Расчётно-технический раздел

2.1 Выбор и обоснование заземляющего устройства (элементов ЗУ)

Согласно [п.1.7.88 - 1.7.95, 1], для подстанций напряжением 220 кВ с эффективно заземленной нейтралью сопротивление контура заземления в любое время года не должно превышать 0,5 Ом.

Для обмотки 220 кВ трансформаторов принят постоянный режим заземления нейтрали.

Минимальное сечение заземляющего проводника (S) для ПС 220 кВ Проспект Испытателей, исходя из однофазного тока к.з. (I_з) на шинах 220 кВ, равного 31,3 кА и времени срабатывания резервной защиты (t) 0,3 сек, составляет для стали 245 мм² (смотри п 2.4 настоящего проекта)

В связи с высокой коррозионной агрессивностью грунтов по отношению к стали (по данным инженерно-геологических изысканий), горизонтальный заземлитель выполняется из черной круглой стали Ø 20 мм (сечение 314 мм²).

Вертикальные электроды выполняются из черной круглой стали Ø20 мм, L = 5м.

Заземлители соединяются между собой с помощью сварки (двойной шов).

2.2 Выбор, обоснование и разработка планировочного решения системы ЗУ

Для уменьшения величин напряжения прикосновения и шагового напряжения при проектировании и выполнении заземляющих устройств стремятся к возможно более равномерному распределению потенциала на площади распределительного устройства (РУ). Это достигается размещением на площади ПС электродов заземлителя в виде двух замкнутых контуров. Один контур размещается вокруг здания, второй вокруг ограды территории ПС. Таким образом охватывается вся площадь электроустановки.

Заземляющее устройство прокладывается на глубине 1 м. Согласно [п. 1.7.90, 1], горизонтальный заземлитель прокладывается на расстоянии 1 м от фундамента здания.

Выравнивание потенциалов у входов в здание выполняется с помощью чёрной круглой стали Ø20 мм, прокладываемой на расстоянии 1 м и 2 м от заземлителя на глубине 1 м и 1,5 м соответственно [п. 1.7.94, 1].

Так как наружное освещение территории ПС, установлено на ограде без разделительных трансформаторов, то согласно [п. 1.7.93, 1], с внешней стороны ограды на расстоянии 1 м от нее и на глубине 1 м прокладывается горизонтальный заземлитель, который присоединяется к контуру заземления подстанции.

Вокруг ворот на расстоянии 1 м, учитывая габарит при открытии, и на глубине 1 м прокладывается горизонтальный заземлитель, который присоединяется к контуру подстанции.

Каркас здания с помощью арматуры строительных конструкций соединяется как с наружным контуром заземления, так и с внутренним.

Непосредственно к проложенному вокруг здания контуру присоединятся металлические трубопроводы всех видов в местах ввода в здание.

В помещениях здания по периметру прокладывается стальная шина заземления (внутренний контур заземления), которая соединяется с наружным контуром заземления. Таким образом внутренний контур заземления выполняется в виде сетки из стальных полос сечением 40х4 мм², прокладываемых на высоте 0,4 м от уровня пола.

Вся металлическая арматура строительных конструкций здания непрерывно соединяется между собой и присоединяется к системе заземления.

Наружный контур заземления присоединяется к металлическим закладным каждой железобетонной колонны, соответственно, к арматуре строительных конструкций, а также к внутреннему контуру заземления здания.

2.3 Выбор и описание методики расчёта системы ЗУ

Рассчитать заземление это значит:

-определить расчётный ток замыкания на землю и сопротивление заземляющего устройства (R_ЗУ2);

-выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

-уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

Минимальное сечение заземлителей, мм² определяем по формуле [(Б.5), ГОСТ Р 51853-2001]

, (1)

где I_з - ток замыкания на землю, А

t - время срабатывания резервной защиты, сек

С_тер - коэффициент для жёстких шин из стали [таблицы 6 и 7, ГОСТ 30323-95]

Общее сопротивление горизонтального электрода R_г, Ом, определяем по формуле [(25.11), 4]

, (2)

где d - диаметр горизонтального электрода, мм

К_сез.г - коэффициент сезонности для горизонтального электрода [стр. 309, 4]

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м [таблица 25.1, 4]

L_г – длина горизонтального электрода, м

Требуемую величину сопротивления вертикальных заземлителей, Ом определяем по формуле [(25.7), 4]

, (3)

где R_з - расчётное сопротивление заземляющего устройства

Сопротивление одиночного вертикального электрода, Ом определяем по формуле [(25.8), 4]

, (4)

где К_сез.в - коэффициент сезонности для вертикального электрода [стр. 309, 4]

t_в - расстояние от поверхности земли до середины вертикального электрода

L_в – длина вертикального электрода, м

Количество вертикальных электродов без учёта экранирования, шт., определяем по формуле [п.9.3 а), 5]

, (5)

Выбираем расстояния между вертикальными заземлителями (а), а также определяем значение отношения .

Определяем количество вертикальных электродов, а также уточняем расстояние а, м, отношение с учётом коэффициента использования по формуле

, (6)

где η_в – коэффициент использования вертикальных электродов [таблица 26, 5]

Определяем общее сопротивление вертикальных заземлителей r_в, Ом, по формуле

, (7)

Определяем общее сопротивление горизонтальных электродов r_г с учётом экранирования, Ом, по формуле

, (8)

где η_г – коэффициент использования горизонтальных электродов [таблица 26, 5]

Определяем фактическое сопротивление ЗУ и производим проверку ЗУ на эффективность по формулам

, (9)

R_зу ≥ R_зу.ф (10)

2.4 Расчёт системы ЗУ

Исходные данные для расчёта приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Исходные данные для расчёта заземляющего устройства

Продолжение таблицы 3

Определяем минимальное сечение заземлителей, мм² по формуле (1)

Выбираем ближайший больший диаметр стандартной круглой стали (ГОСТ 2590-71) - Ø20 мм, S=314 мм².

Определяем общее сопротивление горизонтального электрода r_г, Ом, по формуле (2)

Ом

Определяем требуемую величину сопротивления вертикальных заземлителей, Ом по формуле (3)

Ом

Определяем сопротивление одиночного вертикального электрода, Ом по формуле (4)

Ом

Определяем количество вертикальных электродов, шт. по формуле (5)

шт.

Учитывая [п.1.7.93, 1], принимаем N_в=16 шт.

Выбираем расстояния между вертикальными заземлителями (а), а также определяем значение отношения, для контура заземления вокруг ограждения:

-а = 42 м;

- .

Выбираем расстояния между вертикальными заземлителями (а), а также определяем значение отношения, для контура заземления вокруг здания ПС:

-а = 22,5 м;

- .

Исходя из полученных соотнощений коэффициентом использования для вертикальных и горизонтальных электродов можно пренебречь.

Определяем общее сопротивление вертикальных электродов R_в, Ом, по формуле (7)

Ом

Определяем фактическое сопротивление ЗУ и производим проверку ЗУ на эффективность по формулам (9) и (10)

Ом

0,5 > 0,49 Ом

Все полученные расчётные данные приводим в таблицу 4 и строим план ЗУ, представленный в графической части проекта.

Таблица 4 - Расчётные данные заземляющего устройства