ryabkova_e_ya_zazemleniya_v_ustanovkakh_vysokogo_napryazheni

в десятки раз. Во столько же раз при нормировании сопротивления # .отличаются и потенциалы на их за-

землителях U=IR

Следовательно, уровни электробезопасности на под¬

станциях с разными значениями тока однофазного к. з.

через заземлитель, даже при одинаковых конструкциях

заземлителей и времени отключения тока замыкания на

землю, могут отличаться в десятки раз.

Требуемые ПУЭ меры по распределению потенциала

на территории подстанции, независимо от возможного значения потенциала на заземлителе и размеров уста¬

новки, могут быть в одних условиях недостаточными,

а в других избыточными. Так, прокладка по всей пло¬

щади, занимаемой электрооборудованием больших под¬ станций 500 кВ и выше, поперечных проводников с не¬

изменным шагом не более 6 м ведет к быстро умень¬

шающемуся напряжению прикосновения от периферии

к центру заземлителя [19]. Следовательно, создается

неодинаковый уровень электробезопасности даже в пре¬ делах территории подстанции в результате неоправдан¬

ного перерасхода металла, исчисляемого километрами

горизонтальных полос.

Обеспечить сопротивление заземлителя подстанции в 0,5 Ом в грунте с большим удельным сопротивлением

при малогабаритных подстанциях даже и в хороших грунтах, в особенности при отсутствии естественных заземлителей, затруднительно, а то и невозможно- . Из

расчетов следует, что в грунте с р=100 Ом м искусст¬

венный заземлитель из сетки и вертикальных электродов

длиной 1=5 м может обеспечить сопротивление R=1 Ом при площади 5^1600 м2, а сопротивление #=0,5 Ом при S^6400 м2.

Исследования показывают также, что в ряде случаев

допустимые напряжения на теле человека, приводимые

ниже, могут быть достигнуты и при большем значении

сопротивления защитного заземления, чем нормирован¬

ное ПУЭ значение 0,5 м, и при меньшем расходе ме¬

талла.

В настоящее время новые переработанные ПУЭ

в части «Заземления и защитные меры безопасности» допускают нормирование защитного заземления подстан¬

ций высокого напряжения выполнением требования или

к его сопротивлению заземления (не более #=0,5 Ом) ,

или к ограничению напряжения на теле человека до

30

допустимого значения при прикосновении к заземлен¬

ным объектам при расчетном токе замыкания на землю.

Ниже приводятся нормированные значения допусти¬

мых напряжений на теле человека при прикосновении

к заземленным объектам в зависимости от продолжи¬

тельности воздействия, т. е. длительности протекания тока [20].

Продолжительность			воздейст ¬	,2	0,5	0,7	1 ,0	3,0
вия	о		0, 1 0
Допустимое		напряжение на те¬						65
ле £/т,	В		500 400		200	130	100

	При этих нормированных					величинах допустимых на¬
пряжений на теле человека в						установках	с заземленной
нейтралью (100 В при 1 с и 400 В при							0,2 с)	вероят¬
ность поражающего действия напряжения на теле									чело	¬
века с некоторым запасом по [21] составляет 5									-10_э.
Вероятность поражения человека электрическим то¬
ком (напряжением				на теле) Р(П) определяется				произ¬
ведением Р([/пр)			—	вероятности прикосновения				челове¬
ка	к заземленным			металлическим частям оборудования
или	конструкций		на территории подстанции в					момент
однофазного к. з.,				и Р( Э)		вероятности	поражающего
действия тока, проходящего—через человека, с учетом его
длительности			Р(П) =Р( С/пр) Р ( Э ) ,						(2-2)
		(Э) =5-10-8,
где Р			как было отмечено выше.
На		основании	анализа проведенных расчетов вероят¬
ности		электропоражения			Р(П) оперативного персонала
при однофазных к.				з. на	подстанциях в системах с за¬

земленной нейтралью авторы статьи считают, что зазем¬
ляющие устройства таких подстанций должны рассчи¬
тываться по	допустимому напряжению на теле ( UT),
соответствующему		времени действия основной защиты.
Однако анализ		статистических данных	показывает,
что сравнительно		часто аварийные режимы, связанные
с однофазными к.		з., возникают на трансформаторных
подстанциях	непосредственно в момент		производства

переключений вручную, т. е. тогда, когда человек заве¬

домо прикасается к заземленному оборудованию [22]. Очевидно, что для уменьшения вероятности пораже¬

ния напряжением прикосновения Я(П) оперативного-

персонала в момент производства переключений необ

31

ходимо понизить вероятность поражающего действия

напряжения прикосновения Р ( Э ) путем уменьшения расчетного значения допустимого напряжения на теле. С этой целью считается необходимым, для обеспечения

достаточно высокого уровня электробезопасности по всей

территории подстанции конструкцию заземляющего

устройства в местах производства ручных переключений

рассчитывать по допустимому напряжению на теле UT ,

соответствующему длительности отключения резервной

защитой.

Для рабочего заземления трансформаторов исполь¬

зуется заземляющее устройство защитного заземления подстанции и выводы нейтралей трансформаторов при¬ соединяются к электродам заземлителя подстанции. При

этом расчетным током заземлителя подстанции должен

быть наибольший из токов, стекающих с него, в случаях однофазных к. з. на заземляющее устройство данной

подстанции или вне заземляющего устройства данной подстанции, например на другой подстанции или на ли¬

нии. В первом случае через заземлитель подстанции проходит весь ток однофазного к. з. за вычетом тока,

отсасываемого в нейтрали трансформаторов данной

подстанции, или весь ток, если нейтрали данной под¬ станции разземлены (изолированы). Во втором случае

через заземлитель подстанции проходит та часть тока однофазного к. з. вне подстанции, которая отсасывается в заземленные нейтрали трансформаторов данной под¬

станции.

При системе нормирования заземлителя подстанции

по допустимому напряжению на теле человека элемен¬

ты заземляющей сетки должны быть расположены так,

чтобы обеспечивалось значение напряжения прикоснове¬

ния Unр не выше того, которое соответствует допусти¬ мому напряжению на теле человека Ur [см. (1-3) ]. При

этом расстояния между поперечными (выравнивающи¬

ми) горизонтальными полосами могут оказаться в не¬

сколько раз большими по сравнению с нормированным ПУЗ расстоянием в 6 м.

При системе нормирования заземлителя подстанций

по допустимому напряжению на теле человека сопро¬

тивление заземляющего устройства не ограничивается

значением 0,5 Ом. Однако напряжение на заземлителе

при расчетном токе замыкания на землю рекомендуется

ограничивать до 5 кВ [22]. Такое ограничение потен-

32

циала на заземлителе облегчает устройство защиты от

выноса высокого потенциала с подстанции по линиям

связи.

2-3. Защитное заземление электроустановок в системах

с изолированной нейтралью В системах с изолированной нейтралью согласно дей¬

ствующим ПУЭ заземляющее устройство защитного за¬

земления станций и подстанций высокого напряжения

должно иметь сопротивление, Ом:

Ж125//, (2-3)

если заземляющее устройство одновременно использует¬
ся и для электроустановок до 1000 В, и							(2-4)
		Ж250//,
если заземляющее устройство					используется	только	для
электроустановок выше 1000 В.								—
Здесь /	—	расчетный ток замыкания на землю и R
			,	но не более 10		Ом.
сопротивление заземлителя
В сетях с изолированной нейтралью расчетным током
является емкостный ток замыкания на землю							(2-5)
		/с=3£/фсоС,

где С — емкость одной фазы на землю для схемы сети,

при которой ток замыкания на землю является наи¬

большим.

В воздушных сетях емкость С зависит от протяжен¬ ности сети, радиуса провода и высоты его над поверх¬

ностью земли, расположения проводов, расстояний меж¬
ду ними и наличия тросов. Емкость относительно										земли
каждой фазы воздушных линий 6					10		35 кВ без			тросов
составляет 5000		6000 пФ / км, а—			примерные—				значения
емкостных токов—		однофазного замыкания на землю на
100 км воздушной			линии 6	кВ	2	А,		10 кВ		3 А и
35 кВ	10 А [2].		Емкость	кабельных—				линий— больше
емкости—	воздушных линий во много					раз.		Емкостный ток
однофазного замыкания на				землю		в	кабельных			сетях
зависит от длины кабелей,				номинального напряжения,
типа кабеля и сечения жил. Приближенные значения
этого тока приводятся в табл. 2-1.
В сетях с компенсацией емкостного тока замыкания

на землю расчетным током для заземляющих устройств,
к которым присоединены дугогасящие реакторы, являет¬
ся ток, равный 125%	номинального тока этих аппаратов.
3— 534	33

