ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ

ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ M. Λοέντζου* Γ. Γεωγαντζής Ν. Χατζηαγυίου ΕΣΜΗΕ Α.Ε. / Ε ΑΣΣ ΕΗ Α.Ε. / ΚΣ Ε.Μ.Π. / ΣΜΗ&ΜΥ Στόχος του σχεδιασµού των συστηµάτων γείωσης είναι η πόληψη της ανάπτυξης υπετάσεων στο σύστηµα µεταφοάς ηλεκτικής ενέγειας αλλά και στην επιφάνεια του εδάφους, διαχέοντας αποτελεσµατικά πος το έδαφος το εύµα σφάλµατος. Στην εγασία αυτή γίνεται σύντοµη πειγαφή των σηµαντικότεων µεθόδων σχεδιασµού συστηµάτων γείωσης όπως αυτές παουσιάζονται στα διεθνή πότυπα. Αναφέονται και σχολιάζονται τα κύια σηµεία καθώς και οι πιο σηµαντικές διαφοές της έκδοσης 2000 του I Guide for Safety in A Subtation Grounding (Standard 80 2000) σε σχέση µε την έκδοση 1986 (Standard 80 1986), όπως επίσης και µε το Haronization Docuent 637 S1 Power Intallation exceeding 1kV A.. έκδοσης 1999, ως πος τις ποτεινόµενες πακτικές σχεδιασµού συστηµάτων γείωσης. Αναφοικά µε τα πότυπα ΙΕΕΕ παουσιάζονται πααδείγµατα πακτικών εφαµογών. Επίσης σχολιάζεται συγκιτικά το πειθώιο ασφαλείας που µποεί να επιτευχθεί στις υπάχουσες εγκαταστάσεις. OMPAATIV ANAYSIS OF PAAMTS INFUNING POW SYSTM GOUNDING M. orentzou* G. Georgantzi Ν. Hatziargyriou HTSO S.A. PP S.A. N.T.U.A. Objective of the deign of grounding yte i the prevention of the developent of overvoltage in the power traniion yte a well a dangerou potential in the urface of the earth, by effective diperion into the ground of the fault current. In thi paper a hort decription of the ot iportant ethod ued for grounding yte deign i done, a they are preented in the international tandard. The ot iportant difference between the tandard 2000 I "Guide for Safety in A Subtation Grounding" (Standard 80-2000) with repect to the verion 1986 (Standard 80-1986) and alo with the Haronization Docuent 637 S1 "Power Intallation exceeding 1kV A.." - 1999 conidering the propoed practice for deign of grounding yte are preented and coented. eferring to the I tandard, practical cae tudie, where the change and odification of calculation are obviou, are coparatively coented. Alo the afety argin for exiting intallation that could be achieved i alo taken into conideration. * ιεύθυνση: Λ.Αµφιθέας 11, Ν.Σµύνη 17122, Αθήνα, eail: lorentzou@deie.gr

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήµατα γείωσης σχεδιάζονται έτσι ώστε να αποφεύγονται οι υπετάσεις και οι άνω των επιτεποµένων οίων διαφοές δυναµικού στην επιφάνεια του εδάφους. Τα εύµατα σφάλµατος πιθανόν να ποκαλέσουν άµεση βλάβη στον εξοπλισµό ή έµµεση λόγω των µεταφεόµενων τάσεων οι οποίες πιθανόν να υπεβούν τις επιτεπόµενες τιµές στην κοντινή πειοχή του σφάλµατος. Για το σκοπό αυτό τα συστήµατα γείωσης σχεδιάζονται στην πάξη έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η ασφάλεια του ποσωπικού που εγάζεται στον υποσταθµό, η ποστασία του εξοπλισµού και η συνέχεια της παοχής ισχύος. Η µεθοδολογία σχεδιασµού συστηµάτων γείωσης µε βάση τα υπάχοντα πότυπα είναι µία επαναληπτική διαδικασία. Ξεκινώντας από ένα αχικό σχεδιασµό γίνεται έλεγχος ικανοποίησης συγκεκιµένων κιτηίων ασφαλείας τα οποία είναι διαφοετικά κατά την εφαµογή του υωπαϊκού ποτύπου HD 637 ή του ποτύπου ΙΕΕΕ td.80. Εάν τα κιτήια ασφαλείας δεν ικανοποιούνται, επαναλαµβάνεται ο σχεδιασµός και λαµβάνονται συγκεκιµένα µέτα κυίως ενίσχυσης του συστήµατος γείωσης. Στην εγασία αυτή γίνεται πειγαφή των κύιων σηµείων της µεθοδολογίας που χησιµοποιείται στο πότυπο ΗD 637, καθώς και εκείνης που χησιµοποιείται στα πότυπα ΙΕΕΕ td.80 έκδοσης 1986 και έκδοσης 2000. Οι διαφοές µεταξύ των ποτύπων [1],[2] και [3] αφοούν στις εξισώσεις υπολογισµού της αντίστασης γείωσης, τη µέθοδο υπολογισµού του εύµατος σφάλµατος, του µέγιστου ανεκτού εύµατος