Защитное заземление контактной сети: назначение, виды и защита от шагового напряжения

Защитные заземления в системах контактной сети служат для защиты людей от поражения электрическим током при возникновении на металлических конструкциях опасного потенциала. Такая ситуация возможна при повреждении изоляции проводов или их обрыве. Основная функция заземления — создать путь с малым сопротивлением для тока замыкания, что способствует быстрому автоматическому отключению поврежденного участка. Без этой меры существует риск воздействия на человека напряжения прикосновения и шагового напряжения.

При нарушении изоляции и замыкании на металлическую опору ток начинает растекаться в земле. Площадь поперечного сечения массива грунта, через который проходит ток, увеличивается по мере удаления от опоры. Это приводит к постепенному падению потенциала на поверхности земли, график которого представлен на рис. 138. В зоне растекания между любыми двумя точками существует разность потенциалов, создающая опасность для человека, находящегося в этой области.

Рис. 138. Возникновение шагового напряжения (Uш) и напряжения прикосновения (Uпр): а — схема питания, б — кривая растекания потенциала; 1 — точка касания опоры, 2 — зона растекания тока.

Шаговое напряжение (Uш) возникает, когда ноги человека находятся в точках с разным потенциалом, например, в точках а и *b* (рис. 138). Напряжение прикосновения (Uпр) действует на человека, который касается оказавшейся под напряжением опоры, и равно разности потенциалов между опорой и точкой земли, где стоит человек. Для минимизации этих опасных напряжений все металлические сооружения (опоры, мосты, путепроводы, светофоры) в зоне контактной сети обязательно соединяются с рельсовой сетью, выполняющей роль заземлителя.

Заземление конструкций не только снижает опасные напряжения до безопасного уровня, но и обеспечивает минимальное сопротивление цепи короткого замыкания. Это гарантирует надежное срабатывание быстродействующих автоматов на тяговых подстанциях. По способу исполнения заземления подразделяются на индивидуальные и групповые, выбор которых зависит от местных условий и требований безопасности.

Индивидуальное заземление (рис. 139) применяется для отдельно стоящих опор. Оно выполняется стальным проводом диаметром не менее 12 мм для постоянного и 10 мм для переменного тока. Провод механически присоединяется к рельсу при помощи крюкового болта с клеммой, а к конструкции — болтовым соединением или сваркой. Такой метод обеспечивает надежный электрический контакт для отвода тока.

Рис. 139. Индивидуальное заземление опоры: 1 — стальной заземляющий провод, 2 — крюковой болт, 3 — рельс, 4 — клемма.

Групповое заземление используется для соединения с рельсами нескольких опор одним общим проводом. Оно применяется на перегонах в выемках, пассажирских платформах, в горловинах станций и у воздушных промежутков. Сечение группового провода должно быть не менее 70 мм² для постоянного и 50 мм² для переменного тока. Провод присоединяют к тяговому рельсу или к средней точке дроссель-трансформатора.

Длина группового заземляющего провода нормируется: не более 400 м для переменного и 600 м для постоянного тока. Расстояние от точки подключения к рельсу до крайней заземленной опоры не должно превышать 200 м и 300 м соответственно. В местах с повышенной опасностью (посадочные платформы, переезды, места погрузки) применяется двойное заземление для увеличения надежности.

К объектам, требующим двойного заземления, относятся опоры у пассажирских платформ, переездов, пешеходных переходов, а также металлические мосты, путепроводы и опоры с установленными разрядниками или секционными разъединителями. Заземляющие спуски на железобетонных опорах от разрядников и групповых проводов выполняют двойными, а от разъединителей до привода — одинарными, с последующим переходом на двойные.

Для предотвращения возникновения блуждающих токов и связанной с ними электрокоррозии заземляющие провода покрывают кузбасским лаком и прокладывают на полушпалах. Дополнительной мерой является установка искровых промежутков, которые в нормальном режиме электрически изолируют конструкцию от рельса. При аварийном повышении напряжения промежуток пробивается, обеспечивая соединение и срабатывание защиты.

Искровой промежуток состоит из двух электродов, разделенных слюдяной изоляцией. Один электрод соединен с заземляющим проводом, другой — с конструкцией. Пробивное напряжение составляет 200–800 В. При пробое изоляции или касании токоведущих частей напряжение на промежутке возрастает, происходит пробой, что резко снижает сопротивление цепи короткого замыкания и приводит к отключению участка. Широко применяется промежуток многократного действия ИПМ-62 (рис. 140).

Рис. 140. Искровой промежуток многократного действия ИПМ-62: 1 — корпус, 2 — электрод, 3 — изолирующая втулка, 4 — крышка, 5 — съемная вставка, 6 — контактная шайба, 7 — экран

Таким образом, комплексное применение защитных заземлений, выполняемых по строгим нормам, является основой электробезопасности на электрифицированных железных дорогах. Эти меры эффективно защищают персонал и пассажиров, минимизируют ущерб от аварий и обеспечивают бесперебойность движения. Регулярный контроль состояния заземляющих устройств обязателен для поддержания их высокой эксплуатационной надежности.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: А. Н. Шемякин А. С. Прудыус.

Источник: Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи.

Данные публикации будут полезны инженерам-проектировщикам и строителям контактной сети железных дорог, специалистам служб эксплуатации и ремонта инфраструктуры, а также студентам транспортных и строительных вузов, изучающим конструкции и основы надежности железнодорожных сооружений.