В зависимости от назначения, различают рабочее, защитное и грозозащитное заземления. Рабочее заземление необходимо для создания определенного режима работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях, например заземление нейтрали силовых и измерительных трансформаторов. Защитное заземление используют для защиты людей и сельскохозяйственных животных от поражения электрическим током при замыкании электрического провода на нетоковедущие металлические части электроустановки при пробое изоляции. Грозозащитное заземление для эффективной защиты от перенапряжений, предусматривает заземление стержневых и тросовых молниеотводов, порталов распределительных устройств, разрядников.
Обычно на подстанциях для выполнения всех трех типов заземления используют одно заземляющее устройство. Согласно действующим ПУЭ [2] сопротивление заземляющих устройств в трансформаторных подстанциях напряжением 110/10 кВ R3 £ 0,5 Ом.
Заземляющий контур выполняется в виде прямоугольника 50´30 м.
Удельное сопротивление грунта r составляет 83 Ом × м (глина) [4].
Заземление выполняется стальными уголками 50´50´4 мм длинной 3 м заглубленными на 0,7 м от поверхности земли и связанными между собой полосой сечением 40´4 мм.
Расчетное сопротивление грунта определяется по формуле:
rрасч = Кс × К1 × r, (4.1)
где Кс – коэффициент сезонности, Кс = 1,1 [4];
К1 – коэффициент учитывающий состояние грунта К1 = 1,15 [4];
r - удельное сопротивление грунта, r = 83 Ом × м.
rрасч = 1,1 × 1,15 ´ 100 = 104,7 Ом × м
Сопротивление одиночного вертикального электрода определяется по формуле [8]:
Rв.о. = 
, (4.2.)
где Lв – длинна вертикального электрода, м;
t1 – расстояние от поверхности земли до верхнего конца вертикального электрода, м;
d = 0.95 × в – где в – ширина полки уголка, м.
Rв.о. = 
Задаваясь определенным размещением вертикальных заземлителей по контуру определяется ориентировочно их число:
n = 
, (4.3)
где Ки.в. – коэффициент использования вертикальных электродов, Ки.в.= 0,8 [4].
n = 
= 73
Принимается ближайшее большее целое число n = 73 мм.
В соответствии с числом электродов и их размещением определяется сопротивление горизонтальных соединительных электродов. Предварительно рассчитывается сопротивление грунта, с учетом коэффициента сезонности и коэффициента учитывающего состояние грунта, для горизонтальных заземлителей. [4]
rрасч = 1,4 × 1,6 × 83 = 185,9 Ом × м.
Сопротивление горизонтального электрода определяется по формуле:
Rг = 
, (4.4)
где 
- длинна горизонтального электрода, м;
Киг – коэффициент использования горизонтального электрода, Ки2 = 0,8 [8];
t2 – расстояние от поверхности земли до горизонтального заземлителя, м;
d – диаметр электрода, для полосы принимают равным половине ширины полосы, м.
Rг = 
= 3,33 Ом.
При известном сопротивлении горизонтального заземлителя уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов.
Rв = 
, (4.5.)
Rв = 
= 0,59 Ом.
Число вертикальных электродов уточняется по формуле:
ny = 
(4.6)
ny = 
шт.
Окончательное число вертикальных электродов принимают из условий размещения но не меньше чем ny. Принимаем n0 = 77 шт. Тогда результирующее сопротивление заземляющего устройства определяется:
Rк = 
(4.7)
Rк = 
Ом.
Rк < R3 0,49 < 0,5 Ом. (4.8)
Из условия (4.8) видно что расчет заземляющего устройства подстанции 110/10 кВ выполнен верно и оно отвечает требованиям ПУЭ [2].
Молниезащита подстанций
Тип грозозащиты системы электроснабжения выбирается в зависимости от рабочего напряжения, мощности подстанции её схемы. Существенную роль в грозозащите играет удельное сопротивление грунта в районе сооружения системы электроснабжения, материал опор линии электропередач и конструктивных элементов подстанции.
При выборе грозозащитных аппаратов (вентильных и ттенгечатых разрядников, искровых промежутков) важными параметрами являются максимальные и минимальные значения сопровождающих токов короткого замыкания, возникающих при перекрытии изоляции волнами грозовых перенапряжений. Принципиальная схема грозозащиты выбирается по справочникам в зависимости от рабочего напряжения подстанции, её мощности и схемы питания.
На подстанциях 110/10 кВ со стороны напряжения 110 кВ вблизи трансформаторов устанавливают два комплекта вентильных разрядников РВС – 110. Они устанавливаются на бетонном фундаменте с надежным ограждением. Все вентильные разрядники заземляются и подключаются к фазным проводам. Со стороны напряжения 10 кВ подстанцию защищают устанавливая комплекты ттенгечатых разрядников РТФ – 10. Их соединяют с проводами линии через наружные искровые промежутки. У подстанции комплект ттенгечатых разрядников соединяется с её заземлением, а на линии с заземлением не более 10 – 15 Ом.
Открытые подстанции от прямых ударов молнии защищают стержневыми молниеотводами, которые устанавливаются на конструкциях ОРУ 110 кВ. Подходы к подстанции защищаются грозозащитными тросами с заземлением их на каждой опоре.
Защитные свойства стержневого молниеотвода характеризуют зоной защиты, под которой понимается пространство вкруг молниеотвода, где поражение защищаемого объекта атмосферным разрядом мало вероятно. Для защиты трансформаторной подстанции 110/10 кВ применяется двойной стержневой молниеотвод, схема защитной зоны которого изображена схематически на рис.4.1.
а/7
 |
h Гх
h0 hx
 |
вх
а
Рис.4.1. Схема защитной зоны двойного стержневого молниеотвода.
Защитное действие молниеотвода характеризуется коэффициентом защиты Кх.
Принимается для расчета два стержневых молниеотвода высотой М1 – 27м и М2 – 32м стоящих друг от друга на расстоянии 54м.
Для молниеотвода высотой меньше 30м радиус защиты определяется по формуле:
rx = 1,6 × h × (h – hx) / (h + hx), (4.9.)
где h – полная высота молниеотвода, м;
hx – высота защищаемого объекта, м.
rx = 1,6 × 27 (27 – 6)/(27 + 6) = 27,69м» 28м.
Определяется коэффициент защиты:
Кх =tga = 
, (4.10)
Где ha = активная высота молниеотвода, ha = h – hx, м.
Кх = 
= 1,33
Для молниеотводов высотой меньше 30м Кaпред = 1,6 Кх < Кaпред
1,33 < 1,6
Для молниеотвода высотой больше 30м радиус защиты определяется по формуле:
rx = 8,8 
(h – hx)/ (h + hx), (4.11.)
rx = 8,8 × 
× (32 – 6)/(32 + 6) =34,1м.
Коэффициент защиты определяется:
Кх = 8,8 / 
, (4.12.)
Кх = 8,8 / 
= 1,31
Расчетная ширина внутренней зоны защиты вх на высоте hx находится по кривым рис.8.6.[10]. Для 
= 2,6 и hx = 0,2h 
= 1,33. Следовательно вх = 2 × 21 × 1,33 = 55м.
Наименьшая высота зоны защиты составляет:
h0 = h – a/7. (4.13.)
h0 = 32 - 
= 24,3м.
Произведённые расчеты подтверждают правильность использования двойного стержневого молниеотвода. Который обеспечивает необходимую степень защиты трансформаторной подстанции 110 /10 кВ.
