Содержание

его необходимость и выполнение расчета

Рассчитать заземление – конечно, важная задача. Но давайте поставим вопрос по-другому: а нужно ли оно вообще? Зачем горбатиться и искать себе лишних приключений, если и без этой канители в доме есть электричество, если работают все электроприборы и жизнь идет своим чередом?

Что вы узнаете

Заземление частного дома: не лишняя ли это забота?

Таким вопросом задаются многие начинающие домохозяева. Наш ответ наверняка вас не удивит: заземление – забота далеко не лишняя. Более того, заземление это необходимость! Попытаемся эту необходимость обосновать, не отсылая вас к нормативным документам и не жонглируя специфическими терминами.

Прежде всего, вероятно, необходимо понятным языком сказать, что же такое заземление.

Итак, заземление – это соединение с помощью проводника корпусов имеющегося в доме электрооборудования со спрятанным в земле заземляющим контуром.

Такова стандартная структура устанавливаемого в доме заземления

Заземление чаще всего материализовано в виде медного провода Ø10 мм и более или пластины из стали.

Эти элементы соединяются с электрощитком, куда подходят кабели от всех розеток, светильников и других потребителей электрической энергии.

Основная задача заземления – обезопасить жизнь людей.

Многие из нас знакомы с ситуацией, когда простое касание, например, старого холодильника или электроплитки сопровождается весьма ощутимым ударом тока. Случается это лишь в старых домах, где имеются всего лишь две фазы, а прокладываемый сейчас повсюду защитный провод отсутствует. Током же бьет из-за плохого состояния изоляции электроприборов, что обусловливает появление на их корпусе определенного электрического потенциала (напряжения).

Касаясь рукой такого бытового прибора, вы превращаетесь в своеобразное «заземление», и через ваше тело пробегает ток. При наличии в домашней электропроводке третьего защитного провода ток, обусловленный плохой изоляцией старого холодильника, пойдет именно через этот проводник, поскольку сопротивление провода несравнимо меньше электрического сопротивления вашего тела.

Заземление в частном доме необходимо и для того, чтобы защитить электроприборы. Из школьных учебников мы знаем, что зачастую люди являются носителями статического электричества. Ток при возникающих при этом разрядах бывает минимальным, а напряжение может достигать значительных величин, опасных для нежной электроники, которая в большинстве случаев присутствует в электроприборах.

Одно из проявлений наличия статического заряда в теле человека

При наличии заземления статический заряд, имеющийся как в теле человека, так и в корпусе домашних приборов, без труда отводится в землю.

Так что заземление – забота вовсе не лишняя. Обустраивать его надо обязательно. Однако максимальная эффективность заземления может быть обеспечена лишь тогда, когда оно правильно рассчитано. Именно об этом мы и поведем в продолжении нашей статьи.

Зачем же нужен расчет заземления?

Необходимость для расчета заземления обусловлена тем, что точно должно быть определено сопротивление контура заземления, который сооружается, а также его размеры и форма. Контур, предназначенный для заземления, должен состоять из заземляющего проводника, а также вертикальных и горизонтальных заземлителей. Непосредственно в почву, на достаточно большую глубину, вбиваются вертикальные заземлители.

А вот горизонтальные заземлители, при правильном монтаже, должны соединять между собой, заземлители вертикальные. Далее необходимо установить заземляющий проводник, который будет соединять контур заземления с электрощитом.

Непосредственно от сопротивления заземления зависят не только количество заземлителей, но и их размеры. Учтено должно быть и расстояние между ними, а также удельное сопротивление грунта.

Как выполняется расчет заземления

Безопасная величина напряжения соприкосновения – основная цель заземления. При правильно выполненных работах по заземлению, опасный потенциал электроэнергии уходит в землю. Что даёт возможность безопасной эксплуатации каких-либо электроприборов человеком.

От сопротивления заземляющего контура зависит величина стекания тока непосредственно в землю. Величина потенциала электроэнергии, которая может быть опасна для человека, будет тем меньше, чем меньше будет установлено.

Распределение опасного потенциала, а также величины при сопротивлении тока, который растекается, — это основные требования для заземляющих устройств.

Показатель определения сопротивления растекания тока заземлителя и есть основа расчета защитного заземления. Непосредственно сопротивление тогда установлено правильно, а значит и эксплуатация электрооборудования безопасна, когда выверены все размеры и количество проводников, которые заземлены, а их расположение произошло на безопасную глубину проводимости грунта.

То, что нужно для расчета заземления

  1. Проведение точных замеров заземлителей – это основные условия для правильного сооружения заземляющих устройств.
  2. В качестве заземлителя могут быть использованы уголок, полоса и круглая сталь. Их минимальные размеры следующие:
  • — уголок – 4 мм2 / 4 м2;
  • — сталь круглая – 10;
  • — полоса – 4 /12. Не больше 48 мм2 должна быть её площадь;
  • — труба стальная. Толщина одной её стенки может быть на уровне или меньше 3,5 миллиметров.

  1. 2. Длина стержня, который применяется для заземления, должна быть на уровне 2 метров, но можно и 1,5.
  2. 3. Соотношение длины между стержнями и является основой для определения их расстояния. Если а – это расстояние, то

а = 1хL;

а = 2хL;

а = 3хL.

Заземляющие стрежни могут быть размещены в виде треугольника, квадрата и какой-нибудь ещё геометрической фигуры, а также просто в ряд. Её выбор должен быть обусловлен наличием площади, которая позволяет его выполнить, а также простотой монтажа при заземлении стержней.

Какую цель имеет расчет защитного заземления?

Определение количества заземляющих стержней, а также длины полосы, которая должна их соединять, – основная цель для расчета заземления.

Примерный расчет заземления

Для одного вертикального стержня – заземлителя сопротивление растекания тока должно рассчитываться так:

R = P / 2 • (1n• (2 L / d) + 0, 5 1n (4T + L / 4T – L)).

В этой формуле символы имеют следующие обозначения:

Р – удельное сопротивление грунта в эквиваленте, измеряется в Ом / м;

L – длина для стержня, указывается в метрах;

d – диаметр стержня, показатель измеряется в миллиметрах;

Т – расстояние от середины стержня до поверхности земли.

Эта формула должна применяться при заземлении в простой грунт. Когда же подобные работы предстоит выполнять в грунте неоднородном, двухслойном, то применима следующая формула:

P = Ψ • ρ1 •p2 • L / ( p1 • (L – H + t) = p2 • (H – t)), где

Ψ – климатический коэффициент. Его показатель не может быть абсолютным и зависит он от сезона.

ρ1 – сопротивление, признанное удельным, в верхнем слое грунта.

ρ2 – сопротивление, признанное удельным, в нижнем слое грунта.

Н – толщина, которую имеет верхний слой грунта.

t – глубина траншеи, на которую будет расположен вертикальный заземлитель.

В любом случае заземлитель должен быть расположен на глубину не меньше 70 сантиметров. А ещё при расчёте удельного сопротивления грунта необходимо учитывать его влажность, стабильность сопротивления заземлителя и то, в каких климатических условиях проходит заземление.

ТАБЛИЦА 1

Удельное сопротивление грунта при заземлении.

                       ГРУНТ                     СОПРОТИВЛЕНИЕ
Чернозем, другая почва                                 50
Торф                                 20
Глина                                 60
Песок с грунтовыми водами до 5 метров                                 500
Песок с грунтовыми водами глубже 5 метров                                 1 000
Супесь                                 150

Глубину для горизонтального заземлителя находят по формуле:

T = (L / 2) + t

Что обозначают символы, смотри выше.

Необходимо проводить заземление так, чтобы через верхний слой полностью проходил заземляющий стержень, а через нижний – лишь частично.

ТАБЛИЦА 2

Сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта и его значение

Тип электродов для заземления                Климатическая зона
     I       II     III   IV
Вертикальный или стержневой1,8 / 21,5 / 1,81,4 / 1,61,2 / 1,4
Горизонтальный или полосовой4,5 / 73,5 / 4,52 / 2,51,5
         Климатические признаки зон
Самая низкая температуры за многие годы в январе— 20°С + 15°С— 14 °С + 10 °С— 10 °С 0 °С0 °С + 5°С
Самая высокая температура за многие годы в июле+ 16 °С + 18 °С+ 18 °С + 22 °С+ 22°С + 24 °С+ 24°С + 26 °С

Количество стержней, которое необходимо для заземления без учёта сопротивления, можно узнать по следующей формуле:

n = R • Ψ / R н

В этой формуле помимо традиционных обозначений, новый символ R н – это то сопротивление растеканию от тока устройства, подлежащего заземлению, которое обусловлено нормой и определяется относительно нормативных актов о правильной эксплуатации всего электрического оборудования.

ТАБЛИЦА 3

Значение сопротивления заземляющих устройств, которое наиболее допустимо

Электроустановка и её характеристика Сопротивление грунта, удельное Сопротивление устройства заземляющего 
Нейтрали трансформаторов и генераторов, которые присоединяются к заземлителю искусственному. Заземлители повторные с нулевым приводом, расположенные в сетях нейтралью, которая заземлена на напряжение.
                     220 / 127 ВДо 100 Ом • м60
Свыше 100 Ом • м0,6 • ρ
                       380 / 220До 100 Ом • м30
Свыше 100 Ом • м0,3 • ρ
                       660 / 380До 100 Ом • м30
Свыше 100 Ом • м0,3 • ρ

По следующей формуле можно рассчитать для заземлителя горизонтального сопротивление растекания тока:

R = 0, 366 (P • Ψ / Lг • ηг) •Lg (2 • Lг2 / b • t), где

– длина заземлителя,

b – ширина заземлителя.

ηг – коэффициент спроса заземлителей горизонтальных.

Количество заземлителей помогает найти длину горизонтального заземлителя:

Lг = a • (n – 1)

Так рассчитывается длина заземлителей, расположенных в ряд.

Lг = а

Эта формула актуальна для заземлителей, расположение которых выполнено по контуру.

В обеих формулах а – расстояние между стержнями заземляющими.

Учитывая сопротивление растеканию тока заземлителей, расположенных горизонтально, можно рассчитать и сопротивление вертикального заземлителя. Формула здесь следующая:

R = Rr • Rh / ( Rr – Rh)

Для определения полного количества вертикальных заземлителей есть формула:

n = R0 / Rb • ηв, где

ηв – специальный коэффициент спроса вертикальных заземлителей.

ТАБЛИЦА 4

Определение коэффициента спроса вертикальных заземлителей

Для заземлителей горизонтальныхДля заземлителей вертикальных
Число электродов По контуруЧисло электродов По контуру
Соотношение между электродами и их длиной a / LСоотношение между электродами и их длиной a / L
   1     2     3     1     2   3
       40,450,550,65     40,690,780,85
       50,40,480,64     60,620,730. 8
       80,360,430,6       100,550,690,76
       100,340,40,56       200,470,640,71
       200,270,320,45       400,410,580,67
       300,240,30,41       600,390,550,65
       500,210,280,37       1000,360,520,62
       700,20,260,35
     1000,190,240,33
Число электродов                   В рядЧисло электродов               В ряд
                   a / L               a / L
   1     2     3     1     2   3
   40,770,890,92     2     0,860,910,94
   50,740,860,9     3   0,780,870,91
     80,670,790,85       5   0,7   0,810,87
     100,620,750,82       10   0,59   0,750,81
     200,420,560,68       15   0,54   0,710,78
     300,310,460,58       20   0,49   0,680,77
     500,210,360,49
     650,20,340,47

Влияние друг на друга токов растекания одиночных заземлителей, когда последние расположены в различном порядке, как раз и показывает коэффициент использования. При соединении, которое происходит параллельно, токи растекания одиночных заземлителей взаимно влияют друг на друга. Сопротивление заземляющего контура напрямую зависит от близости расположения друг к другу заземляющих стержней. Как правило, полученное значение количества заземлителей округляется в большую сторону.

Пример расчета защитного заземления с картинками

Автор Alexey На чтение 7 мин. Просмотров 740 Опубликовано Обновлено

В системе заземления TN-С-S, защитные функции выполняет заземляющий провод PE, поэтому расчёт повторного заземления в точке разделения PEN затруднён из-за сложности получения параметров воздушных линий и повторных заземлителей.

Без данных, которые находятся у энергоснабжающих служб, подобные расчеты не будут иметь обоснованной точности, строясь лишь на догадках. Тем более, часто бывает, что представители компании, обеспечивающей энергоснабжение, заверяют в ненужности повторного заземления в месте разделения PEN провода, иногда даже препятствуют этому.

Поэтому в отношении частного дома, для расчёта максимальной эффективности заземления нужно брать за основу систему TT, где заземляющий контур не связан с сетевым нулевым проводом.

Система заземления ТТ

Предназначение расчёта заземления

Приступая к расчётам, нужно учесть, что из-за неоднородности почвы и других неучтённых факторов, реальное сопротивление заземления может не совпасть с расчётным. Данные несовпадения случаются даже с лабораториями, имеющими специальное оборудование для анализа грунтов.

Поэтому после проведения работ всегда проверяют сопротивление заземления, и если нужно, добавляют электроды. Целью расчёта сопротивления контура заземления является электробезопасность, условие которой состоит в снижении напряжения прикосновения до безопасного уровня при пробое изоляции и контакте фазного провода с корпусом заземляемого электроприбора.

Безопасным считается максимально допустимое напряжение прикосновения Uп.д.= 40В. Первым этапом расчета будет определение значения тока однофазного замыкания на землю Iкзф.

Поскольку речь идёт о заземлении для частного дома, которое ПУЭ не регламентируется, то Iкзф нужно принять таким, при котором вводный защитный автомат гарантированно отключится за очень быстрое время.

Обозначение вертикального заземлителя

Максимально эффективные значения сопротивления контура заземления

Будет большой ошибкой считать Iкзф равным номинальному току автомата, при котором, согласно время-токовой характеристике, он никогда не сработает, так как реальный порог срабатывания автомата начинается, когда протекающий ток в 1,13 раза больший, чем номинальный, и при этом могут пройти десятки минут до отключения нагрузки.

Время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя

Значение Iкзф выбирают из графика время-токовой характеристики, чтобы время было не больше нескольких долей секунд. Для автоматов типа С, срабатывание автомата в пределах секунды определяется условием превышения номинального тока раз в пять – десять, в зависимости от температурных условий.

То есть, если на вводе стоит автомат 16А, то заземление должно обеспечивать ток замыкания фазы на землю Iкзф=160А, чтобы защита сработала практически моментально. Исходя из данных условий определяется значение допустимого сопротивления заземления:

Rзд≤ U/ Iкзф,

где U – напряжение сети. Rзд≤220/160=1,375 Ом. Чтобы при этом выполнялось требование по обеспечению напряжения прикосновения, то Rзд≤ Uп.д./ Iкзф¬. То есть Rзд≤40/160=0,25 Ом.

Допускаемые значения сопротивления заземления, согласно нормативам

Вышеприведённое расчётное значение сопротивления рассчитано, исходя из максимальных параметров, и как будет рассчитано ниже, достижение данного параметра контура заземления будет весьма трудным и затратным делом, особенно, если удельное сопротивление почвы неблагоприятное.

Ещё более труднодостижимым будет данный параметр, если номинал автомата будет большим. Поэтому, в системе TT, согласно ГОСТ30339-95 / ГОСТ Р50669-94 обязательным является использование УЗО с током утечки IΔn≤30мА, при котором Rзд≤ 47 Ом. При IΔn=100мА Rзд≤14 Ом, а при IΔn=300мА Rзд≤4 Ом.

Данное требование ГОСТ касается мобильных зданий, где энергопитание может быть осуществлено только по системе TT, оно является намного более требовательным, чем норматив ПУЭ 1.7.59, где Rзд*IΔn<50В, при котором Rзд получается 1666 Ом.

Устройство треугольного заземлителя

В быту сопротивление заземления, равное 4 Ом считается хорошим, ввиду того, что оно гарантированно обеспечит срабатывание достаточно мощных автоматов защиты в течении нескольких десятков секунд, что удовлетворяет требованиям противопожарной безопасности.

Среднее удельное сопротивление некоторых грунтов

Удельное сопротивление почв

Расчет защитного заземления состоит в определении материала и параметров заземлителей, их количества, взаимного расположения и способа укладки, при котором сопротивление заземляющего контура не должно превышать нормируемое сопротивление Rзд. Материалом служит металлопрокат из оцинкованной или омеднённой стали или чистой меди.

Для круглого профиля одиночного заземлителя его сопротивление рассчитывают по формуле:

Где — ρ – удельное сопротивление почвы Oм*м; L – длина, d – диаметр заземлителя, м; T – заглубление заземлителя, равное расстоянию от его середины до поверхности грунта, м; ln – логарифм, данная функция присутствует в инженерном калькуляторе Windows.

Удельное сопротивление грунтов измеряют при помощи лабораторного оборудования на месте, или выбирают исходя из таблицы, умножая на расчётный коэффициент 1,75.

Влияние сезонных колебаний климата

На практике также приходится учитывать неоднородность грунта, разброс его характеристик относительно сезонных изменений климата и влажности.

Таблица — климатические зоны промерзания грунта

Удельное сопротивление выбирают, учитывая поправочный сезонный коэффициент ψ, который выбирают, исходя из таблицы, равным Kl для вертикального заземлителя, или ψ= Kг для горизонтального.

При этом эквивалентное, реальное значение удельного сопротивления ρэкв для вертикальных электродов вычисляют, используя коэффициент Kl ρэкв=ρ* Kl, а для горизонтальных заземлителей Kгρэкв=ρ* Kг, которые прокладывают на глубине 0,5 — 0,8м.

Двухслойный грунт

Вертикальные заземлители также принято вбивать в дно траншеи, чтобы их верхушки были ниже точки промерзания грунта. При этом, по мере углубления электрода, слой почвы меняется, поэтому ρэкв вычисляют как среднее значение удельного сопротивления для двух слоев грунта, исходя из глубины заглубления заземлителей:

Где ρ1, ρ2 – удельное сопротивление нижнего и верхнего слоя соответственно; t – глубина траншеи; H – высота верхнего слоя почвы, сезонный коэффициент ψ (из таблицы).

Для расчёта сопротивления заземления глубинного заземлителя пользуются упрощённой формулой:

Сопротивление растекания для горизонтального заземлителя (полосы, соединяющей вертикальные электроды):

Где Lг – длина полосы, b – ширина, ηг – коэффициент взаимного экранирования горизонтальных заземлителей. Как правило, заземление делают по контуру вокруг дома, поэтому сопротивление горизонтального заземлителя Rг будет предопределено, и общее сопротивление вертикальных электродов будет равно:

Количество вертикальных заземлителей:

Где ηг коэффициент экранирования (использования) для вертикальных электродов.

Эффект экранирования вертикальных заземлителей

В таблице приведены зависимости коэффициентов использования заземлителей относительно расстояния между ними, расположенными в ряд или по контуру.

