instala ia de legare la p mÂnt 6.1. generalit instalaiile de …retele.elth.ucv.ro/stan (ivan)...

PECS II LaboratorVI – Instalaia de legare la pmânt

1

INSTALAIA DE LEGARE LA PMÂNT 6.1. Generaliti Instalaiile de legare la pmânt se folosesc pentru asigurarea unei exploatri normale, fr pericole a instalaiilor i echipamentelor electrice. Dintre funciile importante amintim:

asigurarea siguranei personalului de deservire i ale persoanelor care pot atinge prile metalice ale instalaiilor electrice care nu sunt sub tensiune dar care în mod accidental pot fi puse sub tensiune, precum i a persoanelor care circul în apropierea acestora; se urmrete realizarea deconectrii rapide a sectorului în care a aprut defectul i limitarea tensiunii de atingere i de pas sub valorile admise;

legarea la pmânt a punctelor neutre ale unor reele trifazate; realizarea proteciei împotriva supratensiunilor atmosferice sau de circulaie (interne); legarea la pmânt temporar a unor elemente care fac parte din cile de curent, pentru a

proteja personalul care face revizii i reparaii împotriva electrocutrilor produse prin descrcarea unor sarcini capacitive sau apariia unei tensiuni neprevzute în instalaia respectiv.

Tensiunea de atingere este partea din tensiunea unei instalaii de legare la pmânt la acre este supus omul aflat la o distan de 0,8 m fa de obiectul atins. Tensiunea de pas se înelege partea din tensiunea unei instalaii de legare la pmânt la care este supus omul atunci când atinge dou puncte de pe sol situate la distan de 0,8 m între ele.

6.2. Elementele componente ale instalaiei de legare la pmânt De obicei, o instalaie de legare la pmânt de protecie este format din urmtoarele

elemente: priza de pmânt format din unul sau mai muli electrozi; conductoarele de legtur dintre electrozi; conductorul principal de legare la pmânt; conductoarele de ramificaie de la conductorul principal la echipamentele electrice legate

la pmânt; conductorul de legtur dintre priza de pmânt i conductorul principal de legare la

pmânt; piese de separare destinate separrii prizei de pmânt pentru msurarea rezistenei sale.

Fig. 6.1. Alctuirea unei instalaii de legare la pmânt de protecie

1 – construcie; 2 – echipament electric; 3 – electrod; 4 – conductor de legtur între electrozi;

5 – conductor principal de legare la pmânt; 6 – conductor de ramificaie; 7 – conductor de legtur între prize de pmânt i conductorul principal de legare

la pmânt a reelei.


2

O priz de pmânt se compune din unul sau mai muli electrozi în contact cu pmântul i conductoare de legtur dintre electrozi.

Priza de pmânt fiind elementul principal al instalaiei de legare la pmânt, la alegerea i dimensionarea electrozilor i a conductoarelor de legtur se va avea în vedere limitarea rezistenei electrice Rp a acesteia, deoarece de valoarea lui Rp depinde direct tensiunea instalaiei de legare la pmânt i deci tensiunile de atingere i de pas.

Rezistena electric a prizei se compune din: rezistena electrozilor i a conductoarelor de legtur, rezistena de contact între electrozi i sol i rezistena solului la trecerea curentului de defect.

Este indicat s fie amplasate prizele de pmânt în soluri cu umiditate ridicat, în unele cazuri se introduce în sol o soluie de sruri.

6.3. Clasificarea prizelor de pmânt Din punct de vedere constructiv prizele de pmânt se împart în: prize naturale i prize

artificiale. Prizele naturale constau din diverse construcii metalice care au contact electric cu

pmântul, stabil i de rezisten redus cum sunt: conductele de ap; armturi metalice ale construciilor din beton armat, stâlpilor, fundaiilor, etc.;

Prizele artificiale se prevd atunci când valoarea rezistenei de dispersie a prizelor naturale nu corespunde valorilor impuse.

