Раздел 2. Влияние электрических сетей

Введение

 

Электрические сети вызывают определенные нарушения в окружающей природе. Они возникают вследствие сооружения крупногабаритных опор и подвешенных на них проводов. Отчуждаются земельные участки под сооружение электрических станций, подстанций и особенно линий высокого напряжения. Массивные опоры и провода нарушают условия распространения радиоволн. Это искажает показания радиотелескопов, устройств космической связи, радиолокаторов. Наличие опор и оттяжек затрудняет проведение сельскохозяйственных работ. Нарушение природного ландшафта в курортной местности требует разработки специальных опор и подвесок проводов, удовлетворяющих требованиям эстетики.

Разнообразные неблагоприятные влияния электрических сетей на техносферу и биосферу затрудняют условия их мирного сосуществования и приводят к нарушению их электромагнитной совместимости. Поэтому если высоковольтная линия (ВЛ) проектируется и строится, то в проекте и смете должны быть предусмотрены необходимые мероприятия по защите других сооружений техносферы.

Инженеры должны четко ориентироваться в вопросах влияния электрических сетей высокого напряжения на техно- и биосферу; знать требования правил, норм и руководящих указаний, а также пути их выполнения.

1.1.ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ ЭМС

И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

 

Основополагающим понятием в области ЭМС является определение электромагнитной совместимости технических средств: способность технических средств функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам и недопустимых электромагнитных воздействий на биологические объекты.

Основные понятия в области ЭМС сформулированы в проекте федерального закона «О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств» (от 1.12.1999 г.) и приведены в приложении.

Исходя из определения ЭМС технических средств, основными целями ее обеспечения являются:

- предотвращение нарушений функционирования технических средств при воздействии на них электромагнитных помех;

 - исключение или ограничение электромагнитных помех, создаваемых техническими средствами;

 - исключение неблагоприятных электромагнитных воздействий на биологические объекты или ограничения уровня таких воздействий;

- обеспечение регламентированного стандартами качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения.

Направление, связанное с помехоустойчивостью технических средств, занимает центральное место в обеспечении ЭМС как по важности, так и объему решаемых задач.

Под уровнем ЭМС понимается установленный максимальный уровень помехи, который может воздействовать на техническое средство (ТС) в конкретных условиях эксплуатации.

Под устойчивостью технических средств к электромагнитным помехам (помехоустойчивостью технических средств) понимают способность технических средств сохранять заданное качество функционирования при воздействии на них регламентированных стандартами электромагнитных помех. Качество функционирования технических средств задается на этапе разработки технических условий. Основной задачей исследований этого этапа является анализ электромагнитной обстановки – совокупности электромагнитных явлений и (или) процессов в данной области пространства или данной проводящей среде в частотном и временном диапазонах.

Электромагнитное явление или процесс естественного или искусственного происхождения, которые снижают или могут снизить качество функционирования технического средства, называют электромагнитной помехой. Электромагнитная помеха может излучаться в пространство или распространяться в проводящей среде.

    Электромагнитная обстановка (ЭМО) – совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах. ГОСТ 30372-95.

 Введены также термины “точка общего присоединения ” (ТОП) и “точка внутрипроизводственного присоединения” (ТВП). Термин ТОП относится к точке электрической сети общего назначения, электрически ближайшей к сетям рассматриваемого потребителя электрической энергии (входным устройствам рассматриваемого приемника электрической энергии), к которой присоединены или могут быть присоединены электрические сети других потребителей (входные устройства других приемников).

“Точка внутрипроизводственного присоединения” (ТВП) – точка присоединения к питающей сети внутри рассматриваемой системы электроснабжения.

В стандарте рассматриваются и определяются три класса из возможных классов электромагнитной обстановки:

- класс 1. Данный класс применяется для электромагнитной обстановки в защищенных системах электроснабжения, характеризующихся уровнями ЭМС более низкими, чем уровни ЭМС в системах электроснабжения общего назначения. Он соответствует применению технических средств (ТС), восприимчивых к помехам в питающей сети, например контрольно-измерительного оборудования, образцов вычислительной техники некоторых видов и т. д.

- класс 2. Данный класс обычно применяется для электромагнитной обстановки в ТОП и ТВП для промышленных условий эксплуатации ТС. Уровни ЭМС данного класса идентичны таковым для систем электроснабжения общего назначения.