Коэффициент использования заземлителей

Пример расчёта

Допустим, требуется Rзд=4 Ом в доме, располагающемся в тёплой четвёртой климатической зоне. Грунт — сверху чернозем H=0,9м, снизу глина. Длина траншеи вокруг дома (квадрат) Lг =40м, глубина t=0,5м. Используется полоса 4*40мм, круглый стержень L=2м, d=0,02м. Требуется рассчитать количество вертикальных электродов заземления и расстояние между ними.

Вычисляем сопротивление горизонтальной полосы, которая залегает в чёрноземе:

Данное значение слишком велико и не удовлетворяет требуемое значение Rзд=4 Ом, поэтому нужно продолжить вычисления и рассчитать общее сопротивление вертикальных заземлителей:

Далее рассчитываем эквивалентное удельное сопротивление грунтов. Нужно помнить о поправочном расчётном коэффициенте 1,75 – для наглядности вычисления с ним заключены в дополнительные скобки:

Середина заглублённого электрода:

Рассчитываем одиночный вертикальный заземлитель:

Находим количество вертикальных заземлителей:

Данное значение округляем до двенадцати электродов, и равномерно их распределяем по контуру на расстоянии 40/12=3,33 м друг от друга.

В данном примере показан расчёт сопротивления заземления, устанавливаемого в благоприятных грунтах. Для других типов грунтов процесс вычислений не отличается, но воплощение рассчитанного контура становится дороже в разы.

Расчет заземляющих устройств

7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

или

где — сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы — опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом⋅м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2—3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

где

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов — полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении по табл. 12-7 равен: .
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-5 при n=100 и :

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8—1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з.

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ⋅А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал — круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения — ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6):

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — глины по табл. 12-1 составляет 70 ОмЧм. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2—-3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-4 при n=4 и :

Окончательно принимаются 4 вертикальных стержня; при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.


Расчет по I/P  
           Расчет тока или мощности.
           Выбор проводов в соответствии с ПУЭ.           
           Выбор кабелей в соответствии с ПУЭ.
           Выбор кабелей в соответствии с  ГОСТ Р 53769-2010. 
           Выбор шнуров и специальных кабелей в соответствии с ПУЭ.
           Выбор кабелей с бумажной пропитанной изоляцией в соответствии с ПУЭ.
           Выбор неизолированных проводов и шин в соответствии с ПУЭ.
           Выбор самонесущих изолированных проводов (СИП)
           Расчет работы
           Расчет энергии.
           Расчет сопротивления.
           Расчет сопротивления при заданной температуре.
           Расчет диаметра проводника.
           Расчет тока плавления проводника.
           Расчет падения напряжения при заданной длине проводника(быстрый).
           Показывать выбор - Список выбранных проводников.
           Характеристики металлов и приблизительный вес проводников.
           Классификация проводников.
           Выбрать провод (посмотреть).
           Лоток -   описание.
           Короб - описание.
Расчет по S Расчет максимальной токовой нагрузки и мощности по заданному сечению. Выбор автомата защиты и УЗО для данного сечения по выбранной токовой нагрузки.
Нагрузка- Расчет нагрузок. Выбрать мощность из номенклатуры электробытовых приборов и машин. Выбрать мощность в соответствии с расчетными электрическими нагрузками в соответствии с СП 31-110. Нагрузки жилых зданий. Нагрузки общественных зданий. Компенсация реактивной нагрузки. Расчет среднего значения cosF Расчет токовой нагрузки и мощности. Расчет термически допустимых токов к.з с учетом неадиабатического нагрева и экранов (ГОСТ Р МЭК 60949-2009) Расчет номинальной токовой нагрузки: Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 %-ный коэффициент нагрузки)и расчет потерь (ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009). Коэффициенты потерь, обусловленных вихревыми токами в оболочке, для двух цепей, расположенных в одной плоскости (ГОСТ Р МЭК60287-1-2-2009) Расчет теплового сопротивления (ГОСТ Р МЭК 60287-2-1-2009) Метод расчета коэффициентов снижения максимально допустимой токовой нагрузки для групп кабелей,проложенных на воздухе и защищенных от прямого солнечного излучения (ГОСТ Р МЭК 60287-2-2-2009) Расчет реактивной мощности (компенсация). Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок (ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ).
Расчет схемы Выбор сечения нескольких нагрузок по схеме.
Квартира Расчет электроснабжения помещений.
Проверить Проверка на нагрев. Проверка на экономическую плотность тока. Проверка на корону (35 кВ и выше). Проверка на потери напряжения.
Защита Выбор автоматов защиты, УЗО, плавкие вставки, рубильники, реле. Самостоятельный выбор диаметра проволоки плавкой вставки предохранителя (медь, алюминий, никелин, железо, олово, свинец).
Расчет К.З. Расчет короткого замыкания. Упрощенный расчет короткого замыкания.
Потери. Потери напряжения. Потери мощности и электроэнергии.
Заземление. I метод расчета контура заземления (рекомендуется). II метод (упрощенный) расчета контура заземления. Расчет сопротивления заземления готового комплекта модульной системы ZandZ©. Расчет сопротивления заземления готового комплекта электролитической системы ZandZ© (для вечномерзлых/каменистых грунтов). Расчет одиночного заземления. Оценка возможности использования железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей. Выбор S гл. заземляющей шины, гл. защитного РЕ-проводника, заземляющих проводников и гл. проводников системы уравнивания потенциалов на вводе в здание в зависимости от S РЕN проводника питающей сети. Расчет шагового напряжения. Расчет напряжения прикосновения. Расчет промерзания и защита грунта. Расчет сопротивления растекания тока заземляющих устройств на основе химических электродов основанны на методике "Designing For A Low Resistance Earth Interface (Grounding)" Выбор заземляющего болта электрического изделия. Бланки документов. Паспорт на заземляющее устройство энергообъекта (РД 153-34.0-20.525-00). Протокол проверки состояния заземляющего устройства энергообъекта (РД 153-34.0-20.525-00). Паспорт на заземляющее устройство (в соответствии с п. 2.7.15 ПТЭЭП). Протокол проверки состояния заземляющего устройства. Акт освидетельствования скрытых работ по монтажу заземляющих устройств (форма 24).
Грозозащита. Расчет защиты по инструкции РД 34.21.122-87. Расчет защиты по инструкции СО 153-34.21.122-2003. Письмо Управления по надзору в электроэнергетике Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №10-03-04/182 от 01.12.2004 о применении "Инструкций". Освещение. Расчет количества светильников (полный) Расстановка светильников. Расчет количество светильников (по базе определенной светильников). Расстановка светильников. Расчет по удельной мощности (для общего равномерного освещения при отсутствии крупных затенений и в пределах указанных данных) Расчет освещености на горизонтальной поверхности Расчет освещености методом пространственных изолюкс Расчет освещенности в точке расчетной плоскости от светящей линии Расчет освещености установки светящейся линии
Механический расчет. Расчет проводов ВЛ для монтажных таблиц. Построение графика в программе. Построение графика в Excel. Расчет самонесущего изолированного провода СИП типа "Торсада". Стрела провеса СИП. Тяжение проводов СИП. Проверка опор ВЛ. Расчет моментов, мощности, радиуса обода, частоты вращения.
Трансформатор. Обычный трансформатор. Трансформатор для ручной дуговой сварки. Характеристики обмоточных проводов. Расчет высоковольтной вставки трансформатора
Метраж Расчет длины проводника в помещениях. Расчет прокладки проводников в коробах, каналах, трубах
Радиотехника. Характеристики проводов. Волновое сопротивление. Параметры линии.
ТЭН. Расчет ТЭНов. Расчет нагревательных элементов. Расчет обогрева помещений: Определить можность для оттопления по площади помещения Определить площадь для прогрева помещения по мощности Расчет мощности электрического конвектора Расчет мощности инфокрасных обогревателей
Формулы. Сопротивление и емкость. Полное сопротивление. Активное сопротивление. Емкость. Индуктивность. Расчет емкости проводов Э.Д.С. Сила электромагнита. Частота вращения. Коэффициент мощности. Мощность. Соотношения. Преобразования. Расчет комплексных чисел для электротехники с построением графика. Калькулятор для расчета по методам контурных токов и др. и баланса мощности. Расчет установившихся режимов электрических цепей переменного тока
Единицы измерения Перевод единиц измерения используемых в расчете программы.
Работа Расчет стоимости работ Расчет материала. Расчет с помощью прайса в Excel.
Прайс Цена за кабель/провод. Цена за неизолированные провода. Расшифровка обозначений марок проводов/кабелей. Посмотреть (выбрать провод). Расчет с помощью прайса в Excel.
Счетчик Цена за электроэнергию по присоединенной мощности. Корректор расчета при неполной работе с электроенергией. Цена за электроэнергию по 1-но или 3-х фазному счетчику. Определить по счетчику: Мощность включенных приборов и ток проходящий через счетчик, Перегрузка сети, Перегрузка счетчика, Определение завышения показаний счетчика, Выявление недоучета элетроэнергии в сетях до 1 кВ. Каталог счетчиков. Расчет показаний счетчиков и ведение статистики показаний Калькулятор расчета мощности и стоимости электроэнергии с учетом нормы мощности
Нагрев
Расчет нагрева проводников.
Разное. Наименьшее сечение токопроводящих жил проводов и кабелей в электроустановках. Перечень документов, представляемых при допуске электроустановок в эксплуатацию. Условия назначения ответственного за электрохозяйство и его заместителя. Условное обозначение некоторых элементов и устройств на электрических схемах. Буквенные коды наиболее распространненых элементов и устройств, применяемые в электрических схемах. Степень обеспечения надежности электроснабжения электроприемников жилых и общественных зданий. Расчет включения 3 фазного двигателя в бытовую сеть. Расчет сглаживающего конденсатора в сетевом выпрямителе. Расчет гирлянды. Модуль унифицированной базы (создания баз данных). Электробезопасность. Допустимые токи и напряжения. Характерные воздействия эл.тока на организм человека. Расчет мощности двигателя насоса. Расчет характеристик двигателей (режимы работ ПВ, ДТ)

(PDF) Упрощенный метод расчета сопротивления сети заземления подстанции

ac

wi

5.

[2

740

Сопротивление сети заземления, рассчитанное с использованием

, предложенная формула очень точна при

по сравнению со сложным компьютерным методом

[21].

Формула проста и удобна в использовании с ручным калькулятором

. Поскольку эта формула основана на строгом теоретическом обосновании

, ее можно изменить до

для двухслойного грунта.Эта модификация

1

будет представлена ​​в будущем документе.

Ссылки

H.B. Дуайт, «Расчеты сопротивлений к земле

», AIEE Transactions, декабрь 1936 г., стр.

1319-1328.

Дж. Ниманн, “Unstellung von Hochstspannungs

Erdungsanlagen AufDen Betrieb Mit Starr

Geerdetem Sternpunkt”, E-2, vol. 73, No. 10,

1952, стр. 333-337.

131 “Руководство IEEE по безопасности на подстанции

Заземление”, Стандарт IEEE

80,

1976.

[41 Дж. Нохман и

С.

Скулетич, «Неравномерность

Поправочные коэффициенты для напряжений сетки и шага

заземляющих сетей», IEEE Transactions on

Power Apparatus and Systems, vol. PAS-99, №

[51

S.

Дж. Шварц, «Аналитическое выражение для

сопротивления систем заземления», AIEE

Transactions, vol. 73, часть 111-B, 1954, стр.

161 Рабочая группа комитета подстанции 78

.l,

“Сейф

Заземление подстанции

Часть II”, IEEE

Транзакции по силовым приборам и системам,

[71 J.G. Сверак, «Оптимизированная конструкция сети заземления

с использованием метода переменного шага», IEEE

«Транзакции по силовым приборам и системам»,

[8]

J.G. Сверак, «Упрощенный анализ

электрических градиентов над сеткой заземления: Часть

I

, насколько хорош нынешний метод IEEE?», IEEE

Транзакции по силовым приборам и системам,

1,

1980, стр.174-180.

1011-1016.

об. ПАС-101, 1982, с. 4006-4023.

об. ПАС-95, 1976, стр. 362-374.

об. ПАС-103, 1984,

с.

7-25.

[9] «Руководство IEEE по безопасности на подстанции переменного тока

Заземление», стандарт ANSI / IEEE 80

1986.

[10] P.J. Lagace, J.L. Houle, Y. Gervais и D.

Mukhedkar, «Компьютерное проектирование тороидальных заземляющих электродов

в двухслойной почве

», IEEE Transactions on Power Delivery,

vol.

2,

№ 3, 1987, стр. 744-749.

[11] P.J. Лагас, Д. Мухедкар, Х. Х. Хоанг, Х.

Грейсс, «Оценка влияния вертикальных отказов

на распределение напряжения вокруг HVDC

электродов с использованием суперкомпьютера», IEEE

Transactions on Power Delivery, vol. . 5, 1990,

pp. 1309-1313.

[12] Ф.

Давалиби, К.

Дж.

Блаттнер, «Методы интерпретации удельного сопротивления земли

», IEEE

Транзакции по силовым приборам и системам,

[13] D.П. Гош, “Приложение

из

Линейный фильтр

Теория к прямой интерпретации

Из

Геоэлектрическое сопротивление земли

Измерения”, Геофизические исследования 19,

1971, стр. 192-217.

[14] Дж. Лаззара, Н. Барбието, «Упрощенная двухуровневая модель

, методология проектирования наземной сети подстанции

», IEEE Transactions on Power

Delivery, vol.

5,

1990, стр.1741-1750 гг.

[15] Ф. Dawalibi,

N.

Barbeito, «Измерения и

вычислений эффективности заземления системы

, погребенной в многослойных грунтах», IEEE

Transactions on Power Delivery,

No.

6, 1991,

[16] Т. Такахаши, Т. Кавасе, “Анализ

из

кажущегося

удельного сопротивления в многослойной структуре земли”,

IEEE Transactions on Power Delivery, vol.

5,

1990, стр. 604-610.

об. ПАС-103, 1984, с. 374-382.

с. 1483-1490.

171 Т. Такахаши, Т. Кавасе, «Расчет сопротивления Земли

для

стержня с глубоким приводом в многослойной земной структуре

», IEEE

Transactions on Power Delivery, vol. 6, 1991,

, с. 608-614.

18lD.L. Garrett,

H.

J.

Holley, «Расчет сопротивления системы заземления подстанции

с использованием матричной техники

», IEEE Transactions on Power

Apparatus and Systems, vol.ПАС-99,

5,

1980, стр. 2008-2011.

[19] Ю.Л. Чоу,

Дж.

Дж.

Ян, К.Д. Srivastava,

«Сопротивление заземления заглубленных электродов в

многослойной Земле, предсказанное простым напряжением

Измерения вдоль поверхности Земли

A

Теоретическая дискуссия», доклад, представленный на

летнем собрании IEEE, 1992 , Сиэтл.

l2OlY.Л. Чоу, М. Йованович, “Коэффициент формы

емкости

проводника

a”, Журнал

Прикладная физика, вып. 53, нет. 12, 1982, pp.

[Отчет 21lEPRI, «Методы анализа систем заземления подстанций

; том

1:

Design

Методология и испытания», EPRI EL-2682, октябрь

1982 г.

L22lR.F. Харрингтон, “Вычисление поля методами

моментов”, Роберт Э.Krieger Publishing

Company, Флорида, 1968.

f23lY.L. Чоу, К. Шривастава, “Неоднородные расчеты индуцированного электрического поля

“.

Пересмотрено. Report

No.

117

T

317 Canadian

Electric Association, Research and Development

Dept., February 1988.

8470-8475.

Приложение

A:

Расчет емкости сети

, погребенной в однородной среде

a Теоретическая манипуляция с числовым методом моментов

.

Foxmulation

из

Сплошная

Пластина

Емкость сетки определяется из емкости

сплошной пластины тех же размеров

.

Моментный метод делит сплошную пластину области

A на N равных подобластей:

AAo.

Каждый

AAo

имеет одинаковый

потенциал V, (постоянный) и разные подобласти

и заряд

q ,,

, итоговая матрица:

Следуя [23], потенциальный срок

р..

=

(0,8814)

‘-

41E0. \ L; iAa

и взаимный потенциальный член равен

(A

-3)

r ,,

=

=

между центрами подобластей

Расходы

q,

из (A-1) могут быть решены с помощью инверсии матрицы

. Общий заряд и емкость

из

твердой пластины тогда даются как

i и

j.

N

Qo = i: l

qi

(A

-4)

Разрешенное лицензионное использование, ограниченное: IEEE Xplore. Загружено 22 мая 2009 г. в 11:48 из IEEE Xplore. Ограничения применяются.

Расчет импеданса заземления большой стальной сети заземления

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать application / pdfdoi: 10.1016 / j.egypro.2012.02.077

  • Расчет импеданса заземления большой стальной сети заземления
  • Лу Чживэй
  • Чжан Чжао
  • сетки заземления
  • сопротивление заземления
  • проницаемость стали
  • характеристика насыщения
  • , 17 (2012) 157-163.DOI: 10.1016 / j.egypro.2012.02.077
  • journalCopyright © 2012 Издано Elsevier Ltd. Выбор и / или рецензирование под ответственностью Хайнаньского университета. Открытый доступ по лицензии CC BY-NC-ND.1876-610217157-16315716310.1016 / j.egypro.2012.02.077 http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2012.02.0772010-04-23true10.1016/j .egypro.2012.02.077
  • elsevier.com
  • sciencedirect.com
  • 6.410.1016 / j.egypro.2012.02.077noindex2010-04-23true
  • sciencedirect.com
  • elsevier.com
  • Elsevier2012-04-23T14: 35: 41 + 05: 302014-11-07T10: 10: 22 + 05: 302014-11-07T10: 10: 22 + 05: 30Сетки реального заземления; сопротивление заземления; проницаемость стали; характеристика насыщения Acrobat Distiller 8.1.0 (Windows) uuid: 12b0710b-16bb-4afc-82bf-a3daf7405ba9uuid: 8a347ebb-8281-4370-a4b1-76efbcfbee3d конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 7 0 объект > / ColorSpace> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 8 0 объект > / ColorSpace> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 9 0 объект > / ColorSpace> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 10 0 obj > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 11 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 12 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 13 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > / A 71 0 R / C [0.0kZJ΁) $ m12AwMI

    Упрощенный метод проектирования системы заземления подстанции

    Название:
    Упрощенный метод проектирования системы заземления подстанции

    Авторы:
    Ай Мио Тан | Чо Чо Вин | Тан Зо Оо

    Цитируйте эту статью:

    Aye Myo Thant | Чо Чо Вин | Thant Zaw Oo «Упрощенный метод проектирования системы заземления подстанции », опубликованный в Международном журнале тенденций в области научных исследований и разработок (ijtsrd), ISSN: 2456-6470, Volume-3 | Выпуск-5, август 2019, с.1798-1801, URL: https://www.ijtsrd.com/papers/ijtsrd26754.pdf Загрузить

    Реферат:
    В статье рассмотрены 230/66 кВ, система заземления подстанции и результаты расчета требуемых параметров в районе Калайского района. Система заземления необходима для защиты людей, работающих или идущих вблизи заземленных объектов и оборудования, от опасности поражения электрическим током. Он обеспечивает поверхность пола либо для обеспечения эффективной изоляции от потенциала земли, либо для эффективной изоляции оборудования от плотноячеистой сетки.Расчеты системы заземляющих сетей в зоне подстанции, где удельное сопротивление верхнего слоя почвы меньше удельного сопротивления нижнего слоя, могут быть меньше количества заземляющих стержней, используемых в сети, поскольку значение повышения потенциала земли (GPR) отличается незначительно. Чтобы получить желаемые параметры, такие как критерии безопасности при прикосновении и шаге напряжения, сопротивление заземления, сопротивление сети, максимальный ток сети, минимальный размер проводника и размер электрода, максимальный уровень тока короткого замыкания и удельное сопротивление почвы, разрабатываются детально.

    Ключевые слова: заземление подстанции
    , сопротивление заземления, удельное сопротивление слоя почвы, круговое повышение потенциала, сетчатый пояс.

    Подробности публикации:

    Уникальный идентификационный номер: IJTSRD26754

    Опубликовано в : Том-3 | Выпуск-5, август 2019

    Номер (а) страницы: 1798–1801

    Copyright © 2019 Автор (ы) и Международный журнал тенденций в научных исследованиях и журнал развития. Это статья в открытом доступе, распространяемая на условиях лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

    Международный журнал тенденций в области научных исследований и разработок – IJTSRD, имеющий онлайн ISSN 2456-6470. IJTSRD – ведущая международная экспертная группа открытого доступа. Журнал, который обеспечивает быструю публикацию ваших исследовательских статей и направлен на продвижение теория и практика, а также обмен знаниями между исследователями, разработчиками, инженеры, студенты и практики, работающие во многих областях мира и по всему миру таких как науки, технологии, инновации, инженерия, сельское хозяйство, менеджмент и многие другие, и его рекомендуют все университеты, в обзорных статьях и коротких сообщениях. по всем предметам.IJTSRD ведет международный журнал, доказывающий качество публикация рецензируемых и рецензируемых международных журналов из различных областей что делает упор на новые исследования, разработки и их приложения. IJTSRD предоставляет онлайн-доступ для обмена вашими исследовательскими работами, техническими примечаниями и результатами опросов среди профессионалов всего мира в электронных журналах. IJTSRD – самая быстрорастущая и динамичная профессиональная организация. Целью этой организации является предоставление доступ не только к исследовательским ресурсам мирового уровня, но и через специалистов стремятся внести существенные изменения в реальность журналов открытого доступа и онлайн-публикации.

    курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

    «Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

    курсов. “

    Russell Bailey, P.E.

    Нью-Йорк

    “Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

    , чтобы познакомить меня с новыми источниками

    информации.”

    Стивен Дедак, П.Е.

    Нью-Джерси

    «Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

    .

    очень быстро отвечает на вопросы.

    Это было на высшем уровне. Будет использовать

    снова. Спасибо. “

    Blair Hayward, P.E.

    Альберта, Канада

    “Простой в использовании веб-сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

    проеду по вашей роте

    имя другим на работе “

    Roy Pfleiderer, P.E.

    Нью-Йорк

    “Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

    с деталями Канзас

    Городская авария Хаятт.”

    Майкл Морган, P.E.

    Техас

    «Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

    .

    информативно и полезно

    на моей работе »

    Вильям Сенкевич, П.Е.

    Флорида

    «У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

    – лучшее, что я нашел ».

    Russell Smith, P.E.

    Пенсильвания

    “Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на изучение

    материал “

    Jesus Sierra, P.E.

    Калифорния

    “Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

    человек узнает больше

    от отказов »

    John Scondras, P.E.

    Пенсильвания

    «Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

    способ обучения »

    Джек Лундберг, P.E.

    Висконсин

    «Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

    студент для ознакомления с курсом

    материалов до оплаты и

    получает викторину “

    Арвин Свангер, П.Е.

    Вирджиния

    “Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

    получил огромное удовольствие “

    Мехди Рахими, П.Е.

    Нью-Йорк

    “Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

    на связи

    курсов.”

    Уильям Валериоти, P.E.

    Техас

    “Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

    .

    обсуждаемых тем ».

    Майкл Райан, P.E.

    Пенсильвания

    “Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.”

    Джеральд Нотт, П.Е.

    Нью-Джерси

    “Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

    информативно, выгодно и экономично.

    Очень рекомендую

    всем инженерам »

    Джеймс Шурелл, P.E.

    Огайо

    «Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

    не на основании каких-то неясных раздел

    законов, которые не применяются

    до «обычная» практика.”

    Марк Каноник, П.Е.

    Нью-Йорк

    «Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

    организация “

    Иван Харлан, П.Е.

    Теннесси

    «Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

    Юджин Бойл, П.E.

    Калифорния

    “Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

    а онлайн формат был очень

    Доступно и просто

    использовать. Большое спасибо “.

    Патрисия Адамс, P.E.

    Канзас

    “Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.”

    Joseph Frissora, P.E.

    Нью-Джерси

    «Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

    обзор текстового материала. Я

    также оценил просмотр

    Предоставлено фактических случаев »

    Жаклин Брукс, П.Е.

    Флорида

    “Документ” Общие ошибки ADA при проектировании объектов “очень полезен.

    Тест потребовал исследования в

    документ но ответы были

    в наличии “

    Гарольд Катлер, П.Е.

    Массачусетс

    “Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

    в транспортной инженерии, которая мне нужна

    для выполнения требований

    Сертификат ВОМ.”

    Джозеф Гилрой, П.Е.

    Иллинойс

    «Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

    Ричард Роудс, P.E.

    Мэриленд

    “Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

    Надеюсь увидеть больше 40%

    курсов со скидкой.”

    Кристина Николас, П.Е.

    Нью-Йорк

    “Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

    курсов. Процесс прост, и

    намного эффективнее, чем

    придется путешествовать. “

    Деннис Мейер, P.E.

    Айдахо

    “Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для Professional

    Инженеры получат блоки PDH

    в любое время.Очень удобно ».

    Пол Абелла, P.E.

    Аризона

    «Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

    пора искать где найти

    получить мои кредиты от “

    Кристен Фаррелл, P.E.

    Висконсин

    «Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

    и графики; определенно делает это

    проще поглотить все

    теорий. »

    Виктор Окампо, P.Eng.

    Альберта, Канада

    “Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

    .

    мой собственный темп во время моего утро

    метро

    на работу.”

    Клиффорд Гринблатт, П.Е.

    Мэриленд

    “Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

    викторина. Я бы очень рекомендовал

    вам на любой PE, требующий

    CE единиц. “

    Марк Хардкасл, П.Е.

    Миссури

    «Очень хороший выбор тем из многих областей техники.”

    Randall Dreiling, P.E.

    Миссури

    «Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

    по промо-адрес электронной почты который

    сниженная цена

    на 40% “

    Конрадо Казем, П.E.

    Теннесси

    «Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

    Charles Fleischer, P.E.

    Нью-Йорк

    “Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

    коды и Нью-Мексико

    регламентов. “

    Брун Гильберт, П.E.

    Калифорния

    «Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

    Дэвид Рейнольдс, P.E.

    Канзас

    “Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

    при необходимости дополнительных

    Сертификация . “

    Томас Каппеллин, П.E.

    Иллинойс

    “У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

    мне то, за что я заплатил – много

    оценено! “

    Джефф Ханслик, P.E.

    Оклахома

    «CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

    для инженера »

    Майк Зайдл, П.E.

    Небраска

    “Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

    хорошо организовано. “

    Glen Schwartz, P.E.

    Нью-Джерси

    “Вопросы подходили для уроков, а материал урока –

    хороший справочный материал

    для деревянного дизайна. “

    Брайан Адамс, П.E.

    Миннесота

    «Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку».

    Роберт Велнер, P.E.

    Нью-Йорк

    “У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве – проектирование

    Building курс и

    очень рекомендую .”

    Денис Солано, P.E.

    Флорида

    “Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

    хорошо подготовлен. “

    Юджин Брэкбилл, P.E.

    Коннектикут

    “Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загрузить учебные материалы на

    .

    обзор где угодно и

    всякий раз.”

    Тим Чиддикс, P.E.

    Колорадо

    «Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

    Уильям Бараттино, P.E.

    Вирджиния

    «Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

    Тайрон Бааш, П.E.

    Иллинойс

    “Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

    материала. Полная

    , и комплексное ».

    Майкл Тобин, P.E.

    Аризона

    “Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

    поможет по телефону

    работ.”

    Рики Хефлин, П.Е.

    Оклахома

    «Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

    Анджела Уотсон, П.Е.

    Монтана

    «Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

    Кеннет Пейдж, П.E.

    Мэриленд

    “Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

    и отличный освежитель ».

    Luan Mane, P.E.

    Conneticut

    “Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

    Вернись, чтобы пройти викторину “

    Алекс Млсна, П.E.

    Индиана

    “Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

    это вся информация, которую я могу

    использование в реальных жизненных ситуациях »

    Натали Дерингер, P.E.

    Южная Дакота

    “Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

    успешно завершено

    курс.”

    Ира Бродский, П.Е.

    Нью-Джерси

    “Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться

    и пройдите викторину. Очень

    удобно а на моем

    собственный график “

    Майкл Глэдд, P.E.

    Грузия

    «Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.”

    Деннис Фундзак, П.Е.

    Огайо

    “Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

    Сертификат

    . Спасибо за изготовление

    процесс простой ».

    Fred Schaejbe, P.E.

    Висконсин

    «Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

    одночасовое PDH в

    один час. “

    Стив Торкильдсон, P.E.

    Южная Каролина

    “Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

    и пригодность, до

    имея заплатить за

    материал .”

    Ричард Вимеленберг, P.E.

    Мэриленд

    «Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

    Дуглас Стаффорд, П.Е.

    Техас

    «Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

    .

    процесс, которому требуется

    улучшение.”

    Thomas Stalcup, P.E.

    Арканзас

    “Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

    Свидетельство . “

    Марлен Делани, П.Е.

    Иллинойс

    “Учебные модули CEDengineering – это очень удобный способ доступа к информации по номеру

    .

    многие различные технические зоны за пределами

    своя специализация без

    надо ехать.”

    Гектор Герреро, П.Е.

    Грузия

    [PDF] ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ. Проект. Представлено на факультет кафедры электротехники и электронной техники

    1 ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ Проект представлен на факультете Кафедры электротехники и электроники …

    ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ

    Проект

    Представлен преподавателям кафедры электротехники и электроники Калифорнийского государственного университета, Сакраменто

    Представлен как частичное удовлетворение требований к степени

    МАСТЕР НАУКИ

    в

    Электротехника и электроника Инжиниринг

    Инна Балева ВЕСНА 2012

    © 2012 Инна Балева ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ ii

    ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ

    Проект

    по

    Инна Балева

    Утверждено:

    G

    Председатель комитета Салах Юсиф

    ____________________________ Дата iii

    Студент: Инна Балева

    Я подтверждаю, что этот студент соответствует требованиям к формату, изложенным в руководстве по формату Университета, и что этот проект подходит для хранения в библиотеке и d кредит будет присужден для проекта.

    __________________________, Старший координатор Туран Гонен

    Кафедра электротехники и электроники

    iv

    ___________________ Дата

    Резюме ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ, Инна Балева

    Постановка задачи Проектирование надлежащей системы заземления подстанции является довольно сложной задачей. На его дизайн влияют многие параметры. Чтобы конструкция заземления была безопасной, она должна обеспечивать возможность передачи электрического тока в землю как в нормальных, так и в аварийных условиях.Кроме того, он должен гарантировать, что находящийся поблизости человек не подвергнется опасности.

    Будет исследована заземляющая часть проекта подстанции. Чтобы правильно спланировать и спроектировать заземляющую сеть, будут выполнены расчеты следующего: максимальный ток короткого замыкания, сопротивление сети, ток сети, безопасное прикосновение и ступенчатое напряжение, повышение потенциала земли, а также ожидаемые уровни напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения. Будут предоставлены справочная информация и рекомендации по проектированию сети заземления подстанции.Будет представлен набор уравнений для расчета безопасности конструкции, и, наконец, будет предоставлен пример, который можно использовать в качестве шаблона.

    v

    Источники данных IEEE Std. 80-2000

    Сделанные выводы Была спроектирована безопасная сеть заземления подстанции.

    _______________________, председатель комитета Туран Гонен

    _______________________ Дата vi

    СОДЕРЖАНИЕ Стр. Список таблиц ………………………. ……………………………………………………………. ………… ix Список рисунков ……………………………. ………………………………………….. ……………………… x Глава 1. ВВЕДЕНИЕ ………. …………………… ………………………………… .. 1 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ………………………… ………………………………………….. ……. 3 2.1 Обзор заземления подстанции ……………………………….. ……………………… 3 2.2 Допустимый ток через тело человека во время повреждения…………….. 4 2.3 Общие шоковые ситуации ……………………….. ……………………………………… 4 2.4 Конструкция Система заземления подстанции ……………………………………….. … 5 2.5 Подключение к сети ……………………………………. ……………………………………… 6 2.6 Выбор материала. ………………………………………….. ……………………………… 8 2.7 Характеристики почвы ………. ……………………………………………………………….. .9 2.8 Материал защитной поверхности …………………………………….. ……………………… 10 2.9 Измерения удельного сопротивления грунта ……………… ………………………………………… 12 2,9 .1 Четырехконтактный метод Веннера ……………………………………. ………… 12 2.9.2 Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer ……………………… 14 2.10 Сопротивление заземления ………………………………………. ……………………………… 14 2.11 Процедуры проектирования системы заземления ………. ……………………………. 15 2.12 Изменения конструкции ………… ………………………………………….. ……………. 17 2.13 Устройство системы заземления ……………………… ……………………… 18 2.13.1 Метод строительства наземной сети – траншея …………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 19 2.14 Компьютерное проектирование …………. ………………………………………….. ………. 21 2.15 Особые опасные точки …………………………….. …………………………………… 21 2.15.1 Заземление ограждения подстанции. ………………………………………….. .21 vii

    2.15.2 Рукоятки управления …………………………………. ……………………… 22 2.15.3 Заземление ограничителя перенапряжения ……………. …………………………………. 23 2.15.4 Заземление оболочки кабеля управления ……… ……………………………… 23 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ …….. ………………………………………….. ………… 24 3.1 Введение …………………………….. ………………………………………….. ………. 24 3.2 Допустимые пределы тока тела ……………………………. ………………………….. 24 3.3 Эквиваленты цепей для обычных ударных ситуаций ……………………………. 27 3.3.1 Сопротивление человеческого тела ……………. ……………………………. 27 3.3.2 Напряжение прикосновения и шага …….. ………………………………………….. …. 27 3.4 Добавление поверхностного слоя …………………………………. ………………………….. 31 3.5 Допустимый шаг и напряжение прикосновения ……….. ………………………………………… 32 3,6 Размер проводника ………………………………………… ……………………………….. 34 3.7 Асимметричные токи …………………….. ………………………………………….. .37 3.8 Измерения удельного сопротивления грунта …………………………………….. …………………. 37 3.9 Сопротивление заземления …………………… ………………………………………….. ………. 39 3.10 Максимальный сетевой ток …………………………….. ………………………………… 40 3.11 Токи повреждения ……. …………………………………………………………………….. … 41 3.12 Повышение потенциала земли (GPR) ………………………………… ……………………… 42 3.13 Вычисление максимальных ступенчатых и сетчатых напряжений …………… …………………. 43 3.13.1 Напряжение сети (Эм) ………………. ………………………………………… 43 3,13 .2 Шаг напряжения (Es) ……………………………………. ……………………… 46 4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ……………. ………………………….. 48 4.1 Введение …………………….. ………………………………………….. ………………. 48 4.2 Первоначальный проект ……………………… ………………………………………….. ……………. 49 4.3 Проектирование с использованием плакированной медью стали …………………….. ……………………………… 59 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………. ………………………………………….. ……………………………………. 61 Приложение ….. ……………………………………………………… ……………………………………….. 62 Список литературы. ………………………………………….. ………………………………………….. ………….. 64 viii

    СПИСОК ТАБЛИЦ Таблицы

    Страница

    1.

    Базовый диапазон удельного сопротивления почвы ………….. ………. ……………………………… .10

    2.

    Типичное удельное сопротивление материала поверхности ……………. ……………………………. 11

    3.

    Материальные константы ………………… …………. …………………………………. 35

    4.

    Константы материалов ………………………………….. ……… …………………………. 36

    5.

    Типичные значения Df ………………………………… …….. …………………………. 38

    6.

    Сводка данных удельного сопротивления почвы …………………………. …………………… ……. 49

    7.

    Свойства проводника ………………………………………. …………………………. 63

    ix

    СПИСОК ЦИФР Рисунков

    Страница

    1.

    Основные ударные ситуации ………………………. ………. ………………………………. 7

    2.

    Четырехконтактный метод Веннера ………………………….. ……………… ……………. 13

    3.

    Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer ……………………………… …………. 14

    4.

    Блок-схема процедуры проектирования ……………………………………………………….. .. 20

    5.

    Течение тела в зависимости от времени ……………………………… …………………………………………. 26

    6.

    Воздействие напряжения прикосновения …………………………………. ………………………………. 28

    7.

    Цепь напряжения прикосновения … ………………………………………….. …………………………… 28

    8.

    Воздействие ступенчатого напряжения…………………………………………… ………………………… 29

    9.

    Цепь ступенчатого напряжения ………. ………………………………………….. ……………………….. 29

    10.

    Cs в сравнении с HS ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. …………………………………… 32

    11.

    Прямоугольный Сетка с 22 заземляющими стержнями …………………………………………………. 54

    x

    1 ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ

    Безопасность и надежность – две основные проблемы при эксплуатации и проектировании энергосистемы. Эти опасения касаются и конструкции подстанций. Чтобы обеспечить безопасность и надежность подстанций, подстанция должна иметь правильно спроектированную систему заземления.

    Две основные цели проектирования, которые должны быть достигнуты любой системой заземления подстанции как в нормальных, так и в аварийных условиях: 1.Обеспечить средства для рассеивания электрических токов в землю без превышения каких-либо эксплуатационных ограничений и пределов оборудования 2. Обеспечить, чтобы человек, находящийся поблизости от заземленных объектов, не подвергался опасности критического поражения электрическим током [4]. . Этот проект предоставляет необходимую справочную информацию для проектирования заземления подстанции. Он предоставляет набор руководящих принципов, которые можно использовать, а также некоторые предложения по модификации конструкции, которые могут помочь изменить предварительную конструкцию, если напряжения сетки и ступеньки будут больше, чем допустимые напряжения.

    Также был разработан проект системы заземления для передающей станции с использованием стандарта IEEE Std. 80-2000 процедура в качестве примера. В расчетах использовались фактические значения от передающей станции

    2, такие как измеренное удельное сопротивление почвы, ток короткого замыкания и т. Д. Поскольку кража меди является серьезной проблемой, расчеты проводились также с использованием плакированной медью стали.