Dup modul de realizare prizele artificiale pot fi: prize de pmânt verticale care se realizeaz de obicei din eav zincat pentru a

preîntâmpina coroziunea. prize de pmânt orizontale care se utilizeaz când straturile de la suprafaa solului au o

rezistivitate mai mic. Electrozii sunt din band sau profile rotunde.

Prizele naturale i prizele artificiale pot fi: singulare – constituite dintr-un singur electrod vertical sau orizontal fiind rar întâlnite

deoarece nu realizeaz rezistena cerut de norme; multiple – sunt realizate prin utilizarea mai multor electrozi de acelai fel; complexe – obinute din prize multiple verticale i orizontale.

6.4. Algoritm de dimensionare a unei instalaii de legare la pmânt Se va dimensiona conform normelor în vigoare, instalaia de legare la pmânt a unei staii

de interconexiune 400/220/20 kV. Se cunosc urmtoarele date:

n=7 - numrul de linii electrice aeriene din staie (6 linii + 1 linie scurt); suprafaa de teren ocupat de staie (îngrdit) L× l =336 m × 106 m ; x=3 m - distana la care este situat priza complex fa de gardul (îngrdirea) staiei; lb=10 m - lungimea electrodului orizontal (prizei orizontale singulare sau benzii

îngropate); lv=3 m - lungimea electrodului vertical (prizei verticale singulare sau ruului); d=63,5 mm - diametrul electrodului vertical (prizei verticale singulare sau ruului)

(1 ol= 1 inch=25,4 mm); hv= 0,6 m - adâncimea de îngropare a electrodului vertical (prizei verticale singulare sau ruului);

hb= 0,8 m - adâncimea de îngropare a electrodului orizontal (prizei orizontale singulare sau benzii îngropate);

b=8·10-3 m - limea electrodului orizontal singular (benzii de legtur); a×b=(50×8) mm2 seciunea transversal a electrodului orizontal singular (benzii de

legtur);


3

y=4 m - distana la care este situat priza de dirijare a distribuiei potenialului fa de priza contur;

hd=0,4 m - adâncimea de îngropare a prizei de dirijare a distribuiei potenialului (hd<hv<hb);

dd= 12 sau 6 m - distana între conductoarele principale de legare la pmânt a prizei de dirijare a distribuiei potenialului (12 m) dispuse perpendicular pe lungimea staiei. Dup retehnologizare s-a prevzut îndesirea benzilor de oel zincat prin montarea de benzi noi de oel zincat, la distane de 6 m de benzile existente;

ad×bd=(50×8) mm2 - seciunea transversal a benzilor de legtur din oel zincat care alctuiesc reeaua de dirijare a distribuiei potenialelor;

z= 4 - numrul pieselor de separaie prevzute între priza de contur i priza de dirijare a distribuiei potenialului;

ρ=62 [Ω·m] - rezistivitatea solului (valoare msurat prin metoda celor 4 electrozi, fcându-se sondaje pân la adâncimea de aproximativ 2 m, corespunztoare adâncimii medii a electrozilor prizei);

rLEA= 2,4 [Ω/linie] - rezistena de dispersie a prizelor de legare la pmânt ale LEA (fir de gard i prize stâlp);

Ip= tot1scI = 35,58 kA - curentul maxim de punere la pmânt (curentul de scurtcircuit

monofazat pe barele staiei de 220 kV); tf - timpul total de lucru al proteciei i întreruptoarelor de protecie; platband din oel zincat pentru conductoarele de ramificaie SrSTAS= 2mm)650(2 ×× ; platband din oel zincat pentru conductoarele principale SpSTAS= 40×5 mm2; 50×6 mm2.

Realizarea unei prize de înpmântare complex

Fig. 6.2. Priz de împmântare complex

Priza de dirijare a distribuiei potenialelor

L

x y x y

l

y y

x x

Piese de separaie Priza de contur

Îngrdirea staiei


4

a. Un contur de prize verticale (ru), amplasate în interiorul gardului staiei la x=3 m fa de gard, amplasate la distana lb=10 m, una fa de alta.

