Éveket töltöttem amerikai típusú alállomások ellátásával, és ha van olyan téma, amelyet folyamatosan alulbecsülnek, az megalapozott. A mérnökök egész nap transzformátorokról és kapcsolóberendezésekről beszélnek, de a földelési rendszerről? Ez az a rész, amit nem látunk, amíg valami nem stimmel. És ha rosszul sül el, akkor nagyon rosszul esik.
Beszéljünk arról, mi történik valójában a kavics alatt egy amerikai alállomáson.
Mit csinál a földelés valójában
Mielőtt belemerülnénk az összetevőkbe, tisztázzuk szándékosan. Az alállomás földelési rendszere nem csak arról szól, hogy helyet adjon a hibaáramnak. Ez a feszültség gradiensének szabályozásáról szól a helyszínen hiba közben. Amikor vonal-föld hiba lép fel, hatalmas áram folyik a földbe. Ez az áram feszültségkülönbséget hoz létre a talajfelület pontjai között. Ha ezek a különbségek elég magasak lesznek, akkor az ott álló személy az áramkör-lépési potenciál részévé válhat, és az érintési potenciál a kifejezés, amelyet hallani fog.
A megfelelően megtervezett földelési rendszer ezeket a meredekségeket a veszélyes küszöbértékek alatt tartja. Minden más – a berendezések védelme, a villámcsapás – másodlagos a személyzet életben tartása szempontjából.
A földelési rendszer elemei
A földi rács – ez a gerinc
Felejtsd el csak a "földi rudakat". Minden amerikai alállomás földelési rendszerének szíve az eltemetett földelt hálózat. Pontosan az, aminek hangzik: csupasz rézvezetők hálója, jellemzően 4/0 AWG vagy nagyobb, körülbelül 12-18 hüvelykkel a felszín alatt eltemetve, és átfogja az alállomás teljes területét.
Ez a rács két dolgot végez. Először is alacsony impedanciájú utat biztosít a hibaáramoknak a földbe való átterjedéséhez. Másodszor – és ez kritikus – kiegyenlíti a potenciált az egész oldalon. Hiba közben a hálózat minden pontja lényegében azonos feszültségen van, ami azt jelenti, hogy a felületi feszültséggradiensek szabályozva vannak.
A rács mérete a hibaáram nagysága és időtartama alapján történik. A 40 kA-es hiba 30 cikluson keresztül bizonyos vezeték-keresztmetszetet igényel. Menj kisebbre, és a réz elpárolog. Láttam ennek a következményeit. Nem szép.
Földelő rudak – a Föld interfésze
A rács önmagában nem elég. Elektródákra van szükség a rácsnak a környező talajhoz való csatlakoztatásához. Ez az a hely, ahol a köszörült rudak jellemzően rézkötésű acélból készülnek, 8-10 láb hosszúak, időközönként áthajtva a helyszínen, és a rácsra kötve.
Nagy ellenállású talajban előfordulhat, hogy mélyebb, 40, 60, akár 100 láb hosszúságú rudakat vagy kémiailag javított rudakat, amelyek visszatöltőanyaggal csökkentik az ellenállást. A cél egy olyan kombinált rács-elektróda ellenállás, amely elég alacsony ahhoz, hogy korlátozza a feszültségemelkedést a hibák során. A tipikus célpontok legfeljebb 1 ohm, bár a talajviszonyok ezt néha lehetetlenné teszik.
Földelő karmesterek – mindezt össze kell kötni
Az alállomás-transzformátor tartályok minden berendezése, megszakítószekrények, kapcsolóberendezések keretei, kerítéskapuk, még a bejövő távvezeték nullapontja is ehhez a hálózathoz kötődik vissza. Ezek a csatlakozások exoterm hegesztést (Cadweld a márkanév, amelyet hallani fog) vagy nagy nyomású krimpelést használnak. A csavarkötések idővel korrodálódnak. A hegesztett csatlakozások nem.
