NAPON KORAKA, NAPON DODIRA I POJAM IZNOŠENJA POTENCIJALA

Transcript

1 NAPON KOAKA, NAPON DODIA I POJAM IZNOŠENJA POTENCIJALA Osnovne definicije zemljenje - ostvarivanje vodljive veze između dijelova elektro-energetskih postrojenja i zemlje. zemljenje u postrojenju ima zadatak da zaštiti ljude od opasnih napona dodira i koraka, odvede struju atmosferskih pražnjenja u zemlju, vodi radnu struju i osigurava radne karakteristike strujnog kola. S obzirom na ulogu uzemljenja razlikuju se radno, zaštitno i gromobransko uzemljenje. Najpotpunije definicije vrsta uzemljenja date su u standardu IEC AMD:000. adno uzemljenje je uzemljenje dijela pogonskog strujnog strujnog kruga kojim se osigurava željena funkcija i radne karakteristike strujnog kola. Gromobransko uzemljenje je uzemljenje gromobranske instalacije koja služi za odvođenje struje atmosferskog pražnjenja u tlo. Zaštitno uzemljenje je uzemljenje metalnih djelova koji ne pripadaju strujnom krugu niti su posredno u električnom kontaktu sa njim, ali u slučaju kvara mogu da dođu pod napon. koliko se isto uzemljenje koristi i kao radno i kao zaštitno uzemljenje govori se o združenom uzemljenju. Napon dodira je dio potencijala uzemljenja usljed zemljospoja, koji može premostiti čovjek, uz predpostavku da struja kroz ljudsko tijelo teče od ruke prema stopalu (vodoravni razmak od dostupnog dijela je m). Napon koraka je dio potencijala uzemljenja usljed zemljospoja koji može premostiti čovjek pri koraku od m, uz predpostavku da struja kroz ljudsko tijelo teče od jednog stopala prema drugom stopalu. Preneseni (izneseni) potencijal je potencijal uzemljivačkog sistema izazvan strujom prema zemlji koji se preko spojenog vodiča (npr. metalni omotač kabela) prenosi u područje maloga ili nikakvog potencijala prema referentnoj zemlji. To dovodi do razlike potencijala između vodiča i njegove okoline. Oblikovanje potencijala je metoda smanjivanja dodirnog napona i potencijala na površini zemlje pomoću elemenata uzemljivača.

2 Put struje kroz ljudsko tijelo Na Slici. dati su primjeri nastanka nesretnih slučajeva. L L L 3 PEN a) L L L 3 PEN b) Slika. Impedanse ekvivalentnih strujnih krugova Za slučaj zatvaranja strujnog kruga stopalo tijelo stopalo, ekvivalentna šema je data na Slici. Zbog sigurnosti uvijek mora biti I < I B.

3 Otpor čovjekove noge (stopala) je: gdje su: = ρ 4 b, () ρ specifični otpor homogenog tla (Ωm), b ekvivalentni poluprečnik stopala (m) cca 0,08. S { s S I d KO = m Slika. Strujni krug napona koraka I struja u strujnom krugu stopalo tijelo stopalo, A ukupni efektivni otpor u krugu kvara, I B struja definirana u uvodu, otpor čovječijeg tijela (uzima se 000 Ω). proračunu treba uzeti u obzir i međusobni otpor između stopala,, koji je jednak: ρ =, (.) πd KO gdje je: d KO rastojanje između stopala (m). ovom slučaju stopala su postavljena u seriju pa je ukupan otpor jednak: ρ ρ = = ( S ) 4b d. ( 3.) π KO Za površinu stopala 00 (cm ) i prosječnu dužinu koraka od (m), = 6 ρ (Ω). kupan efektivan otpor u krugu je: 3

4 A = + ( ). ( 4.) S Za slučaj zatvaranja strujnog kruga ruka dva stopala, ekvivalentna shema je data na Slici 3. I I S } S Slika 3. Strujni krug napona dodira ovom slučaju stopala su postavljena paralelno pa je: = ( S + ), ( 5.) a ukupan ekvivalentan otpor kruga napona dodira jednak je: A = + ( ) + : S. ( 6.) Za površinu stopala 00 (cm ) i prosječnu dužinu koraka od (m) dobije se: =.5 ρ ( Ω) Naponi dodira i koraka manji su za padove napona na prijelaznoj otpornosti kontakta stopalo tlo i međusobnog otpora između stopala. Tako se dobije da je napon dodira jednak: D = + ( + ) S ( + ) S = + S +. ( 7.) Za b = 0,08 (m), = 000 (Ω) i d KO = 0,5 (m) dobije se: Za napon koraka dobije se: K = + ( ) S D = (V). 3 +,75 0 ρ ( ) S = + Za b = 0,08 (m), = 000 (Ω) i d KO =,0 (m) dobije se: S. ( 8.) K = ( V) ,93 0 ρ 4

5 Odnosi izmedju dodirnog napona i struje kroz čovjeka Odnos između struje kroz čovjeka i vremena trajanja struje greške dat je u Tabeli. Tabeli. date su proračunske vrijednosti dozvoljenih napona dodira D kao funkcija trajanja struje kvara t F. Tabela. Trajanje greške (s) Dozvoljeni napon dodira (V) 0 80, 00 0,7 5 0, ,49 0 0, , , , , Tabela. prikazana dijagramom izgleda kao na Slici 4. D , 0, 0,4 0,6,0,0 5,0 0,0 t(s) Slika 4. Dodirni napon D u ovisnosti o vremenu trajanja struje kvara Naprijed dati dijagram i tabela su prema važećem evropskom standardu POWE INALLATIONS EXCEEDING kv a.c., HD 637 S. Ovaj standard CENELEC-a je, u ovom dijelu, usaglašen sa radnim prijedlogom TC 64 IEC, System enginering and erection of 5

6 electrical power installations in systems with nominal voltage above kv a.c.. porede li se dopuštene vrijednosti napona dodira prema TC 64 IEC sa važećim tehničkim propisima, vidi se da su u području podešenja relejne zaštite u srednjenaponskim mrežama, dopušteni znatno viši naponi dodira. Tako je npr. za uobičajeno vremensko podešenje relejne zaštite u 0 (0) kv mrežama od t = 0,5 (s), dopušteni napon dodira: prema IEC standardu u TT mrežama prema domaćim propisima u TN mrežama prema domaćim propisima D = 0 (V) D = 60 (V) D = 80 (V). Proračun dodatnih otpora Već je ranije rečeno da se za dodirni napon može napraviti slijedeća ekvivalentna shema: I D S + OB Na ovoj shemi je: Slika 5. Shema kruga dodirnog napona napon (potencijalna razlika), koji ima funkciju naponskog izvora u ekvivalentnom strujnom krugu napona dodira, S + OB prijelazni otpor stajališta + otpor obuće. Ako se ne uzima u obzir prijelazni otpor obuće umjesto napona, u proračunu se uzima napon D sa dijagrama na Slici 0.8., ukupna impedansa čovjeka, I struja kroz čovjekovo tijelo mora biti manja od datih vrijednosti u Tabeli 0.3., D dodirni napon (V), vrijeme trajanja greške (s). t F koliko se u proračunu uzimaju vrijednosti dopunskih otpora (obuća i sl.), treba računati sa pretpostavkom koja je data u Tabeli. Tip kontakta Tabela. Lijeva ruka obje noge Faktor vjerovatnoće za 50% (Tabela.6.) vrijednost Dijagram I = f(t F ) Dijagram na Slici. ili Slici. Impedansa strujnog kruga Z (50%) + Dodatni otpori = ( S + ) + OB =,5ρ + OB 6

7 Kod proračuna prvo se određuje dužina vremena trajanja kvara prema struji (ukoliko se ide na varijantu da napon dodira bude u granicama dozvoljenog, koristi se dijagram na Slici 4.). koliko to nije slučaj, uzima se realna vrijednost vremena trajanja kvara. Potom se sa dijagrama na Slici 4. ili iz Tabele. odredi vrijednost D. Ako se zna vrijednost dodirnog napona, onda se prema Tabeli. može odrediti vrijednost ukupne impedanse čovječijeg tijela. Po definiciji, struja kroz čovječije tijelo je: D I =. ( 9.) Napomena: koliko se ide na varijantu da napon dodira bude u granicama dozvoljenog, ova struja bi trebala odgovarati struji na dijagramu. ili. Na kraju je ukupan napon, koji ima funkciju naponskog izvora u ekvivalentnom strujnom krugu napona dodira, jednak: +. ( 0.) ( t ) ( ) F + I = D t F = D Na Slici 6. dat je dijagram napona dodira za praktičnu primjenu za četiri vrijednosti ukupnog dodatnog otpora. Kriva. je referentna kriva sa dijagrama na Slici 4. D = f (t F ) D ,05 0, 0, 0, t F (s) Kriva (ρ = 500 (Ωm), OB = 0 (Ω)); =,5 ρ + ½ OB = 750 (Ω) Kriva 3 (ρ = 500 (Ωm), OB =000 (Ω)); =,5 ρ + ½ OB = 750 (Ω) Kriva 4 (ρ = 000 (Ωm), OB = 000( Ω)); = 500 (Ω) Kriva 5 (ρ = 000 (Ωm), OB = 000 (Ω)); = 4000 (Ω) Slika 6. Primjer za dijagram D = f (t F ) za različite vrijednosti dodatnih otpora 7

8 Zaštita od iznošenja potencijala nastavku se govori o problemima zaštite od iznošenja potencijala iz TS 0/0(0) kv. Ista logika se može primjeniti i na ostale TS sa nižim naponskim nivoima. uvodnom dijelu treba naglasiti da nema opasnosti od iznošenja potencijala iz TS 0/0(0) kv ako TS napaja razgranatu mrežu 0(0) kv izvedenu kabelima sa provodnim plaštom i ako je ispunjen bar jedan od slijedeća dva uvjeta: - TS 0/0(0) kv radi u kabelskoj mreži 0 kv, - zemljospoj na sabirnicama 0 kv isključuje se najkasnije za 0,5 s. Nije dozvoljeno prekidanje metalnih plašteva i ubacivanje izolirajućih umetaka energetskih kabela 35 kv, 0 kv i 0 kv tipa NPO 3-A, IPZO 3 i sl. Metalne vodovodne cijevi galvanski se razdvajaju od uzemljivača TS 0/0(0) kv umetanjem cijevi od izolirajućeg materijala na mjestu uvođenja u TS (izolirajući monoblokovi ili izolitajuće prirubnice). Zbog velikih struja zemljospoja u mreži 0 kv, postoji opasnost pojave visokih potencijala na uzemljivačima nekih TS 0/0(0) kv. Ovi potencijali mogu da se prenesu preko metalnih plašteva, električnih zaštita i/ili armature energetskih kabela 0(0) kv do TS 0(0)/0.4 kv u NN mrežu i dalje preko neutralnog provodnika u instalacije potrošača izazivajući napone dodira koji bi u nekim slučajevima mogli da budu viši od dozvoljenih napona dodira. Pri zemljospoju na 0 kv-noj strain TS 0/0(0) kv na sistemu uzemljenja u prvoj TS 0/0.4 kv pojaviće se napon = ki i = ki r I k Z, gdje su : -k i koeficijent iznošenja potencijala; - i napon na sistemu uzemljenja TS 0/0(0) kv u V; -I k ukupna struja zemljospoja na sabirnicama 0 kv u TS 0/0(0) kv u A; -r redukcioni factor napojnog voda 0 kv; -Z ukupna otpornost (impedansa) sistema uzemljenja TS 0/0(0) kv u omima. Nije potrebno preduzimanje posebnih mjera zaštite od iznošenja potencijala iz TS 0/0(0) kv ako napon sistema uzemljenja u prvoj TS 0(0)/0.4 kv iznosi: 300 V ako se zemljospoj na sabirnicama 0 kv isključuje za 0.5 s djelovanjem drugog stepena dinstantne zaštite ( doz =50 V, k d =); 000 V ako se zemljospoj na sabirnicama 0 kv isključuje za 0.5 s djelovanjem zaštite sabirnica 0 kv ( doz =500 V, k d =). Koeficijent k i određuje se na slijedeći način: a) Ako se veza TS 0(0)/0.4 kv sa TS 0/0(0) kv izvodi kabelom sa provodnim plaštom (NPO 3-A i sl.), koeficijent iznošenja potencijala k i u ovisnosti od dužine kabelskog voda 0(0) kv i za nekoliko vrijednosti specifične električne otpornosti tla koje su karakteristične za gradski konzum dobija se prema dijagramu na slijedećoj slici. Za dužine kabelskog voda manje od 00 m koeficijent iznošenja potencijala ima 8

9 vrijednost kao i za dužinu 00 m jer se tada TS 0(0)/0.4 kv praktično nalazi unutar potencijalnog lijevka izvorne TS 0/0(0) kv Slika 7. Iznošenje potencijala preko plašta kabela IPO 3-A (koeficijent iznošenja potencijala k i u funkciji dužine kabela) b) Ako se veza TS 0(0)/0.4 kv sa TS 0/0(0) kv izvodi kabelom 0(0) kv sa neprovodnim plaštom, koeficijent k i u ovisnosti od broja TS n ts TS X/0.4 kv koje su priključene na isti kabelski vod, u TS koja je najbliža izvornoj TS ima vrijednosti koje su date u slijedećoj tabeli. tabeli izraz urbanizirano naselje podrazumijeva da TS X/0.4 kv imaju relativno male vrijednosti otpornosti uzemljenja, npr z ~0.5 Ω u slučaju da je na širokom prostoru primjenjen TN sistem napajanja odnosno z ~ Ω kod malih vrijednosti specifične električne otpornosti tla i sl. Broj TS na vodu (n ts ) > k i urbanizirano naselje, TN system, z ~0.5 Ω k i urbanizirano naselje, z ~ Ω k i vangradski konzum, z ~4 Ω Ako napon na uzemljenju TS 0(0)/0.4 kv prelazi vrijednosti predhodno definirane mora se uključiti jedna ili više slijedećih mjera: -proračunom, analizom i/ili mjerenjima dokazati da su naponi dodira, koji se javljaju u TS 0(0)/0.4 kv, kod izloženih objekata NN mreže i u instalacijama niskog napona niži od dozvoljenih napona dodira; -potrebno je snižavati napon na sistemu uzemljenja TS 0/0(0) kv; -potrebno je smanjivati vrijeme trajanja zemljospoja u mreži 0 kv (ugraditi zaštitu sabirnica 0 kv u TS 0/0(0) kv, podesiti drugi stepen distantne zaštite na 0.4 s i sl.); 9

10 -poduzeti i ostale dodatne zaštitne mjere. Snižavanje napona na uzemljenju TS 0/0(0) kv može se postići primjenom jedne ili kombinacijom više mjera kao: -smanjivanje struje zemljospoja u mreži 0 kv koje se postiže izborom najpovoljnije konfiguracije mreže i zabranom trajnog rada mreže u zatvorenom prstenu. Smanjivanje bi moglo da se postigne i ubacivanjem impedance za ograničenje struje zemljospoja ako su ispunjeni ostali uvjeti za tu mjeru. Ove mjere su sistemske i mogu da se sprovedu samo na nivou elektroprivrede kao cjeline. Efekat smanjivanja struje zemljospoja sa smanjivanjem uzemljenih neutralnih tačaka 0 kv energetskih transformatora 0/X kv je mali pa se ova mjera ne koristi u distributivnim mrežama; -smanjivanje dijela struje zemljospoja kroz uzemljivač TS, koje se postiže smanjivanjem redukcionih faktora napojnih vodova primjenom zaštitnog provodnika od bolje provodnog materijala na najmanje 5-6 raspona od TS; -smanjivanje impedance sistema uzemljenja TS, npr dodavanjem vertikalnih uzemljivača. Dodatne zaštitne mjere, koje mogu da se primjene pojedinačno ili kao kombinacija više mjera, su: -u kabelski rov, uz kabel sa neprovodnim plaštom (XHP 48-A i sl) koji povezuje TS 0/0(0) kv sa prvom TS 0(0)/0.4 kv na nekoliko pravaca polaže se bakarno uže najmanjeg presjeka 35 mm ; -objekti (zgrade) koji se napajaju iz TS 0(0)/0.4 kv koje su direktno vezane na TS 0/0(0) kv imaju svoj uzemljivač (po mogućnosti temeljni uzemljivač) i sprovedene mjere izjednačenja potencijala a niskonaponski razvodni ormari i KPK su po mogućnosti od izolirajućih materijala ili se nalaze na asfaltiranom prostoru. Kod metalnih stupova javne rasvjete koji se nalaze na neasfaltiranom prostoru i kod kojih je primjenjen TN sistem napajanja izvedeno je oblikovanje potencijala; -izuzetno je dozvoljeno da se u TS 0/0(0) kv izoliraju električne zaštite kabela sa neprovodnim plaštem (XHP 48-A, SKS XHE 48/O-A i sl). Pri tome se mora uzeti u obzir da redukcioni factor voda 0(0) kv postaje r= umjesto r=0.5 što znači da sistem uzemljenja svih TS 0(0)/0.4 kv koje su priključene na taj vod treba da se dimenzionira na dvostruko veću vrijednost struje zemljospoja, i da izostaje efekt smanjenja ukupne otpornosti (impedanse) sistema uzemljenja TS zbog prekida galvanske veze uzemljivača susjednih TS. 0