- класс 3. Данный класс применяется только для ТВП в промышленных условиях эксплуатации ТС. Он имеет более высокие уровни ЭМС, чем таковые для класса 2, в отношении некоторых электромагнитных явлений, вызывающих помехи. К классу 3 должна быть отнесена электромагнитная обстановка, если имеет место одно из следующих условий:

- питание большей части нагрузки осуществляется через преобразователи;

- используется электросварочное оборудование;

- имеют место частые пуски электродвигателей большой мощности,

 - имеют место резкие изменения нагрузок в электрических сетях.

 

1.2.ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Существует достаточно много подходов к классификации электромагнитных помех (ЭМП), учитывающих как источники их возникновения, так и характер воздействия на технические средства. Приведенная ниже классификация широко используется специалистами при решении задач в области ЭМС.

Наиболее распространенной электромагнитной помехой естественного происхождения является электромагнитный импульс при ударе молнии.

Электромагнитные помехи искусственного происхождения можно разделить на создаваемые функциональными источниками и создаваемые нефункциональными источниками.

Функциональным называют источник электромагнитной помехи, если для него самого создаваемая помеха является полезным сигналом. К таким источникам относятся, прежде всего, передающие устройства радиосвязи, телепередатчики, генераторы высокой частоты промышленного применения, микроволновые печи, радиолокаторы, а также аппаратура, использующая цепи питания для передачи информации.

Нефункциональными называют источники, которые создают помехи в качестве побочного эффекта в процессе работы. К ним можно отнести любые проводные коммуникации, создающие электромагнитные поля; коммутационные устройства; импульсные блоки питания аппаратуры, люминесцентные лампы, сварочное оборудование, электрический транспорт, коронные разряды.    Электростатический разряд с тела человека также может рассматриваться как создаваемый нефункциональным источником помех. Принципиальное различие между функциональными и нефункциональными источниками состоит в том, что для вторых уровень электромагнитных помех часто можно снизить путем пересмотра конструкции источника, в то время как для функциональных источников помех такой путь обычно исключается.

 В зависимости от среды распространения ЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называются ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле. Деление помех на индуктивные и кондуктивные является условным. В реальности протекает единый электромагнитный процесс, затрагивающий проводящую и непроводящую среды. В ходе распространения многие помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, переменное электромагнитное поле способно наводить токи в кабелях, которые далее распространяются как классические кондуктивные помехи. С другой стороны, токи в кабелях и цепях заземления сами создают электромагнитные поля, т. е., индуктивные помехи. Деление помех на индуктивные и кондуктивные можно считать относительно строгим лишь в низкочастотной (до десятков кГц) области, когда емкостные и индуктивные связи обычно малы.

Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято также делить на помехи "провод - земля " (синонимы - несимметричные, общего вида, Common Mode) и "провод-провод" (симметричные, дифференциального вида, Differential Mode). В первом случае ("провод-земля") напряжение помехи приложено, как следует из названия, между каждым из проводников цепи и землей (рис. 1.1, а). Во втором – между различными проводниками одной цепи (рис. 1.1, б). Обычно самыми опасными для аппаратуры являются помехи "провод-провод", поскольку они оказываются приложенными так же, как и полезный сигнал.

 

Рис. 1.1. Схема приложения помехи "провод-земля" (а) и "провод-провод" (б)

 

Реальные помехи обычно представляют собой комбинацию помех "провод-провод" и "провод-земля". Нужно учитывать, что несимметрия внешних цепей передачи сигналов и входных цепей аппаратуры может вызывать преобразование помехи "провод-земля" в помеху "провод-провод".

ГОСТ Р 51317.2.5-2000 (МЭК 61000-2-5-95) устанавливает три категории электромагнитных помех, характеризующих электромагнитную обстановку:

- низкочастотные электромагнитные помехи (кондуктивные и индуктивные), вызываемые любым источником кроме электростатических разрядов;

- высокочастотные электромагнитные помехи (кондуктивные и индуктивные), вызываемые любым источником кроме электростатических разрядов;

- электростатические разряды.

Понятие «низкие частоты» относится к диапазону частот ниже 9 кГц, выше 9 кГц и много больше относится к понятию «высокие частоты».

На основе спектральных характеристик электромагнитные помехи разделяют:

- на узкополосные и широкополосные;

- низкочастотные и высокочастотные.

К узкополосным относятся помехи от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током и т. п. Их отличительной особенностью является то, что характер изменения помехи во времени является синусоидальным или близок к нему. При этом спектр помехи близок к линейному (максимальный уровень - на основной частоте, пики меньшего уровня - на частотах гармоник).

Сигнал считается широкополосным, если его спектр простирается на ширину полосы большую, чем ширина полосы определенного приемника. К таким сигналам относятся периодически повторяющийся прямоугольный импульс или падающая волна разряда атмосферного электричества. Широкополосные помехи имеют существенно несинусоидальный характер и обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Для периодических широкополосных сигналов спектр состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью. Типичными широкополосными помехами являются:

- молниевые импульсы;

- импульсы, создаваемые при коммутационных операциях;

- электростатические разряды;

- шум, создаваемый в сети питания аппаратуры при работе импульсного блока питания;

- преднамеренные электромагнитные помехи, создаваемые в криминальных целях.

Если спектр сигнала меньше ширины полосы пропускания рассматриваемого приемника, то этот сигнал считается узкополосным. Примером узкополосного сигнала является синусоидальная, постоянно действующая помеха определенной частоты.

Шумовые помехи нельзя определенно описать аналитическими временными функциями. Они проявляют себя как результат многих отдельных помех.

К низкочастотным относятся помехи в диапазоне 0 - 9 кГц. В большинстве случаев они создаются силовыми электроустановками и линиями. К электромагнитным помехам низкочастотного кондуктивного происхождения относятся:

-гармоники, интергармоники напряжения электропитания;

-напряжения сигналов по системам электропитания;

-колебания, отклонения, провалы и выбросы (кратковременные перенапряжения);

-несимметрия напряжения в трехфазных системах электроснабжения;

-изменения частоты питающего напряжения;

-наведенные низкочастотные напряжения;

-постоянные составляющие в сетях электропитания переменного тока.

К низкочастотным электромагнитным помехам относятся низкочастотные магнитные и электрические поля.

Высокочастотные узкополосные помехи (с частотой выше 9 кГц) обычно создаются различными системами связи. Высокочастотными являются все распространенные типы импульсных помех. Иногда также вводят понятия радиочастотной помехи (диапазон - от 150 кГц до 1−2 ГГц) и СВЧ-помехи (порядка нескольких ГГц). К кондуктивным высокочастотным помехам относятся наведенные напряжения, быстротекущие апериодические и колебательные переходные процессы.

Излучаемые высокочастотные электромагнитные помехи – быстропеременные электромагнитные поля.

В данном стандарте установлены следующие градации интенсивности электромагнитной помехи:

А - как контролируемой, поддающейся регуляции электромагнитной обстановки,

1,2,3,4 –как естественных электромагнитных обстановок,

Х – как жесткой электромагнитной обстановки.

В качестве примера приведем в таблицах 1.1 и 1.2 уровни низкочастотных помех, обусловленных магнитными и электрическими полями, в зависимости от установленной стандартом степени интенсивности, при различных частотах.

 

Таблица 1.1

Уровни электромагнитных помех от низкочастотных магнитных полей (в А/м)

Степень интенсивности электромагнитной помехи	Частота помехи
	Постоянный ток	Частота электрической тяги	Промчастота 50 Гц	Гармоника основной частоты (0,1-3 кГц)	Частоты, не связанные с основной частотой сети
А	В соответствии с требованиями к ТС конкретного вида
1	3	3	3	3/n	0,015
2	10	3	10	10/n	0,05
3	30	10	30	30/n	0,15
4	100	30	100	100/n	0,5
Х	В соответствии с характеристиками места размещения ТС

 

Таблица 1.2

Уровни электромагнитных полей от низкочастотных электрических полей (в кВ/м), на высоте 1 м над землей

Степень интенсивности электромагнитной помехи	Источник электромагнитной помехи
	Линии постоянного тока	Линии при частоте 16 2/3 Гц	Линии при частоте 50 Гц
А	В соответствии с требованиями к ТС конкретного вида
1	0,1	0,1	≤0,1
2	1	0,3	≤1
3	10	1,0	≤10
4	20	3,0	≤20
Х	В соответствии с характеристиками места размещения ТС

 

В целях решения общих задач помехоустойчивости технических средств стандартами в области ЭМС регламентированы следующие основные виды помех:

1) Микросекундные импульсные помехи большой энергии (по ГОСТ Р 51317.4.5.), вызываемые перенапряжениями, возникающими в результате коммутационных переходных процессов и молниевых разрядов.

2) Наносекундные импульсные помехи (по ГОСТ Р 51317.4.4.), возникающие в результате коммутационных процессов (прерывания индуктивных нагрузок, размыкания контактов реле и т. п.) и воздействующие на порты электропитания и сигналов ввода/вывода.

3) Электростатические разряды (по ГОСТ Р 51317.4.2.), возникающие как при прямом воздействии от оператора, так и непрямом воздействии от оператора на расположенные вблизи технические средства, предметы и оборудование.

4) Радиочастотное электромагнитное поле в полосе частот от 80 до 1000 МГц (по ГОСТ Р 51317.4.3.), источниками которого являются портативные приемопередатчики, применяемые эксплуатационным персоналом и службами безопасности; стационарные радио- и телевизионные передатчики; радиопередатчики подвижных объектов; различные промышленные источники излучений. К числу источниковрадиочастотного электромагнитного поля также относят радиотелефоны и другие радиопередатчики, действующие на частотах от 0,8 до 3 ГГц и использующие методы модуляции с непостоянной огибающей.

5) Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями (по ГОСТ Р 51317.4.6.), вызываемые излучениями преимущественно радиопередающих устройств в полосе частот от 50 кГц до 80 МГц.

6) Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц (по ГОСТ Р 51317.4.16.), представляющие собой общие несимметричные напряжения на входные порты электропитания переменного и постоянного токов, сигнальные порты, порты управления и ввода-вывода.

7) Колебательные затухающие помехи (по ГОСТ Р 51317.4.12.) следующих видов:

а) одиночные колебательные затухающие помехи, возникающие в низковольтных силовых линиях и в линиях управления и сигнализации технических средств, получающих электропитание от низковольтных распределительных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий;

б) повторяющиеся колебательные затухающие помехи, возникающие в основном в силовых линиях и линиях управления и сигнализации на электрических подстанциях высокого(выше 35 кВ) и среднего (6-35 кВ) напряжений. Повторяющиеся колебательные затухающие помехи относят к срабатыванию одного отдельного выключателя.

8) Динамические изменения напряжения электропитания (по ГОСТ Р 51317.4.11.) следующего вида:

- провалы,

- прерывания,

- выбросы,

а также постепенные изменения напряжения электропитания.

9) Колебания напряжения электропитания (по ГОСТ Р 51317.4.14.), воздействующие на входные порты электропитания переменного тока.

10) Изменения частоты питающего напряжения (по ГОСТ Р 51317.4.28.) на входных портах электропитания переменного тока.

11) Искажения синусоидальности напряжения электропитания (по ГОСТ Р 50746.) при воздействии гармоник и интергармоник питающего напряжения.

12) Магнитное поле промышленной частоты (по ГОСТ Р 50648).

13) Импульсное магнитное поле (по ГОСТ 30336 / ГОСТ Р 50649).

14) Затухающее колебательное магнитное поле ( по ГОСТ Р 50652.).

15) Токи кратковременных синусоидальных помех частотой 50 Гц в цепях защитного и сигнального заземления (по ГОСТ Р 50746.).

16) Токи микросекундных импульсных помех в цепях защитного и сигнального заземления (по ГОСТ Р 50746.).

 

 

1.3.ИСТОЧНИКИ ПРИРОДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

 

Электромагнитные бури. Солнце, наряду с инфракрасным (тепловым), световым и ультрафиолетовым излучениями, особенно в годы «активного» солнца приблизительно одиннадцатилетнего периода, выбрасывает огромное количество электронов, протонов, нейтронов и альфа-частиц. Пролетая мимо земного шара и взаимодействуя с магнитным полем вращающейся земли, они индуктируют в земной поверхности электродвижущие силы, медленно меняющиеся во времени (порядка секунд и более). Величина ЭДС даже в периоды наиболее интенсивных электромагнитных бурь колеблется от долей до единиц вольтов на километр и в северном полушарии ориентирована на меридиональное направление.

  Атмосферное электричество. Основными экологическими источниками наиболее тяжелых и частых нарушений нормальной работы энергетических систем являются грозовые разряды. Опыт эксплуатации показывает, что в каждые 100 км линии электропередачи (ВЛ) в среднем в течение "грозового сезона" (с мая по октябрь) ударяет несколько десятков повторных разрядов молний, по большей части – отрицательной полярности. Эквивалентное сопротивление молнии в первый момент достигает многих десятков кОм, но с увеличением тока молнии и разогревом ее канала сопротивление уменьшается до сотен Ом. Кратковременное напряжение в месте удара молнии может достигать многих миллионов вольтов, что вполне достаточно для пробоя изоляции практически любой линии электропередачи, вплоть до УВН. От места удара по проводам линии распространяются волны перенапряжения. Они, дойдя до электростанции или подстанции, могут повредить изоляцию генератора, трансформатора и другого оборудования. Для защиты от прямых ударов молнии над проводами линий устанавливают тросы, а на подстанции – вертикальные молниеотводы. Для защиты от обратных перекрытий с пораженной опоры на провода необходимо каждую опору заземлить с малым (до 10 Ом или несколько больше в районах с высоким удельным сопротивлением земли) сопротивлением заземления. Для защиты оборудования подстанции применяют специальные разрядники, или ограничители перенапряжений (ОПН).

При ударе молнии возникают также индуктированные напряжения вследствие емкостных (электрическая составляющая) индуктивных (магнитная составляющая) связей между каналом молнии, и опорами и, проводами линии электропередачи (ЛЭП). Они представляют опасность для изоляции сетей среднего (6-35 кВ) и низкого напряжений, особенно для сетей промышленной энергетики.

Удары молнии могут вызвать также пожары (пожароопасных сооружений) и даже взрывы (для взрывоопасных емкостей таких, как, например, нефте- и газохранилища электростанций.

Выводы по разделу

Направление, связанное с помехоустойчивостью технических средств, занимает центральное место в обеспечении ЭМС как по важности, так и объему решаемых задач.

Электромагнитное явление или процесс естественного или искусственного происхождения, которые снижают или могут снизить качество функционирования технического средства, называют электромагнитной помехой. Электромагнитная помеха может излучаться в пространство или распространяться в проводящей среде.

Наиболее распространенной электромагнитной помехой естественного происхождения является электромагнитный импульс при ударе молнии.

  

МЕШАЮЩИЕ ВЛИЯНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

 НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

 

Исследования НИИГТ и ПЗ и анализ опыта работы показывают, что в нормальном режиме работы ВЛ сверхвысокого напряжения (СВН) и ультра- высокого напряжения (УВН) оказывают неблагоприятное воздействие на окружающее население, и особенно на обслуживающий персонал, вследствие воздействий магнитного и электрического полей, а также акустических помех.

Под действием магнитного поля затрудняется движение крови в кровеносных сосудах, что вызывает синюшность рук у монтеров, работающих на линиях сильного тока под нагрузкой. На основе многочисленных жалоб обслуживающего персонала, а также по данным исследований ВНИИОТ установлено, что длительное систематическое нахождение человека в электрическом поле с высокой напряженностью (Е = 5 кВ/м и выше при отсутствии человека) отрицательно сказывается на его самочувствии. Нормы и правила по охране труда рекомендуют временно (до дальнейшего уточнения) допустимую продолжительность систематического пребывания обслуживающего персонала в электрическом поле (табл. 2.1).

Приведенные в табл. 2.1 значения Е вычисляются или замеряются в отсутствие человека в наиболее неблагоприятном месте его возможного пребывания. Предполагается, что остальное время рабочего дня обслуживающий персонал находится в местах, где напряженность электрического поля не превышает 5 кВ/м. Кроме того, должны быть приняты меры, исключающие возможность воздействия кратковременных электрических разрядов на организм человека в рабочих условиях.

                                                                           Таблица 2.1

Выводы по разделу

Напряжения и токи в проводах линий электропередач создают электромагнитные поля в окружающем пространстве и блуждающие токи в земле. Вследствие этого могут возникнуть мешающие и даже опасные влияния на биосферу. Электромагнитные поля отрицательно воздействуют на людей и животных. Кроме того, они оказывают неблагоприятное влияние на линии связи и другие инженерные сооружения техносферы.

Влияния электрических сетей

На биологические объекты.

Гальванические влияния наблюдаются при непосредственном контакте токоведущих элементов сети высокого напряжения с проводниками. При однофазном коротком замыкании (КЗ) через заземляющее устройство подстанции может протекать ток, достигающий десятков килоамперов, а падение напряжения на сопротивлении заземления по отношению к удаленной земле может составлять несколько киловольтов. Согласно требованиям ПТЭ заземляющее устройство на подстанции устраивается в виде сетки, и на обслуживающий персонал в аварийных условиях воздействует только незначительная доля полного напряжения:

U _ш = k _ш U_R,    U _пр = k _пр U _R,                      (3.1)

где k _ш = 0,02... 0,1 и k _np = 0,02... 0,1 – коэффициенты шага и прикосновения;

U _R – напряжение на заземляющем контуре.

Кроме того, некоторую опасность может представить вынос высокого напряжения за пределы контура заземления подстанции по заземленным оболочкам кабелей связи; силовых кабелей; железнодорожным рельсам; трубопроводам и другим протяженным проводникам. В местах выхода этих проводников за пределы контура подстанции желательно иметь изоляционные стыки.

Особую опасность могут создавать провода ЛС, заходящей на подстанцию в сети с глухим заземлением нейтрали. Согласно требованиям техники безопасности все металлические корпуса аппаратуры на подстанции должны быть присоединены к заземляющему контуру этой подстанции, так как в момент КЗ напряжение на этих корпусах практически равно напряжению на заземляющем контуре, и прикосновение к ним должно быть безопасно. Провода же ЛС, заходящей на подстанцию, имеют практически нулевое напряжение по отношению к удаленной земле, и возникает опасность одновременного прикосновения к корпусу и проводу ЛС. Поэтому между всеми проводами ЛС и контуром заземления устанавливают разрядники типа РБ-280. При КЗ они срабатывают и персонал, обслуживающий узел связи на подстанции, находится в безопасности. Однако при этом возникает возможность выноса высокого напряжения с заземляющего контура через разрядники по проводам ЛС на значительное расстояние за пределы контура. Это напряжение может оказаться опасным для обслуживающего персонала соседнего узла связи или абонента.

Главным источником опасности для человека, находящегося вблизи действующей электроустановки, является ток, который протекает через тело человека при соприкосновении с частями электроустановки, находящимися под различными потенциалами. Этот ток зависит от разности потенциалов, мощности источника и сопротивления тела человека.

Для защиты персонала от появления опасных потенциалов на металлических электроустановках (опорах, корпусах трансформаторов, аппаратах и электрических машинах и т. п.) применяют защитное заземление. Однако заземление металлических конструкций само по себе ещё не исключает возможности поражения персонала. При однополюсных замыканиях на землю, вызванных перекрытием либо пробоем изоляции в сети, через заземляющие устройства протекает аварийный ток. Между любыми двумя точками земли на участке растекания тока существует разность потенциалов. Поэтому человек, идущий по этому участку, подвергается воздействию так называемого напряжения шага. Напряжение шага U _ш уменьшается при удалении человека от заземления.

Напряжением прикосновения U _пр называется напряжение между двумя точками, которых одновременно касается человек (рис. 2.3).

В первом приближении, если пренебречь влиянием прикосновения человека на ток через заземляющее устройство, то напряжения прикосновения U _пр и шага U _ш можно определить по эквивалентным схемам, где роль эквивалентных ЭДС Е _пр и Е _ш играют разности потенциалов между точками прикосновения человека (когда отсутствует шунтирующее влияние сопротивления его тела,        R _т »1000 Ом). Падения напряжений U _пр и U _ш на R _т определяются без учета взаимного экранирования ступней, что даёт некоторое завышение опасности воздействия. Ступни заменяются круглыми металлическими пластинами радиусом r_ст = 8 см, находящимися на грунте.

Снижения напряжений прикосновения U _пр и шага U _ш до безопасной величины могут быть обеспечены путем уменьшения Е _пр и Е _ш либо увеличением сопротивления ступни R _ст.

U пр

U ш

U з

0,8м

r

 

Рис. 2.3. Напряжения прикосновения и шага

 

Снижения Е _пр и Е _ш достигаются путем уменьшения сопротивления заземления R _з, которое, как уже отмечалось, определяется эквивалентным сопротивлением грунта r_з  и конструкцией заземлителя.

Уменьшение сопротивления заземления связано с увеличением количества горизонтальных и вертикальных металлических элементов, закладываемых в грунт. Целесообразно располагать эти элементы в виде сетки со стороной ячейки порядка нескольких метров, что улучшает распределение потенциала точек на поверхности земли и тем самым существенно снижает Е _пр и Е _ш.

