Admin

Защита объектов от атмосферных и коммутационных перенапряжений

ЕВДОКИМОВА Ольга Геннадьевна, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», доцент, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия
ЕРЕМИН Борис Николаевич,
ОАО «РЖД», Центральная станция связи, Октябрьская дирекция связи, главный инженер, Санкт-Петербург, Россия
ХАЙСОВ Андрей Валерьевич, ОАО «РЖД», Центральная станция связи, Октябрьская дирекция связи, Центральный РЦС, главный инженер, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: железнодорожная электросвязь, молниевые перенапряжения, коммутационные перенапряжения, защита аппаратуры, нормативное регулирование
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы нормативного регулирования в области защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений служебно-технических зданий и сооружений с коммуникациями технологической железнодорожной электросвязи. Представлен обзор основных принципов защиты, рекомендованных новым документом «Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта. Технические решения (для опытной эксплуатации)».

Нормативное регулирование. Опыт эксплуатации показывает, что из-за неисправности оборудования и кабельных линий вследствие воздействия атмосферных и коммутационных перенапряжений возникают сбои и отказы в работе систем связи и СЦБ. Они в свою очередь приносят экономические потери и репутационные риски компании.
Основную опасность представляют атмосферные перенапряжения, которые возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или наводятся (индуцируются) в линиях при ударах молнии поблизости. Атмосферные перенапряжения не зависят от номинального напряжения электроустановки и потому их опасность возрастает со снижением класса напряжения электрической сети. Перенапряжения, создаваемые в результате прямых ударов молнии, достигают пробивных значений 1000 кВ, приводят к угрозе возникновения коротких замыканий и пожаров, а также безопасности персонала. Это обусловливает требование по установке систем защиты от перенапряжений в электроустановках.

Многие нормативные документы (НД), регулирующие эту сферу, были утверждены десятки лет назад. За этот период технический прогресс ушел вперед и значительно изменился подход к нормативному регулированию. Это делает актуальным комплексное рассмотрение вопросов организации защиты от перенапряжений объектов железнодорожной электросвязи, в том числе нормативных документов. В современных реалиях, когда крайне остро стоят задачи технологического суверенитета,
особенно важно наличие адекватной базы российских технических стандартов [1,2].
Следует отметить, что до недавнего времени отсутствие российского норматива в какой-либо области могло быть скомпенсировано применением сертифицированного в соответствующем центре иностранного документа. Сейчас услуги этих специализированных центров сертификации недоступны и наблюдается тенденция по актуализации и созданию российских стандартов.
Для решения задач нормативного регулирования в части содержания и обслуживания служебно-технических зданий и сооружений ОАО «РЖД», в том числе технологической железнодорожной электросвязи, в настоящее время используются государственные и отраслевые нормативные документы:

• ГОСТ 33398-2015 «Межгосударственный стандарт. Железнодорожная электросвязь. Правила защиты проводной связи от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного тока»;
• ГОСТ 33973-2016 «Железнодорожная электросвязь. Поездная радиосвязь. Технические требования и методы контроля»;
• ГОСТ 33888-2016 «Межгосударственный стандарт. Электросвязь железнодорожная. Прокладка кабельных линий связи в границах железнодорожной полосы отвода»;
• ГОСТ Р 58232-2018 (находится на стадии внесения изменений) «Национальный стандарт Российской Федерации. Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования» [3];
• СО 153-34.48.519-2002 «Правила проектирования,строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4-35 кВ»;
• СТО РЖД 08.031-2023 «Устройства железнодорожной инфраструктуры. Защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Методика обследования электромагнитной обстановки на этапах проектно-изыскательских работ объектов строительства и на действующих объектах»;
• 411307-ТМП «Узлы подвески волоконно-оптического кабеля с использованием существующей инфраструктуры железных дорог. Альбомы 1-5»;
• №ЦСС-663/р «Основные требования по содержанию служебно-технических зданий и сооружений с кабельными коммуникациями технологической железнодорожной электросвязи»;
• ЦЭ-191 «Инструкция по заземлению устройств энергоснабжения на электрифицированных железных дорогах»;
• № 2185/р «Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту объектов железнодорожной электросвязи ОАО «РЖД»;
• серия стандартов ГОСТ Р МЭК 62305 «Менеджмент риска. Защита от молнии» [4];
• серия стандартов ГОСТ Р МЭК 62561 «Компоненты систем мол-ниезащиты»;
• СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»;
• СТО РЖД 08.026-2015 «Устройства железнодорожной инфраструктуры. Защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устройства молниезащиты и заземления технических средств. Технические требования» [5].

Аналитический обзор актуальных нормативных документов показывает, что обустройство заземлений до сих пор регламентируется главным образом ведомственными инструкциями. Однако следует отметить, что вопросы молниезащиты на железной дороге впервые повышены до уровня национального стандарта (ГОСТ Р 58232), введенного в действие в 2018 г., о чем свидетельствует надпись на титульном листе «введен впервые». Ранее регулирование таких вопросов осуществлялось с учетом требований РД 34.21.12287, СО 153-34.21.122-2003 и др.
В 2022 г. Центральной станцией связи был введен в действие документ №ЦСС-663/р, уже упоминавшийся в статье, который устанавливает общие требования к содержанию служебно-технических зданий и сооружений с кабельными коммуникациями технологической железнодорожной электросвязи. Он уточняет и дополняет требования, изложенные в ранее разработанных нормативных документах, ссылки на которые в нем приведены.

Данный норматив также указывает на необходимость руководствоваться требованиями ряда других НД. Так, при отсутствии исполнительной документации на заземляющие устройства для служебно-технического здания измерения заземляющих устройств должны быть выполнены и проверены в соответствии с РД 15334.0-20.525-00 «Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок». Исправное состояние контуров заземляющих устройств электроустановок служебно-технических зданий и сооружений, устранение недостатков в их содержании должно обеспечиваться эксплуатирующим подразделением служебно-технического здания/со-оружения в соответствии с Единым корпоративным стандартом ОАО «РЖД» предоставления и обслуживания помещений, утвержденным 1 июля 2013 г. № 1462р.

В 2023 г. вышел в свет документ «Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта. Технические решения (для опытной эксплуатации)» [6] для применения на проектируемых и реконструируемых объектах инфраструктуры железнодорожного транспорта в составе подсистем железнодорожной автоматики и телемеханики, связи и энергоснабжения. Данные технические решения предназначены для проектирования мероприятий по защите аппаратуры объектов от молниевых и коммутационных перенапряжений и позволяют максимально использовать имеющиеся на объектах системы защиты или их элементы. Для оптимизации затрат и обеспечения необходимого уровня защиты мероприятия на основе этих технических решений должны состоять из нескольких этапов.
Предпроектное обследование электромагнитной обстановки (ЭМО) - определяются максимальные уровни электромагнитных помех, воздействующих на аппаратуру железнодорожной инфраструктуры, а также выявляются существующие системы защиты или их элементы: устройства внутренней защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений, внешней молниезащиты и заземления, которые могут использоваться в проектируемой системе.
Проектирование - рассматриваются варианты типовых решений исходя из данных, полученных при обследовании ЭМО, которые будут положены в основу проектных решений. При этом могут применяться готовые типовые решения, а также скорректированные с учетом особенностей объекта.
В технических решениях приведены типовые схемы заземлителей для зданий с аппаратурой электросвязи. Эти схемы принципиально не отличаются от аналогичных схем для зданий с аппаратурой ЖАТ. В случае совместного размещения оборудования электросвязи и ЖАТ или другой аппаратуры железнодорожной инфраструктуры в одном здании заземлитель должен быть единым. Конфигурация заземлителя здания размером 10x20 м, сопротивление которого не превышает 4 Ом без учета естественных заземлителей для удельного сопротивления грунта менее 120 Ом м, приведена на рис. 1. Другие варианты типовых схем заземлителей для здания размерами 20x10 м с аппаратурой ЖАТ или другой железнодорожной инфраструктуры для разных удельных сопротивлений грунта, соответствующих сопротивлению, не превышающему 4 Ом, приведены в таблице 5.3 [6].
При проектировании внутренней системы защиты от молнии требуется выполнять расчет эффективности. Результаты некоторых мероприятий и ряд эффектов, определенных в документе [6], представлены в таблице.

Схемы внешней молниезащиты объектов функциональной подсистемы железнодорожной электросвязи, как и в случае с заземлением, принципиально не отличаются от аналогичных схем для объектов ЖАТ. Их основная особенность заключается в возможном наличии мачт радиосвязи с кабелями, проложенными между помещениями и аппаратурой на мачте. Поэтому наилучшим решением по минимизации количества необходимых молниеприемников является включение мачты в схему молниезащиты здания с аппаратурой связи (рис. 2). Представленная на рисунке схема молниезащиты построена согласно ГОСТ Р 582322018 с надежностью 0,9.

При размещении антенны радиопередающей аппаратуры на крыше здания необходимо ее защитить от прямого попадания молнии, организовав на крыше соответствующую систему в форме молниеприемной сетки и установив дополнительные молниеприемни-ки. Необходимо обратить внимание на схему заземления элементов внешней системы молниезащиты в случае, когда между мачтой радиосвязи и помещениями в здании проходят проводные цепи. Согласно пункту 6.5.3 ГОСТ Р 58232 от мачты радиосвязи прокладываются две параллельные шины заземлителя на расстоянии 1 м от антенных кабелей и соединяются с заземлителем здания. Конфигурация заземлителя будет иметь вид, изображенный на рис. 2.
Заземляющее устройство. В зависимости от запроектированной геометрии объекта и количества мест ввода кабелей выбирается конфигурация проводников системы уравнивания потенциалов (СУП) здания с заземлителем. Вариант правильного соединения СУП и заземлителя предполагает, что в случае попадания в здание импульсного тока через жилы фидера электроснабжения он будет стекать через сработавшие УЗИП на СУП здания и далее напрямую через заземлитель в грунт. Схема такого варианта приведена на рис. 3.
Соблюдение нормативов в процессе эксплуатации. Как уже упоминалось, отклонения от требований нормативов по организации молниезащиты, заземления, ввода кабелей приводит к разрушительным последствиям. Известны случаи, когда нарушение наименьшего допустимого расстояния (габаритов) от анкерного крепления волоконно-оптического кабеля до объекта пересечения или сближения (менее 0,3 м), например до троса для подвески РК-кабеля, приводит к оплавлению волоконно-оптического кабеля с последующим возгоранием.


Согласно п. 3.17.6 «Инструкции по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах», утвержденной МПС России 10 июня 1993 г. № ЦЭ-191 в части крепления узлов подвески кабелей связи, прокладываемых открытым способом по опорам контактной сети, необходимо использовать изоляторы МФ-70 (ИС-70). Для выполнения требований ГОСТ 33799-2016 (п. 4.1.3) следует наименьшее допустимое расстояние от ВОК до объекта пересечения или сближения соблюдать не менее 0,3 м.
На Октябрьской дороге проводятся комплексные технические мероприятия по предотвращению сбоев оборудования электросвязи от перенапряжений. В частности, в региональных центрах связи с требуемой периодичностью осу
ществляется регламентированное техническое обслуживание волоконно-оптических линий передачи, кабельных линий связи, направляющих линий поездной радиосвязи и заземляющих устройств согласно «Инструкции по технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи» и картам технологического процесса.
В заключение отметим, что при проектировании системы защиты необходимо применять системный подход к каждому конкретному объекту инфраструктуры железнодорожного транспорта, не разделяя объект на подсистемы. Проектирование необходимо начинать с предпроектного обследования ЭМО на объекте.
Любой проект по строительству или реконструкции объекта должен обязательно включать раздел по ЭМО и в том числе по молниезащите. Выбор технических решений должен проводиться по результатам обследования.

СПИСОК источников

1. Попов Д.А. Проблемы молниеза-щиты по-прежнему остаются // Автоматика, связь, информатика. 2016. № 8. С. 22-24.
2. Задачи концепции защиты от перенапряжений инфраструктуры обеспечения движения поездов / А.Д. Манаков, А.Б. Никитин, О.А. Наседкин, В.А. Шатохин И Развитие элементной базы и совершенствование методов построения устройств железнодорожной автоматики и телемеханики : сборник научных трудов. СПБ.: ПГУПС, 2014. С. 5-13.
3. ГОСТ Р 58232-2018. Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования. Введ. 15.01.2019. М.: Стандартинформ, 2018.СТО РЖД 08.026-2015. Устройства железнодорожной инфраструктуры. Защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устройства молниезащи-ты и заземления технических средств. Технические требования.
4. ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска. Введ. 01.12.2011. М.: Стандартинформ, 2011.
5. СТО РЖД 08.026-2015. Устройства железнодорожной инфраструктуры. Защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устройства молниезащиты и заземления технических средств. Технические требования.
6. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта. Технические решения (для опытной эксплуатации), разработанные по заказу ОАО «РЖД» и утвержденные установленным порядком 25.09.2023.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК