Розрахунок заземлюючого пристрою підстанції, заземлення опор повітряних ліній, вимоги ПУЕ

Уявити собі сучасну цивілізацію без електрики неможливо. Величезна частина вуглеводнів використовується для генерації саме електроенергії.

Однак електрику неможливо перевозити, як нафта або вугілля. Для його транспортування використовують лінії електропередачі (ЛЕП), що забезпечують трафік електроенергії великої потужності на необхідні відстані. Приведення ж параметрів переданої по ним енергії до стандартів, властивим її споживачам, має на увазі використання трансформаторних підстанцій, які забезпечують необхідну напругу в мережі. Таким чином, здійснюється харчування всіх електроустановок, починаючи від лампочки в кімнаті і закінчуючи промисловим обладнанням.

Для запобігання травматизму обслуговуючого персоналу і тим більше смертей, з огляду на високий вольтаж, застосовуються заземлення повітряних ліній та підстанцій. Дана публікація ставить перед собою завдання розібратися в причинах їх необхідності, а також конструкціях цих пристосувань.

Для чого потрібно заземлювати ЛЕП і підстанції

За великим рахунком, повітряна лінія (ПЛ) являє собою ряд стовпів (опор), що зазнає впливу природних факторів, таких як перепади температур, атмосферні опади, прямий вплив сонячного ультрафіолету і інших. З огляду на їх впливу, можуть змінюватися властивості діелектриків і відбуватися пряме дотик струмопровідних частин кабелю з опорою. Крім іншого, нерідкі короткочасні перепади напруги в лінії із значним перевищенням номінального (допустимого) значення, що може призводити до замикання між кабелем і конструкційними елементами опори.

При дотику до такого стовпа людина може отримати травму і навіть померти. Тому установка заземлення на повітряній лінії аж ніяк не відноситься до розряду рекомендацій або примх органів контролю. Це продиктовано правилами улаштування електроустановок (ПУЕ) як основним нормативним документом, який регламентує вимоги до енергосистем, в тому числі ПЛ. Згідно з цим документом, заземлюючих пристроїв опор повітряних ліній обов’язкові.

Окремо стоїть питання блискавкозахисту конструкцій. Опори можуть бути виконані з дерева, залізобетону або сталі. Для стоять в чистому полі опор, часом, мають досить значну висоту, влучення блискавки аж ніяк не рідкісне явище. Якщо для сталі або залізобетону, що мають хорошу електропровідність і нездатних до горіння, це не принесе серйозних пошкоджень, то для дерев’яної конструкції загрожує руйнуванням або займанням. З огляду на колосальну напругу розряду блискавки, можливе руйнування діелектриків, огороджувальних конструкційні елементи від струмопровідних частин ПЛ, що, в свою чергу, призводить до аварії.

Все це в рівній мірі відноситься і до підстанцій. До сих пір деякі з них представляють собою великий трансформатор посеред поля, що живить ферму, наприклад. Трансформаторні установки схильні до всіх негативних впливів, що і ПЛ. Навіть якщо це не так, вони повинні відповідати вимогам ПУЕ.

Обладнана же пристроєм заземлення щогла або підстанція поводиться інакше. Весь заряд, який потрапив на опору, стече на землю, з огляду на низьку її опір і велику ємність. Це означає, що конструкція не буде перебувати під напругою і буде безпечна для життя і здоров’я людей.

Основні вимоги

Згідно з вимогами ПУЕ, практично кожна опора повинна мати заземлюючих пристроїв. Воно необхідне для запобігання перенапруги атмосферного характеру (блискавка), захисту електрообладнання, розміщеного на щоглі, а також реалізації повторного заземлення. Його опір при цьому не повинно перевищувати 30 Ом. Причому громовідводи і подібні пристрої, повинні з’єднуватися з заземлювачем окремим провідником. Крім іншого, обов’язковому заземлення підлягають розтяжки, що встановлюються для стійкості опори, якщо вони присутні в її конструкції. Все межсоединения, дроти зниження і заземлення, наприклад, переважно виконувати зварюванням, а, через брак можливості, скручуватися болтами. Всі частини заземлювального пристрою повинні бути виконані зі сталі діаметром не менше 6 мм. Сам провідник і місця стикувань повинні мати антикорозійне покриття. Зазвичай це сталева оцинкована дріт відповідного діаметру.

залізобетонні стовпи

Влаштування заземлення ПЛ залежить від матеріалу опор. У разі залізобетонної конструкції всі виступаючі зверху і знизу елементи арматури повинні бути приєднані до PEN-провідника (нульова шина), який згодом відіграє роль заземлення. До нього ж слід приєднати гаки, кронштейни та інші металоконструкції, що знаходяться на опорі. Все це в рівній мірі відноситься і до металевих щогл ВЛ.

дерев’яні стовпи

З дерев’яними опорами ПЛ справа йде трохи інакше. З огляду на діелектричних властивостей деревини, кожна з щогл не потребує окремому пристрої заземлення. Воно встановлюється лише при наявності на щоглі громовідводу або повторного заземлення. Крім того, металева оболонка кабелю з’єднується з PEN-шиною лінії в місцях переходу ПЛ в кабельну лінію.

малоповерхова забудова

Всі види опор повинні бути обладнані пристроями заземлення, якщо мова йде про населені пункти з малоповерхової забудовою (1 або 2 поверху).

Відстань між такими щоглами залежить від середньорічного значення годин, в які трапляється гроза. Якщо ця величина не перевищує 40, то проміжки між опорами з громовідводами повинні складати менше 200 м. В іншому випадку це відстань скорочується до 100 м. Крім того, обов’язковому заземлення підлягають опори, що представляють розгалуження від ПЛ до об’єктів з потенційно масовим скупченням людей, клуби або будинку культури, наприклад.

установка заземлювачів

Заземлення ПЛ здійснюється вертикальними або горизонтальними заземлювачами. У першому випадку це сталеві штирі, закопані або забиті в землю, а в другому є смуги металу, розташовані паралельно землі під її поверхнею. Останній варіант застосовують для грунту з високим питомим опором. Після закапування контуру землю трамбують для забезпечення кращого її контакту з металом. Потім проводиться вимірювання опору у заземлення опор ПЛ. Воно є твором значення, отриманого прямим виміром, на коефіцієнт, що залежить від типу і розміру заземлювача, а також кліматичної зони (є спеціальні таблиці).

особливості підстанцій

Всі раніше описане відноситься і до підстанцій, незважаючи на те, що вони знаходяться під дахом. Виняток становить лише те, що там досить часто або постійно перебувають люди, а, отже, до їх заземлення пред’являються особливі вимоги.

У загальному випадку заземлення підстанції складається з наступних елементів:

  • внутрішній контур;
  • зовнішній контур;
  • пристрій блискавкозахисту об’єкта.

Внутрішній контур заземлення підстанції забезпечує просте і надійне з’єднання з землею всіх пристроїв, що знаходяться всередині підстанції. Для цього по периметру всіх приміщень об’єкта на висоті 40 см від підлоги дюбелями закріплюють сталеву смугу. Контури всіх приміщень, а також і їх складові частини з’єднуються зварюванням або різьбовими з’єднаннями, якщо такі передбачені. Всі металеві частини, не призначені для проходження струму (корпуси приладів, огорожі, люки і схоже на те), з’єднуються з цією шиною. Подібні смуги оснащуються нарізними сполученнями з шайбами ??збільшеної ширини і гайками типу «баранчик». Це дозволяє отримати надійне переносне заземлення. Нульова шина силового трансформатора, враховуючи схему з глухозаземленою нейтраллю, з’єднується з отриманим контуром.

зовнішній контур

Зовнішній контур заземлення також є замкнутим. Він являє собою горизонтальний заземлювач із сталевої штаби, що зв’язує певну кількість вертикальних штирів. Глибина залягання цієї конструкції повинна бути не менше 70 см від поверхні, причому смужка ставиться руба.

Потрібно розташування пристрою по периметру будівлі не перевищуючи відстані 1 м від його стін або фундаментної плити. Загальний опір контуру не може перевищувати 40 Ом, якщо питомий опір ґрунту менше 1 кОм * м відповідно до ПУЕ.

Якщо підстанція має металевий дах, то її заземлюють, з’єднавши з зовнішнім контуром сталевим дротом діаметром 8 мм. Поєднання виробляється з двох сторін об’єкта, діаметрально протилежних між собою. Вимоги ПУЕ наказують захистити цю шину зниження на зовнішній стіні будівлі від корозії і механічних пошкоджень.

Ця величина залежить від характеристик грунту, габаритів і конструкції заземлюючого пристрою та інших факторів. Методика досить об’ємна і вимагає особливого розгляду. Але варто відзначити, що найчастіше йдуть від протилежного. Маючи необхідний опір і певний сортамент сталі, наприклад, визначають габарити заземлювача, кількість горизонтальних електродів і глибину залягання у відомому типі грунту.

Заземлювальні пристрої підстанцій або ВЛ, так само як і заземлення електростанції, грають виключно важливу роль в їх експлуатації. Крім забезпечення нормальної роботи цих об’єктів, вони забезпечують безпеку здоров’я і життя для людей, які їх обслуговують.