Оборудование подстанций

Аппараты и конструкции подстанций должны быть надежно присоединены к заземляющей магистрали или непосредственно к заземлителю.

Для болтового присоединения стального заземляющего проводника прямоугольного сечения к корпусу аппарата или к металлоконструкции на конце проводника сверлят отверстие диаметром на 1 мм больше диаметра заземляющего болта. Если же присоединяемый заземляющий проводник имеет круглое сечение, то к его концу приваривают кусок плоской шины с отверстием соответствующего диаметра.

Присоединять заземляющие проводники к оборудованию,- которое часто подвергается демонтажу, рекомендуется гибкими проводниками соответствующих сечений с наконечниками, имеющими отверстия под болт.

Места болтовых присоединений заземляющих проводников к корпусам аппаратов и заземляемым металлическим конструкциям должны быть хорошо зачищены и покрыты техническим вазелином для предохранения от окислений и ухудшения контакта между ними.

Заземлители являются наиболее важной частью заземляющих устройств и поэтому монтировать их можно только при наличии утвержденного проекта.

Материал, конструкция, количество и взаимное расположение электродов (стержней) заземлителя, расстояния между ними и глубина их погружения в землю должны соответствовать проекту.

Электроды устанавливают в земле строго вертикально. Для установки роют траншею глубиной 0,7 м и шириной в основании 0,5-0,6 м, после чего забивают стержень или с помощью механизмов погружают его в грунт.

Существует несколько способов погружения стержней заземлителей в грунт, однако наиболее простым и эффективным является ввертывание стержней с помощью простого механизма, сконструированного на базе электросверлилки И-66.

Стальной стержневой электрод диаметром 12 мм, длиной 4-4,5 м с одного конца заостряется и на него в виде спирали надевается, а затем приваривается "забурник" (растянутая разрезанная шайба), в результате чего этот конец стержня приобретает вид, сходный с буравом.

Ввертывание стержневого электрода в грунт производится электродвигателем электросверлилки, соединенным с редуктором и полым шпинделем, на нижнюю часть которого навернут трехкулачковый патрон.

Вертикальные электроды заземлителя забивают (ввертывают) в траншею так, чтобы верхняя часть электрода (трубы, стержня или уголка) выступала над дном траншеи на 100-150 мм для присоединения к ней стальной соединительной полосы. В качестве соединительных полос (полос связи) заземлителей применяют стальную круглую проволоку (катанку) диаметром не менее 6 мм или прямоугольную стальную полосу толщиной не менее 4 мм и сечением не ниже 48 мм2.

Соединительную полосу или магистраль заземления присоединяют к электроду заземлителя с отступлением от его верхней кромки на 50-60 мм. Соединяют полосы связи между собой, с электродами заземлителя и заземляющими проводниками, находящимися в земле, только сваркой.
Присоединяют заземляющую магистраль к естественным и искусственным заземлителям в двух местах.
При скрытой прокладке ввода заземляющих магистралей и. проводников в здание должны быть нанесены или установлены опознавательные знаки, например нарисованный краской на стене круг с расположенной в нем буквой "3" или установленный репер со стрелкой, показывающей направление ввода заземления в помещение. При открытой прокладке ввод должен быть заключен в стальную трубу для защиты от механических повреждений.

Установка электродов заземлителя и прокладка заземляющих проводников в земле оформляются актом на скрытые работы.

Расстановку заземлителей и трассу заземляющего проводника, проложенного в земле и соединенного с заземлителем, наносят на план с указанием расстояний от постоянных ориентиров.

Прокладка заземляющих проводников в помещении. Заземляющие проводники прокладывают по конструкциям зданий вертикально или горизонтально.

Опорные конструкции устанавливают на прямых участках на расстоянии 500-900 мм друг от друга. При прокладке заземляющих проводников параллельно полу конструкции располагают на высоте 400-600 мм от уровня пола помещения, а в местах поворота - на расстоянии 100 мм до и после поворота, считая это расстояние от вершины угла, образуемого заземляющим проводником.

