3.2. Проектирование защитного  заземления электроустановок.

 
 

   

    Устройство  защитного заземления:1—  электроустановки; 2 — заземляющие проводники; 3 — болт крепления проводника; 4 — магистраль заземления; 5 — контурная шина; 6 — заземлители  

    Рассчитать  совмещенное ЗУ для  участка по ремонту и обкатке коробок передач 6/0,4 кВ, подсоединенной к электросети с изолированной нейтралью. Замкнутый контур ЗУ- вертикальный электрод пруток , горизонтальный  -пруток: вертикальный электрод dв = 16 мм, а горизонтальный электрод dг= 12 мм

      

    Проектирование  защитного заземления электроустановок (ЭУ) или электрооборудования (ЭО) выполняется в  три этапа. 

    На  первом (подготовительном) этапе собирают следующие сведения:

    1) характеристика ЭУ - тип установки,  виды основного  ЭО, рабочие напряжения  и т.п.;

    2) компоновка (размещение) ЭО на участке  или в  помещении  с указанием основных  размеров:

    3) форма и размеры  заземлителей и  заземляющих проводников,  из которых предполагается  изготовить проектируемое  заземляющее устройство (ЭУ),  а  также предполагаемая  глубина погружения  их в землю;

    4) данные измерения  удельного сопротивления  грунта r на участке, где предполагается сооружение ЭУ,  и погодных (климатических) условий,  при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если известен грунт и глубина заложения ЭУ,  то можно определить по табл.  6.3 и 6.4[2] значения r_табл (лучше брать среднюю величину) и Y ;

    r_табл = 35 Ом*м

    Глубина заложения: 2 м

    Y = 1,36

    5) данные об естественных  заземлителях и  их сопротивлениях Re =  30 Ом 

    6) расчетный ток  замыкания на землю  J3 для ЭУ   U > 1 кВ, а для ЭУ U£1кВ  величина предельно допустимого (нормативного) сопротивления ЗУ   берут по табл. 6.6(лит.2). Значение J3 определяют по формуле

              

      где Uл - линейное  напряжение сети, кВ; lкаб -  общая  длина подключенных к сети кабельных линий, км; lвоз - общая длина подключенных к сети ЛЭП. км.

    Jз = 0,38 * (35 * 20 + 5) / 350 = 0,77 А  

    На  втором  этапе  ведется конкретный  электротехнический расчет по  определению основных параметров ЭУ; существует два метода расчета: метод коэффициентов использования и метод наведенных потенциалов. 

    Порядок расчета по методу коэффициента использования  по состоит в следующем:

     1.Определяют расчетное  удельное сопротивление  грунта по формуле

            

    ρ_расч = 35 * 1.36 = 47,6 (Ом*м)

    где rтабл - табличное (измеренное) удельное сопротивление грунта, Ом*м;

    Y - климатический коэффициент, принятый по табл. 6.4.

    2. Определяют необходимость  искусственного заземлителя  и вычисляют его  требуемое сопротивление  Rи, Ом.

    R_з^н = 4 Ом

    Rи определяют по формуле

    R_u < R_e * R_з^н / (R_e – R_з^н)

    R_u < 30 * 4 / (30 – 4) = 4,615(Ом)

    Примечания.

     1. Величину  R_з^н выбирают по табл. 6.6, 6.7 или 6.8(лит.2) в зависимости от  U  ЭУ и rрасч в месте сооружения этого ЗУ, а также режима нейтрали данной электросети.

    2. Значение Rе,  берут заданным или вычисляют по  одной из  формул табл.  6.5(лит.2)  в зависимости   от   типа   естественного   заземлителя.

    3. Уточняют    расчетные    параметры   искусственного  ЗУ путём  ряда  вычислений сопротивлений  этого ЗУ принятой  конструкции R до  тех пор, пока  R£Rи. Это производят в следующем порядке:

   3.1. По предварительной  схеме искусственного  заземлителя,  нанесенной  на план объекта,  определяют тип  заземлителя (разомкнутый  или замкнутый  контур),  длины   горизонтальных  lг и количество nв вертикальных электродов. Величину lг можно определить по формуле:

   для замкнутого контура 

   lг = 10*10=100(м)

     где ав - расстояние  между вертикальными  электродами nв, м.

   3.2. Вычисляют расчетное  значение сопротивления   вертикального  (одиночного стержневого)  электрода Rв,Ом. по формуле (а или б) табл. 6.5(лит.2).

   R_B =47,6 /(2*3,14*5)ln(4*5/0,016)= 10,81(Ом)

   3.3. Рассчитывают   значение   сопротивления    горизонтального  электрода (соединительной  полосы) Rг,Ом,  по формуле (в или г) табл. 6.5(лит.2).

   Rг = 47,6 / (2 * 3,14 * 100) * ln(2 * 100 / 0.012) = 0,74 (Ом)

   3.4. По данным табл.  6.9 находят  коэффициенты  использования для  вертикальных и  горизонтальных электродов - h_в  и h_г.

   h_в = 0,74 h_г = 0,75

    3.5. Вычисляют расчетное  сопротивление, Ом, группового заземлителя

    

    R = 10,81* 0,74 / (10,81 * 0,75 + 0,74 * 0,74 * 10) =0,59 (Ом)

    3.6. Сравнивают  вычисленное  R с ранее определенным Rи: 

   R £ Rи,  0,59£ 4,615=>т.е. неравенство  выполняется, следовательно, расчет произведен правильно и окончательно.

    4. Определяют общее  сопротивление комбинированного  ЗУ _rk, Ом, по формуле

      

    R_к = 30* 0,59 /(30 + 0,59) = 0,58 (Ом) 

    На  третьем этапе проектирования осуществляется  конструктивная разработка рассчитанного заземления для конкретной ЗУ (см. приложения).

   3.3. Проектирование зануления  электроустановок.

 

   Рассчитать  отключающую способность проектируемого зануления ЭУ участка по диагностике автомобилей и определить потребное сопротивление ЗУ нейтрали трансформатора,  если известно: электропитание осуществляется по трехжильному кабелю от масляного трансформатора с вторичным напряжением 400/230В;  для защиты электродвигателя с  короткозамкнутым ротором  установлены  плавкие  предохранители с кратностью тока 3; в кабеле  жилы  использованы алюминиевые.

    

    Проектирование  зануления ЭУ или электрооборудования  (ЭО) реализуется в три этапа.  На первом (подготовительном) этапе собирают сведения:

    1) по отключающей  способности зануления  - мощность (S = 560 кВ*А) и конструктивное исполнение (масляный) трансформатора, напряжение и схемы соединения (Y/Y0) его обмоток, длина ( l = 200 м), материал (медь) фазных и нулевого защитного проводников (НЗП),  тип защиты ЭУ (плавкие предохранители)

    2) по  заземлению  нейтрали трансформатора - данные об естественных  заземлителях и  их сопротивлениях Rе,  форма  и   размеры искусственных  заземлителей,  из  которых предполагается  изготовить проектируемое ЭУ,  предполагаемая глубина погружения их в землю,  данные  по  удельному  сопротивлению грунта r в месте расположения ЗУ;

    3) о  повторных   заземлителях  НЗП воздушной  ЛЭП - те же сведения, что и по заземлению нейтрали трансформатора (см. выше), а также возможное  количество повторных заземлителей на этой ЛЭП с учетом требований ПУЭ

    На  втором этапе ведут конкретный электротехнический  расчет по определению условий,  при которых проектируемое зануление быстро отключит поврежденную ЭУ от электросети и обеспечит безопасность прикосновения  к ее зануленному корпусу в аварийный период. Поэтому осуществляют

    1) расчет на отключающую  способность проектируемого зануления для всех ЭУ, но не менее 10% питающихся ЭУ  от  данного трансформатора (в проверяемое количество установок должны входить ЭУ,  имеющие  наибольшую  мощность, длину питающего кабеля и наименьшее сечение фазных проводов в данном кабеле); 

    2) расчет ЗУ для  нейтрали трансформатора 

    3) расчет повторного  заземлителя НЗП  воздушной ЛЭП,  если рассматриваемые ЭУ питаются от данной ЛЭП.

   Расчет  на  отключающую  способность проектируемого зануления ЭУ выполняют следующим образом:

   1. Определяют  сечение   фазных  проводов  по току нагрузки  зануляемой ЭУ (например,  электродвигателя  мощностью Pg, кВт). Для этого находят ток нагрузки Jg, А,  электродвигателя по формуле

   

   Jд = 120 * 1000 / (1,73*380 * 0,92 *0,92) = 215,66 (А)

       где Uн - номинальное линейное напряжение, В; cosj-коэффициент мощности электродвигателя (берут номинальный cosj=О,91...0.93); hд- кпд электродвигателя (берут 0.91,..0.92). 

   Затем вычисляют  расчетный  ток плавкой вставки  J’пл.вст, А, по формуле

   

   J’_пл.вст. ≥ 5 * 215,66 / 2.5 = 431,32 (A)

   где Jп - пусковой ток  электродвигателя, который  в  5...7 раз больше Jд, А.

   J_пл.вст = 440 (A)

   По  J_пл.вст выбирают плавкий предохранитель - ПН2-100. С позиции электробезопасности  лучшим  предохранителем является предохранитель с малым временем плавления.