Материал: СХЕМЫ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ

Схемы на рис. 10.4, а (5) и 10.4, а (6) менее предпочтительны для данной конк­ретной конфигурации, так как часть тока, попадающего непосредственно в заземлитель, образует петлю, магнитный поток которой не может быть скомпенсирован.

Очевидно, что показанные на рис. 10.4, а расположения цепей редко встречаются в действительности.

Рис. 10.4. Индуктивная связь между устройством молниезащиты:

а – чувствительной к помехам цепью; б – заземленной цепью через общее сопротивление с устройством молниезащиты

Наиболее общая ситуация расположе­ния приведена на рис. 10.4, б, где показано синфазное напряжение, появляющееся на одном конце цепи при заземлении другого ее конца.

Здесь важная часть цепи была наме­ренно установлена в непосредственном контакте с вертикальным заземляющим проводником, по которому может протекать весь ток или часть тока молнии.

В действительности на большинстве приведенных на рис. 10.4, б схем приемная цепь имеет общее сопротивление с провод­ником для тока молнии, и, следовательно, располагается очень близко к нему. Однако значения наведенных напряжений могут быть близкими к значениям напряжений, показанным на рис. 10.4, а.

а) б)

Рис. 10.5. Осциллограммы токов и напряжений в цепях, изображенных на рис. 10.4, а, б

Примеры осциллограмм токов и напря­жении в схемах, показанных на рис. 10.4, а, б приведены на рис. 10.5 (масштаб времени — 0,5 мкс/дел.).

Из изложенного материала можно сде­лать следующий вывод. Если существует возможность избежать протекания боль­ших токов в проводниках системы заземле­ния, то ей следует воспользоваться. Иногда это невозможно, например при ударе мол­нии в антенну. В этих случаях приемлемым решением является создание для тока наи­лучшего (обладающего наименьшим сопро­тивлением) пути в землю

С учетом этого всегда применяется принцип прокладки чувствительных цепей вблизи заземленных элементов. Если существуют сомнения по поводу отсут­ствия сильных токов в заземленных эле­ментах, рекомендуется прокладка цепей в индивидуальных экранах или трубах.

Применение параллельных заземлен­ных проводов. Большое значение имеет передаточное сопротивление между элект­рической цепью и заземленным проводом, включенным параллельно ей специально для снижения уровня помех.

Действие такого провода направлено на снижение уровня наведенного на кабель синфазного напряжения. Это снижение определяется передаточным сопротивле­нием провода по отношению к кабелю. Высокочастотная составляющая сопротив­ления сильно зависит от формы провода, и мало от площади поперечного сечения или свойств материала. На обоих концах про­вод следует подсоединять к тем заземлен­ным элементам корпусов оборудования, которые имеют похожее передаточное сопротивление (примерно одинаковую с проводником форму).

На рис. 10.6 показаны примеры взаим­ного расположения параллельных зазем­ленных проводов 1 и основного заземляю­щего провода 2.

Пример применения металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников приведен на рис. 10.7. Такие решения могут быть реализованы на объек­тах энергетики, состояние заземляющего устройства которых вызывают сомнения.

Заметный эффект экранирования, дос­тигаемый за счет прокладки проводов вблизи экранированного кабеля, зависит от относительного распределения токов помехи в обеих цепях. Для простого зазем­ленного провода это распределение прак­тически обратно пропорционально сопро­тивлениям обеих цепей. Это означает, что для эффективного действия эквивалентное поперечное сечение провода всегда должно быть больше общего сечения экранов всех кабелей. При этом необходимо учитывать поверхностный эффект.

По этой же причине лучше использо­вать большое число относительно тонких проводников вместо одного с равной пло­щадью поперечного сечения.

Также очень важно отметить, что когда заземляющий провод оборудования (или экран кабеля) не располагается вблизи параллельного защитного провода, токи помехи разделятся между этим проводом и другими заземляющими проводами в соот­ветствии с их индуктивностями. Отсюда следует, что соответствующие им площади поперечного сечения играют второстепен­ную роль, по крайней мере, на высоких частотах.

Другой важной особенностью парал­лельных заземляющих проводов является способность выполнять роль внешнего экрана триаксиального кабеля, внутренний экран которого в силу различных причин не может быть заземлен с обеих сторон.

а) б) в) г)

Рис. 10.6. Различные виды расположения параллельного заземленного провода 1 и основного заземляющего провода 2 в порядке увеличения эффективности действия:

а - рядом с проводом защитного заземления; б — многожильный заземленный проводник, проложенный в траншее или рядом с экраном другой цепи; в — в кабельном лотке; г — в металлической трубе

Рис. 10.7. Применение металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников

10.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАЗЕМЛЕНИЙ НА ПОДСТАНЦИЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Порядок выполнения заземления. Термин сеть заземления будем использо­вать для описания всех взаимосвязанных проводов, предназначенных для создания эквипотенциальной сети, а термин заземле­ние или контур заземления примени­тельно ко всем проводникам, находящимся в земле.

