На электрических установках защитному заземлению подлежат корпуса турбин, генераторов, трансформаторов, имеющих электропривод насосов и всего вспомогательного оборудования, корпуса, рамы, фланцы и цоколи электрических аппаратов, каркасы щитов и щитков, приводы, ограждения и все прочие металлические конструкции, которые нормально не находятся под напряжением, но при пробое изоляции на корпус получают потенциал.
На корпусах, аппаратах и конструкциях предусматривается болт для заземления или присоединение осуществляется сваркой. На отключаемых для ремонта участках коммутации с каждой стороны разъема включаются заземляющие ножи разъединителей или накладываются переносные заземлители.
Все элементы присоединяются параллельно к проводникам заземления и далее к общей магистрали этажа, прокладываемой обычно под окнами помещений с зазором между шиной и стеной; зазор предохраняет стены от ржавых пятен, а металл от коррозии. Шины защитного заземления окрашиваются внутри помещения в черный цвет.
Рис. 12-5. Устройство заземления подстанции: а — план устройства заземления подстанции 110/35/6 кВ; 6 — стержневой заземлитель в траншее грунта
1^5 — осы фундаментов опор и аппаратов 35 кВ; 6 — ось трансформаторов; 7 — ось разъединителей 110 кВ; 8 — ось входного портала; 9 — ограда; 10 — контур по периметру ОРУ; 11 полоса выравнивающей сетки продольная; 12 — то же, поперечная. 13 контур по периметру ЗРУ; 14 — стержневые заземлители
Минимальное сечение стальных шин заземляющих проводников для присоединений 8x3 мм, а для магистралей — 30x4 или 40x3 мм.
Магистрали всех этажей привариваются к нескольким стоякам здания, которые выводятся сквозь фундамент и привариваются к наружному, располагаемому в грунте на глубине 0,5—0,7 м кольцевому контуру заземления вокруг периметра здания.
Контур предусматривается у каждого здания электрической установки на расстоянии 1—2 м от стен, а также вокруг площадок открытых РУ. Ограда ОРУ должна отстоять на 3 м от контура заземления с внешней стороны.
Для контура применяется полосовая сталь сечением 40x4 мм, с прокладкой «на ребро». При агрессивных грунтовых водах берется оцинкованная сталь увеличенного сечения.
Вдоль контура забиваются стержневые заземлители из круглой (арматурной) стали, труб или уголков, число которых определяется расчетом. Круглая сталь берется диаметром 12—15 мм, трубы диаметром 40—60 мм, уголки 50x50 или 60x60 мм. В нормальных условиях грунта длина стержневых заземлителей 2—3 м, расстояние между ними не менее 3—4 м, соединение с полосой контура осуществляется сваркой.
Выполнение контура заземления на площадке объекта показано на рис. 12-5.
При близком взаимном расположении стержневых заземлителей (менее 40 м) растекание тока в грунте определяется общей системой по контуру, в зависимости от числа заземлителей и отношения заземления (рис. 12-6, а и б). В
Рис. 12-6. Фрагмент контура заземления: а — стержневые заземлители контура; 6 — растекание тока в грунте при экранировании заземлителей; в — кривые коэффициента использования стержневых заземлителей, размещенных заимное мешающее влияние заземлителей учитывается в расчете введением коэффициента экранирования, определяемого по кривым (рис. 12-6, в).
Для выравнивания потенциала с целью снижения напряжения прикосновения и напряжения шага, а следовательно, повышения безопасности эксплуатации применяются выравнивающие сетки, прокладываемые в грунте на глубине 0,5—0,7 м на открытых площадках РУ и под полом помещений с повышенной опасностью и особо опасных.
Сетки выполняются из полосовой стали; на ОРУ рекомендуется размер ячеек сетки 6—12 м, а под полом помещений — 2—3 м. У выездов и входов на подстанцию, а также у подъездов и входов в здания предусматриваются плавно снижающие потенциал козырьки или скаты.
Общая форма конструкций системы заземления, включая выравнивающую сетку, и все линейные размеры предопределяются компоновкой оборудования на территории подстанции и расположением фундаментов в помещениях.
При выполнении конструкций заземления всемерно должны быть использованы естественные заземлители, которые путем многократной приварки соединяются с системой искусственного заземления.