Опорные конструкции в сырых и особо сырых помещениях и в помещениях с едкими парами должны устанавливать с таким расчетом, чтобы укрепляемые на них заземляющие проводники были отдалены от поверхности стены или потолка не менее чем на 10 мм.

Проход заземляющих проводников через перекрытия выполняется в отрезках стальных труб, выступающих с обеих сторон над перекрытием на 30-40 мм.

Соединяют шины сваркой.

Наиболее простым и надежным способом соединения стальных заземляющих проводников круглого и прямоугольного сечений является их термитная сварка в специальном тигле.

Заземляющие проводники окрашивают в черный цвет, нанося на предварительно очищенную от ржавчины и грязи поверхность проводников черный лак марки Л в два слоя.

Правилами устройства электроустановок допускается окраска открытых заземляющих проводников в иные цвета (под цвет стен, панелей и т. п.), но при этом в местах присоединений и ответвлений должны быть нанесены две полосы черного цвета шириной 10 мм на расстоянии 150 мм друг от друга.

В качестве заземляющих проводников можно использовать:
а) нулевые проводники сети;
б) металлические конструкции зданий (фермы, колонны) и конструкции производственного назначения (каркасы   распределительных   устройств,   подкрановые пути и т. п.);
в) стальные трубы электропроводок;
г) алюминиевые оболочки кабелей;
д) металлические стационарно открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации и центрального отопления.

Эти проводники должны быть надежно соединены с заземляющим устройством или нулевым проводом в помещениях, где применяется заземление.

Указанные проводники или их части могут служить единственными заземляющими проводниками, если они но проводимости удовлетворяют требованиям ПУЭ.

Стальные заземляющие проводники должны быть проложены открыто. Это требование не относится к нулевым жилам и металлическим оболочкам кабелей, трубопроводам скрытой электропроводки, к находящимся в земле металлоконструкциям, а также к проводникам заземления, проложенным в трубах.
В качестве заземляющих проводников или заземлителей использование голых алюминиевых проводников для прокладки в земле запрещается.

В заземляющих устройствах могут быть использованы естественные и искусственные заземлители.

Естественными заземлителями называются металлические сооружения, которые можно использовать для заземления.

Предпочтительнее использовать естественные заземлители, так как при этом не только достигается экономия металла, но отпадает необходимость выполнения значительного объема работ, требующих больших затрат труда и времени.
В качестве естественных   заземлителей   используют:
1)   проложенные под    землей    водопроводные и другие металлические трубопроводы, а также обсадные трубы;
2)   металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций зданий и   сооружений,   соединенные с землей;
3) металлические шпунты гидротехнических сооружений;
4) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться только при числе кабелей не менее двух.

Естественные заземлители должны быть связаны с заземляющими магистралями электроустановки не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземли-телю в разных местах.
В качестве естественных заземлителей нельзя использовать:
1) трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов, а также трубопроводы, покрытые изоляцией для защиты от коррозии;
2) алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники.

Величину сопротивления растеканию естественных заземлителей определяют с помощью измерений.
В тех случаях, когда естественные заземлители вблизи электроустановки отсутствуют, используют искусственные заземлители.

Искусственными заземлителями называются специально устанавливаемые в земле металлические конструкции, предназначенные для присоединения к ним заземляющих проводников.
В качестве искусственных заземлителей применяют:
1) вертикально погруженные в землю стальные трубы, уголковую сталь, металлические стержни и т. п.;
2) горизонтально проложенные в земле стальные полосы, круглую сталь и т. д.

При опасности усиленной коррозии следует применять оцинкованные или омедненные заземлители.
Расположенные в земле заземлители и заземляющие проводники не должны иметь окраски.
В электроустановках наиболее широко распространены искусственные заземлители из стальных труб, стержней и уголков. Это позволяет не только обеспечить сравнительно легкое погружение их в землю на требуемую глубину, но и создать таким образом механически прочный заземлитель с достаточно малым    сопротивлением.

