Защитные заземления предотвращают возможность попадания человека
под напряжение (поражение током), что возможно в случае повреждения
изоляции электрического оборудования или соприкосновения с
оборванными проводами. Эти заземленияодно
из важнейших средств обеспечения безопасности
людей, которые при проведении работ могут случайно оказаться в
опасной зоне.
Защитному заземлению подлежат все металлические наружные части и
каркасы электротехнического оборудования, расположенного на
территории подстанций, опоры контактной сети, металлические
сооружения на железнодорожных линиях (например, мосты, путепроводы,
светофоры).
В нормальных условиях работы доступные людям части этих устройств
под напряжением не находятся. В случае нарушения изоляции
электротехнического устройства внешние металлические части его
оказываются под напряжением источника питания U (рис. 145, а). При
отсутствии защитного заземления может произойти поражение током
человека, попавшего под напряжение в момент прикосновения к
поврежденной установке - так называемое напряжение прикосновения
Unp. Поражение током может произойти и в случае передвижения вблизи
опасной зоны: на человека действует так называемое шаговое
напряжение Um.
Когда напряжение попадает на наружные металлические части установки,
по ним проходит ток, стекающий далее в землю. Площадь сечения
массива земли, по которому идет ток, быстро увеличивается по мере
удаления от места повреждения, а плотность тока резко падает.
Вследствие этого падение напряжения и уменьшается в соответствии с
кривой, изображенной на рис. 145, а; на определенном расстоянии (в
точке В) оно не обнаруживается сколько-нибудь ощутимо.
Защитное заземление позволяет снизить до безопасного значения
шаговое напряжение и напряжение прикосновения. При этом нормируется
напряжение прикосновения, приложенное между рукой и ногами человека.
Его допустимое значение существенно меньше, так как в этом случае
ток протекает через область сердца.
На человека, коснувшегося незазем-ленной поврежденной установки,
действует напряжение U"p, равное разности ординат АА' и XX'. В
случае прикосновения к заземленному оборудованию это напряжение
значительно меньше: оно равно разности ординат аа' и хх' (рис. 145,
б), поскольку установка находится под напряжением (У3<С U. Значение
U3 тем меньше, чем меньше сопротивление устройства заземления.
Устройства заземления, или зазем-лители, служат для создания
надежного пути тока с металлических наружных частей оборудования на
землю в случае попадания их под напряжение. Главной частью
заземляющего устройства является искусственный заземлитель,
выполненный из проводника, обычно стального. По возможности
используют и естественные заземлители - рельсы, водопроводные и
металлические коммуникации и т. д.
Устройства заземления различаются в зависимости от объекта защиты (подстанции
или сооружения на железнодорожных линиях), а также от рода тока -
постоянный или переменный.
Рис. 145. Распределение
напряжения вблизи места короткого замыкания при отсутствии (а) и
наличии (б) заземлителя
В качестве заземлителей на подстанциях переменного тока
используют: искусственный заземлитель, называемый иначе контуром
заземления подстанции, охватывающий практически всю территорию
тяговой подстанции; рельсы подъездных либо главных путей станции или
перегона, проходящие вблизи нее; другие металлические коммуникации.
Контур заземления подстанции выполняют в виде сетки из стальных
полос или круглой стали и размещают недалеко от поверхности земли.
При больших удельных сопротивлениях земли (песок) сетку дополняют
специальными вертикальными элементами в виде труб или уголков длиной
3-5 м, привариваемых к ней по периметру. Если же и при этом не
обеспечивается нормируемое значение напряжения прикосновения [t/np],
сооружают выносные заземлители в виде вводимых глубоко в землю труб
или же применяют на подстанции плохо проводящие искусственные
покрытия (щебень, галька). Присоединения заземляющих проводников к
оборудованию выполняются видимыми, преимущественно сварными или
болтовыми. Каждый заземляющий элемент присоединяют к контуру
заземления подстанции отдельным проводом.
Защитное заземление подстанции переменного тока одновременно
является и рабочим, т. е. используется при нормальной эксплуатации
оборудования. Примером рабочего заземления является преднамеренное
соединение с землей нейтралей трансформаторов, что позволяет снизить
уровень сопротивления изоляции силовых трансформаторов и сделать их
более дешевыми. Заземления тяговых подстанций постоянного тока
выполняют аналогично с той лишь разницей, что заземляющее устройство
не используется в качестве рабочего, так как в этом случае ток,
стекающий
с контура заземления подстанций, будет вызывать его интенсивную
коррозию. Аварийное подсоединение контура осуществляется в момент
короткого замыкания в цепях 3 кВ выпрямленного тока через
специальное реле земляной защиты.
Оборудование, расположенное в закрытой части подстанции постоянного
тока, заземляют на два отдельных контура - переменного и постоянного
тока. Эти контуры соединены с контуром заземления открытой
территории подстанции.
Заземлителями опор контактной сети и других металлических сооружений
на железнодорожных путях служат рельсы.
Заземления опор контактной сети могут быть индивидуальными и
групповыми. Индивидуальные заземления выполняют из стального
провода. Групповые заземления выполняют общим тросом для нескольких
опор, расположенных на перегонах, установленных на пассажирских
платформах или за ними, в горловинах станций и у воздушных
промежутков, в зоне секционных разъединителей с моторными приводами
дистанционного управления. Заземляющий провод присоединяют к рельсу
или средней точке дроссель-трансформатора.
В наиболее ответственных случаях для большей надежности
устанавливают двойные заземления. Двойным заземлением присоединяют к
тяговым рельсам опоры контактной сети, расположенные у посадочных
платформ, мест посадки и высадки пассажиров, где не имеется
посадочных платформ, переездов и переходов, мест систематической
погрузки и выгрузки грузов. Двойным заземлением также соединяют с
рельсом опоры с разрядниками, секционными разъединителями, провода
групповых заземлений, металлические мосты,
путепроводы, пешеходные и сигнальные мостики независимо от места их
расположения.
Если не принять соответствующих мер, то заземляющие провода будут
способствовать прохождению тягового тока из рельсов в землю, т. е.
образованию блуждающих токов (см. с. 205). Чтобы избежать этого,
заземляющие провода покрывают лаком. Между опорой и рельсом их
прокладывают на полушпалах. Кроме того, в необходимых случаях для
предотвращения электрокоррозии фундаментов опор в заземляющие
провода включают так называемые искровые промежутки.
Нормально искровой промежуток электрически изолирует опору от
рельсов. Он выполнен из двух-трех изолирующих слюдяных прокладок,
размещаемых между двумя электродами, из которых один соединен с
заземляющим проводом, другой - с заземляемой конструкцией. Пробивное
напряжение искрового промежутка должно быть 800- 1200 В. Если
произойдет перекрытие изолятора контактной сети, его пробой или
случайное соприкосновение токо-ведущих частей контактной сети и
металлической конструкции, напряжение на электродах искрового
промежутка возрастет, он пробьется и конструкция заземлится на рельс.
В результате сопротивление в цепи короткого замыкания контактной
сети резко снизится, ток возрастет и на тяговой подстанции сработает
соответствующая защита, отключив поврежденный участок контактной
сети.
Обычно применяют искровые промежутки многократного действия.
Устанавливают их на опорах и других конструкциях, подлежащих
заземлению. Выбор места для них определяется сопротивлением
заземления опор, значением положительного потенциала в зоне между
рельсом и землей там, где нахо-
дится опора. Искровые промежутки не устанавливают на опорах, на
которых расположены приводы секционных разъединителей, а также на
опорах, находящихся в общедоступных местах (пассажирские платформы и
др.).
Чтобы предотвратить возникновение блуждающих токов в случае
применения групповых заземлений, созданы специальные защиты. В
нормальном режиме при таких защитах групповые заземлители отключены
от рельсовой сети и, следовательно, цепь опора - рельс разорвана.
