Чтобы защитить людей и установки LV
Основной функцией заземляющего электрода является защита людей. Вот и все. Это факт, что мы живем на Земле! И важно заземлить металлические части электрооборудования, чтобы избежать поражения электрическим током косвенным контактом, если возникла неисправность изоляции. Эта мера была предусмотрена в стандартах давным-давно, начиная с 1923 года (IEC 364, NF C 15-100).
Какова основная функция заземляющего электрода в энергосистеме (фото-кредит: stationproject.wordpress.com)
Ток повреждения изменяется в зависимости от используемой системы заземления, и принимаются меры для обеспечения того, чтобы контактное напряжение не превышало обычного безопасного напряжения в течение установленного времени: UL (50 В в переменном токе). Открытые металлические части электрооборудования соединены с защитными проводниками PE, в свою очередь, соединенными с землей, образуя, таким образом, заземляющее устройство.
Вторая функция заземляющего электрода заключается в минимизации возмущений общего режима, внешних по отношению к установке LV. Примером является перенапряжение 50/60 Гц в случае:
- Обрыв трансформатора MV / LV (см. Рисунок 1) или
- Перенапряжение из-за молнии (см. Рисунок 2).
Пробой MV / LV. Потенциал энергосистемы возрастает по отношению к земле: U = R N × I h, что приводит к риску для оборудования в системе TT или для людей в системе TN, если здание не полностью эквипотенциально связано.
Рисунок 1 - Пробой MV / LV
Молниеносная волна - силовая система подвергается пульсирующему перенапряжению на всех жилых проводниках, что приводит к высокому риску ЭМС. Требуется использовать молниеотводы независимо от используемой системы заземления.
Рисунок 2 - Молния
Что касается вышеизложенного, NF C 13-100 установил значения предельных значений заземления в Франции. Молния, ошибки MV / LV и безопасность людей требуют использования низкоомных заземляющих электродов (Ih MV может достигать 1000 А, а изоляционное напряжение чувствительных устройств - 1500 В!). Эту проблему особенно необходимо решать в системах заземления TT.
Остерегайтесь, естественно, следует избегать нескольких заземляющих электродов, если они не связаны друг с другом! Электрод заземления может быть одним или несколькими шипами, вдавленными в землю или петлю фундаментной канавки, или их комбинацию.
Для всплеска: R p = ρ / L
Для петли основания: R FF = 2ρ / L
где L - длина пика или периметр петли.
Электрод заземления должен быть сплошным проводником из меди или нержавеющей стали, чтобы ограничить окисление. Сопротивление грунта (ρ) является важным параметром, значительно изменяющимся с влажностью грунта и характером от 1 до 5000 Ом / м. Крайне важно разместить «правую» землю в нижней части канавки фундамента вокруг проводника петли (см. Рисунок 3).
Рисунок 3 - Электрод заземления: создание петли в канавке фундамента
Сопротивление заземляющего электрода незначительно колеблется между 50 Гц и 500 кГц. Если здание оборудовано молниеотводами, сливные барабанные стержни должны быть соединены с заземляющими электродами в треугольном скрещивании.
Все проводники, которые могут потребоваться для передачи молниеносных токов, должны быть плоскими проводниками, чтобы уменьшить коэффициент самоиндукции и скин-эффект и, следовательно, падение линейного напряжения (см. Рисунок 3).
расчет
Непрерывное сопротивление проводника
Непрерывное сопротивление проводника составляет R C = ρ l / s, т.е. R C = 1, 7 мОм для цилиндрического медного проводника длиной 10 м с поперечным сечением 100 мм 2. По мере увеличения частоты скин-эффект усиливает это сопротивление.
Это связано с тем, что высокочастотные токи сосредоточены на краях проводника на глубине δ = (π f μ σ) -1/2, которая уменьшается с частотой. δ известен как глубина скин-слоя.
Для меди:
- δ (50 Гц) = 9, 3 мм,
- δ (1 МГц) = 65, 8 мкм,
- δ (10 МГц) = 21 мкм.
В результате реальное сечение проводника уменьшается. Соотношение между R HF и R C приведено для цилиндрического проводника с радиусом r:
Эта формула применяется только в том случае, если радиус r проводника больше глубины скина δ. Наш медный проводник таков, что:
- при 50 Гц: R HF = R C = 1, 7 мОм,
- при 1 МГц: R HF = 43, 1 × R C = 73 мОм,
- при 10 МГц: R HF = 135 × R C = 230 мОм.
Самоиндуктивность L (μH) проводника
Самоиндукция L (μH) проводника длины l равна:
-
Для цилиндрического проводника:
-
Для проводника с прямоугольным поперечным сечением:
Где l, d (диаметр), δ, w (ширина), e (толщина) выражаются в метрах.
Импеданс проводников в зависимости от их геометрии и частоты
Импеданс проводников в зависимости от их геометрии и частоты
Самоиндукция и импеданс медного проводника длиной 10 м с поперечным сечением 100 мм2 в зависимости от его геометрии.
(*) в таблице самоиндукция цилиндрического проводника дается при 50 Гц. В HF термин 100 μr, δ становится пренебрежимо малым, а L ≈ 14, 35 мкГн становится, как и прямоугольный поперечный разрез, независимо от частоты. Наконец, отметим, что в HF импеданс Z = 2π × f × L становится преобладающим по сравнению с сопротивлением R HF.
Для этих проводников важно как можно меньше !
Возьмем пример низковольтного грозозащитного разрядника, предназначенного для ограничения синфазного напряжения до 1, 5 кВ. Если он подключен между защищенной фазой и заземляющей платой на 1 м длинном проводнике с круговым поперечным сечением, током 5 кА и нарастающим фронтом 8 мкс, он будет развивать следующее напряжение:
Следовательно, полное перенапряжение 2, 1 кВ, которое опасно, поскольку многие устройства имеют импульсное напряжение, выдерживающее 1, 5 кВ. Решение заключается в подключении приложения непосредственно к клеммам грозозащитного разрядника (см. Рисунок 4).
Рисунок 4 - Оптимальное соединение грозозащитного разрядника
(ТР)
Проектирование молниезащиты и заземления для зданий
Ссылка // Сожительство высоких и малых течений Р. Кальваса и Дж. Делабалле