Курсовая работа дисциплины Электроснабжение зданий и населенных мест с основами электротехники и электроники

13.2. Расчет рабочего заземления
13.2.1. Конструкция ЗУ
Для электроснабжения механизмов и устройств котельной используется электропроводная сеть напряжением 380 В, для которой обя- зательно глухое заземление нейтрали трансформатора (трансформаторов) КТП.
Заземляющее устройство (ЗУ) выполняется выносным и размещается в непосредственной близости от котельной.
ЗУ рабочего заземления искусственное, с использованием заземлителей - стальных проводников, размещаемые вертикально в земле на расстоянии 2.5...3 м, и стальных полос с сечением не менее 40 (толщиной 4 мм), связывающих заземлители в общий заземляющий контур.
Последний соединяется с нейтралью трансформатора - специально прокладываемым заземляющим проводником - стальной полосой (40 мм², 4 мм толщиной) или стальной катанкой диаметром не менее 10 мм.
В качестве заземлителей используется угловая сталь размерами не менее 50х30х4 мм длиной 2...3 м, стальные стержни (прутки) диаметром не менее 10 мм длиной около 4 м, трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и наружными диаметрами 57, 76, 89 мм. Заземлители забиваются вертикально в землю в предварительно вырытой траншее глубиной Н₀ = 0,6...0,7 м. Связывающая полоса укладывается на ребро по дну траншеи и приваривается к заземлителям.
Заземлители могут размещаться в ряд при их относительно небольшом количестве (до 20 шт) - рисунок 12, а), либо в замкнутый прямоугольный или квадратный контур при их числе больше 20 - рисунок 12, б.

Рисунок 12. - Схемы размещения вертикальных заземлителей:
а - в ряд; б - в замкнутые контуры

13.2.2. Требования к заземлению

Каждое ЗУ должно обеспечивать определенную величину так называемого сопротивления растеканию тока Rз, т.е. сопротивления, которое оказывает электрическому току в земле участок почвы от заземлителя до точек с нулевым потенциалом. Так, Правилами устройства
электроустановок (ПУЭ) предписаны следующие значения Rз:
• для электроустановок напряжением до 1000 В и присоединенной мощностью потребителей 100 и более кВА:
Rз ≤ 4, Ом
• для электроустановок с напряжением более и менее 1000 В одновременно:

но при условии, что в любом случае полученная величина Rз не должна быть больше Rз для напряжения до 1000 В, т.е. Rз = 4 Ом.
В формуле Iз - расчетный ток однофазного замыкания на землю, равный:

где U_ф - фазное напряжение высоковольтного ввода в котельную (кВ);
lк и lв - длины высоковольтных кабельных и воздушных линий, подключенных со стороны ВН к городской (районной) трансформаторной подстанции, от которой организовано электроснабжение котельной (км).

13.2.3. Последовательность расчета заземления

Расчет заземления производится в следующей последовательности:
1. В соответствии с заданием, принимая lк = 20 км, lв = 30 км - для сети РЭС 10 кВ, определим необходимую величину Iз и Rз:


Примем

2. 
   Определим расчетное удельное сопротивление грунта ρ с учетом климатического коэффициента ψ по формуле:
   

ρ = ρ_предвψ, Ом·м,
Значения ρ_предв и ψ берутся из таблицы для выбранного грунта и степени его влажности. Выберем глину со средней влажностью грунта. Тогда
ρ = 40∙1,36=54,4 Ом·м
3. Выберем тип вертикальных заземлителей, их размеры (см.п.13.2.1.). Выберем трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и наружными диаметром 57мм.
4. Определим предварительное число N_пр вертикальных заземлителей
и решим вопрос их размещения на плане в ряд или в замкнутый контур с учетом расстояния между ними (см.п. 13.2.1). Так как в нашем случае Rз ≤ 4 Ом, то для этой требуемой величины (заземление нейтралей обмоток НН трансформаторов КТП) можно при этом руководствоваться рекомендациями таблицы. Так как грунт – глина и материал – трубы, то N_пр = 8 при размещении их в ряд.

4. 
   Рассчитывается сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя:
   

В этой формуле все размеры в метрах и соответствуют рисунку 13.

Рисунок 13.

5. 
   Определяется суммарное сопротивление растеканию тока всех параллельно соединенных по отношению к земле вертикальных заземлителей без связующей полосы:
   

R_в.з. = R_0g /(N_пр ·η_з ), Ом
где η_з - коэффициент использования вертикальных заземлителей, взаимовлияющих (экранирующих) друг на друга. Это значение выбирается с интерполяцией по таблице в соответствии с заземлителями, их размещением и размерами. При количестве заземлителей, расположенных в ряд N_пр = 8 и при отношении расстояния между заземлителями к их длине равном 1, η_з = 0,62.
R_в.з. = 14/(8 ·0,62) = 2,82 Ом

6. 
   Найдем общую длину L_п стальной полосы, связующей все вертикальные заземлители. Удобнее всего это сделать с помощью плана контура заземления. Длина связующей полосы при установке вертикальных заземлителей в ряд или одиночный контур определяется из соотношения:
   

L_п = l(N_пр - 1), м
где l - расстояние между заземлителями, м (см. п.13.2.1).
L_п = 3(8 - 1)=21 м

7. 
   Рассчитаем сопротивление растеканию тока R_п связующей полосы, как одиночного горизонтального, углубленного в грунт на глубину H₀ = 0,6...0,7 м, заземлителя (рисунок 14 ):
   

где в_п – ширина полосы.


Рисунок 14.
По таблице для принятого размещения и числа N_пр вертикальных заземлителей определяется с интерполяцией коэффициент использования η_п связующей полосы, учитывающий влияние (экранирование) вертикальных заземлителей на ее сопротивление R_n. При количестве заземлителей, расположенных в ряд N_пр = 8 и при отношении расстояния между заземлителями к их длине равном 1, η_п = 0,67.
Далее находится фактическое сопротивление растеканию тока связующей полосы:

8. 
   Рассчитаем полное расчетное сопротивление тока всего заземляющего контура, в котором вертикальные заземлители и связующая полоса соединены по отношению к земле параллельно:
   

9. 
   Сравнивается требуемая величина R_з, с расчетной R¹_з. Должно выполняться условие:
   

R_з
4 Ом ≥ 0,22 Ом ≥ 0,9·4
Условие выполняется.
Запишем окончательное количество вертикальных заземлителей N_з = N_пр = 8.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Горного дела и строительства
КафедраСанитарно-технических систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

дисциплины
Электроснабжение зданий и населенных мест с основами электротехники и электроники

Выполнил студент гр.___________ бурнашева А.И

Проверил преподаватель каф.СТС Демин В.к.
Тула, 2023