Se calculeaz numrul de electrozi verticali (prize verticale) :

bv l

)]x2l()x2L[(2n

×−+×−×=

Electrozii verticali sunt legai între ei cu ajutorul unei platbande de oel, ce constituie conductoarele de legtur, îngropate la adâncimea de hb= 0,8 m.

b. Priza de dirijare a distribuiei potenialului se prevede în interiorul prizei contur, la o distan de y=4 m de aceasta, îngropat la adâncimea hd= 0,4 m.

Se calculeaz suprafaa ocupat de priza de dirijare a distribuiei potenialului: )]y2x2l()y2x2L[(S ×−×−××−×−=

Conductoarele principale de legare la pmânt a prizei de dirijare a distribuiei potenialului sunt dispuse la distana dd= 6 m unul de altul, perpendicular pe lungimea prizei de contur.

Se calculeaz numrul echivalent al conductoarelor principale de legare la pmânt a prizei de dirijare a distribuiei potenialului:

1d

y2x2ln

dd +×−×−=

Între priza de contur i priza de dirijare a distribuiei potenialului se vor prevedea z=4 legturi prin intermediul pieselor de separaie.

c. Determinarea rezistenei de dispersie a prizelor

Fig. 6.3. Priz vertical singular (ru)

d. Rezistena unei prize verticale singulare se determin cu relaiile :

][)lt4lt4

lg21

dl2

(lgl

366,0rv

vv

vv Ω

−+

+ρ=

sau

][)lt4lt4

ln21

dl2

(lnl2

rv

vv

vv Ω

−+

+πρ=

unde:

]m[2l

ht vv +=

Rezistena prizei verticale multiple (a tuturor prizelor verticale), Rv

L

d

d

t

lv

2d d

hv


5

][u1

nr

Rvv

vv Ω⋅=

unde: nv= 86 - numrul de electrozi verticali uv - coeficientul de utilizare a electrozilor verticali conform tabelului 9.1 (se va determina prin interpolare liniar) dup ce s-a determinat raportul lb/lv.

nv uv

60n 1v = 62,0u 1v =

100n 2v = 60,0u 2v =

1v2v

v2v2v1v2vv nn

)nn)(uu(uu

−−−

+=

Tabelul 6.1. Coeficienii de utilizare pentru electrozii verticali

Aezare în rând Aezare în contur Observaii

lb/lv nv uv lb/lv nv uv Se vor considera pentru uv valorile

minime 1 2 0,84…0,87 1 4 0,66…0,72 2 2 0,90…0,92 2 4 0,76…0,80 3 2 0,93…0,95 3 4 0,84…0,86 1 3 0,76…0,80 1 6 0,58…0,65 2 3 0,85…0,88 2 6 0,71…0,75 3 3 0,90…0,92 3 6 0,78…0,82 1 5 0,67…0,72 1 10 0,52…0,58 2 5 0,79…0,83 2 10 0,56…0,71 3 5 0,85…0,88 3 10 0,74…0,78 1 10 0,50…0,62 1 20 0,41…0,50 2 10 0,72…0,77 2 20 0,61…0,66 3 10 0,79…0,83 3 20 0,68…0,73 1 15 0,51…0,56 1 40 0,38…0,44 2 15 0,66…0,73 2 40 0,55…0,61 3 15 0,76…0,80 3 40 0,64…0,69 1 20 0,47…0,50 1 60 0,36…0,42 2 20 0,65…0,70 2 60 0,52…0,58 3 20 0,76…0,76 3 60 0,62…0,67 1 100 0,35 2 100 0,50 3 100 0,60

e. Rezistena unei prize orizontale singulare (de legtur) se determin cu relaiile :

][hbl2

lgl

366,0rb

2b

bb Ω

⋅⋅ρ= sau ][

hbl2

lgl2

rb

2b

bb Ω

⋅⋅

⋅πρ=

În cazul benzilor orizontale de profile diferite, simple sau în contur închis, îngropate la adâncimea hb în sol, relaia general de calcul este:

][hdlk

lnl2

)Ahd

l(ln

l2r

2b

bb

2b

bb Ω

⋅⋅

⋅πρ=+

⋅⋅πρ=

klnA = este un coeficient ce ine seama de forma prizei orizontale; pentru band de seciune dreptunghiular k=1.

004,02008,0

2b

d === m - diametrul electrodului orizontal - pentru banda de lime

(dimensiunea cea mic a seciunii dreptunghiulare b).


6

Fig. 6.4. Priz orizontal singular (band)

f. Rezistena prizei orizontale multiple (a întregii prize platband de legtur), Rb

][339,01

861997,10

u1

nr

Rbb

bb Ω⋅=⋅=

unde: 86nn vb == - (în cazul aezrii pe contur închis);

ub - coeficientul de utilizare a electrozilor orizontali conform tabelului 9.2 (se va determina prin interpolare liniar) dup ce s-a determinat raportul lb/lv.

nb ub

70n 1b = 35,0u 1b =

100n 2b = 33,0u 2b =

1b2b

b2b2b1b2bb nn

)nn)(uu(uu

−−−

+=

Tabelul 6.2. Coeficienii de utilizare pentru electrozii orizontali (benzi de legtur) Numrul electrozilor verticali (tuburilor) în rând Aezare în rând

lb/lv 4 5 8 10 20 30 50 65 100 1 0,77 0,74 0,67 0,62 0,40 0,31 0,21 0,20 - 2 0,89 0,86 0,79 0,75 0,56 0,46 0,36 0,34 - 3 0,92 0,90 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49 0,47 -

Numrul electrozilor verticali (tuburilor) în contur Aezare în contur lb/lv 4 6 8 10 20 30 50 70 100

1 0,45 0,40 0,36 0,34 0,27 0,24 0,21 0,20 0,19 2 0,55 0,48 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24 3 0,70 0,64 0,60 0,56 0,45 0,41 0,37 0,35 0,33

g. Rezistena prizei de dirijare a distribuiei potenialului (priz de tip reea fr

electrozi verticali, suficient de deas), Rdp, în sol omogen se poate calcula cu o eroare de %10± , cu relaia:

][29624

626,0

S)7,0...5,0(R dp Ω=ρ=

unde : S=29624 m2 - suprafaa reelei (ocupat de priza de dirijare a distribuiei potenialului)

h. Rezistena echivalent a firelor de gard i prizelor stâlpilor LEA

][74,2

nr

R LEALEA Ω==

n - numrul de linii electrice aeriene din staie;

d

hb >lb/4

lb 2d

b hb


7

rLEA= 2,4 Ω/linie - rezistena de dispersie a prizelor de legare la pmânt ale LEA (liniilor electrice aeriene) (fir de gard i prize stâlp) în funcie de tipul LEA (tensiunea nominal, simplu sau dublu circuit)

Tabelul 6.3. Rezistena de dispersie a prizelor de legare la pmânt ale LEA Tensiunea nominal [kV]

110 220 rLEA[Ω/linie]

Cu simplu circuit 2,4 Cu dublu circuit 1,2 Ω /1 circuit

i. REZISTENA DE DISPERSIE A ÎNTREGII INSTALAII DE LEGARE LA PMÂNT (împmântare), rezult din relaia :

LEAdpbvp R1

R1

R1

R1

R1 +++=

Rpadmisibil = 0,3 Ω - limita orientativ indicat în 3RE-I23-1988 „Instruciuni pentru exploatarea i întreinerea instalaiilor de legare la pmânt”.

j. Dimensionarea conductoarelor de legare la pmânt În aprecierea stabilitii termice a prizei trebuie luate în considerare i conductoarele metalice ale prizei. Acestea nu trebuie s depeasc temperatura de 200° C, în medii cu pericol de incendiu i de 300° C, în cazul în care nu exist acest pericol.

