Entwurf von Erdung/Erdungssystem in einem Umspannwerksnetz

Entwurf eines Erdungs-/Erdungssystems in einem Umspannwerksnetz

Einführung in das Erdungsnetz für Umspannwerke

In Hoch- und Mittelspannung ^[1] Luftisolierte Umspannwerke (AIS ) das elektromagnetische Feld , deren Ursache die statische Aufladung von blanken Kabeln und Leitern und durch die atmosphärischen Bedingungen ist (Überspannungen ), Spannungen induzieren an spannungslosen Teilen der Installation, die Potenzialunterschiede erzeugen zwischen metallischen Teilen und Boden und auch zwischen verschiedenen Punkten des Bodens .

Ähnliche Situationen können auftreten, wenn es Fehler zwischen stromführenden Teilen der Installation und nicht stromführenden Teilen gibt , zum Beispiel bei Leiter-Erde-Kurzschluss .

Diese möglichen Unterschiede dem Schrittpotential Ursprung geben und Berührungspotential , oder eine Kombination aus beidem , die zur Zirkulation von elektrischem Strom durch den menschlichen Körper führen kann , das kann gefährliche Folgen haben an Menschen.

Berührungsspannung (E _t ) kann als die maximale Potentialdifferenz definiert werden, die zwischen einer geerdeten metallischen Struktur, die mit der Hand berührt werden kann, und einem beliebigen Punkt der Erde besteht, wenn ein Fehlerstrom fließt.

Es ist üblich, einen Abstand von 1 m zwischen der Metallstruktur und dem Punkt auf dem Boden zu berücksichtigen.

Stufenspannung (E_s ) ist definiert als die maximale Potentialdifferenz, die zwischen den Füßen besteht, wenn ein Fehlerstrom fließt.

Es ist üblich, einen Abstand von 1 m zwischen den Füßen zu berücksichtigen.

Ein besonderer Fall von Stufenspannung ist die übertragene Spannung (E_trrd ) :wo eine Spannung in oder aus der Umspannstation von oder zu einem entfernten Punkt außerhalb des Standorts der Umspannstation übertragen wird.

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Andere Konzepte sind :

• Erdpotentialanstieg (GPR ): Das maximale elektrische Potential, das ein Erdungsgitter einer Umspannstation relativ zu einem entfernten Erdungspunkt erreichen kann, von dem angenommen wird, dass er auf dem Potential der entfernten Erde liegt. Diese Spannung, GPR, ist gleich dem maximalen Gitterstrom multipliziert mit dem Gitterwiderstand.
• Netzspannung (E_m ): Die maximale Berührungsspannung innerhalb einer Masche eines Erdungsgitters.
• Metall-auf-Metall-Berührungsspannung (E_mm ): Der Potentialunterschied zwischen metallischen Gegenständen oder Strukturen auf dem Gelände des Umspannwerks, der durch direkten Hand-zu-Hand- oder Hand-zu-Fuß-Kontakt überbrückt werden kann.

Das Diagramm in Abbildung 1 zeigt die oben genannten Phänomene .

Abbildung 1 – Berührungs-, Schritt- und übertragene Spannungen

Um zu minimieren auf akzeptable Werte der Ströme durch den menschlichen Körper , um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten für Personen, die innerhalb oder in der Nähe der Anlage arbeiten , und auch um mögliche elektrische Interferenzen mit Geräten von Drittanbietern zu begrenzen , AIS müssen mit einer Erdung versehen werden (oder Erdung ) System , an die alle metallischen nicht spannungsführenden Teile der Anlage angeschlossen werden müssen , wie metallische Strukturen, Erdungsschalter, Überspannungsableiter, Gehäuse von Schalttafeln und Motoren, Trafoschienen und Metallzäune .

Da die Erdung einen Einfluss auf die Höhe von Überspannungen und Fehlerströmen im Stromversorgungssystem hat und der Definition von Schutzsystemen muss das Erdungssystem so ausgelegt sein, dass die ordnungsgemäße Funktion der Schutzeinrichtungen wie Schutzrelais und Überspannungsableiter gewährleistet ist .

Design und Konstruktion des Erdungssystems müssen sicherstellen, dass das System für die erwartete Lebensdauer der Installation funktioniert, und es muss daher zukünftige Ergänzungen und den maximalen Fehlerstrom für die endgültige Konfiguration berücksichtigen.

Erdungssystem besteht aus einem Geflecht aus vergrabenem, blankem Kupferkabel , mit zusätzlichen Tiefenerdern , und wird berechnet, wobei die Verwendung von IEEE Std. empfohlen wird. 80-2000 .

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Wichtige Formeln für den Entwurf eines Netzerdungssystems für Umspannwerke

Der Querschnitt des verlegten Kabels sollte nach dem Wert des Leiter-Erde-Kurzschlussstroms berechnet werden , aber es ist üblich, den dreiphasigen Kurzschlussstrom zu verwenden zu diesem Zweck.

Für diese Berechnung muss die folgende Formel verwendet werden :Wo:

• Ich”_K1 ist der Leiter-Erde-Kurzschlussstrom [A ]
• t_s ist die Fehlerdauer [s ]
• Δθ ist die maximal zulässige Erwärmung [°C ] – für blankes Kupfer Δθ =150 °C

Nach dem genannten IEEE-Standard maximal tolerierbares Schritt- und Berührungspotential und maximal tolerierbarer Strom durch den menschlichen Körper (Ich_hb ) und der Widerstand des Erdgitters (R_g ) werden nach folgenden Formeln berechnet:

Maximal tolerierbares Schrittpotenzial

Maximal erträgliches Berührungspotential

Maximal tolerierbarer Strom durch den menschlichen Körper

Widerstand des Erdgitters

Wo:

• C_s ist der Oberflächenschicht-Derating-Faktor und wird nach folgender Formel berechnet:
• t_s ist die Fehlerdauer [s ]
• ρ _s ist der spezifische Widerstand des Oberflächenmaterials [Ω. m ] – typischer Wert für nasser Schotter/Kies: 2.500 Ω .m
• ρ ist der spezifische Widerstand der Erde unter dem Oberflächenmaterial [Ω .m ]
• h_s ist die Dicke des Oberflächenmaterials [m ]
• A ist die vom Bodengitter eingenommene Fläche [m ² ]
• l_T ist die gesamte vergrabene Länge des Leiters, einschließlich der Tiefenerder [m ]

Wenn keine schützende Oberflächenschicht verwendet wird, dann C_s =1 und ρ _s = ρ

Diese Berechnungen werden normalerweise mit einer speziellen Software durchgeführt .

Umspannwerk-Erdungsgitter

Abbildung 2 zeigt ein Beispiel des Erdgitters.

Abbildung 2 – Erdgitter

Die am besten geeigneten Methoden für die Verbindung der Erdgitterverbindungen sind :

a.) Exothermes Schweißen

Abbildung 3 – Exothermes Schweißen

Exothermes Schweißen ist das dauerhafte Verbindungsverfahren von Leitern das geschmolzenes Metall und Formen verwendet , die auf einer chemischen Reaktion beruht zwischen Metalloxiden (der Dirigent ) und entzündetes Aluminiumpulver , das als Brennstoff dient , mit Wärmeenergiefreisetzung . Diese chemische Reaktion ist eine pyrotechnische Komposition bekannt als Thermit .

Es muss sichergestellt sein, dass die Anzahl der mit jeder Form durchgeführten exothermen Schweißungen die Angaben des Herstellers nicht überschreitet.

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b .) C-Stecker :

unter Verwendung eines hydraulischen Crimpwerkzeugs und Matrizen mit einer Größe, die für die Größe der Anschlüsse geeignet ist .

Abbildung 4 – C-Stecker und Crimpwerkzeug

In der Nähe der Kontrollfelder von Leistungsschaltern, Schaltern und Trennern es muss eine metallische Äquipotentialmatte installiert werden , verbunden mit dem Erdsystem , ähnlich wie in Abbildung 5.

Abbildung 5 – Metallische Äquipotentialmatte

Gut zu wissen:

[1] U_n sein die Nennspannung des Netzes:HV – U_n ≥ 60 kV; MV – 1 kV n ≤ 49,5 kV .

Über den Autor:Manuel Bolotinha

-Lizenziat in Elektrotechnik – Energie- und Energiesysteme (1974 – Instituto Superior Técnico/Universität Lissabon)
– Master in Elektrotechnik und Computertechnik (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universität Lissabon)
– Leitender Berater für Umspannwerke und Energiesysteme; Professioneller Ausbilder