Заземление и молниезащита трансформаторной подстанции

Решение:

Мероприятия выполнены в соответствии с ПУЭ 7-е изд. Глава 1.7.

В соответствии с ПУЭ п.1.7.96, 1.7.97 и 1.7.104 для электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (35-10 кВ) сопротивление ЗУ не должно превышать 4 Ом. В соответствии с ПУЭ п. 1.7.101 сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока.

Комплекс мероприятий по обеспечению необходимых требований к заземляющему устройству представлен следующими решениями:

• установка двух вертикальных электродов длиной 10,5 м и одного вертикального электрода длиной 9 м, объединенных горизонтальным электродом из коррозионностойкой полосы стальной омедненной сечением 30х4 мм. Глубина заложения полосы 0,5 м;
• до стены здания прокладывается горизонтальный заземлитель длиной 3 метра (полоса омеднённая сечением 30х4 мм).

Расположение элементов заземляющего устройства показано на рисунке 1

Рисунок 1

Расчёт сопротивления заземляющего устройства:

Сопротивление горизонтального электрода:

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м; b — ширина полосы горизонтального электрода, м; h — глубина заложения горизонтальной сетки, м; Lгор – длина горизонтального электрода, м.

Сопротивление вертикального электрода:

где ρэкв – эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина вертикального электрода, м; d – диаметр вертикального электрода, м; T– заглубление — расстояние от поверхности земли до заземлителя, м;

где t – заглубление верха электрода, м

Полное сопротивление заземляющего устройства:

где n – количество комплектов; kисп – коэффициент использования;

Расчётное сопротивление заземляющего устройства составляет 3,68 Ом.

Перечень необходимых материалов:

Заземление подстанций Заземлении КТП

Наша компания предлагает материалы для выполнения заземления различных видов подстанций. Основные нормативные ссылки для устройства заземления.

ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК, Издание седьмое Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью

«1.7.100. В электроустановках с глухозаземленной нейтралью нейтраль генератора или трансформатора трехфазного переменного тока, средняя точка источника постоянного тока, один из выводов источника однофазного тока должны быть присоединены к заземлителю при помощи заземляющего проводника. Искусственный заземлитель, предназначенный для заземления нейтрали, как правило, должен быть расположен вблизи генератора или трансформатора. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания.»

«1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.»

«1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными»

Таблица 1.7.4

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

* Диаметр каждой проволоки.

Мы предлагает рассмотреть монтаж заземляющего устройства для КТП. Основной материал, он же вертикальный заземлитель — стальной стержень, покрытый слоем меди электрохиимическим способом. Слой меди не менее 250 мкм.

Стержень оснащен резьбой с двух сторон.

Вертикальный заземлитель забивается в грунт. Длина одного омедненного стержня 1,2 метра. При помощи латунной муфты, стержни механически соединяются, таким образом, увеличивая длину (глубину) заземлителя. Этот метод установки и данные материалы эффективны в ограниченных условиях монтажа. Данная технология позволяет добиться сопротивления растекания тока в диапазоне от 1 до 4 Ом.

Для монтажа заземления КТП понадобилось 10 стрежней, 10 соединительных муфт, наконечник на первый стержней, удароприемная головка для передачи удара от вибромолота к стержням. Заземляющий проводник — стальная полоса размером 40х4 мм, оцинкованная 3 метра.

Инструменты: — отбойный молоток с насадкой для забивания стержней; — перфоратор SDS-MAX с буром диаметром 26 мм и длиной 1 метр; — УШМ; — трубные ключи; — гаечные ключи на 13; — удлинитель 50 м для питания электроинсструмента.

Первое что требуется — определить место монтажа. Необходимо убедиться ,что в данном участке не проходят коммуникации, силовые кабели любые строительные конструкции (бетонные фунтдамент).

При помощи перфоратора SDS-MAX и бура диаметром 26 мм проходим асфальтовый слой и гравийную подложку.

Собираем первый стержень. Накручиваем на одну сторону наконечник для забивания, на вторую соединительную муфту. В соединительную муфту вкручиваем удароприемную головку. Вставляем собранный стержень в пробуренное отверстие.

Для забивания вертикальных стержней используем отбойный молоток, с силой удара от 20 Дж и переходником SDS-MAX. Другим концом вставляем насадку в удароприемную головку.

Забиваем первый стержень чтобы соединительная муфта была выше отверстия в асфальте. Отвинчиваем удароприемную головку. Заливаем токопроводящую жидкость. Устанавливаем следующий стержень. Закручиваем стержень в муфту, удерживая трубным ключом. Затяжка выполняется до характерного скрипа. На верхний конец устанавливаем удароприемную головку и продолжаем забивать.

Первые несколько стержней обычно забиваются с некоторой легкостью, т.к. верхний слой грунта не такой плотный. Забиваем все стрежни, у последнего оставляем 15 см для подключения зажима. Зажим выполнен из нержавеющей стали и затягивается на 4 болта.

10 стержней для этой КТП дали 3,37 Ом, что удовлетворяет требованиям.

Далее необходимо подключить заземляющий проводник в вертикальному заземлителю через зажим. По итогу всё соединение обматывается специальной изолирующей лентой, которая сформирует изолированный кокон для защиты от воды и грязи.

Время затраченное на весь монтаж заземляющее устройство КТП составило 1,5 часа с учетом электроизмерений и подключения к ГЗШ КТП. Стоимость такого комплекта составила 15 тысяч рублей.

