Лекция №21

Тема 7.1. Заземляющие устройства в электрических сетях. Методика их расчета.

Заземление – это преднамеренное соединение металлических частей эл. установки или какой - либо точки эл. цепи с заземляющим устройством. Различают рабочее и защитное заземление, но в большинстве случаев одно и то же заземляющее устройство выполняет несколько функций, т.е. одновременно является и защитным и рабочим. Поэтому сопротивление такого заземляющего устройства должно удовлетворять сразу нескольким условиям и соответствовать тому из них, по которому оно будет минимальным. Под сопротивлением ЗУ понимают сумму сопротивлений, слагающуюся из сопротивления заземлителя и сопротивления заземляющих проводников. Ток, протекающий через заземлитель , растекается во всех направлениях (см. рис. 1).

Рис. 1

Из приведенного рисунка следует, что персонал, находящийся на подстанции, при замыкании фазы на землю подвергается двум опасностям: во-первых, может оказаться под действием напряжения прикосновения U_ПРи, во-вторых, под действием шагового напряженияU_Ш.

Подробнее вопросы безопасности обслуживания эл. установок рассматриваются в курсах БЖД и охраны труда и техники безопасности. Здесь же мы заметим, что безопасность персонала, коснувшегося корпуса аппарата в момент замыкания на землю будет зависеть от соотношения сопротивления ЗУ и сопротивления человека, а также от времени контакта. Для безопасной работы установлены такие нормы:

• для эл. установок напряжением 110 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью ;

• для установок выше 1000 В с изолированной нейтралью ,

где - емкостной ток замыкания на землю:

,

здесь - суммарная длина всех кабельных ЛЭП, электрически связанных,- то же воздушных.

U_з=250 В, когда ЗУ сооружается только для эл. установки напряжением выше 1000 В;

U_з=250 В, если ЗУ сооружается одновременно для эл. установок до 1000 В и свыше 1000 В.

Конструктивно ЗУ представляет собой контур, обычно соответствующий размерам распред. устройства, состоящего из отдельных металлических заземлителей, соединенных между собой стальной полосой. задачей расчета ЗУ является определение минимального количества заземлителей, обеспечивающих заданное сопротивление ЗУ. Кроме того, заданным является удельное сопротивление грунта, а также наличие или отсутствие естественных заземлителей (водопроводные трубы, арматура ж/б конструкций и т.д.). учет последних позволяет заметно снизить число искусственных заземлителей, а следовательно удешевить сооружение ЗУ.

Естественные заземлители можно рассматривать параллельно подключенным к искусственным. Поэтому можно записать:

,

откуда

,

что дает уменьшение числа заземлителей по сравнению с заземляющим контуром, состоящим из одних искусственных.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя из круглой стали определяется формулой:

или для стандартного стального прутка диаметром d=12мм и длинойl=5м:

.

А если учесть, что , то сопротивление стандартного заземлителя будет равно примерно 50 Ом.

Число электродов определяется как:

,

где k_И- коэффициент использования электродов, зависящий от конфигурации заземляющего контура и расстояния между электродами (можно найти в справочной литературе).

Это число электродов Nможно несколько уменьшится, если дополнительно учесть влияние горизонтальной полосы, соединяющей их. Её сопротивление растеканию:

и R_ГЭ, иk_ИГможно найти в справочниках по эл. снабжению пром. предприятий.

Уточненное значение сопротивления вертикальных электродов, а также их числа можно найти по тем же формулам, что мы делали выше для учета естественных заземлителей:

,

а уточненное (уменьшенное) число вертикальных электродов:

,

где - сопротивление одиночного вертикального электрода.

Для уменьшения шагового напряжения в заземляющем контуре предусматривается несколько соединительных горизонтальных полос.