    3 ГЛАВА 2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

    2.1 Обзор заземления подстанции Заземление является важным аспектом каждой подстанции.Функция системы заземления: обеспечить безопасность персонала и населения, минимизировать опасность от передаваемого потенциала, защитить оборудование, обеспечить путь разряда для ударов молнии и обеспечить путь к земле с низким сопротивлением. Хорошая система заземления имеет низкое сопротивление удаленной земле, чтобы минимизировать повышение потенциала земли (GPR) [2,4].

    Чтобы конструкция заземления была безопасной, она должна обеспечивать возможность передачи электрических токов в землю как в нормальных, так и в аварийных условиях.Кроме того, он должен гарантировать, что находящийся поблизости человек не подвергнется опасности. Поскольку нет простой связи между сопротивлением системы заземления и максимальным ударным током, который может испытать человек, необходимо провести полный анализ, чтобы рассмотреть множество различных аспектов, таких как расположение заземляющих электродов, характеристики почвы и т. Д. [6] .

    Люди предполагают, что к любому заземленному объекту можно безопасно прикоснуться, но это не всегда так. Низкое сопротивление заземления подстанции не гарантирует безопасности [2-3].Нет простой связи между сопротивлением системы заземления и максимальным током удара, которому может подвергнуться человек [4].

    4 2.2 Допустимый ток через человеческое тело во время повреждения Люди очень чувствительны к переменным токам в диапазоне 50-60 Гц. Воздействие переменного тока, проходящего через тело человека, зависит от величины, продолжительности, а также частоты [6]. Порог восприятия для человеческого тела около 1 мА. Токи от 1 до 6 мА, часто называемые токами отпускания, обычно не мешают человеку контролировать свои мышцы и отпускать находящийся под напряжением объект, который он держал в руках.Более высокие токи в диапазоне от 9 до 25 мА могут вызвать боль и повлиять на мышечный контроль, так что объект под напряжением трудно, если вообще возможно, высвободить [1]. Еще более высокие токи между 2575 мА могут повлиять на дыхание и привести к летальному исходу. Если сила тока еще выше, это может привести к фибрилляции желудочков сердца, которая, если ее быстро не лечить, может привести к смерти [6]. Когда токи достигают 100 мА и выше, выше уровня фибрилляции желудочков, это может вызвать ожоги, паралич сердца и задержку дыхания [1-3].

    2.3 Общие ситуации поражения электрическим током Существуют три основных ситуации поражения электрическим током, которые могут возникнуть, когда человек находится рядом с подстанцией. Первый – это удар между ногами, при котором ток проходит через одну ногу, а затем выходит через другую. Обычно это вызвано увеличением потенциала земли, что позволяет току накапливаться на поверхности почвы, а затем через объекты на поверхности. Шок от ступни к ступне наименее опасен из трех, потому что ток не проходит через жизненно важные органы, такие как сердце [4].Второй – рука-нога, который включает прикосновение руки к чему-то, что находится под напряжением, и пропускание тока в землю через ступни. Конечная ситуация сотрясения – это рукопашный

    5 или контакт металл-металл, при котором одна рука касается чего-то наэлектризованного, а через другую руку проходит ток, касающийся чего-то еще. Эти удары обычно можно устранить, подключив все объекты на подстанции к сети заземления [4]. Использование тонкого слоя поверхностного материала, такого как гравий, вокруг подстанции может значительно снизить вероятность и силу поражения электрическим током.Гравий может увеличить сопротивление между землей и человеком, что снижает вероятность прохождения тока через них. На рисунке 1 показаны различные ситуации удара.

    2.4 Проектирование системы заземления подстанции. Проектирование сети заземления подстанции основывается на плане расположения подстанции. Следующие пункты служат в качестве руководства для начала проектирования сети заземления: 1. Подстанция должна окружать периметр и занимать как можно большую площадь, чтобы избежать высоких концентраций тока.Использование большей площади также снижает сопротивление заземляющей сети. 2. Обычно жилы прокладываются параллельно. Там, где это целесообразно, проводники прокладывают вдоль конструкций или рядов оборудования, чтобы обеспечить короткие заземляющие соединения. 3. Типичные сетевые системы подстанции могут включать неизолированный медный провод 4/0, проложенный на 0,3–0,5 м (12–18 дюймов) ниже уровня земли и расположенный на расстоянии 3–7 м (10–20 футов) друг от друга в виде сетки. Провода должны быть надежно соединены в местах перекрестных соединений.

    6 4. Заземляющие стержни могут устанавливаться в углах сетки и точках стыковки по периметру.Они также могут быть установлены на основном оборудовании, особенно рядом с ограничителями перенапряжения. 5. Сеть должна распространяться на всю подстанцию ​​и выходить за линию забора [1-3]. 6. Соотношение сторон сеток обычно составляет от 1: 1 до 1: 3 [1, 4]. Чтобы приступить к предварительному проектированию, можно предпринять следующие шаги: 1. Нарисуйте самую большую квадратную, прямоугольную, треугольную, Т-образную или L-образную сетку, которая уместится на чертеже компоновки [1]. 2. Разместите сетчатые проводники так, чтобы получились квадратные ячейки, примерно 6 штук.1-12,2 м (2040 футов) 3. Установите высоту сетки равной 0,4572 м (18 дюймов) 4. Установите толщину материала поверхности на 0,1016 м (4 дюйма) 5. Поместите заземляющие стержни по периметру [1].

    2.5 Подключение к сети Обычно для подключения подстанции к сети заземления используются проводники разного диаметра. Любой проводящий над землей материал, который может оказаться под напряжением, такой как металлические конструкции, рамы машин и баки трансформаторов, или любые металлические детали, потенциал которых может отличаться от других, должен быть связан сеткой заземления [4].

    Арт. IEEE Std. 80-2000 Рис. 12. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

    Рисунок 1: Основные шоковые ситуации.

    7

    8 Все другое оборудование, которое может быть источником тока короткого замыкания, также должно быть подключено к сети. Медный кабель часто используется для соединений, но в некоторых случаях оборудование и здания могут использоваться в качестве проводящей связи [4]. Обычно сетевые соединения надежно свариваются, чтобы предотвратить отказ во время сильных токов короткого замыкания.

    2.6 Выбор материала Проводники могут быть из различных материалов, включая медь, плакированную медью сталь, алюминий или сталь. У каждого типа проводника есть свои достоинства и недостатки.

    Медь – наиболее часто используемый материал для заземления. Медь обладает высокой проводимостью. Кроме того, он устойчив к большей части подземной коррозии, поскольку является катодным по отношению к большинству других металлов [4]. Также он имеет хорошие температурные характеристики и теплоемкость. Недостаток меди в том, что она дорогая и ее часто крадут, а оборудование остается незаземленным.

    Сталь с медным покрытием обычно используется для заземляющих стержней, а иногда и для заземляющих сетей. Сталь с медным покрытием имеет небольшую удельную проводимость, чем медь, но ее достаточно для заземления. Он сочетает в себе прочность стали с проводимостью меди. Сталь, плакированная медью, менее подвержена краже, чем медь, потому что это биметаллический продукт и практически не имеет ценности для вторичной переработки.

    9 Алюминий обладает хорошей проводимостью, но не такой хорошей, как медь. Алюминий может вызывать коррозию в определенных почвах [4].Алюминий стоит дешевле, чем медь, и кража – меньшая проблема. Его температура плавления составляет примерно половину температуры плавления меди, а его теплоемкость – примерно две трети.

    Сталь может использоваться для заземляющих проводов и стержней, но коррозия является проблемой. Сталь также имеет хорошие температурные характеристики и теплоемкость. Воровство для стали не проблема.

    2.7 Характеристики грунта Грунт земли можно рассматривать как чистое сопротивление и, таким образом, является конечным местом распространения тока короткого замыкания.Сопротивление почвы может содержать ток до критической величины, которая варьируется в зависимости от почвы, и в этот момент на поверхности почвы могут возникать электрические дуги, которые могут электризовать объекты на поверхности, такие как человек [4]. На удельное сопротивление почвы может влиять ток, протекающий через нее при нагревании, в результате чего почва высыхает и становится более резистивной [4]. Влажная почва имеет гораздо меньшее сопротивление, чем сухая, поэтому в идеале заземляющая сетка и стержни должны располагаться во влажной земле.Обычно сопротивление почвы быстро увеличивается, когда ее влажность составляет менее 15% от веса почвы, и сопротивление практически не изменяется, когда содержание влаги составляет не менее 22% [4]. В таблице 1 показан базовый набор значений удельного сопротивления почвы в зависимости от влажности и типа.

    10 Таблица 1: Базовый диапазон удельного сопротивления почвы Справ. IEEE Std, 80, таблица 8. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Тип земли Среднее удельное сопротивление (Ом · м) Влажная органическая почва 10 Влажная почва 102 Сухая почва 103 Коренная порода 104

    Таблица 1 показывает, что влажная или даже влажная почва имеет очень малое сопротивление, поэтому полезно сохранять заземляющую почву как как можно влажнее.Обычной практикой для достижения этой цели является использование поверхностного слоя материала, такого как гравий. Материал поверхности не только значительно снижает количество испарения почвы, но и обычно имеет высокое сопротивление, которое снижает величину и вероятность возникновения ударных токов [4]. Характеристики почвы и тип используемого поверхностного слоя различаются в зависимости от области в мире, в которой расположена подстанция, и того, что требуется для системы заземления.

    2.8 Защитный материал поверхности Для того, чтобы значительно снизить ударный ток и увеличить сопротивление контакта между почвой и ногами людей на подстанции, на подстанции укладывается тонкий слой высокопрочного материала защитной поверхности в виде щебня (гравия). над уровнем земли на подстанции.Обычно слой поверхностного материала составляет 3-6 дюймов и простирается на 3-4 фута за пределы забора подстанции. Если его не вывести за ограждение подстанции, напряжение прикосновения станет опасно высоким [1].

    11 Значения удельного сопротивления для поверхностных слоев материала различаются. Диапазон зависит от многих факторов, таких как тип камня, размер, состояние камня, количество и тип содержания влаги, атмосферное загрязнение и т. Д. [1]. В таблице 2 приведены типичные значения удельного сопротивления для различных типов поверхностных материалов.Эти значения были измерены несколькими различными сторонами в разных регионах США. Эти значения не действительны для каждого типа и размера камня в каждом регионе, поэтому необходимо провести испытания удельного сопротивления на подстанции региона [1]. Таблица 2: Типичные значения удельного сопротивления материала поверхности. Ref. IEEE Std, 80, таблица 7. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Номер 1 2 3

    4 5 6

    7 8 9 10 11 a

    Описание материала поверхности (штат США, где он находится) Гранит дробилки с мелкими частицами (N.C.) 1,5 дюйма (0,04 м) дробильный гранит (штат Джорджия) с мелкими частицами Гранит 0,75–1 дюйма (0,02–0,025 м) (Калифорния) с мелкими частицами № 4 (1-2 дюйма) (0,025–0,05 м) промытый гранит (Ga.) # 3 (2-4 дюйма) (0,05-0,1 м) мытый гранит (Ga.) Размер неизвестен, промытый известняк (штат Мичиган) Промытый гранит, аналогичный гравию 0,75 дюйма (0,02 м) Промытый гранит, аналогичный мелкий гравий # 57 (0,75 ом) (0,02 м) промытый гранит (NC) Асфальтобетон

    Удельное сопротивление образца Ом · м Сухой влажный 140 x 106 1300 (грунтовые воды, 45 Ом · м) 4000 1200 (дождевая вода, 100 Вт) 6513 (10 мин после слива 45 Ом · м воды) 1.От 5 x 106 до 4,5 x 106 5000 (дождевая вода, 100 Ом · м) от 2,6 x 106 до 3 x 106 10 000 (дождевая вода, 100 Ом · м) 7 x 106 2000-3000 (грунтовая вода, 45 Ом · м) 2 x 106 10 000 40 x 106

    5000

    190 x 106

    8000 (грунтовые воды, 45 Ом · м) от 10 000 до 6 x 106 21 до 100

    2 x 106 до 30 x 106 1 x 106 до 1 x 109 a

    Бетон, высушенный в печи. Значения для бетона с воздушным отверждением могут быть намного ниже из-за содержания влаги.

    12 2.9 Измерения удельного сопротивления почвы Перед тем, как приступить к проектированию системы заземления, необходимо провести измерения удельного сопротивления почвы на подстанции [1].Редко встречаются станции с равномерным сопротивлением по всей площади. Таким образом, измерения следует проводить в нескольких местах на объекте. Обычно слоев несколько, и каждый из них имеет разное удельное сопротивление. Если есть большие отклонения, следует снять больше показаний в этих местах [4]. Боковые изменения тоже могут произойти, но в целом изменения постепенные и незначительные [4].

    Есть несколько методов измерения. С помощью двухточечных методов можно выполнить грубые измерения удельного сопротивления ненарушенной земли.Трехточечный метод или метод вариации глубины измеряли тест сопротивления заземления несколько раз. Каждый раз глубина заглубления испытательного электрода увеличивается на определенную величину. Но этот метод не рекомендуется, если необходимо исследовать большой объем почвы. Четырехконтактные методы являются наиболее точным методом измерения среднего удельного сопротивления больших значений [5].

    2.9.1 Четырехконтактный метод Веннера Наиболее распространенным является четырехконтактный метод Веннера. Этот метод также называется методом с четырьмя штырями с равным шагом.[5]. В этом методе четыре зонда вбиваются в землю по прямой на глубину b на равных расстояниях a друг от друга. Напряжение между двумя внутренними датчиками измеряется и делится на ток двух внешних датчиков. Это дает значение взаимного сопротивления R. Четырехконтактный метод Веннера показан на Рисунке 2 ниже [5].

    13

    Рис. 2: Четырехконтактный метод Веннера Ref. IEEE Std. 81-1983 Рисунок 3 (а). Авторские права © 1983. IEEE. Все права защищены.

    Записи измерений удельного сопротивления должны включать данные о температуре и информацию о состоянии влажности почвы на момент проведения измерений.Также запишите все имеющиеся данные о любых уже известных или подозреваемых проводниках под землей. Закопанные проводники, контактирующие с почвой, могут сделать показания недействительными, если они расположены достаточно близко, изменяя схему протекания испытательного тока [4].

    Четырехконтактный метод Веннера популярен по ряду причин. Этот метод позволяет получить данные об удельном сопротивлении почвы для более глубоких слоев без необходимости перемещать испытательные штифты к этим слоям. Также не требуется тяжелого оборудования [1,3]. На результаты не сильно влияет сопротивление испытательных штифтов или отверстий, образовавшихся в результате вбивания тестовых штифтов в почву [1].

    Недостатком метода Веннера является то, что величина потенциала между двумя внутренними электродами быстро уменьшается, когда расстояние между ними увеличивается до больших значений. И часто коммерческие инструменты не могут измерить такие низкие потенциальные значения [5].

    14 2.9.2 Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer Схема Schlumberger-Palmer представляет собой еще один четырехконтактный метод. Его также называют четырехштырьковым методом с неравномерным разнесением [5]. Этот метод аналогичен методу FourPin Веннера.Для этого метода расстояние между токовыми электродами больше. Потенциальные щупы приближают к соответствующим токовым электродам. Это увеличивает измеренное значение потенциала. На рисунке 3 показана схема Шлюмберже-Палмера [5].

    Рис. 3. Схема расположения четырех выводов Schlumberger-Palmer Ref. IEEE Std. 81-1983 Рисунок 3 (б). Авторские права © 1983. IEEE. Все права защищены.

    2.10 Сопротивление заземления Сопротивление заземления для подстанции должно быть очень низким, чтобы минимизировать повышение потенциала земли и повысить безопасность подстанции [2,6].Сопротивление заземления обычно составляет 1 Ом или менее для передачи и других крупных подстанций [1-4]. На распределительных подстанциях обычно допустимый диапазон составляет 1-5 Ом [4]. Сопротивление в первую очередь зависит от занимаемой площади. Также сопротивление может быть уменьшено для данной области, используя заземляющие стержни

    15 и добавляя больше проводников сетки. Если невозможно достичь желаемого сопротивления заземления путем добавления дополнительных проводников сетки и / или заземляющих стержней, можно изменить почву, окружающую электрод.

    Хлорид натрия, сульфаты магния и меди или хлорид кальция можно использовать для увеличения проводимости почвы непосредственно вокруг электродов. Другой способ – обернуть стержень материалом для улучшения грунта. Другие методы упоминаются в IEEE Std. 80-2000 [4].

    2.11 Процедуры проектирования системы заземления Процесс проектирования системы заземления подстанции требует многих шагов. Стандарт IEEE 80-2000 предусматривает следующие шаги для проектирования сети заземления:

    Шаг 1: Карта свойств и общий план расположения подстанции должны давать точные оценки площади, подлежащей заземлению.Тест на удельное сопротивление почвы определит профиль удельного сопротивления почвы и необходимую модель почвы. Шаг 2: Определяется размер проводника. Ток короткого замыкания 3I0 должен быть максимальным ожидаемым током замыкания в будущем, который будет проводиться любым проводником в системе заземления, а время tc должно отражать максимально возможное время отключения (включая резерв). Шаг 3: [подлежит определению] допустимое напряжение прикосновения и ступенчатое напряжение. Выбор времени ts основывается на оценке инженера-проектировщика.Шаг 4: Предварительный проект должен включать в себя петлю проводников, окружающую всю заземленную зону, а также соответствующие поперечные проводники для обеспечения удобного доступа к заземлению оборудования и т. Д. Первоначальные оценки расстояния между проводниками и расположения заземляющих стержней должны основываться на силе тока IG, и заземляемая территория.

    16

    Шаг 5: Можно определить предварительное сопротивление системы заземления в однородной почве. Для окончательной конструкции могут потребоваться более точные оценки сопротивления.Компьютерный анализ, основанный на детальном моделировании компонентов системы заземления, может вычислить сопротивление с высокой степенью точности при условии, что модель грунта выбрана правильно. Шаг 6: определяется ток IG. Чтобы предотвратить чрезмерное проектирование системы заземления, при проектировании сети следует использовать только ту часть общего тока короткого замыкания, 3I0, которая протекает через сеть на удаленную землю. Однако текущий IG должен отражать наихудший тип и место повреждения, коэффициент декремента и любое будущее расширение системы.Шаг 7: Если георадар предварительного проектирования ниже допустимого напряжения прикосновения, дальнейший анализ не требуется. Необходим только дополнительный проводник, необходимый для обеспечения доступа к заземлению оборудования. Шаг 8: Расчет сетки и ступенчатых напряжений для сетки в соответствии с проектом может быть выполнен с помощью методов приблизительного анализа однородного грунта или с помощью более точных методов компьютерного анализа. Шаг 9: Если вычисленное напряжение сетки ниже допустимого напряжения прикосновения, проектирование может быть завершено (см. Шаг 10).Если вычисленное сеточное напряжение превышает допустимое напряжение прикосновения, предварительный проект следует пересмотреть (см. Шаг 11). Шаг 10: Если вычисленное напряжение прикосновения и ступенчатое напряжение ниже допустимого напряжения, конструкция требует только уточнений, необходимых для обеспечения доступа к заземлению оборудования. В противном случае предварительный проект необходимо отредактировать (см. Шаг 11). Шаг 11: Если допустимые пределы шага или касания превышены, требуется пересмотр конструкции сетки. Эти изменения могут включать меньшее расстояние между проводниками, дополнительные заземляющие стержни и т. Д.Более подробное обсуждение пересмотра конструкции сети для удовлетворения пределов шагового напряжения и напряжения прикосновения приведено в [Раздел 2.12] Шаг 12: После удовлетворения требований к шагу и напряжению прикосновения могут потребоваться дополнительные стержни сети и заземления. Дополнительные проводники сети могут потребоваться, если проект сети не включает проводники рядом с заземляемым оборудованием.