Conductoarele de ramificaie se dimensioneaz la curentul total de punere la pmânt (pentru conductor din oel) :

2

p

rf

2fpadmisibilrr

IjS

t

]mm[j

tISS

⋅=

=≥

unde : Ip = tot

1scI =35580 A - curentul maxim de punere la pmânt; tf - timpul total de lucru al proteciei i întreruptoarelor de protecie (aproximativ timpul de lucru al proteciei de rezerv); j[A/mm2] - densitatea de curent maxim admisibil în conductoarele de legare la pmânt, în cazul scurtcircuitelor, care se determin (acoperitor) cu relaia:

pentru conductoare din oel :

=2mm

A

t

66j

Se va alege platband din oel zincat Sr STAS= × mm2≥Sr[mm2]

Conductoarele principale de legtur, constituind circuite buclate, se dimensioneaz la jumtate din circuitul de punere la pmânt :

]mm[j

t

2

I

2

SSS 2fpadmisibilr

admisibilpp ⋅==≥

Se va alege platband din oel zincat Sp STAS=(50×6) mm2≥Sp admisibil [mm2]

[ ]sI

jS2t

2

p

pf

⋅⋅=

Cealalt seciune existent pentru conductoarele principale:


8

Sp=40×5=200 mm2 < Sp admisibil [mm2] deci nu verific condiia 2

p

pf I

jS2t

⋅⋅=

k. Verificarea la stabilitate termic O priza de pmânt este stabil termic atunci când, în oricare din condiiile de exploatare

pentru care a fost proiectat nu d natere în nici un punct al solului unor temperaturi mai mari de 100° C.

Pentru a avea un coeficient de siguran, se admite ca temperatura maxim în sol s nu depeasc (85…90)° C.

În regim tranzitoriu, se calculeaz suprafaa necesar unei prize pentru a putea suporta regimul de scurtcircuit.

În mod acoperitor (pentru acoperire) se ia în calcul numai priza contur de pmântare, suprafaa lateral a acestei prize trebuind s satisfac condiia:

]m[10tIS 24fplat

−⋅⋅ρα≥ unde : α=1,2 - este un coeficient de ecranare. Se calculeaz suprafaa lateral a prizei contur, inând seama de coeficienii de utilizare uv i ub:

[ ]2bbbvvvbbbvvvlat m)ba(lunldunSunSunS +⋅⋅+⋅⋅π⋅=+=

a×b=(50×8) mm2

În regim termic stabilizat, priza va fi stabil termic daca se îndeplinete condiia: )(2]V[U ifstabilizattermicregimp θ−θλρ≤

unde : =λ conductibilitatea termic a solului, ( Cm/W2,1 0=λ );

=θf temperatura final a solului ( C)90...85(immax 0f =θ ) ;

=θ i temperatura iniial a solului ( C35 0i =θ ).

Se poate determina valoarea rezistenei de dispersie a prizei, care corespunde din punct de vedere al regimului termic stabilizat:

][I

UR

p

stabilizattermicregimpstabilizattermicregimp Ω=

l. Determinarea tensiunilor de atingere i de pas O priz de pmânt este corect dimensionat dac tensiunile de atingere i de pas se

încadreaz în valorile prescrise de norme (tabelul 9.4).

Tabelul 6.4. Tensiunile de atingere i de pas maxim admisibile pentru instalaii i echipamente peste 1000V

Nr. crt. Categoria instalaiei i a echipamentului Timpul de întrerupere a curentului de punere la pmânt

prin priz, în secunde

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 8,0≥ dar

<30 I Zone cu circulaie frecvent 125 100 85 80 75 79 65 II Zone cu circulaie redus 250 200 165 150 140 130 125

III Zone cu circulaie redus, în care se folosesc mijloace individuale de protecie 500 400 330 300 280 260 230

În interiorul staiei, în zona prizei de dirijare a distribuiei potenialului:


9

)A2hd

L(ln

21

7,0K

ddp

2d

at

+⋅π

=

unde : ]m[)y2x2L(nL dd ×−×−⋅= - lungimea însumat a electrozilor paraleli echivaleni ce

alctuiesc priza (orizontal) de dirijare a distribuiei potenialului;

]m[2

bd d

dp =

hd= 0,4 m - adâncimea de îngropare a prizei de dirijare a distribuiei potenialului (hd<hv<hb).

)!1n(])!12

n[(Ld

)y2x2L(lnA

d2d2

d3n2

d

1n2

d

d

−−⋅

×−×−=−

−

]V[UKUU patmaxpasat ⋅==

unde:

ppp RI]V[U ⋅= Se compar cu valorile tensiunilor de atingere i de pas maxim admisibile, pentru staie cu circulaie redus (conform tabelului 6.4).

admispasmaxpasat UU]V[U ≤=

La marginile prizei, în afara prizei dar în imediata ei apropiere, când priza de dirijare a distribuiei potenialului are form de plas:

)A2hd

L(ln

21

kkk

ddp

2d

ispas

+⋅π

⋅=

unde :

di n172,065,0k ⋅+=

]d)1n(

1...

d31

d21

hd1

h21

[1

kddddbdb

s ⋅+++

⋅+

⋅+

++

⋅π=

ppas'max

pas'at Uk]V[U]V[U ⋅==

Trebuie verificat condiia de mai jos, când în zona periferic a staiei va trebui s se circule foarte rar (când V230U '

admispas = ) sau s se foloseasc mijloace individuale de protecie.

]V[UU 'admispas

maxpas ≤

m. Transformarea zonei periferice a staiei într-o zon cu circulaie frecvent Izolarea amplasamentelor instalaiilor electrice se aplic în cazul în care tensiunile de

atingere ]V[U 'at i de pas ]V[U 'max

pas rezultate în urma dirijrii distribuiei potenialelor, depesc

valorile tensiunilor de atingere ]V[U at i de pas ]V[U pas maxim admise de norme. Pentru zone cu circulaie frecvent, tensiunea de pas sau de atingere admis, conform

normelor (tabelul 6.4) este: V65UU pasat == Tensiunea de pas i respectiv de atingere rezultat din calcule, este la periferia staiei,

V315,122]V[U]V[U 'maxpas

'at ==

Rezistena de izolare a amplasamentului Rd, pentru staii exterioare, considerând materialele de izolare în condiii de umiditate excesiv, trebuie s satisfac relaia:


10

]k[1UU

6Rat

'at

d Ω

−⋅≥

Alegerea materialului de acoperire, ca i grosimea stratului de acoperire se stabilete cu ajutorul relaiei :

3'

d 10)255

1600h

(2

]k[R −⋅χ⋅

−ρ=Ω

unde : =⋅Ωρ ]cm[' (rezistivitatea materialului izolant în condiii de umiditate)

Ca material pentru izolarea amplasamentului, se folosete piatra sfrâmat (macadam): 4' 1050]cm[ ⋅=⋅Ωρ ; h=15…20 cm.

h[cm] - grosimea stratului de izolare.

2

'

10]m[]cm[

⋅⋅Ωρ⋅Ωρ=χ - raportul dintre rezistivitatea materialului izolant (macadam) i rezistivitatea

solului. Grosimea stratului de material izolant se calculeaz cu relaia :

]cm[)2551

10]cm[]k[R2

(600h3'

d

χ⋅⋅+

⋅⋅ΩρΩ⋅

⋅= −

Pentru dimensionarea instalaia de legare la pmânt a unei staii de interconexiune s-a realizat un program de calcul în Visual Basic 6.0 al preului energiei electrice i deci stabilirea tarifului optim în funcie de consum.


11


12


13


14

instala ia de legare la p mÂnt 6.1. generalit instalaiile de …retele.elth.ucv.ro/stan (ivan)...

Documents