ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИЙ 110/35/6 КВ
Комментарии новосибирских ученых

В предыдущем материале Алевтина Федоровская и Владимир Фишман продолжили разговор о заземляющих устройствах подстанций, начатый новосибирскими учеными в журнале «Новости ЭлектроТехники» № 5(35) 2005.
Они обратили внимание на роль заземляющих устройств в обеспечении электромагнитной совместимости электрооборудования, устанавливаемого на подстанциях, в частности, на вопросы защиты от перенапряжений и импульсных помех. Юрий Викторович Целебровский и Сергей Валерьевич Нестеров во многом согласились с нижегородскими проектировщиками, однако сочли необходимым высказать ряд комментариев.

Юрий Целебровский, д.т.н., профессор
Сергей Нестеров, к.т.н.
Новосибирский государственный технический университет

Действительно, заземляющее устройство современной подстанции 110/35/6(10) кВ предназначено для выполнения большого ряда разнообразных функций. Об этом подробно говорилось, в частности, в [1].
Опыт проектирования, сооружения и эксплуатационного контроля заземляющих устройств (ЗУ) показывает, что наибольших материальных затрат требует обеспечение функции электробезопасности. Поэтому в статье мы постарались показать, что с наименьшими ресурсными затратами можно достичь безопасных напряжений прикосновения на комплектных ТП блочного типа, применив оригинальную конструкцию ЗУ. Это, естественно, не исключает (согласно п. 1.7.55 ПУЭ [2]) проверки конструкции ЗУ на пригодность её к выполнению всех остальных функций. Заметим также, что в статье приводятся значения ожидаемых напряжений прикосновения, которые всегда выше действительных напряжений прикосновения (п. 1.7.24 ПУЭ) [4].

Говоря о выполнении сетки с переменным шагом, авторы не учли, что это требование ПУЭ (п. 1.7.90) относится к ЗУ, выполняемым с соблюдением требований к его сопротивлению. Если выполнять ЗУ с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения (п. 1.7.91 ПУЭ), то «размещение продольных и поперечных горизонтальных заземлителей должно определяться требованиями ограничения напряжений прикосновения до нормированных значений и удобством присоединения заземляемого оборудования…».
В обсуждаемой статье сетка, укладываемая на территории ПС, названная нами «стандартной», проектируется в первую очередь согласно условию удобства присоединения заземляемого оборудования и с учетом требований п. 1.7.92 ПУЭ.
Мы показали на конкретном примере, что при этом можно добиться приемлемых значений напряжения прикосновения. При необходимости снижения последних (при какой-то из компоновок подстанции) можно использовать не только уменьшение размеров ячейки на периферии, но и снижение полного напряжения на ЗУ за счет увеличения размеров предлагаемого нами «потенциалоснижающего» контура.

Верно замечено, что внешний потенциалоснижающий контур ЗУ в соответствии с п. 1.7.92 «рекомендуется выполнять в виде многоугольника с тупыми и скругленными углами». Ю. Целебровский не может не согласиться с таким утверждением, так как именно он автор этой формулировки в ПУЭ. Выполненные нами расчеты показали, что это «скругление» не сказывается на основных параметрах ЗУ, но вкупе с укладкой внешнего контура на глубину 1 м обеспечивает за пределами территории подстанции напряжения шага ниже 20 В (при напряжении на ЗУ 5 кВ).
Здесь следует пояснить, что при укладке внешнего контура на глубине 1 м за территорией ПС к нему прикоснуться практически нельзя. Электрическое поле заземляющего устройства создает лишь градиенты потенциала на поверхности земли, приводящие к шаговым напряжениям. Напряжения шага всегда меньше напряжений прикосновения, поэтому они не нормируются на территории электроустановки. Норм для области за пределами этой территории, к сожалению, не существует. Однако учитывая, что при попадании под напряжения шага путь тока в теле человека имеет направление «нога-нога» и ток не проходит через сердце, допустимые напряжения шага будут выше, чем допустимые напряжения прикосновения. В Германии, например, для бассейнов эта норма составляет 90 В.

Конечно, при расчете сопротивления заземляющего устройства следует учитывать естественные заземлители – системы «трос-опоры» (СТО) отходящих воздушных линий. В статье мы показали, что в самом тяжелом случае, когда концевые опоры не соединяются с ЗУ подстанции¹, можно добиться приемлемых напряжений прикосновения. Присоединение СТО к ЗУ ПС упростит эту задачу. Следует, однако, не во всем согласиться с А. Федоровской и В. Фишманом.
1. При времени действия защиты 1,1 с (а точнее, от 1 до 5 с) в соответствии с таблицей 3 ГОСТ 12.1.038-82 допустимое напряжение прикосновения составляет 65 В. Норма 20 В, о которой говорят авторы, действует только для ОРУ 35 кВ (таблица 2 того же стандарта) при замыканиях в сети 35 кВ (об этом ниже).
2. При расчете системы «трос-опоры» зря не учтено сопротивление троса в пролете. Сопротивление СТО (R_СТО) рассчитывается по известной формуле:

.