В качестве естественных заземлителей используются закладные части оборудования, арматура фундаментов сооружений, металлические каркасы зданий, местные сети трубопроводов, рельсы железнодорожных путей объекта, металлические оболочки кабелей и т, п.
В средней полосе только естественная проводимость железобетонных фундаментов крупных промышленных предприятий обеспечивает выполнение требований ПУЭ, относящихся к заземлению электротехнических установок. Бетонная корка железо-бетонных фундаментов зданий и различного рода сооружений не ограничивает проводимость арматуры. Считается, что такого рода сложное устройство можно рассматривать как сплошную металлическую пластину.
Особо благоприятные условия использования естественных заземлителей имеются при сооружении гидроэнергетических установок. Здесь в качестве естественных заземлителей надо использовать оставляемые в грунте металлические шпунтовые ряды, обсадные трубы буровых скважин, колодцев, шурфов, металлические трубопроводы и облицовки отсасывающих труб, закладные части пазов затворов, турбин, насосов, а многократно присоединять арматуру всех железобетонных сооружений: здания, установки, плотин, понура, рисбермы, шлюза.
Рекомендуется устраивать заземлители в виде сеток из полос сечением, выбираемым в зависимости от агрессивности фильтрующих вод; сетки закладываются под основания сооружений (здания установки, плотины), под все донные плиты верхнего и нижнего бьефов. Здесь проектирование и устройство заземления должно предшествовать всем работам по возведению основных сооружений и сочетаться с первоначальными строительными работами. Такое заземление стабильно, не зависит от сезонных колебаний температуры и не меняется с течением времени.
На рис. 12-7 показано примерное расположение заземлителей и сети магистралей заземляющих устройств в составе сооружений крупной приплотинной ГЭС.
Во многих гидроустановках укладка заземлителей под гидросооружения и использование естественных заземлителей могут оказаться достаточными, при этом не потребуется забивки дополнительных стержневых заземлителей. Однако прокладка выравнивающих потенциал сеток и устройство козырьков (скатов) для снижения напряжений прикосновения и шага на площадках ОРУ и в помещениях электрооборудования здесь также необходимы.
Створ основных гидросооружений обычно выбирается на прочном скальном основании, что не является благоприятным условием для заземления. Сооружаются электрические установки и в зонах вечной мерзлоты.
Холод проник в глубь земной коры и сковал недра сотни тысяч лет назад, когда большая часть планеты была покрыта сплошным ледяным панцирем. В наше время самая низкая температура горных пород — минус 15 °С — зафиксирована на азиатском побережье Полярного бассейна, а наибольшая глубина промерзания — 1500 м — на Центральном Сибирском плато. Таяние вечной мерзлоты происходит не только под влиянием климатических потеплений, но и под действием глубинных потоков энергии из недр земли.
Для снижения сопротивления заземляющего устройства в плохопроводящих и скальных грунтах дополнительно применяются глубинные и скважинные заземлители, выносные заземления, специальная обработка грунта.
Глубинные трубчатые заземлители или заземлители из круглой стали диаметром 12 мм с заглублением на 15—30 м, а иногда до 50 м и более эффективны при плохопроводящих поверхностных грунтах. Забиваются они с помощью копра, отбойного молотка компрессорной установки, вибрационным методом, гидропрессом или ввертыванием в грунт. Глубинные заземлители обладают устойчивым сопротивлением заземления в течение всего года. Однако при скальных грунтах забивка глубинных заземлителей бывает затруднительна или невозможна.
В многолетнемерзлых грунтах районов Крайнего Севера с целью снижения сопротивления заземления приходится выполнять скважинные заземлители глубиной 400—800 м.
Рекомендуется также располагать заземлители под отапливаемыми зданиями и под массивами сооружений. Например, под T3G образуется чаша протаивания, с течением времени слой чаши непрерывно увеличивается. Использование чаши для заземлителей может дать заметную экономию средств на устройство системы заземления.
Выносные заземлители в виде местного контура с приваренными нормальной длины или глубинными стержневыми заземлителями и выравнивающей сеткой устраиваются вблизи объекта на расстоянии 2—3 км, но не больше 5—6 км в местах с хорошей проводимостью грунта. Такими местами могут быть овраги, болота, естественные и искусственные таликовые зоны (места с постоянной талой водой), непромерзающие озера и реки, заливы моря.
