О мерах безопасности при работах на воздушных линиях под наведенным напряжением

Левченко И. И., канд. техн. наук, Засыпкин А. С., доктор техн. наук, Рябуха E. B., инж.
РП Южэнерготехнадзор - ЮРГГУ (НПИ)

Производство работ на отключенных воздушных линиях (ВЛ), находящихся вблизи действующих линий электропередачи, сопряжено с возможностью поражения персонала электрическим током. Опасность поражения возрастает при работе на ВЛ одновременно нескольких бригад в сложных ситуациях и климатических условиях, в частности, при ликвидации гололедно-ветровых аварий.
Существуют следующие опасные виды влияния действующих линий электропередачи на отключенную ВЛ:

1. - электростатическое и электромагнитное в рабочих режимах;
2. - электромагнитное при КЗ на землю в сети влияющих линий;
3. - гальваническое при падении провода пересекающей линии.

Способ защиты персонала от электростатического и электромагнитного влияния в рабочих режимах (вид 1) определяется пунктом 14.3.11 “Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок” [1] в зависимости от наибольшего значения потенциала наведенного напряжения, определяемого измерениями, - меньше или больше 42 В (по ГОСТ 12.1.009-76 и ПУЭ [2] номинальное напряжение не более 42 В называется малым). Если размещением заземлений на отключенной ВЛ не удается снизить потенциал наведенного напряжения до 42 В, то в [1] допускается работа лишь одной бригады у места установки заземления проводов только на одной опоре или на двух смежных. При этом работа каждой из нескольких бригад допускается на одном участке ВЛ, который нужно электрически отделить от других участков разъединением петель на анкерных опорах.
Такой подход к обеспечению безопасности персонала, на наш взгляд, имеет ряд недостатков:
не учитывает влияния действующих линий электропередачи в аварийных режимах (виды влияния 2, 3), что противоречит ГОСТ 12.1.038-82, который требует выявления “режимов и условий, создающих наибольшие значения напряжений прикосновения и токов, воздействующих на организм человека”. Необходимость учета однофазных КЗ убедительно показана в [3] и сделано заключение
о  необходимости и достаточности заземления в одной точке;
существенно усложняет организацию работ нескольких бригад на одной ВЛ;
заземление в одной точке во многих случаях неэффективно;
основывается на недостоверном определении наибольшего значения потенциала наведенного напряжения в рабочих режимах при нескольких влияющих ВЛ.
Последний недостаток, хотя и с большим трудом, может быть устранен многократными измерениями наведенных напряжений [4] в характерных точках отключенной ВЛ (на границах изменения условий электромагнитного взаимодействия), при разном размещении заземлений, в различных режимах энергосистемы и обязательно в сочетании с расчетами на ЭВМ по программам, использующим фазные координаты [5 - 7].
Авторами статьи предлагается другой подход к обеспечению безопасности при работах на ВЛ под наведенным напряжением, устраняющий отмеченные недостатки. Он основан, во-первых, на расчетах наибольших напряжений относительно земли в характерных точках (где можно ожидать наибольшее напряжение) отключенной и заземленной ВЛ при коротких замыканиях на землю К (1) или К (11) в сети влияющих линий и, во-вторых, на использовании в необходимых случаях “выравнивания потенциалов” (ГОСТ 12.1.019-79) в качестве основного способа защиты от поражения электрическим током.
Расчет напряжений относительно земли при коротких замыканиях выполняется с приемлемой погрешностью по повсеместно применяемым программам расчета аварийных режимов в сложных электрических сетях методом симметричных составляющих [8] и другим с использованием схем, разбитых на участки с одинаковыми условиями электромагнитного взаимодействия линий электропередачи. На участках ВЛ или ВЛ целиком, где наибольшее возможное напряжение относительно земли U тах меньше U^ - предельно допустимого значения напряжения прикосновения, работы могут производиться с использованием обычных средств защиты. Там, где U тах > U^1 , работы, связанные с непосредственным прикосновением к проводу, должны выполняться как работы “под напряжением на токоведущих частях”. В качестве изолирующего устройства может использоваться реконструированная обычная телескопическая вышка, корзина которой электрически изолирована от верхнего звена телескопа с помощью изолирующей прокладки. Вариант конструкции узла изолирующей прокладки показан на рис. 1.

Рис. 1. Вариант конструкции узла изолирующей прокладки телескопической вышки:

1 - корзина; 2, 3 - изолирующие прокладки; 4 - верхнее звено телескопа

Изолирующая прокладка как основное изолирующее средство защиты должна испытываться напряжением U исп, равным трехкратному наибольшему значению напряжения относительно земли на любой отключенной ВЛ данного предприятия электрических сетей: Uсп = 3 Umaxнаиб. Значение Umax.наиб на некоторых ВЛ может быть ограничено применением, кроме подстанционных заземлений по концам ВЛ, специальных заземлений на ВЛ [7].

Рис. 2. Схема расположения влияющих ВЛ
В ЮжМЭС принято значение Umax.наиб = 10 кВ в соответствии с п.1.7.50 ПУЭ [2]. Предельно допустимые значения напряжения прикосновения в соответствии с табл. 3 ГОСТ 12.1.038-82 приняты:
U]1|1=450В - при КЗ на землю в сети 330 - 500 кВ, где продолжительность воздействия 4 = 0,14 с;
U]1|1=400В - при КЗ на землю в сети 110 - 220 кВ, где 4 = 0,2 с.
При падении провода пересекающей линии на отключенную и заземленную ВЛ (вид влияния 3) напряжение относительно земли может существенно превышать Umax.наиб. Чтобы не усложнять конструкцию телескопической вышки, целесообразно в таком случае выполнять мероприятия по предотвращению этого вида влияния в соответствии с [9, 10].
Далее в качестве примера, иллюстрирующего предлагаемый подход, приведены результаты расчетов и измерений наведенного напряжения на проводах отключенной ВЛ-330-15 ЮжМЭС, выполненных под руководством авторов сотрудниками РП Южэнерготехнадзор (Перель Т. Г.) и ЮжМЭС (Пулин Г. В. и др.).
На рис. 2 показана упрощенная расчетная схема влияющих ВЛ. На ВЛ-330-15, выведенную в ремонт (отключенную от шин Ст. ГРЭС 330 кВ и ПС Армавир 330 кВ), основное влияние оказывают: ВЛ-330-14, ВЛ-330-17 и две ВЛ 500 кВ - ВЛ-501 и ВЛ-502, причем ВЛ-501 и ВЛ-502 пересекают ВЛ-330-15, проходят на одних опорах ВЛ-330-14 на участке 9 - 10 с ВЛ-330-15 на участке 4 - 5 и ВЛ-330-17 с ВЛ-330-14 на участках от Ст. ГРЭС 330 кВ до точек 12 и 7 соответственно. Номерами с 1 по 19 обозначены расчетные точки, разделяющие участки линий с разными условиями электромагнитного взаимодействия.
На рис. 3 приведены результаты расчета по программе <V-VI-50> [8] напряжений относительно земли из- в точках i = 2 ^ 5 отключенной и заземленной в точках 1 и 6 ВЛ-330-15 (сопротивления заземлений приняты равными нулю) при КЗ на землю в различных точках влияющих линий (К7-К19). Для каждого КЗ значения U | соединены прямыми линиями. Из рис. 3 видно, что наибольшее значение напряжения изтах наиб « 20 кВ при КЗ в точках 8 и 9 ВЛ-330-14.
Для снижения изтахнаиб приблизительно до 10 кВ, что требуется по предлагаемому подходу при работе на ВЛ-330-15 нескольких бригад, необходимо дополнительно заземлить ее в точках 3 и 4 на специальные заземлители с сопротивлением не более 4 Ом или использовать для этой цели заземления нескольких опор (рис. 4). Здесь Rз1 = Rз6 = 0,2 Ом.
Можно обойтись без сооружения специальных заземлителей, если изолирующую прокладку выполнить на 20 кВ.

Рис. 4. Распределение напряжения относительно земли вдоль ВЛ-330-15, отключенной и заземленной по концам и на специальные заземлители с сопротивлением 4,0 Ом в точках 3 и 4, при КЗ на землю

Рис. 3. Распределение напряжения относительно земли вдоль ВЛ-330-15, отключенной и заземленной по концам, при КЗ на землю в точках, обозначенных на рис. 2
Для оценки стабильности результатов при изменении схемы сети были выполнены расчеты U-ii в точках i = 2 ^ 5 отключенной и по-разному заземленной в нескольких точках ВЛ-330-15 при КЗ на землю в “опасных” точках влияющих ВЛ, находящихся на одной границе с i-й точкой, в следующих ремонтных схемах: отключена ВЛ-330-14;
отключена и заземлена по концам ВЛ-330-14; отключена ВЛ-330-17; отключена ВЛ-501.
Отличие максимальных изг- по сравнению с полной схемой не вышло за пределы + 0,8, - 3,2%, что позволяет сделать вывод о возможности выполнения расчета Uii max только по полной схеме сети.
Для оценки влияния несимметрии фаз ВЛ были выполнены расчеты Uii max по программе, использующей фазные координаты [5]. Отличие от расчетов по программе <V-VI-50> [8] не превысило + 5, - 12%, что подтверждает возможность использования в рассматриваемом случае метода симметричных составляющих и неучета несимметрии фаз ВЛ.
Если на ВЛ должна работать одна бригада, то в [1] есть рекомендация о заземлении проводов на двух опорах, смежных с местом работы. При КЗ на землю влияющей сети наводится ток в контуре провод - заземления опор - земля, создающий падения напряжения из1 и из11 на сопротивлениях заземления опор RaI и ДзП. Рассмотрен случай Да = Дш = 10 и 30 Ом, когда \UaI\ = \изП|; расстояние между опорами, расположенными с двух сторон от расчетной точки 2 (3, 4, 5), принято 500 м. Результаты расчета по программе [8] максимальных значений UaI, II показаны на рис. 5 сплошной линией. Значения \ U^ II| практически не зависят от значений \RaI = ДзП| в указанном диапазоне, но существенно меняются при отклонении положения точки КЗ на влияющей линии от точки на той же границе, что и расчетная точка 2 - 5. Напряжение Ui, и| максимально, если точка КЗ не входит в зону 500 м, заключающую в себе границу. Как видно из рис. 5, максимальные значения п| превышают допустимый уровень 450 В, т.е. и при указанном способе заземления также требуется применение телескопической вышки с изолирующей прокладкой для ремонта ВЛ или сближение точек заземления.
Если применять рекомендуемое в [1] и [3] заземление ВЛ только в одной точке у места работы, то электромагнитное влияние, в том числе и при КЗ на землю, практически отсутствует. Электростатическое влияние в рабочих режимах легко оценить экспериментально и можно рассчитать по программе [5] и др., использующим фазные координаты. Для экспериментального определения из в этом случае достаточно дважды измерить напряжение относительно земли в одной точке отключенной ВЛ (на одной фазе или на трех, закороченных между собой):

