Изоляция и перенапряжения в электрических системах

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Домашнее задание

“Изоляция и перенапряжения в электрических системах”

Вариант №11

Выполнил:

студент группы ЗЭ- 517

Проверил:

преподаватель Шкаруба М.В.

Омск 2011 г

Исходные данные подстанции

Рис.1. Понизительная подстанция на 110/6-10 кВ (тип I): а − план подстанции; б − разрез

I. Расчет заземляющего устройства подстанции

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

Периметр Р =(А₁+В₁)*2=(28+30)*2=116 м, где А₁=34-2-2=30 м,

В₁=40-8-2-2=28 м.

1. Определение допустимого сопротивления заземляющего устройства

На стороне ВН (110 кВ) сопротивление следует взять по ПУЭ R_З=0,5 Ом.

На стороне НН (6 кВ) сопротивление вычисляется по формуле , но не более 10 Ом.

R_{расч.нн}=13,89 Ом, по ПУЭ принимаем R_З=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): R_З=0,5 Ом.

2. Определение необходимого сопротивления искусственного заземлителя (R_И)

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 = 0,15×ℓ /S, где ℓ -длина пролета, м; S - сечение троса, мм².

Принимаем число тросов на опоре n_ТР=1, число цепей ЛЭП n_Ц=2.

Сопротивление системы трос-опора R_С=1,2 Ом.

Необходимое сопротивление искусственного заземлителя  с учетом использования естественных заземлителей:

Сопротивление искусственного заземлителя должно быть R_И=0,76 Ом.

3. Выбор формы и размеров электродов

Для вертикальных электродов берем пруток Æ 18 мм (черная сталь), длина

ℓ =5 м. Для горизонтальных электродов берем полосу 5*40 мм (черная сталь) [13].

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

Среднее расстояние между двумя электродами а=2,4

Отношение а/ ℓ = 0,48. Для такого отношения а/ ℓ табличные данные отсутствуют, поэтому расчетное значение К_ИВ определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП (рис. 3).

Рис. 3. Определение К_ИВ с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП

Расчетное значение К_ИВ=0,314.

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

Удельное сопротивления грунта ρ = 50 Ом*м. ρ _расч.в = 55,2 Ом*м.

Таблица 3

Коэффициенты сезонности горизонтальных электродов

Р_расч.г = 92 Ом*м.

6. Определение сопротивления растеканию одного 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: R_В=11,83 Ом.

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.

n_В= R_В/( К_ИВ* R_И) = 49,52

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 R_Г=1,69Ом.

9.
Уточнение коэффициентов использования

Коэффициент К_ИВ необходимо уточнить для нового значения числа вертикальных электродов n = 50. Среднее расстояние между электродами а=2,4

Отношение а/L = 0,48. Расчетное значение К_ИВ=0,314.

Затем надо определить коэффициент использования горизонтального электрода, который также зависит от числа вертикальных электродов (табл.4).

Таблица 4

Коэффициенты использования горизонтального электрода

Расчетное значение К_ИГ также лежит за пределами таблицы, поэтому определяется с помощью программы, разработанной на кафедре ЭсПП.

Расчетное значение К_ИГ=0,174.

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 n_В=46

Уточненное числа вертикальных электродов n_ВУ=51,6

n_ВУ отличается от n_В на 2,65% (допускается менее 10%)

Округляем в сторону увеличения: n_В=46.

11. Окончательное значение сопротивления искусственного заземлителя

Требуемое значение сопротивления R_И=0,76 Ом.

Расчетное значение сопротивления R_ИР=0,755 Ом.

Запас 0,005 Ом.

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.