Заземление подстанций является важной частью обеспечения надежности и безопасности электроснабжения. Правильно выполненное заземление позволяет снизить опасность поражения людей электрическим током, защитить оборудование от перенапряжений и обеспечить надежную работу системы электроснабжения.
Основными элементами контура заземления подстанции являются заземлители (вертикальные, горизонтальные) и заземляющие проводники. Заземлители могут быть выполнены из стальных труб, угловой стали, прутковой стали. В качестве заземляющих проводников используются стальные полосы, провода. Все элементы заземляющего устройства соединяются между собой сваркой, болтовыми и зажимными соединениями. Контур заземления должен иметь низкое сопротивление растеканию тока.
Схемы заземления трансформаторных подстанций
В трансформаторных подстанциях применяются различные схемы заземления в зависимости от конструкции и назначения подстанции:
- схема TN-C - нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике;
- схема TN-S - нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены;
- схема TN-C-S - комбинированная схема;
- схема IT - отсутствует прямое соединение с землей;
- схема TT - прямое заземление, защитные проводники заземлены независимо.
Выбор схемы заземления зависит от мощности подстанции, назначения, требований к надежности электроснабжения. Наиболее распространена схема TN-C-S.
Расчет заземления подстанции высокого напряжения
Расчет заземляющего устройства подстанции высокого напряжения включает:
- Выбор допустимого значения сопротивления заземляющего устройства;
- Определение расчетного тока замыкания на землю;
- Расчет количества и глубины погружения заземлителей;
- Выбор сечения заземляющих проводников;
- Проверка напряжения прикосновения и шагового напряжения.
Расчет должен подтвердить, что созданное заземляющее устройство обеспечивает требуемые параметры в различных режимах работы подстанции.
Контур заземления тяговой подстанции
Контур заземления тяговой подстанции электрифицированной железной дороги имеет свои особенности:
- Используются вертикальные и горизонтальные заземлители;
- Контур заземления объединяет все элементы подстанции;
- Дополнительно выполняется защитное заземление путей;
- Должно быть обеспечено низкое сопротивление заземления.
Правильно выполненный контур заземления тяговой подстанции позволяет обеспечить электробезопасность обслуживающего персонала и пассажиров.
Сопротивление заземления подстанции
Сопротивление заземляющего устройства подстанции является одним из основных параметров, определяющих эффективность его работы. Чем ниже сопротивление заземления, тем лучше:
- Обеспечивается отвод токов короткого замыкания в землю, снижается опасность поражения персонала;
- Уменьшаются перенапряжения при грозовых и коммутационных перенапряжениях;
- Снижается уровень помех в линиях связи.
Допустимое значение сопротивления заземления подстанции регламентируется правилами устройства электроустановок. Как правило, оно не должно превышать нескольких Ом.
Сопротивление заземления зависит от материала и количества заземлителей, их взаимного расположения, удельного сопротивления грунта. При проектировании заземления должны учитываться все эти факторы.
Материалы для заземлителей подстанций
Для изготовления заземлителей подстанций широко используется сталь, как наиболее эффективный проводник электрического тока. Наиболее распространены следующие материалы:
- Стальные трубы и уголки;
- Оцинкованные стальные полосы;
- Сталь круглая горячекатаная;
- Прутки из нержавеющей стали.
Выбор материала зависит от требований к коррозионной стойкости и механической прочности, наличия и стоимости. Наиболее оптимальным решением зачастую является сочетание нескольких видов стальных заземлителей.
Коррозионная стойкость заземлителей
В процессе эксплуатации заземлители подстанций подвержены воздействию коррозии, которая приводит к увеличению их сопротивления и снижению надежности заземления. Для повышения коррозионной стойкости применяются следующие методы:
- Использование оцинкованных, нержавеющих или медных заземлителей;
- Нанесение антикоррозионных покрытий;
- Установка заземлителей ниже глубины промерзания грунта;
- Использование электрохимической защиты;
- Периодический контроль и замена поврежденных элементов заземления.
Правильный выбор материалов и методов защиты позволяет обеспечить работоспособность заземляющих устройств в течение всего срока службы подстанции.
Молниезащита подстанций
Подстанции подвержены воздействию грозовых разрядов, которые могут вывести из строя дорогостоящее оборудование. Для защиты от грозовых перенапряжений выполняют комплекс мероприятий:
- Устройство молниеотводов;
- Выравнивание электрического потенциала элементов подстанции путем их присоединения к заземлителям;
- Установка грозозащитных разрядников на воздушных линиях;
- Защита изоляции и вторичных цепей от импульсных перенапряжений.
Эффективная молниезащита обязательна для подстанций с высоким классом напряжения и ответственных потребителей электроэнергии.
Методы снижения сопротивления заземления
Если в силу особенностей грунта не удается получить требуемое сопротивление заземления подстанции, применяют специальные методы его снижения:
- Химическое заземление с использованием бентонитовых и углеродных электродов;
- Установка заземлителей в скважины, заполненные бентонитом;
- Применение импульсной технологии заземления ИТЗ;
- Увеличение площади контакта заземлителей с грунтом.
Применение таких методов позволяет создавать эффективные заземляющие устройства даже при высоком удельном сопротивлении грунта.
Контроль заземляющих устройств подстанций
Для поддержания заземления подстанций в работоспособном состоянии необходим регулярный контроль его параметров. Контроль включает:
- Измерение сопротивления заземляющего устройства;
- Проверку целостности контура заземления;
- Оценку коррозионного состояния заземлителей;
- Испытания устройств молниезащиты.
По результатам контроля проводится регламентное обслуживание заземления с заменой поврежденных элементов. Это позволяет поддерживать надежность работы заземления в течение всего срока службы подстанции.
Влияние сезонных изменений на сопротивление заземления
Сопротивление заземления подстанций зависит от влажности и температуры грунта, которые изменяются в течение года. В зимний период сопротивление возрастает из-за промерзания верхних слоев грунта. Летом при высыхании почвы сопротивление также увеличивается. Для учета сезонных колебаний при проектировании заземления запас по сопротивлению должен составлять не менее 2-3 раз.
Взаимное влияние заземлений соседних подстанций
При расположении подстанций на небольшом расстоянии друг от друга возникает взаимовлияние их заземляющих контуров. Это может привести к изменению распределения потенциалов при стекании токов однофазного короткого замыкания. При проектировании в таких условиях учитываются возможные наведенные потенциалы, выполняется совместный расчет заземлений.
Мобильные заземлители для временных схем
При выполнении временных схем электроснабжения от подстанций, например на строительных площадках, применяются мобильные заземлители: переносные стержневые, ленточные, тросовые. Их достоинством является возможность быстрой установки и демонтажа, перемещения по площадке. Мобильные заземлители позволяют оперативно обеспечить электробезопасность временных электроустановок.
Требования пожарной безопасности к заземлению
Система заземления подстанции должна учитывать и требования пожарной безопасности. Конструктивное исполнение заземляющих проводников должно исключать их перегрев при протекании токов короткого замыкания. Заземляющие устройства должны быть защищены от механических, термических и химических воздействий, сопровождающих пожар.
Автоматизация контроля заземляющих устройств
На современных подстанциях наблюдается тенденция к автоматизации систем контроля заземления. Автоматические системы мониторинга измеряют сопротивление заземления, наличие цепи между заземлителями и рабочим оборудованием, температуру контактных соединений. Это позволяет непрерывно контролировать состояние заземления и своевременно обнаруживать неисправности.
Профилактические испытания заземляющих устройств
Для проверки работоспособности заземления подстанций в заданных условиях периодически проводятся его профилактические испытания. Испытания включают имитацию различных аварийных режимов с пропусканием токов, моделирование грозовых импульсов. На основании полученных данных делается вывод о пригодности существующей системы заземления и необходимости ее модернизации.
Особенности монтажа элементов заземляющих устройств
При монтаже заземляющих устройств подстанций особое внимание уделяется качеству соединений между элементами. Соединения должны быть доступны для осмотра и надежно защищены от коррозии. Наиболее надежная защита обеспечивается горячей оцинковкой мест соединений.
Защитное заземление электрооборудования
Все электрооборудование на территории подстанции должно быть надежно заземлено для защиты персонала от поражения электрическим током. Кроме того, заземление корпусов оборудования улучшает электромагнитную совместимость, снижая уровень помех.
Выбор сечения заземляющих проводников
При выборе сечения заземляющих проводников учитываются допустимые плотности тока для предотвращения перегрева. Кроме того, большое сечение снижает индуктивность проводников, что важно при грозовых разрядах и коммутационных перенапряжениях.
Защита заземляющих устройств от вибрации и сейсмических воздействий
Для подстанций, расположенных в сейсмоактивных зонах, предусматриваются специальные меры по защите системы заземления от вибрации и сейсмических толчков. Это позволяет сохранить работоспособность заземления и обеспечить безопасность оборудования подстанции при возникновении подобных воздействий.