Заземляющее устройство предназна­чено для достижения следующих целей:

• создания небольшого сопротивления растекания;

• ограничения шагового напряжения и напряжения прикосновения;

• снижения синфазных ВЧ- и НЧ-помех.

Для достижения этих целей контур заземления должен быть многократно замкнутым и проходить по всей террито­рии подстанции (ПС), включающей в себя оборудование высокого напряжения и все ее строения.

Сопротивление растекания многократно замкнутой сети с периметром р, проложен­ной в грунте с удельным сопротивлением , может быть приближенно рассчитано по формуле .

Глубинные заземлители (вертикальные и наклонные прутья, трубы) могут использо­ваться для снижения сопротивления зазем­ления на небольших ПС или там, где сопро­тивление земли с увеличением глубины снижается. Однако они редко используются в целях снижения уровня электромагнитных помех.

Заземлитель по возможности должен быть заглублен, по крайней мере, на 50 см, а лучше ниже глубины промерзания грунта. Поперечное сечение проводников определяется максимальным допустимым падением напряжения при протекании токов КЗ. Обычно допускаются падения напряжения в диапазоне 1-3 В/м. В целях обеспечения механической прочности сечение проводника не может быть меньше 25 мм² для многожильных медных провод­ников и 90 мм² для защищенной от коррозии стали. На практике обычно использу­ются медные прутья сечением 150 мм².

Снижение наведенных напряжений тре­бует создания контура с площадью ячейки сетки не более 250 м² при нормальном сопротивлении грунта ( < 200 Ом∙м) и менее 150 м² при сопротивлении грунта, превышающем 1000 Ом∙м.

Для снижения волнового сопротивления плотность сетки заземлителя должна быть повышена (например, до 5×5 м) вблизи оборудования высокого напряжения, осо­бенно около силовых трансформаторов, емкостных трансформаторов напряжения, молниеотводов, опор линий электропере­дачи и других заземленных опорных конст­рукций, трансформаторов связи для сис­тем передачи данных по ВЛ.

Оборудование высокого напряжения должно быть установлено вблизи узла сетки заземления и связано с ней, по край­ней мере, двумя, а лучше четырьмя провод­никами, при этом их сечение определяется токами частотой 50 (60) Гц.

Металлические основания оборудова­ния высокого напряжения, шкафов управ­ления, фундаменты зданий и другие метал­лические конструкции должны являться составной частью заземления.

Все заземляющие проводники должны иметь возможно меньшую длину. При заземления предпочтение следует отдавать соединению при помощи нескольких про­водников, отдаленных друг от друга на 10 см и более. В частности, силовые транс­форматоры следует соединять с различными узлами сетки заземления при помощи нескольких проводов.

Следует избегать последовательного соединения заземляющих проводов различ­ного оборудования.

Заземляющий проводник сечением не менее 50 мм² следует прокладывать в каж­дом кабельном канале или траншее и при­соединять к заземляющему устройству на обоих концах, а если есть возможность, то и в нескольких других точках. Все провод­чики заземления должны соединяться в местах пересечения.

Если две подстанции или более распо­лагаются вблизи друг друга (например, понижающая подстанция, подстанции с РУ различного напряжения) и если между ними производится обмен измерительными сигналами, сигналами управления или связи, то их заземляющие устройства должны быть связаны, по крайней мере, двумя проводами, сечение которых опреде­ляется максимальным ожидаемым током частотой 50 (60) Гц между заземляющими устройствами подстанций.

Расстояние между этими проводами должно быть как можно большим. Кабель­ные каналы и траншеи следует проклады­вать вблизи шин заземления (которые могут располагаться внутри траншеи), изготавливать их желательно из металла и при их монтаже заземлять с обоих концов.

Выполнение заземления зданий, содер­жащих электронное оборудование, должно преследовать цель создания общей плос­кости нулевого потенциала. Для достижения этой цели шины заземления должны про­кладываться вдоль стен комнат, желательно около пола. Сечение этих шин не особенно важно, но не должно быть меньше 50 мм² (для медного прута или полосы). Шины образуют замкнутую петлю, которая должна соединяться с заземлителем, по крайней мере, двумя проводами того же сечения, рас­положенными на наибольшем расстоянии друг от друга.

Шины следует присоединять к выводам заземления металлоконструкции и корпуса оборудования в пределах комнаты, к заземля­ющим проводникам, проложенным в кабель­ных траншеях, к экранам и свободным про­водам кабелей, уходящих из комнаты.

