7. Расчет заземления

Согласно ПУЭ в электроустановках с глухозаземленной нейтралью нейтраль трансформатора должна быть присоединена к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Искусственный заземлитель должен быть расположен вблизи трансформатора. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания.

Если фундамент здания, в котором размещается подстанция, используется в качестве естественных заземлителей, нейтраль трансформатора следует заземлять путем присоединения не менее чем к двум металлическим колоннам или к закладным деталям, приваренным к арматуре не менее двух железобетонных фундаментов.

При расположении встроенных подстанций на разных этажах многоэтажного здания заземление нейтрали трансформаторов таких подстанций должно быть выполнено при помощи специально проложенного заземляющего проводника. В этом случае заземляющий проводник должен быть дополнительно присоединен к колонне здания, ближайшей к трансформатору, а его сопротивление учтено при определении сопротивления растеканию заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора.

Во всех случаях должны быть приняты меры по обеспечению непрерывности цепи заземления и защите заземляющего проводника от механических повреждений [9].

Сопротивление заземляющего устройства в любое время года для линейного напряжения 380 В должно быть не менее 4 Ом.

На рис. 19 представлена схема продольного разреза вертикального заземлителя для расчёта электрода одиночного, треугольного, в ряд или контурного заземления, где t(м) — в общем случае глубина траншеи, допускается 0,5 - 0,8 м., длина стержня электрода (L) рекомендуется 1,5 — 3 м, Н — толщина верхнего слоя грунта. Самые распространенные схемы расположения вертикальных искусственных заземлителей, представлены на рис. 20.

Рис. 19 Стандартная схема продольного разреза вертикального  заземлителя

Рис. 20. Расположение вертикальных электродов

Методика расчета заземляющего устройства (ЗУ) [19].

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление ЗУ принимают наименьшее из допустимых.

2. Предварительно с учетом территории намечают расположение заземлителей – в ряд, по контуру и т.п.

3. Определяют необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно

где R_з – допустимое сопротивление заземляющего устройства, R_и – сопротивление искусственного заземлителя; R_е – сопротивление естественного заземлителя.

4. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта ρ_р для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающего коэффициента К_п, учитывающего высыхание грунта летом и промерзания зимой. При отсутствии данных о грунте можно воспользоваться табл. П.11.1, значение повышающих коэффициентов по табл. П11.2.

5. Определяют сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формулам табл. П11.3. Формулы приведены для стержневых электродов из круглой стали или труб. Если в качестве вертикальных электродов используют уголок, то диаметр уголка определяют по формуле

d=0,95b,

b – ширина сторон уголка.

Рекомендуемые электроды приведены в табл. П11.6.

6. Ориентировочно определяется число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования К_и.в (табл. П11.4, П11.5)

где R_о.в.э – сопротивление растеканию одного вертикального электрода, определенного в п. 5; R_и – сопротивление искусственного заземлителя, определенного в п. 3.

7. Определяется расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов

где R_г.э – сопротивление горизонтальных электродов (табл. П11.3); К_и.г.э – коэффициент использования горизонтальных электродов (табл. П11.4, П11.5).

8. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов

9. Определяется число вертикальных электродов с учетом уточненного коэффициента использования К_и.в.у

10. Принимается окончательное число вертикальных электродов из условия размещения.

Пример. Рассчитать заземление подстанции с одним трансформатором 10/0,4кВ мощностью 630 кВА со следующими данными: грунт в месте сооружения – глина полутвердая; климатическая зона (Самарская область) – II.

По ПУЭ п. 1.7.98 для подстанции напряжением 6-10/0,4 кВ должно быть выполнено одно общее ЗУ, к которому присоединяются:

1) нейтраль трансформатора на стороне напряжением до 1 кВ;

2) корпус трансформатора;

3) металлические оболочки и броня кабелей напряжением до 1 кВ и выше;

4) открытые проводящие части электроустановок напряжением до 1 кВ и выше;

5) сторонние проводящие части.

Вокруг площади, занимаемой подстанцией, на глубине не менее 0,5 м и на расстоянии не более 1 м от края фундамента здания подстанции или от края фундаментов открыто установленного оборудования должен быть проложен замкнутый горизонтальный заземлитель (контур), присоединенный к заземляющему устройству[9].

Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд (рис. 20) длиной 35 м (от ТП до угла здания цеха), материал – круглая сталь диаметром 16 мм и длиной 2,5 м, метод погружения – ввертывание, верхние концы вертикальных стержней, погружены на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду – стальной полосе 40×4.

1. Для стороны 10 кВ в соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле

где U_р – расчетное напряжение заземлителей, при общем заземлении установок 6 – 10 кВ и 0,4 кВ – 125 В; I_з – расчетный ток замыкания на землю

где U_н – номинальное линейное напряжения сети, кВ; L_кл, L_вл – длина кабельных и воздушных электрически связанных линий, км.

Заземляемая подстанция удалена от РП на 0,5 км, питание осуществляется кабельной линией, тогда ток замыкания на землю

По ПУЭ п.1.7.96 принимается 10 Ом.

Для сети 0,4 кВ минимальное сопротивление ЗУ 4 Ом. Из двух сопротивлений принимается наименьшее, следовательно, R_з=4 Ом.

2. Предварительно намечается расположение электродов в ряд на расстоянии 5 м, с учетом длины 7 электродов.

3. Сопротивление искусственного заземлителя при отсутствии естественных принимается допустимому R_и=R_з=4 Ом.

4. Удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов.

Удельное сопротивление глины (табл. П11.1) – 60 Ом∙м.

Повышающие коэффициенты: К_п.в=1,5, К_п.г=3,5 (табл. П11.2).

Удельное сопротивление грунта

ρ_р.в=ρ_уд∙К_п.в=60∙1,5=90 Ом∙м;

ρ_р.г= ρ_уд∙К_п.г=60∙3,5=210 Ом∙м.

5. Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа (табл. П11.3)

6. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при К_и.в=0,77 по табл. П11.4 (отношение расстояния между электродами к их длине 5/2,5=2, ориентировочное число электродов N_предв=7)

7. Расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов по формуле табл. П11.3 с учетом коэффициента использования (длина определятся исходя из количества вертикальных электродов и расстояния между ними: L_г =N_предв a=5∙7=35 м)

8. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов

9. Число вертикальных электродов с учетом горизонтальных при коэффициенте использования К_и.в=0,59 по табл. П11.4 (ближайшее значение к 12 электродам и a/l=(p/12/2,5=35/12/2,5≈0,7, где р=35 – периметр контура расположения электродов)

Принимается окончательно 12 вертикальных электродов установленных в ряд вдоль стены ТП и цеха на расстоянии 35/12=2,9≈3 м (рис. 21).

Проверяется сопротивление ЗУ

Рис. 21. Расположение ЗУ.