 |
БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТ НА ВЛ,
НАХОДЯЩИХСЯ ПОД НАВЕДЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Реальные опасности
и методики измерения напряжений
Юрий Целебровский,
д.т.н., профессор
Новосибирского ГТУ
В прошлом году («Новости ЭлектроТехники» № 3(51), № 4(52) 2008) [1, 2] мы
начали цикл публикаций Юрия Викторовича Целебровского, посвященный
проведению ремонтных и профилактических работ на ВЛ, находящихся под
наведенным напряжением.
В предыдущих материалах были очерчены границы опасных ситуаций,
возможных при работах на ВЛ под наведенным напряжением. Сегодня автор
подробно рассматривает случаи, которые возможны при таких ситуациях.
Количественно границы опасных ситуаций четко устанавливает
ГОСТ 12.1.038-82 [3]. В этом документе определено, что при нормальном режиме работы электрической сети и, в частности, влияющей
ВЛ, на ВЛ, выведенной в ремонт и находящейся под наведенным напряжением, опасной должна быть любая ситуация, когда на человека
воздействует переменное напряжение выше 2 В. Если по влияющей
ВЛ протекает ток КЗ, отключаемый релейной защитой через 0,1–5
с (аварийный режим), то опасной считается ситуация, если человек
оказывается под напряжением 65–500 В (в зависимости от времени
отключения тока, см. [2, 3]).
Опасные ситуации могут возникать в следующих случаях:
Прямое прикосновение к незаземленному проводу (тросу)
ВЛ при нормальном режиме работы.
При этом возможны варианты:
- непосредственное прикосновение к фазному проводу или тросу любой частью тела;
- наложение и снятие переносного заземления с нарушением установленного порядка (отсоединение от «земли» при сохранении контакта с проводом, что особенно вероятно при снятии двух параллельных переносных заземлений или при слабом закреплении «земляного» контакта);
- присоединение переносного заземления к закладным частям и металлическим траверсам железобетонной опоры, которые могут оказаться незаземленными;
- присоединение переносного заземления к незаземленным или плохо заземленным частям подъемного механизма (телескопической вышки);
- прикосновение к незаземленному проводу при снятии (разрезке) шлейфов на анкерных опорах, что предписывается пунктом 4.15.54 ПОТ Р М [4] (по нашему мнению, это требование излишне и увеличивает вероятность поражения при работах на ВЛ [2]);
- при замене провода на ВЛ, особенно при нарушении п. 4.15.49 ПОТ Р М, когда снято заземление на анкерной опоре, от которой начинается перекладка провода из раскаточных роликов в поддерживающие зажимы, и не установлено заземление на опоре, где производится перекладка (считаем, что снятие заземления на анкерной опоре значительно усугубляет ситуацию);
- при любых работах на незаземленном конце грозотроса.
Косвенное прикосновение к любым открытым проводящим
частям, на которые заземлен провод (трос).
Опасность поражения при косвенном прикосновении существует
как при нормальном, так и при аварийном режимах работы. Объектами
прикосновения, как правило, являются:
- опоры и фундаменты ВЛ;
- подъемные механизмы;
- раскаточные механизмы и оборудование.
При косвенном прикосновении человек попадает под напряжение
прикосновения, вызванное стеканием тока с заземлителя. В общем
случае напряжение прикосновения Uпр не превышает значения напряжения на заземлителе Uз, умноженного на коэффициент прикосновения kпр. На подстанциях в силу больших размеров заземляющего
устройства и наличия потенциаловыравнивающей сетки, kпр обычно
не превышает 0,1. У металлических опор kпр  0,2, а у железобетонных
опор kпр может достигать 0,4–0,5. Основываясь на расчетах, представленных ранее [2], можно полагать, что при нормальных режимах
работы напряжение прикосновения к опоре с сопротивлением заземления 10 Ом никогда не превысит 2 В. Если полагать, что токи КЗ в
десятки или даже сотню раз превышают токи нормального режима,
то в аварийном режиме напряжение прикосновения будет составлять
около 200 В, что в соответствии с [3] допустимо при времени отключения замыкания 0,5 с.
Реальные опасности возникают при плохом заземлении. Ожидаемое напряжение прикосновения к оборудованию, заземленному на
вертикальный заземлитель, можно рассчитать:
где I – наведенный ток, стекающий с заземлителя, А;
r – удельное сопротивление грунта, Ом·м;
l – глубина погружения заземлителя, м;
r – расстояние от заземлителя до места, где стоит человек (обычно
r = 1 м);
d – диаметр заземлителя, м.
Расчет по этому выражению для грунта с удельным сопротивлением 100 Ом·м дает следующие цифры:
– ожидаемое напряжение прикосновения к железобетонной опоре с глубиной погружения 3 м:
Uпр.ожид. = 2,7 X I, В;
– ожидаемое напряжение прикосновения к механизму, заземленному
на штырь с глубиной погружения 0,5 м:
Uпр.ожид. = 29 X I, В.
