Наведенное напряжение и меры защиты от него

На воздушные линии электропередач наводится напряжение от линий, функционирующих по соседству, это напряжение не относится прямо к напряжению самой линии, и называется поэтому наведенным.

В связи с этим фактом, правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок определяют защитные меры, которые необходимо предпринимать для обеспечения безопасности при проведении работ на воздушных линиях. Так же отмечаются отдельным пунктом меры безопасности в условиях, когда заземление не помогает понизить значение наведенного потенциала на отключенных проводах ниже 25 вольт.

Между тем, обслуживающий персонал время от времени испытывает поражение электрическим током по причине наведенного напряжения. Такое происходит из-за непонимания истинной природы наведенного напряжения, как оно возникает, каков механизм. Опасность так или иначе сохраняется, ведь даже прикосновение к заземленному по всем правилам проводу, который подвержен наведению напряжения от соседней линии, может привести к поражению человека током.

Суть в том, что любая воздушная линия, которая проходит параллельно другим воздушным линиям, все время испытывает индуктивное действие соседних линий, от чего и наводится на ней потенциал.

Электромагнитные поля линий между собой взаимодействуют, при этом значение наведенного напряжения связано как с рабочим напряжением, так и с током нагрузки, и с расстоянием между фазными проводниками линий, кроме этого значима длина участка, на котором эти проводники проходят параллельно. На каждой из линий наводится потенциал, который складывается из двух составляющих: электростатического и электромагнитного взаимодействий.

Первая составляющая — электростатическая. Наведенное данной составляющей, напряжение связано с взаимодействием электрического поля влияющей линии на рассматриваемую отключенную. Значение наведенного напряжения, даже при соблюдении ПУЭ, но при параллельном прохождении данных линий, зависит от напряжения на влияющей линии. Наведенное на отключенной воздушной линии напряжение оказывается одинаковым по всей ее длине, и получается равным:

Диаграмма распределения наведенного напряжения:

Электростатический компонент наведенного напряжения может быть снижен до безопасного значения по всей длине линии путем ее заземления хотя бы в одном месте. То есть если заземлить такую воздушную линию по ее концам, то эффект от действия электростатической составляющей будет полностью устранен. Отключенную воздушную линию, заземленную с концов, при ее обслуживании, согласно правилам техники безопасности, следует заземлить и в месте проведения работ.

Электромагнитный компонент отличается механизмом своего действия от электростатического. Наведенное напряжение от электромагнитного компонента обусловлено действием магнитных полей токов фазных проводов, принадлежащих влияющей линии. Так, наведенная на отключенную воздушную линию ЭДС будет равна:

Здесь имеет значение коэффициент индуктивной связи, который для коридоров рассматриваемых линий неизменен, но значение ЭДС обуславливается длинной участка, на котором линии следуют параллельно. Так же имеет значение ток нагрузки во влияющей линии, но не напряжение в линиях. Напряжение относительно земли в точке х будет равно:

Из формулы очевидно, что в начале линии наведенное электромагнитным компонентом напряжение будет равно +Е/2, в середине линии 0, а в конце -Е/2. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения неизменна в связи с изоляцией провода от земли или с его заземлением в одной или нескольких точках.

С ростом количества мест заземления воздушной линии, смещается лишь место положения точки нулевого потенциала на линии. В соответствии с данной особенностью электромагнитной составляющей наведенного напряжения, обусловлены правила техники безопасности.

На диаграммах видно, что распределение электромагнитной составляющей напряжения, наведенного на отключенной воздушной линии, зависит от точки положения заземления. Если заземление одно, то точка нуля наведенного потенциала будет совпадать с точкой единственного заземления.

Данные диаграммы обосновывают потенциальную опасность для обслуживающего персонала, если работы ведутся в двух или более местах воздушной линии одновременно, поскольку воздушная линия, заземленная в одной точке, находится под действующим значением наведенной электромагнитной составляющей ЭДС. Так, если одна из бригад ведет работы в заземленной точке С, то там напряжение равно нулю.

Второе рабочее место D тоже может быть оснащено защитным заземлением, но тогда точка нулевого потенциала окажется смещена в направлении между точками D и C, и напряжения в самих точках D и C могут превысить безопасные значения, а люди будут уже подвергнуты риску.