    17 Могут потребоваться дополнительные заземляющие стержни в основании ОПН, нейтрали трансформатора и т. Д. Окончательный проект также следует пересмотреть, чтобы исключить опасности, связанные с передаваемым потенциалом, и опасности, связанные с особыми проблемами [4, с.88-89].

    Блок-схема на рисунке 4 иллюстрирует процедуру проектирования наземной сети.

    2.12 Модификации конструкции Если рассчитанные напряжения сетки и шага превышают допустимые напряжения прикосновения и шага, то предварительный проект необходимо изменить. Возможны следующие решения: (a) Уменьшить общее сопротивление сети: если общее сопротивление сети уменьшается, максимальное значение GPR уменьшается; следовательно, максимальное передаваемое напряжение уменьшается. Эффективный способ уменьшить сопротивление сетки – увеличить площадь, занимаемую сеткой.Глубокие забивные штанги или колодцы можно использовать также в случае ограниченного участка. (b) Уменьшение шага сетки: уменьшите размер ячейки, увеличив количество параллельных проводников в каждом направлении. Опасные потенциалы внутри подстанции могут быть устранены. По периметру заземлитель можно закопать за забором, либо увеличить плотность заземляющих стержней по периметру. (c) Увеличьте толщину поверхностного слоя: практический предел может составлять 6 дюймов. (d) Ограничение общего тока повреждения: если возможно, ограничение полного тока повреждения пропорционально уменьшит GPR и градиенты.(e) Отвод большей части тока короткого замыкания на другие пути

    18 (f) Запрет доступа в ограниченные области: если это возможно, может снизить вероятность опасностей для персонала [1,4].

    2.13 Строительство системы заземления. Метод, выбранный для строительства, зависит от размера сети, типа почвы, размера проводника, глубины залегания, доступного оборудования, стоимости рабочей силы, а также физических ограничений или ограничений безопасности. Есть два распространенных способа установки сетки заземления. Это траншейный метод и метод тросовой вспашки.Оба метода используют машины. Если рабочая площадка слишком мала или на ней недостаточно места для перемещения машин, то сетка заземления устанавливается вручную [4].

    2.13.1 Строительство сети заземления – траншейный метод. Маркеры размещаются по периметру для обозначения расстояния между параллельными проводниками. Эти маркеры служат ориентиром для траншейной машины. Траншейная машина используется для рытья траншей вдоль стороны, имеющей большее количество параллельных проводов, на заданную глубину, обычно 0.5 м (1,5 фута). Затем в эти траншеи устанавливаются проводники, и стержни заземления приводятся в движение и присоединяются к проводникам. Также в это время ставятся косички для площадок под оборудование. Эти траншеи затем засыпаются грязью по поперечным соединениям.

    Затем выкапываются траншеи с перекрестными проводниками, опять же с использованием маркеров в качестве направляющих. Устанавливаются проводники, и любые оставшиеся заземляющие стержни приводятся в движение и подключаются к проводникам. Также подключены

    19 оставшихся пигтейлов. Затем между перпендикулярными участками проводов выполняются перекрестные соединения.В конце концов траншеи засыпаются землей [4].

    2.13.2 Метод вспашки проводников заземления Этот метод является экономичным и быстрым при благоприятных условиях и наличии надлежащего оборудования. Этот метод запаивает проводники с помощью специального узкого плуга. Этот плуг может быть прикреплен к трактору или полноприводному грузовику или тянуться им. Провод укладывают на землю либо перед плугом, либо катушка с проводом вводится в землю по отвалу плуга.Для поперечных проводов их запаивают на чуть меньшую глубину, чтобы не повредить ранее проложенные проводники. Затем открываются точки пересечения и точки, где должны быть установлены заземляющие стержни, и выполняются соединения [4].

    2.13.3 Установка косичек и заземляющих стержней. Отводы используются для заземляющих соединений с оборудованием или конструкциями. Пигтейлы могут иметь тот же размер кабеля, что и подземная сеть, или другой размер. Это зависит от количества заземлений на устройство, а также от величины тока замыкания на землю.Штанги заземления устанавливаются с помощью гидромолота, пневмоударника или других механических устройств. Два заземляющих стержня соединяются либо экзотермическим методом, либо с помощью резьбовой или безрезьбовой муфты [4].

    20

    Рисунок 4: Блок-схема процедуры проектирования. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 33. Авторское право © 2000. IEEE. Все права защищены.

    21 2.14 Компьютерное проектирование Компьютеры часто используются при проектировании систем заземления подстанций. Вот несколько причин для использования компьютерного анализа: 1.

    Параметры превышают параметры упрощенных расчетных уравнений.

    2. Двухслойная или многослойная модель почвы предпочтительна из-за значительных вариаций удельного сопротивления почвы. 3. Неравномерное расстояние между проводами сетки или заземляющими стержнями. 4. Гибкость в определении локальных опасных точек 5. Наличие скрытых металлических конструкций / проводов, не подключенных к системе заземления, усложняет работу 6. Предварительный проект может быть оптимизирован и проанализирован [1,4].

    2.15 Особые опасные точки Внутри подстанции есть несколько опасных мест, таких как ограждение, рукоятки управления оборудованием, разрядники для перенапряжения и т. Д.Для обеспечения безопасности необходимо убедиться, что они правильно заземлены.

    2.15.1 Заземление ограждения подстанции Заземление ограждения подстанции является критически важным, поскольку ограждение обычно доступно для населения. Потенциал прикосновения с обеих сторон забора должен находиться в пределах рассчитанного допустимого предела потенциала прикосновения. Ограждение подстанции должно быть подключено к основной сети заземления

    22. Внешний сетевой провод должен быть установлен на расстоянии не менее 0,91 м (3 фута) от забора.Подключения к внешнему сетевому проводу следует выполнять на всех угловых опорах и на линейных опорах через каждые 12,92-15,24 м (40-50 футов). Стойка ворот должна быть надежно прикреплена к забору. Также рекомендуется, чтобы все ворота открывались внутрь [1,4].

    2.15.2 Рабочие ручки Рабочие ручки оборудования представляют собой серьезную проблему, если они не имеют надлежащего заземления, поскольку это требует присутствия оператора вблизи заземленной конструкции. В случае неисправности оператор может получить удар электрическим током.Если система заземления была разработана в соответствии с IEEE Std. 80, то напряжения прикосновения и шага возле ручки управления должны быть в безопасных пределах. Но в большинстве случаев используются дополнительные средства, чтобы обеспечить больший запас прочности для оператора. Некоторые методы включают подключение рабочего вала переключателя к заземляющему коврику. Коврик заземления напрямую подключен к сети заземления, а также к рабочему валу переключателя. Оператор стоит на коврике при работе переключателем. Использование этих методов обеспечивает прямой обход заземления [4].

    Коммунальные предприятия используют различные методы заземления рабочего вала переключателя. Около половины инженерных сетей обеспечивают прямую перемычку между валом переключателя и заземляющим ковриком. Другая половина обеспечивала перемычку от вала переключателя к прилегающей заземленной конструкционной стали, и эта сталь использовалась как часть проводящего пути. Около 90% коммунальных предприятий используют оплетку для заземления вала переключателя [4].

    23 2.15.3 Заземление ограничителя перенапряжения Ограничители перенапряжения должны быть надежно заземлены для обеспечения защиты оборудования, которое они защищают.Они должны быть подключены как можно ближе к клеммам оборудования, которое они защищают, и иметь как можно более короткий и прямой путь к системе заземления, насколько это возможно и практично [4]. Кроме того, выводы разрядников не должны иметь острых изгибов, насколько это возможно [1].

    2.15.4 Заземление оболочки кабеля управления При отсутствии эффективного заземления в металлической оболочке кабеля может наблюдаться опасное напряжение относительно земли. Все заземляющие соединения должны быть выполнены так, чтобы обеспечить постоянное соединение с низким сопротивлением.Оболочки кабелей следует заземлять в двух или более местах [1,4].

    24 ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

    3.1 Введение Чтобы спроектировать надлежащую и безопасную систему заземления подстанции, необходимо найти различные параметры безопасности, такие как уровни напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения. Каждая система заземления должна иметь уникальный дизайн, чтобы сеточные и ступенчатые напряжения были ниже допустимого напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения персонала, который может работать на объекте при возникновении неисправности.В этой главе представлены процесс и уравнения для безопасного проектирования системы заземления подстанции.

    3.2 Допустимые пределы тока тела Человеческое тело при 50 Гц или 60 Гц может давать продолжительность тока меньше значения, которое может вызвать фибрилляцию желудочков сердца. Фибрилляция желудочков возникает, когда ток тела заменяет нормальное ритмическое сокращение сердца и может вызвать нарушение кровообращения и пульса [1-4,6].

    Исследования Далзила показывают, что ток отсутствия фибрилляции величиной IB при длительности от 0.03-3,0 с может быть просто выражено как:

    IB =

    k ts

    , где k = SB

    (3.1)

    25 и

    IB

    : действующая величина тока через тело (A)

    ts

    : продолжительность воздействия тока (с)

    SB: энергия удара k: постоянная, связанная с энергией удара электрическим током

    Согласно исследованиям Далзила, 99,5% людей могут безопасно выдерживать силу тока без фибрилляции желудочков .Далзил также обнаружил, что константа энергии удара зависит от веса [4]. Для человека весом примерно 50 кг (110 фунтов) k50 = 0,116, таким образом, формула допустимого тока тела принимает следующий вид: IB 50 =

    0,116 ts

    (3,2)

    Для человека весом примерно 70 кг (155 фунтов) k50 = 0,157, поэтому формула допустимого тока тела принимает следующий вид:

    IB 70 =

    0,157 ts

    (3,3)

    Это уравнение не оценивается для очень короткого или очень длительного времени.

    Кривая Бигельмайера на рисунке 5 показывает зависимость тока тела от времени. Эта кривая имеет предел 500 мА на время до 0,2 с, затем предел уменьшается до 50 мА через 2 с и более. На этом рисунке также показано сравнение силы тока тела для человека весом 50 и 70 кг.

    26 В современной производственной практике обращение за помощью при замыкании на землю является обычным явлением. В обстоятельствах, когда есть повторное закрытие, человек может испытать первый электрошок без необратимой травмы. Но тогда автоматическое АПВ может привести к другому разряду меньше 0.33 секунды первого удара. Этот второй шок, который происходит через короткий промежуток времени, прежде чем человек сможет оправиться от первоначального, может вызвать серьезную аварию [1,4].

    Рисунок 5: Ток тела в зависимости от времени. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 5. Авторское право © 2000. IEEE. Все права защищены.

    27 3.3 Эквиваленты цепей для обычных ударных ситуаций 3.3.1 Сопротивление человеческого тела Человеческое тело можно приблизительно представить как сопротивление постоянному току и переменному току 50 или 60 Гц. Текущий путь считается от одной ноги до обеих ног или от одной ноги до другой.Внутреннее сопротивление человеческого тела составляет примерно 300 Ом. Сопротивление тела, включая кожу, колеблется в пределах 500–3000 Ом [4]. Для простоты IEEE Std 80-2000 представляет сопротивление человеческого тела от руки к ноге, а также от руки к руке или от одной ноги к другой как

    = RB 1000 Ом (3,4)

    3,3 .2 Напряжение прикосновения и ступенчатого напряжения Случайное замыкание на Рисунке 6 является результатом контакта рук с ногами. Напряжение в этой цепи называется напряжением прикосновения, потому что оно возникает в результате прикосновения к электрифицированному объекту, когда ноги соприкасаются с землей.В большинстве случаев ограничивающим фактором для заземления является допустимое напряжение прикосновения [1]. Рисунок 7 служит наглядным пособием для отображения типичной цепи рук к ногам через человека.

    Другая случайная цепь возникает в результате контакта ступни с ногой, как показано на Рисунке 8. Напряжение, обнаруживаемое в этой цепи, можно назвать ступенчатым напряжением, потому что оно возникает в результате того, что кто-то стоит на земле, в которой нарастает ток. на его поверхности из-за повышения потенциала земли [4]. Рисунок 9 служит наглядным пособием при отображении типичного контура ступни к ноге через человека.

    28

    Рисунок 6: Воздействие напряжения прикосновения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 6. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

    Рисунок 7: Цепь напряжения прикосновения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 8. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

    29

    Рисунок 8: Воздействие ступенчатого напряжения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 9. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

    Рисунок 9: Цепь ступенчатого напряжения См. IEEE Std. 80-2000 Рис. 10. Авторские права © 2000.IEEE. Все права защищены. Используя рисунок 6 или рисунок 8, эквивалентная схема Тевенина для тока через тело I b человека имеет вид: Ib =

    , где:

    VTh ZTh + RB

    (3.5)

    30

    VTh: Напряжение Тевенина между клеммами H и F (В) ZTh: Импеданс Тевенина от точек H и F (Ом)

    RB: Сопротивление тела (Ом) Эквивалентный импеданс Тевенина для аварийной цепи напряжения прикосновения составляет:

    ZTh =

    Rf 2

    (3.6)

    Эквивалентный импеданс Тевинина для аварийной цепи ступенчатого напряжения составляет: ZTh = 2 R f

    (3.7) где: R f: сопротивление заземления в одну ногу

    При анализе схемы нога человека представляется как проводящая металлический диск и сопротивление обуви и носков не учитываются.

    Уравнение для расчета сопротивления заземления R f:

    Rf = где:

    ρ 4b

    (3.8)

    ρ: удельное сопротивление земли (Ом · м) b: радиус опоры в виде металлического диска (обычно 0.08 м)

    При использовании круглой пластины примерно 0,08 м уравнения для Zth следующие: Для аварийного контура напряжения прикосновения

    Z th = 1,5 ρ (3,9) И для случайного контура ступенчатого напряжения

    31

    Z th = 6 ρ (3.10) 3.4 Добавление поверхностного слоя По возможности, подстанции укладывают слой материала с высоким сопротивлением, например, щебня. Добавление поверхностного слоя изменяет сопротивление заземления Rf. Новое сопротивление заземления принимает следующий вид: ρ  R f =  s  Cs  4b 

    (3.11)

    Коэффициент снижения характеристик поверхностного слоя, Cs, можно рассчитать как: ρ  0,09 1 –   ρs  CS = 1-2hs + 0,09

    , где

    (3.12)

    ρ: удельное сопротивление земля (Ом · м); ρs: удельное сопротивление материала поверхностного слоя (Ом · м); hs: толщина материала поверхности (м)

    Cs также можно приблизительно рассчитать, сначала рассчитав коэффициент отражения между различными материалами, K, а затем используя Таблица 10.

    Коэффициент отражения рассчитывается как: K =

    ρ – ρs ρ + ρs

    (3.13)

    32

    Рисунок 10: Cs в сравнении с hs Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 11. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. 3.5 Допустимое шаговое напряжение и напряжение прикосновения При проектировании системы заземления подстанции необходимо рассчитать максимально допустимые напряжения, чтобы создать надлежащую сеть заземления. Эти напряжения зависят от удельного сопротивления почвы, слоя почвы и продолжительности ударного тока. Максимальное управляющее напряжение любой аварийной цепи не должно превышать предельное напряжение ступени и напряжения прикосновения.

    Для ступенчатого напряжения предел составляет:

    33 Estep = (RB + 2 ⋅ R f) ⋅ IB

    (3.14) Для тела массой 50 кг (1000 + 6 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Estep = 50

    0,116 ts

    (3,15)

    0,157 ts

    (3,16)

    Для тела массой 70 кг (1000 + 6 Cs ⋅ ρ s) Estep = 70 Для напряжения прикосновения предел составляет

    Rf  Etouch =  RB + 2 

      ⋅ IB 

    (3,18)

    Для кузова массой 50 кг = (1000 + 1,5 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Etouch 50

    0.116 ts

    (3,19)

    0,157 ts

    (3,20)

    Для кузова массой 70 кг = (1000 + 1,5 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Etouch 70

    Если на подстанции не используется защитный поверхностный слой, Cs = 1 и ρs = ρ.

    Если есть контакт металл-металл, как руки, так и ноги, ρs = 0, так как земля в этой ситуации не учитывается. В этом случае уравнения ограничения напряжения прикосновения следующие:

    34 Для тела массой 50 кг Emm −touch 50 =

    116 ts

    (3.21)

    Для тела весом 70 кг Emm −touch 70 =

    157 ts

    (3,22)

    3.6 Размер проводника Симметричный ток может быть рассчитан на основе материала и размера проводника, используемого как:

    I = Amm2

     TCAP ⋅10−4   K 0 + Tm    ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

    (3.23)

    Если размер проводника указан в киломиллях, уравнение принимает следующий вид:

     TCAP   K 0 + Tm  I 5.07 ⋅10−3 Akcmil  =  ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

    (3.24)

    Где I

    : действующий ток (кА)

    Амм2

    : поперечное сечение проводника (мм2)

    Akcmil

    : поперечное сечение проводника (kcmil)

    Tm

    : максимально допустимая температура (oC)

    Ta

    : температура окружающей среды (oC)

    αr

    : тепловой коэффициент удельного сопротивления при эталонной температуре Tr (1 / oC)

    ρr: удельное сопротивление заземляющего проводника при эталонной температуре Tr (мкОм-см) tc: длительность тока (с) K0: равно 1 / α0 или (1 / αr) – Tr (oC) TCAP: теплоемкость на единицу объема (Дж / 𝑐𝑚2 ∙ ℃)

    35 Общие значения αr, K0, Tm, ρr , а значения TCAP можно найти в таблице 3.Таблица 3-Константы материалов См. IEEE Std 80-2000 Таблица 1. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Описание

    Медь,

    Материал

    Коэффициент αr при

    K0 при

    Фьюзинг

    Электропроводность

    20oC

    0oC

    температура (µОм-

    o000 см)

    o0002

    Теплоемкость TCAP [Дж / (см3 · oC)]

    (%)

    (1 / C)

    (0 C)

    Tm (oC)

    100.0

    0,00393

    234

    1083

    1,72

    3,42

    97,0

    0,00381

    242

    1084

    1,78

    3,42

    000

    1,78

    3,42

    000

    1,78

    3,42

    000

    3,85

    30,0

    0,00378

    245

    1084

    5,86

    3,85

    20,0

    0,00378

    245

    1084

    8.62

    3,85

    64,0

    0,00403

    228

    657

    2,86

    2,56

    0,00353

    263

    652

    3,22

    00020003

    652

    3,22

    00020003

    652

    3,22

    00020003

    2,60

    0,00360

    258

    657

    8,48

    3,58

    0,00160

    605

    1510

    15,90

    3,28

    0.00160

    605

    1400

    17,50

    4,44

    0,00320

    293

    419

    20,10

    3,93

    0,00130

    749

    0003

    749

    Твердотянутая стальная проволока, плакированная медью Стальная проволока, плакированная медьюb Алюминий, алюминий класса ЕС, алюминий из сплава 5005, сплав 6201 Стальная проволока, плакированная алюминием Сталь-1020

    a

    53.5 52,5 20,3

    10,8

    Стержень из нержавеющей сталиc Стальной стержень с цинковым покрытием

    9,8

    Нержавеющая сталь, 304

    2,4

    8,6

    По стандартам ASTM. Стальные стержни с медным покрытием на основе меди толщиной 0,254 мм (0,010 дюйма). c Стержень из нержавеющей стали с покрытием из нержавеющей стали № 304 толщиной 0,508 мм (0,020 дюйма) поверх стального сердечника № 1020. b

    36

    Требуемую площадь для проводника при заданном токе можно рассчитать как:

    Амм2 = I

    1  TCAP ⋅10−4   K 0 + Tm    ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

    (3.25)

    или

    Akcmil = I

    197,4 TCAP   K 0 + Tm    ln   t α ρ crr    K 0 + Ta 

    (3.26)

    Уравнение (3.26) можно упростить следующим образом: Akcmil = I ⋅ K f tc

    (3.27)

    , где Kf

    : константа, указанная в таблице 4, которая основана на температуре плавления и температуре окружающей среды материала

    Таблица 4 – Константы материала Ref. IEEE Std 80-2000 Таблица 2. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. Материал Электропроводность Tma (° C) Kf (%) Медь отожженная, мягкотянутая 100.0 1083 7,00 Медь, техническая жестко вытянутая 97,0 1084 7,06 Медь, техническая жестко вытянутая 97,0 250 11,78 Стальная проволока, плакированная медью 40,0 1084 10,45 Стальная проволока, плакированная медью 30,0 1084 12,06 Стальной стержень, плакированный медью 20,0 1084 14,64 Алюминий, класс ЕС 61,0 657 12,12 Алюминий 5005 Сплав 53,4 652 12,41 Алюминий 6201 Сплав 62,5 654 12,47 Стальная проволока, плакированная алюминием 20,3 657 17,20 Сталь 1020 10,8 1510 15,95 Стержень из нержавеющей стали 9,8 1400 14,72 Стальной стержень с цинковым покрытием 8,6 419 28,96 Нержавеющая сталь 304 2,4 1400 30,05

    37 Следующее уравнение можно использовать для преобразования сечения проводника из тысячных миллиметров в миллиметры2:

    А · м2 =

    акмил ⋅1000 1973.52

    (3,28)

    Диаметр проводника можно рассчитать как: dc (мм) = 2

    Amm2

    (3,29)

    π

    3.7 Асимметричные токи Если влияние смещения постоянного тока необходимо для Для включения в ток короткого замыкания значения симметричного тока находятся по формуле: IF = I f ⋅ D f

    (3.30)

    Коэффициент декремента, Df, можно рассчитать как: −2 tf Ta  D f = 1 + 1 – e Ta tf  

       

    (3.31)

    где tf: длительность повреждения (с) X Ta = ωR

    (3.32)

    Типичные коэффициенты декремента также можно найти в Таблице 3.

    3.8 Измерения удельного сопротивления почвы Методы измерения удельного сопротивления почвы обсуждаются в 2.9. Поскольку четырехконтактный метод Веннера является наиболее распространенным, будут обсуждаться только расчеты для этого метода.

    38 Таблица 5 – Типичные значения Df Ref. IEEE Std 80-2000 Таблица 10. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. Продолжительность отказа, tf Коэффициент уменьшения, Df Секунды Циклы при X / R = 10 X / R = 20 X / R = 30 X / R = 40 60 Гц 0.00833 0,5 1,576 1,648 1,675 1,688 0,05 3 1,232 1,378 1,462 1,515 0,10 6 1,125 1,232 1,316 1,378 0,20 12 1,064 1,125 1,181 1,232 0,30 18 1,043 1,085 1,125 1,163 0,40 24 1,033 1,064 1,095 1,125 0,50 30 1,2026 1,052 1,077 1,101 0,75 45 1,018 1,035 1,052 1,068 1,00 1.013 1.026 1.039 1.052

    Как упоминалось в 2.9, взаимное сопротивление R определяется делением напряжения между двумя внутренними датчиками на ток двух внешних датчиков. Используя взаимное сопротивление R, удельное сопротивление грунта можно рассчитать следующим образом: 4π aR

    ρ = 1+

    , где

    2a a 2 + 4b 2

    a

    (3.33)

    a 2 + b2

    ρ: удельное сопротивление грунта (Ом · м) R: измеренное сопротивление (Ом) a: расстояние между соседними электродами (м) b: глубина электродов (м)

    Если b

    Thèse _ Balakrishnan _ Расчет важных проектных параметров для систем заземления на подстанциях

    Расчет важных проектных параметров систем заземления на подстанциях Аруна Балакришнана Представленная диссертация

    Просмотры 7 Загрузки 2 Размер файла 2 МБ

    Отчет DMCA / Copyright

    СКАЧАТЬ ФАЙЛ

    Рекомендовать истории
    Предварительный просмотр цитирования

    Расчет важных проектных параметров для систем заземления на подстанциях Аруном Балакришнаном Тезис, представленный в частичном исполнении требований для получения степени магистра электротехники Государственный университет Монтаны © Copyright Арун Балакришнан (1990) Аннотация: Важный аспект проектирования системы заземления подстанции – это расчет сопротивления заземления, обеспечиваемого сеткой заземления, а также значений сеточного и ступенчатого напряжений на поверхности.Значения этих параметров должны поддерживаться в пределах определенных установленных излучений, принимая во внимание безопасность персонала, присутствующего в зоне подстанции и за ее пределами. Уже доступны простые выражения для расчета этих параметров для квадратных и прямоугольных сеток. Доступны компьютерные программы для проектирования сетей подстанции, независимо от их формы, но они, как правило, утомительны в использовании, когда сети не симметричны, поскольку для описания конфигурации сети необходимо ввести большой объем данных.Таким образом, предпочтительны упрощенные выражения. Еще одним важным фактором при проектировании заземляющей сетки является сопротивление опоры, которое зависит от удельного сопротивления и толщины поверхностного слоя породы. В настоящее время сопротивление опоры можно определить с помощью бесконечного ряда, что не очень легко оценить. Следовательно, существует необходимость в упрощенном конечном выражении для расчета сопротивления основания. Величина сопротивления основания также влияет на безопасные значения напряжений сетки и ступеней.Если две заземляющие сети подстанции перекрываются неизолированным проводом, то при возникновении короткого замыкания на одной подстанции важно определить с помощью простой аналитической процедуры влияние этого тока замыкания на другую заземляющую сеть и реакцию системы. в целом к ​​току короткого замыкания. Цели этого тезиса можно резюмировать следующим образом: (i) Разработать новый набор выражений, который может быть использован для расчета сопротивления заземления, а также напряжений сетки и ступенчатого напряжения для всех практических форм заземляющих сеток после получения информации относительно конфигурации сетки и характеристик почвы.(ii) Разработать конечное выражение для расчета сопротивления основания подстанции. (iii) Разработать метод для расчета общего сопротивления заземления системы из двух заземляющих сеток подстанции, соединенных неизолированным проводом, если смотреть со станции, на которой произошло замыкание, и повышения потенциала земли на обеих подстанциях. В этой диссертации описывается разработка выражений для расчета сопротивления заземления, напряжений сетки и ступенек, сопротивления фундамента и для оценки характеристик межсетевых сетей.Сравнение с существующими выражениями для расчета этих параметров демонстрирует значительное снижение ошибки за счет использования недавно разработанных выражений. Также кратко обсуждаются возможности будущей работы в этой области.

    РАСЧЕТ IO NOF IM PO R TA NTDE SIG N PA RAME TER S FO RG RO UND IN G SY STEM S IN SU BSTATIO NS

    by

    Арун Балакришнан

    Диссертация, представленная в частичном соответствии с требованиями для получения степени Магистр электротехники

    МОНТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Бозман * Монтана июнь 1990

    / IW /

    ii

    УТВЕРЖДЕНИЕ диссертации, представленной Аруном Балакришнаном

    Эта диссертация была прочитана каждым членом диссертационного комитета и был признан удовлетворительным с точки зрения содержания, использования английского языка, формата, цитирования, библиографического стиля и последовательности, и готов к отправке в Колледж аспирантуры.

    Дата

    Председатель, выпускной комитет

    Утверждено для основного отдела

    , / W Дата

    AW Начальник основного отдела

    Утверждено для колледжа последипломного образования

    Дата

    Выпускник

    iii СТЕПЕНЦИЯ PE RM ISSIO N TO USE

    Представляя эту диссертацию в частичном соответствии с требованиями для получения степени магистра в Университете штата Монтана, я согласен с тем, что Библиотека сделает ее доступной для заемщиков в соответствии с правилами Библиотеки .Краткие цитаты из этой диссертации допускаются без специального разрешения при условии точной ссылки на источник. Разрешение на обширное цитирование или воспроизведение этой диссертации может быть предоставлено моим основным профессором или, в его отсутствие, деканом библиотек, если, по мнению одного из них, предлагаемое использование материала предназначено для научных целей. Любое копирование или использование материала в этой диссертации для получения финансовой выгоды не допускается без моего письменного разрешения.

    Подпись Дата

    14-1

    Z

    O.

    A C K ​​N O W L ED G E M E N T S

    На протяжении всей работы автора в Государственном университете Монтаны д-р Балдев Тапар был постоянным источником вдохновения и поддержки. Его поддержка, доступность и активное участие, без которых эта работа была бы невозможна, мы с благодарностью отмечаем. Автор также благодарен доктору Виктору Герезу и доктору Мурари Кеджаривалу за их неизменную поддержку и поддержку.Мы ценим их ценные предложения, сделанные во время написания этой диссертации. Г-н Принц Эммануэль отвечает за кодирование частей начальной версии программы RESIS. Выражается признательность за его помощь при разработке более поздней версии программы. Благодарим факультет электротехники Университета штата Монтана и Энергетическое управление Бонневилля за их финансовую поддержку.

    V

    ТАБЛИЦА СООБЩЕНИЙ TS

    Стр. СПИСОК ТАБЛИЦ

    vi

    СПИСОК ЦИФР

    vii

    РЕЗЮМЕ 1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    6.

    7.

    viii

    ВВЕДЕНИЕ

    I

    Справочная информация и справочная литература по определению проблем

    I 7

    14

    Описание программы Разработка уравнений Использование программы

    14 16 20

    РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

    23

    Разработка сравнения выражений с существующими выражениями Сравнение с аналоговыми модельными тестами Уравнение применительно к Круглый пластинчатый и ленточный проводник

    23 24 24 25

    РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ

    29

    Разработка выражений Сравнение с существующей методологией

    29 32

    РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНДАМЕНТОВ 33

    Выражение Модель I.Модель усеченного конуса и грунта Модель 2. Модель усеченного конуса

    33 35 37

    АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ПЕРЕКРЕПЛЕННЫХ РЕШЕТОК

    41

    Основные соображения Решение лестничной цепи Приближенное решение проблемы Спад напряжения Длительное Очень Длинный проводник

    41 42 44 46

    ВЫВОДЫ И БУДУЩАЯ РАБОТА

    50

    СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

    53

    vi

    СПИСОК ТАБЛИЦ

    Таблица

    Стр.

    Номенклатура для выражений собственного и взаимного сопротивления заземления

    17

    2.

    Сопротивление заземления, сетчатые и ступенчатые напряжения для квадратных решеток

    20

    3.

    Изменение параметров конструкции в зависимости от размера проводника

    4.

    Сопротивление заземления сетей разной формы

    27

    5.

    Сопротивление заземления аналоговых моделей

    28

    6.

    Напряжения сетки и шага сеток разной формы

    31

    7.

    Точность конечных выражений и моделей

    39

    8.

    Напряжение в двух сетях

    48

    9.

    Профиль тока и напряжения вдоль интервала

    49

    vii

    СПИСОК 9000URES2 Рисунок 1.

    Страница Изменение F (X) с h, для p / p, = от 0,005 до 0,5

    12

    2.

    Формы и размеры заземляющих сеток

    21

    3.

    Модель I. Усеченный конус и модель почвы

    35

    4.

    Изменение O1 с h, для p / p, = 0,005-0,5

    37

    5.

    Модель 2. Модель усеченного конуса

    38

    6.

    Вариация O2 с h, для p / p, = 0,005–0,5

    40

    Viii

    AB ST RACT

    Важным аспектом проектирования системы заземления подстанции является расчет сопротивления заземления, обеспечиваемого сеткой заземления, а также значений сетки и ступенчатые напряжения на поверхности.Значения этих параметров должны поддерживаться в пределах определенных установленных излучений, принимая во внимание безопасность персонала, находящегося в зоне подстанции и за ее пределами. Уже доступны простые выражения для расчета этих параметров для квадратных и прямоугольных сеток. Компьютерные программы для проектирования сетей подстанции, независимо от их формы, доступны, но, как правило, утомительны в использовании, когда сети не симметричны, поскольку для описания конфигурации сети необходимо ввести большой объем данных.Таким образом, предпочтительны упрощенные выражения. Другим важным фактором при проектировании заземляющей сетки является сопротивление опоры, которое зависит от удельного сопротивления и толщины поверхностного слоя породы. Сопротивление опоры в настоящее время; может быть определен с помощью бесконечного ряда, который не очень легко оценить. Следовательно, существует необходимость в упрощенном конечном выражении для расчета сопротивления основания. Значение сопротивления основания также влияет на безопасные значения напряжений сетки и ступенчатого напряжения.Если две заземляющие сети подстанции соединены неизолированным проводом, при возникновении неисправности на одной подстанции важно определить с помощью простой аналитической процедуры влияние этого тока повреждения на другую сеть заземления и реакцию системы. в целом к ​​току короткого замыкания. Цели этого тезиса можно резюмировать следующим образом: (i) Разработать новый набор выражений, который может быть использован для расчета сопротивления заземления, а также напряжений сетки и ступенчатого напряжения для всех практических форм заземляющих сеток после получения информации относительно конфигурации сетки и характеристик почвы.(E) Разработать конечное выражение для расчета сопротивления фундамента подстанции; (Ei) Разработать метод для расчета общего сопротивления заземления системы из двух заземляющих сеток подстанции, соединенных неизолированным проводом, если смотреть со станции, на которой происходит короткое замыкание, и повышения потенциала земли на обеих подстанциях. В этой диссертации описаны выражения для расчета сопротивления заземления, напряжений сетки и ступеней, сопротивления фундамента и для оценки характеристик межсетевых сетей.Путем сравнения с существующими выражениями для расчета этих параметров демонстрируется значительное снижение ошибки за счет использования недавно разработанных выражений. Также кратко обсуждаются возможности будущей работы в этой области.

    I

    ГЛАВА I

    IN TRODUC TIO N

    Предпосылки и определение проблемы

    Система заземления на подстанции преследует две цели: эксплуатационные ограничения и ограничения оборудования или отрицательно влияющие на непрерывность обслуживания; (2) Обеспечить, чтобы люди, находящиеся поблизости от заземленных объектов, не подвергались опасности критического поражения электрическим током.Цепь возврата на землю определяется [1] как цепь, в которой используется земля или эквивалентное проводящее тело, чтобы обеспечить циркуляцию тока от или к источнику тока. Заземление – это проводящее соединение, с помощью которого электрическая цепь или оборудование соединяются с землей или некоторым проводящим телом относительно большой протяженности, которое служит вместо земли. Система или устройство снабжены заземлением для создания цепи возврата на землю и для поддержания ее потенциала примерно на уровне потенциала земли.Всякий раз, когда на подстанции происходит сбой, земля насыщается токами, протекающими на землю от сети заземления и других заземляющих электродов, расположенных ниже поверхности земли. Сеть заземления подстанции представляет собой систему из горизонтальных соединенных между собой проводов неизолированного заземления, разнесенных на несколько метров друг от друга и заглубленных в землю на глубине от 0,25 до 2,5 метров, которая обеспечивает общее заземление для всего оборудования, присутствующего на подстанции. Все системы заземления обеспечивают конечное сопротивление (от удаленной земли) токам короткого замыкания.Очень важно иметь очень низкое значение этого сопротивления, называемое сопротивлением заземления

    2 для сети подстанции, которое предпочтительно составляет около 1 Ом для больших подстанций и от 1 Ом до 5 Ом для распределительных подстанций. В то время как в нормальных условиях заземленное устройство на подстанции работает при почти нулевом потенциале земли, в условиях короткого замыкания часть тока короткого замыкания, проводимая в землю заземляющей сеткой, вызывает повышение потенциала сети относительно удаленная земля.Это повышение напряжения сети заземления называется повышением потенциала земли (GPR) и пропорционально величине тока короткого замыкания и сопротивлению заземления сети заземления. Двумя другими важными конструктивными параметрами, которые зависят от значения повышения потенциала земли и сопротивления заземления заземляющей сети, являются напряжение сетки и ступенчатое напряжение. Проводники заземляющей сетки делят ее на несколько сеток, и потенциал на поверхности земли над заземляющей сеткой неодинаков во всех точках.Напряжение прикосновения определяется как разность потенциалов между повышением потенциала земли и потенциалом поверхности в точке, где человек стоит, находясь в контакте с заземленной конструкцией. Максимальное значение напряжения прикосновения во дворе подстанции известно как сетевое напряжение. Ступенчатое напряжение определяется как разность поверхностного потенциала, испытываемого человеком, находящимся на расстоянии одного метра друг от друга, при этом никакая часть его тела не контактирует с какой-либо заземленной конструкцией.Человеческое тело для частот постоянного и переменного тока (50 и 60 Гц) может быть представлено как конечное неиндуктивное сопротивление, значение которого находится в диапазоне от 500 до 5000 Ом и обычно приближается к значению 1000 Ом [1] . Следовательно, существует критический предел количества энергии удара, которое может поглотить человек. Преодоление этого предела, который варьируется от человека к человеку в зависимости от факторов, включая массу тела, может оказаться опасным. Наиболее распространенными физиологическими эффектами электрического тока на тело являются восприятие, мышечные сокращения, потеря сознания, фибрилляция сердца, закупорка дыхательных нервов и жжение.Порог фибрилляции, который может оказаться фатальным, достигается при токе величиной 60 –

