Заземление объектов железнодорожной инфраструктуры

Как и любые другие объекты, строения и конструкции железнодорожной инфраструктуры могут быть подвержены воздействиям атмосферных перенапряжений. Прямое попадание молнии приводит к механическим разрушениям, возгораниям, взрывам. Протекая вблизи строений, ток молнии создает электромагнитное поле, вызывая сбой в работе внутренних систем и создавая опасность поражения персонала электрическим током. Электробезопасность на железнодорожном транспорте обеспечивается комплексной молниезащитой объектов. Включает защиту от первичных воздействий ударов молнии и от электромагнитного импульса. В основе защитных мероприятий лежит защитное заземление, состоящее в отводе тока, поступающего на корпус, по заземляющей части с целью снижения напряжения прикосновения до безопасной величины.

Нормативное регулирование электробезопасности на железнодорожном транспорте

Обеспечение электробезопасности объектов железнодорожного транспорта регламентируется требованиями и нормами Федеральных законов, Постановлений Правительства Российской Федерации, нормативно-технических документов ОАО «РЖД» и других отраслей относительно защиты от перенапряжений зданий, сооружений и технических средств. Зарубежная нормативная база представлена стандартами Международной электротехнической комиссии (МЭК), межгосударственными и национальными стандартами, корпоративными документами ведущих зарубежных фирм, которые конкретизируют требования стандартов МЭК применительно к специфике железнодорожного транспорта. К основным нормативным актам по молниезащите объектов железнодорожной инфраструктуры относят:

ГОСТ Р МЭК 60050-195-2005. Заземление и защита от поражения электрическим током. Термины и определения.
ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы.
ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска.
ГОСТ Р МЭК 62305-3-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 3. Физическое повреждение зданий (сооружений) и виды опасности для жизни людей.
ГОСТ Р 50571.3-2009. Электроустановки зданий. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.
ГОСТ Р 50571.5.54-2011. Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и проводники уравнивания потенциалов.
ГОСТ 12.1.030-81 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.
ГОСТ 2990-78 Кабели, провода и шнуры. Методы испытания напряжением.
ГОСТ Р 53685-2009. Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения.
Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Характеристики импульсных воздействий на системы ЖАТ. Временные нормы. Утверждены ЦШ 22.03. 2007 г.
Защита кабелей от ударов молнии железнодорожных кабельных линий связи. Методические указания. И 84-77.С-Пб,ГТСС,1977 г.
Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. Утверждена МПС РФ от 10.06.93 г. ЦЭ-191.
Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. Ведомственные строительные нормы. РД 34.21.122-87.
Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО 153-34.21.122-2003.
Методические указания по защите от перенапряжений устройств автоблокировки и электрической централизации, И-247-97, ГТСС, 1999 г.
Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок. РД 153-34.0-20.525-00. РАО "ЕЭС России".
МЭК 62305 (Ч. 1-5). Защита от молнии
Нормы устройства сетей заземления. 2002.
Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утверждены Минэнерго России 13.01.2003 г.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое.
Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. Утверждены 11.12.2001 г. ЦЭ-868.
Руководство по защите оптических кабелей связи от ударов молнии, 1996 г.
Свод правил СП 153.13130.2013 «Инфраструктура железнодорожного транспорта. Требования пожарной безопасности». Введен 1 января 2013 г.
Федеральный закон РФ N 384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений.
Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ. О техническом регулировании.

Требования отраслевых документов, государственных и межгосударственных стандартов прямого влияния на регулирование защиты от перенапряжений объектов железнодорожного транспорта не оказывают, так как носят рекомендательный характер.

Общие требования по заземлению на железнодорожном транспорте

В целях обеспечения электробезопасности на сети железных дорог, защитное заземление должно выполняться на всех доступных для прикосновения пользователем металлических частях конструкций и устройств. Сопротивление защитного заземления не должно превышать значений, нормируемых для данного типа электроустановок. Так, сопротивление заземления контура заземления тяговых подстанций постоянного тока должно быть не более 0,5 Ом. Сопротивление контура заземления КТП питания нетяговых потребителей по схеме ДРП должно быть не более 5 Ом, а КТП, питаемых от линий продольного электроснабжения, проложенных по опорам контактной сети не более 4 Ом. Собственное сопротивление заземлителей не подлежит нормированию в случаях, когда с помощью использования контуров и выравнивающих сеток на заземленных объектах достигаются допустимые значения напряжения прикосновения см. п. 3.5, п. 3.6, п. 4.4 «Норм устройства сетей заземления».

Заземление необходимо выполнять способом, при котором отключается режим короткого замыкания, с обязательным соблюдением нормируемых значений напряжения на заземляемых электроустановках для соответствующей продолжительности срабатывания защиты см. п. 3.2, 4.2 «Норм устройства сетей заземления».

В обычном режиме допускается создавать разрыв в цепи заземления посредством включения в нее защитных устройств, при условии обеспечения ими замыкания цепи, в случае возникновения опасных напряжений на объектах защиты. Значение напряжения, при котором сработает защитное устройство, должно быть не более 1200 В.

Для защиты от перенапряжений объектов на участках переменного тока, выполняют заземление двумя глухими проводниками, на участках постоянного тока - используют диодные заземлители. Выбор схемы заземления объектов железнодорожной инфраструктуры следует делать исходя из данных таблицы 2.4 Инструкции ЦЭ-191 от 10.06.93 г.

Глухое	Глухое с дополнительной изоляцией от земли	Через защитное устройство	Комбинированное с нейтральной вставкой	Комбинированное с дополнительной изоляцией между конструкциями	Без заземления на рельсовую сеть
I	II	III	IV	V	VI
R_з>=R_норм	R_з>R_норм				По особым условиям
Условие применения
Глухое заземление обязательно		Глухое заземление не обязательно		Глухое заземление конструкции А обязательно

Электрические схемы замещения для различных видов заземления на рельсовую сеть

Преимущественным с точки зрения электробезопасности и надежности защиты от токов короткого замыкания является выполнение глухого заземления. Поэтому при молниезащите объектов первоначально оценивают возможность его организации с соблюдением требований СЦБ и защиты от электрокоррозии.

Объекты железнодорожной инфраструктуры, подлежащие заземлению

Согласно требованиям Инструкции ЦЭ-191 от 10.06.93 г. заземлению подлежат следующие объекты железнодорожной инфраструктуры:

Тяговые подстанции.
Опоры контактной сети.
Опоры питающих и отсасывающих линий.
Опоры с разрядниками и секционными разъединителями контактной сети.
Посты секционирования и пунктов параллельного соединения контактной сети.
Пункты группировки переключателей контактной сети станций стыкования.
Автотрансформаторные пункты системы электроснабжения 2 х 25 кВ.
Отсасывающие трансформаторы и обратных проводов.
Установки компенсации реактивной мощности.
Комплектные трансформаторные подстанции, питаемые по системе ДПР.
Комплектные трансформаторных подстанции, питаемые от ВЛ 6 (10) кВ, проложенные по опорам контактной сети.
Пункты подготовки пассажирских поездов с электрическим отоплением.
Напольные устройства СЦБ.
Мосты и путепроводы.
Тоннели.
Волноводы и линии связи, проложенные по опорам контактной сети.
Протяженные воздухопроводы систем пневмоочистки стрелок и пневмопочты.
Отдельно стоящие объекты вблизи электрифицированных путей.
Передвижные тяговые подстанции.
Светильники, прожекторные мачты, ВЛ электроснабжения и линии освещения, проложенные по опорам контактной сети, отдельно стоящих опор освещения.

Рассмотрим подробнее особенности заземления некоторых из перечисленных объектов.

Заземление тяговых подстанций

Защитное заземление тяговых подстанций выполняется с использованием шины заземления, к которой присоединяют распределительные устройства внутренних установок, электрооборудование закрытых распределительных устройств. Шину заземления не менее чем в двух местах соединяют с контуром заземления. К нему же монтируют и распределительные устройства наружных установок и конструкции открытых распределительных устройств.
Электроустановки распределительных устройств заземляют внутренним контуром заземления, соединяя его в двух местах с внешним контуром (заземлителем) таким образом, чтобы обеспечить отсутствие постоянного электрического соединения с шиной отрицательной полярности, отсасывающей линией и рельсами подъездного пути подстанции.

Сопротивление заземления внешнего контура тяговых подстанций постоянного тока не должно превышать 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей. Контур заземления тяговых подстанций переменного тока выполняют как выравнивающий, его собственное сопротивление не нормируют. Все металлические корпуса оборудования, конструкции, расположенные на тяговых подстанциях переменного тока заземляют присоединяя их к искусственному заземлителю (контуру заземления).

Напряжение на контуре заземления по отношению к удаленной земле при стекании с него тока замыкания на землю в соответствии с требованиями ПУЭ не должно превышать 10 кВ. При напряжении на контуре свыше 5 кВ должны предусматриваться меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телеуправления. Перечень оборудования и конструкций тяговых подстанциях постоянного тока, подлежащих заземлению на внутренний и внешний контуры заземления, приведен в п. 3.1.7 Инструкции ЦЭ-191 от 10.06.93 г.

Заземление опор контактной сети

Защитное заземление опор контактной сети выполняется индивидуальным или групповым присоединением заземляющих спусков к тяговой рельсовой сети. На участках постоянного тока максимальная длина провода группового заземления не должна превышать при Т-образной схеме подключения 1200 м (2 х 600) для железобетонных и 600 м (2 х 300) для металлических опор, а при Г-образной схеме - соответственно 600 и 300 м.

При переменном токе максимальная длина провода группового заземления независимо от типа опор для Т-образной схемы составляет 400 м (2 х 200), для Г-образной схемы - 200 м. Для групп чередующихся металлических и железобетонных опор наибольшую длину провода группового заземления определяют как для металлических опор. Заземление опор контактной сети на электрифицированных участках переменного тока выполняют наглухо или через искровые промежутки согласно п. 3.2.5 Инструкции ЦЭ-191 от 10.06.93 г.

На участках постоянного тока при заземлении опор устанавливают искровые промежутки, диодные заземлители или диодно-искровые заземлители согласно п. 3.2.6 Инструкции ЦЭ-191 от 10.06.93 г.

Места присоединения спусков групповых заземлений с диодными и диодно-искровыми заземлителями к рельсам должны быть удалены от мест присоединения к рельсам разрядников контактной сети не менее чем на 100 м.

Заземление мостов и путепроводов

Металлические мосты, путепроводы, пешеходные мосты, металлические конструкции железобетонных мостов и путепроводов, на которых крепится контактная подвеска, усиливающие и отсасывающие провода, провода ВЛ напряжением выше 1000 В, должны быть заземлены на тяговую рельсовую сеть посредством соединения с ней ферм моста или деталей крепления контактной подвески.

Металлические части мостов (металлических и железобетонных) и других искусственных сооружений заземляют двумя заземляющими спусками на тяговую рельсовую сеть. При постоянном токе в цепь заземления включают диодно-искровой заземлитель, при переменном - два искровых промежутка по одному в каждом спуске. Металлические и железобетонные опоры, установленные на мостах, а также конструкции крепления контактной сети должны быть соединены наглухо с конструкцией металлического моста или с цепью заземления железобетонного моста.

Защита от первичных воздействий ударов молнии

В целях нахождения оптимального решения по организации молниезащитной системы, методы защиты от молнии объектов железнодорожной инфраструктуры необходимо выбирать ещё на стадии их проектирования.

Надёжная молниезащита объекта обеспечивается при условии организации защитного заземления для всего здания или сооружения, учитывая все относящиеся к нему конструкции.

Любая неизолированная система защиты от молнии должна иметь не менее двух токоотводов, равномерно расположенных по периметру сооружения, для прохождения тока молнии от молниеприемников к заземлителям. Для эффективной молниезащиты прямолинейно проложенные токоотводы должны быть минимальной длины.

Элементы строений, отвечающие требованиям Инструкции СО 153-34.21.122-2003, используют в качестве естественных токоотводов.

Искусственное заземление объектов выполняют при помощи заземляющих электродов с использованием различных типов их расположения. Тип конфигурации А подразумевает, присоединение к каждому токоотводу горизонтальных или вертикальных электродов.

В состав конфигурации типа Б входит заземляющий проводник фундамента или расположенный снаружи сооружения кольцевой контур, контактирующий с землей практически по всей своей длине. Рекомендуется к использованию при заземлении конструкций и сооружений электросвязи, железнодорожной автоматики и телемеханики с обеспечением глубины закладки не меньше 0,5 м при расположении на расстоянии 1 м от внешних стен. В точках примыкания к кольцевому проводнику токоотводов через равные промежутки монтируют дополнительные заземляющие электроды.

Любые металлические конструкции, расположенные под землей, а так же соединенная между собой железобетонная арматура, могут быть использованы в качестве заземляющих электродов, при условии непрерывности протекания по ним электрического тока и наличия возможности измерения их сопротивления его растеканию.
Стандартом МЭК 62305 определены минимально допустимые размеры и сечение заземляющих проводников, изготовленных из наиболее распространенных материалов исходя из коррозионной и механической стойкости.

Молниезащитный контур в соответствии с МЭК 62305-3 должен иметь сопротивление менее 10 Ом. Защитное заземление узлов электросвязи и зданий постов ЭЦ чаще всего требует более низкое значение сопротивления, поэтому может использоваться и в качестве заземления для молниезащиты.

Для эффективной молниезащиты объектов железнодорожной инфраструктуры заземляющие устройства зданий и сооружений должны совмещаться с защитным заземлением относящихся к ним средств электросвязи, электроустановок и систем ЖАТ. В случае разделения заземлителей ввиду технологической необходимости, следует объединить их в единую систему используя уравнивание потенциалов.

Защита от вторичных воздействий ударов молнии

Помимо возможного прямого попадания удара молнии в защищаемый объект, воздействию могут подвергаться и его внутренние системы, вследствие возникновения разности потенциалов.

Защита строений и находящихся в них систем электросвязи, оборудования, обслуживающего персонала от прямых и вторичных проявлений удара молнии обеспечивается внутренней системой молниезащиты LPS путем уравнивания потенциалов при помощи:

заземляющих проводников - в случаях, когда естественные проводники не обеспечивают непрерывность прохождения тока;
УЗИП – в случаях, когда невозможно соединение с проводниками LPS.

Для защиты электроустановок до 1 кВ от перенапряжений, здание оборудуют общей главной заземляющей шиной, присоединяя к ней несколько проводников, доступных для соединения, в количестве не менее двух от разных точек сети заземляющих электродов контура защитного заземления. Изготавливают проводники, как правило, из стали в виде полос размером 4x40 мм. Они должны соответствовать требованиям ГОСТа Р 50571.5.54-2013 и выдерживать протекание части тока молнии.

Размещают шину недалеко от источника питания объекта током или места ввода силового кабеля, обеспечивая доступность к местам соединения для визуального осмотра. Для объектов с несколькими отдельными вводами ее выполняют для каждого вводного устройства.

Использование ГЗШ позволяет уравнивать потенциалы между токопроводящими элементами, находящимися в зоне действия проводников, а так же выполнять функцию защитного проводника РЕ для электроустановок. Применение шины в качестве нулевого защитного проводника N не допускается.

Молниезащита силовых кабелей обеспечивается УЗИП путем присоединения заземляющих проводников от этих устройств через шину уравнивания потенциалов с главной заземляющей шиной наикратчайшим путем. В данном случае заземляющие проводники изготавливаются из меди и прокладываются с учётом их минимального электромагнитного влияния на остальные цепи.

Кольцевое заземляющее устройство можно подключать к главной заземляющей шине только в одном месте, с одной стороны строения. Соединение заземляющих проводников напрямую с заземляющим устройством вне ГЗШ не допускается. Сопротивление заземлителя измеряют только при отключенных от шины коммуникациях.

Заключение

Значение защитного заземления для обеспечения электробезопасности на железнодорожном транспорте трудно переоценить. Допущенные при заземлении ошибки, как правило, приводят к динамическому и термическому разрушению объектов, отказам технических средств и внутренних систем, что является крайне опасным и может привести к тяжелым последствиям. Поэтому пренебрежение правилами по организации молниезащиты и заземления не допустимо. Заземление объектов железнодорожной инфраструктуры следует производить руководствуясь соответствующими нормативными документами, в строгом соответствии содержащимися в них требованиями.

Смотрите также:

Смотрите также: