Расчет общей сети защитного заземлителя

    Рассчитаем общую сеть защитного заземления с центральным заземляющим контуром, расположенным у распределительного пункта участка. В качестве заземляющего провода на ЛЭП 6 кВ использован провод А-70.  Схема заземления добычного участка карьера представлена на рис.1.

Расчетный емкостной ток однофазного замыкания на землю в сети определяется по формуле:

I_з = , А                                            (5)

где: l_к - общая протяженность кабельных линий;

l_в - общая протяженность воздушных линий;

Рис.1. Схема общего заземления добычного участка карьера:

1-главный заземлитель; 2-заземляющая шина; 3- заземляющий провод А-70;

4- местный заземлитель

Сопротивлением заземляющего провода на ЛЭП 6 кВ до трансформатора 6/0,4кВ (индуктивным сопротивлением) пренебрегаем):

R_пр1 = l·r₀, Ом,                           (6)

где: r₀ - активное сопротивление провода заземления А-70; r₀ =0,46 Ом/км

Сопротивление заземляющей жилы кабеля:

R_пр2 =.                                    (7)

Сопротивление заземлителя:

R^'_з = R_з - ∑ R_пр .                                       (8)

Заземлитель выполнен из стальных труб имеющий определенную длину, соединенных между собой стальным прутом заданным диаметром и определенным расстоянием между трубами.

Трубы и соединительный прут заглублены в грунт на расстоянии h от поверхности земли. По типу грунта выбирается удельное сопротивление ρ (Ом·см) и повышающий коэффициент k_max .

Сопротивление одного элемента:

R_эл = 0,366* , Ом     (9)

где: h^' = +h, см

Ориентировочное число трубчатых электродов без учета коэффициента экранирования:

                       m_эл·ωη_эк.эл = ;                                  (10)

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,68.

Количество труб с учетом коэффициента экранирования:

            m_эл = , ед.                                        (11)

Длина соединительного прута:

          l_mp = 1,05* m_эл* L_mp ,Ом                               (12)

Сопротивление растеканию соединительного прута:

       R_пр = 0,366 , Ом                              (13)

Сопротивление заземлителя с учетом коэффициентов экранирования:

           R^"_з = ,Ом                                    (14)

Сопротивление защитного заземления электроприемника 0,4 кВ - СБШ-270С рассчитывается по следующей формуле

            R_з(0,4) = R^"_з+∑ R_пр Ом                                        (15)

Сопротивление заземляющего провода до экскаватора равно:

                               R_пр.эк = l*r₀,                                             (16)

Сопротивление заземляющей жилы кабеля:

                      R_к = , Ом                                         (17)

Общее сопротивление заземления на стороне 6 кВ:

             R_з.эк = R^"_з+ R_пр.эк+ R_к, Ом                                      (18)

Напряжение прикосновения:

U_пр=k_пр*I_з* R_з.эк , В                                              (19)

Расчетное напряжение прикосновения значительно меньше допустимого (U_доп = 36В).

Определим количество электродов для сооружения местного заземления, расположенного около переключательного пункта. В качестве заземляющих электродов принимаем стальной уголок 60х60 длиной l = 3,5 м.

Эквивалентный диаметр:

D_эл = 0,95·h_уг , см                                    (20)

Сопротивление отдельного электрода заземлителя:

               R_пр = 0,366 , Ом                                 (21)

Сопротивлением заземляющей жилы кабеля можно пренебречь.

Ориентировочное число уголков:

m_эл·η_эк.эл = , ед                             (22)

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,87.

m_эл = , ед                                                (23)

Длина соединительной полосы:

L_п = 1,05· m_эл· L_уг , м                                          (24)

В местных заземлителях электроды соединяются между собой полосой, расположенной над поверхностью земли. Определим сопротивление заземлителя, при этом влиянием соединительной полосы можно пренебречь:

, Ом                                           (25)

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,8.

Расчетное сопротивление заземлителя меньше допустимого (R_з.доп ≤4 Ом).

Напряжение прикосновения (26) меньше допустимой величины напряжения.

U_пр=k_пр·I_з· R^"_з , В                                                 (26)

Следовательно, даже при аварийных обрывах заземляющего провода между центральным заземлителем и переключательным пунктом местным заземлителем обеспечивается безопасность при обслуживании экскаватора и переключательного пункта.

Такой же местный заземлитель необходимо установить у ПКТП, от которой питается буровой станок СБШ - 270С.

Пример расчета

Рассчитать заземление подстанции с трансформатором мощностью 630кВ напряжением 10/0,4 кВ; наибольший ток замыкания на землю на стороне 10кВ-20 А; грунт-глина; климатическая зона-3; дополнительно в качестве естественного заземлителя используется водопровод с сопротивлением 10 Ом. Применяются вертикальные заземлители в один ряд длиной 20 см; материал электродов - круглая сталь диаметром 20 мм.

