Заземляющие устройства состоят из заземлителей, имеющих хороший контакт с землей, и проводников, соединяющих заземленные части электроустановок с заземлителями. Различают рабочее и защитное заземления. Заземление нейтралей генераторов, трансформаторов, разрядников является рабочим: оно необходимо для работы электроустановки в нормальных или аварийных режимах.
Защитные заземления устраивают для защиты обслуживающего персонала и посторонних людей от появления опасного напряжения на конструкциях оборудования, нормально не находящегося под напряжением. К защитному заземлению присоединяют корпуса машин, аппаратов, приборов, силовых и измерительных трансформаторов, выключателей, металлические конструкции РУ и другие устройства, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при повреждении изоляции. При наличии заземляющего устройства в случае к. з. на корпус аппарата ток потечет в землю через это устройство. Тогда человек, касающийся поврежденной части установки, окажется шунтированным во много раз меньшим сопротивлением и через него пройдет ток, не опасный для его жизни. Заземление обязательно для электроустановок 500 В и выше, а в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных и в наружных установках — при напряжении 36 В переменного тока. На тяговых подстанциях рабочее и защитное заземление объединяют.
Рассмотрим, как изменяется потенциал при перекрытии изолятора масляного выключателя в системе с грузозаземленной нейтралью (рис. 50, а). Ток замыкания на землю протекает через бак 1 выключателя, заземляющее устройство и далее в землю. Наибольшее падение напряжения происходит на участке стекания тока с заземлителей в грунт (70% падения напряжения приходится на расстоянии 1 м от заземлителя). По мере удаления от заземлителя потенциал убывает и на расстоянии 20 м практически становится равным нулю. Человек, коснувшийся рукой поврежденного выключателя, окажется под разностью потенциалов (грунта и заземлителя), называемой напряжением прикосновения Unр. Так как разные точки поверхности земли могут оказаться под разными потенциалами, то человек, находящийся в зоне изменения этого потенциала, ногами окажется под разностью потенциалов, называемой напряжением шага Иш. Эти напряжения не должны превышать допустимого значения для данной электроустановки.
Рис. 50. Распределение потенциала заземлителей при к. з. на землю (а); схема заземляющего устройства подстанции (б):
1— бак выключателя; 2 — стальная шина; 3 — заземлители; 4 — здание подстанции; 5 — внутренний контур заземления
При расчете и выполнении заземляющих устройств стремятся к более равномерному распределению потенциала на площади установки, чтобы уменьшить значения Uпр и Uш, с целью повышения безопасности обслуживания. Достигается это соответствующим размещением заземлителей, созданием контуров, охватывающих электроустановку, и устройством сетки из стальных полос.
Сопротивление заземляющего устройства г3 зависит от тока замыкания на землю, удельного сопротивления грунта, геометрических размеров заземлителей и других факторов.
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) сопротивление г3<0,5 Ом в тех установках, где напряжение>1000 В и ток>500 А; в случае если ток<1000 В, то для установок мощностью S>100 кВ-A сопротивление г3<4 Ом, а для S< 100 кВ-A это сопротивление <10 Ом.
Конструктивно защитное заземление на подстанции выполняют в виде контура, состоящего из заземлителей — труб диаметром 50 или 60 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм или уголков 50X50x4 длиной 2,5—3 м, забитых в землю на площади и вокруг открытого РУ (ОРУ) и закрытой части подстанции (рис. 50, б). Заземлители соединяют сеткой из стальных полос, прокладывают их на глубине 0,7—0,8 м. Стальные полосы сваркой соединяют с верхней частью заземлителей. Сетки выравнивают потенциал при к. з. на площади ОРУ и создают удобства присоединения всех заземляющих конструкций к заземляющему устройству.
Количество заземлителей
(17)
где Rа — сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя, Ом;
г3 — допустимое сопротивление заземления, Ом;
п — коэффициент использования заземлителей;
к — коэффициент, учитывающий промерзание грунта зимой и просыхание грунта летом.
В закрытых помещениях подстанций для заземления аппаратов, приборов, конструкций прокладывают магистрали заземления в виде стальных полос, окрашенных в черный цвет. Их прокладывают на стенах в местах, доступных для осмотра и присоединения заземляющих проводников от аппаратов и конструкций. Внутренний заземляющий контур соединяют стальными полосами с наружным.
Для выравнивания потенциала и обеспечения безопасности обслуживающего персонала на подстанциях переменного тока вывод с тяговой обмотки трансформатора соединяют с контуром заземления и с рельсами железнодорожного пути. Металлические оболочки всех кабелей, выходящих с территории подстанции, соединяют с заземляющим контуром. На подстанциях постоянного тока рельсовый тупик не заземляют, а во избежание выноса опасного потенциала с территории подстанции в рельсах за пределами ее устраивают изолирующие стыки.
Контур заземления в помещениях преобразователен, РУ постоянного тока, щита управления и сглаживающего устройства выделяют в отдельный и соединяют с наружным в двух точках стальными шинами. На этих шинах устанавливают реле земляной защиты, которая при замыкании на землю в РУ постоянного тока отключает агрегаты и БВ питающих линий (фидеров) контактной сети.
