Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
яют весьма малую часть от капитальных затрат на искусственный заземлитель.
Капитальные затраты на искусственный заземлитель в общем случае складываются из затрат на горизонтальные и вертикальные электроды с учетом земляных работ и монтажа, специальные покрытия с высоким удельным сопротивлением (гравийные или щебеночные), выполняемые в соответствии с [6] для уменьшения напряжения прикосновения, и на денежную компенсацию за отчуждаемую территорию (землю), на которой расположен только заземлитель (если заземлитель выходит за пределы площадки, на которой находится заземляемое оборудование электроустановки) :
Зк = згL + звnв1в + зпhпSп + kз(S - So), (2.8)
где зг, зв, зп - удельные капитальные затраты соответственно на единицу длины горизонтальных и вертикальных электродов и на единицу объема специального покрытия; kз - удельная (на единицу площади) компенсация за землю; L - общая длина всех горизонтальных электродов; nв, 1в - соответственно число и длина вертикальных электродов; Sп, S, So - площадь, занимаемая соответственно специальным покрытием, искусственным заземлителем и заземляемым оборудованием электроустановки; hп - толщина слоя специального покрытия.
В нашей стране в настоящее время действуют нормы на электрические характеристики заземляющих устройств, вся совокупность которых в общем виде сводится к ограничениям сопротивления заземляющих устройств и напряжения на них, а также напряжения прикосновения:
Rз,у ? , Uз,у ? , Uп ? . (2.9)
Установлены также нормы на некоторые конструктивные параметры заземлителей: на минимальное поперечное сечение заземляющих электродов с учетом коррозионной и термической устойчивости, а также механической прочности, на конструкцию заземляющей сетки (шаг между соседними поперечными электродами, выравнивающими электрический потенциал, выполнение заземлителя в виде замкнутого контура и др.). Кроме того, на конструктивные параметры сложных заземлителей накладывают и некоторые дополнительные ограничения: площадь, на которой размещается заземлитель, должна быть не меньше площади, на которой расположено заземляемое оборудование электроустановки; длина вертикальных электродов не должна превышать некоторое максимально допустимое значение lвmax, определяемое возможностями механизированного монтажа; защитный слой t земли над горизонтальными и вертикальными электродами должен быть не менее 0,3 м, а толщина слоя специального покрытия не менее 0,1 м, т.е.
? S0; lв ? lвmax; t ? 0,3 м; hп ? 0,1 м. (2.10)
С учетом изложенного задача оптимизации конструктивных параметров заземлителей может быть записана как минимизация равенства Зк = згL + звnв1в + зпhпSп + kз(S - So) при одновременном выполнении одного или нескольких требований, предъявляемых к их электрическим характеристикам [группа неравенств (2.9) - (2.10)], а также при выполнении всех требований к конструкции заземлителей.
При выборе заземляющих устройств в электроустановках Норильского промышленного района (НПР) ограничения на конструктивные параметры, как правило, накладываются в основном:
- на геометрические размеры поверхностных заземлителей, поскольку подстанции в основном вписываются в генеральный план промышленного комплекса, т. е. практически все ГПП НПР являются подстанциями глубокого ввода;
на геометрические размеры вертикальных заземлителей из-за трудности буровых и закладочных работ в районах с многолетнемерзлым грунтом с большим удельным сопротивлением (последнее обстоятельство заставляет использовать вертикальные электроды большой глубины).
Результаты экспериментальных исследований, проведенных Н. Н. Максименко совместно с сотрудниками кафедры электроснабжения индустриального института [33], показали, что поверхностные заземлители в технико-экономическом отношении более эффективны или равноценны скважинным заземлителям в том случае, когда расчетное сопротивление заземлителя, удовлетворяющего условиям электробезопасности, составляет 2-4 и более Ом (для исследованных геоэлектрических разрезов). Выявленные технико-экономические показатели позволяют рекомендовать для устройства заземлителей в электроустановках с малыми токами замыкания на землю сеточные поверхностные заземлители. Эффективность их особенно повышается в летнее время при увеличении мощности оттаявшего деятельного слоя. В [33] приводятся расчетные затраты на сооружение типовых подстанций и затраты на сооружение искусственных заземлителей, обеспечивающих заданные электрические параметры. Анализ этих данных позволяет сделать вывод, что если в сетях с большими токами замыкания на землю при проектировании заземляющих устройств исходить из нормирования сопротивления заземлителей в пределах 0,5 Ом, то затраты на устройство искусственного заземлителя достигают 20-33% от стоимости подстанции. Этот вывод свидетельствует о том, что при выборе конструкции заземляющего устройства также необходимо внимательно выбирать критерий электробезопасности (сопротивление заземляющего устройства или напряжение прикосновения).
2.3.2 Выбор математической модели для определения основных электрических характеристик заземляющего устройства
Формирование математической модели расчета параметров заземляющих устройств осуществляется на основании данных о геоэлектрическом разрезе земли в районе проектируемой подстанции после выбора конструкции заземлителя и обусловлено целым рядом факторов: особенностями строения земли; природно-клим