7. Выбор изоляторов

На распределительных устройствах подстанции могут применяться подвесные, опорные и проходные изоляторы. Тип и количество «тарелок» в гирлянде подвесного изолятора определяются уровнем рабочего напряжения, типом гирлянды (натяжная, поддерживающая), допустимой механической нагрузкой. Ввиду небольшой длины пролета гибких шин подстанции в данном проекте можно ограничиться выбором по первым двум параметрам, данные по которым приводятся в справочниках.

Опорные изоляторы для жестких шин выбираются по номинальному напряжению, месту установки изолятора (внутренняя, наружная), номинальному току (только для проходных изоляторов) и по допускаемой механической нагрузке.

Расчетная механическая нагрузка на изолятор (F_рас) в многопролетной шинной конструкции определяется расчетной нагрузкой шин на один пролет. Согласно ПУЭ расчетная нагрузка на изолятор не должна превышать 60% от разрушающей нагрузки (F_разр), приводимой в справочных данных изоляторов [5, 9], т.е. должно соблюдаться условие

.

Расчетная нагрузка определяется

,

где – поправочный коэффициент на высоту шины; Н_из – высота изолятора; С – высота шины по оси изолятора (при установке шин на ребро С = h , плашмя С = b).

7. Расчет заземляющего устройства

Заземляющие устройства являются составной частью большинства электроустановок и служат для обеспечения необходимого уровня электробезопасности в зоне обслуживания электроустановки и за ее пределами, для отвода в землю импульсных токов с молниеотводов и разрядников, для создания цепи при работе защиты от замыкания на землю и для стабилизации напряжения фаз электрических сетей относительно земли.

В результате расчета необходимо определить:

а) требуемое ПУЭ сопротивление растекания заземляющего устройства подстанции;

б) требуемое сопротивление искусственного заземлителя;

в) размеры подстанции, схему заземляющего устройства, тип, форму, количество и размещение электродов на участке;

г) параметры заземления.

Для обеспечения безопасных значений напряжений прикосновения и шагового в ПУЭ нормируется величина сопротивления заземляющего устройства:

а) в установках 110 кВ и выше с большим током замыкания на землю ;

б) в высоковольтных установках до 35 кВ с малым током замыкания на землю , но не менее 10 Ом;

в) в низковольтных установках , но не более 10 Ом при мощности источника до 100 кВА и не более 4 Ом, если мощность источника более 100 кВА.

При наличии на подстанции РУ нескольких напряжений за расчетное сопротивление заземления берется наименьшее.

Для заземления используются естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используются водопроводные трубы (24 м), фундаменты опор, системы трос-опора.

При использовании естественных заземлителей сопротивление искусственного заземлителя R_и меньше требуемого R_з:

где R_е – сопротивление растеканию естественного заземлителя, которое определяется непосредственно измерениями.

Площадь, занимаемая оборудованием подстанции, определяется размерами ячеек всех распределительных устройств, схемой РУ, их количеством, габаритами силовых трансформаторов, допустимыми минимальными расстояниями для открытых РУ. Эти данные имеются в литературе [4, 5].

Затем составляется предварительная схема заземляющего устройства. Различают два типа заземляющих устройств – выносное и контурное. Наиболее распространенным является контурное.

При контурном заземляющем устройстве одиночные заземлители в виде вертикальных электродов размещаются по контуру (периметру) площадки. Для выравнивания потенциала внутри площадки вдоль осей оборудования прокладываются выравнивающие проводники в виде полосовой стали на глубине 0,81,0 м от фундаментов или оснований оборудования. Выравнивающие проводники соединяются по всей площади, занимаемой оборудованием, поперечными проводниками шагом не более 6 м. Расстояние от границ заземлителя до забора с внутренней стороны должно быть не более 3 м. Определение параметров заземления сводится к вычислению сопротивления выравнивающих полос заземления, образующих сетку, и количества вертикальных электродов. Для этого сначала определяется сопротивление одной продольной полосы

,

где – длина полосы, см; в – ширина полосы, см; t – глубина заложения, см (80); _п – расчетное сопротивление грунта на глубине закладки:

_п = к₁ ,

где к₁ – коэффициент, учитывающий просыхание и промерзание почвы (при t = 0,8 м, к₁ = 1,6);  – среднее удельное сопротивление грунта (табл. 3.11).

Сопротивление всех продольных полос с учетом коэффициента использования

,

где _п – коэффициент использования, учитывающий взаимное влияние полос при растекании с них тока (табл. 3.12).

Аналогично определяется сопротивление одной, затем всех поперечных полос R_пп2.

Таблица 3.11

Грунт	, Омсм104
Песок Супесок Суглинок Глина Торф Чернозем Известняк Скалистый грунт	4 - 10 1,5 - 4 0,4 - 1,5 0,08 - 0,7 0,2 0,09 - 5,3 10 - 20 20 - 40

Общее сопротивление сетки полос

,

где  = 0,8 - коэффициент использования.

Таблица 3.12

Длина каждой	Число па- раллельных	Расстояние между параллельными полосами, м
полосы, м	полос, n	1,0	2,5	5,0	10,0	15
15 25 50 75 100 200	2 5 10 20 5 10 20 2 5 10 20 5 10 20 5 10 20 5 10 20	0,63 0,37 0,25 16 0,35 0,23 0,14 0,6 0,33 0,2 0,12 0,31 0,18 0,11 0,3 0,17 0,1 0,28 0,14 0,088	0,75 0,49 0,37 0,27 0,45 0,31 0,23 0,6 0,4 0,27 0,19 0,38 0,25 0,16 0,36 0,23 0,15 0,32 0,2 0,12	0,83 0,6 0,49 0,39 0,55 0,43 0,33 0,73 0,48 0,35 0,25 0,45 0,31 0,21 0,43 0,28 0,2 0,37 0,23 0,15	0,92 0,73 0,64 0,57 0,66 0,57 0,47 0,88 0,58 0,46 0,26 0,53 0,41 0,31 0,51 0,37 0,28 0,44 0,3 0,215	0,96 0,79 0,72 0,64 0,73 0,66 0,57 0,93 0,65 0,53 0,44 0,58 0,47 0,38 0,57 0,44 0,345 0,5 0,36 0,265

Общее сопротивление естественных заземлителей и сетки полос (Ом)

.

Если R_  R_з, то искусственных заземлителей в виде вертикальных электродов не требуется. Если R_  R_з, то необходимо использовать стержневые заземлители, общее сопротивление которых

,

сопротивление одного стержневого заземлителя

где – длина стержня (обычно 35 м); d – диаметр стержня (1012 см); t – глубина заложения, расстояние от поверхности почвы до середины стержневого заземлителя, см; _ст – расчетное сопротивление грунта стержней _ст=к₂_, где к₂ – коэффициент, аналогичный к₁, к₂ = 1,4 для средних климатических районов.

Необходимое количество стержней

где _ст – коэффициент использования стержневых заземлителей, зави-сящий от расстояния между стержнями, их длины и количества электродов (табл. 3.13).

Таблица 3.13

Отношение расстояния между эле- ктродами к их длине	Число элект- родов	ст	Отношение расстояния между эле- ктродами к их длине	Число элект- родов	ст
1 2	4 6 10 20 40 60 100 4 6 10 20	0,66-0,72 0,58-0,65 0,52-0,58 0,44-0,5 0,38-0,44 0,36-0,42 0,33-0,39 0,76-0,8 0,72-0,75 0,66-0,71 0,61-0,66	2 3	40 60 100 4 6 10 20 40 60 100	0,55-0,61 0,52-0,58 0,49-0,55 0,84-0,86 0,78-0,82 0,74-0,78 0,68-0,73 0,64-0,69 0,62-0,67 0,62-0,67