Сооружение заземляющего устройства тяговых подстанций

Заземляющее устройство – это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель – это металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, которые имеют малое сопротивление растеканию тока в соответствии с ПУЭ.

Заземлители различают естественные и искусственные.

К естественным заземлителям относят металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей; металлические оболочки кабелей, проложенных в земле, при их числе не менее двух и т. п.

Искусственные заземлители в зависимости от расположения в грунте делятся на вертикальные и горизонтальные.

Заземляющие проводники – это металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлением электроустановки называют преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством.

Заземление, обеспечивающее безопасность обслуживающего персонала при пробое изоляции между токоведущими частями и металлическим корпусом электроустановки, называют защитным.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение нетоковедущих металлических частей электроустановки (металлический корпус электроустановки), нормально не находящихся под напряжением, с заземляющим устройством.

На тяговых подстанциях, кроме защитного заземления, применяют рабочее заземление.

Рабочим заземлением называют преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки токоведущей части электроустановки, необходимое для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных или аварийных режимах, например, заземление разрядников, нейтралей понизительных трансформаторов и молниеотводов (грозозащитное заземление).

Рассмотрим особенности конструкции и монтажа заземляющего устройства тяговой подстанции переменного тока.

Принципиальная схема заземляющего устройства тяговой подстанции переменного тока приведена на рис. 1.

Основной частью заземляющего устройства тяговой подстанции является наружный контур заземления подстанции (НКЗП), от правильного выполнения которого во многом зависит надежность работы электроустановок и безопасность обслуживающего персонала.

НКЗП представляет собой искусственный заземлитель, который состоит из специально заложенных в землю вертикальных заземлителей 1 (электродов), присоединенных по периметру к горизонтальной заземляющей сетке 2.

В качестве вертикальных заземлителей применяют стальные трубы с внешним диаметром 50…60 мм и уголковой стали с шириной полок 50 50 мм. Длина вертикальных заземлителей принимается от 2,5 до 5 м, а глубина заложения в земле – 0,6…0,7 м.

Заземляющая сетка состоит из горизонтальных заземлителей (продольных и поперечных), расположенных по всей территории тяговой подстанции и соединенных в местах их пересечений сваркой. В качестве горизонтальных заземлителей применяют полосовую сталь сечением 40 5 мм.

тяговой подстанции переменного тока

Арматура опор 3 с молниеотводами приваривается к полосам заземляющей сетки в трех-четырех местах заземляющими проводниками 4 сечением 25 4 мм. По углам ячеек заземляющей сетки, где установлены опоры с молниеотводами, дополнительно устанавливаются вертикальные электроды 5.

В местах входа на территорию подстанции должны быть устроены потенциальные козырьки 6, выполненные в виде нескольких параллельных полос, приваренных к заземляющей сетке, причем каждая следующая полоса со стороны выхода располагается на большей глубине: первая полоса на глубине 1 м; вторая – 1,5 м.

К НКЗП также присоединяют естественные заземлители (ЕЗ), находящиеся на территории подстанции, например, металлические оболочки силовых кабелей 7, металлические водопроводные 8 и другие коммуникации; рельсы подъездных путей тяговой подстанции (РПП); рельсы главных путей станции (РГП) и рельс заземленной фазы (РЗФ).

Рельсы РПП приваривают к заземляющей сетке во всех местах их пересечений заземляющими проводниками 9 сечением 40 5 мм.

Рельс РЗФ, проложенный в земле на глубине 0,3 м, в местах пересечений должен быть приварен к НКЗП и РПП (соответственно с помощью заземляющих проводников 10 и 11). Спуски от фаз С тяговых трансформаторов 12 к РЗФ выполняют за выключателями вводов РУ 27,5 отрезками шин 13.

На тяговых подстанциях переменного тока рельсовый фидер (РФ) выполняют в виде двух параллельных линий 14, подвешенных на опорах.

РФ присоединяют с одной стороны непосредственно к РЗФ, с другой – к нулевым точкам дроссель-трансформаторов.

К НКЗП должны быть также присоединены все металлические нетоковедущие части оборудования открытой части подстанции с помощью заземляющих проводников сечением не менее 40 4 мм:

металлические баки масляных выключателей наружной установки, баки силовых и измерительных трансформаторов и автотрансформаторов;

приводы выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей ОРУ;

стальные конструкции ячеек КРУН 6, 10 кВ;

металлические конструкции ОРУ;

армировка железобетонных опор ОРУ;

разрядники переменного тока;

соединительные и концевые кабельные муфты и воронки;

оболочки силовых и высоковольтных кабелей и т. п.

