Опыт проектирования и эксплуатации заземляющих устройств подстанций подтверждает рекомендации действующих Правил устройства электроустановок о целесообразности иметь на подстанциях одно общее заземляющее устройство, используемое как защитное для цепей всех высоких напряжений, так и для отвода токов молнии. Исходя из этого, при проектировании заземляющих устройств мощных подстанций должны быть обеспечены:
а) возможно более благоприятное распределение потенциала на поверхности земли в пределах подстанции;
б) рекомендуемые ПУЭ величины сопротивления растекания тока;
в) необходимое по нормам импульсное сопротивление растекания тока в районе каждого устройства, с которого надлежит отвести токи молнии.
Для обеспечения указанных условий рекомендуется использовать естественные заземлители, как-то: заземляющие тросы отходящих линий электропередачи, железобетонные фундаменты опорных конструкций и т. д. Современные крупные подстанции имеют заземляющие контуры, выполненные следующим образом: вдоль линий размещения оборудования прокладываются магистрали заземления, к которым отдельными полосами присоединяется соответствующее оборудование. Такие магистрали образуют систему параллельных горизонтальных заземлителей. Общепринятым решением является укладка таких же горизонтальных магистралей заземления перпендикулярно указанным выше рядам. Это позволяет достаточно просто осуществлять заземление элементов оборудования подстанции в пределах каждой ячейки, а также создавать многочисленные пути для отвода тока молнии с конструкций подстанции, на которых установлены молниеотводы.
Пересекающиеся магистрали заземления создают сетку заземлений с ячейками с размерами, зависящими от расположения опорных конструкций.
Заземляющие контуры каждого рабочего напряжения подстанции (220, 100, 35 или 10 кВ) связываются во многих точках и образуют одно общее заземляющее устройство. Следует отметить, что стремление к уменьшению размеров ячеек сетки не дает ощутимого увеличения ее проводимости растекания тока, которое оправдало бы увеличение расхода металла.
Вопрос о глубине заложения горизонтальной сетки также является немаловажным вопросом, требующим рационального решения. Для уменьшения влияния на проводимость растекания тока сетки, зимнего промерзания и летней засушиваемости на первый взгляд кажется целесообразным заглубление сетки до 1,5 м, а в некоторых районах страны на еще большую величину. Однако, учитывая значительный объем земляных работ, возможные встречи с подземными коммуникациями и затруднения при эксплуатации, а также увеличение напряжения прикосновения др, заглубление сетки на глубину 1,5 м и более следует считать нецелесообразными. Рекомендуется располагать горизонтальную сетку на глубине 0,8 м, за исключением внешнего контура, который целесообразно углубить более чем на 0,8 м, чтобы сделать более пологим распределение потенциалов на поверхности грунта за контуром.
При проектировании заземляющих устройств современных подстанций следует иметь в виду, что одним лишь сетчатым горизонтальным заземлением редко можно достичь требуемой величины сопротивления растекания тока. Практически всегда целесообразно применять в дополнение к сетке вертикальные заземлители. Место их расположения в сетчатом горизонтальном заземлителе небезразлично. Это следует пояснить. Коэффициент использования вертикальных заземлителей т]в.з имеет более высокие значения при расположении их вдоль внешнего контура, чем при расположении их внутри контура, когда значения уменьшаются примерно в 2 раза. В отдельных случаях допустимо размещение небольшого числа вертикальных заземлителей внутри контура в местах расположения молниеотводов, которые обычно размещаются на опорных конструкциях и реже выполняются как отдельно стоящие молниеотводы, вынесенные за пределы заземляющего устройства.
На подстанциях заземлению подлежат:
- корпуса трансформаторов, масляных выключателей, рамы разъединителей, короткозамыкателей и т. п.;
- каркасы распределительных щитов, щитков, щиты управления, шкафы;
- металлические и железобетонные конструкции открытых подстанций;
- металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, стальные трубы электропроводок.