Испытания заземлителей из труб и стержней различных диаметров позволяют считать, что наиболее подходящими для заземлителей являются трубы и стержни диаметром 18-20 мм. Увеличение диаметра труб и стержней больше 20 мм нецелесообразно, так как это резко увеличит расход металла, а полученный эффект будет незначителен. Так, при увеличении диаметра трубы длиной 3 м с 20 до 50 мм ее сопротивление (в грунте с сопротивлением 10 000 Ом-см) уменьшится примерно на 15%. Если увеличение диаметра трубы или стержня существенно не влияет на снижение сопротивления растеканию, то этого нельзя сказать о длине. Увеличение длины трубы диаметром 50 мм с 1 до 3 м уменьшает сопротивление растеканию почти в 2,5 раза. В качестве электродов заземлителей наиболее часто применяют отрезки труб или уголка длиной 2,5-3 м. При такой длине электродов уменьшается влияние промерзания грунта.

При выборе электродов заземлителя надо использовать уголковую сталь, так как сопротивление растеканию электрода из уголка будет меньше сопротивления одинаковой по весу трубы.
Заземлители располагают в земле так, чтобы их верхние концы были ниже уровня земли на 0,5-0,7 м. Это позволяет снизить сопротивление растеканию заземлителей до 5%, а также уменьшить колебания величин сопротивления заземлителей, связанных с изменениями внешней температуры.

Требования, предъявляемые к заземляющим устройствам. Заземляющие устройства в электроустановках напряжением до 1000 В и выше используются для обеспечения безопасности людей и защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Для заземлений электроустановок различных назначений и напряжений следует применять одно общее заземляющее устройство. При этом оно должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к такому заземлению, которое должно иметь меньшее сопротивление. Так, например, при создании общего заземляющего устройства для двух электроустановок, сопротивления заземления которых должно быть не более 4 и 10 Ом, сопротивление общего заземления должно быть не более 4 Ом.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на заземленные части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения. Для этого в таких установках напряжением до 1000 В обязательна металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки. Применение заземления корпусов оборудования без металлической связи с нейтралью трансформатора запрещается.
Электроустановки напряжением до 1000 В допуска^-ютоя как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью.

В четырехпроводных сетях переменного тока обязательно должно быть глухое заземление нейтрали.
Заземление электроустановок выполняется в обязательном -порядке при напряжениях 500 В и выше во всех случаях. При напряжении выше 36 В переменного и и ПО В постоянного токов защитное заземление выполняется в городских наружных установках, а также в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.

Электроустановки можно не заземлять при номинальных напряжениях 36 В и ниже переменного тока и ПО В и ниже постоянного тока.

Необходимо заземлять следующие установки:
1) корпуса трансформаторов, аппаратов, электрических машин, светильников, пусковой аппаратуры и т. п.;
2) приводы электрических аппаратов (разъединителей, высоковольтных выключателей и др.);
3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения. При этом у трансформаторов тока, устанавливаемых в цепях напряжением 500 В и выше, вторичная обмотка одним полюсом должна быть заземлена на зажимах. У трансформаторов напряжения заземляются нулевые точки, а при соединении их обмоток в «открытый треугольник» - общая точка вторичных обмоток.
Вторичная обмотка шинных трансформаторов тока напряжением до 1000 В, у которых отсутствует изоляция между первичным витком (шиной) и сердечником, находящимся в связи с этим под напряжением, не должна заземляться. В этом случае заземляют присоединяемые к ней цепи.
Вторичные обмотки трансформаторов напряжения, соединенные в звезду или же питающие оперативные цепи защиты и автоматики с оперативным переменным током, можно заземлять через пробивной предохранитель.
4. Каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов.
5. Металлические конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, оболочки проводов, стальные трубы электропроводки, крючки и штыри фазных голых проводов и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования, арматуры железобетонных опор.
6. Металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников.

В электроустановках заземлению не подлежат:

1) арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установках их на деревянных опорах линий электропередачи и деревянных конструкциях открытых подстанций;
2) оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях; при этом опорные поверхности в месте соприкосновения оборудования с конструкцией должны быть тщательно зачищены для обеспечения между ними электрического контакта;
3) корпуса электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров и т. д.), реле и т. п., установленных на щитах, щитках, шкафах, а также на стенах камер распределительных устройств;
4) рельсовые пути, выходящие за территорию подстанций и распределительных устройств;
5) съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и камерах распределительных устройств, ограждений, шкафов, дверей и т. п.

В городских электрических установках напряжением 380/220 и 220/127 В с заземленной нейтралью применяется система, при которой проводники защитного заземления и все элементы электроустановки, подлежащие заземлению, соединены с заземленной нейтралью трансформатора или генератора. При таком соединении каждое замыкание токоведущих частей на заземленные части электроустановки превращается в короткое замыкание, вызывающее отключение аварийной установки ближайшим предохранителем или автоматом.

Применение в электроустановках напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью системы «зануления» вызвано тем, что выполнение в этих установках обычного заземления оборудования не обеспечивает требуемой безопасности. Объясняется это следующим. Замыкание на корпус в электроустановке до 1000 В с заземленной нейтралью трансформатора сопровождается током.
Этот ток будет не всегда достаточным, чтобы вызвать действие автомата или предохранителя и обеспечить отключение электроустановки.

Нормальная работа системы «зануления» обеспечивается при условии соблюдения следующих основных требований:

1) достаточной величины тока отключения аварийного оборудования;
2) быстроты срабатывания отключающих устройств (автоматов предохранителей и др.);
3) немедленной ликвидацией обрыва проводников заземления;
4) сохранением номинальных значений плавких вставок и токов уставки автоматов при их заменах и ремонтах.

Сравнивая описанные способы выполнения защитных заземлений видно, что их действие заключается в одном случае в снижении тока до величины, безопасной для человека (в установках с изолированной нейтралью), а в другом - в обеспечении быстрого отключения поврежденного оборудования электроустановки (в установках с заземленной нейтралью).

Защитное заземление предотвращает опасность поражения людей, возникающую при появлении потенциала опасной величины на частях электроустановок, не находящихся под напряжением. При этом появившееся напряжение снижается до определенной безопасной величины или участок электроустановки отключается.

Появление напряжения на частях оборудования, нормально изолированных от токоведущих частей, частое явление в эксплуатации подстанций. Бывают и случаи возникновения замыканий в результате обрыва токоведущего провода и падения его на заземленное оборудование или на землю. Такие замыкания называются «замыканием на землю».

Замыкания на землю или корпус при неисправности защитного заземления - одна из наиболее частых причин несчастных случаев с теми, кто обслуживает электроустановку или случайно оказывается вблизи нее, так как эксплуатация электроустановок неизбежно связана с осмотрами и мелким ремонтом, в процессе которых обслуживающий персонал находится в непосредственной близости от работающего оборудования или прикасается к нему.

Основной защитной мерой в электроустановках является устройство защитных заземлений. Защитным заземлением называется устройство для обеспечения безопасности, в котором нормально не находящиеся под напряжением металлические части оборудования соединены с землей с помощью заземляющих проводников и заземлителйй. Такое устройство можно рассматривать как защитное заземление только в том случае, если оно выполнено с соблюдением соответствующих требований и норм.

В электроустановках с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В применяется защитное заземление, назначением которого является создание между металлическим корпусом защищаемого оборудования и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления. Благодаря этому при прикосновении к оборудованию с поврежденной изоляцией через человека пройдет ток, величина которого не будет опасной для него.