A földelőrendszer funkciói
Az amerikai alállomások földelési rendszere számos fontos funkciót lát el:
Személyzetbiztonság – Lépés- és érintéspotenciálvezérlés
Ez az első munka. A rácsot az IEEE 80, a "Zöld Könyv" segítségével tervezték, amely képleteket ad a maximális megengedett lépés- és érintési feszültségekhez a hiba időtartama és a testsúly alapján. A rácstávolságot, a vezetékek méretét és a mélységet úgy kell kiszámítani, hogy hiba esetén az ember lábai (lépés) vagy keze és lábai között (érintés) a feszültség a halálos küszöbérték alatt maradjon.
Berendezésvédelem
A legtöbb amerikai közüzemi alállomáson a transzformátor semleges vezetékei szilárdan földeltek. Hiba esetén a földelő rendszer biztosítja a visszatérő utat. Enélkül a fázis-föld hibák fázis-fázis hibákká válnak - sokkal nagyobb az energia, sokkal több a kár. A földelési rendszer a villámlökések energiáját is elvezeti, és levezeti a statikus töltéseket az árnyékolt kábelekről.
Rendszer referencia
A földelőhálózat stabil feszültségreferenciát hoz létre a teljes alállomás számára. Minden fázisfeszültséget ehhez a földhöz viszonyítva mérünk. Segít az észlelőrendszereknek a földzárlatok észlelésében is – ha a nullapont földelt, a fázis-föld hiba szabad áramutat hoz létre, amelyet a védőrelék észlelhetnek és megszakíthatnak.
Tervezési szempontok – Mi hajtja valójában a tervezést
A talaj ellenállása – az ellenőrizhetetlen változó
Papíron megtervezheti a tökéletes rácsot, de a talaj dönti el, hogy működik-e. Minden új alállomás telephelyén az első lépés az ellenállásmérés. A Wenner-féle négytűs módszer szerint négy szondát vezetnek egy vonalban, áramot injektálnak a külső kettő közé, mérik a feszültséget a belső kettő között, és kiszámítják az ellenállást.
A homokos, száraz talaj több ezer ohmmétert adhat. A nedves agyag tízeket adhat. A rácsot a ténylegesen a földben lévő dolgok köré tervezték. Ha az ellenállás túl nagy, akkor adjon hozzá rudakat, hosszabbítsa meg a rácsot vagy vegyi kezelést alkalmazzon.
Hibaáram-méretezés a legrosszabb esetre
A hálózatnak túl kell élnie azt a maximális hibaáramot, amelyet a közszolgáltató képes leadni, a védőberendezések maximális törlési idejéig. Ez nem csak a hőkapacitásról szól, hanem az áramelosztásról is. Hiba esetén az áram nem egyenletesen folyik be a hálózatba. Az injekciós pontokon koncentrálódik. A tervezésnek figyelembe kell vennie ezeket a gradienseket a helyi túlmelegedés vagy veszélyes felületi feszültségek elkerülése érdekében.
IEEE 80 – A Biblia
Minden amerikai alállomás földelési tervezése, amelyen valaha is dolgoztam, az IEEE Std 80-ra vonatkozik, a „Guide for Safety in AC Substation Grounding” című dokumentumra. Ez nem könnyű leolvasás, de tartalmazza azokat az egyenleteket, módszereket és elfogadási kritériumokat, amelyek meghatározzák, hogy a földelési rendszer biztonságos-e. A szimmetrikus rács, a távolságszámítások, az elviselhető feszültségképletek – mind ebből a szabványból származnak.
A NEC szög
Az alállomás szervizbejáratára és ügyféloldali részeire a Nemzeti Villamossági Szabályzat (NEC) vonatkozik. Ez szabályozza az olyan dolgokat, mint a földelő elektróda vezető mérete, a külön származtatott rendszerek kötése és a vízvezeték-elektródákhoz való csatlakozások, ha vannak. A segédprogramok tulajdonában lévő részek gyakran az IEEE és a közműspecifikus szabványokat követik, nem pedig a NEC-et, de a határ elmosódhat.