σφάλµατος από το ανθώπινο σώµα και των ανεκτών τάσεων επαφής. Αντίστοιχα οι κυιότεες διαφοές του νέου ποτύπου I Guide for Safety in A Subtation Grounding td 80/2000 σε σύγκιση µε την έκδοση του 1986, td 80/1986, που επηεάζουν την ανάλυση και το σχεδιασµό του συστήµατος γείωσης, είναι η διαφοά στις µαθηµατικές εξισώσεις που χησιµοποιούνται για τον υπολογισµό του συντελεστή αποµείωσης χαλικιού και η διαφοά στα αποτελέσµατα υπολογισµού των αναπτυσσόµενων µέγιστων τάσεων επαφής βόχου και βηµατικών τάσεων, όπως παουσιάζεται αναλυτικά στην αναφοά [4]. Στα πλαίσια της εγασίας συγκίνονται τα αποτελέσµατα υπολογισµών από το παλαιό και το νέο πότυπο ΙΕΕΕ για πακτικές πειπτώσεις συστηµάτων γείωσης. Επίσης συγκίνονται οι ανεκτές τάσεις επαφής για διάφοα εδάφη και στώµατα χαλικιού κατά ΙΕΕΕ και. Τέλος δίνονται πααδείγµατα ώστε να δειχθεί η επίδαση των διαφοών στο πειθώιο ασφαλείας που επιτυγχάνεται σε συγκεκιµένα πλέγµατα γείωσης. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΕΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ Ο σχεδιασµός των συστηµάτων γείωσης ανεξατήτως του ποτύπου που χησιµοποιείται, γίνεται σύµφωνα µε συγκεκιµένα στάδια µεθοδολογίας η οποία έχει τη µοφή επαναληπτικού αλγοίθµου. Έτσι µετά από κάποιο αχικό σχεδιασµό ελέγχεται στη συνέχεια το σύστηµα ως πος την ασφάλεια που παέχει, χησιµοποιώντας κιτήια τα οποία διαφέουν ανάλογα µε το χησιµοποιούµενο πότυπο. Γενικότεα παατηούνται τα εξής: Η επιλογή του υλικού και της διατοµής των αγωγών που θα χησιµοποιηθούν στο σύστηµα γείωσης γίνεται καταχήν µε στόχο την αποφυγή της βλάβης από την θεµότητα και της µηχανικής φθοάς ή της διάβωσης. Ο υπολογισµός της αντίστασης γείωσης του συστήµατος ακολουθεί ένα αχικό σχεδιασµό και γίνεται χησιµοποιώντας τις εξισώσεις που δίνονται στα πότυπα ΙΕΕΕ ή στο πότυπο HD 637.Κατά τον υπολογισµό της αντίστασης γείωσης κατά ΙΕΕΕ τα αποτελέσµατα είναι ακιβέστεα συγκιτικά µε τα αποτελέσµατα υπολογισµού κατά, καθώς στο τελευταίο ο υπολογισµός γίνεται ποσεγγιστικά. Τα κιτήια ασφαλείας που πέπει να ικανοποιούνται κατά ΙΕΕΕ εξασφαλίζουν ότι οι υπολογισµένες βηµατικές τάσεις και τάσεις επαφής βόχου δε θα υπεβούν τις ανεκτές από τον ανθώπινο ογανισµό τιµές όταν συµβεί βαχυκύκλωµα. Τα κιτήια διαφέουν ως πος το ότι η βηµατική τάση δεν λαµβάνεται υπόψη, επειδή γίνεται σαφές στο κείµενο του ποτύπου ότι αυτή δεν υπεβαίνει τις ανεκτές για τον ανθώπινο ογανισµό τιµές, όταν η τάση επαφής είναι εντός των οίων που θέτει το πότυπο. 3. ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΙΑΦΟΡΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΙΕΕΕ td 80/1986 ΚΑΙ td 80/2000 3.1. Γενικά Γενικά τα δύο πότυπα ΙΕΕΕ είναι όµοια ως πος τη δοµή τους, αλλά διαφέουν σε συγκεκιµένες µαθηµατικές εξισώσεις, οι οποίες χησιµοποιούνται για τον υπολογισµό οισµένων µεγεθών. Πιο αναλυτικά, δεν υπάχει διαφοά στον υπολογισµό της ελάχιστης διατοµής αγωγού A in, της αντίστασης γείωσης πλέγµατος υποσταθµού g, του µέγιστου εύµατος σφάλµατος το οποίο διαέει πος γη µέσω του πλέγµατος γείωσης I G και του συντελεστή ανάκλασης εδάφους K. Αντίθετα διαφοές υπάχουν στις µαθηµατικές εξισώσεις για το συντελεστή αποµείωσης της αντίστασης του εδάφους του επιφανειακού στώµατος του χαλικιού, όπου οι δύο εξισώσεις αναλυτικού υπολογισµού όπως και οι δύο απλοποιηµένες εξισώσεις διαφέουν. Επίσης διαφοές υπάχουν στα ενδιάµεσα στάδια υπολογισµού της υπολογισµένης τάσης επαφής βόχου Ε και της υπολογισµένης βηµατικής τάσης Ε. Το ισοδύναµο µήκος αγωγών πλέγµατος γείωσης για τον υπολογισµό των αναπτυσσόµενων βηµατικών τάσεων και των τάσεων επαφής βόχου όταν χησιµοποιείται το ΙΕΕΕ td.80/1986 υπολογίζεται από τις εξισώσεις (1.α) και (1.β) για τις πειπτώσεις χωίς κατακόυφες άβδους και µε κατακόυφες άβδους αντίστοιχα.

+ + (1.α) + 1. 15 + 1. 15 Στο ΙΕΕΕ td. 80/2000 για τα πιο πάνω µεγέθη δίνονται οι πιο κάτω εξισώσεις (2.α) και (2.β) αντίστοιχα: r + (2.α) + 1.55 + 1.22 2 2 x y 0.75 + 0. 85 + (2.β) 0.75 + 0. 85 Οι εξισώσεις (1.α) και (2.α) αναφέονται σε πλέγµατα χωίς άβδους γείωσης ή µε λίγες µόνο διεσπαµένες στο πλέγµα, αλλά καµία στα άκα του ή κατά µήκος της πειµέτου του. Οι εξισώσεις (1.β) και (2.β) αναφέονται στα πλέγµατα µε άβδους στα άκα και στην πείµετο αλλά και στην έκταση του πλέγµατος. Μποεί να παατηηθεί ότι το σε πλέγµατα µε άβδους όπως ποκύπτει από τον υπολογισµό µε τη σχέση (2.β) είναι πάντα µεγαλύτεο από την τιµή που ποκύπτει µε χήση της σχέσης (1.β) λόγω του συντελεστή 1.55, ο οποίος είναι µεγαλύτεος του 1.15. Οι γενικές εξισώσεις υπολογισµού των,, touch,70 και Ε tep,70 είναι ίδιες, αλλά οι τιµές των πααµέτων n, K i,, στις εξισώσεις αυτές αλλάζουν (1.β) 3.2. Εξισώσεις υπολογισµού του συντελεστή αποµείωσης και επίδαση στις Ανεκτές Τάσεις Στην επιφάνεια του εδάφους άνω του πλέγµατος γείωσης συνήθως τοποθετείται επιφανειακό στώµα από υλικό υψηλής ειδικής αντίστασης, όπως το χαλίκι, µε στόχο την αύξηση της αντίστασης κατά την επαφή του ανθώπου µε το έδαφος. Με τον τόπο αυτό αυξάνονται οι ανεκτές βηµατικές τάσεις και τάσεις επαφής. Για τον συνυπολογισµό της συνεισφοάς του χαλικιού ποτείνονται αντίστοιχα στο παλαιό και το νέο πότυπο ΙΕΕΕ οι απλοποιηµένες εµπειικές εξισώσεις (3.α) και (3.β): 0.09 1 0.106 ( ) 80 / 2000 1 1 (3.α) ( ) 80 / 2000 1 2 h + 0.09 2 h + 0.106 (3.β) όπου : η ειδική αντίσταση του εδάφους σε Ω : η ειδική αντίσταση του επιφανειακού στώµατος του χαλικιού σε Ω Στο σχήµα 1, συγκίνονται οι τιµές του συντελεστή όπως ποκύπτουν από εφαµογή των εξισώσεων (3.α) και (3.β), ενώ στο σχήµα 2 συγκίνονται οι τιµές του συντελεστή που ποκύπτουν από υπολογισµούς µε πιο ακιβείς σχέσεις [1,2,4]. Το πάχος του χαλικιού h λαµβάνεται ίσο µε 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30 και η ειδική αντίσταση του ίση µε 2500 Ω. Για την εκτίµηση του ποσοστού της διαφοάς µεταξύ των τιµών που λαµβάνονται από το td 80/1986 και των τιµών από το td 80/2000, υπολογίζονται οι τιµές της συνάτησης (4), η οποία παιστάνεται γαφικά στα σχήµατα 1 και 2. 80 / 2000 F 100% (4) ( ) Η µέγιστη ανεκτή τάση επαφής και η µέγιστη ανεκτή βηµατική τάση για ανθώπινο σώµα βάους 70kg υπολογίζονται και στα δύο ΙΕΕΕ tandard από τις εξισώσεις (5.α) και (5.β). Αν θεωηθεί ότι το ανθώπινο σώµα έχει βάος 50kg, οι υπολογισµοί στις εξισώσεις θα πέπει να γίνουν αντικαθιστώντας το συντελεστή 0.157 µε 0.116. ( 1000 + 1.5 ) (5.α) ( 1000 + 6 ) touch, 70 0.157 t touch,70 Step, 70 0.157 (5.β) t tep, 70 Στη συνέχεια συγκίνονται οι τιµές των και οι οποίες έχουν υπολογισθεί σύµφωνα µε τα [1] και [2]. Οι εκτιµήσεις του ποσοστού της διαφοάς µεταξύ των τιµών, δηλαδή οι συνατήσεις (6.α) και (6.β) υπολογίζονται και παιστάνονται γαφικά στα σχήµατα 3 και 4 αντίστοιχα. F F F 80 / 2000 touch,70 touch,70 80 / 2000 tep,70 1.5 100% 1000 ( 80 / 2000 ) + 1.5 ( 80 / 2000 80 / 1986 ) + 6 touch,70 touch, 50 touch,70 F 6 100% 1000 tep,70 80 / 1986 tep, 50 tep,70 tep,70 80 / 1986 80 / 1986 Στο σχήµα 1 όπου συγκίνονται τα αποτελέσµατα υπολογισµών έχοντας χησιµοποιήσει τους εµπειικούς τύπους υπολογισµού του παατηείται ότι η εφαµογή της εµπειικής εξίσωσης που ποτείνεται στο παλαιό πότυπο οδηγεί σε χαµηλότεες τιµές του συγκιτικά µε τα αποτελέσµατα από την εφαµογή της αντίστοιχης εξίσωσης του νέου ποτύπου. Στο σχήµα 2 του οποίου οι καµπύλες χαάσσονται βάσει των αναλυτικών εξισώσεων υπολογισµού του 100% 100% (6.α) (6.β)

παατηούµε ότι οι τιµές του όπως υπολογίζονται από το πότυπο 80/1986 και το πότυπο 80/2000 είναι ίσες για κάποια συγκεκιµένη τιµή της ειδικής αντίστασης του εδάφους ο η οποία εξατάται από τα χαακτηιστικά του επιφανειακού στώµατος του χαλικιού h και. Όταν η ειδική αντίσταση του εδάφους είναι υψηλότεη του ο η τιµή από το πότυπο 80/2000 γίνεται µικότεη από εκείνη που υπολογίζεται σύµφωνα µε το παλαιό πότυπο. Σηµειώνεται, ωστόσο, ότι σε όλες τις πειπτώσεις η εγκατάσταση πλέγµατος γείωσης είναι πακτικά εφικτή όταν η ειδική αντίσταση του εδάφους δεν υπεβαίνει πείπου τα 500Ω, οπότε η τιµή του υπολογισµένη από το νέο πότυπο θα είναι πάντα µεγαλύτεη από την αντίστοιχη του παλαιού ποτύπου. Σχήµα 1: F ως πος, µε 2500 Ω και µε βάση τους Σχήµα 2: µπειικούς τύπους υπολογισµούς του ε F ως πος, µε 2500 Ω και µε βάση τους αναλυτικούς τύπους υπολογισµούς του Στα σχήµατα 3 και 4, παατηούνται τα εξής : Εφαµογή του νέου ποτύπου [2] οδηγεί πάντα σε υψηλότεες τιµές της ανεκτής τάσης επαφής και της ανεκτής βηµατικής τάσης από εκείνες που λαµβάνονται µε τη χήση του παλαιού ποτύπου [1]. Οι συνατήσεις F touch και F tep µεταβάλλονται σχεδόν γαµµικά συνατήσει της ειδικής αντίστασης τους εδάφους. Μεγαλύτεες διαφοές τιµών touch και tep από τα δύο πότυπα παατηούνται για µικότεο πάχος χαλικιού. Τα ποσοστά της διαφοάς µεταξύ των τιµών που λαµβάνονται από τα δύο πότυπα δεν εξατώνται από τη χονική διάκεια του σφάλµατος ή το βάος του ανθώπινου σώµατος. Από σχετική διεεύνηση [4] ποκύπτει ότι µεγαλύτεες διαφοές στις τιµές των touch και tep υπολογισµένες από τα δύο πότυπα, εµφανίζονται όταν η ειδική αντίσταση του επιφανειακού στώµατος του χαλικιού είναι υψηλότεη. Σχήµα 3: F touch ως πος, µε 2500 Ω και µε βάση Σχήµα 4: tep ς εµπειικούς τύπους υπολογισµού του του F ως πος, µε 2500 Ω και µε βάση τους εµπειικούς τύπους υπολογισµού του 3.3. ιαφοές στις υπολογισµένες Τάσεις Επαφής Βόχου και Βηµατικές Τάσεις Ακολούθως συγκίνονται οι τιµές των υπολογισµένων τάσεων επαφής βόχου και βηµατικών τάσεων στην επιφάνεια του εδάφους άνω του πλέγµατος του υποσταθµού, όπως υπολογίζονται από τα δύο I tandard [1] and [2]. Οι εξισώσεις που χησιµοποιούνται στους υπολογισµούς του τάσεων επαφής βόχου και βηµατικών τάσεων είναι οι (7.α) και (7.β). Στις εξισώσεις αυτές οι τιµές του από τα δύο πότυπα διαφέουν µόνο όταν υπάχουν εγκατεστηµένες κατακόυφες άβδοι, ενώ οι τιµές του και του K i διαφέουν σε κάθε πείπτωση.

