Требования к заземлению трансформаторной подстанции согласно IEEE Std 80-2000

IEEE или Институт инженеров электротехники и электроники — это крупнейшая организация, охватывающая более 160 стран. Ее научная деятельность направлена на образование и развитие технического прогресса в областях электротехники, электроники и компьютерных технологий. Стандарты, которые IEEE разрабатывает, получают широкое распространение и признание во всем мире. Опыт знания столь авторитетной организации могут помочь инженеру-проектировщику в глубоком понимании ежедневно решаемых задач, поиске выхода из сложных объектовых ситуаций, да и просто будут полезны для собственного профессионального развития.

Правила проектирования заземляющих устройств подстанций напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью указаны в стандарте IEEE Std 80-2000 “IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding“. Давайте рассмотрим некоторые аспекты этого норматива в сравнении с соответствующими российскими документами - ПУЭ и ФСК СТО 56947007- 29.130.15.114-2012 “РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПОДСТАНЦИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-750 кВ“. Будет интересно провести анализ принципиального подхода к проектированию, отметить схожие моменты и различия.

Различия российских нормативных документов

Руководящие указания ОАО «ФСК ЕЭС» ФСК СТО содержат требования, схожие с пунктами 1.7.88-1.7.95 ПУЭ, но с рядом различий и дополнений. Стандарт ФСК СТО, в отличие от ПУЭ, не допускает проектирование либо по сопротивлению заземления, либо по напряжению прикосновения, должны соблюдаться предельные значения обоих параметров. Не все подстанции относятся к ФСК, поэтому для проектирования по ПУЭ, инженер волен выбирать один из двух подходов. Такой выбор таит опасности, стоит уделить внимание его последствиям

Требования безопасности персонала

В IEEE Std 80-2000 особое значение уделяется безопасности человека в аварийном режиме, в котором большое значение имеет величина, продолжительность и частота тока, протекающего через тело человека. Описана необходимость проектирование подстанции таким образом, чтобы величина тока, проходящего через тело, была ниже порога фибрилляции. Тем не менее, из-за времени срабатывания защиты, нет возможности защитить человека от токов, причиняющим боль и приводящим к серьезным травмам, задача только в том, чтобы не допустить токов, достигающих порога фибрилляции.

В разделе 7.3 IEEE Std 80-2000 оценивается сопротивление цепи короткого замыкания между двумя точками: между местом прикосновения к металлоконструкции и ногой, а также между двумя ногами. Далее определяется соответствующие им допустимые напряжения прикосновения Etouch = Ib(Rb + 1.5ρ) и шага Estep = Ib(Rb + 6.0ρ), где Ib - ток через тело человека, а Rb сопротивление тела, которое в расчетах принимается равным 1000 Ом, а ρ - эквивалентное удельное сопротивление грунта, в котором учитывается покрытие и нижние слои грунта. Отсюда видно, что допустимое напряжение шага значительно выше, чем напряжение прикосновения, поэтому его можно считать основным параметром при проектировании заземления подстанции.

В российском нормативе учитываются не все параметры международного стандарта — считается, что безопасность может быть обеспечена одним только достижением нормируемого сопротивления заземления. В ПУЭ в пункте 1.7.88 указано, что заземляющее устройство должно выполняться либо, исходя из требований к его сопротивлению, либо к напряжению прикосновения. В обоих случаях обязательно соблюдать конструктивное выполнение, которое регулируется в пунктах 1.7.92-1.7.93.

Таким образом проектировщику предоставляется выбор. Если было решено проектировать только по напряжению прикосновения, то в соответствии с пунктом 1.7.91 необходимо воспользоваться ГОСТ 12.1.038. В этом документе в таблице 3 регламентировано предельно допустимое напряжение прикосновения, которое соответствует времени воздействия, обусловленному временем работы релейной защиты и срабатывания автоматики отключения неисправности. Сопротивление заземляющего устройства в таком случае должно рассчитываться по допустимому напряжению в соответствии с пунктом 1.7.89, которое в большинстве случаев составляет 10 кВ, а также по току короткого замыкания.

Допустимое напряжение относительно зоны нулевого потенциала, а также напряжение прикосновения не менее важные показатели, чем обеспечение сопротивления заземления 0,5 Ом, но его расчет значительное сложнее простого расчета сопротивления заземляющего устройства. Для определения потенциалов, распределяемых по заземляющей сетке на территории подстанции при воздействии тока короткого замыкания, необходимо использовать специальное программное обеспечение.

Нет уверенности, что все проектировщики выбирают способ проектирования с соблюдением требований к напряжению прикосновения и тщательно разрабатывают конструкцию заземляющего устройства, особенно на рабочих местах возле оборудования. Хотя формально подход к проектированию только по сопротивлению заземления не является ошибкой, заземляющее устройство, спроектированное в соответствии с ним вряд ли можно считать безопасным, особенно для персонала. Усугубляющим фактором будет неопытность проектировщика, который вообще не знаком с проектированием по напряжению прикосновения, это не позволит проработать правильную конструкцию заземлителей на рабочих местах.

В российских нормативах, в отличие от IEEE Std 80-2000, недостаточно хорошо прописано пагубное влияние удара током для человека, присутствуют только голый термин “напряжение прикосновения” и величины предельных значений. Без осознания возможных фатальных последствий, “стимула” проектировать по напряжению прикосновения нет.

В документе IEEE Std 80-2000 упоминается сама возможность проектирования подстанции с высоким сопротивлением заземления, которая будет безопаснее подстанции с низким сопротивлением. Отмечается, что расположение заземляющих электродов, локальные характеристики грунта и другие факторы, которые могут привести к чрезмерному потенциалу на поверхности земли, могут быть причиной того, что заземляющее устройство не выдержит ток короткого замыкания, на который рассчитаны устройства релейной защиты, что приведет к опасным последствиям для персонала. Принимая во внимание все изложенное выше, можно заключить, что в первую очередь проектировщик должен уделять внимание конструкции заземляющего устройства, с помощью чего обеспечить требуемые напряжения шага и прикосновения, лишь потом добиваться нормы сопротивления заземления.

Вывод

Российские нормативы при должном следовании их предписаниям позволяют спроектировать подстанцию с надежным и безопасным заземляющим устройством. Международный стандарт дает теоретическую информацию, которую умелый проектировщик сможет использовать в своей работе. Если негласное применение положений IEEE Std 80-2000 не будет противоречить российским нормативам, а проектировщик будет достаточно опытен, чтобы воспользоваться отмеченными в статье полезными сведениями международного стандарта, то это пойдет только на пользу проекту заземляющего устройства подстанции.