Стартовая >> Статьи >> Заземляющие устройства для подстанций 1-10 кВ

Заземляющие устройства для подстанций 1-10 кВ

В нормальных условиях, при отсутствии каких-либо повреждений корпуса оборудования не находятся под напряжением. Однако повреждение изоляции в оборудовании или на участке сети, приводящее к замыканию на землю, вызывает опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током. Электрический ток при прохождении через тело человека может вызвать тяжелые травмы и даже смерть.

Установлено, что ток 15—25 мА является опасным, а ток 50—100 мА при достаточной длительности его прохождения через тело человека вызывает смерть.
Чтобы защитить обслуживающий персонал от опасных потенциалов, выполняют защитные заземления, т. е. металлические части установки, находящиеся вблизи токоведущих частей, соединяют проводниками с землей. Устройство, соединяющее металлические части установок с землей, называется заземляющим устройством, а соединение с ним какой-либо части установки — заземлением этой установки.
Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель — металлический проводник или группа проводников, соприкасающихся с землей. Заземляющие проводники — металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителем.
Заземляют следующие металлические части электроустановок:
корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.;
приводы электрических аппаратов;
вторичные обмотки измерительных трансформаторов;
каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;
металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки силовых и контрольных кабелей и проводов, стальные трубы электропроводки и т. п.

Не заземляют:
оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях (на опорных поверхностях должны быть зачищенные и незакрашенные места для обеспечения электрического контакта);
корпуса электроизмерительных приборов, реле и т. п., установленных на щитах, в шкафах, а также на стенах камер РУ;     
съемные или открывающиеся части ограждений, шкафов и камер РУ, установленных на металлических заземляющих каркасах.

Для заземления электроустановок различных напряжений используют общее заземляющее устройство. Сопротивление заземляющего устройства слагается из сопротивления заземлителя и сопротивления заземляющих проводников.

Правила устройства электроустановок устанавливают допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств.
В электроустановках выше 1000 В с большими токами замыкания на землю (более 500 А), в которых нейтрали заземлены наглухо через малое сопротивление, при всех замыканиях на землю срабатывает соответствующая релейная защита, отключающая поврежденную часть установки. Поэтому в таких установках потенциал на заземляющих устройствах может появиться лишь кратковременно, и маловероятно, чтобы в этот момент персонал прикоснулся к частям установки, оказавшимся под напряжением, равным Ua. Для указанных установок согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом, а допустимая величина U3 не устанавливается.
В связи с ростом токов КЗ в электрических сетях выше 1000 В с глухим заземлением нейтрали и в целях выполнения экономичных заземляющих устройств с 1977 г. введены временные нормы на напряжение прикосновения для РУ и ТП в этих сетях в зависимости от длительности воздействия тока:

Длительность воздействия тока, с 

До 0,1

0,2

0,5

0,7

Более
1,0        1

Наибольшее допустимое напряжение прикосновения, В 

500

400

200

130

100       65

За длительность воздействия принимается сумма времени действия релейной защиты и времени отключения выключателя.
При выполнении заземляющих устройств по этим нормам требования ПУЭ к сопротивлению заземляющего устройства (0,5 Ом) не применяются.
В электроустановках выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю, в которых нейтрали не заземлены или заземлены через большое сопротивление, при замыкании на землю отключения поврежденного участка не произойдет, вследствие чего заземляющее устройство Судет длительно находиться под напряжением и увеличится вероятность прикосновения обслуживающего персонала к частям установки, оказавшимся под напряжением U3. При использовании заземляющего устройства одновременно для заземления электроустановок до и выше 1000 В напряжение заземления U3 не должно превышать 125 В, а при использовании заземляющего устройства только для заземления электроустановок выше 1000 В напряжение Ua не должно превышать 250 В.
Таким образом, сопротивление заземляющего устройства, Ом, в установке выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю, если заземляющее устройство используется также для электроустановок до 1000 В, должно быть:
Rз ≤ 125/Iз,
где Iз  — расчетный ток замыкания на землю, А.
Если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1000 В, то
Rз ≤ 250/Iз,
В сетях с компенсацией емкостных токов расчетным током является остаточный ток замыкания на землю, который может возникнуть в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов, но не менее 30 А. В обоих указанных выше случаях Rз не должно превышать 10 Ом.
В электроустановках до 1000 В Rз должно быть для сети 660/380 В не более 2 Ом, 380/220 В — не более 4 0м, 220/127 В — не более 8 Ом.
В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыкании между фазой и заземляющими проводниками должно быть обеспечено быстрое и надежное автоматическое отключение поврежденного участка. Поэтому в электроустановках до 1000 В обязательно соединение корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью установки. При нарушении изоляции, т. е. электрическом соединении одной фазы с корпусом, при глухозаземленной нейтрали произойдет КЗ и поврежденный участок от действия максимальной токовой защиты будет отключен автоматическим выключателем или предохранителем.
Глухое заземление нейтрали выполняют в четырехпроводных сетях переменного тока. Нулевые выводы силовых трансформаторов в этом случае заземляют наглухо и все части, подлежащие заземлению, непосредственно соединяют с заземленным нулевым выводом. Провод сети, соединенный с заземленной нейтралью трансформатора, называют нулевым проводом. В цепи нулевого провода не должно быть предохранителей или разъединяющих приспособлений.
В установках с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через большое сопротивление, на нулевых выводах силовых трансформаторов устанавливают пробивные предохранители, исключающие опасность поражения током, возникающую при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения.
Пробивной предохранитель представляет собой фарфоровый патрон с двумя медными пластинами, между которыми проложена слюдяная прокладка с отверстиями. Одна пластина предохранителя присоединяется к нулевому выводу трансформатора, другая — к магистральной шине заземления. При повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения трансформатора происходит переход потенциала с обмотки высшего напряжения на обмотку низшего, и в случае возникновения напряжения на нулевом выводе трансформатора более 500 В воздушный промежуток в слюдяной прокладке между пластинами предохранителя пробивается и происходит соединение нулевого вывода с землей.

Заземлители могут быть естественные и искусственные. Естественными заземлителями являются металлические конструкции зданий и сооружений, соединенные с землей; проложенные в земле металлические трубопроводы - (за исключением трубопроводов горючих жидкостей и горючих газов); свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, если их не менее двух.
В том случае, когда сопротивление заземляющего устройства при использовании естественных заземлителей будет удовлетворять требованиям ПУЭ, устраивать дополнительное искусственное заземление не требуется.
В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые стальные трубы с толщиной стенок не менее 3,5 мм, угловую сталь, стальные стержни диаметром не менее 6 мм, горизонтально проложенные стальные полосы толщиной не менее 4 мм, общим сечением не менее 48 мм2 и т. п. Сопротивление заземления заземлителей определяется в основном удельным сопротивлением грунта, размером и формой заземлителя, глубиной заложения его в грунте. Удельное сопротивление грунта зависит от его состава, плотности, влажности и температуры и колеблется от 0,3-104 до 1,3-104 Ом-см.
Внутреннюю сеть заземления в помещениях РУ выполняют в виде магистралей заземления и ответвлений от них к отдельным корпусам аппаратов. Последовательное присоединение заземляемых корпусов электрооборудования к магистрали заземления не допускается. Магистральную заземляющую шину соединяют с заземлителем не менее чем двумя ответвлениями, присоединяемыми к заземлителю в разных местах.
Магистральную заземляющую шину и ответвления к заземляемым частям прокладывают открыто. Открыто проложенные заземляющие проводники окрашивают в черный цвет. При окраске их в иной цвет в местах присоединений и ответвлений необходимо прочертить две полосы черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга.
Сечения заземляющих проводников выбирают таким образом, чтобы при прохождении токов однофазных замыканий на землю температура заземляющих проводников в установках выше 1000 В с большими токами замыкания на землю не превышала 400 °С, в установках с малыми токами замыкания на землю сечение заземляющих проводников выбирают не менее 1/3 сечения фазных проводников, но и не менее указанных в табл. минимальные размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников  и минимальные сечения медных и алюминиевых заземляющих проводников в электроустановках до 1000 В.
В электроустановках до 1000 В применяют в качестве заземляющих проводников медные и алюминиевые проводники, минимальные сечения которых приведены в табл.

Заземляющие проводники соединяют друг с другом сваркой. К заземляемым конструкциям их присоединяют тоже сваркой, а к корпусам аппаратов, машин и т. п. — сваркой или болтами. Пайкой присоединяют заземляющие проводники к металлическим оболочкам кабелей и проводов.
Проходы заземляющих проводников сквозь стены и перекрытия выполняют в трубах, стальных обоймах или открытых проемах.
Система заземления РП, совмещенного с ТП, и распределение потенциалов при прохождении тока через заземление в разрезе А—А (контур здания опущен) показаны на рис.
Распределение потенциала внутри контура получается значительно равномернее и напряжение прикосновения Ua и шаговое Um значительно меньше, чем вне его.
Заземляющее устройство РП состоит из 14 стальных труб (заземлителей) диаметром 50 мм, длиной 2,5—3 м, соединенных между собой заземляющими проводниками, выполненными из стальных шин сечением 40X4 мм. Шины прокладывают на глубине 0,5— 0,8 м. Трубы забивают с таким расчетом, чтобы верх трубы находился от поверхности земли на глубине 0,5—0,7 м. Внутри РП проложена магистраль заземления, выполненная из полосовой стали сечением 25X4 мм2. Магистраль заземления соединена с заземлителями стальными шинами в четырех местах. Металлические корпуса оборудования присоединяют ответвлениями к магистрали заземления.
Так же выполняют систему заземления ТП.
При удельном сопротивлении грунта  4 Ом-см сопротивление заземления 14 заземлителей Rr = 5,4 Ом, сопротивление заземляющих проводников из Стальных шин Rm длиной около 50 м равно 8,5 Ом. Если сопротивление заземления брони заходящих кабелей выше 1000 В (RK) принять равным 2 Ом, то сопротивление заземления системы, приведенной на рис., составит 1,24 Ом и при расчетном токе замыкания на землю Iз = 100 А будет удовлетворять требованиям ПУЭ.
Система заземления РП, совмещенного с ТП и распределение потенциалов при прохождении тока через заземление
Рис. Система заземления РП, совмещенного с ТП (а), и распределение потенциалов при прохождении тока через заземление (б):
1 -  заземлитель из труб; 2 — стальные шины; 3 — магистраль заземления в РП; 4 — кривая распределения потенциала

После окончания монтажа заземляющего устройства его схема и исполнительные чертежи, а также протоколы измерения удельного сопротивления грунта и сопротивления заземления передаются эксплуатационной организации.
На каждое заземляющее устройство составляют паспорт, в котором указывают схему и дают описание устройства. Кроме того, в паспорте указывают дату включения в эксплуатацию и значения сопротивлений заземляющего устройства при вводе в эксплуатацию и последующих измерениях, даты осмотров и ремонтов.

В процессе эксплуатации периодически измеряют сопротивление заземляющих устройств с выборочным вскрытием грунта для осмотра элементов заземляющего устройства, находящегося в земле. Согласно Правилам технической эксплуатации измерения и вскрытие грунта на РП и ТП проводят через год после включения в эксплуатацию и в последующем — не реже 1 раза в 6 лет. При производстве текущего и капитального ремонтов оборудования проверяют надежность присоединения заземляющих проводников к корпусам оборудования и прочность мест сварки, а также окрашивают заземляющие проводники.
Прочность мест сварки заземляющих проводников и ответвлений от них проверяют путем простукивания слесарным молотком. Надежность присоединения заземляющих проводников к корпусам электрооборудования проверяют подтягиванием гаек болтового соединения ключом; при обнаружении ржавчины контактные поверхности соединения зачищают стальной щеткой.
В электроустановках до 1000 В с изолированной нейтралью периодически проводят проверку исправности пробивных предохранителей, установленных на трансформаторах. Проверку совмещают с осмотром электроустановок.

 
« Диагностика вводов и трансформаторов тока под рабочим напряжением   Измерение абсорбционных характеристик изоляции »
электрические сети