Заземление подстанции

Заземление ЭУ осуществляется преднамеренным соединением с заземляющим устройством (ЗУ). Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлических соединений между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновений с землей. Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Напряжением на ЗУ называется напряжение, вызывающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземляющее устройство и зоной нулевого потенциала. По существу U ЗМ – это падение напряжения на заземляющем устройстве с сопротивлении R ЗМ при прохождении через него тока заземления I ЗМ. Сопротивление ЗУ включает сопротивление растекания заземлителя (активное) и сопротивления заземляющих проводников (активная и индуктивная доля индуктивного сопротивления расчет при применении стальных проводников). Удельное сопротивление грунта зависит от его характера, температуры, содержания в нем влаги и электролитов. Наибольшее сопротивление имеет место в зимнее время при промерзании грунта и в летнее время при его высыхании.

Заземлители разделяются на две группы: естественные; искусственные. Естественными заземлителями называются находящиеся в соприкосновением с землей электропроводящие части коммуникации, зданий и сооружений производственного или иного назначения, используемые для целей заземления.

В качестве естественных заземлителей по ПЭУ рекомендуется использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей; металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.д.; свинцовые оболочки кабели, проложенные в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете ЗУ они должны учитываться при количестве кабелей на линии двух. заземлители опор ВЛ, соединенные с ЗУ ЭУ при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ. нулевые проводы ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ на линии 2. рельсовые пути магистральных не электрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

Искусственным заземлителем называется заземлитель, специально выполняемый для целей заземления. Во избежания лишних затрат эти заземлители следует применять лишь при отсутствии естественных заземлителей, невозможности их использования или при слишком высоком сопротивлении естественных заземлителей. Искусственные заземлители обычно выполняются из вертикальных электродов. Для искусственных заземлителей следует применять сталь. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей следующие: диаметр круглых (прутковых) заземлителей (мм) неоцинкованных оцинкованных сечения прямоугольных заземлителей, мм 2 – толщина прямоугольных заземлителей, мм – толщина полок угловой стали, мм –

Искусственные заземлители выполняют с расположением верхнего конца у поверхности земли или ниже уровня земли на 0,5 – 0,7 м При втором способе сопротивление заземления относительно стабильно, так как заземлитель соприкасается со слоями грунта, в которых относительно малы изменения влажности и температуры в течение года. Если заземлитель из одиночного вертикального электрода (рис. 1) не обеспечивает требуемого сопротивления заземления, то применяется расположение вертикальных электродов в ряд (рис. 2) или по контуру (рис. 3). d l h d l Рис Одиночные вертикальные заземлители с расположением верхнего конца у поверхности земли (а) и ниже уровня земли (б) а) б) a l Рис. 3. Расположение вертикальных заземлителей в ряд. А А а РУ –3 м Рис Контурный заземлитель. 1 – стальные соединительные полосы; 2 – стальные трубы.

Сопротивление растеканию электрода определена в основном его длиной и мало зависит от поперечных размеров электрода. В последнее время получили распространения вертикальные заземлители в виде стержней из круглой стали диаметром 12 – 16 мм. Погруженные в грунт вертикальные электроды соединяют стальными полосами, проложенными на глубине 0,5 – 0,7 м и приваренными к верхним концам вертикальных электродов. Вместо полос часто применяются круглая сталь.

Так как заземлитель обычно состоит из нескольких параллельно соединенных электродов, расположенных на сравнительно небольших расстояниях друг от друга, то возникает явление экранирования, приводящее к уменьшению объема грунта, в котором происходит растекание тока с каждого электрода, и, как следствие этого, увеличение сопротивления заземлителя.

Общие требования по заземлению. Занулению. Заземление или зануление ЭУ следует выполнять: При U=380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех ЭУ. При U НОМ выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках. Заземление или зануление ЭУ не требуется при U НОМ до 42 В ~ I и до 110 В = I во всех случаях кроме: 1) Металлических оболочек и брони контрольных и силовых кабелей и проводов, проложенных на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах и т.п., на которых проложены кабели и провода металлические оболочки и броня которых подлежат занулению. 2) Во взрывоопасных зонах любого класса.

Части, подлежащие занулению или заземлению. К частям подлежащим занулению или заземлению, относятся: 1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.; 2) приводы электрических машин; 3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов; 4) каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного тока или более 100 В постоянного тока; 5) металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей; 6) металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников; 7) электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

Не требуется преднамеренно заземлять или занулять. 1) корпуса электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземлительных (зануленных) металлических конструкциях, распределительных устройствах, на щитах, шкафах, щитках, станинах станков, машин и механизмов, при условии обеспечения надежного электрического контакта с заземленными или зануленными основаниями; 2) арматуру изоляторов всех типов, оттяжек, кронштейнов и осветительной арматуры при установки их на деревянных опорах ВЛ или на деревянных конструкциях открытых подстанциях, если это не требуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений; 3) корпуса электроприемников с двойной изоляцией.

