Upload
dokiet
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UZEMNENIE A
JEHO MERANIE
ELEKTROENERGETIKA 5.10.2006
STN 33 0050-826
Uzemňovač je vodivá časť alebo skupina vzájomne spojených vodivých časí, ktorá má dokonalý kontakt so zemou a zaisťuje s ňou elektrické spojenie.
Uzemnenie
udržiava určené miesto siete resp. zariadenie na potenciáli zeme,
chráni zaradenia, osoby, zvieratá,
zabezpečuje resp. vylepšuje funkcie niektorých zariadení.
Účel uzemneniechrániť elektrické stroje, prístroje a zariadenia pred účinkami prepätí a veľkých prúdov
zviesť atmosferické prúdy a obmedziť atmosferické prepätia
chrániť ľudí a zvieratá pred úrazom elektrickým prúdom pri dotyku a v okolí neživých častí, odpojením alebo znížením dotykového a krokového napätia na bezpečnú mieru
zabezpečiť stále napätie vodičov trojfázovej sústavy voči zemi
zabezpečiť správnu funkciu bleskoistiek a prieraziek
odviesť do zeme náboj statickej elektriny na zariadeniach v priemysle
brániť korózii uzemnením jedného pólu katódovej ochrany a pod.
Zem sa pritom využíva jednak ako vodič, ale aj ako prostriedok na zníženie potenciálu.
Odpor uzemnenia
základný parameter vyjadrujúci kvalitu uzemnenia,
snahou je, aby jeho hodnota bola čo najnižšia,
je rozhodujúci faktor pri posudzovaní a návrhu uzemnenia pre funkčné účely.
Závisí od:
rozmerov uzemňovača,
tvaru uzemňovača,
elektrických vlastností pôdy v jeho okolí.
Odpor uzemnenia
Skladá sa z: odporu zvodu a uzemňovača,
pri dobrom spojení je veľmi nízky
prechodového odporu medzi uzemňovačom a zemou,
má malú hodnotu ak uzemňovač:
má dostatočné rozmery
je správne uložený v zemi
má dostatočnú plochu v pomere k prúdu, ktorý ním tečie,
pôda v jeho okolí obsahuje dostatok vody a elektrolytov
Odpor uzemnenia
odporu pôdy.najviac ovplyvňuje odpor celého uzemnenia
Pre uloženie uzemňovacích elektród sú:
vhodné – hlinitá pôda, humus
menej vhodné – ílovitá pôda
nevhodné – pevné horniny, piesčitá pôda
Voda v pôde
Môže byť: hygroskopická voda
kapilárna voda
presakujúca voda
Hygroskopická voda
nemá veľký vplyv na vodivosť pôdy
je viazaná adsorpciou na povrch častíc pôdy
jej množstvo závisí od množstva jemných častíc v pôde (aj úplne suchá pôda obsahuje určité množstvo vody, ktorú je možné odstrániť len jej zahriatím nad 100 °C).
Voda v pôde
Presakujúca voda
je to zrážková alebo spodná voda (nie je viazaná v kapilárach)
jej množstvo rastie s hrúbkou kapilár (jemné íly ju nemajú, hrubé piesky majú najviac)
Kapilárna voda
vyplňuje vo vlhkej pôde úzke medzery medzi časticami
je viazaná k časticiam povrchovým napätím (nevytečie, odstrániť sa dá len vysušením, jej množstvo sa zvyšuje dosahom kapilár k spodnej vode)
má veľký vplyv na vodivosť pôdy (íl jej má veľa, piesok málo)
Merný odpor pôdy
mení sa podľa zloženia pôdy (obsah solí), závisí od tlaku a teploty závislosť od počasia a ročného obdobia
najväčší – horúce a suché leto, veľké mrazy
najmenší – po trvalých dažďoch (vplyv krátkych dažďov je nepatrný)
Výkyvy merného odporu (oproti priemeru) sú pôdach s podobným zložením počas roka vcelku podobné (overené meraním).
