UZEMNENIE A JEHO MERANIE

Transcript

1 UZEMNENIE A JEHO MERANIE ELEKTROENERGETIKA

2 STN Uzemňovač je vodivá časť alebo skupina vzájomne spojených vodivých časí, ktorá má dokonalý kontakt so zemou a zaisťuje s ňou elektrické spojenie. Uzemnenie udržiava určené miesto siete resp. zariadenie na potenciáli zeme, chráni zaradenia, osoby, zvieratá, zabezpečuje resp. vylepšuje funkcie niektorých zariadení.

3 Účel uzemnenie chrániť elektrické stroje, prístroje a zariadenia pred účinkami prepätí a veľkých prúdov zviesť atmosferické prúdy a obmedziť atmosferické prepätia chrániť ľudí a zvieratá pred úrazom elektrickým prúdom pri dotyku a v okolí neživých častí, odpojením alebo znížením dotykového a krokového napätia na bezpečnú mieru zabezpečiť stále napätie vodičov trojfázovej sústavy voči zemi zabezpečiť správnu funkciu bleskoistiek a prieraziek odviesť do zeme náboj statickej elektriny na zariadeniach v priemysle brániť korózii uzemnením jedného pólu katódovej ochrany a pod. Zem sa pritom využíva jednak ako vodič, ale aj ako prostriedok na zníženie potenciálu.

4 Odpor uzemnenia základný parameter vyjadrujúci kvalitu uzemnenia, snahou je, aby jeho hodnota bola čo najnižšia, je rozhodujúci faktor pri posudzovaní a návrhu uzemnenia pre funkčné účely. Závisí od: rozmerov uzemňovača, tvaru uzemňovača, elektrických vlastností pôdy v jeho okolí.

5 Odpor uzemnenia Skladá sa z: odporu zvodu a uzemňovača, pri dobrom spojení je veľmi nízky prechodového odporu medzi uzemňovačom a zemou, má malú hodnotu ak uzemňovač: má dostatočné rozmery je správne uložený v zemi má dostatočnú plochu v pomere k prúdu, ktorý ním tečie, pôda v jeho okolí obsahuje dostatok vody a elektrolytov

6 Odpor uzemnenia odporu pôdy. najviac ovplyvňuje odpor celého uzemnenia Pre uloženie uzemňovacích elektród sú: vhodné hlinitá pôda, humus menej vhodné ílovitá pôda nevhodné pevné horniny, piesčitá pôda

7 Voda v pôde Môže byť: hygroskopická voda kapilárna voda presakujúca voda Hygroskopická voda nemá veľký vplyv na vodivosť pôdy je viazaná adsorpciou na povrch častíc pôdy jej množstvo závisí od množstva jemných častíc v pôde (aj úplne suchá pôda obsahuje určité množstvo vody, ktorú je možné odstrániť len jej zahriatím nad 100 C).

8 Kapilárna voda Presakujúca voda Voda v pôde vyplňuje vo vlhkej pôde úzke medzery medzi časticami je viazaná k časticiam povrchovým napätím (nevytečie, odstrániť sa dá len vysušením, jej množstvo sa zvyšuje dosahom kapilár k spodnej vode) má veľký vplyv na vodivosť pôdy (íl jej má veľa, piesok málo) je to zrážková alebo spodná voda (nie je viazaná v kapilárach) jej množstvo rastie s hrúbkou kapilár (jemné íly ju nemajú, hrubé piesky majú najviac)

9 Merný odpor pôdy mení sa podľa zloženia pôdy (obsah solí), závisí od tlaku a teploty závislosť od počasia a ročného obdobia najväčší horúce a suché leto, veľké mrazy najmenší po trvalých dažďoch (vplyv krátkych dažďov je nepatrný) Výkyvy merného odporu (oproti priemeru) sú pôdach s podobným zložením počas roka vcelku podobné (overené meraním).

10 Zmena merného odporu počas roka krivka a priebeh odporu po dlhšom suchu krivka b priebeh odporu po dlhšie trvajúcom daždi

11 Meranie merného odporu pôdy meria sa v Ω.m je to odpor kocky pôdy so stranou dlhou 1 m, meraný na protiľahlých stranách určuje sa nepriamo na základe prúdu a napätia, resp. priamo pomocou prístroja na meranie odporov presné meranie je potrebné pre výpočty a návrh uzemňovacích sústav

12

13 Geoelektrické meranie meranie merného odporu pôdy metódou štyroch bodov medzi dve kovové elektródy (CE1 a CE2) sa pripojí zdroj jednosmerného, resp. striedavého prúdu (I CE ) pomocou pomocných elektród (PE1 a PE2) je možné priamo zmerať rozdiel potenciálov (U PE ) medzi ekvipotenciálnymi plochami

14 Geoelektrické meranie Odpor pôdy: R= U PE I CE

15 Geoelektrické meranie Merný odpor pôdy pri homogénnom podlaží pôdnych vrstiev = R. k. m Konštanta k je výhradne geometrickou funkciou vzdialeností medzi elektródami a označuje sa ako konfiguračná konštanta. k = 2. 2 d d m λ polovičná vzdialenosť prúdových elektród (m) d polovičná vzdialenosť napäťových elektród (m)

16 Wennerovo usporiadanie V praxi najpoužívanejšie a uvádzajú ho aj STN:

17 Wennerovo usporiadanie Podľa obrázka platí: = 3.d = 3 2. a m k = d 2 d d = 4.. d = 2.. a. m Potom je možné vypočítať merný odpor pôdy ako = U PE I CE. k = R. k = 2.. a. R. m Konfiguračná konštanta k (h dĺžka elektródy)

18 Wennerovo usporiadanie Na určenie maximálneho merného odporu počas roka treba namerané hodnoty vynásobiť koeficientom K podľa obrázka 1 po daždivom období, 2 po dlhšom suchu

19 Základné druhy uzemňovačov pôda je i pri najpriaznivejších podmienkach zlý vodič a tak je potrebný veľký prierez pre požadovaný prechod prúdu do zeme šírenie prúdu v blízkosti uzemňovača závisí na: tvare uzemňovača povrchu uzemňovača uložení uzemňovača vlastnostiach pôdy odpor pôdy sa s hĺbkou mení typy uzemňovačov povrchové hĺbkové kombinované (združené)

20 Doskové uzemňovače kladú sa do zeme zvislo najmenšia veľkosť je 0,5 m 2, hrúbka 1 mm pre Cu dosky a 3 mm pre FeZn dosky odpor zvisle uloženej kruhovej dosky závisí od hĺbky uloženia. Pre hĺbky väčšie ako je polomer dosky d platí: R z = 3,5.d odpor zvisle uloženej štvorcovej dosky so stranou a platí: R z = 0,25. a

21 Uzemňovacie pásiky a drôty použitie pri stanovení maximálnej vodivosti pôdy do hĺbky 1 m povrchové uzemňovače ukladajú sa do hĺbky 60 až 80 cm pozinkované oceľové pásiky s prierezom 30x4 mm, s dĺžkou do 20 m odpor pásika so šírkou a a dĺžkou l, uloženého v hĺbke h sa vypočíta ako R z = 2..l. 4l ln a ln l 2h

22 Uzemňovacie pásiky a drôty odpor uzemňovacieho drôtu s priemerom d a dĺžkou l, uloženého v hĺbke h sa vypočíta ako R z = 2..l. 2l ln d ln l 2h pre obvykle používané rozmery: prierez 100 mm 2 dĺžka cca. 20 m hĺbka 50 cm sa vzorce zjednodušia na tvar: R z = 2 l

23 Uzemňovacie rúrky a tyče pozinkované oceľové rúrky (tyče) s vonkajším priemerom 20 až 50 mm s dĺžkou 2 až 3 m zarážajú sa zvislo vrchný koniec vhĺbke min. 0,5 m použitie pri optimálnej vodivosti pôdy v hĺbke > 1 m odpor uzemnenia rúrky (tyče) s vonkajším priemerom d a dĺžkou l je R z = 2 l.ln 4l d pre rúrky (tyče) s d < 50 mm a dĺžkou l = 2 5 m: R z = 0,8 až 0,9. l

24 Kombinované uzemňovače hĺbkové uzemňovače dosiahnu rovnakú hodnotu odporu uzemnenia povrchových uzemňovačov len s polovičnou dĺžkou vo väčších hĺbkach sú vlastnosti pôdy stálejšie spájanie uzemňovačov lepší odpor uzemnenia musia byť od seba dostatočne vzdialené výsledný odpor je väčší ako vypočítaný počet obmedzuje hospodárnosť Typy: združené pásikové uzemňovače mrežové siete (rozvodne)

25 Meranie odporu uzemnenia najväčšiu časť odporu tvorí odpor pôdy do vzdialenosti 20 m pokladá sa za súčasť odporu uzemňovača merá sa nepriamo pomocou pomocnej napäťovej a prúdovej elektródy malé a stredne veľké uzemňovače mostíková metóda (implementovaná v meracích prístrojoch, R Z > 0,5 Ω) rozsiahle uzemňovacie sústavy (R Z veľmi malé) voltampérová metóda (univerzálna)

26 Mostíková metóda meranie malým prúdom s frekvenciou inou ako 50 Hz zdroj prúdu je batéria (u starších typov induktor) + elektronický menič striedavý prúd do prúdovej elektródy CE napäťová elektróda PE meria potenciál zeme zmenou pomeru odporov r 1 a r 2 sa vyladí mostík (ručne alebo automaticky) odčíta sa hodnota uzemnenia

27 Mostíková metóda

28 Vplyvy na presnosť merania vzdialenosť a rozmiestnenie pomocných elektród od meraného uzemňovača STN (dĺžka l < 40 m) l CE = 40 m l PE = 25 m

29 Vplyvy na presnosť merania vlastná a vzájomná indukčnosť prívodov k pomocným meracím elektródam a kapacita súbehu prívodov pri hodnotách odporu uzemnenia < 1 Ω pri veľkých dĺžkach prívodných vodičov ak je súbeh vodičov cca. 500 m vodiče k elektródam treba dať do vzdialenosti 50 cm od seba

30 Vplyvy na presnosť merania vplyv cudzích uzemňovačov a rušivých prúdov elektródy musia byť uložené mimo iných uzemňovačov a kovových prvkov (potrubie, nádrže) treba zvoliť správne rozmiestnenie pomocných elektród merať vo viacerých smeroch a uvažovať s maximálnou nameranou hodnotou

31 Voltampérová metóda meria sa úbytok napätia na uzemňovači, ktorým prechádza známy prúd R Z = U PE I CE

32 Voltampérová metóda zásady pre rozmiestnenie elektród sú rovnaké ako pri mostíkovej metóde vnútorný odpor voltmetra musí byť veľký kvôli chybe merania ručičkové voltmetre vnútorný odpor aspoň 10 násobkom odporu uzemnenia elektródy (chyba < 10 %) digitálne už to majú zabezpečené univerzálna metóda limitovaná len zdrojom prúdu

33 Meranie odporu uzemnenia vzdušných silových stožiarov dôležité pri spätných preskokoch úder blesku do stožiara, resp. zemného lana STN : odpor jednotlivých celokovových stožiarov (110 až 400 kv) v trase < 15 Ω stožiare na prechode kabel vzduch; v blízkosti elektrických staníc (do 600 až 1000 m); v miestach so zmenou vlnovej impedancie zemniaceho lana < 10 Ω odpor uzemnenia kovových stožiarov musí byť trvalo nízky a musí sa pravidelne premeriavať

34 Meranie stožiarov bez zemniaceho lana elektródy kolmo na vedenie ak uzemnenie rozsiahlejšie, treba zväčšiť vzdialenosti pomocných elektród

35 Meranie stožiarov so zemniacim lanom predstavuje rozsiahlu sústavu odporov uzemnení jednotlivých stožiarov paralelne spojených zemniacim lanom merané voltampérovou metódou pri zapnutom zemniacim lane, ale vypnutom vedení Meranie: simuluje jednofázový skrat na meranom stožiari (skratovacou súpravou sa prepojí napájaná fáza a konštrukcia stožiara) merá sa úbytok napätia spôsobený tokom časti prúdu cez merané uzemnenie, zem a späť do zdroja

36 Meranie stožiarov so zemniacim lanom

37 Meranie stožiarov so zemniacim lanom Odpor uzemnenia: R z = U Z I Z kde U Z je napätie na meranom uzemnení I Z je prúd tečúci meraným uzemnením, ktorý sa vypočíta ako I z = I M I 1 I 2 A kde I M je meraný prúd tečúci skratovou súpravou I 1 je meraný prúd tečúci zemným lanom I 2 je meraný prúd tečúci zemným lanom