Am petrecut ani de zile furnizând substații în stil american și, dacă există un subiect care este subestimat în mod constant, acesta este împământarea. Inginerii vorbesc despre transformatoare și aparate de distribuție toată ziua, dar despre sistemul de împământare? Asta e partea pe care nu o vezi - până când ceva nu merge bine. Și când merge prost, merge foarte prost.
Să vorbim despre ce se întâmplă de fapt sub pietrișul unei substații americane.
Ce face de fapt împământarea
Înainte de a ne scufunda în componente, să clarificăm intenționat. Sistemul de împământare dintr-o substație nu este doar despre a oferi curentului de defect un loc unde să meargă. Este vorba despre controlul gradienților de tensiune pe site în timpul unei defecțiuni. Când apare o defecțiune de la linie la pământ, curentul masiv curge în pământ. Acest curent creează diferențe de tensiune între punctele de pe suprafața solului. Dacă aceste diferențe devin suficient de mari, o persoană care stă acolo ar putea deveni parte a potențialului de pas al circuitului, iar potențialul de atingere sunt termenii pe care îi vei auzi.
Un sistem de împământare proiectat corespunzător menține acele pante sub pragurile periculoase. Orice altceva - protecția echipamentului, disiparea fulgerelor - este secundar pentru menținerea personalului în viață.
Componentele sistemului de împământare
Grila de sol - Aceasta este coloana vertebrală
Uitați doar de „tijele de pământ”. Inima oricărui sistem de împământare al unei substații americane este grila de pământ îngropată. Este exact ceea ce sună: o plasă de conductori de cupru goale, de obicei 4/0 AWG sau mai mare, îngropate la aproximativ 12 până la 18 inci sub suprafață, care se întinde pe întreaga zonă a stației.
Această grilă face două lucruri. În primul rând, oferă o cale de impedanță scăzută pentru ca curenții de defect să se răspândească în pământ. În al doilea rând - și acest lucru este critic - egalizează potențialul pe site. Fiecare punct de pe rețea este în esență la aceeași tensiune în timpul unei defecțiuni, ceea ce înseamnă că gradienții de tensiune de suprafață sunt controlați.
Rețeaua este dimensionată pe baza mărimii și duratei curentului de defecțiune. O defecțiune de 40 kA pentru 30 de cicluri necesită o anumită secțiune transversală a conductorului. Mergi mai mic, iar cuprul se vaporizează. Am văzut consecințele. Nu e frumos.
Ground Rods-Interfața cu Pământul
Grila singură nu este suficientă. Aveți nevoie de electrozi pentru a cupla acea grilă la solul înconjurător. Acolo vin tijele de împământare, de obicei din oțel lipit cu cupru, lung de 8 până la 10 picioare, condus la intervale de-a lungul șantierului și lipit de rețea.
În solul cu rezistență ridicată, este posibil să vedeți tije mai adânci - 40, 60, chiar 100 de picioare - sau tije îmbunătățite chimic cu materiale de umplere pentru a reduce rezistența. Scopul este o rezistență combinată a rețelei-electrod suficient de scăzută pentru a limita creșterea tensiunii în timpul defecțiunilor. Țintele tipice sunt de 1 ohm sau mai puțin, deși condițiile de sol fac uneori acest lucru imposibil.
Legarea la pământ a conductoarelor
Fiecare echipament din substație - rezervoarele de transformare, carcasele întrerupătoarelor, ramele de comutație, porțile de gard, chiar și neutrul liniei de transport de intrare - este conectat înapoi la această rețea. Aceste conexiuni folosesc sudare exotermă (Cadweld este numele de marcă pe care o veți auzi) sau sertizare de înaltă compresie. Conexiunile cu șuruburi se corodează în timp. Conexiunile sudate nu.
Funcțiile sistemului de împământare
Sistemul de împământare din substațiile americane îndeplinește câteva funcții importante:
Siguranța personalului-Pas și control potențial de atingere
Aceasta este slujba unu. Grila este proiectată folosind IEEE 80, „Cartea Verde”, care oferă formule pentru tensiunile maxime admisibile de pas și atingere, bazate pe durata defecțiunii și greutatea corporală. Distanța dintre grile, dimensionarea conductorului și adâncimea sunt toate calculate pentru a se asigura că, în timpul unei defecțiuni, tensiunea dintre picioarele unei persoane (pas) sau între mână și picioare (atingere) rămâne sub pragurile letale.
Protecția echipamentelor
Neutrele transformatoarelor sunt împământate solid în majoritatea substațiilor de utilități americane. În timpul unei defecțiuni, sistemul de împământare asigură calea de întoarcere. Fără el, defecțiunile de la faza la pământ devin defecțiuni de la faza la faza - energie mult mai mare, mult mai multe daune. Sistemul de împământare disipează, de asemenea, energia fulgerului și drenează sarcinile statice din cablurile ecranate.
Referință de sistem
Rețeaua de masă stabilește o referință stabilă de tensiune pentru întreaga substație. Toate tensiunile de fază sunt măsurate în raport cu această masă. De asemenea, ajută sistemele de detectare să vadă defecțiunile de împământare - dacă neutrul este împământat, o defecțiune fază-pământ creează o cale clară a curentului pe care releele de protecție o pot detecta și întrerupe.
Considerații de proiectare-ceea ce conduce de fapt inginerie
Rezistivitatea solului-variabila incontrolabilă
Puteți proiecta grila perfectă pe hârtie, dar solul decide dacă funcționează. Măsurătorile de rezistivitate sunt primul lucru făcut la orice locație nouă de substație. Metoda Wenner cu patru pini constă în acționarea standard a patru sonde într-o linie, injectarea curentului între cele două exterioare, măsurarea tensiunii între cele două interioare și calcularea rezistivității.
Solul nisipos și uscat îți poate oferi mii de ohmi-metri. Argila umedă îți poate da zeci. Grila este proiectată în jurul a ceea ce este de fapt în pământ. Dacă rezistivitatea este prea mare, adăugați tije, extindeți grila sau utilizați tratamente chimice.
Dimensiunea curentului de eroare pentru cel mai rău caz
Rețeaua trebuie să supraviețuiască curentului de defect maxim pe care îl poate furniza utilitatea, pentru timpul maxim de curățare a dispozitivelor de protecție. Aceasta nu este doar capacitatea termică, ci și distribuția curentă. În timpul unei defecțiuni, curentul nu trece uniform în rețea. Se concentrează în punctele de injectare. Proiectarea trebuie să țină cont de acești gradienți pentru a preveni supraîncălzirea locală sau tensiunile de suprafață periculoase.
IEEE 80-Biblia
Fiecare proiect de împământare al substației americane la care am lucrat vreodată face referire la IEEE Std 80, „Ghidul pentru siguranță în împământarea substației de curent alternativ”. Nu este o lectură ușoară, dar conține ecuațiile, metodele și criteriile de acceptare care definesc dacă un sistem de împământare este sigur. Grila simetrică, calculele de spațiere, formulele de tensiune tolerabilă - toate provin din acest standard.
Unghiul NEC
Pentru intrarea de serviciu și porțiunile din partea clientului din substație, se aplică Codul electric național (NEC). Aceasta guvernează lucruri precum dimensiunea conductorului electrodului de împământare, legarea sistemelor derivate separat și conexiunile la electrozii conductei de apă, dacă există. Porțiunile deținute de utilități urmează adesea standardele IEEE și specifice utilităților, mai degrabă decât NEC, dar granița se poate estompa.
Comparație cu alte tipuri - nu chiar e ideea
Văd articole care compară împământarea substației americane cuSubstație de tip cutie europeanăşiSubstație subteranăși sincer, fizica este aceeași peste tot. Diferențele nu sunt în elementele fundamentale, ci în standardele la care se face referire și în practicile tipice de construcție. Proiectele europene ar putea face referire la IEC 61936, dar obiectivele sunt identice: rezistență scăzută, gradienți controlați, echipamente lipite. Diferența reală este că stațiile de transport americane tind să fie mai mari, cu curenți de defect mai mari, necesitând rețele mai extinse.
Întreținere-ceea ce eșuează de fapt
Grilele de pământ sunt îngropate. Nu le poți vedea corodând. Nu puteți vedea conexiunile slăbite. Singura modalitate de a afla că sistemul este încă intact este testarea.
Testarea căderii potențialului măsoară rezistența rețelei. Măsurătorile potențialului de pas și atingere verifică siguranța în timpul funcționării sub tensiune. În cazuri grave, puteți excava pentru a inspecta conexiunile sau puteți utiliza metode electromagnetice pentru a mapa rețeaua. Coroziunea este reprezentată de metalele diferite de inamic, solul acid, curenții de curent continuu rătăciți de la căile ferate din apropiere sau liniile HVDC, toate o accelerează.
Ce le spun clienților
Dacă cumpărați o substație americană, iată ce vreau să întrebați despre sistemul de împământare:
Care este rezistența grilei țintă și cum a fost calculată pe baza testelor reale ale solului pe amplasament?
Ce curent de defect a fost presupus și ce timp de curățare?
Designul a fost revizuit pentru conformitatea potențială de pas și atingere conform IEEE 80?
Sunt toate conexiunile sudate exotermic sau se folosesc urechi mecanici?
Care este planul de inspecție și testare după instalare?
Pentru că iată adevărul - transformatorul va sosi strălucitor și nou. Aparatul va avea certificate de testare. Sistemul de împământare va fi îngropat în murdărie și va fi uitat. Dar atunci când se întâmplă o defecțiune, acel cupru îngropat este singurul lucru care se află între o întrerupere sigură și o fatalitate.
Concluzie
În concluzie, sistemul de împământare din substațiile americane este o componentă complexă și critică a infrastructurii electrice. Joacă un rol vital în asigurarea siguranței electrice, protejarea echipamentelor și menținerea stabilității sistemului. Ca furnizor deSubstația americană, Înțeleg importanța furnizării de sisteme de împământare de înaltă calitate, care să îndeplinească cerințele stricte de reglementare și nevoile specifice fiecărei stații.
Dacă sunteți în căutarea unei substații americane sau aveți nevoie să vă actualizați sistemul de împământare existent, vă încurajez să ne contactați pentru o consultație. Echipa noastră de experți vă poate ajuta să proiectați și să instalați un sistem de împământare fiabil, care să corespundă cerințelor dumneavoastră. Nu ezitați să ne contactați pentru a discuta nevoile dvs. de achiziții și pentru a începe procesul de negociere.
Referințe
- IEEE Std 80-2013, Ghid IEEE pentru siguranța în împământarea substației de curent alternativ.
- IEEE Std 81-2012, Ghid IEEE pentru măsurarea rezistivității pământului, impedanței pământului și potențialelor suprafeței pământului unui sistem de împământare.
- Codul electric național (NFPA 70), articolul 250 - Împământare și legare.
