15

Задание№1. Произвести расчет заземления подстанции 110/35/6 кВ согласно варианту

1.1 Исходные данные для выполнения задания №1

Рассчитать заземлитель в двухслойной земле методом наведенных потенциалов по допустимому сопротивлению подстанции 110/35/6 кВ, в качестве естественного заземлителя предполагается использовать систему трос - опоры двух подходящих к подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролета ? = 250 м; каждая линия имеет один стальной грозозащитный трос сечением s = 50 мм²; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры r_оп = 12 Ом; число опор с тросом на каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы трос - опоры отсутствуют.

Таблица 1.1. Исходные данные

Таким образом:

1. Подстанция понижающая, имеет трансформатор 110/35/6 кВ с эффективно заземленной нейтралью со стороны 110 кВ.

2. Территория подстанции занимает площадь S = 7800 м²;

3. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5 - 6 см с толщиной стенки не менее 3,5 мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно это угловая сталь размером от 40 х 40 до 60 х 60 мм) отрезками длиной 2,5 -- 3,0 м. Широкое применение находит также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 4 х 12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4 х 40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной lв = 3 м, диаметром d = 12 мм, глубина заложения электродов в земле t = 0,8 м.

4. Расчетные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли с1 = 195Ом^.м, с2 = 80 Ом^.м. Мощность верхнего слоя земли h1 = 2,4 м.

5. В качестве естественного заземлителя использовать систему трос-опоры двух отходящих от подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролета l = 250 м, каждая линия имеет стальной грозозащитный трос сечением S = 50 мм²; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры rоп = 12 Ом; число опор с тросом от каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы тросопоры отсутствуют.

6. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 110 кВ составляет 5 кА, на стороне 35 кВ - 35А на стороне 6 кВ - 25А.

1.2 Расчёт заземления подстанции 110/35/6 кВ

Для установок напряжением выше 1 кВ сопротивление заземлителя растеканию тока R_з, согласно требованиям ПУЭ, должно быть не более 0,5 Ом.

Сопротивление естественного заземлителя для двух линий R_е определяется по формуле

,

где ron - расчетное, то есть наибольшее (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры, Ом; rт - активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; nт - число тросов на опоре.

Для стального троса сечением S, мм², при длине пролета l, м, активное сопротивление, Ом,

,

При использовании естественных заземлителей (предписывается ПУЭ) сопротивление искусственного заземлителя R_и, Ом, меньше требуемого R_з, Ом и равно

где R_e - сопротивление растеканию естественного заземлителя, Ом.

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя Rи с учетом того, что RЗ = 0,5 Ом и Rе = 1,5 Ом:

Составляем предварительную схему заземлителя, приняв контурный (распределенный) тип заземлителя, то есть в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной lв = 3 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя. По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: Lг = 1358м; n - 28шт.

Таблица1.2.

Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4 х 40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной lв = 3 м, диаметром d = 12 мм, глубина заложения электродов в земле t = 0,8 м.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции должен быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 4 х 40 мм общей длиной не менее 1408 м и вертикальных стержневых в количестве не менее 28 шт. диаметром 12 мм длиной по 3 м, размещенных по периметру заземлителя по возможности равномерно, то есть на одинаковом расстоянии один от другого; глубина погружения электродов в землю 0,8 м. При этих условиях сопротивление Rи искусственного заземлителя в самое неблагоприятное время года не будет превышать 0,627 Ом, а сопротивление заземлителя подстанции в целом RЗ, то есть общее сопротивление искусственного и естественного заземлителей будет 0,442Ом, т.е. не более 0,5 Ом.

Задание №2. Произвести расчет заземления подстанции 6/0,4 кВ согласно варианту

2.1 Исходные данные для выполнения задания №2

Необходимо рассчитать заземлитель подстанции в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению.

Исходные данные: подстанция понижающая, имеет два трансформатора 6/0,4 кВ с заземленными нейтралями со стороны 0,4 кВ, размещена в отдельно стоящем одноэтажном кирпичном здании размеры которого в плане указаны на рис. 2.1. (план подстанции и предварительная схема заземлителя).

Таблица 2.1.

2.2 Расчёт заземления подстанции

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию тока (с учетом сезонных изменений) Rе = 14 Ом. Ток замыкания на землю не известен, однако известна протяженность линий: кВ - кабельных lКЛ = 65 км, воздушных lВЛ = 50 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной lВ =3 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода - стальной полосы суммарной длиной Lг = 74 м, сечением (a?b) 4 х 40 мм, уложенной в землю на глубине t0 = 0,5 м.

Расчетные удельные сопротивления земли получены в результате измерений на участке, где предполагается сооружение заземлителя, и расчеты равны: для вертикального электрода длиной 3 м срасч.В = 120 Ом^.м; для горизонтального длиной 74 м срасч.г = 176 Ом^.м.

Решение. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 6 кВ определяем по формуле:

.

где U - линейное напряжение сети, кВ; l кл и l вл - длины электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ согласно требования ПУЭ,

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру подстанции с ее основными размерами (рис. 2.1.).

Вертикальные электроды размещаем на расстоянии 7 м один от другого (а = 7 м). Уточняем параметры заземлителя путем поверочного расчета. Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода Lг = 74 м, а n = 10 шт.

Определяем расчетные сопротивления растеканию электродов, вертикального RВ и горизонтального RГ, по формулам, приведенным в таблицах 1 2 приложения:

.

Имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что n = 10 шт., а отношение, ?2 определяем по таблицам 1 и 2 коэффициенты использования электродов заземлителя - вертикальных зв = 0.7 , горизонтального зг = 0.4 .

Итак, проектируемый заземлитель - контурный, состоит из 10 вертикальных стержневых электродов длиной 3 м и диаметром 12 мм и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 74 м, сечением 4 х 40 мм, на глубине 0,5 м, глубина заложения электродов в земле t = 0,5 м.

Задание №3. Произвести расчет зануления согласно варианту

3.1 Исходные данные

Технические данные потребителей (асинхронные электродвигатели) к расчету системы зануления представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Примечания: 1. Номинальное напряжение электродвигателей В.

2. Расстояния и показаны на схеме: - расстояние от источника тока до первого потребителя, м; - расстояние между потребителями

Проверить, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, показанной на рис.6, при том, что нулевой защитный проводник - стальная полоса сечением 40х4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами питается от трансформатора ТСЗ-250/10 со схемой соединения обмоток «треугольник»/«звезда». Тип электродвигателей -4АМ132МБ6К. Коэффициент кратности тока к = 1,25, = 7, cos = 0,8

Iпуск=n·Iном=7·10,45=73,118 А,

где n =Iп/Iном=7 - кратность пускового тока двигателя

Для защиты двигателей выбираем автоматический выключатель А3130, у которого ток срабатывания электромагнитного расцепителя составляет 100А Условие выбора выключателя -Iср.расц=100А>Iп=73,118А

2. Выбираем сечения кабелей, по которым питаются двигатели, по экономической плотности тока

, j=1,4 А/мм² - экономическая плотность тока для кабелей с резиновой изоляцией с медными жилами при продолжительности нагрузки более 3000 часов в год.

Выбираем медный кабель 3x20мм².

Произведем проверку условий срабатывания при замыкании на корпус электродвигателей

Наименьшее допустимое значение Iкз для обоих двигателей

Iкз=1,25·100 =125 А, где к=1,25 - коэффициент кратности защиты.

3. Находим сопротивление трансформатора

при S=250 кВА из таблицы 2.2 Zт=0,13 Ом.

4. Определяем сопротивление фазного и нулевого проводников на участке от трансформатора до второго электродвигателя на участке линии l1+ l2=80+60=140м, поскольку в нашем случае ток короткого замыкания на корпусе второго электродвигателя меньший, чем на корпусе первого электродвигателя.

;

поскольку фазный провод медный, принимаем .

Для НЗП используем стальную полосу 40x4мм.

5. Определяем плотность тока в стальной полосе

По таблице 2.4 определяем для стальной полосы 40x4 при j=1 А/мм²

Ом/км, Ом/км

Rнз2=r0·( l1+ l2)=2,24*0,14=0,314 Ом

Индуктивное сопротивление полосы

Xнз2=x0·( l1+ l2)=1,34*0,14=0,188 Ом

В практических расчетах обычно принимают хп = 0,6 Ом/км, что соответствует расстоянию между проводами 70...100 мм (примерно). Такие расстояния бывают на воздушных линиях электропередачи от нулевого провода до наиболее удаленного фазного. Т.к. xп=0,6 Ом/км, тогда Xп2=xп·( l1+ l2)=0,6*0,14=0,084 Ом

6. Находим по формуле действительное значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего по петле фаза-нуль при замыкании фазы на корпус второго двигателя:

Действительное значение тока однофазного короткого замыкания составляет 392,4 А, что превышает допустимый по условиям срабатывания защиты ток 125А, значит нулевой защитный проводник выбран правильно, то есть отключающая способность системы зануления обеспечена.