Заземляющие устройства распределительных подстанций – назначение, конструктивные особенности, особенности эксплуатации

Содержание

Виды материала (профили)

Согласно требованиям ПУЭ, содержащим указания на то, каким должно быть сопротивление растекания тока в грунте, в большинстве случаев этот показатель устанавливается на уровне не более 4 Ом. Для получения этого значения обычно приходится приложить немало усилий, направленных на то, чтобы придерживаться заданных теми же требованиями технологий.

В первую очередь, это касается используемых при сборке заземляющего контура материалов, подбираемых, исходя из следующих условий:

При выборе штырей предпочтение должно отдаваться заготовкам из черного металла;
Наиболее часто применяется пруток типоразмером 16-20 мм или уголок с параметрами 50х50х5 мм и толщиной металла около 5 мм;
Применять в качестве элементов контура арматуру не допускается, поскольку она обладает каленой поверхностью, влияющей на нормальное стекание тока;
Для этих целей подходит именно чистый пруток, а не его арматурный заменитель.

Обратите внимание! Для районов с засушливым летом лучше всего подходят трубные толстостенные металлические заготовки, нижний конец которых сплющивается на конус, а затем в этой части трубы просверливаются несколько отверстий. Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично

В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов

Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично. В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов.

К этому виду профильных заготовок предъявляются особые требования, касающиеся порядка их размещения в почве и состоящие в следующем:

Во-первых, трубные элементы защитного контура должны размещаться на глубине, превышающей уровень промерзания грунта не менее чем на 80-100 см;
Во-вторых, в особо засушливых местностях примерно треть длины заземлителя должна достигать влажных слоёв почвы;
В-третьих, при выполнении второго условия следует ориентироваться на особенности расположения в данном регионе так называемых «грунтовых вод». В случае если они находятся на значительной глубине, по правилу, сформулированному в положениях ПУЭ, необходимо будет подготовить более длинные трубные отрезки.

С видом и профилем используемых при обустройстве заземлителя штыревых заготовок можно ознакомиться на размещённом ниже рисунке.

На практике в большинстве регионов России обычно применяются стальной уголок и полоса из того же металла. Для того чтобы получить более точные параметры используемых элементов заземления, потребуются данные геологических обследований. При наличии этой информации можно будет привлечь к обсчёту параметров заземлителя специалистов.

Из чего делается металлосвязь

Соединяющие штыри элементы (металлосвязь) обычно изготавливается из следующих электротехнических материалов:

Типовая медная шина, имеющая сечение на менее 10 мм2;
Алюминиевая полоса с поперечным сечением порядка 16 мм2;
Стальная полоска 100 мм2 (типоразмер – 25х5 мм).

Классическая металлосвязь делается обычно в виде нарезанных по размеру стальных полос, крепящихся на сварку к уголкам или оголовкам прутка.

Важно! От качества сварочного сочленения зависит, сможет ли данное заземляющее устройство или контур пройти проверочные испытания на соответствие переходного сопротивления нормируемому значению (4 Ома)

При применении более дорогих алюминиевых (медных) полосок к ним на сварку крепится болт подходящего типоразмера, на котором впоследствии фиксируются подводящие шины

Главное, на что нужно обращать внимание при обустройстве любых соединений, – это надёжность получаемого в результате контакта

Для этого перед оформлением болтового сочленения необходимо тщательно зачистить обе соединяемые детали до появления блеска чистого металла. Дополнительно эти места желательно обработать шкуркой, а после закручивания болта хорошо его поджать, что обеспечит более надёжный контакт.

Типы заземляющих устройств

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя — металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное (или сосредоточенное) и контурное (или распределенное).

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Недостаток выносного заземления — отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего коэффициент прикосновения а = 1. Поэтому этот тип заземления применяется лишь при малых токах замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения.

Достоинством такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. п.).

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяются по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории до такой величины, чтобы максимальные значения напряжений прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводы, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Установка и снятие переносного заземления

При ознакомлении с порядком наложения и снятия заземлений на подлежащих ремонту цепях важно обратить внимание на следующие моменты:

Установка переносных заземлений на токоведущие части производится непосредственно после того, как они проверены на отсутствие опасного напряжения.
ПЗ сначала одним концом присоединяются к заземляющему устройству и только после этого их ответные части фиксируются на токоведущих шинах самонесущего изолированного провода СИП.
Перед этим рекомендуется повторно убедиться в отсутствии напряжения, проверяемого специальным индикатором.
Снимается такое заземление в строго обратной последовательности.
Сначала необходимо отсоединить струбцины с токоведущих частей, а затем можно ослабить и снять ответные концы с самого устройства заземления.
Помимо соблюдения правила, касающегося того, в какой в последовательности выполнять установку ПЗ, следует помнить, что производить это действие допускается только в диэлектрических перчатках.

Установка ПЗ на шины трансформатора с помощью изолирующей штанги

Зажимы переносных заземлений закрепляются посредством той же штанги, а при ее отсутствии – вручную (в надетых на руки диэлектрических перчатках). Согласно требованиям ПУЭ использование для ПЗ проводников и шин, не предназначенных для этих целей, не допускается. Принятый порядок установки заземления строго регламентирован и никогда не должен нарушаться. Всякое отклонение от него может привести к поражению работающих на линии людей высоким потенциалом.

Основные определения.

Распределительным устройством станций и подстанций (РУ) называется электроустановка, предназначенная для приема электрической энергии от генераторов, трансформаторов или линий электропередачи и ее распределения между потребителями. В состав РУ входят коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, измерительные приборы, устройства автоматики и защиты.
По своему назначению распределительные устройства делятся на следующие типы: главные РУ, служащие для приема электроэнергии от генераторов электростанции;
РУ повысительных и понизительных подстанций, в которых электроэнергия распределяется после повышения или понижения напряжения в силовых трансформаторах; РУ собственных нужд, предназначенные для распределения электроэнергии потребителями собственных нужд станций и подстанций;
линейные РУ (распределительные пункты), в которых энергия распределяется между отдельными воздушными линиями без трансформации напряжения. По роду напряжения и местоположению распределительные устройства делятся на РУ напряжением до 1000 В и выше 1000 В, в том числе генераторного напряжения. На крупных электростанциях РУ генераторного напряжения выполняются на напряжении 3—10 кВ, а для небольших сельских станций они могут быть выполнены на напряжении до 1000 В.
По роду установки основного оборудования РУ делятся на закрытые (ЗРУ) с размещением оборудования в закрытых зданиях и помещениях и открытые (ОРУ) с размещением оборудований на открытом воздухе. В сборных РУ основные узлы, каркасы и опорные части изготавливают заранее на специализированных заводах или в мастерских, а сборка их и установка аппаратуры производятся на месте. Комплектные РУ целиком изготавливаются на заводах и комплектуются необходимой аппаратурой, приборами и др. Они выполняются как для внутренней установки (КРУ), так и для наружной (КРУН). В последнее время этот тип РУ используют при выполнении объектов сельской электрификации. Закрытые распределительные устройства с открытыми или закрытыми камерами применяются на крупных станциях и подстанциях на напряжения 10 кВ. В открытых камерах устанавливаются малообъемные масляные выключатели; этот тип камер наиболее распространен на сельских станциях и подстанциях.
Низковольтные распределительные устройства в сельской электрификации выполняют в виде комплектных шкафов и щитов внутренней установки или в виде закрытых шкафов наружной установки, например, на мачтовых подстанциях напряжением 6—10/0,4 кВ. Распределительные устройства напряжением 10 кВ выполняются закрытыми в сборных или комплектных ячеек, а РУ-35 кВ — как правило, открытыми.

Таблица 10 Минимально допустимые расстояния для закрытых РУ в зависимости от напряжения установки

Силовой трансформатор

Трансформатор можно назвать “сердцем” электрической подстанции. Он выступает основным структурным элементом, который преобразует поступающее извне напряжение, повышая или понижая его показатели в диапазоне от 220 кВ до 220В. Устройство расположено в герметичном кожухе и контактирует с внешней средой посредством вводов, которые поставляют первичное напряжение.

Простейший силовой трансформатор состоит из двух обмоток, надетых на стальной сердечник, а работа устройства выглядит так:

Ток поступает на первичную обмотку трансформатора и видоизменяется гармониками.
В магнитопроводах создается мощный поток магнитных полей.
Магнитный поток энергии проникает сквозь витки вторичной обмотки, создавая электродвижущую силу устройства.
С проходных изоляторов вторичной обмотки осуществляется съем энергонагрузки с заданными параметрами напряжения, которое поступает конечному потребителю.

Величина исходящего напряжения напрямую зависит от количества витков первичной и вторичной обмотки устройства. В понижающих трансформаторах вторичная обмотка будет содержать меньше витков, чем первичная, в повышающих – наоборот – число витков вторичной обмотки будет превышать первичные. Путем подбора количества витков удается точно подобрать и рассчитать мощность силового трансформатора электрической подстанции.

В структуру устройства также включены:

магнитопровод из электротехнической стали;
масляная система;
переключатель регулировочных отводов у обмоток;
охладители;
поглотители влаги;
устройства сброса давления;
защитные агрегаты;
детектор горючих газов, воспламенений, задымленности и прочее вспомогательное оборудование.

Поскольку силовой трансформатор выступает ключевым элементом электрической подстанции, его поломка чревата выходом из строя всей энергосистемы, запитанной данным устройством.

Принцип работы

Принцип действия заземления заключается в снижении потенциала оказавшейся под напряжением точки соприкосновения с токопроводящей частью до уровня, безопасного для человека.

Фактически, в момент попадания опасного напряжения на корпус оборудования, близкий к нулю потенциал заземлителя переносится в эту точку и на какое-то время создаёт безопасные для работы условия.

За это время должно сработать автоматическое устройство защиты от утечек (УЗО) и окончательно отключить линию питающего напряжения, на которой возникла аварийная ситуация.

В процессе изготовления заземляющего устройства должны выполняться особые требования, обеспечивающие надёжный контакт металлических поверхностей с частицами почвы.

Для повышения электропроводности вокруг погружаемой в землю металлической конструкции заземления создаётся зона с высокой удельной проводимостью. Проводимость повышается за счёт непосредственного химического воздействия на почву. Одним из вариантов такого воздействия является применение упоминавшейся ранее соли.

Все рассмотренные меры способствуют тому, что заземлённое основание защитной конструкции обеспечивает надёжное стекание тока в почву.

Помимо преднамеренного соединения корпусов электрооборудования с заземлённой конструкцией, рассмотренный выше принцип реализуется и в ряде аварийных ситуаций, связанных с непосредственным замыканием фазы на землю.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

https://youtube.com/watch?v=UU4RLuuVd4E

Выполняются расчеты на основании таких данных:

Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Диагностика электрооборудования подстанций

Диагностика электрооборудования станций и подстанций проходит поэтапно.

На первом технологическом уровне проходит автоматизированный контроль состояния электрических приборов по результатам мониторинга.

На данном этапе использование специальных датчиков и устройств не является необходимым. Первичная информация может быть получена от уже функционирующих регистраторов аварийных событий.

На втором уровне оборудование, работающее в нормальном режиме, подвергается периодическому контролю с помощью специальных устройств и приборов.

На третьем уровне испытаниям подвергается отключенное от сети электрооборудование.

Достоинства и недостатки

Учитывая вышеупомянутое, между плюсами выключателей элегазового типа можно отметить следующее:

возможность установки в электроустановках как закрытого, так и открытого выполнения буквально всех классов напряжения;
отмечается простота и надежность конструкции в эксплуатации;
высокая интенсивность скорости срабатывания;
низкие динамические нагрузки на фундаментные опоры;
неплохая отключающая способность;
небольшие габаритные пропорции и сумма веса;
наличие в приводе автоматического управления двух ступеней обогрева;
большой коммутационный ресурс контактной системы;

Недостатки элегазовых выключателей:

требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза;
высокие необходимые условия к качеству элегаза;
необходимость специально подготовленных устройств для заполнения, перекачки и фильтрации элегаза;
относительно высокая стоимость элегаза;
сложность и накладность изготовления — при производственном изготовлении неизбежно нужно соблюдать высокоё качество аппарата;
дороговизна конструкции и второстепенных элементов;
при выводе из строя выключателя в режиме ЧП, починка данного аппарата может быть не актуальной.

Заземления опор воздушных линий электропередачи.

Для защиты людей от поражения электрическим током опоры воздушных линий электропередачи заземляют. Значения сопротивлений заземляющих устройств опор линий электропередачи напряжением выше 1000 В были приведены в предыдущем параграфе.
Для линий напряжением до 1000 В наибольшее допустимое значение сопротивления заземления составляет 50 Ом для устройств защиты от атмосферных перенапряжений и 30 Ом для защиты от атмосферных перенапряжений людей и животных, находящихся в зданиях. Заземлению подлежат опоры всех типов, на которых устанавливают крюки, штыри, кронштейны и металлические оттяжки опор, закрепленные нижним концом на высоте не более 2,5 м от земли.
В сельских сетях напряжением 380/220 В, работающих с глухо- заземленной нейтралью, кроме основного заземления нейтрали источника питания, должно быть выполнено также повторное заземление нулевого провода. Повторное заземление на линиях напряжением 0,4 кВ выполняют через каждые 250 м, а также на концах воздушной линии и ответвлений, превышающих 200 м. Сопротивление повторных заземлений нулевого провода воздушной сети принимают в зависимости от мощности трансформатора или генератора, питающего данную сеть. Так, при мощности трансформатора 100 кВА и ниже сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений не должно превышать 30 Ом, при наличии не менее трех таких заземлений на линии. Если мощность питающего сеть трансформатора более 100 кВА, то величина сопротивления каждого из повторных заземлений не должна быть выше 10 Ом. Присоединять заземляющие провода к заземлителям повторных заземлений необходимо надежным болтовым соединением, чтобы иметь возможность отсоединить и проверить каждый заземлитель в отдельности. Во всех остальных случаях спуски заземляющих проводов присоединяются к заземлителям электросваркой. Рис. 150. Схемы заземляющих устройств:
а — для заземления низковольтных опор с приставками, б, в — для заземления железобетонных опор линий напряжением 10 кВ; 1 — опора, 2— стойки, 3—подкос Рис. 151. Выполнение защитного заземления крюков низковольтной опоры: а — присоединение заземляющего спуска сваркой, б — плашечными зажимами

Заземляющие устройства опор воздушных линий выполняют в виде ввернутых в землю на глубину 5—10 м заземлителей из круглой стали диаметром 12 мм и выше. Углубляют такие заземлители, ввинчивая электросверлилку с редуктором или вращательный механизм, изготовленный на базе мотоагрегата «Дружба». Для удобства вворачивания на конец стержня приваривают две половинки шайб, изогнув их лопасти по винтовой линии. Электроды можно погружать в грунт также ударным способом, пользуясь различного рода отбойными молотками, вибромолотом типа ВМ-2 или вручную.

Схемы заземляющих устройств опор воздушных линий электропередачи показаны на рис. 150. Для низковольтных линий сопротивление заземления до 30 Ом обеспечивается устройством заземления из двух электродов длиной до 5 м каждый, как это показано на рис. 150, а. Заземляющие устройства ВЛ помещают на глубину не менее 0,5 м, а в пахотных землях — не менее 1 м.
Для достижения требуемой величины сопротивления заземления 10 Ом при расчетном сопротивлении грунта, равном 50 Ом · м применяют один заземлитель длиной 3 м и соединительную полосу длиной 5 м (рис. 150, б), а для величины сопротивления заземлителя 15 Ом при сопротивлении грунта 250 Ом·м — три заземлителя, расположенных на расстоянии 10 м друг от друга (рис. 150, в). Для заземления арматуры, расположенной на опорах, по ним прокладывают заземляющие спуски, присоединяемые к заземлителям. Сечения заземляющих спусков для воздушных линий напряжением 6—10 кВ должно быть не менее 35 мм2, а диаметр спусков для линий напряжением до 1000 В — 6 мм. Присоединение крюков низковольтной линии к заземляющим спускам с помощью сварки или плашечных зажимов показано на рис. 151.

Назад
Вперёд

Правила обслуживания элегазового выключателя

Обслуживание элегазовых выключателей регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 1.8.21.

При подключении системы следует проверить присутствие в баке минимального давления — без этого прибор сломается. Во избежание предупреждений конструкцией предусмотрена сигнализация, предупреждающая о критическом значении давления. Имеется также манометр для визуального контроля.

Шкаф привода содержит не позволяющие возникнуть конденсату на ответственных механизмах нагревательные элементы. Оператор ЭВ обязан следить за постоянной работой нагревателей и не допускать их выключения.

При осмотре ЭВ следует:

проконтролировать состояние внешней защиты;
убрать загрязнения при их наличии;
устранить повреждения;
выяснить и устранить причину нагрева контактов при наличии такового;
если обнаружены посторонние шумы и треск — выявить их источник;
проверить целостность металлической опорной рамы, поскольку она одновременно и часть контура заземления;
снять показания манометра и сверить их с указанными производителем паспортными данными;
проверить, исправны ли приборы управления и контроля, отремонтировать или заменить вышедшее из строя

При падении давления газа его запасы в камере пополняется.

Классификация заземляющих устройств

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), защитное заземление может быть реализовано с использованием заземлителей двух типов — естественных или искусственных. Заземляющие элементы этих двух категорий имеют определенные структурные отличия и особенности монтажа:

Естественные заземляющие устройства. Такие заземлители могут быть представлены посредством:

объектов сторонних проводящих частей, которые имеют прямой контакт с грунтом;
объектов, контактирующих с почвой через специальную промежуточную токопроводящую среду.

Самыми распространенными конструкциями такого типа заземлителей выступают:

металлоконструкции зданий и фундаментов;
металлические оболочки проводников;
обсадные трубы.

Подключать элементы этой категории заземлителей необходимо минимум в двух местах.

Искусственные заземлители. Подразумевается специальное производство таких конструкций. В качестве материалов для искусственного создания защиты применяют:

определенного размера стальные трубы;
сталь полосовую толщиной свыше 4 мм;
сталь прутковую.

Специфические различия искусственных и естественных устройств заземления обязательно учитываются при производстве расчетов, определяющих их оптимальную конфигурацию.