При каком объеме разрушения заземления элемент должен быть заменен в квадратных миллиметрах
26. Заземляющие устройства
26.1. Проверка соединений заземлителей с заземляемыми элементами, в том числе с естественными заземлителями
Проверка производится для выявления обрывов и других дефектов путем осмотра, простукивания молотком и измерения переходных сопротивлений. Проверка соединения с естественными заземлителями производится после ремонта заземлителей
В случае измерения переходных сопротивлений следует учитывать, что сопротивление исправного соединения не превышает 0,05 Ом
У кранов проверка наличия цепи должна производится не реже 1 раза в год
26.2. Проверка напряжения прикосновения на территории электроустановки и напряжения на заземляющем устройстве
Наибольшее напряжение не должно превышать:
500 В при длительности воздействия 0,1 с
400 В при длительности воздействия 0,2 с
200 В при длительности воздействия 0,5 с
130 В при длительности воздействия 0,7 с
100 В при длительности воздействия 1 с
65 В при длительности воздействия от 1 с до 5 с
Производится в электро-установках, выполненных по нормам на напряжение прикосновения в контроль-ных точках, в которых значения напряжения прикосновения определены при проектировании, после капитального ремонта заземлителей
За длительность воздействия принимается суммарное время действия резервной релейной защиты и собственного времени отключения выключателей
Промежуточные допустимые напряжения в интервале времени от 0,1 с до 1 с следует определять интерполяцией
26.3. Проверка состояния элементов заземляющего устройства, находящихся в земле:
Проверка коррозионного состояния производится не реже 1 раза в 12 лет. Элемент заземлителя должен быть заменен, если разрушено более 50% его сечения
1) электроустановок, кроме ВЛ
Проверка заземлителей в ОРУ электростанций и подстанций производится выборочно, в местах наиболее подверженных коррозии, а также вблизи мест заземления нейтралей силовых трансформаторов, присоединений разрядников и ограничителей перенапряжений
В ЗРУ осмотр элементов заземлителей производится по решению технического руководителя Потребителя
На ВЛ выборочная проверка со вскрытием грунта производится не менее чем у 2% опор от общего числа опор с заземлителями
Проверку следует производить в населенной местности, на участках с наиболее агрессивными, выдуваемыми и плохопро-водящими грунтами
26.4. Измерение сопротивлений заземляющих устройств:
1) опор воздушных линий электропередачи
Значения сопротивлений заземлителей опор приведены в табл.35 (Приложение 3.1)
Производятся после ремонтов, но не реже 1 раза в 6 лет для ВЛ напряжением до 1000В и 12 лет для ВЛ выше 1000В на опорах с разрядниками и другим электрооборудованием и выборочно у 2% металлических и железобетонных опор на участках в населенной местности. Измерения производятся также после реконструкции и ремонта заземляющих устройств, а также при обнаружении разрушения или следов перекрытия изоляторов электрической дугой
2) электроустановок, кроме воздушных линий электропередачи
Значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок приведены в табл.36 (Приложение 3.1)
26.5. Проверка состояния пробивных предохранителей в установках напряжением до 1000В
Предохранители должны быть исправными и соответствовать номинальному напряжению сети
Производится не реже 1 раза в 6 лет, а также при предположении о срабатывании
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Характеристики ЗУ должны отвечать требованиям обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала и обеспечивать в нормальных и аварийных условиях следующие эксплуатационные функции электроустановки:
действие релейных защит от замыкания на землю;
действие защит от перенапряжений;
отвод в грунт токов молнии;
отвод рабочих токов (токов несимметрии и т.д.);
защиту изоляции низковольтных цепей и оборудования;
снижение электромагнитных влияний на вторичные цепи;
защиту подземного оборудования и коммуникаций от токовых перегрузок;
стабилизацию потенциалов относительно земли и защиту от статического электричества;
обеспечение взрыво- и пожаробезопасности.
1.2. Основными параметрами, характеризующими состояние ЗУ, являются:
сопротивление ЗУ (для электроустановок подстанций, электростанций и опор ВЛ);
напряжение на ЗУ при стекании с него тока замыкания на землю;
напряжение прикосновения (для электроустановок выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью, кроме опор ВЛ).
Дополнительными характеристиками ЗУ, с помощью которых производится оценка его состояния в процессе эксплуатации, являются качество и надежность соединения элементов ЗУ, соответствие сечения и проводимости элементов требованиям ПУЭ и проектным данным, интенсивность коррозионного разрушения.
