Заземляющие устройства
Заземляющие устройства (ЗУ) опор являются одним из конструктивных элементов ВЛ, обеспечивающих надежную работу грозозащиты.
На работу заземляющего устройства влияют следующие факторы:
- состояние контактов в болтовых соединениях;
- повреждения или обрывы заземляющих спусков на опоре и у земли;
- выступ заземлителей над поверхностью земли;
- состояние верхнего высохшего слоя грунта заземлителя.
Влияния повышенного сопротивления верхнего высохшего слоя грунта заземлителя является последствием сезонных изменений. Железобетонные фундаменты опор обладают способностью аккумулировать влагу в засушливый период года, и этим в какой-то степени компенсируют увеличение сопротивления верхнего высохшего слоя грунта. При этом поверхностный слой бетона обеспечивает достаточную проводимость и электромеханическую устойчивость при воздействии больших токов. Использованием естественной проводимости фундаментов опор ограничено в случае применения гидроизоляции железобетона полимерными материалами.
При обследовании ЗУ необходимо учитывать изменение интенсивности воздействия агрессивных факторов на элементы конструкций в зависимости от высоты их расположения над поверхностью земли. Грунтовая зона коррозии располагается ниже отметки 0,5−0,7 м относительно уровня земли. Скорость протекания процесса коррозии в этой зоне зависит от фильтрующих способностей грунта, минерального состава и уровня грунтовых вод. Повреждения в этой зоне убывают с глубиной. Кроме того, перепады температуры и влажности ускоряют процессы электрохимической коррозии, протекающие на поверхности металла у земли. Стекание атмосферных осадков по поверхности элементов опоры способствует смыванию загрязнений и отслоившихся защитных покрытий в нижнюю часть конструкции. При этом удержание воды и загрязнений в узлах зависит от конструкции опоры. Наиболее подвержены коррозии элементы, расположенные горизонтально, и особенно с корытообразным профилем, которые подвержены длительному увлажнению [22, 23].
Определение пролета ВЛ, в котором произошло перекрытие изоляции, зависит от сопротивления растеканию, поэтому качество ЗУ определяет качество заземления опоры. При плохом качестве ЗУ, соответственно, надежность указания места повреждения недостаточная высокая.
Контроль состояния заземляющих устройств. При осмотре ЗУ должны быть отражены в ведомости дефектов следующие неисправности:
- повреждения или обрывы заземляющих спусков на опоре и у земли;
- неудовлетворительный контакт в болтовых соединениях грозозащитного троса с заземляющими спусками или телом опоры;
- неудовлетворительный контакт соединения заземлителя с телом опоры (арматурой железобетонной опоры);
- отсутствие скоб, прикрепляющих заземляющие спуски к опоре;
- выступ заземлителей над поверхностью земли;
- превышение допустимого значения сопротивления заземления опоры.
Для оценки технического состояния проводится инструментальное обследование ЗУ. Измерение сопротивления ЗУ опор ВЛ с грозозащитными тросами производится:
- в местах обнаружения следов перекрытий или разрушений изоляторов электрической дугой;
- в районах, где при грозах встречались перекрытия с успешным АПВ;
- выборочные (2 % опор) вскрытия грунта на участках ВЛ с наиболее агрессивными, выдуваемыми или плохо проводящими грунтами.
Методы оценки сопротивления ЗУ. По требованию ПУЭ отклонение сопротивления заземляющего устройства опор от проектного значения не должно превышать 10 %. Заземлитель не соответствует требованию, если разрушено более 50 % его сечения. Измерение сопротивления заземления опор в «Методических указаниях по контролю состояния ЗУ электроустановок» [21] предлагают осуществлять двумя способами:
- традиционными приборами по специальному алгоритму с использованием трех схем измерений (метод СибНИОЭ);
- импульсным методом МЭИ – ЭЛНАП.
Метод СибНИОЭ не пригоден в условиях неоднородности грунтов в зоне опоры.
Импульсный метод, основанный на предположении, что измерительный импульсный ток будет протекать преимущественно через заземление опоры, требует проверки в условиях высокоомных грунтов. Возможности изменения требований к величине сопротивления заземления опор ВЛ 110 кВ могут быть оценены из анализа местных особенностей характеристик молнии и природных условий. Исходными данными для анализа являются [23]:
- карта плотности разрядов молнии в землю;
- распределения амплитуд тока первых импульсов многократного разряда молнии, полученные для различных регионов, характеризующиеся параметрами логарифмически нормального закона;
- электрические характеристики грунтов.
Современные приборы диагностики ЗУ. Традиционные многополюсные (двух, трех, четырех полюсные) методы измерения сопротивления заземления с помощью длинных проводов и штырей не всегда можно применить. Например, в местах скалистых грунтов, или зимой, когда вбить штырь в землю просто не представляется возможным. Поэтому с развитием методов измерения (в частности, цифровых методов), появились новые уникальные измерители сопротивления заземления, исключающие необходимость отключения параллельных систем заземления и поиска удобных точек для установки дополнительных электродов заземления. Это позволяет осуществлять мониторинг и диагностику ЗУ на качественно новой основе, и существенно сэкономить время обслуживающего персонала.
Цифровые измерители сопротивления заземления отечественных и зарубежных производителей (например, фирмы Chauvin Arnoux, Франция), − цифровые токовые клещи разных моделей − уже внесены в государственный реестр РФ средств измерений. Цифровые токовые клещи предназначены для оперативного контроля ЗУ без их отключения и использования вспомогательных электродов. Все модели данных измерителей дают возможность производить точные измерения сопротивления заземления в диапазоне от 0,1 до 1200 Ом. Этот диапазон разбит на несколько переключаемых поддиапазонов с различным разрешением в интервале 0,01–50 Ом. Точность измерений сопротивления заземления в поддиапазоне 0,10–1,00 Ом составляет ± 1,5 % ± 0,02 Ом.
Модели С.А 6415 и С.А 6412 измеряют ток и токи утечки в диапазоне от 1 мА до 30 А. Модель С.А 6415 имеет возможность звуковой сигнализации по установленным пороговым значениям и оснащена памятью, в которой может храниться около ста результатов измерений, т. е. результаты измерения сопротивления заземления опор за смену работы.
Прибор CA 6472 − тестер заземления используется для быстрой и всесторонней проверки всех заземленных систем. При использовании с модулем СА 6474 тестер выполняет все типы измерения заземления на опорах ВЛ без их отключения, включая:
- удельное сопротивление (двумя методами);
- соединение заземлителей;
- сопротивление грунта;
- проводимость / сопротивление;
- измерения традиционным способом с разрешением 0,001 Ом;
Измерение сопротивления заземления осуществляется безэлектродным методом без разрыва заземляющего проводника.
Прибор CA 6470C представляет собой тестер, который может выполнять все типы измерения сопротивления заземления. Прибор имеет следующие функциональные возможности измерения при нажатии на одну кнопку:
- трех- и четырехполюсное измерение сопротивления заземления;
- четырехполюсное измерение сопротивления грунта;
- двухполюсное измерение сопротивления на переменном токе;
- выборочное тестирование без отсоединения заземляющего проводника с помощью одних клещей;
- безэлектродное тестирование контура заземления (двое клещей);
- автоматическая или ручная регулировка частоты до 512 Гц;
- переключаемое напряжение измерения 16/32 В;
- программируемые пределы и настройки;
- проверка целостности со звуковым сигналом.
Диаметр обхвата клещей 52 мм. Размеры приборов 133x187x250 мм, вес 3,1 кг с установленными батареями питания.