Ki K I G M (7.α) Ki K I G S (7.β) Οι µέγιστες υπολογισµένες βηµατικές τάσεις και τάσεις επαφής µεταβάλλονται γαµµικά συνατήσει της ειδικής αντίστασης του εδάφους και υπολογίζονται από τις ίδιες µαθηµατικές εξισώσεις και στα δύο πότυπα, οπότε τα συµπεάσµατα τα οποία ισχύουν για µία συγκεκιµένη τιµή της ειδικής αντίστασης του εδάφους ισχύουν για κάθε τιµή της ειδικής αντίστασης. Στις εφαµογές στα πλαίσια της εγασίας αυτής έχουν εξεταστεί µόνο τετάγωνα και οθογώνιου σχήµατος πλέγµατα. Για τις πααµέτους του πλέγµατος οι οποίες δεν µεταβάλλονται κατά τους υπολογισµούς, επιλέχθηκαν τιµές οι οποίες συναντώνται συχνά στην πάξη, δηλαδή διάµετος αγωγών 0.01, βάθος πλέγµατος 0.60, εύµα σφάλµατος πος γη 15kA, ειδική αντίσταση του εδάφους 100 Ω, διάκεια σφάλµατος 0.5, και επ ιφανειακό στώµα χαλικιού πάχους 0.10 και ειδικής αντίστασης 2500Ω. Τα αποτελέσµατα, αλλά και τα ενδιάµ εσα στάδια των υπολογισµών, παουσιάζονται αναλυτικά στην αναφοά [4]. 3.3.1. Υπολογισµένη Τάση Επαφής Βόχου Α. Πλέγµατα χωίς άβδους γείωσης ή µε λίγες άβδους διασκοπισµένες στην πειοχή του πλέγµατος Οι αποκλίσεις µεταξύ των τιµών που υπολογίζονται βάσει του td 80/1986 και του td 80/2000 οφείλονται σε διαφοές στα εξής: Στον ισοδύναµο αιθµό παάλληλων αγωγών n που υπολογίζεται από διαφοετική µαθηµατική εξίσωση. Στο συντελεστή ανοµοιοµοφίας K i ο οποίος υπολογίζεται από διαφοετική µαθηµατική εξίσωση, εισάγοντας έτσι διαφοά στα αποτελέσµατα ακόµη και όταν το n είναι ίδιο, όπως συµβαίνει στην πείπτωση τετάγωνων πλεγµάτων. Στο σχήµα 5 φαίνεται ο λόγος του όπως αυτό υπολογίσθηκε µε το td 80/2000 πος την τιµή που υπολογίζεται από το td 80/1986 θεωώντας ότι οι διαστάσεις βόχου είναι 2.5 ως 10. Παατηείται ότι: Ο λόγος του υπολογισµένου σύµφωνα µε td 80/2000 πος την τιµή του υπολογισµένη µε το td 80/1986 αυξάνεται σχεδόν γαµµ ικά και πείπου µε την ίδια κλίση αυξανοµένων των διαστάσεων του βόχου του πλέγµατος σε όλες τις εξεταζόµενες πειπτώσεις. Ο λόγος 80/2000 / 80/198 6, όταν το πλέγµα έχει λίγες άβδους µόνο στο κέντο του, µε ακιβώς την ίδια τοποθέτηση στις δύο πειπτώσεις, είναι ίσος µε το λόγο των 80/2000 / 80/1986 υπολογισµένο για την πείπτωση όπου δεν υπάχουν άβδοι. Για τον ίδιο λόγο πλευών, η τιµή του υπολογισµένη µε το td 80/2000 είναι χαµηλότεο ποσοστό του υπολογισµένου µε το td 80/1986 αυξανοµένης της επιφάνειας του πλέγµατος ιατηώντας σταθεή την επιφάνεια του πλέγµατος και επανασχεδιάζοντας µε µεγαλύτεο λόγο πλευών, οι τιµές του από το νέο πότυπο πλησιάζουν πεισσότεο τις τιµές από το παλαιό πότυπο και οπότε ο λόγος 80/2000 / 80/1986 είναι µεγαλύτεος Σχήµα 5: 80/2000 / 80/1986 συνατήσει των διαστάσεων βόχου για πλέγµατα χωίς άβδους Σχήµα 6: / συνατήσει των διαστάσεων 80/2000 80/1986 βόχου για πλέγµατα µε κατακόυφες άβδους Β. Πλέγµατα µε κατακόυφες άβδους γείωσης στις γωνίες, στην πείµετο και σε όλη την επιφάνεια Οι αποκλίσεις µεταξύ των αποτελεσµάτων που ποκύπτουν από την εφαµογή του παλαιού και του νέου πότυπο οφείλονται σε διαφοές στα εξής : Στον ισοδύναµο αιθµό παάλληλων αγωγών n που υπολογίζεται από διαφοετική µαθηµατική εξίσωση. Στο συντελεστή διόθωσης Κ i ο οποίος υπολογίζεται µε χήση διαφοετικών µαθηµατικών εξισώσεων, εισάγοντας µία διαφοά στα αποτελέσµατα, ακόµη κι όταν το n ίδιο όπως αυτό συµβαίνει για τετάγωνα πλέγµατα. Στο σχήµα 6 φαίνεται ο λόγος της ανεκτής τάσης επαφής υπολογισµένης κατά το 80/2000 πος την τιµή κατά το 80/1986 µε

διαστάσεις βόχου 2.5 ως 10. Στην πείπτωση αυτή θεωείται ότι τοποθετούνται άβδοι συνολικού µήκους 100 κατά µήκος της πειµέτου και στην επιφάνεια του πλέγµατος. Σε πλέγµατα χωίς άβδους, ο λόγος του υπολογισµένου σύµφωνα µε το πότυπο 80/2000 πος την τιµή που υπολογίζεται σύµφωνα µε το πότυπο 80/1986 αυξάνεται σχεδόν γαµµικά και πείπου µε την ίδια κλίση αυξανοµένων των διαστάσεων του βόχου, σε όλες τις εξεταζόµενες πειπτώσεις. Ο λόγος 80/2000 / 80/1986 συγκινόµενος µε τις τιµές του ίδιου λόγου στο σχήµα 5, λαµβάνει χαµηλότεες τιµές όταν όλες οι άλλες παάµετοι σχεδιασµού πααµένουν οι ίδιες. Ποσθέτοντας στο πλέγµα πεισσότεες κατακόυφες άβδους, ο λόγος 80/2000 / 80/1986 πααµένει σχεδόν σταθεός συνατήσει των διαστάσεων του πλέγµατος. Συνεπώς, είναι µικότεος από το λόγο που φαίνεται στο σχήµα 6. Επίσης ισχύουν τα συµπεάσµατα που εξάγονται µε βάση το σχήµα 5. 3.3.2. Υπολογισµένη Βηµατική Τάση Οι διαφοές µεταξύ των τιµών που ποκύπτουν από εφαµογή του td 80/1986 και του td 80/2000, τόσο για τα πλέγµατα χωίς κατακόυφες άβδους γείωσης ή µε λίγες άβδους διασκοπισµένες σε όλο το πλέγµα αλλά καµία στις γωνίες του ή κατά µήκος της πειµέτου όσο και για τα πλέγµατα µε άβδους, οφείλονται κυίως στις διαφοές στο ισοδύναµο πλήθος των παάλληλων αγωγών n, στο συνολικό µήκος αγωγών και στον συντελεστή K i. Στα αποτελέσµατα υπολογισµών για διάφοες πειπτώσεις οθογώνιων πλεγµάτων, όπως παουσιάζονται στην αναφοά [4], παατηείται ότι η υπολογισµένη βηµατική τάση σύµφωνα µε το td 80/2000 λαµβάνει υψηλότεες τιµές από εκείνες που υπολογίζονται χησιµοποιώντας το td 80/1986 όταν ο λόγος των πλευών είναι µεγαλύτεος από 0.8 ενώ τα κιτήια ασφαλείας ικανοποιούνται σε όλες τις εξεταζόµενες πειπτώσεις. 4. ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΙΑΦΟΡΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΙΕΕΕ 80/2000 ΚΑΙ HD 637 4.1. Γενικά Τα πότυπα ΙΕΕΕ αφοούν αποκλειστικά και µόνο στον ασφαλή σχεδιασµό συστηµάτων γείωσης υποσταθµών, ενώ στο πότυπο της, εκτός από τα συστήµατα γειώσεων, πειλαµβάνονται γενικές οδηγίες για το συνολικό ηλεκτολογικό σχεδιασµό των εγκαταστάσεων όπου η τάση λειτουγίας υπεβαίνει το 1kV. Παατηείται ότι σε όλα τα πότυπα χησιµοποιούνται οι ίδιες µαθηµατικές εξισώσεις για τον υπολογισµό της ελάχιστης διατοµής των αγωγών γείωσης. Οι πιο σηµαντικές όµως διαφοές µεταξύ των ποτύπων ΙΕΕΕ και είναι: Στο πότυπο δεν χησιµοποιείται η βηµατική τάση, ενώ στα πότυπα ΙΕΕΕ η ικανοποίηση του κιτηίου της βηµατικής τάσεις αποτελεί ένα σηµαντικό στάδιο για τον ασφαλή σχεδιασµό της γείωσης. Η αντίσταση γείωσης στο πότυπο υπολογίζεται χησιµοποιώντας µαθηµατικές εξισώσεις οι οποίες διαφέουν από εκείνες που χησιµοποιούνται στα πότυπα της ΙΕΕΕ και οδηγούν σε λιγότεο ακιβή υπολογισµό. Το µέγιστο ανεκτό εύµα είναι δυνατόν να υπολογισθεί µε τις µαθηµατικές εξισώσεις που δίνονται στα πότυπα ΙΕΕΕ ή να ποσδιοισθεί από πίνακα ο οποίος δίνεται στο πότυπο