Такой способ монтажа и оригинальные материалы применим в частности к подстанциям разного назначения, т.к. не всегда есть место для установки контура большого размера с несколькими заземлителями.

Заземляющее устройство подстанции

Заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством [4].

На подстанции необходимы три вида заземлений: защитное; рабочее; молниезащитное.

Защитным заземлением называется заземление, выполняемое в целях электробезопасности [4].

Рабочим заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) [4].

Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений. К молниезащитному заземлению относятся заземления молниеотводов, разрядников, тросов, крыш ЗРУ и т.д.

Для всех трех видов заземлений может использоваться одно и то же заземляющее устройство, но при этом оно выбирается по наиболее жесткимтребованиям, т.е. по наименьшей допустимой величине.

Для рабочего и защитного заземления обычно используется общий заземлитель. Причем наиболее жесткие требования обычно имеет защитное заземление.

Рабочеезаземление зависит от режима нейтрали. Режим нейтрали до 1 кВ определяется только требованиями техники безопасности. Здесь может быть изолированная нейтраль и глухозаземленная.

Режим нейтрали выше 1кВ определяются следующими требованиями:

1) техники безопасности;

2) допустимым током однофазных замыканий;

3) перенапряжениями, возникающими в таких режимах;

4) надежностью работы релейной защиты;

5) рабочим напряжением неповрежденных фаз по отношению к земле.

В России применяются следующие режимы нейтралей:

∙ 6 кВ – изолированная (может с компенсацией емкостных токов);

∙ 10 кВ – изолированная (может с компенсацией);

∙ 35 кВ – с компенсацией (может изолированная);

∙ 110 кВ – эффективно заземленная;

∙ 220 кВ и выше – глухозаземленная.

Назначение защитного заземления – снижение до безопасного значения напряжения прикосновения и шага.

Расчет защитного заземления подстанции может проводиться по допустимому сопротивлению растекания тока заземления или по допустимому напряжению прикосновения.

Расчет заземляющего устройства подстанции в районах с большим удельным сопротивлением грунта, в том числе в районах многолетней мерзлоты, рекомендуется выполнять с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения [4].В остальных случаях расчет рекомендуется выполнять по допустимому сопротивлению грунта.

Величина сопротивления RЗ заземляющего устройства для каждого класса напряжений подстанции выбирается по ПУЭ:

1) в электроустановках напряжением выше 1 кВ, в сетях с эффективно заземленной нейтралью

RЗ £ 0,5 Ома;

2) в электроустановках напряжением выше 1 кВ, в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов

RЗ £ , но не более 10 Ом,

где IЗ – расчетный ток замыкания на землю;

3) в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом, в сетях с линейным напряжением соответственно 660, 380 и 220 В;

4) в электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть

RЗ £ , но не более 4 Ом.

Ток замыкания в формулах для сетей с изолированной нейтралью можно определить по приближенной формуле

;

где Uн – линейное напряжение сети, кВ, lк

и
lв
– общая длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

В сетях с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока следует принимать:

а) ток, равный 125 % номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов (для заземляющих устройств к которым присоединены компенсирующие аппараты);

б) остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощных из компенсирующих аппаратов (для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты).

Защитное сопротивление вычисляется для обоих классов напряжений, применяемых на подстанции. За расчетное сопротивление подстанции принимается наименьшее из сопротивлений.

Для расчета защитного сопротивления используются два основных инженерных способа: 1) коэффициентов использования; 2) наведенных потенциалов.

Способ коэффициентов использования применяется как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей. При этом грунт рассматривается как однородный и лишь для верхнего слоя земли учитывается промерзание или высыхание грунта. В действительности земля не является однородной, а имеет сложное строение.

Во втором способе принимается двухслойная модель земли с разными удельными сопротивлениями нижнего и верхнего слоев грунта. Этот способ более трудоемок, требует дополнительных сведений о составе и удельных сопротивлениях грунта, но зато дает более точные результаты.

Для учебных целей, когда точных данных нет, обычно пользуются первым способом.

Заземлители делятся на естественныеиискусственные. Для снижения расходов на заземляющие устройства в первую очередь нужно использовать естественные заземлители. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать трубы водопроводов, трубопроводов (за исключением нефтепроводов и газопроводов), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей (алюминиевые не допускаются).

Если сопротивления естественных заземлителей недостаточно, то применяются искусственные заземлители.

Искусственные заземлители – это металлические электроды, заглубленные в землю специально для устройства заземлителей. Они состоят из вертикальных электродов, связанных между собой горизонтальным электродом, уложенным на глубину 0,5−0,7 м.

В качестве вертикальных электродов можно использовать прутки, трубы и уголки. Они имеют минимальные допустимые размеры: у прутка из черной стали диаметр не менее 18 мм, а из стали оцинкованной – диаметр не менее 16 мм.

В качестве горизонтального электрода можно использовать: полосу сечением не менее 150 мм2 (обычно берут 5 40 мм2) или пруток диаметром 12 мм (как из черной, так и из оцинкованной стали).

В зависимости от места размещения заземлители различают двух типов: выносной и контурный.Контурное заземляющее устройство размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки, потому его еще называют распределенным. В учебных целях мы рассматриваем только контурный заземлитель (рис. 1.5).

а) б)

Рис. 1.5. Контурный заземлитель закрытой а) и открытой б) подстанций: 1 – вертикальные электроды; 2 – горизонтальный электрод;

3 – ограда; 4 − выравнивающая сетка

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.