Электроснабжение железных дорог. Конспект лекций. Часть 4_V3

Как видно из рис. 9.5, изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно; при этом напряжение прикосновения Uпр и шаговое напряжение Uш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя з. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад . Чтобы исключить в этих местах опасные шаговые напряжения, которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами, в первую очередь в местах проходов и проездов, укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, соединенные с заземлителем (рис. 9.6). Благодаря этому спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем за счет наличия металлических конструкций, трубопроводов, кабелей и подобных им проводящих пред-метов, связанных с разветвленной сетью заземления.

9.4.3. Конструктивное исполнение заземляющих устройств

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм (обычно это трубы диаметром 5 – 6 см) и угловая сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно это угловая сталь размером от 40 40 до 60 60 мм) длиной 2,5 – 3,0 м. Широко применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м, а иногда и более.

20

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 4 12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Вкачестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взырвоопасных газов), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин и т. п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т. п.

Вкачестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенные с заземляющим устройством подстанции или РУ при помощи грозозащитных тросов линий.

Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для заземления дает весьма ощутимую экономию металла. Естественные заземлители могут использоваться без искусственных, если они обеспечивают требуемое Правилами сопротивление растеканию тока.

Недостатками естественных заземлителей являются доступность некоторых из них неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей (при ремонтных работах).

Вкачестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяются, как правило, полосовая сталь и сталь круглого сечения. Прокладывают в каждом этаже распределительного устройства и связывают между собой несколькими стояками. Наименьшее сечение стальной прямоугольной шины составляет 24 мм2 при прокладке ее внутри здания и 48 мм2 при прокладке вне здания или в земле; для круглой стали наименьший диаметр равен 5 и 6 мм соответственно.

Прокладка заземляющих проводников производится, открыто по конструкциям зданий, в том числе по стенам. Заземляющие проводники в закрытых помещениях должны быть доступны для осмотра.

21

Присоединение заземляющих проводников к заземлителям выполняют только сваркой, а к металлическим конструкциям, корпусам машин и аппаратов – с помощью болтов или сваркой. Каждый заземляемый элемент как внутренней, так и наружной установки присоединяют к заземлению или заземляющей магистрали отдельным проводником. Последовательное включение заземляемых элементов в заземляющий провод не допускается (рис. 9.7).

Заземляющие провода и по-

в местах присоединений и ответвлений наносят не менее двух полос черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга.

9.5. Защита персонала от воздействия электрических и магнитных полей

В процессе эксплуатации электроэнергетических установок (особенно напряжением выше 330 кВ) у персонала, обслуживающего указанные установки, отмечается ухудшение состояния здоровья. Проведенные исследования установили, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок.

Электрические и магнитные поля могут воздействовать на человека как непосредственно, если он находится вблизи ЛЭП или других устройств высоко-

22

го напряжения, так и наведенным напряжением, которое в переходных рабочих режимах или при авариях возникает на находящихся вблизи ЛЭП проводах связи, проводах сетей напряжением ниже 1000 В и на некоторых металлических предметах, не связанных с землей.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, снижении точности рабочих движений, изменении кровяного давления и пульса, появлении головной боли и болей в сердце и т. п.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощенной этим объектом при нахождении его в поле.

Электромагнитное поле можно рассматривать состоящим из двух полей: электрического и магнитного. При этом считается, что электрическое поле в электроустановках возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное – при прохождении тока по этим частям.

При малых частотах, в том числе при 50 Гц, электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому допустимо рассматривать их отдельно друг от друга, а также влияние, оказываемое ими на биологический объект. Расчеты, проведенные для действительных условий, показали, что в любой точке электромагнитного поля, возникающего в электроустановках промышленной частоты, поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. На основании этого был сделан вывод, что отрицательное воздействие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем, магнитное же поле оказывает незначительное биологическое действие и в практических условиях им можно пренебречь.

Для защиты от вредного воздействия электромагнитного поля на человека применяют различные методы защиты:

–ограничение продолжительности пребывания людей в зоне распространения электромагнитного поля, уровни которого превышают безвредные;

–выбор безопасного расстояния от источника электромагнитного поля;

23

–выбор оптимальных геометрических параметров воздушных линий и открытых распределительных устройств;

–применение заземленных экранирующих тросов и устройств;

–применение специальной экранирующей одежды.

Рациональный выбор геометрических параметров конструкций (высота подвеса, расстояние между фазами и т. п.) является эффективным способом снижения уровня электромагнитного поля при проектировании воздушных ЛЭП на стадии разработки.

Исследования показали, что наиболее предпочтительным вариантом конструкции трехфазной воздушной ЛЭП с точки зрения обеспечения защиты от электрического поля является треугольное расположение проводов. У линии такого исполнения значительно сокращается зона с высокими уровнями напряженности электрического поля. Это обусловлено суммарной компенсацией полей от всех трех фаз трехфазной системы по продольной оси ЛЭП.

Основным техническим средством защиты работающих от воздействия электромагнитного поля является экранирование заземленными устройствами.

Одним из практических способов уменьшения действия электромагнитного поля на персонал, обслуживающий открытые распределительные устройства, является снижение напряженности поля с помощью заземленных тросов, которые подвешиваются в рабочей зоне под токоведущими проводами. Анализ различных вариантов подвески заземленных тросов показывает, что наиболее существенное влияние напряженности электромагнитного поля в рабочей зоне оказывают высота подвески тросов и расстояние между ними. В частности, применением заземленных тросов, подвешенных на высоте 2,5 м над землей под фазными проводами соединительных шин ОРУ-750 кВ, удается уменьшить потенциал в рабочей зоне на высоте 1,8 м с 30 до 13 кВ.

