Расчёт заземления

Сопротивление заземления

Сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) определяется как величина «противодействия» растеканию электрического тока в земле, поступающего в неё через заземлитель.

Измеряется в Ом и должно иметь минимально низкое значение. Идеальный случай — нулевая величина, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» электротоков, что гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение землей.

Так как идеала достигнуть невозможно, все электрооборудование и электроника создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления = 60, 30, 15, 10, 8, 4, 2, 1 и 0,5 Ом.

• для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом

  При подключении локального заземления к нейтрали трансформатора / генератора в системе TN суммарное сопротивление заземления (локального + всех повторных + заземления трансформатора / генератора) должно быть не более

  4 Ом (ПУЭ 1.7.101). Данное условие выполняется без каких-либо дополнительных мероприятий при правильном заземлении источника тока (трансформатора либо генератора)

Подробнее об этом на странице «Заземление дома».

• при подключении газопровода к дому должно выполняться стандартное требование для заземления дома. Однако из-за использования опасного оборудования необходимо выполнять локальное заземление с сопротивлением не более 10 Ом
  (ПУЭ 1.7.103; для всех повторных заземлений)

  Подробнее об этом на странице «Заземление газового котла / газопровода».



• для заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)

  Подробнее об этом на странице «Молниезащита и заземление».



• для источника тока (генератора или трансформатора) сопротивление заземления должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)


• для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.


• при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление
  не более 2 или 4 Ом


• для подстанции 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)

Приведённые выше нормы сопротивления заземления справедливы для нормальных грунтов с удельным электрическим сопротивлением
не более 100 Ом*м (например, глина / суглинки).

Если грунт имеет более высокое удельное электрическое сопротивление — то часто (но не всегда) минимальные значения сопротивление заземления повышаются на величину 0,01 от удельного сопротивления грунта.

Например, при песчаных грунтах с удельным сопротивлением
500 Ом*м минимальное сопротивление локального заземления дома с системой TN-C-S повышается в 5 раз — до 150 Ом (вместо 30 Ом).

Сопротивление грунта и заземление

Удельное сопротивление грунта — это главный параметр, который влияет на конструкцию заземляющего устройства: количество и длину заземляющих электродов. Физически оно равняется электрическому сопротивлению, которое грунт оказывает току при прохождении им расстояния между противоположными гранями условного куба объёмом 1 куб. м.; размерность Ом*м. Удельное сопротивление зависит от многих факторов: состава и структуры грунта, его плотности, влажности, температуры, наличия примесей – солей, кислот, щелочей. Все эти параметры изменяются в течение года, поэтому соответствующим образом меняется и сопротивление грунта. Данный факт нужно учитывать при проведении замеров, расчётов, а также при измерении сопротивления растеканию смонтированного заземляющего устройства.

Сопротивление грунта и сопротивление заземления

Чем ниже значение удельного сопротивления грунта, тем лучше электрический ток растекается в среде, и тем меньше получится сопротивление заземляющего устройства. Низкое сопротивление заземления обеспечивает поглощение грунтом токов повреждений, токов утечки и молниевых токов, что предотвращает их нежелательное протекание по проводящим частям электроустановок и защищает контактирующих с ними людей от поражения электрическим током, а оборудование — от помех и нарушений работы. Заземляющее устройство обязательно должно быть дополнено правильно организованной системой уравнивания потенциалов.

Такие объекты, как жилой дом и линия электропередачи не требуют столь низкого сопротивления заземления, как, например, подстанции и сооружения с большим объёмом информационного и коммуникационного оборудования: ЦОД, медицинские центры и объекты связи. Более низкое сопротивление заземляющего устройства можно обеспечить растеканием тока с большего количества электродов, при том что высокое сопротивления грунта приводит к ещё большему увеличению габаритов заземлителя.

Норма сопротивления заземляющего устройства определяется ПУЭ 7 изд. раздел 1.7. — для электроустановок разных классов напряжения, пункты 2.5.116-2.5.134 — для линий электропередачи, а также другими отраслевыми стандартами и документацией к аппаратам и приборам.

Удельное сопротивление преимущественно зависит от типа грунта. Так, «хорошие» грунты, обладающие низким сопротивлением — это глина, чернозём (80 Ом*м), суглинок (100 Ом*м). Сопротивление песка сильно зависит от содержания влаги и колеблется от 10 до 4000 Ом*м. У каменистых грунтов оно легко может достигать нескольких тысяч Ом*м: у щебенистых — 3000-5000 Ом*м, а у гранита и других горных пород — 20000 Ом*м.