 

Дополнительно снижает опасность поражения персонала также укладка в местах установки оборудования выравнивающих проводников в виде частой сетки, присоединенной к основному контуру заземления. В таких местах следует посыпать площадку электроустановки плохопроводящим покрытием (слоями щебня, щебня с асфальтом и т. д.), что способствует увеличению r_зп и уменьшению прохождения тока через тело человека.

В соответствии с ПУЭ электробезопасность обслуживающего персонала может быть обеспечена исходя из требований к сопротивлению заземления электроустановки либо к напряжению прикосновения (с ограничением напряжения на заземляющем устройстве). Эти требования различны для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, а также зависят от способа заземления нейтрали.

Сопротивление заземляющего устройства, выполненного с учетом требований ГОСТа, в любое время года не должно превышать значений, указанных в табл. 2.3.

С целью выравнивания потенциала на территории подстанции и снижения U _пр вдоль осей оборудования (со стороны его обслуживания) должны прокладываться продольные заземлители на глубине 0,5 … 0,7 м и на расстоянии 0,8 … 1,0 м от фундамента оборудования. Поперечные заземлители должны прокладываться на той же глубине, причем расстояния между ними для снижения U _ш увеличивают от периферии к центру заземляющего устройства.

                                                                                                 Таблица 2.3

Выводы по разделу

В соответствии с ПУЭ электробезопасность обслуживающего персонала может быть обеспечена исходя из требований к сопротивлению заземления электроустановки либо к напряжению прикосновения. Эти требования различны для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, а также зависят от способа заземления нейтрали.

 

Раздел 4. Мешающее влияние

МЕШАЮЩИЕ ВЛИЯНИЯ ТОКОВ

ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Под мешающим влиянием будем понимать помехи, которые создаются сетями высокого напряжения в условиях длительного (нормального) режима их работы. Они не создают непосредственной опасности для сооружений техносферы, однако ухудшают качество, снижают надежность или создают затруднения для нормального функционирования связи, телевидения. Помехи не представляют опасности и для биосферы, в то же время они вызывают неприятные ощущения, ухудшают самочувствие, за­трудняют нормальный жизненный или трудовой цикл людей. Сети высокого напряжения индуктируют токи и напряжения промышленной частоты 50 Гц, а также звуковых частот – высших гармоник (150—5000 Гц) и высокой частоты (20 кГц и более).

В кабельных линиях связи функционируют многочисленные высокочастотные каналы связи. Вследствие сильного затухания высокочастотных каналов, через каждые 5–15 км приходится устраивать неуправляемые усилительные пункты (НУП). На воздушных линиях связи одновременно с телефонной связью по схеме «провод – провод» широко применяется для телеграфа схема «два провода – земля» (ДПЗ). При этом удается значительно уменьшить мешающее влияние телеграфа на телефонные каналы. Магнитное поле, образованное рабочими токами 50 Гц ВЛ, обусловливает мешающее влияние на электрические цепи, в которых земля используется в качестве обратного провода. К их числу относятся цепи дистанционного питания, телеуправления и телесигнализации, а также низкочастотный телеграф, работающий по схеме ДПЗ.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

 

Огромное народно-хозяйственное значение имеет электрохимическая коррозия подземных сооружений электроэнергетики. Электрическое поле блуждающих токов в земле инициирует протекание уравнительных токов в подземных металлических устройствах (заземляющих устройствах электростанций, подстанций и опор линий электропередачи; оболочках подземных кабелей трубопроводов, железнодорожных рельсах и т. д.). Электрохимическое разрушение металла происходит в местах выхода ионов из металла в окружающую среду (местном – язвенная коррозия, или общем – сравнительно равномерный переход частиц металла в окружающую почву). При нормальном симметричном режиме работы трехфазной линии электропередачи в земле протекает лишь незначительный уравнительный ток промышленной частоты нулевой последовательности. В несимметричном режиме работы трехфазной линии в земле протекает переменный ток промышленной частоты. Вследствие влияния поверхностного эффекта, этот ток концентрируется вблизи поверхности земли и в основном под проводами линий в пределах полосы с шириной, приблизительно равной

,                                  (4.1)

где – удельное сопротивление земли (Ом·м); f - частота (Гц).