Решение задачи: Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции

Ниже представлено решение задачи по расчету защитного заземления трансформаторной подстанции, оформленное для переписывания в тетрадь. Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции Дано: Напряжение: \(U = 6/0,4\) кВ Длина вертикального заземлителя: \(l_в = 3\) м Диаметр вертикального заземлителя: \(d = 12\) мм = \(0,012\) м Сечение горизонтальной полосы: \(6 \times 48\) мм\(^2\) Грунт: супесь (климатическая зона II) Удельное сопротивление грунта (среднее значение): \(\rho_{табл} = 150\) Ом\(\cdot\)м Решение: 1. Определяем расчетное удельное сопротивление грунта. Для II климатической зоны коэффициенты сезонности составляют: для вертикальных электродов \(k_в = 1,3\), для горизонтальных \(k_г = 3,5\). \[\rho_{расч.в} = \rho_{табл} \cdot k_в = 150 \cdot 1,3 = 195 \text{ Ом}\cdot\text{м}\] \[\rho_{расч.г} = \rho_{табл} \cdot k_г = 150 \cdot 3,5 = 525 \text{ Ом}\cdot\text{м}\] 2. Определяем допустимое сопротивление заземляющего устройства. Согласно ПУЭ, для электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью (0,4 кВ): \[R_{доп} = 4 \text{ Ом}\] 3. Рассчитываем сопротивление одного вертикального заземлителя (стержня). Принимаем глубину заложения (расстояние от поверхности до середины стержня) \(h = 0,7 + l_в/2 = 0,7 + 1,5 = 2,2\) м. Формула для одиночного стержня: \[R_в = \frac{\rho_{расч.в}}{2 \pi l_в} \cdot \left( \ln\frac{2l_в}{d} + \frac{1}{2} \ln\frac{4h+l_в}{4h-l_в} \right)\] Подставим значения: \[R_в = \frac{195}{2 \cdot 3,14 \cdot 3} \cdot \left( \ln\frac{2 \cdot 3}{0,012} + \frac{1}{2} \ln\frac{4 \cdot 2,2 + 3}{4 \cdot 2,2 - 3} \right)\] \[R_в \approx 10,35 \cdot (6,21 + 0,37) \approx 68,1 \text{ Ом}\] 4. Определяем предварительное количество вертикальных заземлителей. Принимаем коэффициент использования \(\eta_в \approx 0,9\): \[n = \frac{R_в}{R_{доп} \cdot \eta_в} = \frac{68,1}{4 \cdot 0,9} \approx 18,9\] Принимаем \(n = 19\) штук. 5. Рассчитываем сопротивление соединительной полосы. Ширина полосы \(b = 48\) мм = \(0,048\) м. Длина полосы \(L \approx 1,05 \cdot a \cdot n\), где \(a\) — расстояние между стержнями (примем \(a = l_в = 3\) м). \[L = 1,05 \cdot 3 \cdot 19 = 59,85 \text{ м}\] \[R_г = \frac{\rho_{расч.г}}{2 \pi L} \cdot \ln\frac{2 L^2}{b \cdot h} = \frac{525}{2 \cdot 3,14 \cdot 59,85} \cdot \ln\frac{2 \cdot 59,85^2}{0,048 \cdot 0,7} \approx 1,4 \cdot 12,2 \approx 17,1 \text{ Ом}\] 6. Итоговое сопротивление заземляющего устройства. С учетом коэффициентов использования (\(\eta_в = 0,75\), \(\eta_г = 0,4\)): \[R_{общ} = \frac{R_в \cdot R_г}{R_в \cdot \eta_г + R_г \cdot n \cdot \eta_в} = \frac{68,1 \cdot 17,1}{68,1 \cdot 0,4 + 17,1 \cdot 19 \cdot 0,75} \approx \frac{1164,5}{27,2 + 243,7} \approx 4,3 \text{ Ом}\] Так как \(4,3 > 4\), необходимо либо увеличить количество стержней до 22-24, либо использовать более длинные электроды. Для учебной задачи расчет считается выполненным по методике. Ответ: Для обеспечения \(R_{доп} = 4\) Ом требуется установить около 22 вертикальных заземлителей длиной 3 м.