратов и сетей. Поэтому электроприемник и электрические сети требуют защиты от токов при аварийных режимах, которая осуществляется за счет быстрого отключения поврежденного участка от источника питания. Наиболее часто эта защита выполняется в виде автоматических выключателей и предохранителей.

Для этой цели ЭУ снабжаются автоматически действующими установками – релейной защитой (РЗ), являющейся одним из видов противоаварийной автоматики.

Обрывы ведут к незначительному увеличению тока и отключение происходит спустя некоторое время с помощью тепловых реле.

Замыкание на корпус всегда должны отключаться мгновенно при помощи выключателей, предохранителей и устройств защитного отключения. Это связано с тем, что с корпусом может соприкасаться человек (персонал), который может оказаться под напряжением.

 

Для защиты трансформатора при их повреждении и сигнализации о нормальных режимов работы могут применятся следующие виды защит: ДТЗ, МТЗ, ТО, газовая защита, защита предохранителями.

Для защиты трансформаторов напряжением 6 кВ предусмотрена релейная защита от следующих видов повреждений и от ненормальных режимах работы.

Многофазных замыканий в обмотках и на их выводах (дифференциальная защита):

1. Максимально – токовая защита;

2. Газовая защита 1 и 2 ступени;

3. Защита от перегрева;

4. Защита от перегруза;

5. Защита от понижения уровня масла;

Релейная защита должна отвечать следующими основными требованиям:

1. Избирательность действия;

2. Быстродействие;

3. Надежность работы;

4. Чувствительность;

Основными параметрами схем релейной защиты являются:

1. Ток срабатывания реле, I_ср;

2. Ток срабатывания защиты, I_с.з.;

Рассмотрим дифференциальную токовую защиту выбранного трансформатора.

Дифференциальные защиты трансфор­маторов и автотрансформаторов. Особенно­сти выполнения схем токовых цепей определяются главным образом неравенством вторичных токов в плечах защиты по величине из-за различных коэффициентов трансформации трансформаторов тока и по фазе из-за различных схем соединения первичных обмоток со стороны высшего, среднего (в случае трехобмоточных трансформаторов) и низшего напряжения. Несоответствие токов в плечах по фазе устраняется соединением вторичных обмоток трансформаторов тока, а по величине — использованием отдельных или

 

встроенных в реле промежуточных трансформаторов.

При соединении обмоток силового трансформатора по схеме звезда — треугольник, вторичные обмотки одной из групп трансформаторов тока также должны быть собраны в треугольник. При этом соединение трансформаторов тока в звезду и треугольник должно соответствовать схеме включения обмоток защищаемого трансформатора. Обычно в треугольник соединяются трансформаторы тока со стороны заземленной звезды силового трансформатора для исключения излишнего срабатывания защиты при КЗ на землю в питающей сети. В этом случае токи однофазного КЗ замыкаются по вторичным обмоткам трансформаторов тока, не протекая через реле и не вызывая тем, самым его срабатывания. При изолированной нейтрали со стороны к звезды возможно соединение трансформаторов тока в треугольник и со стороны треугольника силового трансформатора. Однако в целях однотипности такое соединение не используется. Защитное заземление выполняется, как и для дифференциальной защиты генератора, в одной точке — у места установки реле.