Электробезопасность при ремонтах высоковольтных воздушных линий электропередачи

А. Л. Куликов, А. О. Мирзаабдуллаев








ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
ПРИ РЕМОНТАХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Монография


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 331.45
ББК 31.28
     К90


Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электрификации и автоматизации Нижегородского государственного инженерно-экономического университета Папков Борис Васильевич; доктор технических наук, профессор, ученый секретарь научно-технического совета АО «Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы» Хренников Александр Юрьевич





     Куликов, А. Л.
К90        Электробезопасность при ремонтах высоковольтных воздушных ли-
      ний электропередачи : монография / А. Л. Куликов, А. О. Мирзаабдул-лаев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 128 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1548-4

      Монография посвящена проблемам электробезопасности при эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше (ВЛ). Обоснованы подходы к обеспечению электробезопасности, которые не только дополняют, но и значительно расширяют рамки понятийного аппарата, предусмотренного действующими нормативно-техническими документами (НТД) в электроэнергетике. Большое внимание уделено локальным и протяженным источникам опасного напряжения прикосновения, которые не учитываются в действующих НТД и при работах на ВЛ. На основании результатов проведенных исследований функциональных особенностей заземляющих устройств (ЗУ) ВЛ выявлено наличие характерной зоны - зоны выравнивания потенциала. Установлено, что только в пределах этой зоны ЗУ могут обеспечить безопасность персонала от воздействия опасного напряжения прикосновения на ВЛ. Предложены пять уровней наведенного напряжения, зависящих от схемы заземления, ремонтируемой ВЛ. Как показывает практика, наибольшее количество несчастных случаев приходится на уровни, которые не рассматриваются в действующих Правилах охраны труда.
      Для научных работников, специализирующихся в области электроснабжения, эксплуатационного персонала предприятий электрических сетей, студентов и аспирантов энергетических специальностей.

УДК 331.45
ББК 31.28





ISBN 978-5-9729-1548-4

    © Куликов А. Л., Мирзаабдуллаев А. О., 2023
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ...........................................4
ВВЕДЕНИЕ.....................................................6
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КРИТЕРИЕВ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ..........................................7
1.1. Критерии электробезопасности для разработки ремонтных схем ВЛ.7
1.2. Соотношение основных технологических процессов и подготовительных работ....................................20
1.3. Опасность напряжения косвенного прикосновения на ВЛ 110-750 кВ............................................25
Выводы по главе 1...........................................29

ГЛАВА 2. УРОВНИ НАВЕДЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.................31
2.1. Оценка и учет наведенного напряжения при производстве работ на ВЛ.......................................................31
2.2. О методах расчета наведенных напряжений на воздушных линиях электропередачи ........................................... 35
2.3. Классификация уровней наведенного напряжения на ВЛ.....59
2.4. Базовая ремонтная схема для обеспечения электробезопасности на ВЛ.......................................................67
Выводы по главе 2...........................................72

ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.............................................73
3.1. Описание физической модели двухцепной ВЛ ..............73
3.2. Наведенное напряжение на физической модели ВЛ..........76
3.3. Асимметрия на трехфазной линии электропередачи.........80
3.4. Анализ результатов практических измерений наведенного напряжения на ВЛ............................................84
Выводы по главе 3...........................................87

ГЛАВА 4. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ
НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.........................88
4.1. Влияние схемы заземления грозозащитного троса на надежность и безопасность эксплуатации ВЛ .............................88
4.2. Источники выноса высокого потенциала на рабочие места на ВЛ...96
4.3. Оценка защитных функций заземляющих устройств локальных и протяженных объектов.....................................102
4.4. Определение зоны защиты заземляющего устройства на ВЛ.109
4.5. Анализ обстоятельств и причин несчастных случаев при работе на ВЛ 110 кВ....................................115
Выводы по главе 4..........................................118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................119
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................120


3

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ


АПВ     - автоматическое повторное включение                       
ВЛ      - воздушная линия электропередачи                          
ВН      - высокое напряжение                                       
ВП      - вынесенный потенциал                                     
ГИС     - геоинформационная система                                
ГТ      - грозотрос                                                
ЗУ      - заземляющее устройство                                   
КЗ      - короткое замыкание                                       
ЛЭП     - линия электропередачи                                    
НН      - наведенное напряжение                                    
ОАПВ    - однофазное автоматическое повторное включение            
ОИК     - оперативно-информационный комплекс                       
ПАР     - параметры аварийного режима                              
ПЗ      - переносное заземление                                    
ПНИ     - прикладное научное исследование                          
ППР     - проект производства работ                                
Правила - правила по охране труда при эксплуатации электроустановок
ПС      - подстанция                                               
ПТЭ     - правила технической эксплуатации электроустановок в РФ   
ПУЭ     - правила устройство электроустановок                      
РАС     - регистратор аварийных событий                            
РЗА     - релейная защита и автоматика                             
СВН     - сверхвысокое напряжение                                  
ТИ      - типовые инструкции по эксплуатации ВЛ                    
ТК      - технологическая карта                                    
ТКЗ     - ток короткого замыкания                                  
ФМО     - физическая модель объекта                                
ФП      - фиксирующий прибор                                       
ЦУС     - центр управления сетями                                  
эдс     - электродвижущая сила                                     
ЭПС     - эквипотенциальная связь                                  