της. Οι τιµές που ποκύπτουν µε τους δύο αυτούς τόπους φαίνονται στο σχήµα 7, όπου µποεί να παατηηθεί ότι για χόνους διάκειας σφάλµατος µικότεους από 0.5 το πότυπο δίνει ανεκτή τιµή εύµατος σφάλµατος διεχόµενου από το ανθώπινο σώµα σαφώς υψηλότεη από τις τιµές που υπολογίζονται κατά ΙΕΕΕ. Για χόνους σφάλµατος πείπου από 0.5 έως ολίγων δευτεολέπτων το ευωπαϊκό πότυπο δίνει µικότεο ανεκτό εύµα σφάλµατος, ενώ για µεγαλύτεες διάκειες σφάλµατος οι τιµές από τα δύο πότυπα ποσεγγίζουν. Kατά το σχεδιασµό σύµφωνα µε το ευωπαϊκό πότυπο θα πέπει είτε η ανύψωση δυναµικού του εδάφους (Ground Potential ie GP) να είναι µικότεη από την ανεκτή τάση U Tp, είτε το εύµα που θα διέλθει δια µέσου του ανθώπινου σώµατος να είναι µικότεο ή ίσο του ανεκτού Ι Β. Η πώτη συνθήκη είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί, οπότε κατά κανόνα ικανοποιείται η δεύτεη συνθήκη, η οποία ισοδυναµεί µε τη σχέση ότι οι αναπτυσσόµενες τάσεις επαφής παντού στο πλέγµα να είναι µικότεες ή ίσες του οίου U STp. Έτσι είναι δυνατόν να συγκιθούν τα πότυπα ΙΕΕΕ µε τα πότυπα µόνο ως πος την ανεκτή τάση επαφής, η οποία υπολογίζεται αντίστοιχα από τις εξισώσεις (8.α) και (8. β), όπου B είναι η αντίταση του ανθώπινου σώµατος ίση µε 1000Ω, Z B η συνθετη αντίσταση του ανθώπινου σώµατος που σχετίζεται µε την τάση επαφής U T σύµφωνα µε τον πίνακα.2 [3] και a1 η αντίσταση των υποδηµάτων. Touch ( B + 1.5 ) I B (8.α) U STp ( Z B + α + 1. 5 ) I B 1 (8.β) Στο σχήµα 8 φαίνονται οι τιµές της µέγιστης επιτεπόµενης τάσης επαφής συνατήσει της διάκειας σφάλµατος, κατά ΙΕΕΕ, όταν η ειδική αντίσταση του εδάφους µεταβάλλεται από 50Ω έως 500Ω, για ανθώπινο σώµα 50kg ή 70kg. Επίσης έχουν αναπααχθεί και φαίνονται τα όια U STp όπως αυτά δίνονται στο πότυπο [3]. Στον υπολογισµό κατά δεν λαµβάνεται υπόψη η ειδική αντίσταση του εδάφους, ενώ στον υπολογισµό κατά ΙΕΕΕ δεν λαµβάνεται υπόψη η αντίσταση υποδηµάτων a1. Συγκίσιµες στο σχήµα 8 είναι η καµπύλη (α) από µε τις ευθείες (α) από I, που υπολογίζονται θεωώντας µη τοποθέτηση χαλικιού, οι καµπύλες (β 1 )

και (β 2 ) από µε τα εύη τιµών (β) από ΙΕΕΕ και αντίστοιχα οι καµπύλες (γ) και (δ) από µε τα εύη τιµών (γ) και (δ) από ΙΕΕΕ. Γενικά παατηείται πως όταν η διάκεια του σφάλµατος είναι µική το όιο της Τάσης Επαφής κατά είναι ελαστικότεο από εκείνο που υπολογίζεται κατά ΙΕΕΕ, για µεσαία διάκεια σφάλµατος το όιο είναι αυστηότεο και είναι πάλι ελαστικότεο όταν το σφάλµα διακεί άνω των ολίγων δευτεολέπτων. 1000 Μέγιστο Ανεκτό Ρεύµα Ι (A) 100 ΙΕΕΕ 50kg I 70kg 10 0.01 0.1 1 10 ιάκεια Σφάλµατος () Σχήµα 7: Μέγιστο εύµα διεχόµενο από ανθώπινο σώµα συνατήσει της διάκειας σφάλµατος Σχήµα 8: Μέγιστη επιτεπόµενη Τάση Επαφής κατά και ΙΕΕΕ για ανθώπινο βάος α) 50kg και β)70kg 4. 