При повреждении изоляции заземленного оборудования или электроустановки ее металлические части оказываются присоединенными к линии. При этом, в случае прикосновения к ним, для тока открываются два пути: через тело прикоснувшегося и через заземление. Чем меньше будет сопротивление цепи заземления, тем большая часть тока будет проходить по этой цепи.

При достаточно малом сопротивлении заземления почти весь ток замыкания проходит через заземление и только небольшая, а поэтому и неопасная для человека часть тока проходит через тело прикоснувшегося.

Расчет заземляющих устройств производят при проектировании новых или реконструировании существующих заземлений. Путем расчета определяют, исходя из величины безопасных напряжений прикосновения и шага, число электродов заземлителя, их размеры и способ размещения, размеры и сечения соединительных полос и т. д.

На основании полученных расчетных данных проектируют заземляющие устройства. Расчет устройств сложный, так как требует учета значительного числа различных факторов, влияющих на сопротивление заземлителя, поэтому его может выполнять только специалист, имеющий необходимый опыт.

Приведенные далее сведения о расчете заземлений даются только для ознакомления с методикой расчета и применяемыми основными формулами, а также с исходными данными, которые берут в основу расчетов при проектировании заземляющих устройств.

Расчет заземляющих устройств производят в следующем порядке.

1. Определяют расчетный ток замыкания на землю и необходимое сопротивление заземляющего устройства R3 в зависимости от рода установки. При совмещении заземляющих устройств различных напряжений или назначений в качестве расчетной принимается наименьшая из требующихся величин сопротивлений.
2. Определяют расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте заземления. Удельное сопротивление грунта характеризуют свойства и состояние грунта с точки зрения его электрической проводимости. За единицу удельного сопротивления грунта принимается сопротивление между сторонами кубика грунта с ребрами в 1 см Удельное сопротивление грунта зависит от его состава и состояния, содержания в нем влаги и растворимых веществ, от температуры и ряда других факторов. Оно нестабильно и существенно меняется в зависимости от времени года, вызывая значительные изменения сопротивления заземлителей. При отсутствии сведений о грунте, его удельное сопротивление может быть принято (для ориентировочных расчетов) равным 10000 Ом-см.
3. Определяют сопротивление электрода принятых размеров из полосы или трубы
4. Определяют способ расположения электродов (в ряд или по контуру) и необходимое их количество.

Расчет необходимого числа заземлителей производят, учитывая явления их взаимоэкранирования, которое объясняется взаимодействием токовых потоков, создаваемых ближайшими заземлителями. Следствием взаимоэкранирования является повышенное сопротивление системы заземлителей. Поэтому при расчете заземления нельзя считать, что если известно сопротивление единичного заземлителя, то сопротивление я заземлителей, заложенных в землю на одинаковой глубине и соединенных параллельно, будет в п раз меньше. Чем больше число заземлителей и чем ближе они расположены друг от друга, тем больше ощущается действие их взаимоэкранирования. Для того чтобы устранить влияние соседних заземлителей, надо бы увеличить расстояния между ними, но этого делать нельзя, так как тогда ухудшатся условия выравнивания потенциала и заземляющие устройства займут значительную площадь.

Более целесообразно для уменьшения явления взаимоэкранирования располагать заземлители на расстоянии примерно 3-4 м один от другого и при их расчете учитывать действие взаимоэкранирования, приводящее к увеличению сопротивления системы заземлителей. Окончательное количество труб (уголков) в заземлителе уточняют с учетом сопротивления полосы, снижающей общее сопротивление заземлителя.

Размещать заземлители следует в таких местах, где исключена возможность проникновения в грунт нефти или продуктов ее переработки (масел и др.). Нельзя устанавливать заземлители близко от паропроводов и трубопроводов горячей воды, вызывающих высыхание грунта. Пропитка почвы нефтепродуктами и испарение из нее влаги в месте расположения заземлителей вызывают резкое возрастание (иногда в 10 и более раз) их сопротивления растеканию.