Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным соединением с заземляющим устройством.

Расчет заземляющих устройств сводится к расчету заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют установки с выносным заземляющим устройством. В этом случае рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземления, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.

Устанавливаем необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземлителя R_з.

Определяем необходимое сопротивление искусственного заземлителя, включенного параллельно из выражений:

, (50) или, (51)

где R_з - расчетное сопротивление заземляющего устройства, Ом;

R_и - сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

R_е - сопротивление естественного заземлителя, Ом.

Определяем расчетное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание грунта зимой.

Определяем сопротивление растекания одного электрода R_овэ по формулам, заданным в таблицах для стержневых электродов из круглой стали или труб.

При применении уголков в качестве диметра подставляется эквивалентный диаметр уголка:

d_{у. э.} = 0,95 b (52)

где b - ширина сторон уголка.

Определяем примерное число вертикальных заземлений n при предварительно принятом коэффициенте использования К_{и. в.}

, (53)

где n - примерное число вертикальных заземлений.

Определяем сопротивление растекания горизонтальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов.

Уточняем необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов:

, (54) или, (55)

где R_вэ - необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов, Ом.

Уточняем число вертикальных электродов с учетом коэффициента использования:

(56)

где n - число вертикальных электродов с учетом коэффициента использования.

Для установок напряжением выше 100 В с большим током замыкания на землю проверяется термическая устойчивость соединительных проводов:

, (57)

где I_расч - расчетный ток короткого замыкания через проводник, при котором температура проводника не превышает допустимую; в качестве расчетного тока принимаем значение тока трехфазного короткого замыкания в точке К 1, кА;

t_n - приведенное время прохождения тока короткого замыкания на землю, С;

С - постоянная; для стали с=74; для голой меди с = 195; для кабелей с медными жилами С = 182; для алюминия С = 112.

Рассчитывается заземление подстанции с двумя трансформаторами 110/10 кВ, мощностью 10000 кВА со следующими данными:

- грунт - суглинок;

- климатическая зона - 3;

- дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растекания 1,5 Ом.

Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны подстанции, с расположением вертикальных электродов в один ряд по периметру 250 м; метод погружения - ввертывание; материал - круглая сталь диаметром 20 мм и длиной 5 м; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7, м приварены к горизонтальному электроду той же стали.

Устанавливаем необходимое для ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з. Так как заземляющее устройство является общим для сетей с напряжением 110, 10 и 0,4 кВ, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.

Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,037 Ом.

Для стороны 10 кВ требуется:

, (58)

где I_з - ток замыкания на землю, определяемый по формуле:

где l_в - длина воздушных линий, м;

l_к - длина кабельных линий, м.

Длину кабельных линий определяем по ситуационному плану; l_к = 1413 м.

Тогда ток замыкания на землю определяем:

Ом

Определяем по (58) сопротивление заземления:

Ом

Для стороны 0,4 кВ требуется сопротивление заземления 4 Ом.

Определяем необходимое сопротивление искусственного заземления включенного параллельно по (55):

Ом

По [7, c.227, табл.10.2] определяем расчетное удельное сопротивление грунта 100 Ом. Повышающий коэффициент для климатической зоны 3, учитывающий высыхание грунта летом и промерзание зимой и, принимаем равным 4,5 для горизонтальных протяжных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 м для вертикальных стержневых электродов длиной 2-3 м из круглой стали. Рассчитываем удельное сопротивление для горизонтальных электродов:

с_расч = 4,5 ? 100 = 450 Ом?м

Рассчитываем удельное сопротивление для вертикальных электродов:

с_расч = 1,8 ? 100 = 180 Ом?м

Определяем сопротивление растекания для одного вертикального электрода, для стержневых электродов из круглой стали:

Ом

Определяем примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом по [7, c.227, табл.10.2] коэффициенте использования К_ив = 0,6 по (56):

Определяем сопротивление растекания горизонтального электрода R_{г. э.}

из круглой стали диметром 20 мм, приваренного к вершинам конца вертикальных электродов. Коэффициент использования горизонтального электрода в ряду 50 и отношением расстояния между стрежнями равном l (a/l = 5/5) принимаем равным 0,21.

b = 2d = 2·0,02 = 0.04

Ом

Ом

Уточняем необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных электродов по (55):

Ом

Уточняем число вертикальных электродов с учетом коэффициента использования по (56):

Окончательно принимаем число вертикальных электродов из условий размещения n = 12.

Проверяем термическую устойчивость полосы 40 х 4 мм². Минимальное сечение полосы определяем по (57):

мм²

Полоса 40 х 4 мм² условию термической устойчивости удовлетворяет.

Рисунок 1-Схема выполнения заземления

2. Специальная часть

2.1 Релейная защита

2.1.1 Выбор типа релейной защиты

При протекании тока короткого замыкания элемент системы электроснабжения подвергается термическому и электродинамическому воздействию. Для уменьшения размеров подвержения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой, и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента сети.

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

· многофазные замыкания в обмотке и на выходах;

§ однофазные замыкания на землю в обмотках и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

§ витковые замыкания в обмотках;

§ токи в обмотках, обусловленные внешними короткими замыканиями;

§ токи в обмотках, обусловленные перегрузкой;

§ понижение уровня масла в баке;

§ однофазные замыкания на землю в сетях 6 - 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий по требованиям безопасности.

В качестве основной защиты трансформатора ГПП применим МТЗ.

2.1.2 Расчет и выбор аппаратов релейной защиты

1) Выбираются токовые трансформаторы:

(59)

Принимаются к установке в РЗ трансформаторы тока ТЛ-10 I₁=200А I₂ =5А

2) Определяем коэффициент трансформации

(60)

3) Выбираем реле ТО типа РТМ

Ток срабатывания реле:

, (61)

К_сх - коэффициент схемы, зависит способа соединения трансформатора тока:

По таблице 1.12.2 выбирается РТМ-4 I_ср = 150А

Выбранную защиту проверим на чувствительность:

, (62)

где I_{к min} - минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого или резервного участка.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при коротком замыкании она составляет:

К_ч ? 1,2 (63)

4) Выбирается реле МТЗ типа РТВ

Определяем ток срабатывания реле:

(64)

По таблице 1.12.2 выбирается РТВ-1 Iср=5А

Определяем коэф. чувствительности:

(65)

Требование выполняется: К_ч ? 1,2

Составляем схему зон действия РЗ:

Рис. 2.1 Зоны действия РЗ

РЗ состоит из:

2 * ТЛ-10 I₁=200А I₂ =5А

РТМ-4 I_ср = 150А

РТВ-1 Iср=5А

2.2 Автоматика в системах электроснабжения