Видим, что заземление на штырь увеличивает напряжение прикосновения более чем в 10 раз.
Оценим эти результаты. Если отключенная линия заземлена по
концам, то через заземление на месте работ протекает разность токов,
наведенных в контурах, примыкающих к месту заземления. На рис.
3, приведенном в предыдущей статье [2], показано, что при нагрузке
влияющей ВЛ 300 А и длине параллельного следования с отключенной
ВЛ – 150 км напряжение на заземляющем устройстве опоры составило
0,87 В. Это означает, что ожидаемое напряжение прикосновения к
опоре ВЛ в большинстве случаев при нормальном режиме влияющей
ВЛ будет менее 2 В, то есть будет неощутимо.
При КЗ, когда ток увеличивается в 100 раз, напряжение прикосновения к опоре ВЛ не превысит 200 В. Выбранный пример железобетонной одностоечной опоры ВЛ – наиболее тяжелый случай.
Напряжения прикосновения к металлическим опорам на 4-х фундаментах и к многостоечным опорам будут меньше. Таким образом,
заземление ВЛ по концам и на месте работ полностью обеспечивает
электробезопасность.
Более сложный случай – это заземление машин и механизмов на
штырь с глубиной погружения от 0,5 м. Увеличивая в 10 раз цифры
предыдущего примера, можем видеть, что при нормальном режиме
работы влияющей ВЛ напряжения прикосновения могут достигнуть
предела судорожного сжатия мышц – 20 В, или минимально допустимого напряжения прикосновения для длительного аварийного
режима работы электроустановки (например, не отключаемое однофазное замыкание на землю). При КЗ в питающей сети напряжение
прикосновения будет составлять 1–2 кВ, что является смертельно
опасным.
Реальные опасности можно оценить непосредственным измерением в нормальном режиме с последующим пересчетом на
максимальные токи нормального и аварийного режимов.
НЕОБХОДИМЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Минимально необходимые измерения включают в себя:
- измерение напряжения на проводе отключенной ВЛ при заземленном и разземленном положениях провода в точке измерения;
- измерение наведенного тока, стекающего в землю в месте заземления;
- измерение напряжения на заземляющем устройстве опоры ВЛ при заземлении провода на опору;
- измерение напряжений прикосновения к опоре, к подъемным и раскаточным механизмам.
Измерение напряжения на проводе
Как было видно из [2], напряжения на проводе отключенной линии,
находящейся под наведенным напряжением, могут достигать сотен и
даже тысяч вольт, а при КЗ в сети – десятков тысяч вольт. Измерения
таких напряжений возможны с помощью штанги-делителя (фото 1),
схематически изображенной на рис. 1.
Блок активных сопротивлений представляет собой трубку из
стеклотекстолита с расположенными внутри трубки резисторами,
соединенными последовательно и залитыми эпоксидным компаундом.
Суммарное сопротивление верхнего плеча делителя составляет 9570
кОм, нижнего – 330 кОм. Верхнее плечо подсоединяется к проводу,
на котором измеряется напряжение, с помощью пружинного зажима.
Блок активных сопротивлений крепится к изолирующей штанге,
имеющей охранное кольцо. Перед началом работы с делителем
нижний конец блока активных сопротивлений заземляется при
помощи гибкого проводника, снабженного зажимом для подсоединения к заземленной конструкции. Измерительная штанга-делитель предназначена для работ под напряжением до 10 кВ и испытана
напряжением 48 кВ.
Схема измерения наведенного напряжения при помощи делителя
представлена на рис. 2. Перед началом измерений нижний конец
резистивного блока делителя подсоединяется к опоре или к переносному заземлению (ПЗ), установленному между опорой и проводом,
на котором необходимо измерить наведенное напряжение (фазный
провод или грозозащитный трос). К нижнему плечу делителя подсоединяется вольтметр. Для измерения делитель при помощи изолирующей штанги подсоединяется к фазному проводу или тросу. Снимается переносное заземление с провода. Производится измерение
напряжения нижнего плеча вольтметром, которое затем умножается
на коэффициент делителя.
Если полученное напряжение не превышает 25 В, для повышения точности измерений его можно измерить непосредственно
вольтметром. Для этого вновь накладывается переносное заземление, вольтметр отсоединяется от нижнего плеча делителя и на нем
устанавливается необходимый предел измерения. Затем вольтметр
подсоединяется к проводу и переносному заземлению. Заземление
снимается, и производится отсчет напряжения.
Измерение наведенного тока
Наведенный ток, стекающий в землю с заземленного провода через
опору (или подъемный, раскаточный механизмы), измеряется при по-
мощи токоизмерительных клещей, применяемых в электроустановках
напряжением 10 кВ. Клещами с изолирующими ручками охватывается
спуск переносного заземления, установленного на провод. Показания
Iизм считываются с измерительного прибора клещей.
Ток, стекающий с заземления опоры в нормальном режиме
работы ВЛ, необходим для оценки напряжения на заземляющем устройстве опоры Uзу кз при КЗ во влияющей сети с током Iкз. Это напряжение определяется по формуле:
где Uзу – напряжение на заземляющем устройстве, измеренное при нормальном режиме сети.
Измерение напряжения на заземляющем устройстве
Напряжение замеряется или на заземляющем устройстве опоры, на
которую заземлен провод (фото 2), или на заземляющем устройстве
подъемного механизма при работе в середине пролета. Измерение
напряжения производится по схеме, показанной на рис. 3.
Дополнительные сведения может дать измерение сопротивления заземления опоры. Измерение сопротивления заземления производится
при снятом с проводов переносном заземлении, с использованием измерителя сопротивления заземления по схеме, показанной на рис. 4.
Расстояние LТЭ должно составлять не менее 4–5-ти горизонтальных
размеров фундаментной части опоры. Рекомендуется принимать его
равным 50 м, а для портальных опор и опор с оттяжками при необходимости увеличивать.
Ток Iизм, стекающий с опоры в землю при заземлении на опору
провода или троса, определяется по выражению:
где Uзу – напряжение, измеренное по схеме рис. 3;
Rзу – сопротивление, измеренное по схеме рис. 4.
Вычисленный таким образом ток сравнивается со значением,
измеренным токоизмерительными клещами. Способ определения
тока через напряжение и сопротивление заземления особенно необходим там, где ток небольшой и токоизмерительными клещами
измеряется плохо.
Измерение напряжений прикосновения
Измерения напряжений прикосновения Uпр к опоре, подъемному
или раскаточному механизмам проводятся по схеме рис. 3. Отличие
от измерений напряжения на заземляющем устройстве состоит лишь
в том, что расстояние до потенциального электрода LПЭ принимается
равным 1 м. Для оценки возможных напряжений прикосновения при
КЗ во влияющей ВЛ – Uпр кз измеренное значение напряжения прикосновения Uпр может быть пересчитано с учетом измеренного тока
Iизм и расчетного тока КЗ – Iкз:
всегда производить бригада, выполняющая работы на ВЛ под наведенным напряжением.
По указанной методике были проведены массовые измерения наведенных напряжений в электрических сетях 110–1150 кВ Северного
Казахстана. В табл. 1 показаны напряжения, наведенные на отключенной и незаземленной ВЛ, а также напряжения при заземлении в одной
точке (в месте измерений) при разных сопротивлениях заземления.
В случае полного разземления ВЛ наведенное напряжение содержит емкостную и индуктивную составляющие. При заземлении
в одной точке емкостная составляющая исчезает; напряжение на
заземлителе определяется сопротивлением заземления и емкостным
током через заземлитель. Можно видеть, что в нормальном режиме
влияющих ВЛ это напряжение составляет вольты, а при КЗ может на
рассматриваемых ВЛ достигать сотен вольт.
В отличие от разземленной по концам ВЛ, линия, заземленная по
концам, имеет значительно более низкие наведенные напряжения
(табл. 1). Во всех случаях наведенное напряжение в месте измерения
составляет вольты.
Здесь следует обратить внимание на тот факт, что к заземлителю
опоры подключена система «трос-опоры», которая обеспечивает сопротивление заземления в случае ВЛ «Есиль – Челгаши» – 0,9 Ома (5-я
опора вблизи ПС «Есиль») и в случае ВЛ «Сокол – Заречная» – 2,3 Ома
(117-я опора, удаленная от ПС). Если это сопротивление повышается
на 5 Ом, то напряжение на ЗУ в точке заземления увеличивается незначительно. В случае значительного повышения сопротивления заземления (в опытах на 100 Ом) напряжение на ЗУ становится равным
напряжению незаземленного провода. Этот экспериментальный факт
говорит о бесполезности заземления механизмов, расположенных в
середине пролета, на штырь с глубиной погружения 0,5 м. Сопротивление такого штыря Rшт определяется через удельное сопротивление грунта r как Rшт = 1,3 r.
Видим, что в грунтах с удельным сопротивлением 70 Ом·м
значение сопротивления заземления достигает 100 Ом, что делает
заземление на штырь бесполезным.
Продолжим рассмотрение экспериментальных данных. На рис. 5
представлены осциллограммы наведенного напряжения на ВЛ «Есиль
– Челгаши» в процессе заземления линии по концам.
