Мерки за осигуряване на ефективно заземяване на подстанцията
Електрическата подстанция е важен елемент от системата за захранване. Безопасната работа на подстанция изисква правилно проектиране и инсталиране на заземителната система. Добре проектираната система за заземяване ще осигури стабилна работа на подстанцията през целия й живот.
Как доброто заземяване подобрява надеждността на подстанцията?
Добрата заземителна шина с достатъчно ниско съпротивление осигурява бързо възстановяване в случай на повреда. Изтичащият заряд, оставащ в системата за дълго време, може да причини различни проблеми, включително нестабилност в захранващата система. Коригирането на тази ситуация бързо подобрява цялостната надеждност.
Заземяването също така гарантира безопасността на персонала. Повреда на земята в системата причинява увеличаване на потенциала на металния корпус. Нивото му става по-високо от "истинския" потенциал на земята. Неправилното заземяване води до повишен потенциал, както и до забавено отстраняване на течове (поради недостатъчен ток). Тази комбинация не е присъщо безопасна, тъй като всеки, който е в контакт с тялото, е изложен на по-висок потенциал за продължителен период от време.
Следователно, надеждността на една подстанция, както и нейната безопасност, трябва да бъдат възможно най-"вградени" в дизайна на подстанцията, ако е добре проектирана. Това от своя страна гарантира бързо възстановяване в случай на повреди и намалява потенциалния растеж на корпуса.
Осигуряване на правилно заземяване
На практика се прилагат следните мерки за осигуряване на надеждна, безопасна и безпроблемна система за заземяване на подстанцията:
1. Размери на проводника заочаквани течове Проводникът трябва да е с достатъчен размер, за да издържи всяко очаквано изтичане без повреди (да не се стопи). Грешното определяне на времето за възстановяване в процеса на изчисляване на проекта на подстанцията създава висок риск от стопяване на проводника. Изборът на размери на проводника трябва да се ръководи от два аспекта: първо, това е токът на повреда, който трябва да тече през проводника, и второ, това е времето, през което този ток може да тече през проводника. Токът на повреда зависи от импеданса на веригата на заземяване. Текущото време на протичане се определя от инсталираните предпазни релета/устройства за изключване, които ще се задействат, за да изчистят повредата. Стандартът IEEE 80 предполага времеви период от 3,0 секунди за проекти на малки подстанции. Това време също е същото като времето за реакция при късо съединение на повечето разпределителни уредби.
2. Използване на правилните връзки
Заземителни връзки, тест за устойчивост и тест за свързване
Очевидно е, че връзките между проводниците и главната мрежа, както и между мрежата и заземяващите пръти, са, от гледна точка на поддържане на постоянно ниско съпротивление на пътя към земята, толкова важни, колкото и самите проводници. Основните проблеми тук са: 1. Типът връзка, използван за свързване на проводника към заземителната мрежа и към заземяващите пръти. 2. Температурни граници, които връзката може да издържи.
Най-често използваните заземяващи връзки са или от тип механична компресия (те са скоби с болтове, притискане и клиновидни монтажни скоби) или тип термитно заваряване.
Компресионните връзки осигуряват механична връзка между проводника и съединителя чрез затягане с болтове или натискане с помощта на хидравлично или механично налягане. Такива връзки или държат проводниците на място, или ги притискат един към друг, осигурявайки контакт между техните повърхности през откритите нишки на кабелите. От друга страна, използването на термитно заваряване слепва краищата на проводниците заедно, образувайки молекулярна връзка между всички нишки на кабела. Температурните ограничения са определени за различни типове връзки в IEEE 80 и IEEE 837 въз основа на съпротивлението, получено за всеки тип. Превишаването на тези температури по време на преминаване на ток на късо съединение може да повреди връзката и да причини увеличаване на съпротивлението на връзката, което води до още повече нагряване. В крайна сметка връзката ще се провали, причинявайки влошаване на заземителната система или дори пълна повреда на заземяването, което води до опустошителни последици.
3. Избор на заземителни пръти
Заземителни пръти за подстанция
В подстанции със средно и високо напрежение, където източникът и товарът са свързани с дълги въздушни линии, често се случва токът на земната повреда да няма метален път за преминаване и е принуден да се движи през земната маса. Това означава, че заземяващите пръти в подстанциите, както от страната на товара, така и от страната на източника, трябва да пренасят този ток към и от земята.
Системата от заземителни пръти трябва да е подходяща, за да пренесе този ток, а съпротивлението на самата земя в заземителната система играе важна роля.
