سیستم اتصال به زمین در پست های برق آمریکا چگونه است؟

من سال‌ها را صرف تأمین پست‌های به سبک آمریکایی کرده‌ام، و اگر موضوعی وجود داشته باشد که به طور مداوم دست کم گرفته شود، آن موضوع زمین‌گیر است. مهندسان تمام روز در مورد ترانسفورماتور و تابلو برق صحبت می کنند، اما سیستم زمین؟ این بخشی است که شما نمی بینید - تا زمانی که مشکلی پیش نیاید. و وقتی اشتباه می شود، بسیار اشتباه می شود.

بیایید در مورد آنچه واقعاً در زیر شن در یک پست آمریکایی اتفاق می افتد صحبت کنیم.

آنچه که Grounding در واقع انجام می دهد

قبل از اینکه به اجزاء بپردازیم، بیایید هدفمان را روشن کنیم. سیستم اتصال به زمین در یک پست فقط به این معنی نیست که جریان خطا را جایی برای حرکت قرار دهد. این در مورد کنترل گرادیان ولتاژ در سراسر سایت در طول یک خطا است. هنگامی که یک خطای خط به زمین رخ می دهد، جریان عظیمی به زمین می ریزد. این جریان باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین نقاط روی سطح زمین می شود. اگر این تفاوت ها به اندازه کافی زیاد شود، فردی که در آنجا ایستاده می تواند بخشی از پتانسیل مرحله مدار شود و پتانسیل لمس اصطلاحاتی است که می شنوید.

یک سیستم زمین که به درستی طراحی شده باشد، این شیب ها را زیر آستانه های خطرناک نگه می دارد. هر چیز دیگری - حفاظت از تجهیزات، دفع صاعقه - برای زنده نگه داشتن پرسنل ثانویه است.

اجزای سیستم زمین

شبکه زمین - این ستون فقرات است

فقط "میله های زمین" را فراموش کنید. قلب هر سیستم زمینی پست آمریکایی، شبکه زمین مدفون است. این دقیقاً همان چیزی است که به نظر می رسد: شبکه ای از هادی های مسی لخت، معمولاً 4/0 AWG یا بزرگتر، در حدود 12 تا 18 اینچ زیر سطح مدفون شده و کل منطقه پست را در بر می گیرد.

این شبکه دو کار انجام می دهد. اول، مسیری با امپدانس کم برای انتشار جریان های گسل به زمین فراهم می کند. دوم و این بسیار مهم است - پتانسیل را در سراسر سایت برابر می کند. هر نقطه از شبکه اساساً در هنگام خطا با ولتاژ یکسانی است، به این معنی که گرادیان های ولتاژ سطح کنترل می شود.

اندازه شبکه بر اساس بزرگی جریان خطا و مدت زمان آن است. یک خطای 40 کیلو آمپری برای 30 سیکل به سطح مقطع هادی خاصی نیاز دارد. کوچکتر شوید و مس تبخیر می شود. من عواقب آن را دیده ام. زیبا نیست

میله های زمینی - رابط با زمین

شبکه به تنهایی کافی نیست. برای اتصال آن شبکه به خاک اطراف، به الکترود نیاز دارید. این جایی است که میله‌های زمینی معمولاً به فولاد متصل به مس، به طول 8 تا 10 فوت، در فواصل زمانی در سراسر سایت رانده شده و به شبکه متصل می‌شوند.

در خاک با مقاومت بالا، ممکن است میله‌های عمیق‌تر-40، 60، حتی 100 فوتی یا میله‌های تقویت‌شده شیمیایی با مواد پرکننده برای کاهش مقاومت را ببینید. هدف، مقاومت ترکیبی شبکه-الکترود به اندازه کافی کم است تا افزایش ولتاژ را در هنگام خطا محدود کند. اهداف معمولی 1 اهم یا کمتر هستند، اگرچه شرایط خاک گاهی این امر را غیرممکن می کند.

هادی های زمینی - همه را با هم گره می زنند

هر قطعه از تجهیزات موجود در مخازن ترانسفورماتور پست، محفظه های شکن، قاب های تابلو برق، دروازه های حصار، حتی خنثی خط انتقال ورودی به این شبکه متصل می شود. این اتصالات از جوش گرمازا (Cadweld نام تجاری است که می شنوید) یا پیچ های با فشرده سازی بالا استفاده می کنند. اتصالات پیچ و مهره ای به مرور زمان خورده می شوند. اتصالات جوش داده نشده است.

توابع سیستم زمین

سیستم زمین در پست های آمریکایی چندین عملکرد مهم را انجام می دهد:

پرسنل Safety-Step and Touch Potential Control

این یک شغل است. این شبکه با استفاده از IEEE 80، "کتاب سبز" طراحی شده است که فرمول هایی را برای حداکثر ولتاژ مجاز گام و لمس بر اساس مدت زمان خطا و وزن بدن ارائه می دهد. فاصله شبکه، اندازه هادی و عمق همگی برای اطمینان از اینکه در هنگام خطا، ولتاژ بین پاهای شخص (گام) یا بین دست و پا (لمس) زیر آستانه مرگبار باقی می‌ماند محاسبه می‌شوند.

حفاظت از تجهیزات

خنثی های ترانسفورماتور در اکثر پست های برق آمریکایی به طور محکم به زمین متصل هستند. در هنگام خطا، سیستم زمین مسیر بازگشت را فراهم می کند. بدون آن، گسل های فاز به زمین تبدیل به گسل های فاز به فاز می شوند - انرژی بسیار بالاتر، آسیب بسیار بیشتر. سیستم زمین همچنین انرژی موج صاعقه را از بین می برد و بارهای ساکن را از کابل های محافظ تخلیه می کند.

مرجع سیستم

شبکه زمین یک مرجع ولتاژ پایدار برای کل پست ایجاد می کند. تمام ولتاژهای فاز نسبت به این زمین اندازه گیری می شوند. همچنین به سیستم‌های تشخیص کمک می‌کند تا خطاهای زمین را ببینند - اگر نول زمین باشد، یک خطای فاز به زمین یک مسیر جریان واضح ایجاد می‌کند که رله‌های محافظ می‌توانند آن را شناسایی کرده و قطع کنند.

ملاحظات طراحی - آنچه در واقع مهندسی را هدایت می کند

مقاومت خاک - متغیر غیر قابل کنترل

شما می توانید شبکه کاملی را روی کاغذ طراحی کنید، اما خاک تصمیم می گیرد که آیا کار کند یا خیر. اندازه گیری مقاومت اولین کاری است که در هر سایت پست جدید انجام می شود. روش چهار پین Wenner چهار پروب استاندارد در یک خط است، جریان را بین دو قسمت بیرونی تزریق می‌کند، ولتاژ بین دو پین را اندازه‌گیری می‌کند و مقاومت را محاسبه می‌کند.

خاک شنی و خشک ممکن است هزاران اهم متر به شما بدهد. خاک رس مرطوب ممکن است ده ها را به شما بدهد. این شبکه در اطراف آنچه در واقع در زمین است طراحی شده است. اگر مقاومت بسیار زیاد است، میله ها را اضافه می کنید، شبکه را گسترش می دهید یا از روش های شیمیایی استفاده می کنید.

اندازه جریان خطا برای بدترین حالت

شبکه باید حداکثر جریان خطا را که شرکت می تواند ارائه دهد، برای حداکثر زمان پاکسازی دستگاه های حفاظتی زنده بماند. این فقط ظرفیت حرارتی نیست - در مورد توزیع فعلی نیز هست. در طول یک خطا، جریان به طور یکنواخت به شبکه جریان نمی یابد. در نقاط تزریق متمرکز می شود. طراحی باید این شیب ها را در نظر بگیرد تا از گرمای بیش از حد موضعی یا ولتاژهای سطحی خطرناک جلوگیری شود.

IEEE 80-کتاب مقدس

تمام طراحی‌های اتصال زمین پست آمریکایی که من تا به حال روی آنها کار کرده‌ام، به IEEE Std 80، "راهنمای ایمنی در زمین‌گیری پست AC" اشاره می‌کنند. این خوانش سبک نیست، اما حاوی معادلات، روش‌ها و معیارهای پذیرش است که ایمن بودن سیستم زمین را مشخص می‌کند. شبکه متقارن، محاسبات فاصله، فرمول های ولتاژ قابل تحمل همه از این استاندارد می آیند.

زاویه NEC

برای ورودی سرویس و بخش های سمت مشتری پست، کد ملی برق (NEC) اعمال می شود. این مواردی مانند اندازه هادی الکترود زمین، اتصال سیستم‌های مشتق شده جداگانه، و اتصالات به الکترودهای لوله آب در صورت وجود را کنترل می‌کند. بخش های متعلق به Utility اغلب به جای NEC از استانداردهای IEEE و ابزارهای خاص پیروی می کنند، اما مرز ممکن است محو شود.

مقایسه با انواع دیگر - واقعاً نکته نیست

من مقالاتی را می بینم که اتصال زمین پست آمریکایی را با آن مقایسه می کنندایستگاه فرعی نوع جعبه اروپاییوپست زیرزمینیو راستش، فیزیک همه جا یکسان است. تفاوت ها در اصول اساسی نیست - آنها در استانداردهای ارجاع شده و شیوه های معمول ساخت و ساز هستند. طرح های اروپایی ممکن است به IEC 61936 اشاره کنند، اما اهداف یکسان هستند: مقاومت کم، گرادیان های کنترل شده، تجهیزات متصل شده. تفاوت واقعی این است که پست‌های انتقال آمریکایی در مقیاس بزرگ‌تر، با جریان‌های خطای بالاتر، به شبکه‌های گسترده‌تری نیاز دارند.

تعمیر و نگهداری - چه چیزی در واقع شکست می خورد

شبکه های زمینی مدفون هستند. شما نمی توانید آنها را در حال خوردگی ببینید. شما نمی توانید اتصالات را شل شده ببینید. تنها راه برای دانستن اینکه سیستم هنوز دست نخورده است، آزمایش است.

تست سقوط پتانسیل مقاومت شبکه را اندازه گیری می کند. اندازه‌گیری‌های پتانسیل گام و لمس ایمنی را در حین کارکرد با انرژی تأیید می‌کنند. در موارد شدید، ممکن است برای بررسی اتصالات حفاری کنید یا از روش های الکترومغناطیسی برای نقشه برداری شبکه استفاده کنید. خوردگی فلزات غیرمشابه دشمن، خاک اسیدی، جریان‌های DC سرگردان از راه‌آهن‌های مجاور یا خطوط HVDC همگی آن را تسریع می‌کنند.

آنچه به مشتریان می گویم

اگر در حال خرید یک پست الکترونیکی آمریکایی هستید، در اینجا می خواهم در مورد سیستم زمین از شما بپرسید:

مقاومت شبکه هدف چیست و چگونه بر اساس آزمایشات خاک واقعی سایت محاسبه شد؟

چه جریان خطا در نظر گرفته شد، و چه زمان پاکسازی؟

آیا طرح از نظر انطباق بالقوه گام و لمس با IEEE 80 بررسی شده است؟

آیا همه اتصالات جوش گرمازا هستند یا از لول های مکانیکی استفاده می شود؟

برنامه بازرسی و آزمایش پس از نصب چیست؟

زیرا حقیقت اینجاست - ترانسفورماتور براق و جدید خواهد رسید. تابلو دارای گواهینامه تست خواهد بود. سیستم زمین در خاک مدفون می شود و فراموش می شود. اما هنگامی که یک خطا اتفاق می افتد، آن مس مدفون تنها چیزی است که بین یک قطعی ایمن و مرگبار قرار دارد.

نتیجه گیری

در نتیجه، سیستم زمین در پست های آمریکایی جزء پیچیده و حیاتی زیرساخت الکتریکی است. این نقش حیاتی در تضمین ایمنی الکتریکی، حفاظت از تجهیزات و حفظ ثبات سیستم ایفا می کند. به عنوان تامین کنندهپست آمریکایی، من اهمیت ارائه سیستم های اتصال زمین با کیفیت بالا را که الزامات نظارتی دقیق و نیازهای خاص هر پست را برآورده می کند، درک می کنم.

اگر به دنبال یک پست آمریکایی در بازار هستید یا نیاز به ارتقای سیستم اتصال زمین فعلی خود دارید، توصیه می کنم برای مشاوره با ما تماس بگیرید. تیم متخصص ما می تواند به شما در طراحی و نصب یک سیستم زمین قابل اعتماد که نیازهای شما را برآورده می کند کمک کند. از تماس با ما برای بحث در مورد نیازهای تدارکاتی خود و شروع فرآیند مذاکره دریغ نکنید.

مراجع

• IEEE Std 80-2013، راهنمای IEEE برای ایمنی در زمین‌گیری پست AC.
• IEEE Std 81-2012، راهنمای IEEE برای اندازه گیری مقاومت زمین، امپدانس زمین و پتانسیل های سطح زمین یک سیستم زمین.
• کد ملی برق (NFPA 70)، ماده 250-Grounding and Bonding.