Экранирующие устройства могут представлять собой козырьки, навесы, перегородки, изготовленные из металлической сетки с ячейками не более 50 50 мм, укрепляемые на стальной раме и надежно соединенные с защитным заземляющим устройством.

Экранирующие устройства подразделяются на стационарные и временные 10 . Стационарные (рис. 9.8) предназначаются для защиты персонала при эксплуатационных работах – осмотрах оборудования, оперативных переключе-

24

ниях, ревизиях выключателей, проверках и настройке релейной защиты, проверке и испытаниях изоляции и т. п., временные – применяют для защиты от воздействия электрического поля на персонал, выполняющий в течение определенного промежутка времени эксплуатационные, ремонтные и монтажные работы на участках действующей электроустановки, не защищенных стационарными экранами.

Установка стационарных и временных экранов (ограждений) должна осуществляться с соблюдением допустимых изоляционных расстояний до токоведущих частей.

а б

Рис. 9.8. Стационарные экранирующие устройства: а – экранирующий козырек над шкафом управления; б – экранирующий навес над проходом в здание

Средством индивидуальной защиты от вредного воздействия электрической составляющей электромагнитного поля является специальная экранирующая одежда – костюм из проводящей металлизированной ткани (рис. 9.9) 10 .

Экранирующий костюм состоит из куртки и брюк (или комбинезона), сшитых из ткани, представляющей собой обычное волокно с токопроводящей, чаще всего медной, гибкой нитью, образующей сетку, все части которой надежно соединены между собой. В комплект входят экранирующий головной убор и специальная обувь.

25

Головной убор – металлическая или пластмассовая металлизированная каска в теплое время года или шапка-ушанка с прокладкой из металлизированной

10. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

10.1. Особенности схем внешнего и тягового электроснабжения по условиям обеспечения безопасности движения поездов

Устройства внешнего и тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог должны соответствовать требованиям «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) 1 и «Правил устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации» (ПУСТЭ) 11 .

26

Схема внешнего электроснабжения электрифицированной железной дороги должна обеспечивать питание тяговых подстанций (кроме расположенных на слабозагруженных участках) от энергосистемы на условиях, предусмотренных для потребителей с электроприемниками I категории, чтобы выход из работы одной из подстанций (секции шин) энергосистемы или питающей линии не приводил к отключению тяговой подстанции. С этой целью тяговые подстанции должны иметь, как правило, двустороннее питание от двух подстанций энергосистемы или по двум радиальным линиям от разных систем шин одной подстанции энергосистемы, имеющей не менее двух источников питания. По двухцепной тупиковой воздушной линии электропередачи (ВЛ) допускается питание не более одной тяговой подстанции.

При двустороннем питании подстанций по одноцепной ВЛ число промежуточных подстанций (в том числе подстанции, не питающие тягу), включаемых в рассечку ВЛ между опорными подстанциями по схеме рис. 10.1, как правило, не должно быть более трех. Присоединение тяговых подстанций к одноцепной ВЛ на ответвлениях не допускается.

Рис. 10.1. Схема питания тяговых подстанций по одноцепным ВЛ

От двухцепной ВЛ (при подвеске обеих цепей на общих опорах) с двусторонним питанием на участке между двумя опорными подстанциями рекомендуется питание не более нижеперечисленного количества промежуточных подстанций (включая подстанции, не питающие тягу), присоединяемых по схеме рис. 10.2:

– для ВЛ 220 кВ – не более пяти при электрификации тяги как на постоянном, так и на переменном токе;

27

–для ВЛ 110 кВ – не более пяти при электрификации тяги на постоянном

итрех – на переменном токе.

Рис. 10.2. Схемы питания тяговых подстанций по двухцепным ВЛ на общих опорах

От двух одноцепных ВЛ с двусторонним питанием на участке между опорными подстанциями рекомендуется питание нижеперечисленного количества промежуточных подстанций (включая подстанции, не питающие электрическую тягу), присоединяемых по схеме рис. 10.3:

–для ВЛ 220 кВ – не более пяти при электрификации тяги как на постоянном, так и на переменном токе;

–для ВЛ 110 кВ – не более пяти при электрификации тяги на постоянном

итрех – на переменном токе.

На слабозагруженных участках железных дорог допускается обеспечение надежности питания тяговых подстанций как потребителей с электроприемниками II категории: одностороннее питание тяговых подстанций, питание тяго-

28

вых подстанций от одной секционированной линии электропередачи при условии подключения смежных подстанций к разным секциям линии, подключение подстанций к питающей линии электропередачи отпайкой с помощью одного ввода с выключателем.

Рис. 10.3. Схемы питания тяговых подстанций по двум одноцепным ВЛ

Тип и количество промежуточных тяговых подстанций между опорными, в том числе при строительстве дополнительных подстанций, должны быть согласованы с энергоснабжающими организациями.

Воздушные линии электропередачи в особо гололедных и лавиноопасных районах, независимо от принимаемых схем питания тяговых подстанций, должны выполняться на одноцепных опорах.

С целью симметрирования токов в системе внешнего электроснабжения присоединение всех тяговых подстанций переменного тока к ВЛ и подстанциям

29