Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 142
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3. Анализ работы электрооборудования подстанции
3.1 Расчёт заземляющих устройств
Распределительные устройства различного напряжения (10 и 110 кВ) устанавливаются в КРУЭ, эффективно заземлены и работают в изолированной нейтрали. Нейтральный режим имеет решающее значение при выборе и расчетах заземляющих устройств. Наиболее жесткие требования ПУЭ распространяются на заземляющие устройства для электроустановок напряжением свыше 1000 В, работающих с эффективно заземленной нейтралью.
Заземляющие устройства для электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью должны выполняться с соблюдением требований по сопротивлению.
Заземляющие устройства, выполненные с соблюдением требований по сопротивлению, должны иметь сопротивление 0,5 Ом и менее в любое время года с учетом сопротивления естественных и техногенных заземлителей.
Продольные и поперечные горизонтальные заземлители должны быть проложены и присоединены к заземлителю для выравнивания потенциалов и надежного подключения электрооборудования к системе заземлителей на занимаемой им площади.
Продольные заземлители следует прокладывать со стороны обслуживания по оси электрооборудования на глубине от 0,5 до 0,7 м от поверхности земли и на расстоянии от 0,8 до 1,0 м от фундамента13.
Расчет заземляющего устройства сводится к определению числа вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы. Расчет проведем для заземляющего устройства, выполненного из стального уголка 60Ч60 мм (рис. 2), в соответствии с14
Рисунок 2- Стержневой заземлитель
Сопротивление одиночного заземлителя находится по следующей формуле:
(3.1.1)где L – длина стержня, м;
b – ширина полки уголка, м;
сэкв – эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом∙м;
Т – расстояние от поверхности земли до середины электрода, м.
Длину стержня принимаем равной L = 5 м, ширины полки уголка b = =0,06 м, расстояние Т = 3 м. Расстояние между стержнями принимаем a = 3 м.
Эквивалентным удельным сопротивлением сэкв грунта неоднородной структуры называется такое удельное сопротивление земли с однородной структурой, в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение, что и в земле с неоднородной структурой.
Эквивалентное сопротивление грунта определим по формуле:
(3.1.2)где с1 – удельное сопротивление верхнего слоя грунта, для супеси – 150 Ом·м,
с2 – удельное сопротивление нижнего слоя грунта, для суглинка – 100 Ом·м,
ш – коэффициент сезонности, для второй климатической зоны (средняя температура января от -15 до -10°С, июля – от +18 до +22°С) принимается равным 1,8,
Н – толщина верхнего слоя грунта, м,
t – заглубление полосы, м.
Определим сопротивление одиночного заземлителя:
Как было сказано выше, сопротивление заземляющего устройства в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей, а также при использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ должно быть не более 0,5 Ом.
Ориентировочное количество вертикальных заземлителей без учета соединительной полосы:
где зв – коэффициент использования вертикальных заземлителей.
Длину полосы можно определить по предварительному количеству вертикальных заземлителей. Если принять, что они размещены в ряд, то длина полосы составит:
Lп = K · (n0 – 1) = 3 · (83 – 1) = 246 м, (3.1.3)
где К – расстояние между соседними вертикальными заземлителями, м.
Определим сопротивление растеканию тока соединительной полосы:
(3.1.4)где Lп , b – длина и ширина соединительной полосы, м;
tп – заглубление соединительной полосы, м;
Шп – коэффициент сезонности для полосы
;
зп – коэффициент использования полосы.
Ширину соединительной полосы принимаем равной bп = 0,04 м, длина полосы вычислена ранее и составляет 246 м. Коэффициент сезонности равен Шп = 3,5, коэффициент использования равен зп = 0,25, заглубление выбираем равным tп = 0,7 м.
Подставив в формулу принятые данные, получим:
Определяем сопротивление вертикальных заземлителей с учетом сопротивления растеканию тока соединительной полосы:
Определяем окончательное количество заземлителей:
где зс – коэффициент использования вертикальных заземлителей.
Для вертикальных заземлителей коэффициент использования (при установке стержней по контуру и при отношении расстояния между стержнями к их длине равным двум) составляет зс = 0,49.
Стержневые заземлители располагаем вдоль стен здания п/с по периметру на расстоянии 1 м от стен через 3 м каждый.
3.2 Молниезащита подстанции
Одним из ключевых условий бесперебойной работы подстанций является обеспечение надежной молниезащиты зданий, сооружений и электрооборудования.
Подстанции защищены от прямых ударов молнии громоотводами.
Следующие рекомендации следует использовать при разработке системы молниезащиты для конкретной подстанции.
Здания ЗРУ и закрытые подстанции должны быть защищены от прямых ударов молнии в районах, где грозы бывают более 20 часов в году. При наличии непрерывной электрической связи железобетонной кровли и ее отдельных элементов защиту обеспечивают заземлением ее арматуры.
Защиту зданий ЗРУ и подстанций, где отсутствует металлическое или железобетонное покрытие на кровле, а отдельные элементы непрерывно электрически соединены, с помощью молниеотводов или укладки молниезащитной сетки непосредственно на кровле, необходимо выполнять путем здания.
При установке молниеотводов в защищаемых зданиях от каждого молниеотвода должны быть проложены не менее двух токоотводов по противоположным сторонам здания.
Молниеотводная сетка изготавливается из стальной проволоки диаметром 6-8 мм и должна располагаться непосредственно на кровле или под слоем негорючего утеплителя или гидроизоляционного материала. В сетке должны быть ячейки площадью 150 м2 и менее (например, ячейка 12х12 м). Узлы сетки должны быть соединены сваркой. Токоотводы, соединяющие молниеотвод и заземляющее устройство, следует прокладывать по периметру здания не реже чем через каждые 25 м.
В соответствии с требованиями ПУЭ, при отсутствии точных сведений о материале кровли и наличии металлической связи с заземлителем, принимаем металлическую сетку с размером ячейки 12х12 м и диаметром прутка 8 мм. Для защиты зданий подстанций. Токоотводы, соединяющие молниеотвод и заземлитель, размещают по периметру здания на расстоянии 12 м друг от друга. Токоотводы соединены горизонтальной лентой у земли15.
Для защиты трансформаторов, расположенных на открытом распределительном устройстве 110 кВ, применяем двойной стержневой молниеотвод, установленный на крыше здания подстанции. Высота молниеотвода принимается равной 6 м, таким образом, высота молниеприемника над уровнем земли составит 25 м (с учетом высоты здания подстанции). Молниеприемники установим по углам наиболее высокой части здания со стороны ОРУ-110 кВ. При этом расстояние между ними составит 42 м.
Рассчитаем защитные области для принятых молниеотводов согласно [10,] для случая h < L < 2h.
Радиус защиты на уровне земли для молниезащиты класса А:
ro = (1,1 - 2∙10-3 ·h )·h (3.2.1)
ro = (1,1 - 2∙10-3∙25)·25 = 26,3 м.
Высота вершины конуса стержневого молниеотвода:
ho = 0,85·h (3.2.2)
ho = 0,85∙25 = 21,3 м.
Высота средней части двойного стержневого молниеотвода:
hc = ho – (0,17 + 3∙10-4 ·h)·(L - h) (3.2.3)
hc = 21,3 – (0,17 + 3∙10-4 ∙25)(42 – 25) =18,2 м.
Радиус средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли:
Высота защищаемого оборудования (трансформатора) hx = 7,5 м. Отсюда ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на высоте защищаемого объекта:
Схема молниезащиты приведена на рис. 3.
Рисунок 3 - Молниезащита на ГПП-9
1. Для защиты подстанции от прямых ударов молнии на крыше здания уложена молниеприемная сетка с размером ячейки 12х12 м.
2. Со стороны открытого распределительного устройства в двух углах здания установлены стержневые молниеприемники высотой 6 м.
3. Через каждые 12 м по периметру здания проложены токоотводы из полосы сечением 40х4 мм, соединенные с заземляющим устройством.
4. Стержневые заземлители (79 штук) располагаем вдоль стен здания п/с по периметру на расстоянии 1 м от стен через 3 м каждый.