Zmena merného odporu počas roka
krivka a – priebeh odporu po dlhšom suchu
krivka b – priebeh odporu po dlhšie trvajúcom daždi
Meranie merného odporu pôdy
presné meranie je potrebné pre výpočty a návrh
uzemňovacích sústav
určuje sa nepriamo na základe prúdu a napätia,
resp. priamo pomocou prístroja na meranie
odporov
je to odpor kocky pôdy so stranou dlhou 1 m,
meraný na protiľahlých stranách
meria sa v Ω.m
Geoelektrické meranie
pomocou pomocných elektród (PE1 a PE2) je
možné priamo zmerať rozdiel potenciálov (UPE
)
medzi ekvipotenciálnymi plochami
medzi dve kovové elektródy (CE1 a CE2) sa
pripojí zdroj jednosmerného, resp. striedavého
prúdu (ICE
)
meranie merného odporu pôdy metódou štyroch
bodov
Geoelektrické meranie
Odpor pôdy: R=U PE
ICE
Geoelektrické meranie
Merný odpor pôdy pri homogénnom podlaží pôdnych vrstiev
Konštanta k je výhradne geometrickou funkciou vzdialeností medzi elektródami a označuje sa ako konfiguračná konštanta.
= R . k .m
k =2
. 2
d−d m
λ – polovičná vzdialenosť prúdových elektród (m)
d – polovičná vzdialenosť napäťových elektród (m)
Wennerovo usporiadanie
V praxi najpoužívanejšie a uvádzajú ho aj STN:
Wennerovo usporiadanie
Podľa obrázka platí: = 3.d = 32
.a m
k =2
. 9.d 2
d−d = 4. .d = 2. .a .m
Potom je možné vypočítať merný odpor pôdy ako
=U PE
ICE. k = R . k = 2. .a .R .m
Konfiguračná konštanta k (h – dĺžka elektródy)
Wennerovo usporiadanieNa určenie maximálneho merného odporu počas roka treba namerané hodnoty vynásobiť koeficientom K podľa obrázka
1 – po daždivom období, 2 – po dlhšom suchu
Základné druhy uzemňovačov
odpor pôdy sa s hĺbkou mení → typy uzemňovačov
povrchové
hĺbkové
kombinované (združené)
šírenie prúdu v blízkosti uzemňovača závisí na:
tvare uzemňovača
povrchu uzemňovača
uložení uzemňovača
vlastnostiach pôdy
pôda je i pri najpriaznivejších podmienkach zlý vodič a tak je potrebný veľký prierez pre požadovaný prechod prúdu do zeme
Doskové uzemňovače kladú sa do zeme zvislo
najmenšia veľkosť je 0,5 m2, hrúbka 1 mm pre Cu dosky a 3 mm pre FeZn dosky
odpor zvisle uloženej štvorcovej dosky so stranou a platí:
Rz =
3,5.d
Rz = 0,25.a
odpor zvisle uloženej kruhovej dosky závisí od hĺbky uloženia. Pre hĺbky väčšie ako je polomer dosky d platí:
Uzemňovacie pásiky a drôty
použitie pri stanovení maximálnej vodivosti pôdy do hĺbky 1 m – povrchové uzemňovače
ukladajú sa do hĺbky 60 až 80 cm
pozinkované oceľové pásiky s prierezom 30x4 mm, s dĺžkou do 20 m
odpor pásika so šírkou a a dĺžkou l, uloženého v hĺbke h sa vypočíta ako
Rz =
2. . l.ln 4l
aln
l2h
Uzemňovacie pásiky a drôty
pre obvykle používané rozmery:
prierez 100 mm2
dĺžka cca. 20 m
hĺbka 50 cm
sa vzorce zjednodušia na tvar:
odpor uzemňovacieho drôtu s priemerom d a dĺžkou l, uloženého v hĺbke h sa vypočíta ako
Rz =
2. . l.ln 2l
dln
l2h
Rz =2l
Uzemňovacie rúrky a tyče
pre rúrky (tyče) s d < 50 mm a dĺžkou l = 2 – 5 m:
pozinkované oceľové rúrky (tyče) s vonkajším priemerom 20 až 50 mm s dĺžkou 2 až 3 m
zarážajú sa zvislo → vrchný koniec vhĺbke min. 0,5 m
použitie pri optimálnej vodivosti pôdy v hĺbke > 1 m
Rz =
2 l. ln
4ld
Rz = 0,8 až 0,9 .l
odpor uzemnenia rúrky (tyče) s vonkajším priemerom d a dĺžkou l je
Kombinované uzemňovače
hĺbkové uzemňovače dosiahnu rovnakú hodnotu odporu uzemnenia povrchových uzemňovačov len s polovičnou dĺžkou
vo väčších hĺbkach sú vlastnosti pôdy stálejšie
Typy:
združené pásikové uzemňovače
mrežové siete (rozvodne)
spájanie uzemňovačov → lepší odpor uzemnenia
musia byť od seba dostatočne vzdialené
výsledný odpor je väčší ako vypočítaný
počet obmedzuje hospodárnosť
Meranie odporu uzemnenia
rozsiahle uzemňovacie sústavy (RZ veľmi malé) –
voltampérová metóda (univerzálna)
malé a stredne veľké uzemňovače – mostíková metóda
(implementovaná v meracích prístrojoch, RZ > 0,5 Ω)
merá sa nepriamo pomocou pomocnej napäťovej a
prúdovej elektródy
najväčšiu časť odporu tvorí odpor pôdy do vzdialenosti
20 m – pokladá sa za súčasť odporu uzemňovača
Mostíková metóda
napäťová elektróda PE meria potenciál zeme
zmenou pomeru odporov r1 a r2 sa vyladí mostík (ručne
alebo automaticky) → odčíta sa hodnota uzemnenia
striedavý prúd do prúdovej elektródy CE
zdroj prúdu je batéria (u starších typov induktor) +
elektronický menič
meranie malým prúdom s frekvenciou inou ako 50 Hz
Mostíková metóda
Vplyvy na presnosť merania vzdialenosť a rozmiestnenie pomocných elektród od
meraného uzemňovača
STN 33 2005-5-34 (dĺžka l < 40 m)
lCE = 40 m
lPE = 25 m
Vplyvy na presnosť merania
vlastná a vzájomná indukčnosť prívodov k pomocným
meracím elektródam a kapacita súbehu prívodov
pri hodnotách odporu uzemnenia < 1 Ω
pri veľkých dĺžkach prívodných vodičov
ak je súbeh vodičov cca. 500 m → vodiče k
elektródam treba dať do vzdialenosti 50 cm od seba
Vplyvy na presnosť merania
vplyv cudzích uzemňovačov a rušivých prúdov
elektródy musia byť uložené mimo iných
uzemňovačov a kovových prvkov (potrubie, nádrže)
treba zvoliť správne rozmiestnenie pomocných
elektród
merať vo viacerých smeroch a uvažovať s
maximálnou nameranou hodnotou
Voltampérová metóda meria sa úbytok napätia na uzemňovači, ktorým prechádza známy prúd
RZ =U PE
I CE
Voltampérová metóda
vnútorný odpor voltmetra musí byť veľký – kvôli chybe merania
ručičkové voltmetre – vnútorný odpor aspoň 10 násobkom odporu uzemnenia elektródy (chyba < 10 %)
digitálne – už to majú zabezpečené
univerzálna metóda – limitovaná len zdrojom prúdu
zásady pre rozmiestnenie elektród sú rovnaké ako pri mostíkovej metóde
Meranie odporu uzemnenia vzdušných silových stožiarov
STN 33 3300:
odpor jednotlivých celokovových stožiarov (110 až 400 kV) v trase < 15 Ω
stožiare na prechode kabel ↔ vzduch; v blízkosti elektrických staníc (do 600 až 1000 m); v miestach so zmenou vlnovej impedancie zemniaceho lana < 10 Ω
odpor uzemnenia kovových stožiarov musí byť trvalo nízky a musí sa pravidelne premeriavať
dôležité pri spätných preskokoch – úder blesku do stožiara, resp. zemného lana
Meranie stožiarov bez zemniaceho lana
elektródy kolmo na vedenie
ak uzemnenie rozsiahlejšie, treba zväčšiť vzdialenosti pomocných elektród
Meranie stožiarov so zemniacim lanom
Meranie:
simuluje jednofázový skrat na meranom stožiari (skratovacou súpravou sa prepojí napájaná fáza a konštrukcia stožiara)
merá sa úbytok napätia spôsobený tokom časti prúdu cez merané uzemnenie, zem a späť do zdroja
predstavuje rozsiahlu sústavu odporov uzemnení jednotlivých stožiarov paralelne spojených zemniacim lanom
merané voltampérovou metódou pri zapnutom zemniacim lane, ale vypnutom vedení
Meranie stožiarov so zemniacim lanom
Meranie stožiarov so zemniacim lanom
Odpor uzemnenia:Rz =
U Z
I Z
kde – UZ je napätie na meranom uzemnení
– IZ je prúd tečúci meraným uzemnením,
ktorý sa vypočíta ako
I z = I M − I 1 − I 2 A
kde – IM je meraný prúd tečúci skratovou súpravou
– I1 je meraný prúd tečúci zemným lanom
– I2 je meraný prúd tečúci zemným lanom