Расчет заземляющего устройства подстанции 110/35/10 кВ

В соответствии с техническим заданием на проектирование ПС 110/35/10кВ «Радуга» которая находится в АР Крым рабочим проектом предусматривается новое заземляющее устройство подстанции.

Заземляющее устройство выполняется общим для напряжения 110 кВ, 35 кВ, 10 кВ и 0,4 кВ.

Проектируемое заземляющее устройство представляет собой наружный контур заземления ПС 110/35/10кВ «Радуга», который состоит из горизонтальных и вертикальных заземлителей. Горизонтальные заземлители выполняются из стальной полосы сечением 40х4 мм, прокладываемой на глубине 0,5 м от поверхности земли и представляют собой сетку, служащую также для выравнивания потенциала по площадке ОРУ, вокруг здания ОПУ, ЗРУ подстанции.

Прокладка продольных и поперечных горизонтальных заземлителей выполнена в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.90.

Для выравнивания потенциалов на входе и на въезде на территорию подстанции проложить — проводники на расстоянии 1 и 2м от заземлителя на глубину 1 и 1,5м соответственно и соединить эти проводники с заземлителем в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.94 пункт 1.

В качестве вертикальных заземлителей (электродов) используется угловая сталь 50х50х5 мм2 длиной 5 м. Протяженность горизонтальных заземлителей и количество вертикальных принято исходя из характеристик грунта в месте расположения подстанции.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных ОКП «Сельэнергопроект», в основании фундаментов будут залегать глины и суглинки тугопластичные с условным расчетным сопротивлением Rн = 3 кг/см2.

К контуру заземления подстанции присоединяются все металлические части оборудования и строительных конструкций.

Все соединения внутреннего и наружного контура заземления, горизонтальных и вертикальных заземлителей между собой, выполняется сваркой внахлест.

Сопротивление заземляющего устройства ПС 110/35/10кВ «Радуга» в любое время года не должно превышать 0,5 Ом см. ПУЭ раздел 1.7.90.

Расчет заземляющего устройства подстанции 110/35/10кВ «Радуга»

Расчет заземляющего устройства ведётся в соответствии с методическими указаниями Вятского государственного технического института. Прокладку горизонтальных и вертикальных заземлителей см. рис.1

Исходные данные:

1. S=4950 м2 – площадь подстанции;
2. Р=282 м – периметр подстанции;
3. Максимальный ток трехфазного КЗ на ОРУ составляет 5кА, время действия защит составляет 3,8 сек.
4. Lг =2000 м — суммарная длина всех горизонтальных проводников сетки;
5. nВ = 60 — число вертикальных электродов, размещенных на рассматриваемой подстанции;
6. lв = 5м — длина вертикального электрода;
7. а = 6 м – среднее расстояние между горизонтальными проводниками;
8. Среднее расстояние между вертикальными проводниками 5м.

1. В соответствии с инженерно-геологическими изысканиями определяем по таблице 1 удельное сопротивление верхнего слоя грунта (глина) ρ=40 Ом*м и нижнего слоя грунта (суглинок) ρ= 100 Ом*м.

2. Определяем толщину слоя сезонных изменений hC = h1 = 1,6 м по таблице 2, исходя из климатической зоны IV, так как подстанция находится в АР Крым см. рис.2.

Рис.2 — Карта схематического районирования территории России и стран СНГ по физико-географическим признакам

3. Определяем полную длину вертикальных электродов:

L_В= l_В*n_В = 5*60 = 300 м

4. Определяем сопротивление заземлителя:

4.1 Определяем по какой формуле будем рассчитывать коэффициент А:

где:

• lв = 5м — длина вертикального электрода;
• t = 0,5 м – глубина прокладываемых горизонтальных проводников;
• S=4950 м2 – площадь подстанции;

4.2 Определяем коэффициент А:

5. Определяем эквивалентное удельное среднее сопротивление земли:

5.1 Определяем по какой формуле будем рассчитывать коэффициент Δ:

5.2 Определяем коэффициент Δ:

где:

• lв = 5м — длина вертикального электрода;
• hc = h1 = 1,6 м – толщина слоя сезонных изменений исходя из климатической зоны, см. выражение 2;

6. Определяем сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:

где:
Re = 1,5 Ом – приближенное сопротивление естественных заземлителей.

Как мы видим, сопротивление заземляющего устройства ниже допустимого, но основной является величина допустимого напряжения прикосновения.

По таблице 3 определяем наибольшее допустимое напряжение прикосновения (U_ПР.ДОП, В), исходя из расчетной длительности воздействия, принимается τ=t_РЗ + t_ОВ = 3,5+0,3 = 3,8 сек.

где:

• t_РЗ – наибольшее время отключения релейной защиты, в моем случае отключение IV-ступени дистанционной защиты ВЛ-110 кВ, составляет 3,5 сек.
• t_ОВ – полное время отключения элегазового выключателя линии 110 кВ, составляет 0,3 сек.

В соответствии с таблицей 3 для длительности воздействия τ = 3,8 сек наибольшее допустимое напряжение прикосновения U_ПР.ДОП = 65 В.

7. Рассчитываем напряжение, приложенное к человеку:

7.1 Определяем параметр М для ρ1/ ρ2 =0,4 по таблице 4, где М = 0,36.

7.2 Определяем коэффициент распределения потенциала по поверхности земли – α:

7.3 Определяем коэффициент β:

где:

• Rч = 1000 Ом – сопротивление тела человека, принимается в соответствии с ПУЭ;
• Rc = 1,5* ρв.с. – сопротивление растекания тока от ступней.
• ρв.с. = ρ1 = 40 Ом*м – сопротивление верхнего слоя земли.

Определив все коэффициенты, рассчитываем напряжение, приложенное к человеку:

Как мы видим расчётное напряжение больше допустимого значения 65 В – условие не выполняется.

Для уменьшения напряжения прикосновения применим подсыпку слоя гравия или щебня толщиной 0,2 м по всей территории ОРУ.

Можно было еще уменьшить расстояние между горизонтальными заземлителями, увеличить количество вертикальных заземлителями, но в данном случае считаю принимать такие меры не целесообразно.

Определяем удельное сопротивление верхнего слоя с учетом подсыпки щебня при этом ρв.с.=5000 Ом*м, тогда:

Подсыпка щебня не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,5 м больше толщины слоя щебня, поэтому соотношение ρ1/ ρ2 и величина М остаются неизменными, тогда напряжение прикосновения.

Для удобства расчета заземляющего устройства, предлагаю Вам скачать архив, в котором содержится:

1. Типовой проект А10-93 Заземление и зануление электроустановок.
2. Справочник «Заземляющие устройства электроустановок» Р.Н. Карякин. 2002 г.
3. Методические указания к дипломному проектированию расчета заземляющих устройств в установках с эффективно-заземленной нейтралью от Вятского государ-ственного технического университета.
4. План заземляющего устройства проектируемой подстанции 110/35/10кВ «Радуга» в формате dwg.
5. Пример заземляющего устройства проектируемой подстанции 110/10 кВ в формате dwg.
6. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г (возможно у кого-то еще нету :))

Представляю Вашему вниманию не большой фото-отчет со строительства заземляющего устройства подстанции, к сожалению, для данной подстанции фотографий со строительства нету, выкладываю с другой подстанции.

Если у Вас возникли вопросы, замечания или предложения по расчету, оставляйте их в комментариях.