Защитные заземления

Защитные заземления служат для защиты людей от опасных потенциалов (поражения током), которые могут возникнуть при повреждении изоляции контактной сети. Эти заземления являются одним из важнейших средств обеспечения безопасной работы. В случае повреждения изоляции установки, находящейся под напряжением U_с и не имеющей защитного заземления, может произойти поражение людей, вызванное прикосновением их к металлическим частям установки, и поражение, вызванное так называемым шаговым напряжением U_ш (рис. 150). При нарушении изоляции контактной подвески ток проходит по металлической опоре в землю. Сечение массива земли, по которому идет ток, по мере удаления от неисправной опоры быстро увеличивается вследствие растекания тока в земле. Падение напряжения U_c будет изменяться в соответствии с кривой, изображенной на рисунке.

Рис. 150. Распределение напряжения прикосновения и шагового напряжения при повреждении изоляции контактной сети

На определенном расстоянии (практически около 20 м) плотность тока становится незначительной и падение напряжения не обнаруживается сколько-нибудь ощутимо. Как видно из кривой, между двумя любыми точками на участках растекания тока существует разность потенциалов. Поэтому человек, находящийся в пределах участка растекания, сделав шаг (например, одна нога находится в точке а, а другая - в b), подвергается действию шагового напряжения U_ш.

На человека, коснувшегося неисправной опоры, действует напряжение прикосновения U_пр. В случае соприкосновения человека с заземленным устройством, на котором возникло замыкание, напряжение U_пр обычно ниже напряжения корпуса устройства по отношению к земле. Объясняется это тем, что на человека действует часть напряжения (падения напряжения) в цепи замыкания опора - человек-земля. Так, напряжение прикосновения U_пр для человека, находящегося в точке X и коснувшегося опоры, будет равно разности ординат АА' и XX'.

Для обеспечения безопасности людей устройства контактной сети и другие металлические сооружения (например, мосты, путепроводы, светофоры), которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкосновения с оборвавшимися проводами, обязательно заземляют. Тем самым резко снижают до безопасного значения напряжение прикосновения и шаговое. Заземлителем служат рельсы. Металлическое соединение указанных устройств с рельсовой сетью обеспечивает минимальное сопротивление прохождению тока и, следовательно, способствует надежному отключению поврежденного участка контактной сети быстродействующими автоматическими выключателями тяговых подстанций.

Заземления опор контактной сети могут быть индивидуальными и групповыми.

Индивидуальные заземления выполняют из стального провода. Провод присоединяют к заземляемому устройству болтами или сваркой, а к рельсу - только механическим способом.

Групповые заземления служат для заземления общим тросом нескольких опор, расположенных на перегонах, установленных на пассажирских платформах или за ними, в горловинах станций и у воздушных промежутков, в зоне секционных разъединителей с моторными приводами дистанционного управления. Групповое заземление выполняют тросом. Заземляющий провод присоединяют к тяговому рельсу или средней точке дроссель-трансформатора (специально устанавливаемого или уже эксплуатируемого). На участках с однониточными рельсовыми цепями заземляющий провод присоединяют к тяговому рельсу.

В наиболее ответственных случаях для большей надежности устанавливают двойные заземления. Двойным заземлением присоединяют к тяговым рельсам опоры контактной сети, расположенные у посадочных платформ, мест посадки и высадки пассажиров, не имеющих посадочных платформ, переездов и переходов, мест систематической погрузки и выгрузки грузов. Двойным заземлением также соединяют с тяговым рельсом опоры с разрядниками, секционными разъединителями, провода групповых заземлений, металлические мосты, путепроводы, пешеходные и сигнальные мостики независимо от места их расположения.

Заземляющие спуски на железобетонных опорах от провода группового заземления и разрядников делают двойными на всем протяжении, от секционных разъединителей до привода - одинарными, начиная от привода - двойными.

Если не принять соответствующих мер, то заземляющие провода будут способствовать прохождению тягового тока из рельсов в землю, т. е. образованию блуждающих токов. Чтобы избежать этого, заземляющие провода покрывают лаком. Между опорой и рельсом заземляющие провода прокладывают на полушпалах. Кроме того, в необходимых случаях для предупреждения электрокоррозии фундаментов опор в заземляющие провода включают так называемые искровые промежутки.

Нормально искровой промежуток электрически изолирует опору от рельсов. Он выполнен из двух-трех изолирующих слюдяных прокладок, помещаемых между двумя электродами, из которых один соединен с заземляющим проводом, другой - с заземляемой конструкцией. Пробивное напряжение искрового промежутка должно быть 800-1200 В. Если произойдет перекрытие изолятора контактной сети, его пробой или случайное касание токоведущих частей контактной сети металлической конструкции, то напряжение на электродах искрового промежутка возрастет, он пробьется и конструкция заземлится на рельс. В результате сопротивление в цепи короткого замыкания контактной сети резко снизится, ток возрастет и на тяговой подстанции сработает защита от короткого замыкания, отключив поврежденный участок контактной сети.

Обычно применяют искровые промежутки многократного действия. Устанавливают их не на всех опорах и других конструкциях, подлежащих заземлению. Выбор места установки определяется сопротивлением заземления опор, значением положительного потенциала в зоне между рельсом и землей, в которой находится опора. Искровые промежутки не устанавливают на опорах, где расположены приводы секционных разъединителей, а также на опорах, расположенных в общедоступных местах (пассажирские платформы и др.).

Для предупреждения образования блуждающих токов в случае применения групповых заземлений в Советском Союзе созданы специальные защиты.

В нормальном режиме при таких защитах групповые заземлители отключены от рельсовой сети и тем самым цепь опора-рельс разорвана.