Начало осциллограммы отражает наведенное напряжение незаземленной ВЛ, содержащее емкостную и индуктивную составляющие.
При заземлении на ПС «Челгаши» наведенное напряжение падает с
250 В (здесь и далее – действующие значения) до 100–120 В. При этом,
поскольку индуктивная составляющая увеличивается, а емкостная
исчезает, наведенное напряжение становится более неустойчивым, зависящим от тока во влияющей ВЛ. При заземлении второго, ближнего
конца напряжение падает до нескольких вольт. Переходные процессы
перед этим отражают, по-видимому, неравномерность включения заземляющих ножей на ПС «Есиль».
ПОКАЗАТЕЛИ НАВЕДЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ
Службой инженерной диагностики филиала «Сарбайские МЭС»
с 2004 по 2007 годы было обследовано более 39 ВЛ напряжением от
10 до 1150 кВ. На ВЛ напряжением 110 кВ и выше было измерено
наведенное напряжение на проводах 144 опор. При этом влияющими
ВЛ были как близко проходящие, так и вторые цепи, расположенные
на тех же опорах.
Поскольку на протяжении четырехлетних измерений менялась и
формировалась методика, приобретался опыт измерений, совершенствовалась аппаратура, то не все данные равнозначны. Объективную
картину могут дать статистические показатели этих измерений. В
табл. 2 приведены средние значения измеренных величин с ошибкой
вычисления среднего (по значению среднеквадратичного отклонения).
Анализ этой таблицы совместно с полными данными измерений
позволяет сделать следующие выводы:
- Наведенные напряжения на разземленной ВЛ в большинстве случаев превышают 1 кВ (в одном случае напряжение превысило 10 кВ). Работы на разземленной ВЛ, находящейся под наведенным напряжением, следует квалифицировать как работу в электроустановке напряжением выше 1 кВ, выполняемую без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них.
- При заземлении ВЛ в одной точке (по концам ВЛ разземлена) напряжение на проводе приближается к допустимому пределу 20 В (допустимое напряжение прикосновения при длительном воздействии, ГОСТ 12.1.038-82). При КЗ во влияющей сети это напряжение возрастает до десятков киловольт, а напряжение прикосновения к опоре превышает 500 В – допустимый предел при времени воздействия 0,1 с. Работа на ВЛ, разземленной по концам, и на участках ВЛ со снятыми шлейфами представляет реальную опасность и нарушает требования безопасного проведения работ.
- При заземлении ВЛ по концам и в точке проведения работ напряжение на заземленном проводе ниже предела 20 В, а напряжение прикосновения к опоре не превышает предела ощущения – 2 В. Большие напряжения могут возникнуть при плохом заземлении опоры или механизма в середине пролета. Поэтому мероприятиями, в наибольшей степени обеспечивающими безопасность, являются (в порядке приоритета):
а) Снижение сопротивления заземления путем заземления троса на опору с обеих сторон;
б) Заземление механизма на опору или на две опоры пролета путем прокладки заземляющих проводников от механизма к опоре (опорам);
в) В необходимых случаях (если предыдущие мероприятия не снизили напряжение прикосновения до 2 В) – прокладка заземляющего контура вокруг механизма, заземляемого по углам на штыри с глубиной погружения 0,5…1,0 м.
- О достаточности мероприятий, указанных в п. 3, говорят и данные о сопротивлении заземления и токах, стекающих в землю при заземлении ВЛ по концам и в точке измерения. Токи имеют порядок 1 А (при влияющих токах 100…300 А), следовательно, при коротких замыканиях токи, стекающие с опоры, не будут превышать 500 А. Такой ток кратковременно выдержит заземляющий проводник из меди сечением 25 мм2 при условии надежного контакта с проводом. Среднее сопротивление заземления также составляет 1 Ом. При этом, если на опору заземлен грозозащитный трос, то, как правило, сопротивление заземления составляет доли Ома (начиная от 0,15 Ома). При разземленном тросе сопротивление заземления составляет единицы Ом, что нежелательно.
Приведенные цифры еще раз доказывают, что при заземлении на
опору в нормальном режиме напряжение прикосновения не превысит
2 В, а при коротком замыкании во влияющей сети – 200 В. Последнее
значение – допустимое напряжение прикосновения при времени воздействия 0,5 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Целебровский Ю.В. О безопасности работ на ВЛ, находящихся под
наведенным напряжением. Определения и противоречия нормативных документов // Новости ЭлектроТехники. 2008. № 3(51).
2. Целебровский Ю.В. О безопасности работ на ВЛ, находящихся
под наведенным напряжением. Анализ технических мероприятий
// Новости ЭлектроТехники. 2008. № 4(52).
3. ГОСТ 12.1.038-82. Электробезопасность. Предельно допустимые
значения напряжений прикосновения и токов = Electric safety.
| 
|