В соответствии с ПТЭ для контроля ЗУ в электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью необходимо производить проверку пробивных предохранителей, а в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью проверку цепи фаза-нуль.
1.3. Объем и нормы испытаний ЗУ установлены РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» (М.: НЦ ЭНАС, 1998).
1.4. Периодичность проверки параметров ЗУ следующая:
1.5. При возникновении на территории объекта КЗ или связанных с ним аварийных ситуаций необходимо провести обследование ЗУ в зоне аварии и на прилегающих к ней участках ЗУ.
1.6. Рекомендуется проводить проверку состояния ЗУ после реконструкции, в особенности при установке на объекте электронных и микропроцессорных устройств.
1.7. Для измерения сопротивления ЗУ и определения напряжения прикосновения многие годы используется ряд приборов, различающихся областью применения, диапазонами измеряемых значений, схемами, помехоустойчивостью, частотой измерительного тока и т.п. Краткие характеристики приборов приведены в приложении 1, там же даны сведения о средствах измерений и контроля, разработанных в последние годы.
2. МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ СОСТОЯНИЯ ЗУ
При вводе и в процессе эксплуатации контроль состояния ЗУ необходимо осуществлять путем проверки выполнения элементов ЗУ, соединения заземлителей с заземляемыми элементами и естественных заземлителей с ЗУ, коррозионного состояния элементов ЗУ, находящихся в земле, напряжения на ЗУ электроустановок при стекании с него тока замыкания на землю, состояния пробивных предохранителей, цепи фаза-нуль в электроустановках до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали, а также измерения сопротивления ЗУ электроустановок, заземлителей опор ВЛ и напряжения прикосновения.
2.1. Проверка выполнения элементов ЗУ
2.1.1. Визуальная проверка ЗУ
Визуальная проверка проводится с целью контроля качества монтажа и соответствия сечения заземляющих проводников требованиям проекта и ПУЭ.
Измерение сечения проводников производится штангенциркулем. Измеренное сечение сравнивается с расчетным. Сечение заземляющих проводников S зп (мм 2 ) определяется по формуле
(1)
Особое внимание следует уделить заземляющим проводникам от нейтралей трансформаторов, короткозамыкателей, шунтирующих и дугогасящих реакторов. Их сечение должно соответствовать максимальному для данной подстанции.
Уменьшение сечения из-за коррозии происходит в первую очередь непосредственно под поверхностью грунта, поэтому при контроле ЗУ в процессе эксплуатации обязательна выборочная проверка заземляющих проводников со вскрытием грунта на глубину примерно 20 см.
Коррозионные повреждения проводников на большей глубине, а также в сварных соединениях выявляются при измерениях напряжений прикосновения и проверке металлосвязей.
Если к ЗУ подстанции подсоединяется грозозащитный трос ВЛ, то ток через трос может быть равен:
0,2 I з (1) для стальных тросов;
0,7 I з (1) для сталеалюминиевых
Допустимые токи I доп (кА) для различных марок грозозащитных тросов при времени отключения КЗ, равном 1 с, приведены в табл. 1.
При ином времени t допустимый ток I доп t можно определить по выражению
(2)
При визуальном контроле ЗУ проводится проверка болтовых соединений. Болтовые соединения должны быть надежно затянуты, снабжены контргайкой и пружинной шайбой.
2.1.2. Определение реальной схемы ЗУ
Предварительно составляется рабочий план размещения силового оборудования электроустановки. На плане рекомендуется нанести в масштабе:
всю территорию электроустановки, включая здания и отдельно стоящее оборудование, подлежащее заземлению;
магистрали ЗУ и точки присоединения к нему силового оборудования;
кабельные каналы, колодцы, трубопроводы;
автомобильные и пешеходные дороги.
Образец схемы-плана представлен на рис. 1.
Определение трасс прокладки искусственного заземлителя в грунте осуществляется измерительным комплексом КДЗ-1. Источник переменного тока (ИПТ) 400 Гц подключается к двум разнесенным по территории точкам ЗУ исследуемой электроустановки. Проводятся проверка работоспособности и калибровка измерительной аппаратуры в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
С помощью измерителя напряженности магнитного поля ИПМ определяется фон излучения магнитного поля на территории электроустановки при отключенном ИПТ:
в местах присоединения шин заземления к оборудованию;
над кабельными каналами, под кабельными лотками;
в местах прокладки трубопроводов и выхода силовых и информационных кабелей из зданий.
Фиксируется наибольшее значение фона излучения магнитного поля. В дальнейшем устанавливается такое значение тока ИПТ, чтобы уровень магнитного поля полезного сигнала превышал максимальное фоновое не менее чем в 10 раз.
Определяется трасса прокладки магистралей заземления без вскрытия грунта. Для этого ИПТ подключается к различным удаленным одна от другой точкам ЗУ и с помощью ИПМ определяются и наносятся на план места прокладки и соединений поперечных и продольных заземлителей.
Рис. 1. Схема-план заземляющего устройства подстанции:
кабельный канал; 
портал; 
горизонтальный заземлитель; 
молниеотвод;
наземное соединение с заземляющим устройством;
присоединение заземляющего проводника к оборудованию;
указатель незаземленного оборудования;
обрыв заземляющего проводника
Пример определения реальной схемы ЗУ приведен в приложении 2.
2.2. Проверка соединения заземлителей с заземляемыми элементами, а также естественных заземлителей с ЗУ
Проверку контактных соединений и металлических связей оборудования с ЗУ необходимо осуществлять в:
цепи заземления нейтралей трансформаторов;
цепи заземления короткозамыкателей;
цепи заземления шунтирующих и дугогасящих реакторов;
местах соединения грозозащитных тросов с опорами и конструкциями ОРУ;
местах соединения заземляемого оборудования с ЗУ.
Контактные соединения проверяются осмотром, простукиванием, а также измерением переходных сопротивлений мостами, микроомметрами и по методу амперметра-вольтметра.
Значение сопротивления контактов не нормируется, но практикой установлено, что качественное присоединение к заземлителю обеспечивается при переходном сопротивлении не более 0,05 Ом.
Проверка металлосвязей оборудования с ЗУ выполняется как на рабочих, так и на нерабочих местах. Если заземляющий проводник не подсоединен к ЗУ (нет связи), измеренное значение напряжения во много раз отличается от значений, измеренных на соседних корпусах оборудования.
На подстанциях напряжением 220 кВ и выше рекомендуется дополнительно проверять сопротивление металлосвязи между заземлителем ОРУ и местом заземления нейтрали трансформатора. Это измерение в случае применения измерителя напряжения прикосновения производится по схеме, при которой выводы Т2 и П2 прибора соединяются с точкой заземления нейтрали трансформатора, а выводы Т1 и П1 соединяются с заземлителем ОРУ. Связь считается удовлетворительной, если сопротивление не превышает значения 0,2 Ом.
2.3. Проверка коррозионного состояния элементов ЗУ, находящихся в земле
Заземляющие устройства энергообъектов подвергаются совместному воздействию грунтовой коррозии и токов короткого и двойного замыкания на землю. Воздействие больших токов ускоряет разрушение естественных и искусственных заземлителей.
На энергообъектах как правило разрушаются:
трубопроводы хозяйственного водоснабжения и аварийного пожаротушения;
заземляющие проводники в местах входа в грунт, непосредственно под поверхностью грунта;
сварные соединения в грунте;
нижние концы вертикальных электродов.
Локальные коррозионные повреждения заземляющих проводников выявляются при осмотрах (в основном со вскрытием грунта), а также при измерениях напряжения прикосновения и проверке металлосвязи.
Местная коррозия характеризуется появлением на поверхности проводника отдельных, иногда множественных, повреждений в форме язв или кратеров, глубина и поперечные размеры которых соизмеримы и колеблются в пределах от долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Общая коррозия возникает в грунтах с большой коррозионной активностью.
Для сплошной поверхностной коррозии характерно равномерное по всей поверхности проводника проникновение в глубь металла с соответствующим уменьшением размеров поперечного сечения элемента. После механического удаления продуктов коррозии поверхность металла оказывается шероховатой, но без очевидных язв, точек коррозии или трещин.
Количественная оценка степени коррозионного износа производится выборочно по участкам контролируемого элемента ЗУ путем измерения характерных размеров, зависящих от вида коррозии. Эти размеры определяются после удаления с поверхности элемента продуктов коррозии.
При сплошной поверхностной коррозии характерными размерами являются линейные размеры поперечного сечения проводника (диаметр, толщина, ширина), измеряемые штангенциркулем.
При местной язвенной коррозии измеряется глубина отдельных язв (например, с помощью штангенциркуля), а также площадь язв на контролируемом участке.
Элемент ЗУ должен быть заменен, если разрушено более 50 % его сечения.
Для выявления тенденции коррозии и прогнозирования срока службы заземлителей рекомендуется произвести измерения электрохимического окислительно-восстановительного потенциала, удельного сопротивления грунта и определить наличие блуждающих токов в земле.
Методика этих измерений приведена в приложении 3.
2.4. Измерение сопротивления ЗУ подстанций и линий электропередачи
2.4.1. Измерение сопротивления ЗУ подстанций
Измерение сопротивления производится без отсоединения грозозащитных тросов, оболочек отходящих кабелей и других естественных заземлителей. Измерения должны выполняться в периоды наибольшего высыхания грунта. При проведении измерений в условиях, отличающихся от указанных, необходимо применять сезонный коэффициент Кс (см. приложение 3). Сопротивление R зу определяется по формуле
Сопротивление ЗУ измеряется по методу амперметра-вольтметра с помощью одного из нижеперечисленных приборов: МС-08, М-416, Ф 4103, ЭКЗ-01, ПИНП, ЭКО-200, АНЧ-3, КДЗ-1, ОНП-1 (см. приложение 1). Принципиальная схема измерений приведена на рис. 2. Токовый и потенциальный электроды следует располагать на одной линии по территории, свободной от линий электропередачи и подземных коммуникаций. Расстояния от подстанции до токового и потенциального электродов выбираются в зависимости от размеров ЗУ и характерных особенностей территории вокруг подстанции.
Рис. 2. Принципиальная схема измерений сопротивления ЗУ:
Если заземлитель подстанции имеет небольшие размеры, а вокруг него имеется обширная площадь, свободная от линий электропередачи и подземных коммуникаций, то расстояния до электродов (токовых и потенциальных) выбираются следующим образом:
Рис. 3. Зависимость измеренного сопротивления от расстояния потенциального электрода до токового:
Проводятся две серии измерений при r эт = 2Д и r эт = 3Д. Кривые наносятся на один график. Точка пересечения кривых принимается за истинное значение сопротивления заземлителя.
При использовании приборов М-416, ЭКЗ-01, ЭКО-200, АНЧ-3 кривые могут не пересечься. В этом случае рекомендуется использовать приборы МС-08, Ф 4103, ПИНП.
При выборе токового электрода необходимо выполнить проверку соответствия сопротивления токовой цепи техническим данным прибора, с помощью которого предлагается произвести измерения. Допустимое сопротивление токовой цепи (с электродом) у различных приборов имеет различные значения и зависит также от выбранного диапазона измерения сопротивления заземления. Для прибора Ф 4103, например, допустимое сопротивление токовой цепи в зависимости от выбранного диапазона измерений меняется от 1 до 6 кОм.
Для проверки сопротивления токовой цепи необходимо в начале всех измерений объединить выводы T 1 и П1 прибора, соединить их с токовым электродом и выполнить измерения сопротивления токовой цепи.
При эксплуатации электроустановок может возникнуть необходимость определить сопротивление искусственного заземлителя или сопротивления связи оборудования по ЗУ. Такие измерения можно осуществить с помощью, например, измерительного комплекса КДЗ-1 (приложение 4).
2.4.2. Измерение сопротивления заземлителей опор ВЛ
Методика измерения сопротивления заземлителей опор ВЛ без грозозащитного троса практически мало отличается от измерения сопротивления заземлителей подстанции.
Поскольку ЗУ с большими размерами в плане редко применяются на опорах ВЛ, в большинстве случаев удовлетворительные результаты могут быть получены при расположении электродов по двухлучевой схеме при расстоянии между электродами, удовлетворяющем соотношениям:
Расстояние r эп должно измеряться от края ЗУ и во всех случаях должно составлять не менее 30 м от тела опоры.
В случае невозможности или нецелесообразности отсоединения от тела опоры грозозащитного троса измерение сопротивления заземлителя опоры может выполняться:
с помощью токоизмерительных клещей;
Метод измерения с помощью токоизмерительных клещей заключается в измерении суммарного тока, протекающего по всем заземляющим спускам, ногам или стойкам опоры, и потенциала заземляющего спуска относительно вспомогательного электрода, помещенного в зону нулевого потенциала. Сопротивление заземлителей определяется как отношение потенциала к суммарному току. На ВЛ 110 кВ токи, стекающие в землю по опорам, составляют от нескольких сот миллиампер до нескольких ампер.
Взаимное расположение указанных электродов и контролируемого ЗУ указано на рис. 4.
Рис. 4. Схема взаимного расположения электродов при измерении сопротивления опоры без отсоединения тросов по методу СибНИИЭ
В качестве измерительных приборов при реализации этого метода могут быть использованы серийные измерители заземления, а также приборы из геофизических комплектов. Учитывая очень малые значения измеряемых величин, необходимо использовать усилительные приставки.