1. - киловольтметром астатической системы измеряется эквивалентная электростатическая ЭДС влияющей сети ЕЭС, э относительно земли;
2. - точка ВЛ подключается к заземлителю с сопротивлением R и измеряется напряжение из и (или) ток 1з токоизмерительными клещами (U = IR). Поскольку

то внутреннее емкостное сопротивление эквивалентного источника

Рис. 5. Максимальные значения напряжения относительно земли U3i, п по концам заземленного участка длиной около 500 м отключенной ВЛ-330-15 при КЗ на землю (сплошная линия) и максимальные значения U,,- при заземлении в одной точке трех фаз ВЛ на Rз = 10,30,100 Ом в рабочих режимах (пунктирные линии)

Выводы

Предложен новый подход к обеспечению безопасности при работах на ВЛ под наведенным напряжением, основанный на определении наибольших напряжений относительно земли при КЗ на землю в сети влияющих линий, снижении при необходимости этих напряжений до 10 кВ (или 20 кВ) с помощью заземлителей по концам и в выбранных точках ВЛ, применении способа выравнивания потенциалов и телескопической вышки с изолирующей прокладкой в качестве основного средства защиты от поражения электрическим током при работах, связанных с прикосновением к проводу.
Предложен вариант реконструкции телескопической вышки с установкой изолирующей прокладки.

Пользуясь значениями ЕЭСэ и Хэ, можно рассчитать из при любом Rз.
Как показали расчеты и непосредственные измерения на отключенной ВЛ-330-15, напряжение относительно земли в любой точке одной фазы и трех фаз, закороченных между собой, если она подключена к заземлителю с Rз < 10 Ом, не превышает 42 В (нижняя пунктирная линия на рис. 5). Однако с увеличением сопротивления Rз возрастает практически линейно значение Rзг-, поскольку Хэ > Rз (на рис. 5 значения Rз = 30 и 100 Ом), и при Rз = 850 + 1000 Ом (заземление через тело человека) достигает нескольких киловольт, что представляет собой смертельную опасность. Возможность попадания человека под электростатическую ЭДС нельзя исключать, особенно при снятии заземления с ВЛ после выполнения ремонта. Учитывая сказанное и то, что при работе нескольких бригад нужно разрезать, а потом соединять провода ВЛ, находящиеся под напряжением, не считаем возможным рекомендовать заземление в одной точке отключенной ВЛ даже при работе бригады вблизи этой точки.

Список литературы

1. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987.
2. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1986.
3. Тураев В. А., Базанов В. П. О наведенных напряжениях на воздушных линиях при однофазных коротких замыканиях. - Электрические станции, 1998, № 3.
4. Методические указания по измерению наведенных напряжений на отключенных ВЛ, проходящих вблизи действующих ВЛ напряжением 35 кВ и выше и контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. М.: ОРГРЭС, 1993.
5. К расчету наведенного напряжения на ремонтируемых линиях электропередачи / Мисриханов М. Ш., Попов В. А., Якимчук Н. Н., Медов Р. В. - Электрические станции, 2000, № 2.
6. Васюра Ю. Ф., Черепанов Г. А., Легконравов В. Л. Исследование наведенных напряжений на отключенных линиях электропередачи. - Электрические станции, 1999, № 2.
7. Расчет наведенного напряжения на линиях электропередачи и обеспечение безопасности работ на этих линиях / Глушко В. И., Ямный О. Е., Ковалев Э. П., Науменок Н. А. - Электричество, 1997, № 8.
8. Комплекс расчета аварийных режимов в сложных электрических сетях объемом до 3000 узлов <V-V1-50>. Киев: ИЭД АН Украины.
9. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: ОРГРЭС, 1996.
10. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35 - 800 кВ. М.: ОРГРЭС,
    1996.