Измерение сопротивлений заземления опор ВЛ - Характеристики электробезопасности у опор ВЛ

В связи с возможным повреждением изоляции и возникновением опасных значений напряжений прикосновения и шага у опор при длительных однофазных замыканиях рекомендуется заземлять все железобетонные и металлические опоры ВЛ 3 — 35 кВ как в населенной, так и в ненаселенной местностях.
Напряжением прикосновения, шага (ГОСТ 12.1.009-76), называют разность потенциалов между двумя точками цепи, которых одновременно касается (или на которых стоит) человек. Обычно для напряжения прикосновения рассматривают случай, когда человек касается опоры рукой, а грунта ногами, обутыми в обувь, не обладающую изолирующими свойствами.
ГОСТ 12.1.038 — 82 устанавливает предельно допустимые значения напряжений прикосновения, а в некоторых случаях и проходящих токов. В сетях с незаземленной нейтралью нормируется также предельно допустимый ток при длительности воздействия более 1 с, который должен быть равен 6 мА. В соответствии с ГОСТ 12.1.038 — 82 допустимые напряжения прикосновения зависят от длительности воздействия: в сетях выше 1 кВ с глухим заземлением нейтрали

в сетях выше 1 кВ с незаземленной нейтралью

Сопротивление тела человека при длительности воздействия до 1 с должно моделироваться резистором 1000 Ом; при длительности воздействия более 1 с — 6000 Ом. Отклонения сопротивлений моделирующего резистора не должны превышать ± 10%.
ГОСТ 12.1.038—82 отражает известные условия работы сети с незаземленной и глухозаземленной нейтралями. В сети с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания на землю является емкостным с возвратом в сеть через емкости неповрежденных фаз.
При относительно небольшом токе замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов в общем случае релейная защита не отключает участок с замыканием на землю. Поэтому длительность протекания тока через заземляющее устройство в этих случаях определяется временем, необходимым для самопроизвольного погасания дуги или для обнаружения и отключения поврежденного участка. При компенсации емкостных токов замыкания на землю через место замыкания проходит остаточный ток, который содержит активную составляющую, емкостную или индуктивную составляющую (из-за расстройки дугогасящего аппарата), а также высшие гармонические составляющие. Этот ток может возрасти при отключении одного из дугогасящих аппаратов в случае вывода в ремонт.
В сети с заземленной нейтралью ток однофазного короткого замыкания является индуктивным током с возвратом в сеть через нейтрали заземленных трансформаторов. Длительность его протекания ограничивается временем действия релейной защиты.
Для оценки влияния сопротивления заземляющего устройства на напряжение прикосновения используем значение тока

(27)
где /с ф — емкостный ток однофазного замыкания в сети незаземленной нейтралью; t/ф — фазное напряжение; С — емкость фазного провода относительно земли; to = 314 — частота тока 50 Гц.
Например, U^ = 23 * 103 В (для BЛ 35 кВ), а емкость фазного провода относительно земли С0 = 6 • 103 пф/км. Примем длину линии 25 км.
Напряжение на заземлителе

(28)
где R — сопротивление растеканию заземлителя опоры.
Отметим, что сопротивление R является частью активного сопротивления R0 в цепи тока замыкания (в сопротивление R0 входит также, например сопротивление влажной деревянной траверсы опоры, увеличение которого играет положительную роль для гашения дугового разряда).
Однако, чтобы напряжение прикосновения не превышало допустимых предельных значений по ГОСТ 12.1.038-82, сопротивление заземлителя опоры должно быть ограничено.
Для оценки требуемых значений сопротивлений заземляющих устройств напряжением 35 кВ от напряжения на заземлителе t/3 перейдем к выражению напряжения U4 на теле человека. Вводится показатель — коэффициент прикосновения апр, показывающий, во сколько раз напряжение на месте, где стоит человек (например, на расстоянии 1 м от опоры), меньше напряжения на заземлителе:
«пР = UnpIU3.         (29)
Коэффициент прикосновения апр, a также напряжение между опорой, которой касается рука, и местом на поверхности земли, где стоят ноги, не зависят от удельного сопротивления грунта, если он однороден, но находятся в зависимости от формы и размеров заземлителя. Расчеты, проведенные для железобетонных стоек сечением 20 * 20 см, дали зависимость коэффициента прикосновения апр от глубины погружения стойки в грунт /:
I, м      2          з          4,2
°пр      0,576 0,528 0,493
Таким образом, примерно половина напряжения U3 заземлителя падает на расстоянии 1 м от опоры:
(30)
На уменьшение напряжения прикосновения, приложенного непосредственно к телу человека, оказывает влияние и такой фактор, как повышение удельного электрического сопротивления поверхностного слоя земли (аналогично использованию изолирующей обуви). С этой целью в некоторых странах площадки вокруг опор в населенной местности покрывают асфальтом. Эффективной является также щебеночная подсыпка (для территории подстанций такая рекомендация внесена в ПУЭ). Если принять сопротивление тела человека R4 = 1000 Ом, то напряжение на теле человека U4 и напряжение прикосновения Uup связаны зависимостью
(31)
где ps — удельное электрическое сопротивление поверхностного слоя. Если подсыпка имеет ps более 1000 Ом • м, то напряжение на теле человека в случае прикосновения к опоре при однофазном замыкании уменьшается более чем в 2 раза по сравнению с указанным в формуле (30).
Сравнивая выражения (28), (30) и (31), получаем для напряжения U4, приложенного к телу человека,
(32)
В соответствии с ГОСТ 12.1.038—82 в сетях с незаземленной нейтралью необходимо, чтобы U4 < 36 В, т. е. сопротивление заземлителя R не должно превышать 40 Ом.
При разработке мероприятий по защите от поражения током короткого замыкания учитывают, что прикосновение к опоре во время замыкания - менее вероятное событие, чем наблюдаемые порознь два события - короткое замыкание на опоре и прикосновение к данной опоре человека или животного.

Рис. 31. Принципиальная схема измерения напряжений прикосновения и шага по методу амперметра-вольтметра
При периодических эксплуатационных измерениях рекомендуется метод амперметра-вольтметра (рис. 31). Напряжение прикосновения по этому методу измеряется как разность потенциалов между доступными прикосновению частями опоры и потенциальным электродом (ПЭ), представляющим собой металлическую квадратную пластину размером 25 х 25 см2, имитирующую подошвы человека, стоящего на земле. Пластина должна быть прижата к земле грузом массой более 50 кг, а грунт под нею - увлажнен. Напряжения шага измеряют как разность потенциалов между двумя потенциальными электродами (ПЭ1, ПЭ2). Для лучшего контакта поверхность земли в контрольных точках тщательно выравнивают, а на пластины кладут груз общей массой 50 кг.

Рис. 32. Схема измерения напряжения прикосновения у опоры измерителем сопротивления заземления: 3 - заземлитель опоры; ПЭ — потенциальный электрод в виде пластаны 25 *25 см ; Т - токовый электрод; R — сопротивление 1 или 6 кОм; Т1. Т2 —токовые клеммы измерителя сопротивления заземления; /72, П2 - потенциальные клеммы измерителя сопротивления заземления

Вольтметр Fт должен быть шунтирован резистором R4, имитирующим сопротивление тела человека. В качестве источника тока наиболее удобен генератор прибора ИКС-50, работающего на частоте 22,5 Гц. Такая рабочая частота позволяет отстраиваться от паразитных токов в земле. Измеренные значения напряжений прикосновения должны быть приведены к расчетному току замыкания на землю. Для этого пользуются формулой
(33)
где UK — измеренное значение напряжения прикосновения при токе в измерительной цепи /и; /3 — расчетный ток замыкания на землю.
Для измерений напряжения прикосновения у опор может быть использован измеритель сопротивления заземления Ф-4103. Для этого его токовые зажимы подключают к опоре и токовому электроду (7), а потенциальные шунтируют сопротивлением 1 кОм и подключают к опоре и пластине (рис. 32). По измеренному значению сопротивления R„3M вычисляют напряжение прикосновения по формуле