2. Εφαµογές - ιεεύνηση Στην παάγαφο αυτή γίνεται διεεύνηση των πειθωίων ασφαλείας τα οποία δίνονται από υπολογισµούς µε βάση το πότυπο και το πότυπο ΙΕΕΕ και συγκίνονται οι µέγιστες αναπτυσσόµενες τάσεις µε τα όια των ανεκτών τάσεων επαφής, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1. Πέπει να σηµειωθεί ότι µόνο στα πότυπα ΙΕΕΕ δίνονται εξισώσεις υπολογισµού των Τάσεων Επαφής Βόχου, οπότε η εφαµογή του ποτύπου γίνεται είτε υπολογίζοντας τις τάσεις επαφής βόχου σύµφωνα µε το πότυπο ΙΕΕΕ είτε µετώντας τις. Για τις πααµέτους του πλέγµατος οι οποίες δεν µεταβάλλονται κατά τους υπολογισµούς, επιλέχθηκαν τιµές οι οποίες συναντώνται συχνά στην πάξη, δηλαδή διάµετος αγωγών 0.01, βάθος πλέγµατος 0.60 και εύµα σφάλµατος πος γη 15kA. H ειδική αντίσταση του εδάφους θεωήθηκε 100 Ω, η διάκεια σφάλµατος 0.3, 0.5, 0.7 και 1 και τέλος θεωείται επιφανειακό στώµα χαλικιού πάχους 0.10 και ειδικής αντίστασης 2000Ω. Αναλυτικά

αποτελέσµατα αλλά και αποτελέσµατα των ενδιάµεσων σταδίων του υπολογισµού της τάσης επαφής βόχου Ε παουσιάζονται στην αναφοά [4]. Πίνακας 1: Υπολογισµένες και Ανεκτές Τάσεις Επαφής οθογώνιων πλεγµάτων διαφόων λόγων πλευών ιαστάσεις γηπέδου ιαστάσεις βόχου Συνολικό Μήκος οιζοντίων αγωγών() Συνολικό Mήκος κατακόυφων άβδων () Τάση Επαφής Ανεκτή Τάση Επαφής Βόχου Βόχου για 2000 Ω (V) ΙΕΕΕ td 80/2000 t f 0.3 t f 0.5 t f 0.7 t f 1.0 50x150 2 10x10 1700 0 1719.6 5x5 3200 0 989.9 2.5x2.5 6200 0 416.5 10x10 1700 100 1624.1 5x5 3200 100 959.9 2.5x2.5 6200 100 409.8 893.0 2246.0 691.7 1013.0 584.6 614.4 489.2 422.0 72x120 2 8x8 2352 0 1369.6 6x6 3072 0 1089.3 3x3 5952 0 519.7 8x8 2352 100 1313.8 6x6 3072 100 1055.0 3x3 5952 100 511.1 893.0 2246.0 691.7 1013.0 584.6 614.4 489.2 422.0 80x100 2 10x10 1780 0 1719.6 5x5 3380 0 987.7 2.5x2.5 6580 0 406.0 10x10 1780 100 1628.1 5x5 3380 100 959.4 2.5x2.5 6580 100 400.0 893.0 2246.0 691.7 1013.0 584.6 614.4 489.2 422.0 90x90 2 10x10 1800 0 1708.2 5x5 3420 0 981.1 2.5x2.5 6660 0 402.4 10x10 1800 100 1618.3 5x5 3420 100 953.2 2.5x2.5 6660 100 396.5 893.0 2246.0 691.7 1013.0 584.6 614.4 489.2 422.0 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εγασία αυτή γίνεται σύντοµη πειγαφή των σηµαντικότεων µεθόδων σχεδιασµού συστηµάτων γείωσης όπως αυτές παουσιάζονται στα διεθνή πότυπα. Αναφέονται και σχολιάζονται τα κύια σηµεία καθώς και οι πιο σηµαντικές διαφοές των ποτεινόµενων πακτικών σχεδιασµού συστηµάτων γείωσης. Στο πλαίσιο της σύγκισης αυτής σηµειώνεται ότι o βασικός σχεδιασµός, καθώς και o υπολογισµός των αναπτυσσόµενων τάσεων επαφής και βηµατικών τάσεων, µποεί να γίνει σύµφωνα µε το πότυπο ΙΕΕΕ. Παατηείται ότι σύµφωνα µε το πότυπο δεν χειάζεται έλεγχος για την πααβίαση του οίου της βηµατικής τάσης, ενώ γίνεται σαφές στο κείµενο του ποτύπου ότι εάν το σύστηµα γείωσης είναι ασφαλές ως πος τις τάσεις επαφής τότε και οι βηµατικές τάσεις θα βίσκονται εντός των επιτεποµένων οίων. Συγκίνονται τα πότυπα ως πος το υπολογισµένο πειθώιο ασφαλείας έναντι επικίνδυνων τάσεων επαφής για πακτικές πειπτώσεις συστηµάτων γείωσης και παατηείται ότι το πειθώιο αυτό εξατάται κύια από το χόνο διάκειας σφάλµατος. 6. ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Guide for Safety in A Subtation Grounding, ANSI/I Std.80-1986 2. Guide for Safety in A Subtation Grounding, ANSI/I Std.80-2000 3. Haronization Docuent 637 S1 Power Intallation exceeding 1kV a.c. -1999

4. M.orentzou, G.Georgantzi, N.Hatziargyriou: Deign and Analyi Factor influencing Power Syte Grounding, Proceeding of I MedPower 2004 onference eeo, ypru, 14.-17. Noveber 2004.