Если несколько различных корпусов оборудования установлены в ряд, то от одной стены до другой должна быть проло­жена металлическая шина, объединяющая собой все указанное оборудование.

Каждая такая шина вносит свой вклад в создание многократно замкнутой сети, являющейся, в свою очередь, частью общей системы нулевого потенциала.

Связь корпусов с шиной должна выпол­няться как можно более короткой (менее 10 см). Для обеспечения ЭМС сечение про­водника не важно. Достаточным является сечение от 4 до 16 мм², его выбор зависит от значения токов, которые будут проте­кать по этим проводникам, при этом сле­дует помнить, что установка четырех про­водников сечением 4 мм² несомненно более предпочтительна, чем одного про­водника сечением 16 мм².

Использование металлических конструкций в качестве сети уравнивания потенциала. Для создания пространствен­ной сети заземления следует объединять все несущие кабельные конструкции, лотки, стеллажи и каналы. Это означает, что для обеспечения ЭМС такое заземление корпу­сов оборудования или кабельных экранов более предпочтительно, чем связь с заземлителем или шиной оборудования при помощи единственного медного проводника.

Это значит, что шины заземления могут быть легко образованы из металлических конструкции, если требуемое общее эквива­лентное сечение медного проводника пре­вышает 50 мм², а неизолированный медный проводник сечением 16 мм², присоединен­ный к конструкции, обеспечивает электри­ческое соединение.

В принципе все рекомендации, сделан­ные для помещений релейных щитов, при­менимы и к зданиям щита управления. Однако наиболее важные щиты управле­ния включают в себя несколько помеще­ний с очень чувствительным оборудова­нием (например, компьютерами). Этот факт вызывает необходимость проведения некоторых специфических мероприятий при прокладке кабелей и, в особенности, заземления.

Хотя в данных условиях возможно создание смешанной сети заземления, осо­бенно если здание имеет несколько этажей, но более простым и даже более эффектив­ным оказывается создание цельной замкну­той сети, при этом шаг ячейки в помеще­ниях с наиболее чувствительным оборудо­ванием должен быть более частым.

Следует обращать особое внимание на прокладку кабелей и, в особенности, уст­ройство заземления телекоммуникацион­ных зданий, непосредственно примыкаю­щих к опорным мачтам радиоантенн.

Существует, по крайней мере, три при­чины для подобного внимания:

• высокая вероятность поражения мачты молнией;

• большинство оборудования связи не удовлетворяет требованиям в части ЭМС, предъявляемым к оборудованию ПС высо­кого напряжения;

• использование широкополосных сиг­налов.

Все основные принципы выполнения заземлений, упомянутые ранее, остаются а силе, при этом особенно важна концепция построения трехмерной структуры нуле­вого потенциала.

Так как антенный фидер обычно входит в здание на уровне крыши, то рекоменду­ется устанавливать полосу заземления выше оборудования, над поверхностью потолка, вместо прокладки ее около пола (последний вариант рекомендуется в слу­чае, если антенный фидер входит в здание на уровне земли).

Это означает, что все устройства для крепления кабелей должны размешаться на стенах вблизи потолка или на самом потолке, кабели должны прокладываться на том же уровне, попадать на различные стеллажи и вводиться в корпуса сверху.

При такой прокладке кабели образуют пучок (группу), свисают с потолка помеще­ния и не имеют непосредственного кон­такта с полом.

Разделения подходящих к оборудова­нию кабелей на две части (заходящие сверху и снизу) следует избегать в любом случае, так как при такой прокладке образуются петли, которые могут как воспринимать, так и излучать сильные магнитные поля.

Принимая во внимание то, что токи молнии протекают с верхней части здания вниз, а для подключения радиоканалов используются коаксиальные кабели или волноводы с многократным заземлением, то единственным способом ослабить связь через общее сопротивление и индуктивную связь является прокладка вертикальных проводников заземления по углам здания вдали от оборудования.

По тем же причинам все кабели (в част­ности, коаксиальные), приходящие от антенн, и поддерживающие их конструк­ции, следует заземлять прямо на входе в здание при помощи проводника сечением не менее 50 мм², прокладываемого по наружной стене здания и присоединенного к контуру заземления здания.

Все кабели, соединяющие здание связи с другими зданиями, следует вводить с той же стороны здания, что и кабели от мачты связи для того, чтобы избежать протекания токов молнии поперек здания.

Настойчиво рекомендуется избегать прокладки кабелей, проходящих от антен­ной мачты (например, коаксиальных кабе­лей, кабелей подогрева антенн и т.п.), и кабелей, трасса которых проходит внутри здания.