    3 100 мкА. Продолжительность, в течение которой ток короткого замыкания может выдерживаться большинством людей, определяется как [1] ​​(Jb)

    =

    (11)

    , где I8 – действующее значение тока в амперах, протекающего через тело. , ts – продолжительность протекания тока в секундах, а S8 – эмпирическая константа, относящаяся к энергии электрического удара, переносимой определенным процентом данной популяции.4

    (IA)

    Поскольку приведенные выше уравнения основаны на тестах для временного диапазона 0,03–0,3 секунды, они недействительны для очень короткого или длительного времени. Феррис, например [3], предлагает значение 100 мА в качестве порога фибрилляции, если продолжительность разряда не указана. Бейгельмайер [4] предложил значения 500 мA и 50 hiA соответственно для продолжительности разряда меньше или больше, чем продолжительность одного удара сердца. Таким образом, важно, чтобы система заземления была спроектирована таким образом, чтобы ударные токи не превышали указанного выше значения.Предполагается, что сопротивление человеческого тела R8 составляет около 1000 Ом для определения пределов ступенчатого напряжения и напряжения прикосновения. Подстанции обычно имеют слой щебня, разбросанного по почве. Это обычно обеспечивает слой с высоким удельным сопротивлением под ногами персонала на подстанции. Сильно упрощенный подход, который не учитывает взаимное сопротивление заземления между двумя ногами человека и предполагает очень большую глубину слоя щебня, дает значение сопротивления опоры (которое определяется как сопротивление поверхности земли). грунт ниже ног), Rfoon как 3ps, где ps – удельное сопротивление слоя щебня.Это выражение получено путем моделирования стопы в виде проводящего диска радиусом 8 см. В случайных цепях для сеточного и ступенчатого напряжений две ножки включены параллельно и последовательно; поэтому общее сопротивление опоры принимается равным LSp5 и 6ps. Слой щебня значительно увеличивает сопротивление контакта между опорами и поверхностью подстанции, что значительно снижает ток, протекающий через тело человека, находящегося на подстанции. Влияние слоя щебня, разложенного по поверхности зоны подстанции, на величину тока повреждения, протекающего вверх в тело, зависит от его толщины, относительного сопротивления слоя щебня и нижнего слоя грунта, а также сопротивления стопы., * O pJ0.116A / 4

    (1.8)

    Фактор C5 включен для учета слоя щебня, который уложен поверх почвы в районе подстанции и имеет удельное сопротивление, отличное от удельного сопротивления почва. Это коэффициент

    5, применяемый для компенсации конечной толщины поверхностного слоя щебня. Этот коэффициент и его расчет являются важным аспектом проектирования сети заземления подстанции и подробно обсуждаются ниже. Для однородного грунта без верхнего слоя щебня значение С равно единице.и Etouch (50) рассчитываются исходя из того, что масса тела человека, испытывающего эти напряжения, составляет 50 кг. Расчет сеточного и ступенчатого напряжений, а также сопротивления заземления, как часть методологии проектирования, может быть выполнен с использованием различных методов. Для этой цели был разработан ряд компьютерных программ, которые дают довольно точные результаты. К сожалению, программы не всегда доступны на полевых сайтах. Кроме того, предварительные стратегии проектирования не требуют высокой точности, предлагаемой этими программами.Следовательно, важно иметь упрощенный набор выражений, которые можно использовать для вычисления этих проектных параметров. Большая часть работы до сих пор была сосредоточена на сетках, которые имеют форму, приближающуюся к квадрату или прямоугольнику. Хотя упрощенные уравнения для расчета сопротивления заземления, а также напряжения сетки и ступенчатого напряжения для таких сетей были разработаны и используются в течение некоторого времени, не все сетки можно аппроксимировать квадратом или прямоугольником, и для расчета В таких сетках использование существующих выражений приводит к ошибочным результатам.), удельное сопротивление грунта (p). Конструкция сети подстанции зависит от области системы заземления, расстояния между проводниками, глубины заглубления сети заземления и формы сети. Целью данной диссертации является разработка нового набора выражений, который может быть применен к проектированию сетей заземления подстанций любой практической формы.

    6 Их можно резюмировать следующим образом: (i) Разработать новый набор выражений, которые можно использовать для расчета сопротивления заземления, а также напряжений сетки и ступеней для всех практических форм заземляющих сеток.(ii) Разработать конечное выражение для расчета сопротивления основания подстанции, которое легко использовать и дает достаточно точные результаты. (iii) Разработать метод для расчета общего сопротивления заземления системы из двух заземляющих сеток подстанции, соединенных неизолированным проводом, если смотреть со станции, на которой происходит короткое замыкание, и потенциала земли на обеих подстанциях. Результаты исследований, охваченных данной диссертацией, представлены в ссылках [5], [6], [7], [8].Глава I до сих пор дала краткое введение в области заземления подстанций, с которыми связаны темы, затронутые в этой диссертации. Некоторые работы по расчету сопротивления заземления, напряжения сети, напряжения ступени и сопротивления основания доступны в литературе и кратко изложены в следующем разделе этой главы. В главе 2 описывается алгоритм программы RESTS, который использовался в качестве основного эталона разработки для работы, включающей расчет сопротивления заземления, сеточного и ступенчатого напряжения, представленных в этой диссертации.Также обсуждаются соответствующие уравнения для построения матрицы сопротивлений. В главе 3 были описаны расчеты, включающие сопротивление заземления, и было проведено сравнение нового выражения для сопротивления заземления, представленного в этой диссертации, с выражениями, уже доступными в литературе. Точность упрощенных выражений также обсуждается для различных форм заземляющих сеток. В главе 4 рассматривается разработка выражений для расчета напряжений сетки и ступенчатого напряжения для сеток неправильной формы.Сравнение новых выражений с методологией, рекомендованной IEEE Std. 80 [1] также производится.

    7 В главе 5 описывается разработка выражения для расчета сопротивления основания. Кроме того, были представлены две достаточно точные аналитические модели для расчета сопротивления фундамента. Сравнение нового выражения с выражениями, рекомендованными стандартом IEEE Std. 80-1986, и продемонстрирована точность нового выражения и двух моделей.В главе 6 представлены подробные сведения о методе определения характеристик двух сетей подстанции, пересекаемых оголенным заглубленным проводником, при возникновении неисправности на одном из подстанций. С помощью предлагаемого метода можно рассчитать полное сопротивление заземления системы, если смотреть со стороны площадки, где происходит замыкание, и повышение потенциала земли на обеих подстанциях. Подробно обсуждается упрощенный метод, основанный на уравнениях линии передачи. Работа завершается кратким изложением проделанной работы и ее преимуществ в главе 7.Также обсуждается возможная будущая работа.

    Обзор литературы

    В этом разделе дается краткое изложение уже имеющихся выражений для расчета сопротивления заземления, напряжения сетки и ступенчатого напряжения; сопротивление опоры и характеристики взаимосвязанных систем заземления. Минимальное значение сопротивления заземления, обеспечиваемое сеткой, погруженной в почву с однородным сопротивлением, может быть получено из выражения для сопротивления круглой пластины, которое может применяться к квадратным сеткам.Это выражение имеет вид [I]: (1.9) где Rg – сопротивление заземляющей сети в омах, p – сопротивление грунта в ом-метрах, а A – площадь заземляющей сети в квадратных метрах.

    8 Верхний предел сопротивления заземления сетей подстанции квадратной формы может быть получен с помощью формулы, приведенной Лораном [9] и Ниманом [10]: (1. 10)

    где L – общая длина проводов сетки в метрах. Коэффициент p / L учитывает тот факт, что сопротивление твердой пластины всегда ниже, чем сопротивление сетки такой же формы, состоящей из конечного числа проводников.Как видно из формулы, разница в сопротивлении уменьшается и приближается к нулю, когда общая длина проводников становится бесконечно большой. Хотя эти выражения могут использоваться с разумной точностью для квадратных решеток, заглубленных в почву на глубине менее 0,25 метра, для решеток, заглубленных от минимум 0,25 метра до максимум 2,5 метра, Сверак [11] вводит поправочный коэффициент для учитывает изменение глубины залегания и выводит выражение для расчета сопротивления заземления как (1.a2 + (b / 2f

    (1.14)

    , где b – длина длинной стороны сетки, а a – длина короткой стороны сетки в метрах. Эти выражения и графики могут быть только применяется к ограниченному набору прямоугольников с максимальным отношением длины к ширине 8: 1. Также были предложены упрощенные уравнения для расчета напряжений сетки и ступенчатого напряжения. На сегодняшний день наилучшими из имеющихся выражений являются выражения, разработанные Свераком, и рекомендовано IEEE Std. 80. Напряжение сетки для квадратных сеток с квадратными ячейками рассчитывается как plaKmK-i

    (1.15)

    L, где Ig – максимальный ток сети, протекающий s от сети к земле, в амперах. Коэффициент шага для напряжения ячейки, Km, определяется как I

    2n

    D2

    (D + 2hf h + – In ———- 1 6 M + SDd Ad Kh n (2n – 1)

    (1,16)

    D – расстояние между параллельными проводниками в метрах, h – глубина заглубления проводников сетки в метрах, d – диаметр проводников сетки в метрах, а n – количество параллельных проводников. в любом направлении.Поправочные коэффициенты K1, Kji и Khare, используемые для компенсации того факта, что фактические сети отличаются от модели, которая основана на системе из параллельных проводников в одном направлении. Фактические сети имеют проводники в двух направлениях, и эти проводники соединяются на пересечениях. Поправочный коэффициент для геометрии сетки Ki задается как Ki = 0,656 + 0,172 * «

    (LI?)

    Корректирующий весовой коэффициент Kii, который регулирует влияние внутренних проводников на угловую сетку, задается как K il. = 1 / (2 «f»

    (1.1 – ° – 5 “”)

    (1.21)

    Для прямоугольных решеток с квадратными ячейками значение n определяется следующим образом: Для расчетов напряжения m esh n задается как n = V «a« b

    (1.22)

    где nA – количество параллельных проводников вдоль одной из координатных осей, а nB – количество вдоль другой оси. Для расчета ступенчатого напряжения n задается как n = max («A, ziB)

    (1,23 )

    11 Эти уравнения рекомендуется использовать в следующих пределах: 0.25 м

    (1,24a)

    d

    (1,246)

    D> 2,5 м

    (1,24c)

    Все приведенные выше выражения рекомендуются для использования с сетками, форма которых может быть аппроксимирована квадратом , или прямоугольник с отношением длины к ширине, не превышающим

    8: 1. Также доступны выражения для расчета сопротивления опоры [I]. Их можно резюмировать как:

    фунтов стерлингов

    F (K) = 1 + 2 фунта стерлингов

    d.= (P -PJ / (P + PJ

    (1.28)

    ) где p3 – удельное сопротивление поверхностного слоя щебня в ом-метрах, p – удельное сопротивление грунта в ом-метрах, X = h / b, h – толщина слоя щебня в метрах, b – эквивалентный радиус фута, равный 8 сантиметрам, а K – коэффициент отражения. На рисунке I показано изменение F (X) в зависимости от h, причем p / ps изменяется от 0,005. до 0,5, хотя значение сопротивления опоры может быть вычислено из приведенных выше выражений из-за бесконечного характера уравнения (1.26), их трудно использовать без помощи компьютера или программируемого калькулятора. Сидхар, Арора и Тапар [14] предложили конечное выражение для вычисления потенциала в любой точке из-за точечного источника тока, расположенного в любом месте двухслойной почвы. Конечное выражение для расчета сопротивления основания может быть получено из этого выражения.

    12 Сверак также предложил упрощенную формулу для расчета сопротивления опоры, которая может быть задана как (1.29)

    , где C (X) задано как

    C (X) = 1-0.1 0 6

    л ~ стр. 2/1, + 0.106

    где h – толщина верхнего слоя щебня.

    S

    0,6 –

    Рисунок I. Изменение F (X) с h, для p / p, = 0,005–0,5

    (1,30)

    13 Sobralj e ta l [15] разработал метод для изучение взаимосвязанных систем заземления, соединенных воздушными заземляющими проводами. В их анализе не учитывается взаимное влияние взаимосвязанных сетей, и предполагается, что система состоит из нескольких сетей и воздушных заземляющих проводов, которые передают потенциал находящейся под напряжением сети на другие подключенные сети.

    14

    CH A PTER 2

    TH E PR OGRAM RESIS

    Описание программы

    Чтобы иметь доступную ссылку, с которой можно сравнивать любые вновь разработанные выражения, компьютерная программа RESTS, основанная на конечном элементный анализ. Эта программа может обрабатывать сеточные конфигурации, состоящие из прямых линейных проводников, уложенных в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Для данной конфигурации сетки проводники сетки делятся на небольшие прямые сегменты, каждый примерно по 5 метров в длину.Затем рассчитываются собственное и взаимное сопротивление этих сегментов, чтобы получить сопротивление заземления сети. Для сетей с очень большим количеством параллельных проводов падением напряжения можно пренебречь из-за более низкого значения тока, протекающего на проводник. Для больших сетей с небольшим количеством проводников возникает необходимость выразить напряжение на каждом сегменте как функцию приложенного напряжения, и напряжение падает из-за токов утечки, протекающих через сопротивление и индуктивность, а также взаимных индуктивностей сегменты проводов.Поскольку на практике сетки такого типа редко используются, в программе RESTS предполагается, что проводники имеют одинаковый потенциал. Это допустимое предположение, поскольку на частотах мощности сопротивление и индуктивность сегментов незначительны по сравнению с сопротивлением между сегментами и землей. На частотах мощности падение напряжения на проводниках становится важным только в том случае, если длина проводников становится очень большой.

    15 Каждый раз, когда на подстанции происходит отказ, часть тока короткого замыкания течет на землю через заземляющую сеть.Этот ток короткого замыкания, протекающий через заземляющую сеть, вызывает повышение потенциала сети по отношению к удаленному заземлению. Это повышение потенциала сегментов проводника также известно как повышение потенциала земли (GPR) сети. Часть тока короткого замыкания, протекающего через сеть, рассеивается каждым из сегментов проводника. Таким образом, важно определить распределение тока по сегментам проводов сети. Как только распределение тока определено, напряжение в любой точке на поверхности земли определяется путем получения суммы напряжений в этой точке из-за тока, рассеиваемого каждым из сегментов.Таким образом можно рассчитать профиль напряжения в любом направлении на поверхности земли. Как только профиль напряжения доступен, можно вычислить сетку и ступенчатое напряжение. Для данной конструкции, на основе конфигурации проводников сети, обычно может быть определена приблизительная площадь, в пределах которой точка, в которой, вероятно, возникнет минимальный потенциал. В пределах указанной области определяются потенциалы в конечном числе точек, и определяется минимум этих значений и его местоположение.Разница между GPR и этим минимальным напряжением дает значение напряжения сетки для конкретной конфигурации. Для сетей неправильной формы вероятно, что точка минимального потенциала не может быть легко идентифицирована, и большая область, в пределах которой это точка, скорее всего, произойдет, возможно, придется выбрать. Напряжение ступеньки рассчитывается как разница в напряжении между двумя точками на поверхности земли: одна находится непосредственно над углом сетки, а другая на расстоянии одного метра в направлении диагонали угловой сетки, вытянутой наружу.В случае решеток неправильной формы может быть определено ступенчатое напряжение во всех угловых точках, и самое высокое из этих значений записано как максимальное ступенчатое напряжение сети.

    16 Уравнение для расчета потенциала в точке, а затем уравнения для расчета собственного и взаимного сопротивления различных сегментов проводника выводятся на основе метода изображений [15]. Это сделано для того, чтобы учесть границу между землей и воздухом.j (x – x m + L / 2) 2+ (y – ym) 2+ (z – zm) 2 + x – X m + L / 2 -r ~ r * ln I ——– ——— y (x —xm- LU) 2+ (y —y, „f + (z —zm) 2 + x – xm — L / 2

    (2. 1)

    Подобные уравнения могут быть написаны для проводников, ориентированных вдоль осей координат y и z. Номенклатура, используемая в уравнении (2.1) выше и в уравнениях (2.2), (2.3) и (2.4) ниже, поясняется в таблице I. Собственное сопротивление заземления Rmm сегмента проводника определяется как отношение напряжения на сегменте к току, протекающему из сегмента, без учета влияния других сегментов проводника, и определяется путем расчета среднего потенциала на поверхность проводника, когда он разряжает единичный ток.*

    (2. 2)

    Это уравнение включает влияние изображения рассматриваемого сегмента проводника. Взаимное сопротивление заземления Rmn между двумя линейными сегментами m и n проводника определяется путем вычисления среднего потенциала на поверхности сегмента m проводника, когда сегмент n проводника разряжает единичный ток. Чтобы учесть влияние сегментов изображения, компьютер запрограммирован таким образом, что уравнение применяется дважды: один раз для двух сегментов

    17 и один раз для одного из сегментов и изображения для другого.Сумма этих значений дает нам общее взаимное сопротивление заземления между двумя сегментами проводов. Взаимное сопротивление сегмента m, как видно из сегмента n, равно взаимному сопротивлению сегмента n, как видно из сегмента m (т.е.), Rmn = Rnm.

    ТАБЛИЦА I. НОМЕНКЛАТУРА ДЛЯ ВЫРАЖЕНИЙ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО И ВЗАИМНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ L rh Xm5YmlZm Xn5YntZn

    = длина сегментов проводников = радиус проводников = глубина заглубления сетки = x, y, координаты z m-го сегмента = x 5y , z координаты n-го сегмента

    \ Xm- X j = a a2 + b2 = Ci V (o + L) 2+ b2 + 4h3 = d2

    \ yb-y „i = i>

    i L2 + M 2 = L1

    ^ a2 + b 2 + 4h3 = c2

    i (a + L f + b2 = d1

    i (a – L) 2+ b2 = e1

    V (4 – L f + b2 + 4h3 = e2

    d-y + a + L = Z1

    d2 + a + L = f2

    Cj + a- L = g,

    e2 + a – L = g 2

    (C1 + ti) = J1

    (c, + 412 = Jz

    L a + – = wP.r Зимнее совещание инженерного общества. 1990.

    [6]

    ThaparfB., В.Герес, А.Балакришнан, Д.А.Бланк, «Упрощенные уравнения для сетчатых и ступенчатых напряжений в подстанции переменного тока», принято для презентации на летнем совещании инженерного общества TRRR Pnwmr. . 1990.

    [7]

    ThaparfB., В.Герез, А.Балакришнан, Д.А. Бланк, «Конечное выражение и модели устойчивости к опорой на подстанции», Направлено для презентации на Международном совещании TRRR / PRS. Индия.

    [8]

    ThaparfB., В.Герес, А.Балакришнан, Д.А.Бланк, «Сети заземления подстанции, соединенные заглубленными проводниками», Направлено для презентации на Международном совещании TRRR / PRS. Индия.

    [9]

    LamrentfP., «Общие основы методов электрического заземления», Le Bulletin de Las Societe Francaise des Electriciens. Июль 1951.

    [10]

    Ниманн, Дж., “Unstellung von Hochstapannugs-Erdungslagen AufdenBetrieb M it Starr Geerdetem Stempunkt”, Electrotechnische Zeitschrift.V ol.73, pp. 333-337, May

    [11]

    Sverak, JG, “Упрощенный анализ электрических градиентов выше наземной сети: Часть I – Насколько хорош нынешний метод IEEE?”, IEEE Сделки по энергетическим аппаратам и системам. Vol. PAS-103, стр. 7-25, январь 1984 г.

    [12]

    Schwarz 1S J., «Аналитические выражения для сопротивления систем заземления», ATRR Transactions. Том 73, часть IH-B, стр. 1011-1016, 1954.

    [13]

    Kercel, S.W., «Проектирование систем заземления распределительных устройств с использованием мультикальных сетей», транзакции TPRR на силовых аппаратах и ​​системах.Vol. PA S-100, pp.1341-1350, март 1981 г.

    [14]

    Seedhar 1FLR., JKArora, B.Thapar, «Конечные выражения для вычисления потенциала в двухслойной почве», IEEE Transactions on Power Delivery . Vol. PWRD-2, 1987, с.1098-1102.

    55

    [15]

    Собрал, С.Т., и др., «Разъединенный метод исследования крупномасштабных взаимосвязанных систем заземления с использованием микрокомпьютеров – Часть I – Основы», Правила TFRR по подаче электроэнергии. Vol. ПВ РД-3, 1988, с.1536-1544.

    [16]

    «Методики анализа систем заземления электрических подстанций – Голосование: Методология проектирования и испытания». Отчет об исследовательском проекте EPRI E L -2 6 8 2, 1982.

    [17]

    Джой, Э. Б., Н. Пайк, Т. Э. Брюер, Р. Э. Уилсон, Р. П. Уэбб, А. М. Элиопулос, «Графические данные для анализа наземных сетей», IEEE Transactions on Power Apparatus and System s. Vol. P A S-102, pp.3038-3048, сентябрь 1983 г.

    [18]

    Магнуссон, П. К., Линии передачи и распространение волн.Allyn and Bacon,

    М О Н ТА Н А С Т А Т П Iiu a / cdcttv ■ m n.

    3 1762 10036045 0

    Расчет тока короткого замыкания – журнал IAEI

    Один из самых фундаментальных расчетов системы распределения электроэнергии – это расчет доступного тока короткого замыкания. В выпуске журнала IAEI за сентябрь – октябрь 2012 г. была статья под названием «Основы, максимальный ток повреждения», в которой говорилось на эту тему, но не рассматривались математические выкладки. С тех пор я получил много просьб заняться математикой.Я надеюсь, что эта статья удовлетворит любопытные умы подробностями о вычислении доступного тока короткого замыкания и предоставит некоторые уравнения для изучения студентом.

    Доступный ток короткого замыкания

    Максимальный доступный ток короткого замыкания является важным параметром для каждой системы распределения электроэнергии, поскольку он обеспечивает точку данных, необходимую для подтверждения того, что оборудование используется в пределах своих номинальных характеристик, и что система работает в соответствии с ожиданиями. Имеющийся ток короткого замыкания также используется во многих других приложениях.

    Национальный электротехнический кодекс требует эту точку данных для обеспечения соблюдения таких разделов, как 110.9, рейтинг прерывания; 110.10. Полное сопротивление цепи, номинальные значения тока короткого замыкания и другие характеристики; и 110.24 Доступный ток повреждения. Независимо от того, являетесь ли вы проектировщиком, установщиком или инспектором, в какой-то момент вашей карьеры вы столкнетесь с расчетом доступного тока короткого замыкания. Понимание математики, лежащей в основе этого, и того, как используются расчетные токи короткого замыкания, может только расширить знания и понимание.Это также может помочь нам понять, что эти расчеты должен производить квалифицированный специалист. Итак, ради понимания, я предлагаю эту статью, чтобы вы встали на путь.

    Основы расчета тока короткого замыкания

    Все, что вам нужно знать о вычислении токов короткого замыкания, вы изучили в схемах 101, тригонометрии и базовых математических курсах. На рисунке 1 показана простая однолинейная схема, которая вполне может быть вашим основным служебным входом для коммерческой или промышленной установки.

    Рисунок 1. Однолинейная схема

    Рисунок 2 – это базовая принципиальная схема того, что представлено на рисунке 1, и которая будет использоваться для расчета доступного тока короткого замыкания в любой точке приведенной выше простой однолинейной схемы. Инженеры назовут то, что вы видите на Рисунке 2, диаграммой импеданса, поскольку она в основном преобразует каждый компонент на Рисунке 1 выше в значения импеданса. Для тех из вас, кто разбирается в цепях 101, то, что вы видите ниже, когда все импедансы сложены вместе, представляет собой «эквивалент Теванина», который включает в себя импеданс и источник напряжения.Эта базовая схема будет использоваться в этой статье.

    Рис. 2. Диаграмма импеданса (схема)

    Для расчетов и упрощения нашей работы с этим документом необходимо сделать допущения.

    Предположения для трансформатора, который будет использоваться как часть примера для этой статьи, будут включать следующие. Эта информация должна быть доступна при чтении паспортной таблички трансформатора.

    Трансформатор кВА 1500
    Первичное напряжение 4160 В
    Вторичное напряжение 480 В
    % Импеданс 5.75%

    Предполагается для тока короткого замыкания, доступного для электросети. Для этого упражнения будет использовано 50 000 ампер. Перед проведением исследования с коммунальным предприятием связываются для получения этой информации. Они могут обеспечить доступный ток короткого замыкания одним из нескольких различных способов. Самыми простыми и, вероятно, наиболее заметными данными от электросети будут доступный ток короткого замыкания в кА. Некоторые утилиты могут вместо этого предоставлять данные в виде MVA короткого замыкания. В этой статье будут представлены уравнения для обеих форм ввода, но с учетом доступного тока короткого замыкания 50 кА.

    Что касается импеданса проводника, следующие расчеты будут игнорировать сопротивление проводника и использовать только реактивное сопротивление. Это сделает две вещи для этой статьи. Во-первых, это приведет к более высокому току повреждения, чем можно было бы рассчитать, если бы мы приняли во внимание как сопротивление, так и реактивное сопротивление. Во-вторых, это упростит математику. В последнем разделе этой статьи будут представлены результаты анализа, включающие сопротивление и реактивное сопротивление проводников и электросети.Используемые методы отражают методы, используемые в таких программах, как SKM Systems Analysis A-Fault.

    Эта статья также не предполагает участия двигателя. Максимальный доступный ток короткого замыкания должен включать все составляющие короткого замыкания. Мы не включаем этот вклад в эти усилия для простоты.

    Основные расчеты трансформатора

    Самым первым шагом этого процесса является расчет ампер полной нагрузки (FLA) для трансформатора. Еще один базовый расчет, который электротехнику придется выполнять в какой-то момент своей карьеры, и который некоторые выполняют много раз в день.Уравнения для расчета FLA приведены ниже:

    FLA вторичный = кВА
    (√3) × (кВсек)
    FLA Вторичный = 1500
    [(√3) × (0,480)] = 1804 А

    Этот трансформатор на 1500 кВА имеет FLA вторичной обмотки 1804 ампер. Этот параметр необходим для выбора вторичных проводов для этого трансформатора.Основываясь на этом FLA и использовании таблицы 310.15 (B) (16) из NEC 2014, количество проводников, используемых на вторичной обмотке трансформатора, будет составлять 5-500 проводников MCM на фазу.

    Расчет тока короткого замыкания на вторичной обмотке главного трансформатора

    Есть два подхода к вычислению доступного тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора. Мы можем рассчитать максимальное количество, которое трансформатор пропустит, как если бы объект выработки электроэнергии был подключен непосредственно к линейной стороне трансформатора, или мы можем рассчитать доступный ток повреждения с учетом предоставленного доступного тока повреждения от электросети.Первый подход, который приводит к максимальной величине тока повреждения, который пропускает трансформатор, называется расчетом «бесконечной шины». Схема на рисунке 2 может быть перерисована, чтобы включить нулевой импеданс для электросети, что снизит общий импеданс цепи и, таким образом, увеличит значение расчетного тока короткого замыкания. На рис. 3 будет показан максимально допустимый ток короткого замыкания, который может подавать трансформатор.

    Рисунок 3. Эквивалентная схема бесконечной шины

    На рис. 3 показано только полное сопротивление трансформатора.Уравнение для расчета максимального доступного тока короткого замыкания, который может обеспечить трансформатор, выглядит следующим образом:

    Isc = (трансформатор кВА) × 100
    (√3) × (вторичный кВ) × (трансформатор% Z)

    Используя информацию, указанную выше для примера трансформатора 1500 кВА для этого примера, максимальный доступный ток повреждения, который пропускает этот конкретный трансформатор, составляет 31 378 ампер и рассчитывается следующим образом:

    Isc = 1500 × 100
    (√3) × (0.480) × (5,75) = 31 378 ампер

    Это говорит нам о том, что вторичная обмотка трансформатора не может видеть больше тока повреждения, чем мы рассчитали. На стороне электросети НЕТ изменений, которые могут повлиять на этот доступный ток короткого замыкания до точки, где он будет превышать 31 378 ампер. Единственный способ получить более 31 378 ампер, если мы изменим трансформатор, и новый трансформатор, который предположительно будет таким же по всем другим характеристикам, будет иметь другой% импеданса.На рисунке 4 представлена ​​таблица, которая включает результаты изменения импеданса исследуемого трансформатора +/- 20% с шагом 5% по сравнению со значением импеданса 5,75%, используемым в этом примере. Это показывает, как изменение импеданса трансформатора повлияет на максимально допустимый ток короткого замыкания, который он может пропустить.

    Как показано на рисунке 4, изменение трансформатора и изменение его импеданса может оказать значительное влияние на систему. Если бы я рискнул предположить, я бы сказал, что в большинстве случаев коммунальное предприятие, меняющее служебный трансформатор, будет признано предприятием.Задача состоит в том, чтобы владелец объекта или постоянные сотрудники понимали, как это изменение может повлиять на их систему распределения электроэнергии. При внесении изменений следует обновить метки, подобные тем, которые включены в Раздел 110.24 NEC .

    Рис. 4. Влияние изменения импеданса (+ / – 20%) трансформатора на 1500 кВА

    В этом расчете не учитывается полное сопротивление источника электросети и не учитываются проводники на стороне нагрузки. Давайте теперь исследуем влияние добавления в сеть доступного тока короткого замыкания.

    Расчет тока короткого замыкания с учетом тока повреждения сети

    Как и в большинстве ситуаций, мы выбираем консервативные ярлыки, консервативные в отношении безопасности, пока не возникнут ситуации, требующие углубления в детали. Вышеупомянутый ярлык для расчета тока повреждения является консервативным, поскольку он НЕ учитывает доступный ток повреждения сети, дающий максимальное значение. При рассмотрении прерывания и других аналогичных номиналов устройства и оборудование, которые могут выдерживать это консервативное значение тока короткого замыкания, не нуждаются в дополнительных исследованиях.Когда новое или существующее оборудование не может справиться с этим консервативно высоким доступным током короткого замыкания, может быть проведен дальнейший подробный анализ или оборудование может быть заменено или рассчитано соответствующим образом. Далее будет рассмотрен вопрос о добавлении полезности при наличии доступного тока короткого замыкания. В частности, 50 кА доступны в коммунальном хозяйстве. Это продемонстрирует, что таким образом можно уменьшить рассчитанные 31 378 ампер.

    Ниже приведены два уравнения, которые относятся к наличию кА и наличию MVA короткого замыкания.В этом примере мы будем использовать приведенное ниже уравнение, в котором предполагается, что электросеть предоставила вам доступный ток короткого замыкания в кА.

    Принципиальная схема теперь выглядит так, как показано на рисунке 5.

    Рис. 5. Принципиальная электрическая схема, которая включает импеданс трансформатора и сетевого источника.

    Первым необходимым шагом является преобразование предоставленной электросетью доступной информации о токе повреждения (50 кА) в полное сопротивление источника.
    Если кА предоставляется от электросети:

    % Z утилита = кВА трансформатор × 100
    (Isc электросети) × (√3) × (кВ первичная)

    При коротком замыкании MVA предоставляется коммунальным предприятием:

    % Z утилита = кВА трансформатор
    Короткое замыкание кВА инженерных сетей

    Для данного доступного тока короткого замыкания электросети 50 кА% Z электросети рассчитывается следующим образом:

    % Z утилита = 1500 × 100
    (50 000) × (√3) × (4.160) = 0,420

    На рисунке 6 показаны значения импеданса источника электросети для различных токов повреждения электросети для этого конкретного примера. Как отмечалось выше, трансформатор кВА и первичное напряжение будут играть ключевую роль в этих значениях.

    Рисунок 6. Значения импеданса сетевого источника для различных уровней доступного тока короткого замыкания в электросети

    Уравнение для расчета доступного тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, которое включает полное сопротивление электросети, выглядит следующим образом:

    Isc = (трансформатор, кВА) × 100)
    (√3) × (Вторичный кВ) × [(% Zтрансформатор) + (% Z полезность)]

    После вставки всех известных переменных новый доступный ток повреждения рассчитывается следующим образом:

    Isc = 1500 × 100
    (√3) × (0.480) × [(5,75) + (0,4164)] = 29 259 А

    Если мы сравним расчет бесконечной шины и тот, который включал импеданс источника электросети (доступный ток короткого замыкания 50 000 ампер), мы увидим, что доступный ток короткого замыкания упал с 31 378 ампер до 29 259 ампер, что на 6,8% меньше. в доступном токе короткого замыкания (2119 ампер).

    Влияние изменяющегося тока короткого замыкания, доступного в электросети, показано на рисунке 7. В этой таблице показано, как изменяется расчетный доступный ток короткого замыкания при изменении значений тока повреждения источника электросети.Доступный ток короткого замыкания 50 кА используется в качестве значения, с которым сравниваются изменения. Интересно видеть, что увеличение доступного тока короткого замыкания от электросети, если исходная точка составляет 50 кА, не имеет такого большого влияния, как можно было бы подумать. Например, удвоение доступного тока повреждения электросети с 50 кА до 100 кА увеличивает доступный ток повреждения вторичной обмотки трансформатора только на 3%, или на 1022 ампер. Для большинства устройств защиты от сверхтоков это изменение не должно быть значительным.Я слышал, что некоторые говорили, что мы не должны маркировать оборудование входа для обслуживания, потому что коммунальное предприятие может вносить изменения в коммутацию на стороне линии, которые повлияют на номер на этикетке. Рисунок 7 – хороший пример, который показывает, что даже если бесконечная шина не использовалась, изменения на стороне электросети не имеют такого значительного влияния на ток короткого замыкания, как можно было бы подумать.

    Рис. 7. Влияние различных токов короткого замыкания, доступных в электросети, на систему распределения электроэнергии.

    Напомним, где мы находимся в этом обсуждении, доступные токи замыкания показаны на рисунке 7a.

    Следующее, что мы должны рассмотреть, – это провод на вторичной обмотке трансформатора. Это еще больше снизит доступный ток короткого замыкания.

    Расчет – после длины проводника

    Проводники могут оказывать значительное влияние на доступный ток короткого замыкания. Давайте продолжим анализ этого примера трансформатора 1500 кВА, добавив параллельные проводники 500MCM на стороне нагрузки.

    Эквивалентная схема уже представлена ​​как часть рисунка 1.Теперь давайте рассмотрим влияние длины проводника на доступный ток короткого замыкания. Нам понадобится следующее уравнение:

    Данные, необходимые для этого примера, взяты из Национального электротехнического кодекса . Из Таблицы 9 из NEC 2014 для проводника 500 MCM в стальном трубопроводе найдено, что Xl (реактивное сопротивление) составляет 0,048 Ом / 1000 футов. В этом примере, как указывалось ранее, мы используем только значение реактивного сопротивления, которое приведет к немного более высоким значениям тока короткого замыкания и сделает математические вычисления для этой публикации более приемлемыми.Для трансформатора мощностью 1500 кВА с током полной нагрузки 1804 нам потребуется 5-500 мкс проводов, включенных параллельно на каждую фазу. Расчет производится следующим образом:


    уравнение для расчета доступного тока короткого замыкания выглядит следующим образом:

    Подставив все известные переменные, мы вычислили ISC следующим образом:

    Тот же расчет, предполагающий бесконечную шину без полного сопротивления сети, выглядит следующим образом:

    Подводя итог еще раз,

    Как можно увидеть здесь, включение дополнительных деталей снижает доступный ток короткого замыкания.В этом случае ток короткого замыкания был снижен с 31 378 ампер до 26 566 ампер, примерно на 15,3%.

    Рисунок 8. Сводка расчетов и сравнение с другими инструментами для расчета доступного тока короткого замыкания.

    Окончательная калибровка

    Итак, мы прошли через расчет доступного тока короткого замыкания для служебного входного оборудования. Мы показали, как короткие пути приводят к консервативным доступным токам короткого замыкания, которые в целях оценки отключающих характеристик и / или оценок SCCR обеспечивают коэффициент безопасности для конструкции.Мы также показали, как можно снизить имеющиеся токи короткого замыкания с помощью более подробного анализа, но это требует больше усилий и знаний. Давайте посмотрим на приведенный выше пример и рассмотрим другие инструменты, которые могут быть доступны.

    В нашем распоряжении есть различные инструменты, когда мы рассматриваем возможность расчета доступного тока короткого замыкания. Некоторые из них довольно дороги и требуют использования обученных специалистов. К ним относятся такие программные приложения, как инструменты системного анализа SKM. Эти приложения действительно являются достаточно подробными и предоставляют очень подробные отчеты.Существуют также бесплатные инструменты, такие как калькулятор короткого замыкания Eaton Bussmann FC2. Рисунок 8 суммирует то, что мы сделали выше, И дает сравнение с SKM и с приложением Bussmann FC2. Калькулятор Bussmann FC2 является бесплатным и доступен в Интернете или для любого IPHONE или ANDROID через App Store любого продукта. Посетите www.cooperbussmann.com/fc2 для получения дополнительной информации. Вы заметите, что результат программного обеспечения SKM использует как реальную, так и реактивную составляющие проводника. Значения импеданса были взяты прямо из Таблицы 9 в NEC 2014 для медных проводников в стальном трубопроводе.

    Опять же, ни один из примеров, показанных выше и включенных в эту статью, не учитывает моторный вклад. Это было упражнение, призванное дать некоторую основу для обсуждения токов короткого замыкания, и поэтому простота была нашим другом.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *