Ćwiczenie 6 – Właściwości statyczne i udarowe uziemień, Studia, Inżynieria wysokich napięć, Teoria ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Ćwiczenie nr 6
„ Właściwości statyczne i udarowe uziemień „
1.Wiadomości podstawowe z zakresu uziemień
W celu uniknięcia niebezpieczeństwa związanego ze zniszczeniem urządzeń lub
obiektów jak również z zagrożeniem życia, jakie niesie oddziaływanie prądów zwarciowych,
jak również wyładowań atmosferycznych, warto zaznajomić się z zasadami stosowania,
właściwościami uziemień oraz wymaganymi parametrami zapewniającymi ochronę na
odpowiednim poziomie. To właśnie to przewodzące połączenie urządzenia, obwodu lub
systemu elektrycznego z ziemią lub przewodnikiem umieszczonym w ziemi zwane
uziomem
, stanowi integralną część ochrony odgromowej oraz przeciwporażeniowej.
Uziemienia, ze względu na rodzaj prądów zakłóceniowych odprowadzanych do ziemi można
podzielić na: uziemienia
ochronne
, zapobiegające porażeniu elektrycznemu przy przepływie
prądów zwarciowych (stałych lub przemiennych) oraz uziemienia
odgromowe
służące do
odprowadzenia do ziemi prądu piorunowego (udarowego). Właściwości uziemień przy
przepływie prądu przemiennego lub stałego nazywa się statycznymi, a przy przepływie prądu
udarowego o znacznej stromości narastania prądu i o dużych amplitudach, nazywa się
udarowymi. Z uwagi na to, że czasy zjawisk towarzyszących odprowadzeniu prądu
udarowego do ziemi mierzone są w mikrosekundach, natomiast przy przepływie prądów o
częstotliwości technicznej w milisekundach, zatem do oceny poziomu ochrony, zapewnianej
przez uziemienia pracujące w tak różnych warunkach, należy stosować odmienne metody
pomiarowe.
Uziemienia można podzielić, ze względu na
zadania
jakie mają pełnić na :
¾
ochronne
nie dopuszczające do utrzymywania się na uziemionych częściach
niebezpiecznego napięcia
¾
robocze
odprowadzające prądy robocze do ziemi
¾
odgromowe
odprowadzanie do ziemi udarowych prądów wyładowań
atmosferycznych
¾
pomocnicze
zapewnienie prawidłowej pracy urządzeń pomiarowych i
zabezpieczającyc
h
Natomiast ze względu na przeznaczenie, a konkretnie cel wykonania, wyróżnia się
uziemienia:
¾
naturalne
spełniające tylko dodatkowo funkcję uziomu , do których zaliczamy:
rury wodociągowe, metalowe konstrukcje budynków, powłoki i pancerze kabli
elektrycznych, elementy metalowe osadzone w fundamentach, zbrojenia betonu
znajdujące się w ziemi itd.
79
¾
sztuczne
wykonane specjalnie do celów uziemienia, do
których zaliczyć można pręty, rury, taśmy, druty, itp.,
przedstawione na rysunku 1.
a)
b)
c)
Rys.1 Produkty Galmar a) bednarka miedziana b) drut miedziany
c) uziom pionowy z gwintem [9]
Wśród gamy różnych sposobów wykonania uziomów sztucznych,
można zaprezentować różne konfiguracje, takie jak przedstawione na
rysunku 2.
a)
b)
c)
d)
e)
Rys.2 Przykłady uziomów sztucznych a) pionowy b) poziom
y c) kratowy d) otokowy
kwadratowy e) otokowy pierścieniowy [5]
2. Właściwości statyczne
em opisującym właściwości uziemienia podczas przepływu
rądów stałych, czy przemiennych o częstotliwości technicznej jest
rezystancja statyczna
st
we
Podstawowym parametr
p
R
dług normy PN-86/E-5003/01 p.1.3.16 definiowana następująco : „rezystancja
statyczna między uziomem a ziemią odniesienia zmierzona przy przepływie prądu
przemiennego o częstotliwości technicznej”. Szacowana jest jako stosunek wartości
skutecznych napięcia do prądu płynącego przez uziemienie i jest dopuszczana przez
normę jako miara przydatności uziemienia dla obiektów objętych podstawową
ochroną odgromową.
Podczas przepływu wspomnianego prądu przez uziom, odkłada się na nim spadek
napięcia, który przenosi
się na warstwy gruntu otaczające elektrodę. Rozkład tego napięcia
zależy od położenia uziomu i jego kształtu, a ponadto może stwarzać niebezpieczeństwo
80
ia elektrycznego. Przykładowy rozkład napięcia, w miarę odległości od uziomu
pionowego, przedstawia prezentowany rysunek 3,
na którym zaznaczono napięcia krokowe
U
k
i dotykowe U
d
.
R
ys.3 Rozkład napięcia na powierzchni ziemi wokół uziomu pionowego [3]
re
g
Sam uziom metalowy przedstawia stosunkowo niewielką rezystancję a prawie cala
zystancja uziemienia przypada na warstwy otaczającego gruntu. Natomiast na rezystywność
runtu wpływają następujące czynniki:
rtość wody nie
przekracza ok. 20% rezystywność gruntu wybitnie maleje, co obrazuje rysunek 4. Z tego
względ
-
wilgotność
a mianowicie przy wzroście wilgotności, dopóki zawa
u pożądana jest lokalizacja uziomów w warstwach o wielkiej i trwalej wilgotności,
położonych poniżej poziomu wód gruntowych. Należy jednak mieć świadomość
niebezpieczeństwa korozji grożącego w
wilgotnej ziemi.
R
-
tempe
d
W
60 cm. Dla oceny stanu technicznego uziomu, należy uwzględnić n
re
pomiary zostały wykonane w innych warunkach koryguje się je przez przemnożenie przez
współczynniki poprawkowe
zależne od konfiguracji uziomu, głębokości położenia uziomu
oraz od wilgotności gruntu w czasie pomiarów.
ys.4 Zmiany rezystywno
ści gruntu pod wpływem % zmian wilgotno
ści
ratura
szenie rezystancji uziemienia blisko
wukrotnie, natomi ększenie rezystancji.
pływu zam iomu jest większa od
ajwiększą możliwą
zystancję, co obliguje do przeprowadzania pomiarów w okresie malej wilgotności. Gdy
, która w zakresie 0-20ºC powoduje zmniej
ast zamarzanie gruntu powoduje blisko 5 krotne zwi
arzania nie zauważa się, jeżeli głębokość ułożenia uz
-
porowatość
przy czym najkorzystniejsza jest drobna porowatość gruntów gliniastych a
bardzo wielką rezystywność przedstawiają skały i kamienie. Przykładowe wartości
rezystywności dla poszczególnych rodzajów gruntu przedstawia tabela 1.
81
porażen
Tab.1 Wartości rezystywności poszczególnych rodzajów gruntu
Rodzaj gruntu
Rezystywność [
Ωm]
Wartość
średnia
Wartość
maksymalna
Iły, glina ciężka, glina pylasta ciężka, glina,
40
200
grunty torfiaste i organiczne, gleby bagienne,
grunty próchnicze
(
czarnoziemy, mady)
Glina piaszczyst yły, gleby
ielicowe i brunatne wytworzone z glin
zwałowych oraz piasków naglinkowych i
a, glina pylasta, p
100
260
b
naiłowych
Piasek gliniasty i pylasty, pospółki, gleby
bielicowe wytworzone z piasków słabo
gliniastych i gliniastych
200
600
Piaski, żwiry, gleby bielicowe wytworzone z
żwirów i piasków luźnych
e
400
3000
Piaski i żwiry suche ( zwierciadło wody
gruntowej na głębokości większej niż
1000
5000
3 m.)
Grunt kamienisty
2000
8000
3
. Właściwości udarow
e
W przypadku przewodzenia prz
Hz
lu
atężenia, stromoś
ez uziemienie prądów o częstotliwości rzędu setek
k
b
MHz
uwidacznia się
impedancyjny charakter uziemienia
, będący funkcją
n
ci narastania prądu a także długoś omu. Dlatego w przypadku
iom prądów piorunowych należy mówić o impedancji uziemienia lub
tórą norma PN-89/E-05003/03 p.1.3.7 definiuje jako :
ci uzi
przewodzenia przez uz
jego
rezystancji udarowej
R
u
, k
rezystancję między uziomem a ziemią odniesienia mierzoną przy prądzie udarowym o
kształc
ie odwzorowującym prąd pioruna”.
Tak określona rezystancja udarowa stanowi kryterium przydatności uziemienia w
obiektach podlegających ochronie obostrzonej i specjalnej.
Natomiast wprowadzona w roku 2001 norma PN-IEC 61024-1 definiuje w p.1.2.15
zastępczą rezystancję uziemienia
, stanowiącą wskaźnik skuteczności danego uzie
określaną jako:
mienia,
„stosunek wartości szczytowych n
w ują jednocześnie”. Tego typu podejście obrazuje rysunek 5, na którym prezentowane
przebiegi, uzyskane zostały z symulacji komputerowych
.
Kolejne pojęcie dotyczy
rezystancji chwilowej uziemienia
, określonej jako
stosunek chwilowych wartości spadku napięcia na uziomie i prądu w miejscu
doprowadzenia
ystęp
apięcia do prądu uziemienia, które na ogół nie
prądu do ziemi.
82
„
a)
b)
Rys.5 Przykład udaru prądowego oraz wywo
uziomu a)skupionego b)rozległego
łanego przezeń spadku napięcia na impedancji
Zależność pomiędzy rezystancj
zależnością (1).
ą
statyczną a rezystancją udarową można wyrazi
ć
R
u
=R
st
*ξ
(1)
gdzie:
ξ – współczynnik udarowy
R
u
- rezystancja (impedancja) udarowa
R
st
– rezystancja statyczna
łczynnik udarowy
zależny jest od indukcyjności badanego uziomu oraz od
zjawiska wielkoprądowego wzdłuż przejścia z uziomu do gruntu . Wpływ na ten parametr
ają w
m szystkie czynniki przyczyniające się do zmiany rezystancji uziomu takie jak:
rezystywność gruntu
czoła udaru prądowego czy wartość szczy
Uziomy pod względem wielkości współczyn
, budowa uziomu i jego wymiary geometryczne, stromość narastania
towa prądu.
nika ξ można podzielić na trzy zasadnicze
g
rupy:
¾
skupione - ξ = ( 0.95 -1.2 )
¾
otokowe - ξ = ( 1.3 -2.0)
¾
rozbudowane systemy uziomów i rozlegle uziomy kratowe
- ξ –od kilku do kilkudziesięciu
stawie wyszczególnionych współczynników można zauważyć, iż mylne mogą okazać
się wni
r
oski dotyczące skuteczności ochrony odgromowej wyciągnięte podczas pomiarów
ezystancji statycznej, zwłaszcza dla uziomów rozległych.
3.1. Zjawisk
o falowe i długość efektywna
Zjawiska ądów piorunowych przez uziom różnią się
nacznie od tych zachodzących podczas przewodzenia prądów o częstotliwości technicznej,
towarzyszące odprowadzaniu pr
z
między innymi z tego powodu, iż duża stromość narastania prądu pioruna przyczynia się do
pojawienia znacznych indukcyjnych spadków napięcia wyprzedzających w czasie udar
prądowy, pomijalnie małych natomiast przy analizowaniu
d
parametrów statycznych. Tak jak
la uziomów o długości do kilkudziesięciu metrów istotne znaczenie odgrywa indukcyjność,
83
Omawiany
wspó
Na pod
[ Pobierz całość w formacie PDF ]