Похожий эффект имеет место при работах на линейном разъединителе, который находится под действием наведенного напряжения от воздушной линии. Разъединитель должен быть заземлен со стороны линии, тогда рабочие будут в безопасности, если данное заземление будет единственным для обслуживаемой линии.

В противном случае, если будет иметься еще одно заземление, например на подстанции, расположенной с другого конца обслуживаемой линии, то наведенное напряжение в точке проведения работ возрастет до максимума, и люди окажутся в опасности. На рисунке приведена поясняющая диаграмма.

Фактор наведенного напряжения вынуждает рабочих прибегать к работам только по одной бригаде на линии, если данная воздушная линия находится под действием наведенного напряжения. Еще один вариант — разделить линию на несколько отдельных не связанных между собой участков, а затем поочередно их восстанавливать, и хотя такое решение связано с лишними затратами, к нему прибегают для обеспечения безопасности людей. Альтернатива — работа под напряжением, тогда сразу несколько бригад могут работать на одной линии.

В процессе приготовлений рабочего места для бригады, особое внимание уделяется надежности контактных соединений фазных проводников с защитными заземлителями.

Если контакт будет случайно потерян, то точка нулевого потенциала тут же сместится в другое место, а рабочее место окажется под наведенным напряжением, и люди подвергнутся риску. По этой причине лучше всего делать для надежности два защитных заземления. На рисунке приведено пояснение относительно данного нюанса.

Максимум наведенного электромагнитной составляющей напряжения приходится на границы участка взаимодействия линий, в частности — на отключенных линейных разъединителях. В данных точках на спуске заземляющей шины линейного разъединителя, либо на первой опоре, считая от подстанции, производятся замеры при включенных заземлениях с обеих концов линии. Соответственно подбираются вольтметры, класс которых должен укладываться в ожидаемые пределы до 500 — 1000 вольт.

Когда известен максимальный ток влияющей линии, после проведения замеров в текущем режиме становится возможным вычисление максимального наведенного напряжения, которое вычисляют по формуле:

Важно не забывать об основах безопасности во время проведения измерений. Соединительные провода, рама разъединителя и сам вольтметр могут находиться под напряжением, и для безопасной работы следует сначала собрать измерительную схему, а лишь затем соединять ее с фазными проводами.

Соединительные провода должны обладать изоляцией, рассчитанной на напряжение минимум 1000 вольт. Работники должны быть в диэлектрических ботах и перчатках. Если в процессе измерений потребуется изменять пределы измерения шкалы вольтметра, прежде нужно будет отсоединить всю измерительную схему от линии.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Заземление линий под наведенным напряжением

Юрий Целебровский, д.т.н, профессор Новосибирского ГТУ

Проведение ремонтных и профилактических работ на воздушных линиях электропередачи (ВЛ), которые находятся под наведенным напряжением, сопряжено с рядом специфических опасностей и требует высочайшей квалификации персонала, позволяющей избежать поражения электрическим током. Инструкции по безопасному проведению работ содержатся в ряде нормативных документов и в стандартах предприятий.

Практика показывает, что выполнение всех предписываемых правилами и инструкциями мероприятий и действий связано порой со значительным усложнением технических и организационных работ. Ряд положений правил и инструкций неоднозначно истолковывается представителями различных служб, задействованных в процессе подготовки работ. Некоторые указания этих документов оказываются избыточными, а другие, наоборот, недостаточными для обеспечения безопасности. Нередки несчастные случаи при работах на ВЛ, связанные с наведенным напряжением.
По мнению многих ученых и практиков, назрела необходимость в пересмотре всей линейки нормативных документов по работам под наведенным напряжением, начиная с Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ). Открывая обсуждение этой проблемы, мы надеемся выслушать мнения ученых и инженеров, представителей организаций, составляющих и утверждающих нормативные документы. Желательно рассмотреть положения норм и правил, а также опыт сетевых компаний по организации работ на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением. В портфеле редакции находится цикл статей профессора Новосибирского государственного технического университета Юрия Викторовича Целебровского, в которых обсуждаются следующие вопросы:

• нормативные определения,
• противоречия в нормативных документах,
• недостаточность и избыточность нормативных мероприятий по обеспечению безопасности работ,
• методики измерения наведенных и воздействующих на человека напряжений,
• сбалансированные нормы и мероприятия, обеспечивающие безопасность работ.

