Ontwerp van aarding / aardingssysteem in een onderstationrooster

Ontwerp van aarding/aardingssysteem in een onderstationrooster

Inleiding tot aardingsraster voor onderstations

In hoog- en middenspanning ^[1] Luchtgeïsoleerde onderstations (AIS ) het elektromagnetische veld , die oorzaken zijn de statische ladingen van kale kabels en geleiders en door de atmosferische omstandigheden (stijgt ), spanningen induceren bij niet-live onderdelen van de installatie die potentiële verschillen create veroorzaken tussen metalen delen en grond en ook tussen verschillende punten van de grond .

Vergelijkbare situaties kunnen optreden wanneer er storingen zijn tussen onder spanning staande delen van de installatie en niet onder spanning staande delen , bijvoorbeeld in fase-naar-aarde kortsluiting .

Deze potentiële verschillen geef oorsprong aan stappotentieel en aanrakingspotentieel , of een combinatie van beide , dat kan leiden tot de circulatie van een elektrische stroom door het menselijk lichaam , dat gevaarlijk kan veroorzaken aan mensen.

Aanraakspanning (E .) _t ) kan worden gedefinieerd als het maximale potentiaalverschil dat bestaat tussen een geaarde metalen structuur die met de hand kan worden aangeraakt en elk punt van de aarde, wanneer een foutstroom vloeit.

Het is gebruikelijk om een ​​afstand van 1 m aan te houden tussen de metalen structuur en het punt op de grond.

Stapspanning (E_s ) wordt gedefinieerd als het maximale potentiaalverschil dat bestaat tussen de voeten wanneer een foutstroom vloeit.

Het is gebruikelijk om een ​​afstand van 1 m tussen de voeten aan te houden.

Een bijzonder geval van stapspanning is de Overgedragen spanning (E_trrd ) :waar een spanning wordt overgebracht naar of uit het onderstation van of naar een afgelegen punt buiten de locatie van het onderstation.

• Gerelateerde post:Aarding en elektrische aardingsinstallatie | Een complete gids

Andere concepten zijn :

• Grondpotentiaalstijging (GPR ): Het maximale elektrische potentieel dat een aardingsrooster van een onderstation kan bereiken ten opzichte van een ver aardingspunt waarvan wordt aangenomen dat het zich op het potentiaal van een afgelegen aarde bevindt. Deze spanning, GPR, is gelijk aan de maximale netstroom maal de netweerstand.
• Maasspanning (E_m ): De maximale aanraakspanning binnen een maaswijdte van een aardingsnet.
• Metaal-op-metaal aanraakspanning (E_mm ): Het verschil in potentiaal tussen metalen objecten of constructies op de locatie van het onderstation die kunnen worden overbrugd door direct hand-tot-hand of hand-tot-voet contact.

Het diagram in figuur 1 toont de verschijnselen waarnaar hierboven wordt verwezen .

Afbeelding 1 – Aanraken, stappen en overgedragen spanningen

Om te minimaliseren tot acceptabele waarden van de stromen door het menselijk lichaam , om elektrische veiligheid te garanderen voor mensen die in of nabij de installatie werken , en ook om eventuele elektrische interferentie met apparatuur van derden te beperken , AIS moet zijn voorzien van een aarding (of aarding ) systeem , waarop alle metalen niet-stroomvoerende delen van de installatie moeten worden aangesloten , zoals metalen constructies, aardingsschakelaars, overspanningsafleiders, behuizingen van schakelborden en motoren, transformatorrails en metalen hekken .

Aangezien aarding een invloed heeft op de niveaus van overspanningen en foutstroom in het voedingssysteem , en de definitie van beveiligingssystemen, moet het aardingssysteem zo worden ontworpen dat er een goede werking van de beveiligingsapparatuur is, zoals beschermende relais en overspanningsafleiders .

Het ontwerp en de constructie van het aardingssysteem moeten ervoor zorgen dat het systeem gedurende de verwachte levensduur van de installatie blijft werken en moet daarom rekening houden met toekomstige toevoegingen en de maximale foutstroom voor de uiteindelijke configuratie.

Aardingssysteem is gemaakt van een gaas van begraven kale koperen kabel , met extra aardstaven , en moet worden berekend, waarbij wordt aanbevolen om IEEE Std. 80-2000 .

• Gerelateerde post:verschil tussen aarding, aarding en verbinding

Belangrijke formules voor het ontwerpen van een aardingssysteem voor onderstations

De doorsnede van de begraven kabel moet worden berekend in overeenstemming met de waarde van de fase-naar-aarde kortsluitstroom , maar het is gebruikelijk om de driefasige kortsluitstroom . te gebruiken voor dit doel.

Voor deze berekening moet de volgende formule worden gebruikt :Waar:

• Ik”_K1 is de fase-naar-aarde kortsluitstroom [A ]
• t_s is de duur van de fout [s ]
• Δθ is de maximaal toelaatbare temperatuurstijging [°C ] – voor blank koper Δθ =150 °C

Volgens de genoemde IEEE-standaard maximaal toelaatbare stap- en aanrakingspotentieel en maximaal toelaatbare stroom door het menselijk lichaam (Ik_hb ) en de weerstand van het aardraster (R_g ) worden berekend met de formules:

Maximaal toelaatbaar stappotentieel

Maximaal toelaatbaar aanrakingspotentieel

Maximale toelaatbare stroom door het menselijk lichaam

Weerstand van het aardraster

Waar:

• C_s is de deratingfactor van de oppervlaktelaag en wordt berekend met de formule:
• t_s is de duur van de fout [s ]
• ρ _s is de soortelijke weerstand van het oppervlaktemateriaal [Ω. m ] – typische waarde voor natte steenslag/grind: 2.500 Ω .m
• ρ is de soortelijke weerstand van de aarde onder het oppervlaktemateriaal [Ω .m ]
• h_s is de dikte van het oppervlaktemateriaal [m ]
• A is het gebied dat wordt ingenomen door het grondraster [m ² ]
• l_T is de totale begraven lengte van de geleider, inclusief de aardstaven [m ]

Als er geen beschermende oppervlaktelaag wordt gebruikt, dan C_s =1 en ρ _s = ρ

Deze berekeningen worden meestal gedaan met specifieke software .

Aarding onderstation

Afbeelding 2 toont een voorbeeld van het aardraster.

Figuur 2 – Aardraster

De meest geschikte methodes voor het aansluiten van de aardingsnetaansluitingen zijn :

a.) Exotherm lassen

Afbeelding 3 – Exotherm lassen

Exotherm lassen is het permanente verbindingsproces van conductors dat gebruikmaakt van gesmolten metaal en mallen , die is gebaseerd op een chemische reactie tussen metaaloxiden (de dirigent ) en aangestoken aluminiumpoeder , die werkt als brandstof , met warmte-energieafgifte . Deze chemische reactie is een pyrotechnische compositie bekend als thermiet .

Er moet zeker van zijn dat het aantal exotherme lassen dat met elke mal wordt gedaan, niet hoger zal zijn dan de aanwijzingen van de fabrikant.

• Lees ook:Wat is het verschil tussen neutraal, aarde en aarde?

b .) C-connector :

met behulp van een hydraulisch krimpgereedschap en matrices met een maat geschikt voor de maat van de connectoren .

Afbeelding 4 – C-connector en krimptang

Dicht bij de controlevakken van stroomonderbrekers, schakelaars en isolatoren er moet een metalen equipotentiaalmat worden geïnstalleerd , verbonden met het aardsysteem , vergelijkbaar met die in figuur 5.

Afbeelding 5 – Metalen equipotentiaalmat

Goed om te weten:

[1] U_n . zijn de nominale spanning van het netwerk:HV – U_n ≥ 60 kV; MV – 1 kV n ≤ 49,5 kV .

Over de auteur:Manuel Bolotinha

-Licentiaat in elektrotechniek – energie- en energiesystemen (1974 – Instituto Superior Técnico/Universiteit van Lissabon)
– Master in Electrical and Computers Engineering (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
– Senior adviseur in onderstations en energiesystemen; Professionele instructeur