Удельное сопротивление грунтов в России

Среднее удельное сопротивление часто встречающихся на территории России грунтов приведено в таблице на странице, посвященной удельному сопротивлению грунта

Принять тип грунта можно по карте почв на территории России (для просмотра карты в полном размере, щёлкните на ней).

Значения, приведённые в таблицах справочные и подходят только для ориентировочного расчёта в том случае, когда другая информация отсутствует. Для того чтобы получить точное значение удельного сопротивления, необходимо проводить изыскательные работы. Замеры грунта проводятся в полевых условиях методом амперметра-вольтметра, а также путем измерения инженерно-геологических элементов (ИГЭ), проведенных на разной глубине методом вертикально электрического зондирования (ВЭЗ). Значения, полученные этими двумя способами, могут значительно отличаться, также, как отличаются характеристики грунта незначительно удаленных точек на местности. Поэтому, чтобы исключить ошибку в расчетах необходимо брать максимальный из результатов этих двух методов при приведении к однослойной расчётной модели. Если для расчётов необходимо привести грунт к двухслойной модели, то использовать можно только метод ВЭЗ.

Сезонное изменение сопротивления грунта и его учёт

Для учёта сезонных изменений и влияния природных явлений «Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов» оперирует коэффициентом промерзания, который предписывается определенной климатической зоне России и коэффициентом влажности, учитывающим накопленную грунтом влагу и количество осадков, выпавших перед измерением. РД 153-34.0-20.525-00 при определении сопротивления заземляющего устройства подстанций использует сезонный коэффициент.

При пропитывании почвы водой, удельное сопротивление может снижаться в десятки раз, а при промерзании в разы увеличиваться. Поэтому, в зависимости от того, в какое время года были выполнены измерения, необходимо учитывать данные коэффициенты.

Это позволит предотвратить превышения нормы заземляющего устройства в результате изменений удельного сопротивления; нормируемое значение в соответствии с ПУЭ 7 изд. должно обеспечиваться при самых неблагоприятных условиях в любое время года.

При увеличении габаритов заземляющего устройства влияние сезонных изменений значительно снижается. Если заземлитель имеет горизонтальные размеры порядка 10 метров, то его сопротивление в течение года может изменяться в десятки и сотни раз, тогда как сопротивление заземлителя габаритами 100-200 метров изменяется всего лишь в 2 раза. Это связано с тем, что глубина растекания тока соизмерима с габаритами горизонтального заземлителя.Таким образом, распространенная в горизонтальном направлении конструкция действует на глубинные слои почвы, часто обладающие низким удельным сопротивлением в любое время года.

«Сложные грунты» с высоким удельным сопротивлением

Некоторые типы грунта имеют крайне высокое удельное сопротивление. Его значение для каменистых грунтов достигает нескольких тысяч Ом*м при том, что организация заземляющего устройства в такой среде связана с множеством трудностей – значительными затратами материалов и объёмами земляных работ. Из-за твердых включений практически невозможно использовать вертикальные электроды без применения бурения. Пример заземления в условиях каменистого грунта приведён на странице.

Возможно, ещё более сложный случай – это вечномерзлый грунт. При понижении температуры удельное сопротивление резко возрастает. Для суглинка при +10 С° оно составляет около 100 Ом*м, но уже при -10 С° может достигать 500 — 1000 Ом*м. Глубина промерзания вечномерзлого грунта бывает от нескольких сот метров до нескольких километров, при том что в летнее время оттаивает лишь верхний слой незначительной толщины: 1-3 м. В результате круглый год вся зона эффективного растекания тока будет иметь значительное удельное сопротивление – порядка 20000 Ом*м в вечномерзлом суглинке и 50000 Ом*м в вечномерзлом песке. Это чревато организацией заземляющего устройства на огромной площади, либо применением специальных решений, например, таких как электролитическое заземление. Для наглядного сравнения, пройдя по ссылке, можно посмотреть расчёт в вечномерзлом грунте.

Решения по достижению необходимого сопротивления

Традиционные способы

В хороших грунтах, как правило, устанавливается традиционное заземляющее устройство, состоящее из горизонтальных и вертикальных электродов.

