Согласно ПУЭ п.17.51. (стр.73) заземляющее устройство защитного заземления подстанции 220 кВ с эффективно заземленной нейтралью в любое время года должно иметь сопротивление Rзу<0,5 Ом.

В целях выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования к заземлителю на территории, занятой оборудованием, следует прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители и соединять их между собой в заземляющую сетку.

В качестве искусственных заземлителей выбираем вертикальные электроды стержневого типа диаметром d=12 мм, верхнии концы которых соединяются между собой с помощью горизонтального электрода- стальной полосы сечением 4х40 мм², уложенной в землю на глубину t=0,7 м.

Расчетное сопротивление верхнего слоя грунта определяется по формуле:

p₁=ψ*p _в                                                              (14.1)

где p_в- удельное электрическое сопротивление верхнего слоя грунта, Ом*м.

p_в=100 Ом*м- для суглинки (табл.3-8 [3] стр.146)

ψ- коэффициент сезонности ψ=1,5 для III климатической зоны ( табл. 3-11 [3] стр.151)

Для верхнего слоя грунта толщиной h₁=1,8 м:

p ₁ =100* 1,5=150 Ом*м.

Расчетное удельное сопротивление верхнего слоя грунта равно:

p ₂ = p _н =40 Ом*м,                                               (14.2)

где p_н- удельное электрическое сопротивление нижнего слоя грунта, Ом*м.

p_н=40 Ом*м для глины ( табл.3-8 [3] стр. 146).

Сопротивление искусственного заземлителя определяется по формуле:

R и=( R е * Rз ) / R е- Rз,                                      (14.3)

R и=( 1,5 * 0,5 ) / 1,5 - 0,5=0,75 Ом.

    Составим предварительную схему заземлителя и нанесем ее на план подстанции площадью S=15300 м².

    Принимаем контурный ( распределительный) тип заземлителя, т.е. в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых ( длиной lв=3 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя ( рис. 5-16,[3] стр.214).

    По предварительной схеме, представленной на рисунке 14.1, определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов

Lг=2982 м.

n=44 шт.

    Составляем расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S, м². Длина одной стороны ее будет равна

√ S = √ 15300 =124 м.

    Количество ячеек по одной стороне модели определяется по формуле:

m = L г / (2*√ S )-1                                                (14.4)

m = 2983/ (2*124)-1=11,02,

принимаем m=11.

    Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов по формуле:

L г=2*( m+1) *√ S                                           (14.5)

L г=2*( 11+1) *124 =2976 м.

Длина стороны ячейки в модели равна

b= √ S/m                                                             (14.6)

b= 124 /11=11,3 м.

    Расстояние между вертикальными электродами определяется по формуле:

а=4*√ S/n                                                          (14.7)

а=4*124 /44=11,3 м.

     Суммарная длина электродов равна :

L_в=n*l_в                                                               (14.8)

L_в=44*3=132 м.

    Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов определяется по формуле:

t _от =(l_в+t)/ √ S                                                       (14.9)

t _от =(3+0,7)/ 124=0,0298.

Относительная длина равна:

l_от=(hl-t)/l_в                                                          (14.10)

l_от=(1,8 –0,7)/3=0,367.

    Расчетное  эквивалентное удельное сопротивление грунта определяется по формуле:

p _э =p₂*(p₁/p₂)                                                        (14.11)

где К=0,43*( l _от +0,272*ln(a*√2/l_в)                     (14.12)

при l<p₁/p₂<10 p₁/p₂=150/40=3,75 ;

К=0,43*( 0,367+0,272*ln(11,3*√2/3)=0,353;

p _э =40*(150/40)=63,78≈64 Ом*м.

    Расчетное сопротивление рассматриваемого искусственного заземлителя определяется по формуле:

R=A*(p _э /√S)+(p _э /L _в + L в)                                      (14.13)

Где А=0,444-0,84* t _от . При 0 <t _от <0,1                  (14.14)

А=0,444-0,84* 0,0298=0,419, значит

R=0,419*(64/124)+(64/297+132 )=0,237 Ом < 0,75 Ом.

Расчет заземлителя по допустимому напряжению прикосновения.

Коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой, определяется по формуле:

α₁= M/(l_в*L_г/a*√S)                                                 (14.15)

где М=0,7125 при p₁/p₂=3,75 (стр.208 [3]);

α₁= 0,7125/(3*2976/11,3*124)=0,31 < 1.

    Коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, определяется по формуле:

α₂= 1/1+(1,5*p ₁ /Rh)                                               (14.16)

где Rh=1000 Ом- сопротвление тела человека ;

α₂= 1/1+(1,5*150/1000)=0,816.

 Расчетный ток, стекающий с заземлителя при однофазном замыкании в пределах подстанции, определяется по формуле:

I з =I_по*(l-x_орез/x_отр)                                            (14.17)

Где I_по- ток однофазного к.з. в месте повреждения, А;

x_орез- результирующие индуктивное сопротивление нулевой последовательности до места к.з., о.е.;

 x_отр^- сопротивление нулевой последовательности трансформаторов рассматриваемой подстанции, о.е..

I_по=(3*Е_с°*I _б ) / х_1рез+х_2рез+х_0рез                         (14.18)

Где х_1рез- результирующие сопротивление прямой последовательности;

х_2рез- результирующие сопротивление обратной последовательности;

х_0рез- результирующие сопротивление нулевой последовательности.

х_1рез=х_с+х_л+х_∑=0,3277;

х_2рез= х_1рез=0,3277;

х_0рез=хс+3*хл=(х_с1+3*х_л1)*(х_с2+3*х_л2) / х_с1+3*х_л1+х_с2+3*х_л2=

=(0,22+3*0,438)*(0,17+3*0,48) / ( 0,22+3*0,438+0,17+3*0,48 ) =0,785 (см.п.4)

Iб=2,627 кА- базисный ток на стороне ВН (см. п.4)

I_по=3*2,627*1/(0,3277+0,3277+ 0,785 )= 5.47 кА.

х_отр=х_в.тр+х_н.тр. = 5,7+2,3=8;

I з =5,47*(l-0,785/8)=4,9 кА.

Потенциал заземлителя определяется по формуле:

U з= I з* R з                                                         (14.19)

Где R _з = R_нRе/R_н+R_е=0,237*1,5/ 0,237+1,5=0,204 Ом < 0,5 Ом.

U з= 4,9 * 0,204=0,9996 кВ< 10 кВ.

Напряжение прикосновения определяется по формуле:

U_пр=U_з*a₁*a₂                                                   (14.20)

U_пр=999,6*0,31*0,816=252,85 В.

    При времени срабатывания защиты t_ср=0,5 с допустимое напряжение прикосновения U_пр.доп.=225 В, следовательно безопасность прикосновения обеспечена ( стр.28. [5] табл.8).