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
Наведенное напряжение и меры защиты
Правилами техники безопасности (ПТБ) при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи , на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких ВЛ, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключённых проводах потенциала ниже 25 В.
Однако продолжают иметь место случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током наведенного напряжения, которые являются результатом недопонимания природы возникновения и механизма проявления этого напряжения. Особенность его проявления состоит в сохранении опасности поражения электрическим током при прикосновении даже к заземлённому по правилам проводу.
Известно, что на любой ВЛ, проходящей параллельно с другими ВЛ , непрерывно наводится сторонний потенциал , обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга. Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения.
Наведенный на каждой из таких линий потенциал (наведенное напряжение) можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной .
Электростатическая составляющая наведенного напряжения на проводах отключённой ВЛ обусловлена воздействием на них электрического поля остающейся в работе соседней (влияющей) линии и при сохранении определённых ПУЭ конструктивных параметров участка параллельного следования зависит только от уровня напряжения влияющей линии. Значение этой составляющей одинаково по всей длине отключённой ВЛ (рис. 1) и определяется по формуле:
где k – коэффициент ёмкостной связи линий ;
Uр.в. – рабочее напряжение влияющей линии.
Рис. 1. Диаграмма распределения электростатической составляющей наведенного напряжения.
Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении её в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной ВЛ по концам (на подстанциях) и на месте производства работ согласно ПТБ.
Совсем иначе проявляет себя электромагнитная составляющая наведенного напряжения , возникновение которой обусловлено суммарным влиянием магнитных полей , создаваемых токами фазных проводов влияющей линии.
Наводимая на отключенной линии ЭДС определяется выражением:
где M – коэффициент индуктивной связи фазных проводов линии при частоте 50 Гц ;
L – длина участка параллельного следования линии ;
I – ток нагрузки влияющей линии.
Коэффициент индуктивной связи для каждого конкретного «коридора» линий практически не меняется. В связи с этим значение наведенной ЭДС обусловлено только длинной участка параллельного следования линий и током нагрузки влияющей линии и не зависит от уровня рабочих напряжений каждой из ВЛ .
При этом потенциал (напряжение относительно земли) любой точки , например x , определяется выражением:
где E – наведенная на проводе ЭДС;
x – расстояние от начала линии до точки x.
Отсюда следует, что в начале линии (при x=0 ) электромагнитная составляющая наведенного напряжения Uн=+E/2, в конце линии Uк=-E/2 (при x= L) в середине линии Uср=0 (при x=L/2).
Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения является неизменность её значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлён в одном или даже в нескольких местах .
При изменении числа точек заземления на ВЛ меняется лишь положение точки нулевого потенциала на ней. Специфичность именно этого проявления наведенного напряжения и обусловлены требования ПТБ.
Рис. 2. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения на отключённой ВЛ в зависимости от места установки на ней защитных заземлений.
На рис. 2 приведены характерные примеры распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения (потенциала) на отключённой ВЛ в зависимости от места установки защитных заземлений. Как видно из диаграмм , при однократном заземлении ВЛ точка нулевого потенциала совпадает с точкой заземления.
С учётом изложенного представлено графическое обоснование опасности организации одновременно двух и более рабочих мест на ВЛ , находящейся в зоне наведения электромагнитной составляющей напряжения. Например , бригада работает в точке С , линия согласно правилам заземлена только в одной этой точке , где напряжение равно нулю (рис.3а).
Если теперь для подготовки второго рабочего места установить защитное заземление в другой точке D , то нулевой потенциал переместится на участок между двумя этими заземлениями (рис. 3б). При этом напряжение в местах заземления (точки С и D) может превысить допустимый уровень , и работающие там люди подвергнутся опасности поражения электрическим током.
Аналогичный эффект проявляется и при производстве работ на линейном разъединителе , находящемся под наведенным напряжением ВЛ. Заземление разъединителя со стороны линии в этом случае гарантирует электробезопасность только при условии , что эта линия нигде больше не заземлена (см. рис. 2б, д).
Если установить дополнительное заземление на каком-либо другом участке , например , включить заземляющие ножи на подстанции с другого конца линии , то уровень наведенного напряжения на линейном разъединителе в месте производства работ «подскочит» до максимума (см. рис. 2г).
Рис. 3. Примеры распределения электромагнитной составляющей напряжения на отключённой ВЛ при работе ремонтной бригады в различных условиях.
Проявления наведенного напряжения вынуждают эксплутационный персонал резко сокращать фронт работы на ВЛ (до одной бригады) , находящихся в зоне усиленного действия этого напряжения. Разделение линии на отдельные электрически несвязанные участки путём разрезания шлейфов также вызывает дополнительные затраты времени на поочерёдное разрезание и последующее их восстановление. Однако необходимость обеспечения безопасности линейного персонала обязывает считаться с этими фактами.
Вместе с тем одной из альтернативных мер, снимающих практически все ограничения в расширении фронта производства работ во всех случаях (при сохранении безопасности линейного персонала) , является выполнение работ под напряжением.
При подготовке рабочего места на ВЛ следует обращать особое внимание на надёжность контактов защитных заземлений с фазными проводами и заземлителем. Нельзя забывать, что при случайной потере контакта (разземлении линии) точка нулевого потенциала в то же мгновение может изменить своё местоположение , а напряжение на рабочем месте превысить допустимое значение Uс (рис 4). Следовательно, для гарантии безопасности в месте производства работ целесообразно устанавливать параллельно два заземления.
Рис. 4. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения при заземлении линии в точке С и при её разземлении
Итак, наибольшего значения электромагнитная составляющая наведенного напряжения достигает на границах участка взаимного влияния линий (в общем случае – на отключённых линейных разъединителях). Именно в этих точках, непосредственно на спуске шины заземления линейного разъединителя или на первой от подстанции опоре, следует производить измерения при включённых с обеих концов линии заземляющих ножах.
Класс напряжения используемых для этого вольтметров необходимо подбирать по ожидаемому уровню наведенного напряжения. В первом приближении можно использовать вольтметр с пределом измерения до 0,5í1,0 кВ.
Пересчёт результатов измерения на условия максимальных нагрузок влияющей линии можно провести по формуле , полученной из соотношения:
где Uизм – измеренное наведенное напряжение ;
Iизм – ток нагрузки влияющей ВЛ в момент измерения ;
Iмакс – максимальный допустимый ток нагрузки влияющей линии.
Следует отметить, что включенные заземляющие ножи, рама разъединителя, соединительные провода и вольтметр во время измерений могут находиться под опасным напряжением. В целях обеспечения безопасности персонала, производящего измерения, соединять схему измерения с фазными проводами линии следует только после сборки схемы измерения. При необходимости переключения пределов шкалы или замены вольтметра предварительно необходимо отсоединить схему измерения от провода ВЛ.
Персонал должен пользоваться диэлектрическими ботами и перчатками. Используемые при измерениях провода должны иметь изоляцию, рассчитанную на напряжение 1 кВ.
Источник
