Розрахунок захисного заземлення

Задача 1. Розрахувати захисне заземлення підстанції 6/0,4 кВ в однорідному грунті.

Initial data. Transformer decreasing substation has two transformers 6/0,4 kV with earthed neutrals on side 0,4 kV and is accommodated in separate one-floor apartment, by dimensions 12 х 20 m.

Not far from station a metallic technological construction was found, partially loaded into soil, which can be used as natural earthing rod having a resistance R_E = 20 Ohm to current spreading out.

Solution: A shorting current will be defined for known length of cable lines with voltage 6 kV and L_кл = 65 km, and air L_пл = 60 km.

As vertical single earthing rods will use the bars by length L_ст = 5,5 m and diameter d = 18 mm.

The top ends of the bars are connected by means of welding by steel stripe, laid horizontally on depth Н_пол = 0,8 m, total length L_пол = 60,5 m and section 4x40 mm.

Calculated specific soil resistance for vertical earthing rods (bars) by length 5,5 m L_{ρроз.ст.} = 130 Ohm×m, and for horizontal stripe - flaps L_{ρроз.ст.} = Р_роз ·180 Ohm·m. For determination of the resistance of current spreading out from earthing rod will define in advance a shorting current Lз on earth on side 6 kV by following formula:

where U is a transformer voltage on the side of high voltage, kV;

L_кл., L_пл. are the lengths of cable and air lines accordingly, km.

Resistance to current spreading out from artificial earthing rod, which will be used as general for electric installations in networks 6 kV and 0,4 kV, will be determined according to ПУЭ-86 requirements.

Вхідні дані. Трансформаторна понижувальна підстанція має два трансформатори 6/0,4 кВ із заземленими нейтралями на стороні 0,4 кВ і розміщена в окремо одноповерховому приміщенні, розмірами 12 х 20 м.

Поблизу станції знаходиться частково завантажена в грунт металева технологічна конструкція, яка може бути використана як природний заземлювач, що має опір розтікання струму R_E = 20 Ом.

Рішення: Струм замикання визначимо по відомій протяжності кабельних ліній 6 кВ L_кл = 65 км і повітряних ліній L_пл = 60 км.

Як вертикальні одиночні заземлювачі використаємо стержні довжиною, L_ст = 5,5 м, діаметром d = 18 мм.

Верхні кінці стержнів з'єднуються за допомогою зварювання стальною смугою, прокладеною горизонтально на глибині Н_пол = 0,8 м, загальною довжиною L_пол = 60,5 м перетином 4x40 мм.

Розраховані питомі опори грунту для вертикальних заземлювачів (стержнів) довжиною 5,5 м L_{ρроз.ст.} = 130 Ом·м, а для горизонтальної смуги - L_{ρроз.ст.} = 180 Ом·м. Для визначення опору розтікання струму від заземлювача заздалегідь визначимо струм замикання L_з на землю на стороні 6 кВ за наступною формулою:

де U - напруга трансформатора з боку високого напруги, кВ;

L_кл., L_пл. - протяжність кабельних і повітряних ліній відповідно, км.

Опір розтіканню струму від штучного заземлювача, який буде використовуватися як загальний для електроустановок в мережі 6 кВ і 0,4 кВ, визначаємо відповідно до вимог ПУЭ - 86.

For earthing rod in homogeneous earth maximum acceptable earthing rod resistance R₃ may be computed on most admissible voltage of touch by formula

where U_доп - most admissible touch voltage with taking into account a voltage fall at base support, on which a man stands, equal to 125 V.

Necessary resistance R_н of artificial protective earthing of substation with taking into account an artificial R_з and natural R_е will be defined by formula

.

Calculating artificial earthing, we must select a contour, disposed on perimeter of substation. Vertical bar earthing rods are hammered into soil on distance a = 5,5 m one from another.

From previous disposition of the earthing rods it is evident that at length of horizontal connecting stripe L_пол =60,5 m can be hammered about 11 vertical earthing rods.

Let’s calculate resistance to spreading out of electric current from single vertical R_cm and horizontal R_пол earthing rod by formulae:

При розрахунку заземлювача в однорідній землі по напруженню дотику, маючи в своєму розпорядженні найбільше допустиме значення, визначимо найбільший допустимий розрахунковий опір заземлювача R₃ по формулі

Ом

де U_{доп .} - найбільше допустиме значення напруги дотику з урахуванням падіння напруги в опорі основи, на якій стоїть людина, приймаємо 125 В.

Необхідний опір штучного захисного заземлення R_шз підстанції з урахуванням штучного R_ш і природним R_пр, що є визначимо по формулі

.

Розраховуючи штучне заземлення, вибираємо контурне, розташоване по периметру підстанції. Вертикальні стержневі заземлювачі забиваємо в грунт на відстані а = 5,5 м один від одного.

З попереднього розташування заземлювачів видно, що при довжині горизонтальної з'єднувальної смуги L_пол =60,5 м можна забити 11 вертикальних заземлювачів.

Розрахуємо опір розтіканню електричного струму від одиночного вертикального R_cm і горизонтального R_пол заземлювача по формулах:

Let’s define a coefficient of use of single bar earthing rod h_ст and coefficient h_пол of stripe usage (using tab. 10.2 in [6]) for relation a/L = 5,5/5,5 = 1 and n =11 pieces.

The coefficient is equal to: h_ст =0,55, h_пол =0,35.

Resistance R_кз to spreading out of electric current from artificial contour earthing rod R_кз may be defined by formula:

. Ом

Calculated resistance R_кз = 3,37 Ohm is less than necessary resistance of artificial protective earthing R_н = 3,69 Ohm, thus the contour satisfies our conditions. Contour consists of 11 vertical steel bars by length 5,5 m, diameter 18 mm, hammered in soil on distance 5,5 m one from another, connected between oneself and with natural metallic construction by steel stripe 4x40 mm, by length 60,5 m.