Требования к заземляющим устройствам а) Электроустановки напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземленной нейтралью. Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства в этих электроустановках не должно превышать 0,5 Ом. Однако одно лишь ограничение сопротивления заземляющего устройства не обеспечивает проблемных напряжений прикосновения и шага при токах замыкания на землю в несколько килоампер. Поэтому дополнительно к ограничению сопротивления заземляющего устройства ПУЭ предписывают также выполнение следующих мероприятий: а) быстродействующее отключение при замыканиях на землю; б) выравнивание потенциалов в пределах территории, на которой находятся электроустановки, и на ее границах.

Для выравнивания потенциалов на территории электроустановки на глубине 0,5 – 0,7 м должна закладываться сетка из выравнивающих проводников (рис ). Продольные проводники закладываются параллельно осям оборудования на расстоянии 0,8 – 1 м от фундаментов или основания оборудования. Допускаются увеличения расстояний от фундаментов или основания оборудования до 1,5 м с прокладкой одного заземлителя для двух рядов оборудования, если сторона обслуживания обращены одна к другой, а расстояние между фундаментами или основаниями двух рядов не превышает 3,0 м.

Поперечные заземлители следует прокладывать на глубине 0,5 – 0,7 м от поверхности земли. Расстояние между ними рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последнее расстояние, начиная от периферии не должна превышать соответственно: 4; 5; 6; 7,5; 9; 10; 11; 13,5; 16 и 20 м. Размеры ячеек заземлительной сетки, примыкающих к местам присоединения нейтралей силовых трансформаторов и короткозамыкателей к ЗУ, не должны превышать 6 6 м 2. А А

При расположении установок с большими токами замыкания на землю у цехов предприятий должны выполняться следующие мероприятия: 1) Все прилегающие здания должны включаться в общий контур заземления. 2) Должны приниматься меры к выравниванию потенциалов внутри цехов. 3) Вокруг зданий на расстоянии 1 м от стен на глубине 2 м должен быть проложен проводник, соединенный с заземляющими проводниками внутри здания, а у входов и въездов в здания должно быть выполнено выравнивание потенциалов путем прокладки дополнительных полос с постепенным заземлением.

Сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при прохождении по ним расчетных токов к.з. на землю температура их за время срабатывания основной защиты не превысила допустимой. В соответствии с общим правилом минимальные сечения проводников, мм 2, по допустимому нагревов токов к.з. определяется по формуле где I РАСЧ – расчетный ток через проводник, А; t П – приведенное время прохождения тока к.з. на землю, с; С – постоянная (для стали С = 74, для голой меди С= 195, для кабелей с медными жилами С = 182, для голого алюминия и кабелей с алюминиевыми жилами С = 112).

б) В электроустановках выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства R, Ом, при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть не более: а) при использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ но не более 10 Ом б) при использовании заземляющего устройства только для электроустановок выше 1 кВ но не более 10 Ом

В качестве расчетного тока принимается: 1)в сетях без компенсации емкостных токов – полный ток замыкания на землю; 2) в сетях с компенсацией емкостных токов; для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, - ток, равный 125% номинального тока этих аппаратов

в) Электроустановки напряжением до 1 кВ с глухохаземленной нейтралью Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более: 15, 30 и 60 Ом.

При удельном сопротивлении земли более 100 Ом м допускается увеличивать указанные выше нормы в 0,01 раз, но не более десятикратного. В электроустановках напряжением до 1 кВ с глухохаземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем: в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя (в 4 раза во взрывоопасных зонах); в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику (в 6 раз во взрывоопасных зонах).

Электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Если генераторы или трансформаторы работают параллельно, то сопротивление 10 Ом допускается при суммарной их мощности не более 100 кВ А.

В качестве нулевых защитных проводников должны быть в первую очередь использованы нулевые рабочие проводники. В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников могут быть использованы: 1) специально предусмотренные для этой цели проводники; 2) металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.); 3) арматура железобетонных строительных конструкций и фундаментов; стальные трубы электропроводок; 4) алюминиевые оболочки кабелей; 5) металлические кожухи и опорные конструкции шинопроводов, 6) металлические короба и лотки электроустановок; 7) металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ и смесей, канализаций и центрального отопления.