Проектирование системы заземления / заземления в сети подстанции

Проект заземления / системы заземления в сети подстанции

Введение в сетку заземления подстанции

При высоком и среднем напряжении ^[1] Подстанции с воздушной изоляцией (АИС ) электромагнитное поле , которые вызывают статические заряды оголенного кабеля и проводников, а также атмосферные условия (скачки ), индуцировать напряжение на не токоведущих частях установки, которые создают потенциальные различия между металлическими частями и землей, а также между разными точками земли .

Аналогичные ситуации могут возникать при наличии неисправностей между токоведущими частями установки и обесточенными частями , например при коротком замыкании фазы на землю .

Эти потенциальные различия дать начало ступенчатому потенциалу и потенциал касания или комбинация обоих , что может привести к прохождению электрического тока через тело человека , что может вызвать опасные людям.

Напряжение прикосновения (E _т ) можно определить как максимальную разность потенциалов между заземленной металлической конструкцией, к которой можно прикоснуться рукой, и любой точкой земли при протекании тока короткого замыкания.

Обычно считается, что расстояние между металлической конструкцией и точкой на земле составляет 1 м.

Ступенчатое напряжение (E_s ) определяется как максимальная разность потенциалов между опорами при протекании тока короткого замыкания.

Обычно расстояние между ногами составляет 1 м.

Частный случай ступенчатого напряжения Переносимое напряжение (E_trrd ) :когда напряжение передается на подстанцию ​​​​или от нее от или к удаленной точке за пределами площадки подстанции.

• Связанная запись:Установка заземления и электрического заземления | Полное руководство

Другие концепции :

• Повышение потенциала земли (GPR ): Максимальный электрический потенциал, которого может достичь заземляющая сетка подстанции относительно удаленной точки заземления, которая, как предполагается, соответствует потенциалу удаленной земли. Это напряжение, GPR, равно произведению максимального тока сети на сопротивление сети.
• Напряжение сетки (E_м ): Максимальное напряжение прикосновения в ячейке заземляющей сетки.
• Напряжение прикосновения металла к металлу (E_мм ): Разность потенциалов между металлическими объектами или конструкциями на территории подстанции, которая может быть шунтирована путем прямого контакта рук или ног.

Диаграмма на рис. 1 показывает явление, упомянутое выше .

Рисунок 1. Напряжения касания, шага и передаваемые напряжения

Чтобы свернуть до допустимых значений токов через человеческое тело , чтобы обеспечить электробезопасность для людей, работающих внутри или рядом с установкой , а также для ограничивания любых возможных электрических помех со сторонним оборудованием. , АИС должен быть снабжен заземлением (или заземление ) система , к которому должны быть подключены все металлические нетоковедущие части установки , такие как металлические конструкции, заземлители, разрядники, корпуса распределительных щитов и двигателей, рельсы трансформаторов и металлические ограждения .

Поскольку заземление влияет на уровни перенапряжений в энергосистеме и токов короткого замыкания , а также определение систем защиты, система заземления должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить надлежащую работу защитных устройств, таких как релейная защита и разрядники для защиты от перенапряжений. .

Проектирование и конструкция системы заземления должны гарантировать, что система будет работать в течение ожидаемого срока службы установки, и поэтому необходимо учитывать будущие дополнения и максимальный ток короткого замыкания для конечной конфигурации.

Система заземления состоит из сетки из закопанного оголенного медного кабеля , с дополнительными заземляющими стержнями , и должны быть рассчитаны, рекомендуется использовать IEEE Std. 80–2000 .

• Публикация по теме: Разница между заземлением, заземлением и соединением

Важные формулы для проектирования системы заземления сети подстанции

поперечное сечение закопанного кабеля следует рассчитывать в соответствии со значением тока короткого замыкания между фазой и землей , но обычно используется трехфазный ток короткого замыкания для этой цели.

Для этого расчета необходимо использовать следующую формулу :Где:

• Я”_K1 ток короткого замыкания между фазой и землей [A ]
• т_с продолжительность неисправности [с ]
• Δθ максимально допустимое повышение температуры [°C ] – для неизолированной меди Δθ =150 °C

Согласно упомянутому Стандарту IEEE максимально допустимый потенциал шага и касания и максимально допустимый ток через тело человека (Я_hb ) и сопротивление земной сетки (R_g ) рассчитываются по формулам:

Максимально допустимый потенциал шага

Максимально допустимый потенциал касания

Максимально допустимый ток через тело человека

Сопротивление Сети Земли

Где:

• С_s – коэффициент снижения характеристик поверхностного слоя, который рассчитывается по формуле:
• т_с продолжительность неисправности [с ]
• р удельное сопротивление материала поверхности [Ом м ] – типичное значение для влажного щебня/гравия: 2500 Ом .м
• р - удельное сопротивление земли под поверхностным материалом [Ом .м ]
• ч_с толщина материала поверхности [м ]
• А площадь, занимаемая наземной сеткой [м ² ]
• л_Т общая длина проводника под землей, включая заземляющие стержни [м ]

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

Эти расчеты обычно выполняются с помощью специального программного обеспечения. .

Сетка заземления подстанции

На рис. 2 показан пример сетки Земли.

Рисунок 2. Сетка Земли

Наиболее подходящие методы подключения к заземлению :

а.) Экзотермическая сварка

Рисунок 3. Экзотермическая сварка

Экзотермическая сварка это постоянный процесс подключения проводников в котором используется расплавленный металл и формы , основанный на химической реакции между оксидами металлов (проводник ) и воспламененный алюминиевый порошок , который выступает в качестве топлива , с выделением тепловой энергии . Эта химическая реакция представляет собой пиротехнический состав известный как термит .

Необходимо гарантировать, что количество экзотермических сварок, выполненных с каждой формой, не превысит указаний производителя.

• Также читайте:в чем разница между нейтралью, землей и землей?

b .) C-коннектор :

с помощью гидравлического обжимного инструмента и матриц с размером, соответствующим размеру соединителей .

Рисунок 4. Разъем C и обжимной инструмент

Рядом с полями управления автоматических выключателей, выключателей и изоляторов необходимо установить металлический эквипотенциальный коврик , подключенный к земной системе , аналогично тому, что показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Металлический эквипотенциальный коврик

Полезно знать:

[1] Быть U_n номинальное напряжение сети:ВН – U_н ≥ 60 кВ; MV – 1 кВ n ≤ 49,5 кВ .

Об авторе:Мануэль Болотинья

- Степень лиценциата в области электротехники – Энергетика и энергетические системы (1974 г. – Instituto Superior Técnico/Лиссабонский университет)
– Степень магистра электротехники и вычислительной техники (2017 г. – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Новый университет Лиссабона)
– Старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор