В настоящее время одним из основных условий эксплуатации тяговых сетей переменного тока является обязательное заземление опор контактной сети на рельс. При этом решаются две задачи: надежное функционирование релейной защиты и обеспечение электробезопасности [1].
Вместе с тем в последнее время на сети электрических железных дорог все большее внимание уделяется возможности отсоединения заземляющих спусков опор контактной сети от рельса. Данное мероприятие позволит существенно снизить расходы на содержание и обслуживание заземляющих устройств, а также улучшить условия параллельной работы тяговой сети со смежными устройствами, такими как СЦБ.
На некоторых участках железных дорог уже внедрены в опытную эксплуатацию защиты, позволяющие надежно идентифицировать режимы замыкания опоры, не имеющие связи с рельсами. Однако преднамеренное разземление опор контактной сети должно быть обосновано и с точки зрения обеспечения электробезопасности и электромагнитной совместимости. Очевидно, что изменение условий электробезопасности необходимо рассматривать в сравнении с существующей системой заземления.
При стекании тока в землю возникают и отрицательные явления, представляющие собой опасность для человека, а именно появление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Основными критериями оценки опасности поражения электрическим током являются напряжения шага и прикосновения. Для их определения необходимо знать кривую распределения потенциала в земле (потенциальную кривую).
На основании существующих методик [2] и экспериментальных данных по определению сопротивления растеканию опор контактной сети [1] были получены потенциальные кривые для различных удельных сопротивлений грунта ρ. В соответствии с ними были произведены расчеты напряжения шага и прикосновения, на основании которых получены кривые их изменения, приведенные на рис. 1 и 2 соответственно.
Рис. 1. Результаты расчета напряжения прикосновения при замыкании на опору
Рис. 2. Результаты расчета напряжения шага при замыкании на опору
Анализ приведенных кривых показал, что:
-
при замыкании на разземленную опору напряжения прикосновения и шага изменяются от нуля до тысяч кВ, что может привести к смертельным последствиям для человека;
-
максимального значения напряжение прикосновение достигает при удалении человека на расстояние более 20 м;
-
учитывая, что в реальных условиях человеку, чтобы коснуться тела опоры необходимо находиться на максимальном расстоянии, не превышающем одного метра, то максимальное значение напряжения прикосновения не будет превышать 4,5 кВ;
-
при замыкании на разземленную опору напряжение шага превышает допустимое значение на расстоянии не более 2-3 метров.
Учитывая результаты полученные в [3] можно отметить, что зона выноса потенциала при традиционной системе заземления опор на рельс составляет от нескольких сотен метров до десятков километров. При этом значение потенциала практически во всех случаях замыкания контактной сети превышает допустимые значения. Таким образом, существующая в настоящее время организация системы заземления также не обеспечивает гарантированной безопасности обслуживающего персонала. Отсюда следует, что оценивать степень электробезопасности обеих систем заземления необходимо с учетом возможности появления различных факторов, к которым можно отнести вероятности возникновения режима короткого замыкания в тяговой сети, прикосновения человека к рельсовому пути и соединенных с ним устройств, превышения допустимого по условиям обеспечения электробезопасности напряжения на устройствах электроснабжения, совпадения моментов воздействия импульса электрического тока и наиболее уязвимой фазы кардиоцикла и т.д. Основываясь на предварительных расчетах, можно сказать, что преднамеренное разземление опор контактной сети переменного тока не должно отрицательно сказаться на электробезопасности системы в целом и при этом позволит решить ряд серьезных проблем, связанных с нежелательным воздействием режимов работы контактной сети на смежные устройства.
Список литературы
-
Электроснабжение железных дорог: Межвуз. темат. сб. научн. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - 70 с.
-
Кремлев И.А., Скоков Р.Б., Магай Г.С. Обеспечение эксплуатации контактной сети переменного тока без заземления опор на рельсы.
-
Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: учебное пособие для вузов. - М.: Энергия, 1979. - 407 с.
-
Косарев Б.И. Электробезопасность в системе электроснабжения железнодорожного транспорта / Б.И. Косарев, Я.А. Зельвянский, Ю.Г. Сибаров. - М.: Транспорт, 1983. - 199 с.