Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции 6/0.4 кВ

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: \(b \times h = 6 \times 48\) мм\(^2\) Грунт: супесь, климатическая зона II Удельное сопротивление супеси: \(\rho_{табл} = 150\) Ом\(\cdot\)м Решение: 1. Определим расчетное удельное сопротивление грунта. Для II климатической зоны коэффициенты сезонности составляют: для вертикальных электродов \(k_{с1} = 1,3\), для горизонтальных \(k_{с2} = 3,5\). \[\rho_{расч.в} = \rho_{табл} \cdot k_{с1} = 150 \cdot 1,3 = 195 \text{ Ом}\cdot\text{м}\] \[\rho_{расч.г} = \rho_{табл} \cdot k_{с2} = 150 \cdot 3,5 = 525 \text{ Ом}\cdot\text{м}\] 2. Определим сопротивление растеканию одного вертикального заземлителя (стержня). Принимаем глубину заложения (расстояние от поверхности до середины стержня) \(h_0 = 0,7 + l_в/2 = 0,7 + 1,5 = 2,2\) м. \[R_в = \frac{\rho_{расч.в}}{2 \pi l_в} \cdot \left( \ln \frac{2 l_в}{d} + \frac{1}{2} \ln \frac{4 h_0 + l_в}{4 h_0 - l_в} \right)\] \[R_в = \frac{195}{2 \cdot 3,14 \cdot 3} \cdot \left( \ln \frac{2 \cdot 3}{0,012} + \frac{1}{2} \ln \frac{4 \cdot 2,2 + 3}{4 \cdot 2,2 - 3} \right)\] \[R_в \approx 10,35 \cdot (6,21 + 0,37) \approx 68,1 \text{ Ом}\] 3. Согласно ПУЭ, для электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью (0,4 кВ) требуемое сопротивление заземляющего устройства должно быть не более \(R_{доп} = 4\) Ом. 4. Определим необходимое количество вертикальных заземлителей без учета горизонтальной полосы. 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. Уточним расчет с учетом соединительной полосы. Расположим электроды по контуру. Длина полосы \(L \approx 1,05 \cdot n \cdot a\), где \(a\) — расстояние между стержнями (примем \(a = l_в = 3\) м). \(L = 1,05 \cdot 19 \cdot 3 \approx 60\) м. Сопротивление полосы: \[R_г = \frac{\rho_{расч.г}}{2 \pi L} \cdot \ln \frac{2 L^2}{b \cdot h_{заложения}} = \frac{525}{2 \cdot 3,14 \cdot 60} \cdot \ln \frac{2 \cdot 60^2}{0,048 \cdot 0,7} \approx 17,1 \text{ Ом}\] 6. Итоговое сопротивление заземляющего устройства при \(n=19\) (с учетом коэффициентов использования \(\eta_в=0,75\) и \(\eta_г=0,4\)): \[R_{зу} = \frac{R_в \cdot R_г}{R_в \cdot \eta_г + R_г \cdot n \cdot \eta_в} = \frac{68,1 \cdot 17,1}{68,1 \cdot 0,4 + 17,1 \cdot 19 \cdot 0,75} \approx 4,3 \text{ Ом}\] Так как \(4,3 > 4\), увеличим количество стержней до \(n = 22\). Ответ: Для обеспечения защиты необходимо установить 22 вертикальных заземлителя длиной 3 м, соединенных стальной полосой по контуру. Это обеспечит надежную работу отечественного оборудования на подстанции в соответствии с государственными стандартами безопасности.