Воздушные линии электропередачи (далее – ВЛ), являясь неотъемлемой частью энергетических систем, обеспечивают передачу электроэнергии по проводам на значительные расстояния.
Рисунок 1. Опора ВЛ. Заходы на подстанцию напряжением 110 кВ
Согласно п. 2.5.2 Правил устройства электроустановок (далее – ПУЭ) ВЛ выше 1 кВ называется устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изолирующих конструкций и арматуры к опорам, несущим конструкциям, кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.).
Находясь на открытом пространстве ВЛ подвержены влиянию различных факторов окружающей среды, таких как: колебания температуры, атмосферные осадки, ветровые нагрузки и другое. Указанные воздействия могут привести к обрыву проводников или нарушению их рабочей изоляции, и, как следствие, протеканию тока через несущую опору. Появляется опасность возникновения высокого потенциала на опоре, что может представлять угрозу для жизни человека, оказавшегося вблизи опоры в этот момент – это может быть как квалифицированный персонал, обслуживающий ВЛ, так и просто случайный прохожий.
Для предотвращения опасных ситуаций, возникающих на ВЛ, необходимо заземление несущих опор, а значит организация заземляющего устройства (далее – ЗУ).
Требования к организации ЗУ ВЛ напряжением выше 1 кВ
Основные требования к заземлению ВЛ напряжением выше 1 кВ приведены в главе 2.5 ПУЭ.
Нормируемое сопротивление заземляющего устройства зависит от ряда факторов:
- Удельное эквивалентное сопротивление грунта
- Значение напряжения ВЛ
- Местонахождение ВЛ (населенная или ненаселенная местность)
- Особенности устройства (конструктива) ВЛ
Согласно п. 2.5.129 ПУЭ на ВЛ должны быть заземлены:
- Опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства молниезащиты.
- Железобетонные и металлические опоры ВЛ 3-35 кВ.
- Опоры, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители и другие аппараты.
- Металлические и железобетонные опоры ВЛ 110-500 кВ без тросов и других устройств молниезащиты, если это необходимо по условиям обеспечения работы релейной защиты и автоматики.
Рисунок 2. Опора ВЛ с грозозащитным тросом
Деревянные опоры и деревянные опоры с металлическими траверсами ВЛ без грозозащитных тросов или других устройств молниезащиты не заземляются.
Нормируемые значения сопротивлений ЗУ опор ВЛ приведены в Таблице 1 (таблица 2.5.19 ПУЭ):
Таблица 1. Наибольшее сопротивление заземляющих устройств опор ВЛ.
| Удельное эквивалентное сопротивление грунта ρ, Ом·м | Наибольшее сопротивление заземляющего устройства, Ом |
|---|---|
| До 100 | 10 |
| Более 100 до 500 | 15 |
| Более 500 до 1000 | 20 |
| Более 1000 до 5000 | 30 |
| Более 5000 | 6·10–3·ρ |
Сопротивления ЗУ опор, имеющих грозозащитный трос или другие устройства молниезащиты, при их высоте до 50 м должны быть не более приведенных в Таблице 1; при высоте опор более 50 м – в 2 раза ниже по сравнению с приведенными в Таблице 1. На двухцепных и многоцепных опорах ВЛ, независимо от напряжения линии и высоты опор, рекомендуется снижать сопротивления заземляющих устройств в 2 раза по сравнению с приведенными в Таблице 1.
Рисунок 3. Многоцепная опора ВЛ
Допускается превышение сопротивлений заземления части опор по сравнению с нормируемыми значениями, если имеются опоры с пониженными значениями сопротивлений заземления, а ожидаемое число грозовых отключений не превышает значений, получаемых при выполнении требований Таблице 1 для всех опор ВЛ.
Для опор горных ВЛ, расположенных на высотах более 700 м над уровнем моря, указанные в Таблице 1 значения сопротивлений заземления могут быть увеличены в 2 раза. Сопротивления заземляющих устройств железобетонных и металлических опор для ВЛ 3-20 кВ, проходящих в населенной местности, а также всех ВЛ 35 кВ должны быть не более приведенных в Таблице 1: для ВЛ 3-20 кВ в ненаселенной местности в грунтах с удельным сопротивлением до 100 Ом·м – не более 30 Ом, а в грунтах с выше 100 Ом·м – не более 0,3·р Ом.
Сопротивления ЗУ опор ВЛ 110 кВ и выше, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители и другие аппараты, должны быть не более приведенных в Таблице 1, а для ВЛ 3-35 кВ не должны превышать 30 Ом.
Сопротивления ЗУ металлических и железобетонных опор ВЛ 110-500 кВ без тросов и других устройств молниезащиты, определяются при проектировании ВЛ.
Для ВЛ, защищенных тросами, сопротивления ЗУ, выполненных по условиям молниезащиты, должны обеспечиваться при отсоединенном тросе, а по остальным условиям – при неотсоединенном тросе.
Основные требования к значениям нормируемых сопротивлений ЗУ ВЛ выше 1 кВ приведены в Таблице 2:
Таблица 2. Наибольшие допустимые значения нормируемых сопротивлений заземляющих устройств воздушных линий электропередачи выше 1 кВ.
| Характеристики заземляемого объекта | Сопротивление заземляющего устройства, Ом | Пункт ПУЭ |
|---|---|---|
| Заземляющие устройства опор, при удельном сопротивлении грунта, р, Ом·м: | 2.5.129-2.5.131 | |
| До 100 | 10 | Таблица 2.5.19 |
| Более 100 до 500 | 15 | |
| Более 500 до 1000 | 20 | |
| Более 1000 до 5000 | 30 | |
| Более 5000 | 6·10–3·ρ | |
| Опоры, на которых установлено оборудование и аппараты для ВЛ 3-35 кВ | 30 | 2.5.129 |
| Металлические и железобетонные опоры ВЛ 3-20 кВ в ненаселенной местности, при удельном сопротивлении грунта, р, Ом·м: | 2.5.129 | |
| До 100 | 30 | |
| Более 100 | 0,3·р | |
Согласно п. 2.5.130 ПУЭ железобетонные фундаменты опор ВЛ 110 кВ и выше могут быть использованы в качестве естественных заземлителей (исключение 2.5.131 и 2.5.253) при осуществлении металлической связи между анкерными болтами и арматурой фундамента и отсутствии гидроизоляции железобетона полимерными материалами.
Рисунок 4. Фундамент как естественный заземлитель опоры ВЛ
Согласно п. 2.5.131 ПУЭ при прохождении ВЛ 110 кВ и выше в местности с глинистыми, суглинистыми, супесчаными и тому подобными грунтами с удельным сопротивлением ρ ≤ 1000 Ом·м следует использовать арматуру железобетонных фундаментов, опор и пасынков в качестве естественных заземлителей без дополнительной укладки или в сочетании с укладкой искусственных заземлителей. В грунтах с более высоким удельным сопротивлением естественная проводимость железобетонных фундаментов не должна учитываться, а требуемое значение сопротивления заземляющего устройства должно обеспечиваться только применением искусственных заземлителей.
Требуемые сопротивления ЗУ опор ВЛ 35 кВ должны обеспечиваться применением искусственных заземлителей, а естественная проводимость фундаментов, подземных частей опор и пасынков (приставок) при расчетах не должна учитываться.
Пример заземляющего устройства опоры воздушной линии электропередачи напряжением 110 кВ
В качестве исходных данных предоставлена следующая информация:
Грунт – валунно-галечные отложения влажные.
Удельное сопротивление грунта, р – 850 Ом·м.
Опора ВЛ – одноцепная, напряжением 110 кВ.
Согласно п. 2.5.129 ПУЭ сопротивление заземляющего устройства опоры ВЛ 110 кВ определяется в соответствии с Таблицей 1. В данном случае значение нормируемого сопротивления – 20 Ом.
В качестве вертикальных заземлителей используем необслуживаемые активные соляные заземлители серии «УДАВ» – АС-3НВ-Н-УДАВ.
Выполним расчет заземления с помощью калькулятора для расчета сопротивления заземляющего устройства.
С помощью расчета определяем, что для заземления опоры необходимо предусмотреть два заземлителя АС-3НВ-Н-УДАВ, которые обеспечат нормируемое сопротивление ЗУ.
Таблица 3. Исходные данные и результаты расчета заземления.
| Наименование показателя, ед. изм. | Значение |
|---|---|
| Удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м | 850 |
| Нормируемое сопротивление контура заземления, Ом | 20 |
| Количество АС-3НВ-Н-УДАВ, шт. | 2 |
| Итоговое сопротивление контура заземления, Ом | 14,07 |
Монтаж необслуживаемых активных соляных электродов серии «УДАВ» необходимо осуществлять, придерживаясь следующих рекомендаций:
- Для максимально эффективного использования активных соляных электродов минимальное расстояние (L) между ними должно быть больше или равно их длине;
- Расстояние от активных соляных электродов до фундаментов зданий, сооружений должно составлять не менее 2-х метров.
Рисунок 5. Схема заземляющего устройства опоры ВЛ 110 кВ, выполненного с применением активных соляных электродов АС-3НВ-Н-УДАВ
Рисунок 6. Монтаж необслуживаемых активных электродов