ПЕРЕНОСНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ
PORTABLE GROUNDING

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к переносным заземлениям, предназначенным для защиты работающих на отключенных токоведущих частях электроустановок от ошибочно поданного или наведенного напряжения. Эти заземления должны соответствовать государственным стандартам или техническим условиям, не противоречащим этим стандартам.
Известен (1) государственный стандарт, который является основополагающим документом при разработке и производстве переносных заземлений. В то же время разработчикам и производителям переносных заземлений постоянно приходится сталкиваться с возникающими в процессе эксплуатации техническими проблемами, требующими неотложного решения. Например, все более возрастающий уровень токов короткого замыкания в сетях предъявляет повышенные требования по надежности не только к электрооборудованию, но и к переносным заземлениям. Модернизация переносных заземлений обычно направлена на повышение их пропускной способности в аварийных режимах, т.е. на повышение термической и электродинамической стойкости. В рамках известного (1) стандарта эта задача решается увеличением сечения соединительных проводов закороток и спуска и изменением в сторону улучшения технических параметров зажимов, но если сечения соединительных проводов могут быть подобраны достаточно просто (1, таблицы А.1, А.3), то соблюдение условия (1, п. 9.6) о недопустимости превышения значений переходного сопротивления в контактах выше установленной нормы затруднительно и это поясняется следующим.
В аварийных режимах, особенно при значительных токах, в контактах возникают электродинамические и термические усилия отброса контакт-деталей друг от друга, направленные встречно контактным нажатиям, что сначала приводит к размягчению или даже к подплавлению материалов контактных пар «зажим-заземляемый проводник», а в дальнейшем, при нарастании тока короткого замыкания, к появлению электрической дуги между разведенными на некоторое расстояние контакт-деталями, а это недопустимо, поскольку данный процесс приводит или к свариванию зажима с проводником или, в худшем случае, к пережогу зажима или проводника. При этом перегорание контакт-деталей может произойти еще до момента отключения линии выключателем, что наблюдается при недостаточном быстродействии релейной защиты и выключателя и приводит к попаданию персонала под напряжение.
К такому же нежелательному результату может привести и неспособность зажима противостоять его возможному развороту вдоль оси заземляемого проводника под действием электродинамических усилий «большого» контура «заземляемый проводник-зажим-заземляющий провод». Вполне вероятно, что этот разворот может закончиться сбросом зажимов с проводника, причем раньше, чем линия будет отключена выключателем.
Известно, что идеальной характеристикой зажима является его способность удерживать расчетное значение переходного сопротивления между контакт-деталями при любых режимах сети, в том числе и в режиме ожидания аварийного события, т.е. при отсутствии тока в контактном переходе. Если в режиме ожидания переходное сопротивление в контактной паре выше нормы, то это сигнализирует о наличии толстых окисных пленок между контакт-деталями, напряжение пробоя которых иногда достигает 800 вольт. В этих условиях ошибочно поданное или наведенное напряжение, не достигшее критического значения напряжения пробоя, представляет реальную опасность для персонала, поскольку при установленном заземлении токоведущие части электроустановки остаются под напряжением.
Повышение надежности зажимов происходит, как правило, путем увеличения контактных нажатий, числа параллельных контактных переходов, применением в конструкциях зажимов электродинамических контуров (2, 3, 4, 5), компенсирующих усилия отброса контакт-деталей друг от друга, применением металлокерамических контактов и т.д.
Стремление к повышению надежности как самого переносного заземления в целом, так и его отдельных конструктивных элементов может быть достигнуто также установкой на рабочем месте нескольких переносных заземлений в параллель (1, п. 11.4). К недостаткам такого решения относится увеличение в разы количества задействованных заземлений, большой объем работ и повышенные трудозатраты. В этом случае подразумевается высокая квалификация лиц административно-технического персонала, обязанных перед выдачей наряд-допуска знать уровень тока короткого замыкания в точке рабочего места, находящейся на произвольном расстоянии от центра питания.
Другой подход заключается в следующем. Общеизвестно (6, с. 340) применение и назначение токоограничивающих реакторов, устанавливаемых на подстанциях, что наталкивает на мысль искусственного увеличения индуктивного сопротивления и самой линии электропередачи, что особенно актуально для ее участков, расположенных вблизи центров питания, поскольку эти участки не обладают достаточным индуктивным сопротивлением из-за малой протяженности. Если рабочее место приходится именно на эти участки, то и переносные заземления на этих участках подвержены максимально возможной токовой нагрузке.
Одним из вариантов искусственного увеличения индуктивного сопротивления, например воздушной линии электропередачи, может быть вариант установки на опорах этой линии катушек индуктивности. Такие катушки выполняются по типу высокочастотных заградителей (6, с. 362), но без настроечных элементов. В рабочем режиме, когда линия находится под нагрузкой, катушки закорочены шунтирующими перемычками, а при подготовке рабочего места, уже на отключенной линии, шунтирующие перемычки снимаются и катушки оказываются включенными последовательно в цепь воздушной линии. Такой подход дает положительный результат по уменьшению аварийного тока. К недостаткам данного технического решения относятся большие трудозатраты, связанные с дополнительной потерей рабочего времени, расширение номенклатуры электрооборудования.
Было бы приемлемым такое техническое решение, при котором линия электропередачи обзаводилась бы дополнительным индуктивным сопротивлением в момент установки переносного заземления, т.е. само переносное заземление должно включать в себя элементы, обладающие индуктивностью.
Целью настоящего изобретения является создание переносного заземления, обладающего токоограничивающими свойствами.
Для достижения указанного технического результата в переносное заземление, предназначенное для создания электрической цепи между заземляемой электроустановкой и заземляющим устройством, содержащее отрезки гибких соединительных проводов в прозрачной изолирующей оболочке, выполняющих в заземленной электроустановке роль междуфазных закороток и роль спуска, соединяющего закоротки с заземляющим устройством, внесены существенные конструктивные изменения, заключающиеся в том, что каждый отрезок соединительного провода, будь-то закоротка или спуск, снабжен катушкой индуктивности, включенной с проводом последовательно, при этом, в частном случае, закоротка или спуск и катушка индуктивности изготавливаются из одного цельного удлиненного отрезка соединительного провода.
Отличительным признаком предлагаемого переносного заземления от указанных выше известных, наиболее близких к нему, выпускаемых в соответствии с известным (1) стандартом, является наличие в нем катушек индуктивности, включенных последовательно с проводом каждой закоротки и спуска, что равносильно искусственному увеличению протяженности линии электропередачи именно в момент установки заземления, а следовательно, и к увеличению с этого момента токоограничивающей способности линии.
Искусственно снижая ток короткого замыкания, предлагаемое переносное заземление не только повышает собственный ресурс по термической и электродинамической стойкости, но и в целом повышает надежность всей питающей сети (снижает вероятность перегрева проводников, схлестывания проводов на воздушных линиях электропередачи, повышает надежность шинных конструкций, облегчает работу коммутационной аппаратуры и т.д.).
Предлагаемое переносное заземление может быть выполнено трехфазным или однофазным, для воздушных линий электропередачи или для распредустройств, на напряжения до 1кВ и выше, т.е. производство новых переносных заземлений может быть без затруднений налажено в соответствии с принятой на данный момент номенклатурой этих изделий.
Конструкция катушки может быть разной. В одном случае катушка представляет собой отдельно выполненное изделие с двумя выводами, посредством которых собирается последовательная цепь с закороткой или спуском. Применение таких сменных катушек увеличивает число последовательных контактных соединений в заземлении, что, в общем, нежелательно. В другом случае каждая закоротка или спуск и катушка индуктивности выполняются из одного цельного отрезка соединительного провода, при этом наиболее рациональным является изготовление катушек кругового сечения бескаркасного типа, когда каждая катушка представляет собой жгут кольцевой формы, состоящей из набора витков. От разваливания жгута на отдельные витки жгут перехватывается по сечению кольца в нескольких местах прозрачным изолирующим шнуром. Средний диаметр катушки и число витков принимается в зависимости от расчетной величины индуктивного сопротивления, удобства использования катушек как составных элементов переносного заземления.
L
Расчет индуктивностей может быть произведен, например, в соответствии с известной (7, с. 244-283) справочной литературой, тогда индуктивное сопротивление Х=ω L, где ω=2 π f - угловая частота тока в цепи; f - частота тока в цепи; L - индуктивность цепи.
Поскольку на катушках, при протекании аварийного тока в них, наблюдается падение напряжения, следует опасаться пробоя межвитковой изоляции. Исходя из этого, должно быть предусмотрено, например, одновременное испытание всех участков провода, смотанного в бухту, т.е. испытание на пробой всей катушки в целом.
В заключение необходимо отметить, что относительная эффективность применения предлагаемых переносных заземлений для кабельных линий на порядок выше, чем для воздушных, так как удельное индуктивное сопротивление на фазу для воздушных линий 0,3-0,4 Ом/км, а для кабельных - 0,06-0,12 Ом/км, поэтому составляющая индуктивного сопротивления одного и того же условно взятого переносного заземления, отнесенное к единице длины линии электропередачи, в процентном отношении для кабельных линий будет гораздо существеннее, чем для воздушных линий.
Источники информации
1. ГОСТ Р 51853-2001. Заземления переносные для электроустановок. Общие технические условия Госстандарт России, Москва.
2. RU 2169974 27.06.2001. Бюл. №18.
3. RU 2194344 10.12.2002. Бюл. №34.
4. RU 2207682 27.06.2003. Бюл. №18.
5. RU 2262786 20.10.2005. Бюл. №29.
6. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций. Москва, Энергоатомиздат, 1989.
7. П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. Расчет индуктивностей. Ленинград, Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1986.