PROJEKTIRANJE ELEKTRIČNIH POSTROJENJA - IV

Doc.dr.sc. Srđan Žutobradić

Hrvatska energetska regulatorna agencija (HERA)(Voditelj odjela za električnu energiju i obnovljive izvore)

Mail: szutobradic@hera.hrhttp://www.hera.hr

SUSTAVI UZEMLJENJA–DEFINICIJE-1

SUSTAVI UZEMLJENJA–DEFINICIJE-2

Napon dodira – 1 m udaljenosti od uzemljenog objekta, ograničen (Ud)Napon koraka – 1 m raspona, ograničen (Uk)Uk << Ud, kontrola samo Ud

Ud = Ed/sd

Ed – razlika potencijala dodira, idealan prelazni otpor stopalaSd = 1+1,5·ρs·10-3; ρs - spec. Otpor tla ispod stopala

NAPONI DODIRA - OGRANIČENJA

Tehnički propisi:- Pravilnik o tehničkim normativima za elektroenergetska postrojenja nazivnog napona iznad 1 kV (preuzeto)- Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu n.n. mreža i pripadnih transformatora (preuzeto)- Električna postrojenja nazivnih izmjeničnih napona iznad 1 kV (HRN HD 637 S1)

DOPUŠTENI NAPONI DODIRA U POSTROJENJIMA VN I SN

DOPUŠTENI NAPONI DODIRA U MREŽAMA NN I PRIPADNIM TS SN/NN

DOPUŠTENI NAPONI DODIRA PREMA NORMI HRN HD 637 S1

OSNOVNI KRITERIJI ZA PROJEKTIRANJE UZEMLJIVAČA - 1

Naponi dodira manji od propisanih vrijednosti (sigurnost ljudi)Mehanička čvrstoća i otpornost na koroziju –minimalni prejeciTermički – izdržati struju kratkog spoja

MINIMALNI PRESJECI (HD NORMA):Cu 16 mm2

Če 50 mm2

OSNOVNI KRITERIJI ZA PROJEKTIRANJE UZEMLJIVAČA - 2

Termička kontrola – trajanje kvara kraće ili duže od 5 sek.Struja utisnuta u uzemljivač (bez redukcijskog faktora)Uzeti u obzir grananje struje utisnite u uzemljivač

I

I/2I/2

OSNOVNI ULAZNI PARAMETRI ZA PRORAČUN SUSTAVA UZEMLJENJA

Veličina struje jednopolnog kvara (ovisno o tretmanu zvjezdišta mreže)Trajanje kvara (ovisi o koncepciji relejne zaštite)Specifični otpor tla (ovisi o lokalnim geološkim okolnostima)

TRAJANJE KVARA

Mjerodavan kvar na VN: II stupanj distantne zaštite (0.5 – 0.6 sek.); sabirnička zaštita (0.1 sek.)Kvar u TS 35/10 kV: mjerodavna prethodna zemljospojna zaštita (0,5 – 1,5 sek.)Kvar u TS 10(20)/0.4 kV: mjerodavna zaštita

u vodnom polju TS X/10(20) kV, 0,3 – 0,5 sek.

SPECIFIČNI OTPOR TLA

Objekti VN, te TS 35/10 kV - mjerenja, metoda s 4 sonde. Specijalistička interpretacija rezultata, dvoslojni model tla..Procjena za TS 10(20)/0.4 kV:

Vrsta tla ρ(Ωm)Močvara 5-40Ilovača, glina 20-200Pijesak 200-2500 Šljunak 2000-3000Pješčenjak 2000-3000Granit do 50000Naplavine šljunka

do 30000

SUSTAV UZEMLJENJA - SLOŽENI

Uzemljivač postrojenja (mrežasti)Nadzemni vodovi priključeni na postrojenjeKabelski vodovi priključeni na postrojenjeUvažiti elektromagnetsku vezu između faze u kvaru i zaštitnog vodiča (ili ekrana) pojnog voda – redukcijski faktor

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 1

Rastavljane uzemljivača na ‘’t’’ pravocrtnih elemenata, po izboru. Proračun koeficijenata potencijala.

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 2

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 3

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 4

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 5

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 6

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 7

• Praktična primjena – nema realnih ograničenja u geometriji• Jednoslojno i dvoslojno tlo• Više uzemljivča u konduktivnoj vezi

PRORAČUN MREŽASTOG UZEMLJIVAČA - 8

VARIJANTE PRORAČUNA

REZULTATI PRORAČUNA

Iuz = 4,5 kA

POJEDNOSTAVLJENE FORMULE

Mrežasti uzemljivač:

A44,0

D2R ρ

=⋅ρ

=

ρ – specifični otpor tla (Ωm)D – promjer kruga iste površine kao mrežastog uzemljivačaA – površina mrežastog uzemljivača (m2)

Maksimalni napon dodira:

Udmax = 0,25 ·φ (φ-potencijal)

UZEMLJIVAČI STUPNIH TS 10(20)/0.4

UZEMLJIVAČI TS 10/0.4 kV, TORNJIĆ

PRORAČUN UZEMLJIVAČA TS 10/0.4-1

R=cr · ρ

PRORAČUN UZEMLJIVAČA TS 10/0.4-2

PRORAČUN KRATKOG TRAKASTOG UZEMLJIVAČA

NADZEMNI VOD KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA

Zaštitni vodič (naponi iznad 20 kV)

RASPODJELA STRUJA JDNOPOLNOG KS

NAČIN DJELOVANJA ZAŠT. VODIČA

Elektromagnetska indukcija – povratna struja, obuhvaća se preko redukcijskog faktoraOdvođenje struje kvara kroz nekoliko susjednih stupova – impedancija uzemljenja nadzemnog vodaOvisi o vrsti zaštitnog vodiča, rasponu stupova, izvedbi uzemljivača, spec. Otporu tla

PRORAČUN REDUKCIJSKOG FAKTORA - 1

Impedancija uzemljenja:

PRORAČUN REDUKCIJSKOG FAKTORA - 2

PRORAČUN REDUKCIJSKOG FAKTORA - 3

Uvjet primjene, broj raspona (dugački vodovi):

OTPORI UZEMLJEIVAČA STUPOVA

IMPEDANCIJA UZEMLJENJA DV - 1

IMPEDANCIJA UZEMLJENJA DV - 2

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 1

Raspodjela slična onoj kod nadzemnog voda:

Iuz = r·3I0

Redukcijski faktor r računa se kao:

ekekz

ek

XjRRR

r⋅++

=

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 2

Rek - radni otpor paralelno vezanih ekrana (3, 6, ili više) (Ω/km);Rz - jedinični otpor povratnog puta kroz zemlju (Ω/km);Xk - reaktancija paralelno vezanih (3, 6 ili više) ekrana (Ω/km).

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 3

SGUX ek

ρ⋅⋅=

93log145,0

ρ - specifični otpor tla, prema podacima Investitora iznosi 600 Ωm;SGU - srednji geometrijski polumjer paralelno vezanih ekrana.

Za tri ekrana (1 kabel u rovu) vrijedi:re - srednji polumjer jednog ekrana (m);r12, r13 - udaljenost vodiča 1-2, 1-3; kod kabela u trolistu to je veličina jednaka promjeru žile kabela (D).

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 4

Za šest ekrana veličina SGU računa se kao:

D1-2 - razmak između dva kabelska trolista; uz pretpostavku da vrijedi D1-2>>D

6 321

261615141312 −⋅⋅≈⋅⋅⋅⋅⋅= DDrrrrrrrSGU ee

• kabel SN, ekran 16 mm2, r = 0,51• kabel SN, ekran 25 mm2, r = 0,37• kabel 110, ekran 95 mm2, r = 0,10

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 5

Impedancija uzemljenja užeta u kabelskom kanalu

yzZuze = z - uzdužna impedancija užeta (Ω/km)

y - poprečna vodljivost užeta (S/km).

z = Ruze + j ⋅ Xuze

Ruze - jedinični radni otpor Cu užeta (Ω/km)

axuze

ρ⋅⋅=

93log145,0

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 6

a - polumjer užeta (m)ρ - specifični otpor tla (Ωm)

ahl

gy

⋅⋅

⋅=≈

2ln

103

ρπ

h - dubina ukopavanja užeta (m);l - granična dužina nakon koje uzemljivač ne sudjeluje u odvođenju struje u zemlju (m).

Primjena iterativnog postupka za određivanje l

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 7

KABEL KAO ELEMENT SUSTAVA UZEMLJENJA - 8

IMPEDANCIJA SUSTAVA UZEMLJENJA

∑∑==

++=K

1k k

N

1n n Z1

Z1

R1

Z1

R – otpor uzemljivača TSZn – impedancija uzemljenja n-tog nadz. vodaZk – impedancija uzemljenja k-tog užeta uz kabele

OGRANIČENJA UZ PRORAČUN

Uzeti u obzir užad u rovovima koji se ubrzamo granaju u različitim smjerovimaUzeti u obzir najviše 4 uždi u različitim smjerovima

STRUJE KROZ SUSTAV UZEMLJENJA

∑∑ +==

tr1j

jp1 IIIK,N

• Ukupna struja uzemljivača, mjerodavna za toplinsku kontrolu

N, K – broj aktivnih nadzemnih vodova i kabelaTr – broj energetskih transformatora u pogođenom postrojenju

STRUJE KROZ SUSTAV UZEMLJENJA

Struja kroz sustav uzemljenja mjerodavna za proračun potencijala:

∑=

⋅=K,N

1jjjuz_sus IrI

• Potencijal sustava:

φ = Isus_uz · Z

Struja mjerodavna za napone dodira na uzemljivaču

Iuz = φ/R