Во всех статьях, в том числе и в предлагаемом сегодня материале, автор формулирует изменения и дополнения, которые, с его точки зрения, необходимо внести в ПОТ РМ и в отраслевые стандарты, для того чтобы повысить безопасность и упростить организацию работ на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением.
Основным документом, который служит основанием для ведомственных инструкций и правил, обеспечивающих безопасность работ на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением, являются ПОТ РМ [1]. Однако нельзя забывать, что требования к электроустановкам, в т.ч. и к ВЛ, определяются также Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), в частности, главами 1.7. «Заземление и защитные меры безопасности» и 2.5. «Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ» [2, 3].
Опыт работы показывает, что трудности в организации работ и сохраняющиеся опасности при работах на ВЛ во многом обусловлены нечеткостью и противоречивостью требований ПОТ РМ, которые влекут за собой те же, а порой и усиленные недостатки стандартов и инструкций предприятий, основывающихся на Межотраслевых правилах. В настоящей статье ограничимся обсуждением двух вопросов:
1. Как определить ВЛ, находящуюся под наведенным напряжением?
2. К какой категории работ следует отнести работы на ВЛ, находящейся под наведенным напряжением?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛ ПОД НАВЕДЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Рассмотрим определение ВЛ под наведенным напряжением [1]: «Воздушная линия под наведенным напряжением: ВЛ и ВЛС (воздушные линии связи – Ю.Ц.), которые проходят по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или вблизи контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока и на отключенных проводах которых при различных схемах их заземления (а также при отсутствии заземлений) и при наибольшем рабочем токе действующих ВЛ (контактной сети) наводятся напряжения более 25 В».
В приведенном определении существует большая неопределенность, заключенная в словах «…при различных схемах их заземления (а также при отсутствии заземлений)…». Она не позволяет эксплуатирующим организациям точно определить путем измерений, относится ли ВЛ к рассматриваемой категории, так как перебрать все возможные схемы заземления практически невозможно, а измерения на ВЛ без заземления методически сложны и весьма опасны. В то же время более точное определение лежит на поверхности.
Прежде чем перейти к предлагаемой формулировке, кратко остановимся на механизмах появления наведенного напряжения. Появление наведенного напряжения связано с влиянием действующей линии на отключенную, и это влияние можно подразделить на 3 типа:

• емкостное влияние,
• кондуктивное влияние,
• индуктивное влияние.

Емкостное влияние

Под этим типом влияния понимают возникновение электрического заряда на отключенной ВЛ под действием электрического заряда ВЛ, находящейся под рабочим напряжением. Соотношение значений этих зарядов зависит от соотношения емкостей: СВЛ-ВЛ и СВЛ-земля. Здесь СВЛ-ВЛ – емкость между проводами действующей и отключенной ВЛ, а СВЛ-земля – емкость между проводами отключенной ВЛ и землей. Емкостное влияние не зависит от нагрузки действующей ВЛ. Оно полностью исчезает после надежного (с малым сопротивлением) заземления отключенной ВЛ хотя бы в одной точке.

Кондуктивное влияние

Под ним понимают возникновение напряжения на отключенной ВЛ при обрыве провода на действующей ВЛ, пересекающей отключенную, в месте пересечения. Если не принимать во внимание малую вероятность такого случая, то он оказывается наиболее опасным из-за недопустимо больших напряжений прикосновения к заземленным опорам и механизмам. По-видимому, из-за малой вероятности этого случая меры по защите от этой опасной ситуации практически не рассматриваются даже в разделе ПОТ РМ «Работы в пролетах пересечения с действующими ВЛ» (4.15.33 – 4.15.42). Далее мы не будем рассматривать этот случай.

Индуктивное влияние

Оно проявляется в появлении на отключенной ВЛ продольной ЭДС от переменного магнитного поля действующей ВЛ. Наличие поперечных емкостных и активных сопротивлений (Поперечное емкостное сопротивление – это сопротивление, обусловленное емкостью СВЛ-земля, а поперечное активное сопротивление – это сопротивление току утечки через изоляцию и главным образом сопротивление заземления заземленных проводов. – Ю.Ц.) приводит к появлению напряжений «провод–земля». Индуктивное влияние возникает как на разземленной, так и на заземленной отключенной ВЛ.

Таким образом, именно индуктивное влияние создает напряжения на ВЛ при любых схемах заземления и без заземления проводов отключенной ВЛ.
При параллельном следовании отключенной и влияющей ВЛ можно рассмотреть два крайних случая:

• отключенная ВЛ не заземлена или заземлена в одной точке на середине длины;
• отключенная ВЛ заземлена с одной стороны на подстанции, другой конец разземлен.

Распределения напряжения «провод–земля» для этих двух случаев представлены на рис. 1 и 2. Приведенные на рисунках расчетные значения напряжений соответствуют следующим исходным данным: расстояние между влияющей и отключенной ВЛ – 100 м; длина параллельного следования – 150 км; ток нагрузки влияющей ВЛ 500 кВ – 300 А (расчеты проведены в Новосибирском государственном техническом университете к.т.н. С.В. Нестеровым).
Из рисунков ясно видно, что наибольшие наведенные напряжения появляются при заземлении линии на конце. При этом при параллельном следовании влияющей ВЛ наибольшее напряжение фиксируется на другом конце линии. При сближениях и пересечениях с влияющей ВЛ максимальные напряжения могут возникать в других местах. Но любые варианты приводят к однозначному определению ВЛ, находящейся под наведенным напряжением, а именно:
– ВЛ и ВЛС, которые проходят по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или вблизи контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока и на отключенных проводах которых при заземлении их на одном конце в РУ подстанции на другом конце линии и/или в любой другой точке провода наводится напряжение больше 25 В.
Аналогичного мнения придерживается и автор [4], который предлагает такую формулировку: «ВЛ и ВЛС, которые проходят по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или вблизи контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока и при заземлении которых (отключенных ВЛ или ВЛС) на одном конце – на другом конце наводится напряжение более

25 В в пересчете на максимальное влияние действующей ВЛ (наибольший рабочий ток одиночной ВЛ, наибольший эквивалентный ток нескольких ВЛ) или контактной сети». Как уже говорилось, при сближающихся и пересекающихся ВЛ максимальное напряжение возможно не на конце ВЛ, а в других местах, в частности, в месте пересечения, поэтому предложенное нами определение является более общим. Оно позволяет четко определить методику измерений и однозначно составить список ВЛ, находящихся под наведенным напряжением.

КАТЕГОРИИ РАБОТ НА ВЛ ПОД НАВЕДЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Теперь остановимся на мероприятиях, обеспечивающих безопасность работ на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением. ПОТ РМ выделяют две категории работ:

• работа без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них;
• работы со снятием напряжения.

В первую категорию входит и работа на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением: «Работа без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них – работа, выполняемая с прикосновением к токоведущим частям, находящимся под напряжением (рабочим или наведенным), или на расстоянии от этих частей менее допустимых».
Раздел 3 ПОТ РМ предусматривает известные технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения. Работы без снятия напряжения на ВЛ (4.15 ПОТ РМ) для обеспечения электробезопасности проводятся по одной из двух схем (4.15.21):

• применение изолирующих средств человеком, находящимся на земле;
• изоляция человека от земли и уравнивание (в ПОТ РМ применен неверный термин «выравнивание». См. 1.7.32 ПУЭ: «Уравнивание потенциалов – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов». – Ю. Ц.) потенциалов экранирующего комплекта, рабочей площадки и провода.

Работы на ВЛ под наведенным напряжением на одной отключенной цепи многоцепной ВЛ выделяются в отдельный подраздел (4.15.43 – 4.15.58). Следует заметить, что пофазный ремонт ВЛ, относящийся по природе опасности также к наличию наведенного напряжения, описывается в ПОТ РМ параграфами другого подраздела (4.15.59 – 4.15.62), а работы на грозозащитном тросе действующей ВЛ в ПОТ РМ отдельно вообще не рассматриваются, за исключением упоминания троса в отдельных параграфах (4.15.30, 4.15.31).
Проанализируем, во-первых, насколько правомерно отнесение работ под наведенным напряжением к категории «без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них». Составим таблицу, в которую сведем мероприятия по обеспечению безопасности работ на ВЛ без снятия напряжения и со снятием напряжения и сопоставим эти мероприятия с мероприятиями при работах на ВЛ под наведенным напряжением (табл. 1).
В таблице показаны ссылки на параграфы ПОТ РМ, которые требуют выполнения того или иного мероприятия. Прежде всего следует отметить, что работы на ВЛ под наведенным напряжением имеют свои отличительные особенности.
Во-первых, линия под наведенным напряжением – это отключенная ВЛ, но, с другой стороны, на ней существуют напряжения, обусловленные влиянием соседних ВЛ. С этих позиций источник напряжения не отключен.
Далее, на ВЛ, находящихся в зоне влияния, требуется измерение напряжения, но нигде в разделе 4.15 и параграфах, относящихся к ВЛ под наведенным напряжением, специально не оговаривается проверка отсутствия напряжения. Наложение заземления на месте работ на ВЛ под наведенным напряжением обязательно, однако одной из особенностей является случай разземления концов ВЛ в РУ и обязательное разземление монтируемого провода на анкерной опоре, от которой начинается перекладка его в поддерживающие зажимы.
Если чисто визуально оценить таблицу, то видно, что при работах на ВЛ под наведенным напряжением в большей степени выполняются мероприятия, характерные для категории работ «со снятием напряжения». Однако присутствуют и признаки работ категории «без снятия напряжения», равно как и специфические мероприятия, характерные только для ВЛ, находящихся под наведенным напряжением.

Работы на ВЛ, находящейся в зоне влияния, работы на отключенной цепи многоцепной ВЛ, работы на отключенной фазе при пофазном ремонте, работы на грозозащитном тросе действующей ВЛ, кроме того, имеют и такие специфические особенности, как:

• неопределенность режима источника наводимого напряжения (меняющаяся нагрузка, возможные короткие замыкания);
• различная природа составляющих наведенного напряжения (индуктивная, емкостная), требующая различных мер безопасности;
• одновременность работ, проводимых с земли и на проводе;
• возможность одновременной работы нескольких бригад на одном объекте по разным нарядам и с разными производите-
• лями работ;
• меняющаяся конфигурация схемы и наводимых напряжений при работах по замене проводов и тросов и т.д.

Таким образом, напрашивается вывод: работы на ВЛ, находящихся в зоне влияния действующих ВЛ или контактной сети железной дороги, работы на отключенной цепи многоцепной ВЛ, работы на отключенной фазе при пофазном ремонте, работы на грозозащитном тросе действующей ВЛ должны быть выделены в отдельную, новую для ПОТ РМ категорию: «работы в электроустановках при наличии наведенного напряжения». К этой категории могут быть отнесены дополнительно и такие работы, как прокладка кабелей и проводов по ОРУ действующей подстанции, измерение характеристик заземляющих устройств, замена наземных труб водоводов на подстанции и другие работы, где наведенное напряжение может представлять опасность.

1. Определение воздушной линии под наведенным напряжением требует уточнения. Предлагается уточненное определение: «ВЛ и ВЛС, которые проходят по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или вблизи контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока и на отключенных проводах которых при заземлении их на одном конце в РУ подстанции на другом конце линии и/или в любой другой точке провода наводится напряжение больше 25 В».
2. В «Межотраслевых правилах по охране труда при эксплуатации электроустановок» работы на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением, неверно отнесены к категории работ «без снятия напряжения». Специфика опасностей и характер технических мероприятий, обеспечивающих безопасность работ при наличии наведенного напряжения, обусловливают необходимость выделения таких работ в отдельную группу «работы в электроустановках при наличии наведенного напряжения», которую следует ввести в Межотраслевые правила.

1. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. ПОТ РМ – 016-2001, РД 153- 34.0-03.150-00 / Министерство труда и социального развития РФ, Министерство энергетики РФ. Утв. 05.01.2001. Введ. 01.07.2001. – М.: НЦ ЭНАС, 2001. – 192 с.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – 7-е изд. – Раздел 1. Общие правила / Министерство энергетики Российской Федерации. Утв. 08.07.2002. Введ. 01.01.2003. – М.: НЦ ЭНАС, 2003. – С. 5–97.
3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – 7-е изд. – Раздел 2. Передача электроэнергии / Министерство энергетики Российской Федерации. Утв. 20.05.2003. Введ. 01.10.2003. – М.: НЦ ЭНАС, 2003. – С. 26–153.
4. Беляков Ю.С. Еще раз про технику безопасности при работах на воздушных линиях электропередачи, находящихся под наведенным напряжением // Электрические станции. – 2004. – № 6. – С. 60–66.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник