Напряжение материала шины при изгибе определятся по формуле

(1.72)

где W – момент сопротивления сечения шины, Ом×см³.

Момент сопротивления определяется в зависимости от расположения шин по отношению друг к другу (рис. 1.9).

 

 

 

 

на ребро плашмя

Рис. 1.9

При расположении шин широкими сторонами друг к другу

(1.73)

узкими сторонами друг к другу

(1.74)

Для круглых шин можно принять

W = 0,1 d ², (1,75)

где d – диаметр шины, см.

Шины будут работать надежно, если полученное расчетное напряжение в материале будут меньше допустимого, т.е. s _расч £ s _доп.

Можно принять s _доп. для меди 1400 н¤см², для алюминия – 7000 н¤см² и полосовой стали 1600 н¤см².

Если при расчете оказалось, что s _расч > s _доп, то для уменьшения значения s _расч при данном значении ударного тока КЗ следует либо увеличить расстояние между шинами а или уменьшить пролет между изоляторами l, либо увеличить сечение шин.

Пример. Произвести проверку на динамическую устойчивость шинной конструкции распределительного устройства, выполненной алюминиевыми шинами размерами: в = 1 см, h = 6 см. Шины расположены плашмя. Длина пролета l = 150 см, расстояние между осями шин а = 35 см. Ударный ток трехфазного КЗ

Решение. Максимальное усилие, действующее на шину,

Максимальный момент при числе пролетов более трех

Напряжение в материале шины

 

 

Пример. Выбрать разъединитель и выключатель на стороне 10 кВ подстанции.

Нагрузка линии I _н = 270 А; I _max = 450 А;

токи КЗ I _п = 9 кА; i _y = 23 кА;

t _р.з = 1,2 с; t _выкл = 0,12; Т _а = 0,05 с.

РУ-10 кВ выполнено закрытым, поэтому выбираем маломасленный выключатель ВМПП-10 со встроенным приводом, разъединитель РВЗ-10.

Все данные сравнения сводим в таблицу 1.25.

Таблица 1.25

Расчетные данные	Каталожные данные
Выключатель ВМПП-10	Разъединитель РВЗ-10
U уст = 10 кВ I max = 450 A I п = 9 кА i у = 23 кА	U ном = 10 кВ I н = 630 A I откл.ном = 20 кА i дин = 52 кА S откл = 350 МВ×А	U ном =10 кВ I ном = 630 A ¾ i дин = 60 кА ¾

 

 

Таблица 1.26

№ варианта	I p, A	I max, A	I п, кA	i y, кА	t p.з, с	t выкл, с	Т а, с
			14,5		1,1	0,2	0,05
			10,8	27,5	0,9	0,25	0,05
			10,0	25,5	0,9	0,3	0,05
			8,5	21,7	1,15	0,15	0,05
			9,3	23,7	0,85	0,3	0,05
			10,7	27,3	1,2	0,25	0,05
			12,5	31,9	0,95	0,2	0,05
			11,5	29,3	1,0	0,2	0,05
			10,3	26,3	1,1	0,15	0,05
			13,5	34,4	1,15	0,25	0,05
			12,8	32,6	1,2	0,2	0,05
			15,5	39,5	0,9	0,15	0,05
			14,9		1,1	0,15	0,05
			16,3	41,6	0,8	0,2	0,05
			12,0	30,6	1,0	0,25	0,05

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 9

Тема: Выполнение расчета заземляющего устройства подстанции

Цель работы. Изучить метод и приобрести практические навыки расчета защитного заземления.

Краткие теоретические сведения. Поражение электрическим током возможно при прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к металлическим нетоковедущим частям оборудования и сетей, оказавшимся под напряжением при нарушении изоляции.

Различают два вида прикосновения к токоведущим частям: двухполюсное, когда человек одновременно прикасается, чаще всего руками, к двум фазам сети, и однополюсное, когда человек, стоя на земле или заземленной конструкции здания прикасается лишь к одной фазе сети. Наиболее опасны случаи двухполюсного прикосновения, так как человек оказывается включенным на линейное напряжение U _л установки

(1.76)

Случаи двухполюсного прикосновения на практике встречаются редко. Наиболее частым являются однополюсные прикосновения.

(1.77)

где I _ч - ток протекающий через тело человека, А;

U _ч - фазное напряжение установки (сети), В;

R _ч - электрическое сопротивление тела или части тела человека, Ом.

Электрическое сопротивление человеческого тела в зависимости от многих факторов изменяется в широких пределах (от 500 до 1000000 м). К таким факторам можно отнести: общее состояние здоровья человека, состояние кожного покрова и его влажность, условия окружающей среды, длительность прохождения тока и т.д. В расчетах по технике безопасности сопротивление тела человека обычно принимается равным 100 кОм.

Тяжесть электротравмы зависит от значения тока и длительности его прохождения. Установлено, что в большинстве случаев ток 0,1 А представляет собой смертельную опасность для жизни человека.

Для жизни человека опасен как переменный, так и постоянный ток, однако наибольшую опасность представляет переменный ток промышленной частоты 50 Гц. При повышении частоты переменного тока опасность поражения уменьшается.

Для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям электрического оборудования, случайно оказавшийся под напряжением, должна применяться как минимум одна из следующих мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделяющий трансформатор, безопасное малое напряжение, двойная изоляция.

Защитным заземлением называется преднамеренное соединение металлических частей электроустановки нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под ним вследствие нарушения изоляции электроустановки с заземляющим устройством.

Занулением в электроустановках в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью называется преднамеренное электрическое соединение с помощью нулевого защитного проводника металлических нетоковедущих частей электрооборудования с заземленной нейтралью трансформатора или генератора.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлитель представляет собой один или несколько металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющие проводники – это металлические проводники, соединяющие заземлитель с заземленными частями электроустановки.

Сопротивление заземляющего устройства слагается из сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников.

(1.78)

где U _з – напряжение относительно земли (нулевого потенциала), В;

I _з – ток замыкания на землю, т.е. ток, проходящий через землю в месте замыкания.

Заземлители применяются искусственные и естественные. В качестве естественных заземлителей могут использованы металлические части, находящиеся в земле: металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей или взрывчатых газов и примесей), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей и др.

Искусственными заземлителями являются отрезки угловой стали размером 50´50´4 мм и длиной 2,5 … 3 м; стальные трубы диаметром 50 мм той же длины с толщиной стенки не менее 3,5 мм, отрезки круглой стали диаметром 12 … 14 мм длиной до 5 м и более. Заземлители (вертикальные электроды) соединяются между собой стальной полосой размером 40´4 мм.

Согласно [1] в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или нейтралью, изолированной от земли, сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 2 Ом - при линейном напряжении сети в 660 В; 4 Ом – при 380 В и 8 Ом соответственно – 220 В.

Выполнение заземления обязательно:

1. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках при напряжении переменного тока выше 42 В и постоянного тока 110 В;

2. В помещениях без повышенной опасности при напряжении переменного тока 380 В и выше и постоянного тока 440 В и выше.

Заземлению (занулению) подлежат следующие части электрооборудования: металлические корпуса трансформаторов, электродвигателей, пусковой аппаратуры, каркасы и кожухи электрических устройств, металлические трубы электропроводок, корпуса щитов, щитков, шкафов, светильников, стальные трубы и короба электропроводок на лестничных клетках, в технологических подпольях и на чердаках.

Расчет заземляющих устройств. При расчете заземляющего устройства определяются шаг заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Этот расчет производится для ожидаемого сопротивления заземляющего устройства в соответствии с существующими требованиями ПУЭ.

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, грунтовых вод и других примесей оказывают значительное влияние на сопротивление грунта. Поэтому согласно [1] рекомендуется определять удельное сопротивление грунта путем непосредственного измерения в том месте, где будут размещаться заземлители.

При отсутствии данных измерений при расчетах применяют примерные значения удельных сопротивлений грунтов.

Песок ……………………….	700 Ом×м
Супесок …………………….	300 Ом×м
Суглинок …………………...	100 Ом×м
Глина ……………………….	40 Ом×м
Садовая земля ……………...	40 Ом×м
Чернозем …………………...	20 Ом×м
Торф ………………………..	20 Ом×м

Расчетные значения коэффициентов повышения сопротивления для различных грунтов и глубины заложения приведены в табл. 1.29.

Таблица 1.29

Характер грунта	Глубина заложения, м	Расчетные коэффициенты
j 1	j 2	j 3
Суглинок Садовая земля Известняк Торф Песок Глина	0,8 – 3,8 0 – 3 0 – 2 0 – 2 0 – 2 0 – 2	2,0 - 1,8 1,4 2,4 2,4	1,5 1,32 1,2 1,1 1,56 1,36	1,4 1,2 1,1 1,0 1,2 1,2

 

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, можно определить сопротивление одиночного заземлителя.

Сопротивление вертикального заземлителя при длине l (м), диаметре d (мм) определяется по формуле:

(1.79)

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенными формулами:

R ₀ = 0,00227× r - для углубленного пруткового электрода диаметром 12 … 14 мм, длиной 5 м;

R ₀ = 0,0034× r - для электрода из угловой стали размером 50´50´5 мм, длиной 2,5 м;

R ₀ = 0,00325× r - для электрода из трубы диаметром 50 мм, длиной 2,5 м, где r - удельное сопротивление грунта в месте размещения заземлителей и выражается в Ом×см.

Число вертикальных заземлителей определяется по формуле:

(1.80)

где h - коэффициент экранирования (табл. 1.30).

 

Таблица 1.30

Число заземлителей	Коэффициент экранирования h при отношении расстояния между трубами к их длине ()
трубы размещены в ряд	трубы размещены по контуру
	0,87 0,83 0,77 0,75 0,73	0,8 0,7 0,62 0,60 0,58	0,68 0,55 0,47 0,40 0,30	- 0,78 0,72 0,71 0,68	- 0,67 0,60 0,59 0,52	- 0,59 0,43 0,42 0,37

 

Пример. Определить число электродов заземления подстанции 10/0,4 кВ. На стороне 10 кВ нейтраль изолирована, на стороне 0,4 кВ глухозаземленная. Удельное сопротивление грунта r = 0,7×10⁴ Ом×см.

Решение. Выбираем в качестве заземлителей прутковые электроды длиной 5 м диаметром d = 12 мм. Сопротивление одиночного пруткового электрода

R ₀ = 0,00227× r = 0,00227×0,7×10⁴ = 15,89 Ом.

Принимаем размещение заземлителей в ряд с расстоянием между ними а = 5 м, следовательно h = 0,68, при =1.

Определяем количество электродов заземлителей

Задание для выполнения самостоятельной работы. Выполнить расчет количества заземлителей контура заземления трансформаторной подстанции по исходным данным, приведенным в табл. 1.29.

Таблица 1.31

№ варианта	Характер грунта	Вид заземлителя
	Чернозем	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Торф	Труба диаметром 60 мм
	Супесок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Глина	Уголок 50´50´5 мм
	Песок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Торф	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Труба диаметром 60 мм
	Чернозем	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Глина	Труба диаметром 60 мм
	Песок	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Уголок 50´50´5 мм
	Супесок	Труба диаметром 60 мм
	Глина	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	чернозем	Труба диаметром 60 мм