Сопротивление растекания тока заземляющих устройств подстанций с большими токами замыкания на землю в любое время года должно быть не более 0,5 Ом. Для получения этой величины, помимо контура заземления подстанции, следует использовать естественные заземлители, в первую очередь защитные тросы подходящих ВЛ, глухо соединенных с опорами линий электропередачи. Сопротивление растекания тока системы «заземляющий трос — заземление опор» при сопротивлении заземления каждой опоры, равном 10 Ом, будет в пределах 2 Ом. Таким образом, при двух линиях электропередачи, отходящих от подстанции в различных направлениях, будет достигнуто сопротивление растекания тока, равное 1 Ом, т. е. половине требуемого значения.
Подсчет сопротивления растекания тока системы «трос — опоры» при числе опор с тросом более 20 можно вести с достаточной точностью для практических целей по формуле
(6-16)
где iRTp — сопротивление троса в одном пролете, Ом; Ron — сопротивление растекания тока заземлителя одной опоры, Ом.
При числе опор с тросом менее 20 сопротивление системы «трос — опоры» определяется по формуле
(6-17)
где cth — гиперболический котангенс; 
где n — число опор с тросом.
6-10. ВЫНОС ВЫСОКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ ЗА ПРЕДЕЛЫ ПОДСТАНЦИИ С БОЛЬШИМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
При замыкании на землю в установках с большим током замыкания на землю возникает опасность выноса высоких потенциалов за пределы подстанции через естественные заземлители, какими являются нулевые провода и металлические оболочки кабеля, выходящие за пределы подстанции. При современных схемах электроснабжения промышленных предприятий, когда широко применяется глубокий ввод и подстанции с первичным напряжением 110 или 220 кВ оказываются на территориях промышленных предприятий, а у цехов сооружаются комплектные подстанции напряжением 6—10 кВ, связанные коммуникациями с подстанциями глубокого ввода, появляется реальная опасность возникновения высоких потенциалов и недопустимых шаговых напряжений.
Современные электрические установки могут иметь токи однофазного замыкания на землю на стороне 110— 220 кВ величиной от 2 до 10—16 кА, т. е. создавать напряжение на заземлении подстанций глубокого ввода от 1 до 5—7,5 кА, которое будет выноситься за их пределы.
Величина выносимого потенциала зависит от удельного сопротивления грунта: чем меньше удельное сопротивление грунта, тем на меньшее расстояние может быть вынесен потенциал.
С выносом потенциала в ряде случаев приходится считаться и принимать меры к его снижению. К таким мерам могут быть отнесены промежуточное заземление трубопроводов и оболочек кабеля, применение кабелей с неметаллической оболочкой, например марки ААШВ, для борьбы с выносом высоких потенциалов по рельсам железнодорожных путей, выходящих с территории подстанции. Можно также рекомендовать не присоединять рельсы к контуру заземления ГПП, а на выходе железнодорожного пути с территории ГПП через каждые 70— 100 м заземлять их на протяжении 0,6—0,6 км одним или двумя вертикальными электродами, с тем чтобы максимально снизить высокие потенциалы.
Для борьбы с выносом высоких потенциалов ПУЭ рекомендуют следующие мероприятия. Если заземляющие устройства электроустановок цехов промышленных предприятий присоединены посредством кабелей и трубопроводов к заземляющему устройству ГПП с большим током замыкания на землю, то вокруг зданий таких цехов на расстоянии 1 м от стен и глубине 1 м в земле должен быть проложен ленточный заземлитель сечением 40X4 мм, к которому присоединяются заземляющие устройства, расположенные внутри цеха, и все входящие в цех кабели и трубопроводы, идущие от ГПП. У входов и въездов в цех должно быть выполнено выравнивание потенциала путем прокладки проводников на расстояниях 1 и 2 м от ленточного заземлителя на глубинах 1—1,5 м соответственно.