Использование вертикальных электродов несет важное преимущество. С увеличением глубины удельное сопротивление грунта «стабилизируется». В глубинных слоях оно в меньшей степени зависит от сезонных изменений, а также, благодаря повышенному содержанию влаги, имеет более низкое сопротивление. Такая особенность очень часто позволяет значительно снизить сопротивление заземляющего устройства.

Горизонтальные электроды применяются для соединения вертикальных, также они способствуют ещё большему снижению сопротивления. Но могут использоваться и в качестве самостоятельного решения, когда монтаж вертикальных штырей сопряжен с трудностями, либо когда необходимо организовать заземляющее устройство определенного типа, например, сетку.

Нестандартные способы

В тяжелых каменистых и вечномерзлых грунтах монтаж традиционного заземления сопряжен с рядом проблем, начиная сложностью монтажа из-за специфики местности, заканчивая огромными размерами заземляющего устройства (соответственно — большими объемами строительных работ), необходимыми для соответствия его сопротивления нормам.

В условиях вечномерзлого грунта также имеет место такое явление как выталкивание, в результате которого горизонтальные электроды оказываются над поверхностью уже через год.

Чтобы решить эти проблемы, специалисты часто прибегают к следующим мерам:

• Замена необходимых объёмов на грунт с низким удельным сопротивлением (несет ограниченную пользу в случае вечномерзлого грунта, т.к. грунт замены также промерзает). Объемы такого грунта часто очень велики, и не всегда приводят к ожидаемым результатам, т.к. зона действия заземлителя вглубь практически равна его горизонтальным размерам, поэтому влияние верхнего слоя может быть незначительным.
• Организация выносного заземлителя в очагах с низким удельным сопротивлением, что позволяет установить заземлитель на удалении до 2 км.
• Применение специальных химических веществ – солей и электролитов, которые снижают удельное сопротивление мерзлого грунта. Данное мероприятие необходимо проводить раз в несколько лет из-за процесса вымывания.

Одним из наиболее предпочтительных решений в тяжелых условиях является электролитическое заземление, оно сочетает химическое воздействие на грунт (снижение его удельного сопротивления) и замену грунта (уменьшение влияния промерзания). Электролитический электрод наполнен смесью минеральных солей, которые равномерно распределяются в рабочей области и снижают её удельное сопротивление. Данный процесс стабилизируется с помощью околоэлектродного заполнителя, который делает процесс выщелачивания солей равномерным. Применение электролитического заземления позволяет избежать проблем организации традиционного заземляющего устройства, значительно уменьшает количество оборудования, габариты заземлителя и объёмы земляных работ.

Заключение

При проектировании заземляющего устройства необходимо иметь достоверные данные об удельном сопротивлении грунта на месте строительства. Точную информацию можно получить только с помощью изысканий и измерений на местности, но по разным причинам бывает, что возможности их провести нет. В таком случае можно воспользоваться справочными таблицами, но стоит принять во внимание, что расчёт будет носить ориентировочный характер.

Независимо от того, каким образом получены значения удельного сопротивления, нужно внимательно рассматривать все влияющие факторы. Важно учесть пределы, в которых удельное сопротивление может меняться, чтобы сопротивление заземляющего устройства никогда не превышало норму.

Смотрите также:

Что такое хорошее значение сопротивления заземления?

Ноль Ом … Не совсем!

Целью сопротивления заземления является для достижения наименьшего возможного значения сопротивления заземления , что имеет смысл с экономической и физической точек зрения при контакте с землей, также известной как интерфейс грунт / земляной стержень.

Что такое хорошее значение сопротивления заземления?

В идеале, заземление должно быть с нулевым сопротивлением , но…

К сожалению, нет ни одного стандартного порога сопротивления заземления, признанного всеми сертифицирующими агентствами.

NFPA и IEEE рекомендуют значение сопротивления заземления 5 Ом или менее , в то время как NEC заявил « ». Убедитесь, что полное сопротивление системы относительно земли меньше 5 Ом, указанных в NEC 50.56. В помещениях с чувствительным оборудованием оно должно быть не более 5 Ом. ”

Соединение из медного заземляющего стержня на подстанции 33 кВ в Нахиле, ОАЭ (фото Мухаммеда Аднана; проектировщик подстанции через Flickr)

Телекоммуникационная отрасль часто использует 5 Ом или меньше в качестве значения для заземления и соединения, в то время как электрические коммунальные предприятия строят свои наземные системы так, чтобы сопротивление на большой станции составляло не более нескольких десятых от одного Ом.

В целом, , чем ниже сопротивление заземления , , тем безопаснее считается система .

Справочная информация: Факт проверки заземления Fluke — программа обучения дистрибьютора

Связанные материалы EEP со спонсорскими ссылками

,

Round Wire AC Калькулятор сопротивления переменного тока Round Wire AC Калькулятор сопротивления Логотип Chemandy Electronics Логотип Chemandy Electronics CHEMANDY ELECTRONICS Поставщики необычного Показать навигацию Скрыть навигацию

Вычисляет сопротивление переменного тока круглой прямой проволоки для обычных проводящих материалов, используя уравнение и данные, указанные ниже, или введенные вручную данные материала.

Примечание. Чтобы использовать разные значения для удельного сопротивления и относительной проницаемости, выберите «Ввести данные» в текстовом поле «Выбор материала проводника», а затем введите соответствующие значения в поля, выделенные желтым цветом.

Этот калькулятор использует JavaScript и будет работать в большинстве современных браузеров. Для получения дополнительной информации см. О наших калькуляторах

.

г.в. Сопротивление для длины круглого прямого провода рассчитывается с использованием удельного сопротивления проводника, длины проводника и эффективной площади поперечного сечения, используемой скин-эффектом.

где ρ — удельное сопротивление проводника в Ом.м

л — Длина проводника в мм

A _eff — эффективная площадь поперечного сечения, используемая в мм

Площадь поперечного сечения, используемая скин-эффектом, определяется путем первого расчета номинальной глубины проникновения для проводника.

Из линий электропередачи и сетей Уолтер С. Джонсон, McGraw-Hill 1963 p58.

Где ρ — удельное сопротивление проводника в Ом.м

f — частота в герцах

μ — абсолютная магнитная проницаемость проводника

Абсолютная магнитная проницаемость (μ) = μ _o x μ _r

µ _o = 4π x 10 ^-7 H / m

Значения µ _r взяты из Справочника по проектированию линий электропередачи , автор Brian C Wadell, Artech House 1991 Таблица 9.3.2. 446.

Значения для ρ взяты из Справочника по химии и физике CRC, 1-е издание для студентов, , 1998, стр. F-88, и предназначены для элементов высокой чистоты при 20 ° C.

Фактическая площадь поперечного сечения, используемая из-за скин-эффекта, может быть рассчитана несколькими методами с различной степенью точности. Самый простой способ — умножить глубину оболочки на окружность проводника.

Где d — диаметр проводника

Этот метод делает используемую площадь поперечного сечения слишком большой от высоких частот вплоть до точки, где глубина скин-слоя становится примерно половиной радиуса проводника, и в этот момент неточности увеличиваются, и в итоге расчетная используемая площадь становится больше, чем фактический проводник.Делая метод расчета только приближенным, а затем применимым только при r >> δ.

Второй простой метод состоит в том, чтобы вычислить общую площадь проводника и затем вычесть область круга, представляющую центральную область, в которой не используется скин-эффект.

где r — радиус проводника

Этот метод более точен в первом методе, когда r >> δ, но становится очень неточным ниже точки, где d / δ = π, и может иметь огромные положительные или отрицательные колебания в значении.

Гораздо более точный метод описан Дэвидом Найтом в очень подробной статье под названием Zint.pdf, которую можно найти по адресу http://www.g3ynh.info/zdocs/comps/part_1.html. В этом методе используется метод усеченного экспоненциального убывания. устранить ошибки, вызванные тем, что фактическая площадь проводника становится меньше расчетной площади глубины скин-слоя в простом способе, описанном выше, и модифицированную коррекцию Лоренца, которая устраняет ошибку, возникающую при приближении расчетной площади глубины скин-слоя к фактической площади проводника.Автор называет это уравнение Rac — TED — ML и указывает максимальную ошибку 0,09%.

Метод расчета предполагает наличие одиночного изолированного проводника и не учитывает путь возврата. Это делает довольно сложным измерение сквозных измерений, и поэтому результаты этого калькулятора сравнивались с данными, приведенными в оригинальной статье, чтобы доказать точность.

W J Highton 30/9/2011

Этот калькулятор предоставляется компанией Chemandy Electronics для продвижения FLEXI-BOX

Вернуться к индексу калькулятора

,

Шаги для обеспечения эффективного заземления подстанции (Часть 1)

Заземление подстанции

Электрическая подстанция является критическим ресурсом в энергосистеме. Для безопасной работы подстанции требуется правильно спроектированная и установленная система заземления. Хорошо спроектированная система заземления обеспечит надежную работу подстанции в течение всего срока ее службы.

Как хорошее заземление повышает надежность подстанции?

Шаги для обеспечения эффективного заземления подстанции (фото peterhousephotography.co.uk)

Хороший путь заземления с достаточно низким импедансом обеспечивает быстрое устранение неисправностей. Неисправность, оставшаяся в системе на длительное время, может вызвать несколько проблем, в том числе проблемы со стабильностью энергосистемы. Таким образом, более быстрая очистка повышает общую надежность. Это также обеспечивает безопасность.

Замыкание на землю в оборудовании приводит к тому, что потенциал металлического корпуса поднимается выше потенциала заземления « истинный ». Неправильное заземление приводит к более высокому потенциалу, а также к задержке устранения неисправности (из-за недостаточного тока).

Эта комбинация практически небезопасна , потому что любой человек, вступающий в контакт с корпусом, подвергается воздействию более высоких потенциалов в течение более длительного периода времени. Следовательно, надежность и безопасность подстанции должны быть как можно более «встроенными в » из-за хорошей схемы заземления, которая, в свою очередь, обеспечит более быстрое устранение неисправностей и низкий рост потенциала корпуса.

Обеспечение надлежащего заземления

Следующие шаги, если они будут реализованы на практике, обеспечат бесперебойную систему заземления подстанции , и :

1. Размер проводников для ожидаемых неисправностей
2. Используйте правильные соединения
3. Выбор заземляющего стержня
4. Подготовка почвы
5. Внимание, шаг и касание потенциалов
6. Заземление с использованием фундамента здания **
7. Заземление забора подстанции **
8. Особое внимание к рабочим точкам **
9. Ограничители перенапряжения должны быть заземлены должным образом **
10. Заземление кабельных лотков **
11. Временное заземление нормально заряженных частей **

** Будет опубликовано в следующей части этой технической статьи

1.Проводники размера для ожидаемых неисправностей

Проводники должны быть достаточно большими, чтобы обрабатывать любые ожидаемые неисправности без плавления (плавления).

Неспособность использовать правильное время неисправности в расчетах конструкции создает высокий риск расплавленных проводников. Выбор размера проводника регулируется двумя аспектами: первый — это ток повреждения, который протекает через проводник, а второй — время, в течение которого он может протекать.

Ток короткого замыкания зависит от сопротивления контура замыкания на землю .Время протекания тока определяется настройкой защитных реле / ​​размыкающих устройств, которые будут срабатывать для устранения неисправности.

IEEE 80 предлагает использовать время 3,0 с для проектирования небольших подстанций. Это время также равно кратковременному рейтингу большинства распределительных устройств.

Перейти к шагу заземления 000

2. Используйте правильные соединения

Заземляющие соединения, испытания на сопротивление и испытания на сцепление

Совершенно очевидно, что соединения между проводниками и основной сеткой, а также между сеткой и заземляющими стержнями так же важны, как и сами проводники, для поддержания постоянного пути низкого сопротивления к земле.

Основные проблемы здесь:

1. Тип соединения, используемого для соединения проводника в его ходе, с заземляющей сеткой и заземляющим стержнем
2. Температурные пределы, которые может выдержать соединение.

Наиболее часто используемые заземляющие соединения — это с механическим давлением, тип (который будет включать болтовое, компрессионное и клиновое исполнение) и экзотермически сваренный тип.

соединения под давлением типа производит механическую связь между проводником и соединителем с помощью болта затянет гайку или путем опрессовки с помощью гидравлического или механического давления. Это соединение либо удерживает проводники на месте, либо сжимает их вместе, обеспечивая контакт поверхности с поверхностью с открытыми жилами проводника.

С другой стороны, экзотермический процесс плавит концы проводника вместе, образуя молекулярную связь между всеми жилами проводника.

Предельные значения температуры указаны в таких стандартах, как IEEE 80 и IEEE 837 для различных типов соединений, исходя из сопротивления соединений, обычно достижимого для каждого типа. Превышение этих температур во время токов короткого замыкания может привести к повреждению соединения и вызвать увеличение сопротивления соединения, что приведет к дальнейшему перегреву.

Соединение в конечном итоге выйдет из строя и приведет к деградации системы заземления или полной потере заземления, что приведет к катастрофическим результатам.

Перейти к шагу заземления 81

3. Выбор заземляющего стержня

Заземляющий стержень

На подстанциях среднего и высокого напряжения, где источник и нагрузка подключены через длинные воздушные линии, часто случается, что ток короткого замыкания на землю не имеет металлического пути и должен проходить через массу земли (землю). Это означает, что заземляющие стержни подстанции как на стороне источника, так и на стороне нагрузки должны переносить этот ток к или от основной массы.

Система заземляющего стержня должна выдерживать этот ток, и сопротивление заземления системы заземления приобретает большое значение.

Длина, количество и расположение заземляющих стержней влияет на сопротивление пути к земле. Удвоение длины заземляющего стержня снижает сопротивление на 45% при однородных почвенных условиях. Обычно почвенные условия неодинаковы, поэтому крайне важно получить точные данные путем измерения сопротивления заземляющего стержня с помощью соответствующих инструментов.

Для максимальной эффективности заземляющие стержни следует размещать не ближе друг к другу, чем длина стержня. Обычно это 10 футов (3 м). Каждый стержень формирует электромагнитную оболочку вокруг него, и когда стержни находятся слишком близко, токи заземления оболочек мешают друг другу.

Следует отметить, что с увеличением количества стержней уменьшение сопротивления грунта не обратно пропорционально. Двадцать стержней не дают 1/20 сопротивления отдельного стержня, а лишь уменьшают его в 1/10.

По экономическим причинам существует ограничение на максимальное расстояние между стержнями.

Обычно этот предел принимается за 6 м. На расстоянии более 6 м стоимость дополнительного провода, необходимого для соединения стержней, делает конструкцию экономически привлекательной.

В некоторых случаях схема подстанции может не иметь требуемого пространства, а приобретение необходимого пространства может потребовать значительных затрат. Четыре соединенных стержня на 30-метровых центрах уменьшат удельное сопротивление на 94% по сравнению с одним стержнем, но требуют не менее 120 м проводника.

С другой стороны, четыре стержня, расположенных на расстоянии 6 м друг от друга, уменьшат удельное сопротивление на 81% по сравнению с одним стержнем и используют только 24 м проводника.

Перейти к шагу заземления 81

4. Подготовка почвы

Удельное сопротивление грунта является важным фактором при проектировании системы заземления подстанции. Чем ниже удельное сопротивление, тем легче получить хорошее сопротивление заземления.

Области с высоким удельным сопротивлением почвы и участки с морозами грунта (которые в результате интенсификации повышают удельное сопротивление почвы на несколько порядков) требуют особого рассмотрения.Наибольшее удельное сопротивление грунта в течение годового погодного цикла должно лежать в основе проекта, поскольку у той же почвы удельное сопротивление будет намного выше в сухую погоду, когда процентное содержание влаги в почве становится очень низким.

Тесты заземления — потенциал земли и эффективность заземляющей сетки (любезно предоставлено DCS Engineering Sdn Bhd — www.dcsesb.com)

Одним из подходов для решения этой проблемы является использование глубинных грунтовых стержней, чтобы они находились в достаточно глубоком контакте с почвенной зоной, чтобы на них не влиял поверхностный климат.

Другой подход заключается в обработке почвы вокруг заземляющего стержня химическими веществами, способными поглощать атмосферную / почвенную влагу.

Использование химических стержней является одним из таких решений.

Перейти к шагу заземления 81

5. Внимание к шагам и возможностям касания

Ограничение шага и потенциального касания безопасными значениями на подстанции имеет жизненно важное значение для безопасности персонала.

Шаговый потенциал — это разность напряжений между ногами человека, и она вызвана градиентом напряжения в почве в точке, где на землю поступает повреждение. Градиент потенциала является самым крутым вблизи места повреждения и после этого постепенно уменьшается. На расстоянии всего 75 см от точки входа напряжение обычно снижается на 50%.

Таким образом, в точке в 75 см от повреждения (что меньше расстояния нормального шага) может существовать фатальный потенциал в несколько киловольт.

Потенциал касания представляет собой ту же основную опасность, за исключением того, что существует потенциальная возможность между рукой человека и его или ее ногами. Это происходит, когда человек, стоящий на земле, касается конструкции подстанции, которая проводит ток повреждения в землю (например, когда вспыхивает изолятор, закрепленный на портале, портал рассеивает ток на землю).

Поскольку вероятный путь тока в теле человека проходит через область руки и сердца, а не через нижние конечности, в этом случае опасность получения травмы или смерти намного выше.По этой причине безопасный предел потенциала прикосновения обычно намного ниже, чем предел шага.

В обеих ситуациях потенциал может быть существенно уменьшен с помощью эквипотенциального защитного мата из проволочной сетки, установленного чуть ниже уровня земли.

Эта сетка должна быть установлена ​​в непосредственной близости от любых переключателей или оборудования, к которым может прикоснуться рабочий, и подключена к основной заземляющей сети. Такая эквипотенциальная сетка будет выравнивать напряжение на пути работника и между оборудованием и его или ее ногами.Благодаря существенному устранению разности напряжений (потенциала), безопасность персонала практически гарантирована.

Коврик безопасности из эквипотенциальной проволочной сетки обычно изготавливают из медной или покрытой медью проволоки № 6 или № 8 для образования сетки 0,5 × 0,5 м или 0,5 × 1 м. Многие другие размеры сетки доступны.

Для обеспечения непрерывности всей сетки все проволочные перемычки спаяны с 35% -ным сплавом серебра. Соединения между секциями сетки и между сеткой и основной заземляющей сеткой должны быть выполнены таким образом, чтобы обеспечить постоянное соединение с низким сопротивлением и высокой целостностью.

Перейти к шагу заземления 81

Чтобы би продолжился в части 2…

Ресурс: Практическое заземление, соединение, защита и защита от перенапряжения — Г. Виджаярагхаван; Марк Браун; Малкольм Барнс (Получить эту книгу на Амазонке)

,

Проектирование системы заземления / заземления в сети подстанции

Проектирование системы заземления / заземления в сети подстанции

Введение в сеть заземления подстанции

В высокого и среднего напряжения ^[1] Подстанции с воздушной изоляцией ( AIS ), электромагнитное поле , , которые вызывают статические заряды неизолированного кабеля и проводников, а в атмосферных условиях ( скачки ), индуцируют напряжения на не живущих деталях установки, которые создают разности потенциалов между металлическими частями и землей, а также между различными точками земли .

Подобные ситуации могут возникать, когда имеется неисправностей между частями, находящимися под напряжением, и частями, не находящимися под напряжением, , например, в , замыкание между фазой на землю .

Эти разностей потенциалов дают начало потенциала шага и потенциала касания , или комбинации обоих , которые могут привести к циркуляции электрического тока через человеческое тело , которое может наносит вред людям .

Напряжение прикосновения ( E _t ) можно определить как максимальную разность потенциалов, которая существует между заземленной металлической конструкцией, которая может касаться рукой, и любой точкой земли, когда протекает ток повреждения.

Обычно считается расстояние в 1 м между металлической конструкцией и точкой на земле.

Шаговое напряжение ( E _с ) определяется как максимальная разность потенциалов, которая существует между опорами при протекании тока повреждения.

Обычно считается, что расстояние между ногами составляет 1 м.

Частным случаем ступенчатого напряжения является Переданное напряжение ( E _trrd ) : где напряжение передается на или из подстанции, или в удаленную точку, внешнюю по отношению к площадке подстанции.

Другими понятиями являются :

• Повышение потенциала земли ( GPR ): Максимальный электрический потенциал, который может достичь сетка заземления подстанции относительно удаленной точки заземления, предполагаемой для потенциала удаленного заземления.Это напряжение, GPR, равно максимальному току сетки, умноженному на сопротивление сетки.
• Сетевое напряжение ( E _м ): Максимальное напряжение прикосновения в сетке заземленной сетки.
• Напряжение прикосновения металл-металл ( E _мм ): Разница в потенциале между металлическими объектами или конструкциями на площадке подстанции, которые могут быть соединены прямыми руками или руками. контакт.

Диаграмма на рисунке 1 показывает явления, упомянутые выше .

Рисунок 1 — Сенсорные, ступенчатые и передаваемые напряжения

Для того чтобы минимизировать от до допустимых значений из токов через человеческое тело , до обеспечивают электрическую безопасность для человек, работающих внутри или вблизи установка , а также до ограничение любых возможных электрических помех со сторонним оборудованием , AIS должен быть снабжен заземления (или заземления ) системы , к которой всех металлических не живых частей К установке должны быть подключены , например, металлические конструкции , заземлители, разрядники для защиты от перенапряжений, корпуса распределительных щитов и двигателей, направляющие трансформаторов и металлические заборы .

Поскольку заземление влияет на уровни перенапряжений энергосистемы и ток неисправности , а также на определение систем защиты, система заземления должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить надлежащую работу защитных устройств, таких как защитное реле и перенапряжение. разрядники .

Проектирование и конструирование системы заземления должны гарантировать, что система работает в течение ожидаемого срока службы установки, и поэтому должны учитывать будущие дополнения и максимальный ток повреждения для окончательной конфигурации.

Система заземления изготовлена ​​из ячеек из заглубленной неизолированной медной проволоки с дополнительными дополнительными заземляющими стержнями и должна быть рассчитана в соответствии с рекомендациями по использованию стандарта IEEE. 80-2000 .

Важные формулы для проектирования системы заземления подстанции

Сечение подземного кабеля должно рассчитываться в соответствии со значением тока короткого замыкания между фазой и землей , но это обычное явление. для этой цели использовать трехфазный ток короткого замыкания .

Для этого расчета должна использоваться следующая формула : Где:

• I ” _K1 — ток короткого замыкания между фазой на землю [ A ]
• т _с — продолжительность ошибки [ с ]
• Δθ — максимально допустимое повышение температуры [ ° C ] — для неизолированной меди Δθ = 150 ° C

Согласно указанному IEEE Стандартные максимально допустимые значения шага и потенциального касания и максимально допустимый ток через тело человека ( I _hb ) и сопротивление из заземления ( R _g ) рассчитываются по формулам :

Максимально допустимый шаг ступени

Максимально допустимый потенциал касания

млн. Лет Максимально допустимый ток через тело человека

Сопротивление заземления

Где:

• C _s — коэффициент снижения поверхностного слоя, рассчитываемый по формуле:
• т _с — длительность повреждения [ с ]
• ρ _с — удельное сопротивление поверхности [ Ом. м ] — типичное значение для мокрой дробленой породы / гравия: 2,500 Ω .m
• ρ — это удельное сопротивление земли под поверхностным материалом [ Ω . м ]
• ч _с — толщина материала поверхности [ м ]
• A — площадь, занимаемая наземной сеткой [ м ² ]
• л _Т — это общая скрытая длина проводника, включая заземляющие стержни [ м ]

Если защитный поверхностный слой не используется, то C _s = 1 и ρ _с = ρ

Эти вычисления обычно выполняются с использованием специального программного обеспечения .

Заземляющая сетка подстанции

На рисунке 2 показан пример заземления.

Рисунок 2 — Заземляющая сетка

Наиболее подходящими методами для подключения заземления являются :

a.) Экзотермическая сварка

Рисунок 3 — Экзотермическая сварка

Экзотермическая сварка — это процесс постоянного соединения проводников, в котором используется расплавленного металла и кристаллизаторов , который основан на химической реакции между оксидами металлов ( проводник ) и воспламененного алюминиевого порошка , который действует как топливо , а выделяет тепловую энергию .Эта химическая реакция представляет собой пиротехническую композицию , известную как термит .

Необходимо убедиться, что количество экзотермических сварок, выполненных с каждой пресс-формой, не будет превышать показания изготовителя.

b .) Соединитель C :

с использованием гидравлического обжимного инструмента и матриц с размером , подходящим для размера соединителей .

Рисунок 4 — Соединитель C и обжимной инструмент

Рядом с блоками управления из выключателей, выключателей и изоляторов должен быть установлен металлический эквипотенциальный мат , подключенный к заземляющей системе , аналогично к показанному на рисунке 5.

Рисунок 5 — Металлический эквипотенциальный мат

Полезно знать:

[1] Будучи U _n , номинальное напряжение сети: HV — U _n ≥ 60 кВ ; МВ — 1 кВ n ≤ 49,5 кВ .

Об авторе: Мануэль Болотинья

— Степень бакалавра в области электротехники — Энергетика и энергетические системы (1974 год — Высший технический институт / Лиссабонский университет)
— Степень магистра в области электротехники и вычислительной техники (2017 год — Faculdade de Ciências e Tecnologia / Университет Новы Лиссабона)
— Старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор

Похожие сообщения:

.