4

                          Авторы выражают искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору Папкову Борису Васильевичу, за ценные замечания, и предложения, способствующие улучшению содержания монографии.

ВВЕДЕНИЕ


      Воздушные линии (ВЛ) электропередачи (ЛЭП) напряжением 35 кВ и выше являются важнейшим составным элементом электросетевого комплекса страны и реализуют передачу электроэнергии от источников (генерации) до потребителей и распределения ее между ними, а также формируют межсистемные связи между локальными и крупнейшими электросетевыми комплексами (ПАО «Россети») в различных регионах страны. ВЛ также обеспечивают целостность крупных сетевых копаний, работающих в режиме с единой частотой и с общим диспетчерским управлением, таких как филиалы и дочерние общества ПАО «Россети», АО Дальневосточная распределительная компания (АО ДРСК) и других.
      В условиях ограниченного финансирования обеспечение эффективности эксплуатации ВЛ становится задачей, напрямую зависящей от применяемых методов ремонта: планово-предупредительного (ППР) и ремонта по техническому состоянию [1]. Если эксплуатацию ВЛ рассматривать как техническое воздействие на ВЛ, то её эффективность зависит от правильного решения задачи оптимизации объемов подготовительных и основных технологических операций с учетом применяемых ремонтных схем. При этом главным критерием качества остается обеспечение электробезопасности. В действующих нормативно-технических документах (НТД), в том числе в Правилах по охране труда (Правила) [2], электробезопасность определяется ограничением уровня напряжения на рабочем месте величиной 25 В. Поскольку ВЛ являются распределенными объектами протяженностью в сотни и тысячи километров, ограничить потенциал на проводящих их элементах и токоведущих частях не всегда возможно.
      Воздушные линии подвержены воздействию различных источников высокого напряжения: атмосферным воздействиям; влиянию параллельных ЛЭП и локальных источников напряжений, расположенных как вдоль трассы ЛЭП, так и в достаточном отдалении от рабочего места на ВЛ. В действующих Правилах большое внимание уделено наведенному напряжению, как наиболее реальному источнику опасности при работах на ВЛ. Оно возникает, когда ремонтируемая ЛЭП располагается в общем коридоре с действующими ВЛ или с контактными сетями электрифицированных железных дорог. Все организационно-технические мероприятия направлены на ограничение, прежде всего, этого напряжения. Такие нежелательные события, как ошибочное или самопроизвольное срабатывание коммутационных аппаратов, обрыв или падение провода на пересечениях ВЛ, не учитываются из-за малой вероятности их возникновения. Но для снижения их последствий применяются различные схемы заземления линии.
      В последнее время в ремонтных схемах ВЛ реализуется задача снижения наведенного напряжения на месте работы до 25 В. При этом на подготовительные работы тратится неоправданно много рабочего времени. Однако это не обеспечивает должного уровня электробезопасности, так как реально существующие источники опасности, с наличием гальванической связи рабочего места с локальными и распределенными источниками напряжения, учитываются не в полной мере.
      В настоящей работе рассмотрены характеристики и механизмы возникновения не учитываемых в действующих Правилах [2] источников опасного напряжения прикосновения на ВЛ.

6

ГЛАВА 1
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КРИТЕРИЕВ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

1.1. Критерии электробезопасности для разработки ремонтных схем ВЛ

     Задача обеспечения электробезопасности при эксплуатации ВЛ охватывает комплекс вопросов, связанных с наличием в зоне производства работ опасных факторов, создаваемых гальваническими, индуктивными и емкостными связями между ремонтируемой ВЛ и другими протяженными источниками высокого напряжения, напряженностью переменных электрических и магнитных полей. Такая задача должна решаться:
    • конструктивно - при проектировании и строительстве ВЛ;
    •     технологически - при организации и осуществлении эксплуатации с разработкой ремонтных схем, технологических карт (ТК) и проектов производства работ (ППР);
    •     нормативно - разработкой нормативно-технической документации и стандартов безопасности;
    •     организационно-технически - подготовкой, обучением и аттестацией персонала, оснащением его средствами защиты и созданием системы охраны труда.
     Конструктивно электробезопасность реализуется отдалением токоведущих частей, находящихся под высоким потенциалом, от доступных зон нахождения людей и животных путем обеспечения требуемого уровня изоляции и габаритных расстояний, а также снижением опасных факторов и вредных воздействий электрического и магнитного полей.
     Технологическое обеспечение безопасности необходимо при эксплуатации ВЛ и осуществляется созданием соответствующих режимов и алгоритма последовательности операций, инструментальной оснасткой и применением защитных средств.
     Конструктивное и технологическое обеспечение безопасности разрабатываются на основании федеральных и международных нормативно-технических документов, стандартов безопасности. В качестве главного критерия обеспечения электробезопасности при эксплуатации ВЛ принято нормирование уровня напряжения на рабочем месте и его ограничение величиной 25 В (до 2001 г. было 42 В). Возможность реализации данного критерия безопасности обосновалась комплексом организационно-технических мероприятий по ограничению воздействия опасного напряжения:
    •     рабочего, при ошибочном или самопроизвольном включении коммутационного аппарата, подающего напряжение на ремонтируемую ВЛ, или падении провода действующей ВЛ на месте пересечения с ремонтируемой линией;


7

    •      наведенного, при электромагнитном воздействии смежных действующих ВЛ или контактных сетей электрифицированных железных дорог на провода (грозозащитный трос (ГТ)) ремонтируемой ВЛ.
     Реализовать перечисленное выше на практике не всегда представляется возможным, так как наличие гальванической связи рабочего места на ВЛ с локальными (заземляющее устройство распределительных устройств) и протяженными (смежные ВЛ) элементами энергосистем создает непредсказуемые уровни напряжения (вынос опасного потенциала) на рабочем месте при аварийных ситуациях на этих смежных устройствах. Это показывает недостаточность применяемых в настоящее время технических мероприятий для обеспечения безопасности ремонтных работ на ВЛ и подчеркивает необходимость учета всех влияющих факторов и реальной электромагнитной обстановки на рабочем месте ВЛ.
     В качестве главного опасного фактора рассматривается напряжение прикосновения на рабочем месте, возникающее в процессе выполнения работы на местах одновременного прикосновения работника к проводящим элементам ВЛ. Несмотря на то, что при подготовке рабочего места на ВЛ все токоведущие элементы от источника отключаются и заземляются, остается вероятность возникновения опасного потенциала при аварийных ситуациях на смежных устройствах. Источником такого напряжения могут быть как традиционно учитываемые в действующих нормативах источники рабочего и наведенного напряжения, так и не учитываемые в настоящее время источники высокого напряжения такие, как: протяженные и локальные элементы энергосистем и гальванические связи с токопроводящими элементами (ГТ) ремонтируемой ВЛ, которые при аварийных ситуациях создают опасность на рабочем месте ВЛ.
     Организационно-техническое обеспечение безопасности рассматривается только в рамках научно-технических проблем и вопросов, без углубления в действующую организационную структуру и систему охраны труда. В соответствии с государственными стандартами [4] понятие «эксплуатация» трактуется, как стадия жизненного цикла изделия, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается его качество.
     Примечание. Эксплуатация изделия включает в себя в общем случае использование по назначению, транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт.
     В зависимости от характера выполняемой работы при эксплуатации ВЛ реализуются условия производства работ, структурная связь которых представлена на рис. 1.1.
     Далее рассматривается порядок организации ремонта ВЛ с отключением от источника питания и заземлением на месте работы и на ПС, в котором реализован ряд ремонтных схем, анализируемых с учетом требований действующих Правил безопасности. Несмотря на существенную переработку за последние 25 лет структуры и формулировок отдельных разделов, вновь утвержденные Правила в основном сохранили для электробезопасности при эксплуатации ВЛ идеологию предыдущих редакций [2, 3, 5, 6, 7]:
   •     ремонтируемая ВЛ должна быть отключена и заземлена на месте работы и со всех сторон, откуда может быть подано напряжение на нее (рис. 1.2);

8

   •     при наличии опасности наведенного напряжения, которая не устраняется классической схемой вывода в ремонт, ремонтируемая линия должна быть отключена и заземлена только на рабочем месте (рис. 1.3);
   •     при усиленном влиянии наведенного напряжения в Правилах предусматриваются специальные схемы вывода в ремонт ВЛ. Эти схемы должны способствовать снижению уровня наведенного напряжения до 25 В разделением ВЛ на более короткие участки влияния, путем разъединения петель на анкерных опорах (рис. 1.7, 1.8, 1.10);
   •     все технические мероприятия в совокупности должны обеспечить уровень напряжения на рабочем месте не более 25 В.


Рисунок 1.1. Условия производства работ на ВЛ

     Для простоты описания рассмотрим только выводимую в ремонт ВЛ, опуская влияющие ВЛ. При этом необходимо учитывать наличие кондуктивных, индуктивных и емкостных связей между взаимодействующими линиями.
     1.      Классическая схема вывода ВЛ в ремонт, где ремонтируемая линия отключается и заземляется на месте работы и со всех сторон, откуда может быть подано напряжение, рис. 1.2.

Рисунок 1.2. Классическая схема вывода ВЛ в ремонт.
ЛР1-ЛР2 - линейные разъединители; ЗНпс1-ЗНпс2 - заземляющие ножи;
Япз - сопротивление заземляющего устройства опоры; Кпс1-Ипс2 - сопротивления заземляющих устройств подстанций ПС1, ПС2

9

     Такая схема наиболее распространена благодаря тому, что количество заземлений на ВЛ обеспечивает более высокую безопасность выполнения работ, а использование низкоомных (менее 0,5 Ом) заземляющих устройств ПС позволяет значительно снизить уровни наведенного напряжения. Однако схема рис. 1.2 не позволяет снижать наведенное напряжение при наличии существенной неоднородности действующих ВЛ, а также в случаях с изменением количества влияющих цепей и значительными удельными значениями наводимых продольных ЭДС.
     2.      Схема с заземлением ВЛ только по концам на ПС, когда еще заземление на рабочем месте или не установлено, или только что снято. Данная схема по сути не является конечной, а представляет промежуточный этап ремонтных схем рис. 1.2 и рис. 1.4, но может применяется при работах на присоединениях ВЛ к оборудованию ПС (рис. 1.3).


Рисунок 1.3. Схема ВЛ до установки или сразу после снятия ПЗ на рабочем месте с заземлением по концам на ПС

      3.       Ремонтная схема с заземлением ВЛ только на рабочем месте, когда классическая схема заземления не обеспечивает снижения наведенного напряжения до 25 В на проводах отключенных ВЛ, рис. 1.4.


Рисунок 1.4. Схема вывода ВЛ в ремонт при наличии опасного наведенного напряжения на отключенной ВЛ

      Схема рис. 1.4 предусматривает снижение уровня наведенного напряжения на месте производства работ путем шунтирования емкостных связей между проводами ремонтируемой ЛЭП, землей, смещением и закреплением нулевой точки потенциальной диаграммы продольной наведенной ЭДС на месте заземления ВЛ.
      Однако заземление ВЛ только на рабочем месте не гарантирует сохранения заземления при появлении различных непредвиденных обстоятельств: обрыв заземляющего проводника; потеря контакта заземлителя с заземляющим устройством опор; ухудшение состояния заземляющего устройства, что требует особую

10

осторожность от линейного персонала при установке и снятии ПЗ на месте работы.
     4.      Промежуточная схема вывода в ремонт с заземлением ВЛ только на одной ПС является технологическим этапом для перехода как к классической ремонтной схеме (рис. 1.2), так и к ремонтной схеме с заземлением ВЛ только на рабочем месте (рис. 1.4), когда классическая схема заземления не обеспечивает снижения наведенного напряжения до 25 В на проводах отключенных ВЛ. Схема предусматривает снижение уровня наведенного напряжения на месте производства работ перед установкой переносного заземления (ПЗ), для исключения опасности приближения персонала к проводам незаземленной ВЛ (рис. 1.5).

Рисунок 1.5. Промежуточная схема вывода в ремонт ВЛ с заземлением только на одной ПС

      После установки линейным персоналом переносного заземления на ВЛ, оперативный персонал отключает ЗНпс1 и создает ремонтную схему с заземлением только на рабочем месте (рис. 1.4).
      5.      Ремонтная схема при работах в пролете с заземлением ВЛ на рабочем месте на двух смежных опорах, без заземления линии по концам на ПС, когда классическая схема заземления не обеспечивает снижения наведенного напряжения до 25 В на проводах отключенных ВЛ, рис. 1.6.


Рисунок 1.6. Схема вывода ВЛ в ремонт при наличии опасного наведенного напряжения с заземлением на двух смежных опорах

      Схема рис. 1.6, согласно действующим нормативам, более надежна, благодаря наличию двух заземлителей, и позволяет проводить работу в пролете между смежными (заземленными) опорами ВЛ, на которых установлены заземления.
      6.      Ремонтная схема с разделением линии на две части путем разрезания шлейфов на анкерной опоре и заземлением этих участков на смежных опорах и на ПС, когда классическая схема заземления не обеспечивает снижения наведенного напряжения до 25 В на проводах отключенных ВЛ, приведена на рис. 1.7.


11