Съпротивлението на пътеката спрямо земята се влияе от броя на пръчките, тяхната дължина и разположение. В еднообразно състояниепочва, удвояването на дължината на заземяващите пръти намалява съпротивлението с 45%. Обикновено почвата не е хомогенна и е важно да се получат точни данни чрез измерване на съпротивлението на земните пръти с подходящи инструменти. За максимална ефективност заземяващите пръти трябва да се поставят не по-близо от дължината на пръта един до друг. Обикновено това разстояние е 10 фута (3 метра). Всяка пръчка образува електромагнитна обвивка около себе си и когато са твърде близо една до друга, токовете на тези черупки ще си влияят взаимно. Трябва да се отбележи, че с увеличаването на броя на прътите земното съпротивление намалява, но не обратно пропорционално на броя на прътите. Двадесет пръта няма да дадат 1/20 от съпротивлението на един прът, а само ще намалят общото съпротивление с коефициент 10. По икономически причини има и ограничение по отношение на максималното разстояние между прътите. Обикновено тази стойност е 6 метра. При разстояние, по-голямо от 6 метра, разходите за допълнителни проводници, които са необходими за свързване на прътите, правят дизайна икономически непривлекателен. В някои случаи оформлението на подстанцията може да не осигурява необходимото пространство и разпределението на необходимото пространство може да доведе до забележимо увеличение на разходите. Четири свързани помежду си пръта, разположени на 30 метра един от друг, ще намалят съпротивлението с 94% в сравнение с единичен прът, но изискват поне 120 метра проводник. От друга страна, четири пръчки, поставени на 6 метра една от друга, ще намалят съпротивлението само с 81%, но използват само 24 метра проводник.
4. Подготовка на почвата
При проектирането на система за заземяване на подстанция важна роляиграе съпротивлението на почвата. Колкото по-ниско е това съпротивление, толкова по-лесно е да се получи добро съпротивление на земята. Трябва да се обърне повишено внимание на зони с висока устойчивост на почвата, както и на зони, където се появява замръзване на земята (което от своя страна води до увеличаване на устойчивостта на почвата с порядък). Основният проект трябва да бъде с най-висока устойчивост на почвата през годишния климатичен цикъл. Това се дължи на факта, че същата почва по време на сухо време има по-висока устойчивост, тъй като процентът на почвена влага става много нисък.
Почвен тест:Земен потенциал и ефективност на наземната мрежа
Един подход към този проблем е да се използват земни пръти, заровени дълбоко в земята, така че да са в контакт със зона на почвата, която е достатъчно дълбока, за да не се влияе от повърхностния климат. Друг подход включва третиране на почвата около заземяващите пръти с химически разтвор, способен да абсорбира влагата от атмосферата и почвата. Едно възможно решение е използването на химически заземяващи пръти.
5. Внимание към потенциала за стъпване и допир
Гарантирането, че потенциалите на стъпалото и докосването са ограничени до безопасни стойности, е жизненоважно за персонала на подстанцията. Стъпаловият потенциал е разликата в напрежението между точките на допир на краката на човек и се причинява от промяна на напрежението в почвата близо до точката, където токът на утечка навлиза в почвата. Потенциалът за стъпване е най-висок близо до входната точка и докато се отдалечавате от нея, той отслабва. На разстояние 75 сантиметра от входната точка напрежението обикновено вече е намалено с 50%. Следователно, на разстояние 75 сантиметра отвходна точка (която е по-малка от нормалния размер на стъпката), може да съществува смъртоносен потенциал от няколко киловолта. Потенциалът за докосване носи същата заплаха. Разликата е, че се отнася до потенциала, който съществува между ръката и краката на човек. Това се случва, когато човек, стоящ на земята, докосне структури на подстанция, които провеждат ток на повреда към земята. Например, когато изолатор, монтиран на стълб, се повреди, стълбът започва да провежда ток към земята. Тъй като най-вероятният път на тока през човешкото тяло е през ръцете и сърдечната област, а не през долните крайници, както при стъпковия потенциал, в този случай рискът от нараняване или смърт се увеличава. Поради тази причина безопасната граница за потенциала на докосване обикновено е много по-ниска, отколкото за потенциала на стъпката.
И в двете ситуации потенциалът може всъщност да бъде значително намален чрез използването на еквипотенциални предпазни постелки от телена мрежа, поставени директно под земната повърхност.
Тази решетка трябва да се монтира близо до всички превключватели или оборудване, които могат да бъдат докоснати от персонала и трябва да бъде свързана към главната заземителна мрежа. Такава еквипотенциална мрежа ще изравни напреженията по пътя, по който работникът пътува, както и между оборудването и краката му. Тъй като разликата в напрежението (потенциал) ще бъде по същество елиминирана, безопасността на персонала ще бъде ефективно гарантирана. Еквипотенциалните предпазни постелки обикновено се изработват от #6 или #8 AWG тел, направена от мед или медно покритие. Размерите на клетките на мрежата се задават като правило или 0,5 на 0,5 метра, или 0,5 на 1,0 метра. Прилагат се и другиразмери на клетката на мрежата. За да се осигури непрекъснатост на мрежата, всички кръстовища на проводници са запоени с 35% сребърен припой. Връзките на секциите на мрежата и връзките на мрежата към главната заземителна мрежа трябва да бъдат такива, че да осигуряват постоянна връзка с ниско съпротивление и висока цялост.