В качестве заземляющих электродов при устройстве озерных заземлителей используются листы железа, сетка, сваренная из стальных полос, и реже — вертикальные электроды, забиваемые в донный грунт. Листовые заземляющие электроды и сетки укладываются на дно озера, стержневые электроды забиваются ниже возможного ледяного покрова.
Соединение выносных заземлителей со станционной системой заземления осуществляется одножильным подземным бронированным кабелем, голым медным проводом, проложенным по опорам ЛЭП, используются различные металлические коммуникации, водопроводы. Например, трубопровод из пяти-шести ниток с шунтированием всех разъемных соединений полосовой сталью на сварке дает полную гарантию надежности соединения.
Место выносного заземления ограждается, вывешиваются предупреждающие плакаты.
В качестве специальной обработки грунта применяется агротехническая обработка и прикатывание для сохранения влаги в почве, внесение в грунт и лунки заземлителей поваренной соли, толченого шлака, кокса, золы или их смесей, а в зоне вечной мерзлоты — снятие торфяного покрова в летнее время и торфяное покрытие в зимнее.
В верхней части заземлителей в лунки диаметром 0,5 м на глубину 0,7—1,0 м укладываются слоями соль и грунт с поливом каждого слоя из расчета 1—1,5 л воды на 1 кг соли.
Общий расход соли 30—40 кг на каждую лунку. При наличии соли снижается температура замерзания воды, периодически соль надо добавлять.
Применяются и специальные материалы: в Венгрии, например, руда бентонит (гидроалюмосиликат — 77 %, иллит — 10 %, кварц (песок) — 8%, каолин — 5 %), которая растворяется в воде (1 : 5) до получения суспензии и с 5 % соды загружается в скважины, подготовленные для электродов.
В Сибирском научно-исследовательском институте энергетики разработан проводящий бетон (бетал), который может быть использован для заземления. В качестве проводящего материала в нем используются различные продукты высокотемпературной обработки углей.
Рис. 12-7. Схема объединенных заземляющих устройств станционного узла сооружений приплотинной ГЭС (план и разрез)
НПУ—нормально подпертый уровень; КПУ — катастрофически подпертый
уровень
I — левобережная глухая плотина; II — станционная плотина; III — водосбросная плотина; IV — правобережная глухая плотина; V — здание ГЭС; VI — монтажная площадка; VII — корпус управления; VIII — служебно-технологический корпус;
1 — подкрановые рельсы; 2 — закладные части пазов затворов; 3 — заземляющие магистрали; 4 — металлическая облицовка водовода; 5 — рельсы пути перекатки трансформаторов; б — кабель заземления; 7 — заземлитель в отводящем канале; 8 — грозозащитный трос воздушных линий
В районе Магадана проводились опыты по электроподогреву заземлителей током под напряжением 6—12 В для поддержания грунта в талом состоянии, однако электроподогреву сопутствовал повышенный расход энергии на собственные нужды.
Из всех возможных вариантов всегда необходимо выбирать наиболее приемлемые и экономичные в местных условиях решения.
Для буровых установок рекомендуются комбинированные заземлители, состоящие из глубинного заземляющего электрода кондуктора бурового станка и поверхностного заземлителя в виде коротких вертикальных электродов, выполненного в деятельном слое грунта.
Для заземления передвижных установок (станций, экскаваторов, гидромониторов, бурильных установок, компрессоров и т. п.) применяются так называемые инвентарные заземлители в виде набора металлических стержней длиной 0,8—1,0 м с легкой конусностью или буров (10—12 шт.), вводимых в грунт и прочно соединяемых между собой гибкими медными проводниками.
В качестве переносных заземлителей для легких передвижных установок применяются также дисковые заземлители диаметром 350—400 мм при толщине 1,5—2,0 мм с выступом или отверстием для крепления проводников. Для каждой установки предусматривается не менее двух дисковых заземлителей с расстоянием между ними не менее 2—3 м. Общее сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 25 Ом.
Необходимо сочетание выполненного защитного заземления с защитным отключением. Также обязательны предупреждающие плакаты и личные средства безопасности.
Требуемые для монтажа системы заземления конструктивные элементы заготовляются в виде транспортабельных узлов на заводах и в монтажных мастерских. Поверхности укладываемых в грунт заземлителей, сеток и заземляющих проводников должны быть чистыми и не иметь окраски.
