Расчет заземления и молниезащиты

Содержание

1. Заземление, определения  и виды

2. Расчет заземляющего  устройства трансформаторной подстанции

3. Молниезащита, определения и виды

4. Расчёт  молниезащиты сельскохозяйственного объекта

_{5. Заземление трансформаторной  подстанции (графическая  часть)} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Заземление, определения  и виды 

Заземлением называется соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрооборудования через металлические детали, закладываемые в землю и называемые заземлителями, и детали, прокладываемые между заземлителями и корпусами электрооборудования, называемые заземляющими проводниками. Проводники и заземлители обычно делаются из низкоуглеродистой стали, называемой в просторечии железом.

     Заземлители в виде штырей, вбиваемых в землю, называются электродами, и могут быть одиночными или групповыми. Заземлитель имеет характеристики, обусловленные стеканием по нему тока в землю. К характеристикам заземлителя относятся:

- напряжение  на заземлителе;

- изменение потенциалов  точек в земле вокруг заземлителя в зависимости от их расстояния от заземлителя в зоне растекания тока — вид потенциальной кривой;

- вид линий  равного потенциала — эквипотенциальных  линий на поверхности земли; 

- сопротивление  заземляющего устройства;

- напряжения  прикосновения и шага.

     Требование  к заземляющему устройству, предназначенному для защиты от перенапряжений.

   В сетях с изолированней нейтралью крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемые на железобетонных опорах, а также арматура этих опор должны быть заземлены. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 50 Ом ( ).

   В сетях с заземленной нейтралью  крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемые на железобетонных опорах, а также арматура этих опор должны быть присоединены к нулевому проводу. Заземляющие проводники этих заземлений должны иметь диаметр  не менее 6 мм.

   Крюки и штыри, устанавливаемые на деревянных опорах, заземлению не подлежат,  за исключением подлежащих заземлению по условию защиты от атмосферных  перенапряжений, а также устанавливаемых  на опорах, где выполнено повторное  заземление нулевого провода.

   В населенной местности с одно- и  двухэтажной застройкой ВЛ, не экранированные промышленными дымовыми и другими  трубами,  высокими деревьями, зданиями и т.п., должны иметь ЗУ, предназначенные  для защиты от атмосферных перенапряжений. Сопротивления этих ЗУ должны быть не более 30 Ом, а расстояния между ними - не более:

   200 м - для районов со среднегодовым числом часов гроз до 40;

   100 м - для районов со среднегодовым числом часов гроз более 40.

   Кроме того, ЗУ должны быть выполнены:

   1. На опорах с ответвлениями  к вводам в помещения, в которых  может быть сосредоточено большое  количество   людей (школы, ясли, больницы и т.п.) или которые  представляют большую хозяйственную  ценность (животноводческие помещения,  склады, мастерские и т.п.).

   2. На конечных опорах линий, имеющих  ответвления к вводам. При этом  наибольшее расстояние от соседнего  защитного заземления этих же  ВЛ должно быть не более:

   100 м - для районов со среднегодовым числом часов гроз до 40;

   50 м - для районов со среднегодовым числом часов гроз более 40.

   3. Методика расчета заземляющих  устройств.

   Исходными данными для расчета являются:

   А) характеристика электроустановки - тип  установки, рабочее напряжение, режим  нейтрали трансформатора;

   Б) величина тока замыкания на землю (для  установок напряжением выше 1000 В);

   В) удельное сопротивление грунта и  характеристика климатической зоны (если земля принимается двухслойной, необходимы данные измерений удельного  сопротивления обоих слоев земли  и толщина верхнего слоя);

   Г) план расположения заземляемого оборудования;

   Д) характеристика естественных заземлителей (сопротивление, количество и размеры);

   Е) расчетная схема воздушных линий,  отходящих от трансформатора;

   Ж) форма и размеры заземляющего устройства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчет заземляющего  устройства трансформаторной  подстанции 

   Рассчитать  заземляющее устройство трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ (мощность трансформатора кВА), которое предполагается выполнить в виде замкнутого контура из стальной полосы с прямоугольным поперечным сечением 40x4 мм с вертикальными электродами диаметром 0,012 м и длиной 4 м, уложенного на глубине м от поверхности земли с двухслойной электрической структурой; ; ; . Заземляющее устройство находится в 1-й климатической зоне РФ. Среднегодовая продолжительность гроз составляет 60 часов. Длина сети напряжением 10 кВ: воздушной ; кабельной .В качестве естественного заземлителя используется железобетонный фундамент здания (площадь занимаемая зданием ).

   Схема сети 0,38 кВ приведена на рис. 1.

   РЕШЕНИЕ 

     Поскольку на подстанции используются  электроустановки до и выше 1000 В, то к заземляющему устройству должны быть предъявлены следующие требования:

   - требования сети 0,38 кВ, работающей с глухозаземленной нейтралью;

   - требования сети 10 кВ, работающей с изолированной нейтралью.

   1. Предъявляем требования сети 0,38 кВ.

   Вначале определяем эквивалентное удельное сопротивление двухслойной земли

   

   Допустимая  величина сопротивления заземляющего устройства, к которому присоединяется нейтраль трансформатора, с учетом удельного сопротивления земли  равна

   

Это сопротивление  должно быть обеспечено с учетом использования  естественных заземлителей, искусственных  заземлителей и суммарного сопротивления  всех заземляющих устройств воздушных линий сети 0,38 кВ:

   Определяем  величину сопротивления естественного  заземлителя

   

,

   т. к.        

   Определяем  величину суммарного сопротивления  всех заземляющих устройств ВЛ сети 0,38 кВ. Для этого необходимо на заданной схеме сети (рис. 1) расставить заземляющие устройства по условию защиты от перенапряжений и по условию повторного заземления нулевого провода.

   Допустимая  величина суммарного сопротивления  всех заземляющих устройств каждой воздушной линии 0,38 кВ с учетом удельного сопротивления земли равна:

   

   а допустимая величина сопротивления  каждого повторного заземления нулевого провода 

   

   Расставив заземляющие устройства в сети 0,38 кВ, определяем

   суммарное сопротивление каждой отходящей  линии

   

   Поскольку , то .

   Аналогично 

   

   

   Суммарное сопротивление всех заземляющих  устройств в сети 0,38 кВ равно

   

   Зная  и , определяем их суммарное сопротивление

   

   2. Предъявляем к заземляющему устройству  требования сети 10 кВ.

   Допустимая  величина сопротивления заземляющего устройства определяется по формуле

   

,

   где ,

   тогда

   Поскольку , то величина сопротивления искусственного заземлителя определяется по формуле

   

   После сравнения полученных величин  и для расчета принимаем меньшую из них, т.е. .

   Определяем  сопротивления вертикальных и горизонтальных элементов заземлителя. 
 
 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Вертикальные  электроды пересекают границу раздела между слоями двухслойной земли. Поэтому определяем по формуле

   Тогда будет равно

   

   

   Определяем  предварительное количество вертикальных стержней

   

   Принимаем 4 вертикальных стержня. Схема контура заземлителя представлена на рис. 2.

   Для определения сопротивления горизонтальных элементов длиной 4 и 8 м предварительно определяем .

     
 
 

    ;     

Тогда при  _м , а при _м  .

  Значения  эквивалентного диаметра стальной полосы

. Тогда сопротивление горизонтального элемента длиной 4 и 8 м равно

   

   

   

   

 

   Значение  коэффициента использования находим при ; ; ; :

    .

   Тогда сопротивление заземляющего контура  определяем по формуле

   

 
 
 
 
 
 
 

3. Молниезащита, определения  и виды 

     Атмосферное электричество проявляется в виде молний, электростатической и электромагнитной индукции от грозового разряда. Все эти проявления опасны для людей и животных и являются одной из причин пожаров. Также опасным прямой удар молнией будет как для электрооборудования, так и для обслуживающего персонала работающего с ним.

   Молния - грозное явление природы - представляет собой разряд атмосферного электричества  между тучей и землей или между  тучей и тучей.