Повышение потенциала Земли - Earth potential rise

В электротехника, повышение потенциала земли (EPR) также называемый повышение потенциала земли (GPR) возникает при большом Текущий течет на землю через сетку земли сопротивление. Потенциал относительно удаленной точки на Земле максимален в точке, где ток входит в землю, и уменьшается по мере удаления от источника. Повышение потенциала земли является проблемой при проектировании электрические подстанции потому что высокий потенциал может представлять опасность для людей или оборудования.

Изменение напряжения на расстоянии (градиент потенциала) может быть настолько большим, что человек может получить травму из-за напряжения, возникающего между двумя ногами или между землей, на которой стоит человек, и металлическим предметом. Любой токопроводящий объект, подключенный к заземлению подстанции, например, телефонные провода, рельсы, заборы или металлические трубы, также может быть запитан от потенциала земли на подстанции. Этот переданный потенциал представляет опасность для людей и оборудования за пределами подстанции.

Компьютерный расчет градиента напряжения вокруг небольшой подстанции. В случае резкого перепада напряжения прохожих существует опасность поражения электрическим током.

Причины

Повышение потенциала земли (EPR) вызывается электрическими неисправностями, возникающими на электрических подстанциях, электростанциях или линиях передачи высокого напряжения. Ток короткого замыкания протекает через конструкцию установки и оборудование и попадает в заземляющий электрод. Сопротивление Земли ненулевое, поэтому ток, вводимый в землю на заземляющем электроде, вызывает повышение потенциала по отношению к удаленной контрольной точке. Возникающее в результате повышение потенциала может вызвать опасное напряжение за многие сотни метров от фактического места повреждения. Уровень опасности определяется многими факторами, в том числе доступным током повреждения, типом почвы, влажностью почвы, температурой, нижележащими слоями горных пород и временем устранения разлома.

Повышение потенциала Земли - это проблема безопасности при координации энергетических и телекоммуникационных услуг. Событие EPR на таком объекте, как электрическая распределительная сеть. подстанция может подвергнуть персонал, пользователей или конструкции воздействию опасного напряжения.

Напряжение шага, касания и сетки

«Ступенчатое напряжение» - это напряжение между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом под напряжением. Он равен разнице в напряжении, заданной кривой распределения напряжения, между двумя точками на разном расстоянии от «электрода». Человек может получить травму во время неисправности, просто стоя рядом с точкой заземления.

«Напряжение прикосновения» - это напряжение между объектом под напряжением и ногами человека, контактирующего с объектом. Он равен разнице в напряжении между объектом и точкой на некотором расстоянии. Напряжение прикосновения может быть почти полным напряжением на заземленном объекте, если этот объект заземлен в точке, удаленной от места, где с ним контактирует человек. Например, кран, который был заземлен на нейтраль системы и контактировал с линией под напряжением, подвергнет любого человека, контактирующего с краном или его неизолированной линией нагрузки, напряжением прикосновения, почти равным полному напряжению повреждения.

«Сетевое напряжение» - это коэффициент, рассчитываемый при установке сетки заземляющих проводов. Напряжение сети - это разность потенциалов между металлическим объектом, подключенным к сети, и потенциалом почвы внутри сети. Это важно, потому что человек может находиться внутри сети в точке с большим напряжением относительно самой сети.

Смягчение

Технический анализ энергосистемы в условиях неисправности может быть использован для определения того, будут ли возникать опасные скачки напряжения и напряжения прикосновения. Результат этого анализа может показать необходимость защитных мер и может помочь в выборе соответствующих мер предосторожности.

Для защиты сотрудников от опасных градиентов потенциала земли можно использовать несколько методов, в том числе эквипотенциальные зоны, изоляционное оборудование и рабочие зоны с ограниченным доступом.

Создание эквипотенциальной зоны защитит стоящего в ней рабочего от опасного скачка и прикосновения. Такую зону можно создать с помощью металлического мата, соединенного с заземленным объектом. Обычно этот металлический коврик (или сетка заземления) соединяется со стержнями заземления, находящимися под землей, для увеличения контакта с землей и эффективного уменьшения сопротивления сети.^[1] В некоторых случаях можно использовать заземляющую сетку для выравнивания напряжения внутри сети. Однако эквипотенциальные зоны не будут защищать сотрудников, которые полностью или частично находятся за пределами защищенной зоны. Связывание проводящих объектов в непосредственной рабочей зоне также можно использовать для минимизации напряжения между объектами и между каждым объектом и землей. (Однако в некоторых случаях приклеивание объекта за пределами рабочей области может увеличить напряжение прикосновения к этому объекту.)

Использование изоляционных средств индивидуальной защиты, таких как резиновые перчатки, может защитить сотрудников, работающих с заземленным оборудованием и проводниками, от опасного напряжения прикосновения. Изолирующее оборудование должно быть рассчитано на максимальное напряжение, которое может быть приложено к заземленным объектам в условиях неисправности (а не на полное напряжение системы).

Рабочие могут быть защищены от опасного скачка напряжения или напряжения прикосновения, запретив доступ к участкам, где может возникать опасное напряжение, например, в пределах границ подстанций или участков вблизи опор электропередачи. Рабочим, которым необходимо работать с проводниками или оборудованием, подключенным к системе заземления, могут потребоваться защитные перчатки или другие меры для защиты их от случайно находящихся под напряжением проводов.

На электрических подстанциях поверхность может быть покрыта слоем щебня или асфальта с высоким удельным сопротивлением. Поверхностный слой обеспечивает высокое сопротивление между опорами и сеткой заземления и является эффективным методом снижения опасности ступенек и напряжения прикосновения.

Расчеты

В принципе, потенциал земной сети V_сетка можно рассчитать, используя Закон Ома если ток короткого замыкания (я_ж) и сопротивление сетки (Z_сетка) известны.

${displaystyle mathbf {V} _ {grid} = mathbf {I} _ {f} imes mathbf {Z} _ {grid}}$

В то время как ток повреждения от системы распределения или передачи обычно можно рассчитать или оценить с точностью, расчет сопротивления сети заземления более сложен. Трудности в расчетах возникают из-за вытянутой и неправильной формы практических наземных решеток, а также из-за различного удельного сопротивления почвы на разных глубинах.

В точках за пределами земной сети рост потенциала уменьшается. Самый простой случай определения потенциала на расстоянии - это анализ ведомого стержневого электрода в однородной земле. Профиль напряжения определяется следующим уравнением.

${displaystyle mathbf {V} _ {r} = {frac {mathbf {ho I}} {mathbf {2pi r_ {x}}}}}$

куда

${displaystyle mathbf {r_ {x}}}$ точка от центра земной сетки (в метрах).

${displaystyle mathbf {V} _ {r}}$ это напряжение на расстоянии ${displaystyle mathbf {r_ {x}}}$ от земной сетки, в вольт.

${displaystyle mathbf {ho}}$ это удельное сопротивление земли, в Ω · М.

${displaystyle mathbf {I}}$ ток замыкания на землю, в амперы.

Это упрощенная система; Практические системы заземления более сложны, чем одиночный стержень, и у почвы будет различное удельное сопротивление. Однако можно с уверенностью сказать, что сопротивление заземляющей сети обратно пропорционально площади, которую она покрывает; это правило можно использовать для быстрой оценки степени сложности конкретного сайта. Программы, работающие на настольных персональных компьютерах, могут моделировать эффекты сопротивления земли и производить подробные расчеты повышения потенциала земли, используя различные методы, включая метод конечных элементов.

Стандарты и правила

Управление по безопасности и гигиене труда США (OSHA) определило EPR как «известную опасность» и выпустило правила, регулирующие устранение этой опасности на рабочем месте.^[2]

Оборудование защиты и изоляции выполнено в соответствии с национальными и международными стандартами, описанными в IEEE, Национальный Электрические коды (UL / CSA), FCC и Telcordia.

IEEE Стд. 80-2000 - это стандарт, который касается расчета и снижения ступенчатого напряжения и напряжения прикосновения до приемлемых уровней вокруг электрических подстанций.

Высоковольтная защита телекоммуникационных цепей

Само по себе повышение потенциала земли не вредно для любого оборудования или людей, подключенных к тому же потенциалу земли. Однако, если проводник (например, металлическая линия связи), подключенный к удаленному потенциалу земли (например, центральный офис / биржа), входит в зону, подверженную георадиолокации, конфликтующая разница потенциалов может создать значительные риски. Высокое напряжение может повредить оборудование и представлять опасность для персонала. Для защиты проводных цепей связи и управления на подстанциях должны применяться защитные устройства. Изолирующие устройства предотвращают передачу потенциала в зону георадара или из нее. Это защищает оборудование и персонал, которые в противном случае могли бы одновременно подвергаться воздействию обоих потенциалов земли, а также предотвращает распространение высоких напряжений и токов в сторону центрального офиса телефонной компании или других пользователей, подключенных к той же сети. Цепи могут быть изолированы трансформаторы или непроводящим оптоволокно муфты. (Устройства защиты от перенапряжения, такие как угольные блоки или газовые шунты на землю, не изолируют цепь, но отводят токи высокого напряжения от защищаемой цепи к местному заземлению. Этот тип защиты не будет полностью защищать от опасностей георадара, когда опасность от удаленного заземления в той же цепи.)

Стандарты электросвязи определяют «зону воздействия» вокруг подстанции, внутри которой оборудование и цепи должны быть защищены от воздействия повышения потенциала земли. В североамериканской практике считается, что зона воздействия ограничена «точкой 300 вольт», то есть точкой вдоль телекоммуникационной цепи, в которой георадар достигает 300 вольт относительно удаленной земли.^[3] Точка 300 вольт, определяющая зону влияния вокруг подстанции, зависит от удельного сопротивления земли и количества ток повреждения. Он определит границу на определенном расстоянии от наземной сети подстанции. Каждая подстанция имеет свою собственную зону влияния, поскольку переменные, описанные выше, различны для каждого местоположения.^[4]

В Великобритании любой объект, на который распространяется действие повышения потенциала Земли (ROEP), называется «горячим участком». Зона влияния исторически измерялась как любое место в пределах 100 м от границы высоковольтного соединения на горячей площадке. В зависимости от размера всего участка это может означать, что части более крупного участка, возможно, не нужно классифицировать как «горячие», или (наоборот) влияние небольших участков может распространяться на участки, находящиеся вне контроля землевладельца. С 2007 года допускается использование Рекомендации S34 Ассоциации энергетических сетей (ENA). ^[5] («Руководство по оценке повышения потенциала земли на площадках подстанций») для расчета горячей зоны. Теперь это определяется как контурная маркировка, где ROEP превышает 430 В для линий электропередачи с нормальной надежностью или 650 В для линий с высокой надежностью. «Зона» простирается в радиусе от любых прикрепленных металлических конструкций, таких как система заземляющих электродов на площадке или ограждение. Это может эффективно уменьшить общий размер горячей зоны по сравнению с предыдущим определением. Тем не менее, ленточные заземляющие электроды и любая неэффективно изолированная металлическая оболочка / броня силовых кабелей, выходящие за пределы этой зоны, будут по-прежнему считаться `` горячими '' на расстоянии 100 м от границы, охватывающем ширину два метра. по обе стороны от проводника. Ответственность за расчет горячей зоны несет компания, владеющая сектором электроснабжения (ESI).

Openreach (компания BT Group, которой поручено установить и поддерживать значительную часть физической телефонной сети в Великобритании) ведет реестр горячих узлов, обновляемый каждые 12 месяцев путем добровольного предоставления информации от компаний ESI в Великобритании. Любой инженер Openreach, посещающий сайт, указанный в реестре, должен пройти обучение Hot-Site. Необходимо соблюдать определенные методы работы и соображения планирования, такие как отказ от использования армированных телефонных кабелей, полная герметизация кабельных соединений для предотвращения доступа, наложение отдельных пар проводов за пределы оболочки кабеля и изоляция (за пределами горячей зоны). ) любая линия, над которой нужно работать. Предполагается, что сторона, заказывающая первоначальную установку услуги, несет ответственность за покрытие расходов на обеспечение изолирующих каналов, устройств развязки услуг и четко обозначенных магистралей для прокладки кабелей, и все это должно быть частью процесса планирования.

В некоторых случаях (например, когда «холодный» объект повышается до «горячего»), зона влияния может включать жилую или коммерческую недвижимость, которая не находится в собственности электроэнергетической отрасли. В этих случаях стоимость обратной защиты каждой телефонной цепи может быть недопустимо высокой, поэтому может быть поставлен дренажный электрод, чтобы эффективно вернуть местный потенциал земли обратно к безопасным уровням.

Смотрите также

• Однопроводное заземление
• Паразитное напряжение

Рекомендации

[1] Рабочий комитет ACIF CECRP / WC18, AS / ACIF S009: 2006 Требования к установке клиентских кабелей (правила подключения), Австралийский форум индустрии связи, Северный Сидней, Австралия (2006 г.) ISBN  1-74000-354-3

внешняя ссылка

• https://web.archive.org/web/20061010124312/http://www.acif.org.au/__data/page/15836/S009_2006r.pdf AS / ACIF S009: 2006 «Требования к установке клиентских кабелей (правила подключения)».
• http://esgroundingsolutions.com/ Информация об исследованиях повышения потенциала земли
• https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=STANDARDS&p_id=9868 OSHA 29 CFR 1910.269
• http://www.davas.co.nz