Таблица 2-1

Емкостный ток замыкания на землю кабелей, А/км

	Кабели с		секторными жилами				Кабели типа ОСБ
Сечение, мм*	и	поясной		изоляцией
	в кВ				10 кВ		20 кВ				35 кВ
16	0	,37			0	,52					—
25	0	, 46			0	,62	2	,	0
35	0	,52			0	,69	2	,	2
50	0	,59			0	,77	2	,	5
70	0 , 7 i				0	,9	2	,	8		3.7
95	0,82				1.0		3,		1		4	,	1
120	0	,89			1.1		3,		4		4	,	4
150	1	,1			1	,3	3	,7			4	,8
185	1	,2			1	,4	4	,	0		5,		2
240	1.3				1.6			—				—
300	1	,5			1.8
Расчетным током для заземляющих устройств,												к		ко-
терым не присоединены дугогасящие реакторы,											является

остаточный ток замыкания на землю, который может

иметь место в данной сети при отключении наиболее

мощного из этих аппаратов, но не менее 30 А.

2-4. Выполнение защитного заземления на станциях и подстанциях высокого напряжения

Защитное заземление на станциях и подстанциях

необходимо выполнить во всех случаях для всех уста¬

новок напряжением 500 В и выше.

К частям, подлежащим заземлению, относятся метал¬

лические части оборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при перекрытии или пробое изоляции.

Кроме того, к защитному заземлению должны быть ирисвединены также все металлические конструкции,

находящиеся вблизи заземленных объектов. Этим исклю¬

чается опасность попадания под разность потенциалов между заземленным оборудованием и металлической конструкцией, имеющей отличный от него потенциал, в случае неприсоединения' ее к заземлению.

Для заземляющего устройства станций и подстанций

в первую очередь должны быть использованы естествен¬ ные заземлители. Естественными заземлителямн являют¬

ся металлические элементы, проложенные в земле для

34

Других целей, но которые могут	быть использованы
и качестве электродов заземлителя	.
	подстанции

Такими естественными заземлителями в первую оче¬

редь являются металлические конструкции и арматура
железобетонных конструкций,	имеющие	соединение
с землей. Присоединение их к заземляющему устройст¬
ву не только уменьшает его сопротивление,		но и создает
		,

более равномерное распределение потенциала в преде¬

лах заземляющего контура и снижает напряжение

прикосновения и шага.

К естественным заземлителям можно отнести и си¬

стему трос — опоры, т. е. грозозащитные заземления опор линий высокого напряжения, соединенные с зазем-

лителем подстанции грозозащитным тросом. При учете

системы трос — опоры в качестве естественного заземли¬

теля подстанции необходимо иметь в виду, что крепле¬

ние тросов на всех опорах линий напряжением 220— 500 кВ может производиться при помощи изолятора,

шунтированного искровым промежутком. Только на подходах к подстанции на длине 2— 5 км тросы этих

линий заземляются на каждой опоре, если они не ис¬

пользуются для емкостного отбора или связи.

На линиях ПО кВ и ниже грозозащитный трос в не¬

которых случаях может подвешиваться только на под¬ ходе к подстанции. Длина тросового подхода определя¬

ется условиями защиты подстанции от волн, набегаю¬

щих с линий, и составляет 1— 3 км.

Схема замещения системы трос — опоры представ¬ ляет собой цепочку, состоящую из активного сопротив¬

ления пролета троса между опорами /?тр и сопротивле¬

ния заземления опоры Raп. Индуктивностью пролетов троса для приближенного расчета пренебрегаем [23, 24].

Сопротивление заземления системы трос — опоры при числе опор не менее 20 составляет:

Ятр- оп V	тр оп	(2-6)

^	^	^				J чя
и при числе	опор л<20		[24] ^ ^
Tp- on=l/		Tp	oaCth	(	л	/ ^оп J			.		(2-7)
Активное	сопротивление			стального				троса (Я'тр,
Ом/км) зависит от тока, проходящего в нем при замы¬
кании на землю, и приводится в табл.								2-2 для разных
марок стальных многопроволочных проводов [25].											При
3*											35

йеизвестном			токораспределении между заземлит'елем
подстанции		и системой трос									опоры рекомендуется учи¬
тывать наибольшее значение—										сопротивления троса.
							Таблица 2-2								Ом/км
Активное сопротивление стального троса R'rpt
I . А												Марка троса
			ПС-25			ПС-35				ПС-50			ПС-70		ПС-95
1			5	,	25	3	,	66		2	,75		1	,70	1	,55
5			5	,	32	3,		70		2	,75		1	,70	1	,55
10			5	,	50	3	,80			2	,78		1 ,70		1	,55
15			5	,	97	4	,02			2	,	80	1	,70	1 ,55
20			6	,	70	4 , 40				2	,85		1	,72	1 ,55
25			6	,	97	4	,	89		2	,	95	1	,74	1	,55
30			7	,	10	5	,	21		3,		10	1	,77	1	,56
35			7	,	10	5	,	36		3,		25	1	, 79	1	,56
40			7	,	02	5	,35			3,		40	1	,83	1	,57
45			6	,	92	5	,	30		3,		52	1	,88	1 , 57
50			6	,85		5	, 25			3	,	61	1	,93	1	, 58
60			6	,	70	5,		13		3,		69	2	,07	1	,58
70			6	,60		5	,	00		3,		73	2	,21	1	,61
80			6 ,50			4	,89			3	,70		2 ,27		1	,63
90			6,40			4	,	78		3,68			2	,29	1	,67
100			6	,32		4	,	71		3,		65	2	,33	1	,71
125						4	,60			3	,	58	2	,33	1	,83 .
150				—		4 , 47				3, 50			2	,38	1	,87
175							—			3	,	45	2	,23 .	1	, 89
200										—			2 , 19		1,88

Для расчета заземлителя подстанции сопротивление

системы трос — опоры берется при наиболее неблаго¬

приятных условиях, т. е. в условиях зимы. Принимая во

внимание пусковой период работы подстанции, следует учитывать минимально возможное число линий напряже¬

нием 35 кВ и выше с одним или двумя тросами, а так¬

же минимальное число кабелей с металлическими обо¬

лочками, проложенных в земле.

Металлические оболочки кабелей, проложенных в зем¬

ле, также являются естественными заземлителями с со¬ противлением заземления, наименее подверженным се¬

зонным изменениям удельного сопротивления грунта.

По данным большого числа измерений в течение лета в городской кабельной сети приводятся значения

сопротивлений заземления— — металлических оболочек ка¬

белей напряжением 3 6 10 кВ, присоединенных к ши¬

нам трансформаторных пунктов (ТП) . Значения сопро-

36

Тиолений относятся н грунту с удельным сопротивле¬

нием ро=ЮО Ом * м [26]:

Число кабелей	I	2	3
Нй, Ом	2 1,5 1,2
Сопротивление заземления	металлической	оболочки
кабеля, проложенного в земле, как и любого протяжен¬
ного заземлителя (в том числе и системы трос —		опоры) ,
заметно уменьшается лишь в пределах некоторой			дли
			¬

ны, которая обычно меньше действительной длины ка¬

беля. Причиной ограниченного использования" длины ка¬

беля является влияние продольного сопротивления его металлической оболочки. Поэтому при обычных длинах

кабелей (не менее сотен метров), отходящих от шин

подстанций, их сопротивление заземления близко к пре¬

дельным минимальным, которые и приводятся выше. Учитываем, что схема замещения металлической

оболочки кабеля имеет как проводимость относительно
земли, так и продольное сопротивление, т. е.				аналогич¬
на схеме системы трос	—	опоры (2-6). Поэтому сопро¬
тивление заземления оболочек кабелей при удельном
сопротивлении, отличном от 100 Ом-м, может				быть опре¬
делено по формуле		.VW.
R^ R				(2-8)
где Ro — сопротивление		заземления- оболочек кабелей
при ро=ЮО Ом« м.
Ъбщее сопротивление заземлителя электроустановки
определяется из формулы			-
				¬
Я	/О Т Г			<2-9>

где ст сопротивление естественного искусст

Re и Диск — - и

венного заземлителей. При протяженных естественных

заземлителях взаимным влиянием полей заземлителей

Reст и Rиск обычно можно пренебречь.-

Для защитного заземления станций и подстанций всех напряжений как высоких, так.и низких использует¬

ся общее заземляющее устройство Общий заземлитель

используется также и для рабочегр заземления, которое

обычно не предъявляет дополнительных требований

к заземлителю. Защитные разрядники также присоеди¬

няются к общему заземлителю установки, возможно

ближе к наиболее ответственному защищаемому объек¬ ту. Вопрос заземления молниеотводов ОРУ подстанций

37

для защиты 6т прямых ударов молнии рассматривается

отдельно в гл. 7.