Для ВЛ 110 кВ с тросом АС 70/72, у которого погонное активное сопротивление составляет 0,43 Ом/км и погонное реактивное 0,46 Ом/км, получаем полное погонное сопротивление равным 0,62 Ом/км. При четырех пролетах в километре воздушной линии находим: Z_{троса в пролете}= 0,155 Ом. При сопротивлениях ЗУ опор 10–20 Ом (как у авторов отклика) получаем R_СТО = 1,2–1,8 Ом.
Для ВЛ 35 кВ (при числе пролетов 10 в одном километре) с тросом С70, у которого соответственно Z_{троса в пролете}= 0,28 Ом, получим R_СТО = 1,7–2,4 Ом. С учетом числа ВЛ, приводимых нижегородскими авторами, получим суммарное сопротивление СТО от 0,3 до 0,5 Ома (а не 0,2–0,4).
Дополнительно заметим, что в соответствии с ПУЭ расчетным током для ЗУ ОРУ 35 кВ служит ток однофазного замыкания на землю в сети 35 кВ (п. 1.7.96) [4]. По нашему мнению, следует рассчитывать и проверять все параметры ЗУ ПС по току двойного замыкания на землю в примыкающей сети 35 кВ и ниже. Это вытекает из того, что перенапряжения, возникающие при однофазных замыканиях в сетях с изолированной нейтралью, приводят, как правило, к переходу однофазных замыканий в двухфазные или двойные. По нашим данным, это случается в 70–90% случаев однофазных замыканий. Кроме того, если подстанция расположена близко к генерирующим станциям, а мощность трансформаторов ПС большая, то ток двойного замыкания на землю в сети 35 кВ может быть сравним с током однофазного короткого замыкания в сети 110 кВ.
В 7-м издании ПУЭ появилось требование: «1.7.114. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним … тока двухфазного КЗ в электроустановках с изолированной нейтралью температура заземляющих проводников не превысила 400^ОС…».

Абсолютно правильно выделена проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Как было подчеркнуто на Российских конференциях по заземляющим устройствам [3, 4, 5], в комплексе мер по обеспечению ЭМС заземляющему устройству принадлежит существенная роль, особенно при больших размерах электроустановки (ПС 220 кВ и выше, ЭС).
В области обеспечения ЭМС еще существуют неясные вопросы. Тем не менее в определении высокочастотных параметров ЗУ многое уже сделано [3, 4, 6]. Специализированные организации (ЭЛНАП, ЭЗОП, «Заземление», НГТУ и др.) накопили заметный опыт реконструкции и эксплуатационного контроля ЗУ по условиям обеспечения ЭМС.Однако необходимо интенсивное продолжение работы в этом направлении, поскольку для рассматриваемых подстанций этот опыт ещё недостаточен.
Заметим лишь, что сопротивление ЗУ при отводе импульсных токов (ОПН, РВ, молниеотводов) никак не связано со стационарным сопротивлением. Сопротивление заземляющего устройства прохождению высокочастотных и импульсных токов определяется конструкцией ЗУ вблизи места ввода импульсного тока. Для обеспечения надежной работы устройств защиты от перенапряжений и ЭМС необходимы определенные конструктивные решения элементов ЗУ в зоне расположения защитных устройств, например, вертикальные электроды и проч. (см. пп. 4.2.135, 4.2.136 ПУЭ, 7-е изд.).

В заключение хотелось бы поблагодарить нижегородских авторов за обстоятельный разбор проблемы и подчеркнуть, что главной целью выполняемой работы является облегчение и упрощение массового проектирования ЗУ КТПБ. На основе изложенных в статье принципов и конструкции ЗУ, в НГТУ ведется разработка системы автоматического проектирования ЗУ КТПБ с учетом всех функций.
Мы готовы сотрудничать со всеми специалистами в решении этой задачи. Надеемся, что по завершении работы можно будет комплектовать подстанции не только оборудованием, но и чертежами заземляющих устройств применительно к месту сооружения, компоновке ПС и её расположению в электрической сети.

1. Целебровский Ю.В. Заземляющие системы промышленных предприятий // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 4(34).
2. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.12, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. – 7-е изд. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 176 с.
3. Первая Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского – Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2002. – 256 с.
4. Вторая Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского – Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2005. – 248 с.
5. Ю. Целебровский, А. Зоричев. Вторая Российская конференция по заземляющим устройствам // Новости ЭлектроТехники. – 2005 – № 2(32).
6. Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. СО 34.35.311-2004. Издание официальное. – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 76 с.

¹ Такие случаи, к сожалению, повсеместно наблюдаются на практике, особенно по отношению к ВЛ 35 кВ, а в некоторых случаях ПУЭ не разрешают присоединение троса ВЛ 35 кВ к заземленным конструкциям ОРУ (п. 4.2.138).