Монтаж, испытания и ремонт заземляющих устройств

Под заземлением понимают преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки системы электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Монтаж заземляющего устройства включает в себя прокладку шин заземления внутри здания подстанции и выполнение наружного контура заземления. Внутренний заземляю­щий контур выполняют чаще всего из полосовой стали, которую обычно крепят к стене либо пристрелкой дюбелями к беленому или кирпичному основанию с помощью строитель­но-монтажного пистолета, либо шурупами, ввинченными в пластмассовые дюбели, раскли­ненные в просверленных отверстиях в стене. Точки крепления полосы (рис. 4.55) располага­ются вблизи (~ 100 мм) поворотов и мест ответвления, а также на расстоянии 650—1000 мм друг от друга на прямых участках.

Если в конструкциях зданий предусмотрены закладные детали, заземляющие про­водники приваривают к ним, а к строительным конструкциям из гипсолита, шлакобетона, толстой штукатурки крепят на «вмазанных сухарях» (рис. 4.55, г).

К оборудованию заземляющие проводники, как правило, присоединяют непосредствен­но, а не через конструкции, на которых оно установлено, причем присоединение

проводников осуществляется с помощью специальных болтов или шпилек, заранее приваренных к корпусу заземленного обо­рудования. Однако в щитах, шкафах и других электроконст­рукциях заземлять каждый аппарат сложно, поэтому в этих случаях ограничиваются заземлением каркасов, корпусов, салазок электродвигателей, то есть самих конструкций. При этом места установки аппаратуры тщательно зачищают и смазывают техническим вазелином, чтобы создать хороший контакт между корпусом оборудования и конструкцией, на­дежно соединяют болтами или сваривают.

Рис. 4.55. Крепления стальных проводников заземления: а – держателем, приваренным к закладной детали; б – дюбелем непосредственно к стене; в – то же, с изгибом заземляющей полосы для обеспечения расстояния от стены; 1 - закладная деталь; 2 – держатель; 3 – дюбель-гвоздь; 4 – проводник заземления (полосовая или круглая сталь)

Проход заземляющих шин сквозь стены выполняют че­рез стальные трубы или обоймы, при пересечении температур­ных швов устраивают компенсаторы. Шины соединяют свар­кой, длину сварочных швов принимают равной двойной ши­рине шины при прямоугольном сечении или шести диаметрам ее при круглом. Заземление опорных и проходных изоляторов, установленных на кирпичных и железобетонных строительных конструкциях, выполняют присоединением шин заземления к фланцам изоляторов при помощи болтов фланцев.

По окончании монтажа все расположенные внутри зда­ния заземляющие проводники окрашивают черным асфаль­товым лаком, места, предназначенные для присоединения вре­менных переносных заземлений, оставляют зачищенными, неокрашенными.

В наружных электроустановках, расположенных на от­крытом воздухе вне зданий, а также в грунтах заземляющие проводники подвержены коррозии, поэтому их минимальные размеры регламентированы ПУЭ: диаметр круглой стали должен быть не менее 6 мм; толщина полосовой стали 4 мм, сечение шин (кроме магистралей) 48 мм²; толщина полок уг­ловой стали и стенок труб 3 мм; диаметр стальных однопроволочных спусков заземления на опорах ВЛ до 1 кВ — 6 мм, а на ВЛ выше 1 кВ —10 мм (площадь сечения многопроволоч­ных спусков — 35 мм²) на опорах ВЛ до 1 кВ — б мм, а на В Л выше 1 кВ — 10 мм (многопро­волочных — 35 мм²).

Наружный контур заземления предназначен для обеспечения наименьшего сопротив­ления растеканию тока в грунте. Он состоит из вертикальных заземлителей (так называе­мых электродов заземления) и горизонтальных соединительных заземляющих проводни­ков, приваренных к вертикальным и объединяющих их в общий контур. В грунтах с боль­шим удельным сопротивлением контур заземления выполняют либо из глубинных зазем­лителей, погружаемых в грунт на 10—30 м, либо из горизонтальных протяженных повер­хностных заземлителей с длиной лучей до нескольких десятков метров. Монтаж наружно­го контура начинают с разметки и устройства траншей глубиной 600—700 мм. При не­больших объемах работ устройство траншеи ведется вручную, так как применение мощ­ных машин нерентабельно, а в других случаях их вообще нельзя применить из-за подзем­ных коммуникаций и других препятствий, в лучших случаях применяют механизмы малой мощности, например микротраншеекопатель МТКМ-120.

Электроды заземления погружают в грунт различными способами, зависящими от конструкции и размеров электродов, характера грунта и его состояния во время монтажа (талый, мерзлый) и от ряда других факторов. Электроды из угловой и другой профильной стали можно забивать или вдавливать в грунт, а также закладывать в пробуренные сква жины.

Электроды из круглой или арматурной стали и труб погружают, кроме того, ввертыванием в грунт. Обычно наи­более рациональными способами монтажа являются: при та­лых и мягких грунтах — вдавливание и ввертывание стерж­невых электродов, забивка и вдавливание профильных элек­тродов; при плотных грунтах — забивка электродов любого сечения; для мерзлых грунтов при необходимости глубокого погружения — закладка в пробуренную скважину.

Погружение небольшого числа электродов выполняется, главным образом, вручную: применяют также иногда легкий вибратор мощностью до 0,8 кВт или электромолоток, уста­навливаемые в рабочее положение с погружаемым электродом усилием одного-двух рабочих. Процесс такого погружения зависит от множества факторов (в том числе, от плотности и состава грунта) и может продолжаться неопределенно долгое время или привести к переносу точки погружения.

Другое приспособление для забивки электродов, также имеющих небольшой вибратор, показано на рис. 4.56.

Рис.4.56. Забивка вертикаль­ных электродов- заземлителей навесным механическим или электрическим вибратором: 1 — вибратор; 2 — погружаемый заземлитель; 3 —электромолоток; 4— вставной боек; 5— муфта; 6 — козлы с ограждением; 7—на­правляющий уголок; 8 — зажим

Электроды заземления свободно вставляют через тру­бу — боек в верхний боек — держатель до упора. Затем вклю­чают вибратор, и с каждым его ударом электрод погружает­ся на глубину, равную зазору между бойками, а все приспо­собление опускается вниз под действием своей тяжести. За­зор между бойками восстанавливается силой отдачи и упру­гости рессор. Когда приспособление, опускающееся вместе с электродом, приблизится к поверхности земли, вибратор от­ключают и приспособление снимают. Если глубина погруже­ния заземлителя недостаточна, то к забитому заземлителю приваривают следующий отрезок круглой стали и процесс забивки повторяют.

Концы электродов, выступающие над дном траншеи, объединяют в контур горизонтальными заземлителями с по­мощью электро- или газосварки, реже — термитной сварки. Для предохранения от коррозии сварные швы, находящиеся в земле, покрывают горячим битумом. Перед этим сварные со­единения осматривают и простукивают молотком, визуально проверяют отсутствие глубо­ких раковин, трещин и сколов. Простукиванием освобождают соединения от наплывов шла­ка и проверяют их прочность. По чистому звуку, характерному для монолита, и отсутствию дребезжания убеждаются в хорошем качестве сварки.

После проверки соединений траншею засыпают грунтом, а выводы от наружного кон­тура заземления соединяют с внутренним. По окончании работ монтажная организация дол­жна предъявить приемочной комиссии следующую техническую документацию: исполни­тельные чертежи и схемы с указанием расположения элементов контура заземления; акты на выполнение скрытых работ, в частности, заземлителей и скрыто проложенных заземля­ющих проводников; протоколы измерения сопротивления растеканию тока промышленной частоты контура заземления; акты проверки элементов выравнивания потенциалов и дру­гих устройств, предусмотренных проектом.

На каждое находящееся в эксплуатации заземляющее устройство должен быть за­веден паспорт, содержащий схему заземления, основные технические данные, сведения о результатах проверки его состояния, о характере ремонтов и изменениях, внесенных в данное устройство.

Осмотр заземляющих устройств включает в себя проверку состояния контактных соединений заземляющих проводников, их крепления, степени воздействия на них коррозии, отсутствие нагрева. В установках напряжением до 1000 В проверяют также состояние ис­кровых промежутков и пробивных предохранителей. Внешний осмотр заземляющего уст­ройства производится вместе с осмотром электрооборудования электроустановок.

При текущем ремонте заземлений производят замену неисправных элементов зазем­ляющего устройства; затяжку ослабленных болтовых соединений; обновление окраски. Капитальный ремонт заземлений, как правило, планируют заранее и проводят после тща­тельной подготовки к нему. Как исключение проводят внеочередные ремонты, необходи­мость в которых выявляется при измерениях, осмотрах и текущих ремонтах. При подготов­ке к капитальному ремонту изготовляют электроды заземления, заземляющие проводники, проверяют механизмы и приспособления, составляют график ремонта, проводят проверку знаний персонала и др. Сопротивление контуров заземления проверяют при подготовке в разное, в том числе и наиболее неблагоприятное, время года, т.к. измерения во влажном грунте и пересчет с помощью приближенных сезонных коэффициентов не всегда дают точ­ные результаты, и при проверке зимой или в засушливый летний период сопротивление мо­жет оказаться чрезмерным. Снижение сопротивления заземлений до нормы достигается при капитальном ремонте устройством дополнительных электродов или нового заземляющего контура. При этом местонахождение и конструкцию контура заземления определяют по исполнительным чертежам и актам скрытых работ, поэтому техническую документацию, получаемую эксплуатационной организацией при приемке объекта в эксплуатацию, нужно хранить в течение всего срока его эксплуатации.

При планировании капитальных ремонтов рассчитывают примерный срок службы заземлителей, пользуясь результатами наблюдений за ними в конкретных условиях либо пользуясь ориентировочными средними данными. Так, в обычных условиях, например на промышленных подстанциях, коррозия незащищенной стали заземлителей составляет в грунте в среднем примерно 2,5 мм за 10 лет. Следовательно, полосовая сталь толщиной 5 мм, ржавеющая с обеих сторон, за 10 лет полностью выйдет из строя, а за 5 лет потеряет поло­вину своей толщины и массы. При толщине полосовой стали 4 мм такая потеря произой­дет за 4 года, при толщине 6 мм — за 6 лет и т.д. Так же будут ржаветь и полки угловой стали и стенки труб.

Электроды заземления заменяют, не ожидая их полного разрушения, в сроки, опре­деляемые местными инструкциями. Обычно замену осуществляют при уменьшении вдвое толщины полосовой стали или толщины стенки труб, что совпадает с уменьшением вдвое массы заземлителя. Для заземлителей из круглой стали расчет срока замены ведется не по уменьшению диаметра, а по уменьшению массы вдвое, что возникает значительно раньше. Согласно действующим нормам элемент заземлителя должен быть заменен, если разруше­но более 50 % его сечения [20].

Испытания заземляющих устройств проводят после окончания текущего и капиталь­ного ремонтов.

После текущего ремонта выполняют следующее.

Проверку непрерывности цепи в проводниках, соединяющих элементы оборудова­ния с заземляющим устройством, которая выполняется простукиванием легким молотком заземляющих проводников в месте их соединения или ответвления для определения меха­нической прочности.

Измерение переходного сопротивления заземляющих проводников между оборудова­нием и контуром заземления. Измерение сопротивления заземляющго устройства с помо­щью измерителя заземления типа МС-08, в котором используется метод амперметра-вольт­метра с применением вспомогательного заземлителя и потенциального электрода (зонда). Шкала прибора отградуирована в Ом с тремя пределами измерения: 0—1000 Ом, 0—100 Ом, О—10 Ом.

Рис. 4.57. Схема измерения сопротивления заземляющих проводников прибором типа МС-08: 1 — переключатель; 2 — реостат потенциальной цепи; 3 — красная черта на шкале; 4 — зонд; 5 — вспомогательный заземлитель; Rx — испытуемое сопротивление заземления

Измерения проводятся по схе­ме (рис. 4.57). При измерении больших со­противлений зажимы E₁L₁соединяют пе­ремычкой и присоединяют к испытывае­мому заземлителю R _к, а для исключения погрешности, вносимой соединительны­ми проводами, используют другую схе­му (рис. 4.58). Для создания нагрузочной цепи на некотором расстоянии от него в землю забивается вспомогательный за-землитель 5. Зонд 4 нужен для измерения падения напряжения в заземлителе в зоне нулевого потенциала. Для уменьшения погрешности при измерениях вспомога­тельные электроды (зонд и вспомогатель­ный заземлитель) должны располагаться между собой и испытательным заземли-телем на определенном расстоянии (рис. 4.59). Эти расстояния составляют: а) сложный заземлитель (рис. 4.59, а):

б) сложный заземлитель, однолуче-

вая схема (рис. 4.59, б):

Рис. 4.58. Схема измерения сопротивления заземляющих
160 м < 2Ь_Хз ~~ ^ХВ — ^ ' проводников прибором МС-08 с большой точностью

в) одиночный заземлитель (рис. 4.59, <?):

а в

^LXB ^{= L}X3 ^{= L}B3 - ^{20 м}'

г) сосредоточенный заземлитель (рис. 4.59, г):

^LXB ^{= L}X3 ~ ^2LB3 ~ ^ •

При малом сопротивлении испытываемого за­земляемого устройства длинные соединительные провода измерительной схемы могут внести значи­тельную погрешность в результаты измерений, по­этому в этих случаях рекомендуется подключать заземлитель X двумя отдельными проводами от за­жимов прибора lj и Е\.

Рис. 4.59. Взаимное расположение испыту­емого заземлителя и вспомогательных электродов и минимальные расстояния между ними: а — сложный заземлитель, двухлучевая схема; б — то же, однолучевая схема; в — одиночный заземлитель; г — сосредоточен­ный заземлитель; D —диагональ контур­ного заземлителя; X— испытуемый зазем­литель; 3 — зонд; В — вспомогательный заземлитель

Измерение полного сопротивления петли «фаза— нуль» в установках напряжением 1000 В с глухим заземлением нейтрали. Для проверки соот­ветствия заземляющих устройств требованиям за­щиты цепи при аварийных режимах необходимо измерять величину полного сопротивления всей цепи тока КЗ, при этом автоматически учитыва­ются все факторы, от которых это сопротивление зависит, включая проводимости всякого рода па-

раллельных путей прохождения тока за­мыкания — металлоконструкций, оболо­чек, кабелей и т. п.

Рис. 4.60. Схема измерения сопротивления цепи «фаза—нуль» с отключением оборудования

Наиболее просто измерить сопротив­ление цепи «фаза—нуль» при отключенной линии. Сначала измеряют сопротивление цепи Z_n от точек М, Wvi Vj\o точки Р без учета сопротивления трансформатора (рис. 4.60) методом амперметра и вольт­метра. Измерение проводят с подачей по­ниженного напряжения 12 или 36 В пони­жающего трансформатора Т2, который включают по возможности ближе к рабо­чему трансформатору, чтобы учесть со­противление всей сети. Напряжение в ис­пытываемой цепи для регулирования ве­личины тока поднимают постепенно, для чего в цепи трансформатора устанавлива­ют реостат RR. Естественные проводни­ки от сети заземления не отсоединяют. Предварительно проверяют сопротивление изоляции испытываемой линии и в случае необходимости устраняют дефекты.

Для проверки расплавления плавкой вставки предохранителя FU1 (или отключения автоматического выключателя) производят искусственное замыкание в точке 1 на корпус аппарата при отключенном рубильнике S1. Для проверки сгорания плавкой вставки предохранителя FU2 такое же замыкание на кор­пус делают в точке 3 как более удаленной, чем точка 2. После подачи напряжения в цепь измеряют ток I_ИЗМ и напряжение U_ИЗМ для каждой точки. Сопротивление цепи «фазный-нуле­вой» провод от точек М, W, V до точки Р определяют по формуле:

Чтобы вычислить ток однофазного замыкания, определяют расчетное сопротивление трансформатора из таблиц, после чего, зная величины и определяют ток одно-

фазного замыкания:

Поскольку измерение проводится при отключенной нагрузке, в результаты подсчета вносят поправки: в качестве фазного напряжения принимают 0,95 U_Ф (чтобы учесть его реальное снижение при нагрузке); для учета переходного сопротивления в месте замыкания и погрешности приборов, вводят понижающий коэффициент, примерно равный 0,9.

Таким образом, расчетная формула имеет вид:

Для обеспечения надежности работы защиты наименьший ток однофазного КЗ I₃ дол­жен в несколько раз превышать ток её срабатывания. Поэтому величина тока I₃ должна удовлетворять условию:

I₃ ³ kI_Н,

где I_Н — номинальный ток плавкой вставки, А;

k— коэффициент, равный для плавких вставок не менее 3, для автоматических выключателей — 1,4.

После капитального ремонта выполняют:

— выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов заземляющего устройства,
находящихся в земле.

— проверку состояния пробивных предохранителей в установках напряжением до 1000 В
и искровых промежутков в цепи отсоса РУ 3,3 кВ.

Пробивные предохранители устанавливают непосредственно на крышках баков си-ловых трансформаторов. Один контакт предохранителя присоединяют к выводам обмо­ток низшего напряжения, другой — к баку трансформатора. Предохранитель рассчитан на ток до 220 А продолжительностью 30 мин. Пробой предохранителя происходит в отвер­стиях прокладки по воздушному промежутку при напряжении 350—500 В (U до 220 В) и 700—1000 В (U до 500 В).

Проверку состояния пробивных предохранителей начинают с внешнего осмотра пре­дохранителя. Если на контактной поверхности предохранителя обнаружены подгары, их зачищают напильником. Проверяют исправность слюдяной прокладки. Поврежденную прокладку заменяют. Толщина слюды, определяющая уровень пробивного напряжения, должна быть 0,08—0,02 мм при номинальном напряжении до 220 В и 0,21—0,03 мм при на­пряжении до 500 В.

Исправность искровых промежутков, включенных между отсосом и внешним конту­ром заземления на тяговых подстанциях постоянного тока, контролируют электролампой, включенной параллельно промежуткам. Погасание лампы указывает на пробой.

На тяговых подстанциях переменного тока проверяют целостность цепи рельсов подъездных и станционных путей со стыковыми соединителями и путевыми дросселями связи с контуром заземления подстанции.