Для сети напряжением 10 кВ требуется сопротивление заземления

Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Таким образом R_рас=4 Ом.

Сопротивление искусственного заземлителя с учетом водопроводной трубы

;         

    Определяется сопротивление растекания одного вертикального заземлителя (l_в=2 м):                  

  Ориентировочное число вертикальных заземлителей при произвольного принятом коэффициенте использования η=0,9 определяем как:

Ориентировочное сопротивление растекания горизонтального заземлителя из стали диаметром 20 мм.

  Уточняем сопротивление растекания вертикальных заземлителей: ток однофазного замыкания на землю определим по формуле:

I_з = , А                    

где: l_к - общая протяженность кабельных линий; l_к = 5 км;

   l_в - общая протяженность воздушных линий; l_в = 10 км;

Окончательно принимаем расчетное число заземлителей.

I_з =  = 3,2 А.

Сопротивление заземляющего провода на ЛЭП 6 кВ до трансформатора 6/0,4 кВ (индуктивным сопротивлением пренебрегаем):

        R_пр1 = l*r₀, Ом,

где: r₀ - активное сопротивление провода заземления А-70; r₀ =0,46 Ом/км;

R_пр1 = 1,3·0,46 = 0,6 Ом

Сопротивление заземляющей жилы кабеля:

R_пр2 =  =  = 0,37 Ом

Сопротивление заземлителя:

R^'_з = R_з - ∑ R_пр = 4 - (0,6+0,37) =3,03 Ом

Заземлитель выполнен из стальных труб диаметром d_mp = 5,8 см, длиной l_mp = 300 см, соединенных между собой стальным прутом диаметром d_пр =1см; расстояние между трубами L_mp = 600 см.

Трубы и соединительный прут заглублены на h = 50 см от поверхности земли. Грунт имеет удельное сопротивление ρ = 0,4*10⁴ Ом·см; повышающий коэффициент k_max = 1,5.

Сопротивление одного элемента:

R_эл = 0,366* , Ом

где: h^' = +50 = 20 см

R_эл = 0,366 · =13,4 Ом

Ориентировочное число трубчатых электродов без учета коэффициента экранирования:

m_эл· η_эк.эл =  =  = 5 ед;

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,68.

Количество труб с учетом коэффициента экранирования:

m_эл =  =  = 8 ед

Длина соединительно прута:

l_mp = 1,05· m_эл ·L_mp =1,05·8·6 = 50 Ом

Сопротивление растеканию соединительного прута:

R_пр = 0,366  = 0,366  = 2,64 Ом

Сопротивление заземлителя с учетом коэффициентов экранирования:

R^"_з =  =  = 1,44 Ом

Сопротивление защитного заземления электроприемника 0,4 кВ - СБШ-270С определяется из условия:

R_з(0,4) = R^"_з+∑ R_пр = 1,44+0,6+0,37 = 2,41 Ом

Сопротивление заземляющего провода до экскаватора равно:

R_пр.эк = 0,46·2,75 = 1,27 Ом  

Сопротивление заземляющей жилы кабеля:

R_к =  =  = 0,92 Ом

Общее сопротивление заземления на стороне 6 кВ:

R_з.эк = R^"_з+ R_пр.эк+ R_к = 1,44+1,27+0,92 = 3,63 Ом

Напряжение прикосновения:

U_пр=k_пр·I_з· R_з.эк = 1·3,2·3,63 = 11,6 В

Расчетное напряжение прикосновения значительно меньше допустимого (U_доп = 36В).

Определим количество электродов для сооружения местного заземления, расположенного около переключательного пункта.

В качестве заземляющих электродов принимаем стальной уголок 60х60 длиной l = 3,5 м.

Эквивалентный диаметр:

D_эл = 0,95*h_уг = 0,95*6 = 5,7 см

Сопротивление отдельного электрода заземлителя:

R_пр = 0,366  = 0,366  = 15 Ом

Сопротивлением заземляющей жилы кабеля можно пренебречь.

Ориентировочное число уголков:

m_эл· η_эк.эл =  =  = 2 ед

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,87.

m_эл =  =  = 3 ед

Длина соединительной полосы:

L_п = 1,05· m_эл· L_уг = 1,05*3*3,5 = 11 м

В местных заземлителях электроды соединяются между собой полосой, расположенной над поверхностью земли. Определим сопротивление заземлителя, при этом влиянием соединительной полосы можно пренебречь:

R^"_з = , Ом

где: η_эк.эл - коэффициент экранирования; η_эк.эл = 0,8.

R^"_з =  = 3,75 Ом

Расчетное сопротивление заземлителя меньше допустимого (R_з.доп = 4 Ом).

U_пр=k_пр·I_з· R^"_з = 1·3,2·3,75 = 12 В

Напряжение прикосновения меньше допустимой величины напряжения

Варианты заданий

Варианты заданий приведены в табл. 2. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы.

Таблица 2.

Вопросы для самоконтроля: