Дополнительные сведения по вопросам безопасности работ ограждения. Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы IT. Это могут быть

При эксплуатации жилых и административных зданий устройство заземления имеет большое значение. В совокупности с защитными автоматическими системами отключения, они предотвращают пожары в случаях короткого замыкания в сетях. Молниезащита зданий заводится на общий контур заземления. Исключаются поражения электрическим током обслуживающего персонала, обеспечивается стабильная, безаварийная работа электроустановок. Требования по их монтажу и используемым материалам регулируют Правила устройства электроустановок (ПУЭ).

Правила устройства электроустановок (ПУЭ)

Понятие заземления

Это система из металлоконструкций, обеспечивающая электрический контакт корпуса электроустановок с землей. Основным элементом является заземлитель, который может быть цельный или из соединяющихся между собой отдельных токопроводящих частей, на конечном этапе уходящих в грунт. Правила требуют, чтобы монтаж металлоконструкций выполнялся из стали или меди. На каждый вариант существует свой ГОСТ и требования ПУЭ.

На эффективность работы заземляющего устройства существенно влияет электрическое сопротивление.

Требования ПУЭ в пункте 7.1.101 гласят: на жилых объектах с сетью 220В и 380В заземляющий контур должен иметь сопротивление не более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях и генераторах не более 4 Ом.

Чтобы выполнить эти правила, величину сопротивления системы заземления можно регулировать. Для повышения проводимости заземляющего устройства используют несколько способов:

• увеличивают площадь соприкосновения металлоконструкций с грунтом, вбивая дополнительные колья;
• повышают проводимость самого грунта на участке, где размещен контур заземления, поливая его соляными растворами;
• меняют провод от щита к контуру на медный, который имеет более высокую проводимость.

Проводимость системы заземления зависит от многих факторов:

• состава грунта;
• влажности грунта;
• количества и глубины залегания электродов;
• материала металлоконструкций.

Практика показывает, что идеальные условия для эффективной работы защитного заземления создают следующие грунты:

• глина;
• суглинок;
• торф.

Особенно если этот грунт имеет высокую влажность.

Правила определяют, что провода и шины защитного заземления для электроустановок до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью обозначают маркировкой (РЕ), добавляя штрихованный знак с чередованием желтых и зеленых полос на концах проводов. Проводники рабочего нуля имеют голубой цвет изоляции и маркируются буквой (N). В схемах электроустановок, где рабочие нулевые провода используются как элемент защитного заземления, подключены на заземляющий контур, они имеют голубую окраску, маркировку (РЕN) с желтыми и зелеными штрихами на концах. Этот порядок цветов и маркировки определяет ГОСТ Р 50462. При монтаже конструкций используют правила для разных видов подключения защитного заземления электроустановок.

Виды и правила заземления электроустановок

Т N — C – такая конструкция заземления электроустановок была принята в Германии с 1913 года, эти правила остаются действующими на многих старых сооружениях. В этой схеме рабочий нулевой провод сети одновременно используется как РЕ-проводник. Недостатком этой системы оказалось высокое напряжение на корпусах электроустановок в случае обрыва РЕ-провода. Оно в 1,7 раза превышало фазное, что увеличивало угрозу поражения электрическим током обслуживающего персонала. Подобные схемы защитного заземления электроустановок часто встречаются в старых зданиях Европы и государств постсоветского пространства.

TN — S – новое устройство защиты электроустановок. Эти правила были приняты в 1930 году. Они учитывали недостатки старой системы ТN-C. TN-S отличается тем, что от подстанции до корпуса электрооборудования прокладывался отдельный защитный нулевой провод. Здания оборудовались отдельным контуром заземления, к которому подключались все металлические корпуса бытовых электроприборов.

Схемы подключения TN-S и TN-С

Защитное заземление этого вида способствовало созданию автоматов отключения цепи. В основу работы дифференциальных автоматических устройств заложены законы Киргофа. Его правила определяют: «ток, протекающий по фазному проводу, имеет равную величину току, который протекает по нулевому проводу». При обрыве нуля, даже незначительная разница токов управляет отключением автоматических устройств, исключая возникновения линейного напряжения на корпусах электроустановок.

Комбинированная система ТN — C – S разделяет рабочий нулевой провод и заземляющий не на подстанции, а на участке цепи в зданиях, где эксплуатируются электроустановки. Правила этой системы имеют существенный недостаток. При коротком замыкании или обрыве нуля на корпусе электроустановок возникает линейное напряжение.

В большинстве случаев в жилых, производственных и офисных зданиях, сооружениях используется защитное заземление с глухозаземленной нейтралью. Это означает, что рабочий нулевой провод подключается к заземлению. В пункте 1.7.4 ПУЭ определено: «Нейтральные (нулевые) провода трансформаторов или генераторов подключаются к заземляющему контуру».

Защитное заземление в групповых сетях

В частных, многоквартирных и многоэтажных офисных зданиях потребители имеют дело с электроснабжением от распределительных устройств, с которых электроэнергия поступает на розетки, осветительные приборы и другие приемники тока. В подъездах на каждой лестничной площадке установлено ВРУ (вводное распределительное устройство), от которого сеть разделяется на группы по квартирам и функциональному назначению:

• группа освещения;
• розеточная группа;
• группа для питания нагревательных приборов (бойлера, сплит системы или кухонной плиты).

Пример монтажа в шкафу ВРУ

Распределительное устройство разделяет группы по функциональному назначению или для электроснабжения отдельных помещений. Все они подключаются через защитные автоматические выключатели.

Распределительное устройство – разделение сети на группы

На основании требования ПУЭ (пункт 1.7.36) групповые линии выполняются трехпроводным кабелем с медными проводами:

• фазный провод с обозначением – L;
• провод рабочего ноля обозначается буквой – N, при монтаже используется проводник с синей или голубой изоляцией в кабеле;
• нулевой провод, защитное заземление обозначается – РЕ желто-зеленой окраски.

Для монтажа используются трехпроводные кабели, соответствующие требованиям, определяющим состав полихлорвинилового пластика изоляции на проводах:

• ГОСТ – 6323-79;
• ГОСТ – 53768 -2010.

Насыщенность цвета определяют ГОСТ – 20.57.406 и ГОСТ – 25018, но эти параметры не являются критичными, так как не влияют на качество изоляции.

В старых зданиях советской постройки проводка выполнена двухпроводным проводом с алюминиевой проволокой. Для надежной и безопасной эксплуатации современной бытовой техники от корпуса ВРУ до розеток, через распределительные коробки, прокладывается третий заземляющий провод. Рекомендуется при капитальном ремонте заменить всю старую проводку и установить новые розетки с контактом на защитный провод.

В щитке все провода, согласно своему назначению, крепятся на отдельные контактно-зажимные планки. Запрещается подключение проводов N на контактные шины РЕ другой группы и наоборот. Также не допускается подключение РЕ и N отдельных групп на общие контакты линий РЕ или N. В сущности, при контактах нулевого провода и провода защитного заземления работа цепи электроснабжения не нарушится. В конечном итоге через подстанцию и заземляющий контур они замыкаются, но может нарушиться расчетный баланс токовых нагрузок на защитные автоматы. Несоблюдение этого баланса приведет к незапланированному отключению на отдельных группах.

Монтаж рабочего нулевого и заземляющего проводов в ВРУ

Пример крепления нулевых и заземляющих проводов в ВРУ

Практически, исходя из пункта 7.1.68 ПУЭ, все корпуса электроприборов в здании подлежат заземлению:

• токопроводящие металлические элементы светильников;
• корпуса кондиционеров, стиральных машин;
• утюги, электрические плиты и многие другие бытовые приборы.

Все современные производители электрооборудования учитывают эти требования. Любое современное устройство, потребляющее электроэнергию от стандартных промышленных сетей, производится со схемой подключения к трехпроводным розеткам. Одним проводом является защитное заземление (провод, который присоединяет корпус электроустановок к контуру заземления).

Контур для частного дома

Устройство металлоконструкций заземляющего контура собирается из различных элементов, это могут быть:

• стальной уголок;
• стальные полосы;
• металлические трубы.
• медные стержни и провод.

Наиболее подходящим материалом для монтажа считаются стальные оцинкованные полосы, трубы и уголки, соответствующие ГОСТ – 103-76. Производители изготавливают их разных размеров.

Размеры стальных оцинкованных шин

Стальные трубы и полосы для устройства контура заземления

Такие полосы удобно прокладывать по стенам здания, соединяя контур и корпус распределительного щита. Полоса гибкая, устойчивая к коррозии и имеет хорошую проводимость. Это гарантирует, что устройство защиты будет работать эффективно.

Наиболее распространенная конструкция, когда контур на защитное устройство заземления имеет по периметру форму равнобедренного треугольника, стороны которого 1.2 м. В качестве вертикальных заземлителей применяют стальной уголок 40х40 или 45Х45 мм, толщиной не менее 4-5 мм, металлические трубы диаметром не менее 45 мм с толщиной стенок 4 мм и более. Можно использовать элементы трубопроводов, бывшие в употреблении, если металл еще не проржавел. Для того чтобы было удобно забивать уголок в грунт, нижний край обрезается болгаркой под конус. Длина вертикального заземлителя составляет от 2 до 3м. Допустимые размеры в зависимости от материала и формы элементов указаны в таблице 1.7.4 ПУЭ.

Схема расположения контура заземления

Забиваются уголки так, чтобы над поверхностью грунта осталось 15-20 см. На глубине 0.5 метра вертикальные заземлители по периметру соединяются стальной полосой 30-40 мм шириной и 5мм толщиной.

Засыпаются горизонтальные полосы однородным грунтом, длительное время сохраняющим влагу. Не рекомендуется отсев или щебень. Все соединения осуществляются сваркой.

Контур размещается не далее чем на 10 метров от здания. Защитное устройство заземления соединяется с корпусом стальной пластиной 30 мм в ширину и не менее 2 мм толщиной, стальной круглой катанкой 5-8 мм в диаметре или медным проводом, сечение которого не мене 16 мм 2 . Такой провод крепится клеммой на заранее приваренный к контуру болт, и затягивается гайкой.

Крепление заземляющего провода на контур

Требования ПУЭ (пункт 1.7.111) – защитное заземление может быть выполнено из медных элементов, это надежно. Продаются специальные наборы, «устройство медных заземляющих конструкций», но это дорогое удовольствие. Для большинства потребителей дешевле и проще выполнить требования, используя стальные детали.

Это могут быть:

• элементы металлических трубопроводов, проложенных под землей;
• экраны бронированных кабелей, кроме алюминиевых оболочек;
• рельсы железнодорожных неэлектрифицированных путей;
• железные конструкции арматуры фундаментов высотных железобетонных зданий и многие другие подземные металлические сооружения.

Неудобство этого варианта состоит в том, что для использования этих объектов (рельсов или трубопроводов) как защитное заземление, необходимо согласовать возможность подключения с владельцем конструкции. Иногда проще бывает установить собственный контур заземления, соблюдая все требования.

При использовании естественных заземлителей, ПУЭ предусматривает требования по ограничению. В пункте 1.7.110 запрещается использовать конструкции трубопроводов с горючими жидкостями, газопроводы, сети центрального отопления и трубопроводов канализации.

Молниезащита частного дома

ПУЭ и другие руководящие документы не обязывают владельца частного дома, чтобы у него стояла молниезащита. Мудрые владельцы в целях безопасности устанавливают эту конструкцию самостоятельно, руководствуясь требованиями ГОСТ — Р МЭК 62561.2-2014. Молниезащита включает в себя три основных элемента:

1. Мониеприемник устанавливается на верхней точке крыши здания, принимает на себя электрический разряд молнии. Выполняется из стальной трубы Ø 30-50 мм, высотой до 2м. На верхнюю часть приваривается стальной наконечник круглого проката Ø 8мм.
2. Заземляющее устройство обеспечивает растекание токов в грунте;
3. Токопровод выполняется из того же материала, что и наконечник, он направляет ток электрического разряда от молниеприемника к контуру заземления.

Прокладывается токопровод по самому короткому маршруту, максимально удаленному от окон и дверей.

Видео. Проверка заземления.

Исходя из перечисленной информации видно, что грамотно организовать процесс монтажа проводки, подключить защитное устройство заземления, учитывая требования ПУЭ, в частном доме можно самостоятельно. Для измерения сопротивления контура можно использовать мультиметр, предварительно установив его в режим измерения на Омы. Потом это делают специалисты энергоснабжающей организации или контрольно-измерительной лаборатории, они знают все требования и имеют нужное оборудование. При необходимости в предписании специалисты укажут недостатки и меры по их устранению. Порядок сдачи объекта в эксплуатацию однозначно определяет наличие протоколов измерений сопротивления на устройство заземления.

Заземляющие устройства

Внедрение микропроцессорной (МП) аппаратуры на энергообъектах и соответственно необходимость решения проблем электромагнитной совместимости МП аппаратуры требуют адекватной поддержки в виде нормативно-технической документации, регламентирующей решение этих вопросов на этапе проектирования или комплексной реконструкции ПС. Важнейшее место в обеспечении ЭМС МП аппаратуры занимает заземляющее устройство.
Два недавних стандарта ФСК, касающиеся проектирования и обследования подстанционных ЗУ, обсуждают сегодня московские специалисты, привлекая внимание читателей в первую очередь к недостаткам этих документов.

НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ФСК ПО ЗАЗЕМЛЯЮЩИМ УСТРОЙСТВАМ ПС 6-750 кВ
Неточности и противоречия

Михаил Матвеев, к.ф.-м.н., генеральный директор
Михаил Кузнецов, к.ф.-м.н., технический директор
Виктор Березовский, главный инженер проекта
ООО «ЭЗОП», г. Москва

Выпущенные в конце 2011 - начале 2012 года стандарты Федеральной сетевой компании СТО 56947007-29.130.15.105-2011 «Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств» и СТО 56947007-29.130.15.114-2012 «Руководящие указания по проектированию заземляющих устройств подстанций напряжением 6-750 кВ» призваны были ответить на вопросы: как правильно проектировать ЗУ на энергообъектах при новом строительстве или комплексной реконструкции и как проверять соответствие заземляющих устройств (ЗУ) существующих объектов требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС).

Однако указанные документы оказались далеки от идеала. Они содержат неточности, ошибки и противоречат не только ранее выпущенным НТД по ЭМС, но даже и ПУЭ. При этом первый документ вообще получил противоречивый статус: изначально задумывавшийся как редакция РД 153-34.0-20.525-00 (Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок) , этот документ, с одной стороны, не отменяет РД, а с другой стороны, применим не ко всем объектам электроэнергетики. Таким образом, создается запутанная ситуация, когда для объектов ЕНЭС необходимо будет применять , а для остальных энергообъектов - .

Документ действительно пытается пояснить, как именно проектировать ЗУ с учетом ЭМС, но при этом не ссылается на пока еще не отмененный предшествующий документ по проектированию ЗУ , хотя использует цитаты из этого документа.

Ниже будут приведены примеры ошибок, неточностей и противоречий с действующей НТД рассматриваемых документов .

ОБЩИЕ НЕДОСТАТКИ

На наш взгляд, рассматриваемые документы сведены к перечислению (часто, как мы увидим ниже, искаженному) требований существующих НТД, в первую очередь ПУЭ, и в них дано некоторое разъяснение требований ПУЭ, а также приведены общие слова об отдельных методах измерений и расчетов. В документах отсутствуют или недостаточно подробно рассмотрены ЗУ таких видов РУ, как КРУЭ и ЗРУ. При этом не освещены вопросы, которые волнуют проектировщиков больше всего. Это в первую очередь вопрос: а как, собственно, создать ЗУ, обеспечивающее ЭМС МП аппаратуры? Каков вообще должен быть алгоритм работы проектировщика?

Например, в подробно описан алгоритм проектирования ЗУ. Хотелось бы, чтобы новые документы расширяли и углубляли описываемые в алгоритмы на современном уровне, учитывая требования ЭМС МП аппаратуры. Ведь проектировщик должен четко осознавать всю последовательность шагов по проектированию ЗУ и понимать, какие именно исходные данные ему для этого понадобятся. Так, первым шагом должен быть выбор материала и сечения заземляющих проводников и заземлителей исходя из максимальных значений токов КЗ, времени отключения КЗ и коррозионной опасности. Тогда как мероприятия по снижению импульсных перенапряжений, возникающих при протекании через ЗУ ВЧ-составляющей токов КЗ, должны быть разработаны на завершающей стадии проектирования ЗУ.

При этом требуется освещение всех без исключения вопросов, связанных с проектированием ЗУ, начиная с выбора среднего максимального для ПС размера ячеек сетки ЗУ и заканчивая необходимостью выполнения связи с заземлением проводящих элементов кабельной канализации. Необходимо также рассмотрение вопросов увеличения коэффициента ослабления импульсных помех ЗУ шинами уравнивания потенциалов. Ведь известно, что заземленные проводники, проложенные параллельно вторичным цепям, эффективно ослабляют импульсные помехи, наводимые в цепях при КЗ (ВЧ-составляющая) и молниевых разрядах. От того, какие проводники (сечение, материал) и на каком расстоянии от вторичных цепей будут проложены, где и как они будут соединены с ЗУ, будет зависеть общий коэффициент ослабления импульсных помех.

Однако в эти вопросы не рассмотрены, и алгоритма проектирования ЗУ нет.

Более того, многие аспекты проектирования ЗУ, освещенные ранее, например в , в рассматриваемых документах обсуждаются значительно менее подробно, например, вопросы влияния на сопротивления ЗУ естественных заземлителей и многие другие. А самое главное, в не дается общее видение проблемы, не описан пошагово метод выбора и расчета/измерения параметров ЗУ, как это сделано, например, в , непонятно, зачем именно проводятся те или иные измерения параметров ЗУ и какова роль отдельных измерений в общей работе по проверке ЗУ.

ПРОТИВОРЕЧИЯ С ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НТД

Сперва остановимся на наиболее грубых ошибках, заметно осложняющих работу как проектировщикам, так и представителям специализированных организаций, занимающихся экспериментальным и расчетным определением параметров ЗУ ПС.

Максимальная температура проводников
Так, например, в табл. 1 обоих документов приводится требование максимальной температуры «для заземляющих проводников, подсоединенных к аппаратам, - не более 300 о С», а в даже дается ссылка на п. 1.4.16 ПУЭ. При этом авторы СТО забывают, что в ПУЭ температура заземляющих проводников нормируется только в п. 1.7.114 (400 о С), тогда как в п. 1.4.16 нормируется температура нагрева шин, а не заземляющих проводников.

Табл. 1. Сравнение предельно допустимых уровней напряжений прикосновения при аварийном режиме электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1 кВ с изолированной нейтралью

Время воздействия t, с

0,01–0,08

Переменный ток, 50 Гц, ГОСТ 12.1.038-82

Переменный ток, 50 Гц, по

Температура нагрева, например, кабелей с ПВХ-изоляцией принята равной 160 °С со ссылкой на п. 1.4.16 ПУЭ, тогда как в указанном пункте приведено значение 150 °С.

Допустимые напряжения прикосновения
Если упомянутые выше нарушения влияют в основном на обеспечение бесперебойной работы оборудования, то ошибки в указании допустимых значений напряжений прикосновения оказывают влияние на электробезопасность персонала. Так, в приведены таблицы «Предельно допустимых уровней напряжений прикосновения при аварийном режиме электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1 кВ с изолированной нейтралью», где, со ссылкой на ГОСТ 12.1.038-82 , указаны значения, противоречащие данному ГОСТу.

При этом если для времени отключения выше 0,5 с приведенные напряжения даны с запасом, то для времени отключения менее 0,5 с допустимые значения СТО выше приведенных в ГОСТе, а значит, напряжение прикосновения может привести к поражению током персонала ПС.

Максимальные значения ВЧ-составляющей тока КЗ
Следует отметить также и другие противоречия, например, рекомендуемые для расчетов максимальные значения ВЧ-составляющей тока КЗ. Приведенные в максимальные токи отличаются от аналогичных значений, рекомендуемых к применению в (см. табл. 2). При этом параметры ВЧ-составляющей тока КЗ в КРУЭ в , в отличие от , не приведены, что дает возможность использовать при расчетной и экспериментальной оценке параметров ЗУ токи ВЧ-составляющей для КРУЭ, например 110 кВ, отличающиеся в несколько раз.

Указанные противоречия поставят в тупик проектировщиков и тех, кто будет обследовать состояние ЗУ на ПС.

Табл. 2. Максимальные значения ВЧ-составляющей тока КЗ

Частоты импульса генератора
Также в Приложении В к приведены требования к техническим средствам, где указаны частоты для импульса генератора, используемого для определения распределения импульсных напряжений. Оказывается, для этой цели нужно использовать частоты 0,5, 1 и 2 МГц. Как видно из сравнения с таблицей 1 в (частоты 1; 0,8; 0,3; 0,15 и 0,1 МГц для разных классов напряжения), приведенные значения совпадают только с одним значением.

К противоречиям с существующей НТД можно отнести и расхождения в формуле расчета зоны коррозионной опасности в и . В первых документах:

.

И если расхождение в коэффициентах незначительно, то появление члена «-125» под логарифмом приводит к значительному изменению получаемых значений. При этом поскольку не отменен, возникает противоречие: каким документом пользоваться для определения опасности коррозии?

Заземление ограждения ПС
Отдельно следует отметить противоречивую трактовку ПУЭ в части заземления ограды ПС. Так, в ПУЭ (п. 1.7.93) указано, что «внешнюю ограду электроустановок не рекомендуется присоединять к заземляющему устройству», при этом допускается в отдельных случаях, при невозможности выполнения ряда мероприятий, присоединять ограду к общему ЗУ ПС.

В то же время в рассматриваемый вопрос трактуется с точностью до наоборот, а именно: «Для обеспечения надежной работы охранной сигнализации и других устройств (например, видеонаблюдения), установленных по периметру ограждения ПС, и обеспечения безопасности людей и животных контур заземляющего устройства ПС должен выходить за пределы ограждения ПС и располагаться в 1 м от него, на глубине 1 м.», а следовательно, ограда должна заземляться на общее ЗУ ПС.

При этом случай, когда ограждение не должно присоединяться к ЗУ ПС (когда между ним и ЗУ расстояние превышает 2 м), определен как допустимый: «Допускается не выполнять внешний контур за пределами ограждения у ПС напряжением 110 кВ и ниже при отсутствии электроприемников на ограждении…».
Таким образом, если в ПУЭ заземление ограды на общее ЗУ ПС является не рекомендуемым, но допустимым случаем, то в , наоборот, обязательным, а случай отсутствия связи ограды с общим ЗУ ПС - допустимым.

НЕДОСТАТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ МЕТОДИК

Формула расчета нагрева экранов кабелей
В обоих документах приведена формула для расчета нагрева экранов кабелей. Вот эта формула и описание к ней: «Расчет температуры нагрева медных и алюминиевых экранов контрольных кабелей при коротких замыканиях в электроустановках напряжением 110 кВ и выше при заземлении экранов с двух сторон проводится по выражению:

, (1)

где ΔΘ - нагрев экрана кабеля (в °С);
U нэ - приложенное к заземленным концам экрана напряжение, обусловленное неэквипотенциальностью заземляющего устройства (В);
L - длина кабеля (м);
τ - время отключения короткого замыкания (сек)».

Как видно из текста, указанная формула должна применяться как для медных, так и для алюминиевых экранов, однако в самой формуле не учтены различные значения удельного сопротивления и теплоемкости материалов. При этом не сложно проверить, что для экранов, выполненных из меди и алюминия, имеющих одинаковое сечение, нагрев будет различным.

Использование такой формулы приведет к неверным результатам. При этом если авторы считают, что различие между результатами, рассчитанными по этой формуле и по другим, учитывающим параметры материала и сечение проводников, оказывается несущественным, то они должны были по крайней мере сделать ссылку на соответствующие экспериментальные или теоретические разработки.

По всей видимости, указанные расчеты были сделаны в работе , где общепринятая, указанная в ГОСТ 28895-91 формула для определения нагрева через ток и сечение (2) приведена к формуле через напряжение и длину (3):

, (2)

где β - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления, К ;
Θf и Θi - конечная и начальная температуры, К ;
ε - коэффициент учета тепловых потерь в соседние элементы;
σ - удельная объемная теплоемкость экрана, Дж/(К·м 3);
ρ - удельное электрическое сопротивление экрана при 20 °С, Ом·м;
Т - время протекания тока КЗ, с;
K - постоянная, зависящая от материала элемента:

. (4)

Однако, во-первых, приводимая в стандартах формула (1) не соответствует описанной в формуле (3) в первую очередь по характеру зависимости. Во-вторых, сделанный в вывод о том, что нагрев алюминиевых и медных экранов будет одинаковым, поскольку произведения коэффициентов ε 2 σρ будут близки для меди и алюминия, не верен. Отличие указанных произведений составляет несколько десятков процентов и очень сильно зависит от принимаемых условий (параметров материалов изоляции, проводника экрана, времени КЗ и других параметров).

Так, например, для σρ и других параметров (материал изоляции - ПВХ), взятых из , при времени КЗ t = 0,25 с отличие значения произведения ε 2 σρ для меди и алюминия будет составлять более 33%. Такое расхождение при определенных значениях тока даст в результате температуру менее 100 °С для меди (что допустимо) и более 160 °С для алюминия (что превышает допустимый уровень).

Формула (1) дает результаты, близкие к тем, что получаются при расчете по (2) и (3) только для случаев больших расстояний, когда токи по экранам относительно невелики, разность потенциалов достигает нескольких сотен вольт и длина кабеля - несколько десятков метров. Однако для случаев коротких расстояний, например, на участках электроаппарат - клеммный шкаф, где длина цепи может составлять 5-10 м, расхождение с формулами (2) и (3) оказывается значительным и в зависимости от параметров может давать как завышенные, так и заниженные результаты. Так, для короткой цепи (L = 5 м) при времени КЗ 0,1-0,15 с формула (1) даст значение меньше 150 °С, тогда как формулы (2) и (3) дадут значение выше 200 °С.

В любом случае результаты, получаемые с помощью формулы (1), будут противоречить результатам, получаемым с помощью формулы (2), принятой в ГОСТ 28895-91, и даже (3).

Кроме того, использование формулы нагрева через напряжение позволяет учитывать только идеальный случай - без учета переходного сопротивления заземления экрана кабеля, тогда как формула учета нагрева через ток (определяемый как сопротивлением экрана, так и переходным сопротивлением) позволяет при проведении экспериментальных измерений доли тока, растекающегося по экрану, точнее определить температуру нагрева реального кабеля.

Формула (1) дает заниженные по сравнению с (2) и (3) значения нагрева, что может приводить к значительному снижению надежности и даже к недооценке уровня нагрева кабелей при КЗ.

Представляется, что авторы стандартов хотели упростить жизнь проектировщикам и привести простую для использования формулу, однако формулы, приводимые в ГОСТ 28895-91, и так достаточно просты и, самое главное, более корректны.

Коэффициент ослабления помех при молниевом разряде
Авторами стандарта упорно игнорируется необходимость экспериментального определения коэффициента ослабления помех при молниевом разряде, тогда как определение такого коэффициента для высокой частоты (ВЧ-составляющей тока КЗ) прописано достаточно подробно. А ведь коэффициент ослабления помех при молниевом разряде оказывается ниже, чем для ВЧ-составляющей тока КЗ.

В также не приведены минимальные коэффициенты ослабления помех, возникающих при молниевых разрядах или срабатывании ОПН/разрядников. Представляется, что это связано с тем фактом, что авторы, прописывая в Приложении В требования к техническим средствам, указали длительность фронта импульсов генератора в широком диапазоне - от 0,25 до 10 мкс. Естественно, что при таком широком диапазоне длительностей фронтов сложно говорить о повторяемости измеренных значений коэффициента ослабления, зависящего от частоты, а при вводе импульса - от спектрального состава импульса. Однако авторы вместо того, чтобы указать методику измерения коэффициента ослабления (аналогичную таковой для ВЧ-составляющей тока КЗ) и потребовать, чтобы длительность фронта импульса испытательного генератора не менялась с погрешностью выше, например, 10-15%, попросту умолчали об этом.

По-видимому, основной причиной является то, что авторы стандарта либо связанные с ними организации производят измерения с помощью генераторов, не позволяющих выдавать импульсы с фиксированным фронтом. Однако в настоящее время уже существуют генераторы, способные выдавать импульс с параметрами 10/350 мкс, не меняющие время фронта для широкого диапазона сопротивлений заземляющего устройства (см. например ).

Разность потенциалов
Также к недостаткам методик измерения относится и предложенное в п. 8.10.2 (при определении помех, связанных с ударами молнии) требование измерять разность потенциалов между точками, находящимися вблизи элемента системы молниезащиты, и точкой, удаленной на расстояние не менее 50 м. Дело в том, что потенциал, возникающий при ударе молнии, спадает не столь быстро, как при протекании через ЗУ ВЧ-составляющей тока КЗ. И разности потенциалов, измеренные на расстоянии 50 м и 100 м, могут значительно отличаться.

Более того, важными ведь являются значения разностей потенциалов между, например, лотком (проходящим возле элемента системы молниезащиты) и не какой-то абстрактной точкой на ЗУ ПС, а вполне конкретной точкой: ОПУ/РЩ или электроаппаратом, куда заходят цепи, проложенные в лотке. Ведь именно эта разность будет приложена к изоляции кабеля. Но еще более важным будет определение не только этой разности потенциалов, поскольку, как известно, изоляция кабелей выдерживает больше, чем вход МП аппаратуры. Важнее определить уровень помехи на входе МП аппаратуры таким же способом, какой предложен для ВЧ-помех при КЗ (см. п. 8.10.1 ).

Максимально допустимое значение импульсного потенциала на ЗУ
В качестве недостатка методик следует отметить и то, что при определении помех при коммутациях и КЗ используется ничем не обоснованная цифра 10 кВ. Более того, почему-то указанное значение распространяется только на цепи, гальванически не связанные с ЗУ, тогда как для цепей, заземленных на ЗУ, максимально допустимый потенциал должен рассчитываться с учетом коэффициента затухания (передачи, ослабления или экранирования). Коэффициент ослабления импульсных помех, обусловленный влиянием заземленных с двух сторон экранов или элементов кабельной канализации, как раз и приводит к уменьшению разности потенциалов между жилами и ЗУ по мере распространения помехи вдоль вторичных кабелей. Более того, коэффициент ослабления помех для цепей, гальванически связанных с ЗУ, будет меньше, чем для не связанных.

Вообще сама постановка вопроса - допустимый импульсный потенциал на ЗУ - является неверной. К повреждениям приводит не потенциал, а разность потенциалов. Так, для участка кабеля, проходящего между электроаппаратом и клеммным шкафом на расстоянии 3-5 м, разность потенциалов будет значительно меньше, чем для кабеля, проходящего между клеммным шкафом и ОПУ/РЩ. В случае небольшой ПС в условиях высокого удельного сопротивления грунта импульсный потенциал на ЗУ практически неизбежно превысит 10 кВ, даже если приложенные к изоляции кабелей и входам аппаратуры разности потенциалов не представляют никакой опасности. Однако рассматриваемые документы не учитывают всех этих важных особенностей и нюансов. В результате мы имеем некорректные методики измерений и расчетов.

В , в п. 8.2.11, где рассматриваются двойные замыкания в сетях с изолированной нейтралью, не рассмотрен случай, когда одна точка замыкания находится до токоограничивающего реактора, а другая - после. В этом случае ток замыкания будет больше, чем когда обе точки находятся после реактора, следовательно, и разность потенциалов, приложенная к изоляции кабелей, будет больше.

Расчетное определение коэффициентов ослабления
Также следует отметить, что в стандартах отсутствуют рекомендации расчетного определения коэффициентов ослабления или описание методики проведения такого расчета. Но, как показало множество измерений и расчетов, более или менее точное определение коэффициента ослабления помех экранами кабелей и кабельными конструкциями позволяет значительно снизить возможные затраты на обеспечение ЭМС МП аппаратуры.

ВЫВОДЫ

Описанные выше недостатки СТО 56947007-29.130.15.105-2011 и СТО 56947007-29.130.15.114-2012 приводят к невозможности полноценного использования указанных документов в настоящее время и нивелируют достоинства документов. Имеющиеся противоречия с действующими документами создают опасные прецеденты размывания единых базовых требований в части обеспечения электробезопасности и ЭМС.

Документы нуждаются в комплексной переработке. Причем в процессе переработки должны быть не только устранены обнаруженные недостатки, но и добавлены и расширены отдельные методы расчетов и измерений.

Работы по переработке стандартов должны проводится с привлечением широкого круга специалистов в области ЗУ и ЭМС и сопровождаться дискуссиями в соответствующих средствах массовой информации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств. СТО 56947007-29.130.15.105-2011.
2. Руководящие указания по проектированию заземляющих устройств подстанций напряжением 6-750 кВ. СТО 56947007-29.130.15.114-2012.
3. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок. РД 153-34.0-20.525-00.
4. Руководящие указания по проектированию заземляющих устройств электрических станций и подстанций напряжением 3-750 кВ переменного тока. 12740ТМ-Т1. Минэнерго СССР, 1987.
5. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. ГОСТ 12.1.038-82.
6. Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых объектах ЕНЭС. СТО 56947007-29.240.044-2010.
7. Матвеев М.В., Кузнецов М.Б., Лунин М.Ю. Исследование высокочастотных характеристик ЗУ с помощью испытательных генераторов на базе управляемых нелинейных элементов: сборник докладов Третьей Российской конференции по заземляющим устройствам; под ред. Ю.В. Целебровского / Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2008.
8. Нестеров С.В., Прохоренко С.В. Расчетная оценка термической стойкости экранов контрольных кабелей: сборник докладов Третьей Российской конференции по заземляющим устройствам; под ред. Ю.В. Целебровского / Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2008.
9. Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева. ГОСТ 28895-91.

При работах с электроустановками необходимо учитывать возможность случайного появления напряжения на отключенных токо- ведущих частях на рабочем месте как по вине персонала, так и по другим причинам. Поэтому при таких работах наряду с мерами, предупреждающими ошибочное включение установки, должны быть приняты меры, исключающие поражение работающего током в случае появления по любой причине напряжения на отключенных токоведущих частях. Основной и наиболее надежной мерой в этом случае является соединение накоротко между собой и заземление всех фаз отключенного участка установки с помощью стационарных заземляющих разъединителей, а там, где их нет,- с помощью специальных переносных защитных заземлений. При появлении напряжения на заземленных токоведущих частях возникает ток КЗ между фазами и ток замыкания на землю, который вызывает быстрое отключение установки релейной защиты от источников питания.

Переносное заземление (рис. 1) — это один или несколько соединенных отрезков неизолированного медного многожильного провода, снабженных зажимами для присоединения к токоведущим частям и заземляющему устройству. Сечение проводников должно быть не менее 16 мм 2 для установок до 1000 В и не менее 25 мм 2 для установок свыше 1000 В.

Рис. 1. Переносные заземления

Переносное заземление, применяемое для снятия заряда с токо- ведущих частей при проведении электрических испытаний электрооборудования, должно иметь сечение не меньше 4 мм 2 .

Во избежание ошибок, ведущих к несчастным случаям и авариям, наложение переносного заземления на токоведущие части производят сразу после проверки отсутствия напряжения на этих частях. При этом должен соблюдаться следующий порядок. Сначала присоединяют к земле заземляющий проводник переносною заземления, затем указателем напряжения проверяют отсутствие напряжения на заземляемых токоведуших частях, после чего зажимы закорачивающих проводников переносного заземления с помощью изолирующей штанги накладывают на токоведущие части и закрепляют на них этой же штангой или непосредственно руками в диэлектрических перчатках. В установках до 1000 В штангу можно не применять и наложение переносного заземления следует производить в диэлектрических перчатках в указанном порядке.

Снятие заземлений выполняют в обратном порядке.

Временные переносные ограждения

Временные переносные ограждения служат для защиты персонала, работающего в электроустановках, от случайного прикосновения и приближения на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением; ограждения проходов в помещениях, в которых вход работающим запрещен; предотвращения включения аппаратов.

Ограждениями являются специальные щиты, ограждения- клетки, изолирующие накладки, изолирующие колпаки и т.п.

Щиты и ограждения-клетки изготавливают из дерева или других изоляционных материалов без металлических креплений. Сплошные щи гы предназначены для ограждения работающих от случайного приближения к токоведущим частям, находящимся под напряжением. а решетчатые для ограждения входов в камеры, проходов в соседние помещения и т.п. Ограждения-клетки используют главным образом при работах в камерах масляных выключателей — при доливке, взятии проб масла и т.п.

Изолирующие накладки — пластины из резины (для установок до 1000 В) или гитенакса. текстолита и другого материала (для установок выше 1000 В) — предназначены для предотвращения приближения к токоведущим частям в тех случаях, когда нельзя оградить место работы щитами; в установках до 1000 В накладки применяют также для предупреждения ошибочного включения рубильника.

Изолирующие колпаки изготавливают из резины и применяют в установках напряжением 6-10 кВ для изолирования ножей однополюсных разъединителей, находящихся в отключенном состоянии, в целях предотвращения их ошибочного включения.

Как постоянные, так и временные ограждения применяются для предохранения сотрудников лаборатории и студентов от случайного прикосновения и недопустимого приближения к токоведущим частям экспериментальных установок и электрической проводки.

Постоянные ограждения применяются в установках, которые постоянно или большую часть времени находятся под напряжением. Такие ограждения изготовляются цельными или сетчатыми (высотой не менее 1,6 м) и должны надёжно прикрепляться к полу и к стенам. Металлические ограждения заземляются;

Временные ограждения выполняются в виде деревянных каркасов - ширм. Изготовляются они из сухого дерева. Поверхность ширм может быть сплошной или решетчатой. Ширма должна быть прочной, удобной, легкой и исключать возможность опрокидывания. Высота ширмы - 1,6 м, нижний край ее находится от пола не более чем на 10 см. Ширма легко передвигается усилием одного человека. После окончания работ, для того, чтобы не загромождать помещение лаборатории, ширмы убираются.

Ограждения устанавливаются от оборудования и шин высокого напряжения на безопасном расстоянии, зависящем от максимального напряжения высоковольтной установки. При отсутствии сплошного ограждения, выбранное по напряжению защитное расстояние необходимо увеличить на длину вытянутой руки (50 - 70 см).

Защитное заземление и зануление

В электрических установках возможны случаи, когда металлические конструктивные части, нормально не находящиеся под напряжением, получают по различным причинам потенциал, отличный от потенциала «земли».

Прикосновение к частям оборудования под таким потенциалом вызовет прохождение через тело человека тока, могущего представлять опасность для жизни человека. Поэтому для обеспечения безопасности людей, работающих с электрическими установками, требуется выполнять защитное заземление или зануление.

Защитным заземлением называется соединение с заземлителем металлических, изолированных от напряжения частей электроустановок (рис. 1, а).

При повреждении изоляции оборудования или замыкании сети на корпус заземленного оборудования, ток проходит через заземление на землю. Это обеспечивает снижение напряжения прикосновения до безопасной величины.

Защитное заземление применяется в сетях, не имеющих глухого заземления нейтрали, и во всех установках высокого напряжения.

В осветительных и силовых сетях с рабочим напряжением до 1000 В, работающих с глухим заземлением нейтрали, вместо защитного заземления применяется защитное зануление (рис. 1, б).

Применение в одной и той же сети зануления для одних частей обрудования и заземления для других не допускается.

П

Рис. 1 Защитное заземление а) и зануление б)

ри монтаже контура защитного заземления или зануления необходимо руководствоваться существующими нормами и правилами для этих работ.

Поражение человека электрическим током зависит от тока, напряжения, состояния организма, окружающей среды и обстановки в рабочем помещении. В зависимости от данных условий изменяется и величина опасного для человека напряжения. Поэтому во всех случаях должно быть обеспечено правильное выполнение защитного заземления корпусов оборудования. Расположение рабочих мест должно исключать одновременное прикосновение к токоведущим частям оборудования и приборов, с одной стороны, и к трубам водопровода, паропровода, газопровода, с другой.

Заземление или зануление выполняется:

при напряжении выше 150 В по отношению к земле, во всех производственных помещениях независимо от условий окружающей среды;

при напряжении от 65 до 150 В по отношению к земле:

во всех особо опасных помещениях;

в помещениях пожаро- и взрывоопасных;

в наружных установках.

Заземлению или занулению подлежат: металлические корпуса трансформаторов, электрических машин, распределительных щитов, аппаратов и кабельных муфт, металлические оболочки и металлические защитные трубы проводов, кабелей и др.

Заземлению или занулению не подлежат при напряжении выше 250 вольт по отношению к земле:

электрооборудование и оболочки кабелей, находящиеся в помещении без повышенной опасности или находящиеся на недоступной высоте и обслуживаемые с деревянных лестниц, при условии, если исключается возможность одновременного прикосновения к другим заземленным предметам (трубы, оболочки кабелей и т.д.);

корпуса измерительных приборов, реле и т.п., установленные на щитках;

кабельные конструкции, на которых лежат заземлённые кабели и оболочки контрольных кабелей.

Переносное заземление является обязятельной мерой защиты работающих от:

случайного появления напряжения на месте работы;

поражения зарядом с высоковольтных конденсаторов.

Для переносного заземления должен применяться медный многожильный провод без изоляции.

Сечение провода переносного заземления выбирается в зависимости от мощности установки. На импульсных генераторах и на других установках, где, несмотря на большие напряжения, незначительная сила тока или очень мала длительность тока, сечение переносного заземления берется из условий его механической прочности.

При ремонтных и монтажных работах в экспериментальных установках, после проверки отсутствия напряжения и в случае освобождения отключенных частей установки от остаточного заряда (конденсаторы, емкость линии), на отключенные токоведущие части накладывается заземление. При этом переносное заземление должно быть сначала подключено к земле (к контуру заземления), а затем оно накладывается на выводы оборудования, подлежащего заземлению. Снятие переносного заземления производится в обратном порядке.