ТВН
.docxФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
Сургутский филиал
Домашнее задание
по дисциплине
«Техника высоких напряжений»
«Расчет заземляющего устройства подстанции»
Вариант №23
Выполнил: студент гр. Э-411
Кайдалов Е.О.
Проверил: к.т.н., ст. преподаватель
Планков А. А.
Сургут, 2015 г.
Исходные данные подстанции
Вариант задания |
23 |
Размер подстанции А, м |
34 |
Размер подстанции В, м |
40 |
Ширина ЗРУ, м |
8 |
Климатическая зона |
2 |
Низкое напряжение, кВ |
6 |
Ток замыкания, А |
19 |
Грунт |
Глина |
Удельное сопротивление, Ом∙м |
50 |
Параметры системы трос-опора |
|
Сопротивление опоры, Ом |
11 |
Длина пролета, м |
290 |
Сечение троса, мм2 |
90 |
Высота оборудования |
|
Портала, м |
11 |
Трансформатора, м |
6 |
ЗРУ, м |
6 |
Рис.1. Понизительная подстанция на 110/6-10 кВ (тип I): а − план подстанции;
б – разрез
Цель расчета: изучить назначение, порядок расчета, некоторые особенности монтажа заземляющего устройства подстанции.
При вычислении периметра заземляющего контура следует учесть, что контур расположен только на открытой части подстанции, поэтому от ширины А надо отступить с каждой стороны по 2 м, а из длины В надо вычесть еще и ширину ЗРУ (рис.2).
Рис.2. Расчет периметра заземляющего контура для подстанции типа I
РАСЧЕТ
Периметр Р =(А1+В1)*2=(30+28)*2=116 м, где А1=34-2-2=30 м,
где В1=40-8-2-2=28 м.
1. Определение допустимого сопротивления заземляющего устройства
На стороне ВН (110 кВ) сопротивление следует взять по ПУЭ RЗ=0,5 Ом.
На стороне НН (6 кВ) сопротивление вычисляется по формуле (но не более 10 Ом)
.
Rрасч.нн=10,87 Ом, по ПУЭ принимаем RЗ=10 Ом.
Заземляющее устройство является общим для электроустановок на различное напряжение, поэтому расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
Окончательное значение сопротивления (меньшее из двух): RЗ=0,5 Ом.
2. Определение необходимого сопротивления
искусственного заземлителя (RИ)
На подстанции следует в качестве естественного заземлителя использовать систему трос – опора, это позволит увеличить сопротивление искусственного заземлителя.
Параметры системы трос – опора приведены в исходных данных.
Cопротивление растеканию системы трос-опоры (при числе опор с тросом более 20)
где - расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний), сопротивление заземления одной опоры, Ом; r –активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; n - число тросов в опоре. Активное сопротивление стального троса r = 0,15ℓ /S, где ℓ –длина пролета, м; S – сечение троса, мм2.
Принимаем число тросов на опоре nТР=1, число цепей ЛЭП nЦ=2.
Сопротивление системы трос-опора RС=1,4 Ом.
Необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей:
где – расчетное сопротивление заземляющего устройства; – сопротивление естественного заземлителя.
Сопротивление искусственного заземлителя должно быть RИ=0,78 Ом.
3. Выбор формы и размеров электродов
Для вертикальных электродов берем пруток 18 мм (черная сталь), длина ℓ =5 м. Для горизонтальных электродов берем полосу 5*40 мм (черная сталь).
4. Составление предварительной схемы заземлителя
В качестве первого приближения для подстанций с высшим напряжением
110 кВ рекомендуется принять , ℓ = 5 м.
По отношению a/ℓ (табл.1) определяется коэффициент использования вертикальных электродов .
Таблица 1 – Коэффициенты использования вертикальных электродов
Отношение а/L |
Число вертикальных электродов в контуре, n |
|||||||
4 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
200 |
|
1 |
0.69 |
0.61 |
0.56 |
0.47 |
0.41 |
0.39 |
0.36 |
0.33 |
2 |
0.78 |
0.73 |
0.68 |
0.63 |
0.58 |
0.55 |
0.52 |
0.48 |
3 |
0.85 |
0.80 |
0.76 |
0.71 |
0.66 |
0.64 |
0.62 |
0.59 |
Среднее расстояние между двумя электродами а=2,32
Отношение а/ ℓ = 0,46 . Для такого отношения а/ ℓ табличные данные отсутствуют, поэтому расчетное значение КИВ определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП (рис. 3).
Рис. 3. Определение КИВ с помощью программы
Расчетное значение КИВ=0,312.
5. Определение расчетного удельного сопротивления грунта.
Расчетное удельное сопротивление грунта отдельно для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающих коэффициентов , учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой:
,
где – измеренное или взятое из таблиц среднее значение удельного сопротивления грунта .
Повышающие коэффициенты для различных климатических зон приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 2 – Коэффициенты сезонности вертикальных электродов
Климатическая зона |
Вертикальный электрод |
|
длиной 3 м |
длиной 5 м |
|
1 2 3 |
1,7 1,5 1,3 |
1,4 1,3 1,2 |
Удельное сопротивления грунта ρ = 50 Ом*м.
ρ расч.в = 100 Ом*м.
Таблица 3 – Коэффициенты сезонности горизонтальных электродов
Климатическая зона |
Сезонный коэффициент |
1 2 3 |
4,5 3,0 2,0 |
Ррасч.г = 150 Ом*м.
6. Определение сопротивления растеканию вертикального электрода.
Сопротивление растеканию одного вертикального электрода равно
, (1)
где ℓ – длина вертикального электрода, м; d – диаметр электрода, м; t – расстояние от поверхности грунта до середины электрода, м.
По формуле (1) определяют сопротивление вертикального электрода из трубы или прутка.
Рис. 4. Параметры вертикального электрода
Расчетное сопротивление вертикального электрода: RВ=11,83Ом.
7. Определение примерного числа вертикальных электродов
Примерное число вертикальных электродов при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов определяется по формуле:
,
где – необходимое сопротивление искусственного заземлителя.
nВ= RВ/( КИВ* RИ) = 49
8. Определение сопротивления растеканию горизонтального электрода
Сопротивление растеканию тока горизонтального электрода определяется по формуле
, (2)
где ℓ – длина горизонтального электрода, м; t – глубина его заложения, м;
d – диаметр электрода, м.
Для полосы шириной b в формулу (2) подставляют вместо d эквивалентный диаметр (b=0.04 м, d=0.02 м)
Рис. 5. Параметры горизонтального электрода
Глубина залегания горизонтального электрода (равна глубине траншеи 0,7 м).
Расчетное сопротивление горизонтального электрода RГ=1,74 Ом.
9. Уточнение коэффициентов использования.
Коэффициент КИВ необходимо уточнить для нового значения числа вертикальных электродов n = 49. Среднее расстояние между электродами а=2,37
Отношение а/L = 0,47. Расчетное значение КИВ=0,313.
Затем надо определить коэффициент использования горизонтального электрода, который также зависит от числа вертикальных электродов (табл.4).
Таблица 4 – Коэффициенты использования горизонтального электрода
Отношение
а/L |
Число вертикальных электродов в контуре, n |
|||||||
4 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
200 |
|
1 |
0.45 |
0.40 |
0.34 |
0.27 |
0.22 |
0.20 |
0.19 |
0.18 |
2 |
0.55 |
0.48 |
0.40 |
0.32 |
0.29 |
0.27 |
0.23 |
0.21 |
3 |
0.70 |
0.64 |
0.56 |
0.45 |
0.39 |
0.36 |
0.33 |
0.31 |
Расчетное значение КИГ также лежит за пределами таблицы, поэтому определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП.
Расчетное значение КИГ=0,171.
10. Уточнение числа вертикальных электродов
Определяется уточненное число вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтального электрода
Если уточненное число вертикальных электродов более чем на 10 % отличается от примерного числа , то рекомендуется вновь уточнить коэффициенты использования и и повторить расчет .
Предыдущее число вертикальных электродов было nВ=51
Уточненное числа вертикальных электродов nВУ=48,18
nВУ отличается от nВ на 3,92% (допускается менее 10%)
Округляем в сторону увеличения: nВ=49.
11. Окончательное значение сопротивления искусственного заземлителя.
Требуемое значение сопротивления RИ=0,883 Ом.
Расчетное значение сопротивления RИР=0,869 Ом.
Запас 0,014 %.
Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения применяются выравнивающие сетки. На открытых подстанциях рекомендуется укладывать сетки на глубине 0,5 – 0,7 м с размером ячеек 6 –12 м. Сопротивление сетки в расчетах не учитывается, обеспечивая дополнительное (резервное) уменьшение сопротивления. Размещение продольных и поперечных полос по территории открытой подстанции приведено в пособии Ю.И. Солуянова [14].
Рис. 6. Контурный заземлитель открытой подстанции: 1 − забор;
2 − оборудование; 3 − заземляющее устройство
Вывод: Заземляющее устройство подстанции имеет 51 вертикальных электрода, соединенных горизонтальной шиной. Сопротивление заземляющего устройства (без учета естественного заземлителя ) R=0,85 Ом.