В общем случае искусственный заземлитель станции

и подстанции состоит из вертикальных электродов, рас¬

положенных по контуру, охватывающему всю установку

(открытое и закрытое распределительные устройства, машинный зал, котельную) , и горизонтальных полос.

Полосы объединяют вертикальные электроды и обра¬

зуют внутри контура сетку из параллельных и пересе¬

кающихся полос для подсоединения заземляемых эле¬

ментов оборудования и конструкций и выравнивания потенциала по поверхности земли.

Металлический забор, ограничивающий территорию

станции и подстанции, заземляться не должен во избе-'

жание выноса потенциала за территорию. Однако для

исключения одновременного касания его и заземленных

элементов установки при потенциале на заземлителе

забор должен быть удален на расстояние не менее 3 м

от заземленных элементов установки.

Во избежание выноса потенциала заземлителя рель¬

совые пути, выходящие из предела заземляющего кон¬

тура установки, заземляться не должны. Эту меру сле¬

довало бы дополнить устройством изолирующего стыка в рельсах при их выходе с территории во избежание

внесения на подстанцию нулевого потенциала.

2-5. Заземления на воздушных линиях электропередачи

В соответствии с ПУЭ значение сопротивления зазем¬ ления опор линий электропередачи определяется требо¬

ваниями грозозащиты ВЛ. Сопротивление заземления

опор по измерениям при 50 Гц и отсоединенном тросе

в течение грозового сезона не должно превышать зна¬

чений, указанных ниже [14]:

р,	Ом - м	до 100	Более 100	Более 500		Более 1000
R,		<10	и до 500	и до 1000			<30
	Ом		<15		<20
	Для опор высотой более 40 м на участках						линий,
защищенных тросами,			сопротивление		заземления		долж¬
но быть в 2 раза меньше.					сооружаются для
	Заземлителн	опор линий передач

заземления:

железобетонных, металлических и деревянных опор линий всех напряжений, на которых подвешен трос или

38

установлены устройства грозозащиты (разрядник труб¬

чатый, вентильный или защитный промежуток) ; железобетонных и металлических опор линий напря¬

жением 35 кВ в сетях с —малыми токами замыкания на

землю и напряжением 3 20 кВ только в населенных

местах.

В связи с повреждением

большого количества желе¬

зобетонных опор и возникновением опасных значений

напряжений прикосновения

и

шага

при

длительных

однофазных

замыканиях

на

ВЛ 3

35 кВ

внесена ре¬

комендация

[27] о заземлении всех—

железобетонных и

металлических опор ВЛ 3 35 кВ

как в населенной, так

и в ненаселенной местности— .

При

этом

указанные выше

нормированные сопротивления заземления должны обес¬

печиваться

применением

искусственных

заземлителей,

а

естественная проводимость подземных

частей опор,

фундаментов и пасынков не должна учитываться.

Для линий напряжением

ПО кВ и выше с металли¬

ческими

и

железобетонными

опорами,

проходящими

в

местах

с

глинистыми,

суглинистыми,

супесчаными и

подобными

грунтами с

удельным

сопротивлением

9

Ом « м

и не содержащих агрессивных вод, допу¬

стимое^

значение сопротивления заземления может быть

обеспечено использованием естественных заземлителей—

железобетонных подножников опор или же

их сочета¬

нием с искусственными заземлителями.

Для умейыпения земляных работ и для достижения

грунта,

не

подверженного

высыханию, искусственный

чзаземлитель

целесообразно сооружать на дне котлована

при сооружении линии.

В грунтах с удельным сопротивлением р>300 Ом -м,

где естественная проводимость

фундаментов

не учиты¬

вается,

допустимое значение

сопротивления должно

полностью

обеспечиваться

искусственными

заземли¬

телями.

Использование железобетонных фундаментов в ка¬

честве естественных заземлителей считается возмож¬ ным, если не предусматривается их обмазка битумом

и осуществлена металлическая связь между анкерными

болтами и арматурой. Однако проведенные исследова¬ ния [28] показали, что железобетонные— фундаменты

опор, покрытые битумной связкой, через 2 3 мес после их установки в грунте могут рассматриваться как есте¬

ственные зэземлители. Дополнительное сопротивление,

39