На рис. 1 для примера показано заземление металлических корпусов тяговых трансформаторов 12 на наружный контур подстанции с помощью заземляющих защитных проводников 15.

Оборудование, расположенное в закрытой части тяговой (например, стальные конструкции ячеек КРУ 6, 10 кВ, фланцы опорных и проходных изоляторов; корпуса печей электрического отопления и детали их крепления; щит управления, отдельно стоящие щитки и панели защиты и т.п.) заземляют на внутренний контур заземления подстанции (ВКЗП) 16, который представляет собой заземляющие шины из полосовой стали сечением не менее 120 мм², расположенные по периметру здания на высоте 1,2 м от уровня пола.

Каждый заземляемый элемент 17 должен быть присоединен к магистрали заземления ВКЗП отдельным заземляющим проводником 18, а ВКЗП в свою очередь с НКЗП – не менее чем двух местах с помощью проводников 19.

Рассмотрим особенности конструкции и монтажа заземляющего устройства тяговой подстанции постоянного тока (рис. 2).

На тяговой подстанции постоянного тока НКЗП выполняют так же, как на тяговых подстанциях переменного тока: монтируют вертикальные электроды 1 и 5, заземляющую сетку 2 и соединяют их между собой. К полосам заземляющей сетки приваривают арматуру опор 3 с молниеотводами (заземляющими проводниками 4), затем потенциальные козырьки 6 и естественные заземлители 7 и 8.

Для исключения электрокоррозии НКЗП рельсовый фидер РФ и рельсы подъездного пути РПП не соединяют с НКЗП. Участки РПП, расположенные на территории подстанции, изолируют от рельсов станции и перегона РГП. С этой целью устраивают три изолирующих стыка: 9 – у ворот на территории подстанции; 11 – вблизи места примыкания РПП к РГП, 10 – на расстоянии 25 м от стыка 11 в сторону тяговой подстанции. РФ тщательно изолируют от земли и подсоединяют к НКЗП через короткозамыкатель 12; к «минус» шине РУ 3,3 кВ через главный реактор 13 тяговой подстанции.

Рис. 2. Принципиальная схема заземляющего устройства

тяговой подстанции постоянного тока

Короткозамыкатель 12 приводится в действие реле земляной защиты в момент короткого замыкания на землю в РУ 3,3 кВ.

В закрытой части подстанции монтируют два отдельных контура заземления: 1) внутренний контур заземления подстанции (ВКЗП) 14 переменного тока, соединенный непосредственно заземляющими проводниками 15 с НКЗП (аналогично тяговым подстанциям переменного тока); 2) внутренний контур заземления оборудования постоянного тока (ВКЗОПТ) 16, соединенный с НКЗП через два реле земляной защиты (РЗЗ1 и РЗЗ2).

Оборудование РУ 3,3 кВ заземляют на ВКЗОПТ.

К внутреннему контуру заземления ВКЗОПТ присоединяют:

арматуру оснований быстродействующих выключателей;

арматуру сглаживающего устройства и корпусы конденсаторов;

панели щита управления с высоковольтными измерительными приборами или кабелями постоянного тока 3,3 кВ;

оболочки силовых высоковольтных кабелей выпрямленного тока;

каркасы ограждения, шкафы и панели управления полупроводниковых выпрямителей;

разрядники постоянного тока, стоящие внутри подстанции;

каркасы ограждения и конструкции РУ 3,3 кВ;

проходные плиты и анкерные штанги фидеров выпрямленного тока;

фланцы всех отдельно стоящих опорных изоляторов постоянного тока.

На рис. 2 для примера показано заземление корпуса выпрямителя 17 на ВКЗОПТ проводником 18; металлического корпуса понизительного трансформатора 19 на НКЗП проводником 20; корпусов 21 шкафов КРУ 6,10 кВ проводниками 22.

Для комплектных распределительных устройств КРУН 3,3 кВ и выпрямителей наружной установки устраивают индивидуальные ВКЗОПТ, которые подключают к НКЗП аналогичным образом.

Оборудование и конструкции ОРУ заземляют так же, как на тяговых подстанциях переменного тока.