(4)
Рис. 5. Схемы трех последовательно используемых вариантов включения измерительных приборов при измерениях по методу СибНИИЭ (см. рис. 4)
С помощью пик-вольтметра измеряется напряжение между потенциальным электродом и ЗУ опоры ВЛ при различных расстояниях между ними (см рис. 6). По результатам измерений строится потенциальная кривая U (1) (рис. 7), по которой определяется установившееся значение напряжения ( U уст ).
Импульсное сопротивление опоры (молниеотвода) определяется по формуле
(5)
Реальное сопротивление заземлителя опоры будет меньше за счет образования зоны коронирования вокруг заземлителя при ударе молнии. Поэтому значение импульсного сопротивления R зу изм необходимо умножить на коэффициент импульса Ки, определяемый по формуле
(6)
Если удельное сопротивление грунта превышает 300 Ом · м, рекомендуется измерять сопротивление растеканию опор с помощью прибора КДЗ-1, определяя часть тока, идущего в землю.
Рис. 6. Схема измерения сопротивления заземлителей опор ВЛ и молниеотводов:
Рис. 7. Зависимость разности потенциалов между заземляющим устройством опоры и потенциальным электродом от расстояния между ними
При проведении измерений с прибором ИК-1 одновременно может проводиться работа по определению путей растекания токов молнии и измерению потенциалов на прилегающих участках электроустановки при имитации токов молнии. Для этого собирается схема, изображенная на рис. 6, а пик-вольтметр присоединяется между выносным заземлителем и близлежащими заземленными частями электроустановки или энергообъекта. Измеренные значения потенциалов ( U изм ) при токе от ИК-1 пересчитываются на ток молнии I м :
(7)
2.5. Измерение напряжения прикосновения
Напряжение прикосновения U пр определяется по выражению
(8)
R ч — сопротивление тела человека (для установок свыше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью R ч = 1 кОм);
Принципиальные схемы измерительных цепей при определении напряжения прикосновения представлены на рис. 8 (к рабочим относятся места, на которых при выполнении оперативных переключений могут возникнуть КЗ и которые доступны для прикосновения производящему переключения персоналу).
Рис. 8. Схемы измерительных цепей при определении напряжений прикосновения:
В качестве измерительных приборов можно использовать ПИНП, АНЧ-3, ЭКЗ-01, КДЗ-1 или ОНП-1.
Токовый электрод размещается таким образом, чтобы возможно точнее имитировать токовую цепь, возникающую при замыкании на землю.
При измерении напряжения прикосновения на территории ОРУ 110 кВ и выше, питание которого осуществляется от одной или нескольких ВЛ, токовый электрод переносится от края заземлителя не менее чем на 2Д.
Если подстанция располагается на территории промышленного предприятия, на застроенной территории, то для уменьшения наводки напряжения на токовую цепь рабочим током ВЛ токовый электрод переносится не менее чем на 200 м от подстанции и примерно на 100 м в сторону от питающих ВЛ.
Проводники токовой и потенциальной цепей должны подключаться к заземленному оборудованию отдельными струбцинами, при этом проводник токовой цепи присоединяется к заземляющему проводнику. Проводник потенциальной цепи может быть подсоединен к этому же заземляющему проводнику или к любой точке металлоконструкции, т.е. к месту возможного прикосновения.
При измерении на нерабочем месте токовый вывод Т2 прибора присоединяется к заземляющей шинке корпуса ближайшего оборудования, по которой может протекать ток КЗ.
Напряжения прикосновения необходимо измерять в контрольных точках, в которых эти значения определены расчетом при проектировании. Кроме того, рекомендуется производить измерения на всех рабочих и нерабочих местах.
При измерениях на подстанциях 110 кВ и выше выводы П1 и П2 измерительного прибора должны быть шунтированы резистором 1 кОм, как это показано на рис. 8. В приборах ПИНП и ЭКО-200 этот резистор встроен.
Для определения сопротивления основания собирается схема, показанная на рис. 9. Определение сопротивления основания рекомендуется производить у каждой точки измерения. Сопротивление R осн измеряется мегомметром либо с помощью прибора ОНП-1 (в этом случае к заземляющему проводнику присоединяются выводы П1 и Т1, а к основанию П2, Т2).
Рис. 9. Схема измерения сопротивления основания:
При измерении значений напряжений прикосновения U пр.изм на частоте, отличной от промышленной (прибор КДЗ-1), необходимо производить пересчет измеренных значений на истинные значения. При этом значение напряжения прикосновения на частоте 50 Гц ( U пр50 ) определяется по формуле
(9)
В табл. 2 приведены значения Кп в зависимости от длины заземляющего оборудование проводника L.
