Сооружение подстанций - Правила устройства заземлений

Глава третья.
РАБОТЫ ПО УСТРОЙСТВУ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЗАЗЕМЛЕНИЙ.

В ряде случаев строительным организациям, осуществляющим работы по сооружению электростанций и подстанций, поручается выполнение части работ по устройству заземлений (в большинстве случаев наружных).

Рис. 3-1. Растекание тока в земле с одиночного трубчатого заземлителя.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электростанции» и с «Правилами устройства электроустановок» электрооборудование и электротехнические устройства, которые вследствие нарушения изоляции могут оказаться под напряжением, должны заземляться. При протекании тока через поврежденный участок изоляции в землю по пути тока возникает падение напряжения между токоведущей частью и землей.
Напряжением относительно земли в случае замыкания на землю называют напряжение между заземленной частью электрической установки и точками земли, которые расположены за пределами зоны токов в земле, но не ближе 20 м.
К электроустановкам с большими токами замыкания иа землю относят установки с однофазным током замыкания на землю свыше 500 а.
Растекание тока в земле при одном трубчатом заземлителе показано на рис. 3-1.

Таблица 3-1
Удельные сопротивления различных грунтов

Приближенные значения удельных сопротивлений различных грунтов приведены в табл. 3-1.
В установках напряжением выше 1 000 в с токами на землю не свыше 500 а сопротивление заземления определяют по формуле

где R — наивысшее сезонное значение сопротивления заземления, Ом;
I — расчетный ток замыкания на землю, а.
Для снижения напряжения прикосновения в установках напряжением выше 1 000 в заземление располагают по контуру, который охватывает установку.
В установках напряжением до 1000 в сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом, а сопротивление повторного заземления нулевого провода не выше 10 Ом. В сетях с глухозаземленной нейтралью при возникновении однофазного замыкания на землю поврежденный участок должен быстро отключаться, для чего корпуса токоприемников соединяются с нейтралью трансформаторов. Для осуществления такого соединения разрешается использовать естественные заземлители, т. е. конструкции и части сооружений, имеющие хорошее соединение с землей (например, водопровод). 
На рис. 3-2 показано распределение потенциала при контурном заземлении, выполненном с помощью труб и полос.
Сопротивление заземлителя растеканию тока (сопротивление растеканию) определяется в основном сопротивлением почвы между заземлителем и поверхностью нулевого потенциала, а не сопротивлением контакта между заземлителем и грунтом.
В средних грунтах сопротивление одной трубы или уголка бывает равно 20—50 Ом.

При этом нельзя пользоваться естественными заземлителями, которые в процессе эксплуатации могут быть разорваны (например, трубопровод, разбираемый при ремонте).
Для устройства заземлителей наиболее распространены стальные трубы длиной 2—3 м, диаметром 50— 75 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Количество труб определяют расчетом.

Рис. 3-2. Распределение потенциала при контурном заземлении,
1— трубы; 2 — соединительные стальные полосы; 3 — площадка распределительного устройства высокого напряжения.
Обычно трубы забивают в землю на расстоянии 2,5— 3 м одна от другой. Наименьшее допускаемое количество труб 2. Для заземления могут быть применены и стальные уголки с толщиной полки не менее 4 мм.
Заземлители забивают на такую глубину, чтобы их верхний конец был на 0,4—1,5 м ниже уровня земли.
Может также применяться стальная лента площадью поперечного сечения не менее 100 мм и толщиной не менее 4 мм.
Заземлители соединяются поверху стальными полосами или круглой сталью. Стальные полосы, соединяющие трубы-заземлители, приваривают к заземлителям и укладывают на глубину не менее 0,3 ж. Соединение заземляющей проводки осуществляют внахлестку, причем длина сварных швов должна быть не менее 6-кратного диаметра круглых проводов или не менее двойной ширины прямоугольных полос.
Под землей и в местах, не доступных для наблюдения, наименьшее сечение медных проводов должно быть 25 мм², стальных полос 48 мм² и стальных круглых проводников 28 мм².
Внутреннюю сеть заземления выполняют из стальных полос сечением не ниже 24 мм² и толщиной не ниже 3 мм или из круглой стали диаметром не менее 5 мм. Сечение всех элементов сети заземления должно быть проверено расчетом на термическую устойчивость.
Сечение стальных открыто проложенных заземляющих проводов должно быть не менее 12 мм².
Медные голые провода при открытой прокладке должны быть сечением не менее 4 мм², а при защищенной прокладке и прокладке в каналах не менее 1,5 мм, заземляющие медные жилы кабелей и проводов в общей защитной оболочке с фазным проводом должны иметь сечение не менее 1 мм², а медные открыто проложенные изолированные провода не менее 2,5 мм².
Участки металлоконструкций, которые используются в системе заземления, соединяются стальными шинами сечением не менее 100 мм² на сварке. Разрешается соединение заземляющих проводов свинчиванием и склепыванием.
Заземляющие провода и полосы в помещениях должны быть ограждены от механических и химических повреждений и доступны для осмотра. Стальные трубы электропроводки, примененные в качестве заземляющих проводников, должны иметь надежные соединения. При открытой прокладке разрешается выполнять соединения труб муфтами на сурике или другие конструкции соединений, обеспечивающие надежный контакт.
При наличии длинных участков с резьбой (сгоны) на них должны ставиться контргайки.

При скрытой прокладке, а также в сетях с заземленной нейтралью при открытой прокладке стыки труб необходимо дополнительно проваривать с каждой стороны. В случаях прокладки проводов в стальных трубах и использовании труб в качестве заземляющих проводников необходимо выполнять металлические соединения между трубами и корпусами электрооборудования, в которые вводят трубы.
В электроустановках напряжением до 1 000 в с глухим заземлением нейтрали стальные проводники, специально предназначенные для заземления, прокладывают согласно ПУЭ совместно либо в непосредственной близости с фазными.
Сечения таких проводников следует принимать согласно таблице.
При использовании таких проводников и обеспечении надежной связи их с заземляющим устройством и нейтралью трансформаторов по ПУЭ требуется применять специально проложенные стальные проводники сечением более 160 мм².

Проводимость металлических конструкций зданий, подкрановых балок, ферм, колонн, стальных труб электропроводки и алюминиевых оболочек кабелей считают достаточной во всех случаях, когда присоединение их к заземляющему устройству и к нейтрали трансформатора выполнено проводниками надлежащего сечения.
Проводники сечением более: алюминиевые 70 мм², медные 50 лиг и стальные 800 мм² —применять не рекомендуется.
К протяженным заземлителям вне зданий должно быть выполнено не менее двух присоединений заземляющей сети.

Сплошные и сетчатые двери в распределительных устройствах в настоящее время не заземляют. Не заземляют также арматуру проходных и опорных изоляторов, смонтированных на заземленных стальных конструкциях, арматуру изоляторов деревянных опор линий электропередач и открытых распределительных устройств, корпуса приборов, реле и аппаратов, смонтированных на щитах управления, пультах и на стенах камер распределительных устройств, а также рельсовые пути на территориях электростанций и подстанций. На выходе рельсовых путей за контур заземления необходимо выполнять изолирующие стыки.
В случаях, когда пользуются естественными заземлителями с сопротивлением растеканию до 0,5 Ом в установках с большими токами на землю, обязательно устройство дополнительных заземлителей с сопротивлением не выше 1 Ом.
Присоединение заземляемых элементов к сети заземления разрешается выполнять лишь отдельными ответвлениями. Последовательное присоединение заземляемых элементов недопустимо.
Для предохранения людей от поражения, а оборудования от повреждения в сетях напряжением ниже 1 000 в без глухого заземления нейтрали низкой стороны нейтраль низкой стороны заземляется через пробивной предохранитель, который при переходе высокого напряжения в обмотку низкой стороны пробивается, в результате чего создается глухое заземление низкой стороны. В случаях соединения обмоток трансформатора с низкой стороны треугольником пробивной предохранитель присоединяется к выводу одной из фаз трансформатора.
Сеть заземления выполняют в помещениях так, чтобы она была доступна для осмотра. Для защиты от коррозии проводники заземления окрашивают. Цвет окраски сетей заземления фиолетовый. Воспрещается окраска проводников заземления, утопленных в грунт. Шины заземления в местах присоединения переносных заземлений должны быть зачищены и залужены, а места присоединений обозначены метками.
Временные заземления должны выполняться проводниками, сечение которых проверено на расчетный так замыкания на землю (не ниже 25 мм² в случае применения медных проводников).
Контуры заземления отдельных объектов тепловых электростанций соединяются между собой. Не присоединяются к общему контуру заземления контуры грозозащиты (молниеотводы, устанавливаемые на открытых подстанциях, на кровле главного корпуса, на дымовых трубах и градирнях).
В случаях использования естественных заземлителей необходимо обеспечивать безопасность эксплуатации используемых устройств с тем, чтобы их расчетное сопротивление было обеспечено при любых условиях. При использовании для заземления водопроводной сети ее надежно заземляют у потребителей, а также принимают меры для предотвращения появления опасных напряжений, причем иногда прибегают к устройству изолированных фланцевых соединений.
Перед устройством заземления предварительно производят замеры удельного сопротивления грунта. Высокие удельные сопротивления отмечаются обычно в песчаных и каменистых грунтах. Большое значение при этом имеет также высота уровня грунтовых вод.
При высоких удельных сопротивлениях следует повышать глубину забивки труб до 15 м и более для того, чтобы достигнуть, если это возможно, грунтов, значительно лучше проводящих электрический ток, чем пески, например суглинков. Диаметр труб-заземлителей при этом принимают равным 75 мм и более.
Для снижения сопротивления заземлителей в котлованы для труб засыпают поваренную соль вместе с землей в количестве до 5 кг на одну скважину, что значительно (в некоторых случаях в 5 раз и более) понижает сопротивление заземления.
В процессе эксплуатации обработку грунта солью нужно повторять, что является серьезным недостатком этого способа.