Összehasonlítás más típusokkal – nem igazán a lényeg
Látok olyan cikkeket, amelyek összehasonlítják az amerikai alállomás földelésétEurópai doboz típusú alállomásésFöldalatti alállomás, és őszintén szólva, a fizika mindenhol ugyanaz. A különbségek nem az alapokban rejlenek, hanem a hivatkozott szabványokban és a tipikus építési gyakorlatokban. Az európai tervek hivatkozhatnak az IEC 61936 szabványra, de a célok azonosak: alacsony ellenállás, szabályozott lejtések, ragasztott berendezések. Az igazi különbség az, hogy a méretarányos amerikai átviteli alállomások általában nagyobbak, nagyobb hibaáramokkal, és kiterjedtebb hálózatokat igényelnek.
Karbantartás – ami valójában nem sikerül
A talajrácsok el vannak temetve. Nem lehet látni, hogy korrodálódnak. Nem látod a kapcsolatok meglazulását. Az egyetlen módja annak, hogy megtudjuk, hogy a rendszer még mindig sértetlen, az a tesztelés.
A potenciálcsökkenés tesztelése méri a hálózat ellenállását. A lépés- és érintési potenciál mérések igazolják a biztonságot feszültség alatti működés közben. Súlyos esetekben ásatással ellenőrizheti a csatlakozásokat, vagy elektromágneses módszereket alkalmazhat a rács feltérképezésére. A korrózió az ellenségtől eltérő fémek, a savas talaj, a közeli vasutakról vagy HVDC vonalakról érkező kósza egyenáramok mind felgyorsítják.
Amit az ügyfeleknek mondok
Ha amerikai alállomást vásárol, a következőt szeretném kérdezni a földelési rendszerről:
Mi a célrács ellenállása, és hogyan számították ki a tényleges helyszíni talajvizsgálatok alapján?
Milyen hibaáramot feltételeztünk, és milyen törlési időt?
Felülvizsgálták a tervezést az IEEE 80 szerinti lépés- és érintés-megfelelőség szempontjából?
Minden csatlakozás exoterm hegesztésű, vagy mechanikus füleket használnak?
Mi az ellenőrzési és tesztelési terv a telepítés után?
Mert itt az igazság: a transzformátor fényes és új lesz. A kapcsolóberendezések vizsgálati tanúsítvánnyal rendelkeznek. A földelési rendszert eltemeti a kosz, és elfelejtik. De ha hiba történik, ez az eltemetett réz az egyetlen, ami a biztonságos leállás és a halálos kimenetel között áll.
Következtetés
Összefoglalva, az amerikai alállomások földelési rendszere az elektromos infrastruktúra összetett és kritikus eleme. Létfontosságú szerepet játszik az elektromos biztonság biztosításában, a berendezések védelmében és a rendszer stabilitásának megőrzésében. Beszállítóként aAmerikai alállomásMegértem a magas színvonalú földelési rendszerek biztosításának fontosságát, amelyek megfelelnek a szigorú szabályozási követelményeknek és az egyes alállomások speciális igényeinek.
Ha amerikai alállomást szeretne vásárolni, vagy frissítenie kell meglévő földelési rendszerét, javasoljuk, hogy forduljon hozzánk konzultációért. Szakértői csapatunk segítséget nyújt az Ön igényeinek megfelelő, megbízható földelési rendszer tervezésében és telepítésében. Ne habozzon kapcsolatba lépni velünk, hogy megbeszéljük beszerzési igényeit és megkezdjük a tárgyalási folyamatot.
Hivatkozások
- IEEE Std 80-2013, IEEE útmutató a váltakozó áramú alállomások földelésének biztonságához.
- IEEE Std 81-2012, IEEE útmutató a földelési rendszer földellenállásának, földimpedanciájának és földfelszíni potenciáljának méréséhez.
- National Electrical Code (NFPA 70), 250. cikk – Földelés és kötés.
