Особенности проектирования заземления на электрифицированной железной дороге

Пристальное внимание к проблемам экологии в последнее время стало мощным стимулом для развития железнодорожных перевозок. Ведь теперь важно не только как был произведен продукт, но и насколько экологично его доставили. В железнодорожной отрасли электрическая тяга — обычное дело на протяжении почти 100 лет. Здесь открываются большие перспективы для использования территории России под транзитные коридоры, но для этого потребуется электрифицировать существующие, либо построить новые электрифицированные железные дороги в районах со сложными климатическими условиями.

С другой стороны, все большее распространение в нашей стране приобретают внутригородские железные дороги. Для создания такого вида транспорта приходится решать задачу электрификации стальных магистралей, проходящих в густонаселенных районах города, вблизи объектов инфраструктуры.

Перечисленные обстоятельства указывают на то, что задача проектирование заземления на электрифицированных железных дорогах в наше время становится все более и более сложной.

Основные нормативные документы

Далеко не все положения ПУЭ и ГОСТ, разработанных для общих случаев организации заземления, применимы на железной дороге. В частности, это отражено в преамбуле к ГОСТ 12.1.030-81 "Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление", где четко указано - данный стандарт на электрифицированный транспорт не распространяется. Также не распространяется на объекты железнодорожного транспорта и ГОСТ Р 58882-2020, регламентирующий параметры заземлителей и систем уравнивания потенциалов.

Список нормативных документов, регламентирующих организацию заземления для элементов железнодорожной инфраструктуры, приведен здесь.

Из перечисленных документов наиболее важным для проектирования является «Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. ЦЭ-191». Она утверждена МПС РФ от 10.06.93 г. По ссылке можно прочесть основные положения данного документа. Главная проблема этих норм — они были приняты во времена, когда железные дороги страны управлялись Министерством путей сообщения (МПС). Наиболее яркий пример — п. 2.1.9 Инструкции: «Допускаются и другие разрешенные МПС способы, обеспечивающие сопротивление рельсового стыка на участках постоянного тока не более сопротивления 3 м целого рельса...» Встает вопрос — кто является правопреемником МПС в данном случае — Министерство транспорта РФ или же ОАО «РЖД»? Т.е. кто теперь должен давать разрешение на применение тех или иных способов электрического соединения тяговых рельсовых нитей?

Следует отметить, что, хотя в целом ЦЭ-191 не противоречит требованиям ПУЭ-7 (к слову, на момент создания данной инструкции действовал еще предыдущий вариант ПУЭ), тем не менее, специфика железнодорожного транспорта определяет и некоторые противоречия между документами. Например, п. 1.7.82 ПУЭ-7 предписывает подключать металлические оболочки телекоммуникационных кабелей к общему контуру выравнивания потенциалов, а п. 3.1.10 ЦЭ-191 не допускает этого для тяговых подстанций.

Инструкция ЦЭ-191 относительно ПУЭ-7 содержит немало дополнительных требований. Например, для тяговых подстанций постоянного тока вводятся два контура заземления - на магистраль заземления и на естественный заземлитель. В п.п. 3.1.7 и 3.1.8 Инструкции четко описывается, к какому контуру заземления должны подключаться какие приборы и элементы оборудования. В ПУЭ-7 такой детализации нет, в связи с тем, что напряжение постоянного тока 3,3 кВ в “обычной” электроэнергетике за пределами электротранспорта практически не используется.

Внедрение на железных дорогах современных цифровых систем автоматизации, а также волоконно-оптических кабелей для связи потребовало создание новых норм по защите оборудования от ударов молнии и, что характерно только для электрифицированных железных дорог, коммутационных перенапряжений. Поэтому в 2019 г. вступил в действие ГОСТ Р 58232-2018 «Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования». Согласно к Примечанию к разделу 6.4. данного ГОСТ, его положения в части общих требований к заземлению для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений не распространяются на тяговые подстанции. Но действие данного примечание распространяется только на указанный раздел, например, в разделе 6.8 о тяговых подстанциях есть множество упоминаний.

Поскольку статус ГОСТ выше, чем у ведомственной инструкции, порядок применения обоих документов представляется следующим. Если заземление предназначено для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений, то следует руководствоваться требованиям ГОСТ Р 58232-2018. В остальных случаях следует придерживаться требований ЦЭ-191. Также на ЦЭ-191 следует ориентироваться, если конкретные элементы железнодорожной инфраструктуры в ГОСТ Р 58232-2018 не указаны.

Специфика железнодорожного транспорта

Проектирование заземления на объектах железнодорожного транспорта осуществляется по особым нормам, нередко отличающимся от принятых для большинства других видов объектов.

Наиболее яркий пример - электроснабжение по схеме “два провода - рельс”, часто применяемого для нетяговых потребителей. На подстанцию при этом поступает напряжение 27,5 кВ, а в ряде случаев - 35 кВ. Заземление при данном способе регламентируется в ЦЭ-191, п. 3.10. КТП заземляется на рельсы, при этом создается дополнительный выравнивающий контур заземления, сопротивление которого не нормируется. Для КТП мощностью до 25 кВА допускается заземление не на рельсы, а на самостоятельный контур заземления, выполненный как выравнивающий. Нормы ЦЭ-191 предписывают, что сопротивление такого контура не должно превышать 5 Ом. Это отличается от норм ПУЭ-7, где сопротивление заземления КТП (для 6-10/0,4 кВ) в данном случае, как правило, должно составлять не более 4 Ом.

В ряде случаев дополнительно может организован выносной заземлитель, располагаемый на расстоянии не менее 20 м. Он обеспечивает заземление нейтрали трехфазной сети 0,4 кВ, идущей к потребителям. Выносной заземлитель обязателен, если потребители осуществляют зануление на нейтраль. Между основным и выносным заземлителем включается искровой разрядник. Но данный вариант организации заземления не описан в ПУЭ-7 и ГОСТ Р 58882-2020. Для его реализации необходимо обладать знаниями и опытом именно в проектировании заземлений для железнодорожного транспорта.

Возможные проблемы при проектировании

Наличие нескольких документов, регламентирующих организацию заземления на железной дороге, моральное устаревание некоторых из них, а также наличие противоречий в различных документах могут приводить к трудностям при проектировании. Приведем некоторые примеры таких проблем.

Важная особенность организации заземления на железной дороге - использование для этой цели рельсов. В некоторых случаях такой способ организации заземления предпочтителен, в других - он является обязательным.

Согласно п. 2.1.3 Инструкции ЦЭ-191, конструкции железной дороги, вне зависимости от их предназначения, делятся на две зоны, в зависимости от расположения относительно крайнего провода. В зоне А должны заземляться на рельсы все металлические элементы конструкции.

Зоны заземления одиночных объектов, не связанных с тяговым электроснабжением (а) и график определения высоты расположения незаземляемых металлических объектов

П. 2.3.15 Инструкции рекомендует размещать оборудование, не связанное непосредственно с электроснабжением поездов, в зоне Б, что исключает необходимость заземления металлических частей на рельсы. Надо отметить, что в современных условиях, особенно при электрификации железной дороги, проходящей по плотной городской застройке, эту рекомендацию не всегда возможно соблюсти. При этом речь идет только о рекомендации, прямого запрета размещать, например, аппаратуру связи в зоне A, Инструкция не содержит.

Согласно п. 6.4.4 ГОСТ P 58232-2018 заземляющие устройства двух или более расположенных рядом зданий или сооружений, если через них проходят электрические кабели напряжением до 1 кВ, должны соединяться, если выполняется следующее условие. Для обычных железных дорог — расстояние менее 40 м. Для высокоскоростных железных дорог — расстояние менее суммы диагоналей зданий или сооружений, умноженной на 2,5.

Особенности проектирования заземления на электрифицированной железной дороге

При этом ГОСТ P 58232-2018 не содержит четкого определения, что такое «высокоскоростная железная дорога». Как, впрочем, нет такого определения пока и в иных официальных документах в нашей стране. Если брать международное определение, то таких дорог в России пока нет и в ближайшие несколько лет не предвидится. В бытовом смысле устоялось представление, что высокоскоростная железная дорога позволяет двигаться по ней определенным типам поездов («Сапсан», «Стриж», «Ласточка») на скоростях, значительно больших обычных. То есть речь может идти о железных дорогах Москва - Санкт-Петербург и Москва - Нижний Новгород. При этом из смысла положений ГОСТ P 58232-2018 можно сделать вывод, что для разработчиков документа разница между обычной и высокоскоростной железной дорогой лежит в области насыщенности инфраструктуры магистрали современными электронными, особенно цифровыми, средствами автоматизации.

К противоречиям, затрудняющим проектирование, можно отнести и такое. В п. 6.8 ГОСТ P 58232-2018 приводятся правила заземления трансформаторных подстанций и систем энергоснабжения, в том числе с упоминанием тяговых подстанций. Эти правила отличаются от ЦЭ-191. Учитывая, что в ЦЭ-191 взят более широкий круг функций заземления (а не только защита от атмосферных явлений и коммутационных перенапряжений), использовать только нормы раздела 6.8 ГОСТ P 58232-2018 не представляется возможным. Ведь обычно применяется единый контур заземления как для защиты от импульсных перенапряжений, так и для целей защиты персонала.

Выводы

Итак, перечислим основные проблемы, которые были рассмотрены в статье.

Железнодорожный транспорт - очень специфичная сфера деятельности. Не зря железные дороги иногда называют “государством в государстве”. Соответственно, если проектировщик хорошо освоил расчет заземления для других типов объектов, при создании проекта для железной дороги ему придется пополнить свои знания. Также крайне желательно иметь опыт проектирования заземления применительно к железной дороге.
Действующий ГОСТ на организацию заземления не распространяется на электротранспорт, а ПУЭ-7 не содержит множество важных деталей, специфичных для железной дороги.
В распоряжении проектировщиков есть два основных документа — морально устаревшая инструкция ЦЭ-191 и современный ГОСТ P 58232-2018, где рассматриваются только две функции заземления. Между этими документами имеются противоречия, разобраться в которых могут только опытные специалисты.
ГОСТ P 58232-2018 неоднократно отсылает к понятию «высокоскоростная железная дорога», которое пока никак не определено официально в Российской Федерации.

Но с этими проблемами вполне реально справиться. Обратитесь в технический центр ZANDZ.com, и вам там бесплатно сделают расчет заземления с учетом как нормативной базы, так и богатого опыта специалистов центра.

Смотрите также: