Sistem uzemljenja TS dimenzioniše se prema toplotnim opterećenjima i naponima dodira koje prouzrokuje struja zemljospoja u režimima sa nesimetričnim kvarovima Distributivne mreže SN se uzemljuju preko niskoomske impedanse sa ograničenjem struje kratkog spoja na 300A Mogu da rade sa izolovanom neutralnom tačkom Proračun uzemljenja na termička naprezanja se ne vrši ako se: Za izvođenje uzemljivača TS koji se direktno polaže u tlo koristi Cu uže preseka najmanje 35mm 2 ili pocinkovani čelik kružnog punog preseka prečnika 10mm sa slojem cinka najmanje 70µm Za izjednačenje potencijala unutar TS koristi pocinkovani čelik kružnog punog preseka prečnika 10mm ili pocinkovana čelična traka preseka najmanje 100mm 2 i debljine najmanje 4mm
Dimenzionisanje sistema uzemljenja TS prema naponima dodira vrši se tako da naponi dodira ne prelaze vrednosti dozvoljenih napona dodira koji se računaju prema izrazu: gde je: Udoz(V)-dozvoljeni napon dodira t(s)-vreme trajanja zemljospoja 75 U doz t Trajno dozvoljeni napon dodira iznosi 65V i odnosi se i na instalacije potrošača ako se napon dodira javlja kao posledica iznošenja potencijala zbog kvara u distributivnoj mreži Ispunjenje uslova bezbednosti u i izvan postrojenja moguće je na dva načina: merenjem dokazati da je napon dodira manji od dozvoljenog izvesti uzemljenje TS tako da ukupna otpornost sistema uzemljenja TS ima vrednost kojom se garantuje da je napon dodira manji od dozvoljenog Pošto je merenje napona dodira komplikovano traženi uslovi bezbednosti se garantuju ako ukupna otpornost sistema uzemljenja TS ne prelazi određenu vrednost
Pri zemljospoju na višenaponskoj strani TS, na sistemu uzemljenja TS će se pojaviti napon: gde je: U Uu [V] - napon na sistemu uzemljenja TS Iz [A] - komponenta struje zemljospoja kroz sistem uzemljenja TS Zu [0] - ukupna otpornost (impedansa) sistema uzemljenja r - redukcioni faktor napojnog visokonaponskog voda Ik [A] - ukupna struja zemljospoja u I z Z u r I k Z u
Napon dodira Ud je deo napona uzemljenja Uu koji može da se premosti na mestu dodira: U d k U Sačinilac k pokazuje koliki deo napona uzemljenja se premošćava dodirom, dok recipročna vrednost ovog sačinioca kd određuje odnos napona uzemljenja TS i napona dodira na mestu dodira. Sačinilac Kd ima vrednosti: Kd = 2; u svim slučajevima kada se trajanje zemljospoja ograničava na 3s Kd = 3 u svim slučajevima dimenzionisanja TS 35/10(25) kv u U k Kd = 1 kada je trajanje zemljospoja iznad 3s, ali ne sme da pređe 2h zbog verovatnoće pojave dvostrukog zemljospoja u d r I k k Z d u
Kriterijum zaštite od napona dodira je ispunjen ako se pri zemljospoju u TS ne pojavi napon dodira koji je po vrednosti veći od dozvoljenog napona dodira Udoz: U Z d u U doz U doz k r I k kd U r I Tako, na kraju dobijamo da će kriterijum zaštite od napona dodira biti ispunjen ako ukupna otpornost (impedansa) sistema uzemljenja TS ima gore navedenu vrednost doz k
Ukupna otpornost (impedansa) sistema uzemljenja TS sastoji se iz paralelne veze otpornosti rasprostiranja uzemljivača TS i otpornosti rasprostiranja ostalih uzemljivača koji su u galvanskoj vezi sa uzemljivačem TS, kao što su: energetski kablovi sa provodnim plaštom (NPO 13-A, IPZO 13 itd.), zaštitni provodnici (užad) nadzemnih vodova, uzemljivači susednih TS koji su preko plaštova ili električnih zaštita kablova u galvanskoj vezi, temeljni uzemljivači zgrada, vodovod itd. Uzemljivači za TS mogu da budu različitih oblika u zavisnosti od potrebne otpornosti rasprostiranja i raspoloživog prostora Za karakteristične slučajeve u Tabeli 1 dati su izrazi za proračun otpornosti rasprostiranja tih uzemljivača
Specijalno, za slobodnostojeće TS 10(20)/0,4 kv za potrebe zaštitnog i radnog uzemljenja rade se tipski dvokonturni uzemljivači i uzemljivači u obliku trougla, sa vertikalnim cevima ("sondama") dužine 3 m u temenima spoljašnje konture, odnosno trougla Otpornost rasprostiranja ovih uzemljivača može da se izračuna iz izraza: R r r r relativna otpornost rasprostiranja koja se dobija iz dijagrama na slici 1, pri čemu je kriva a dvokonturni četvorougaoni uzemljivač, a kriva b trouglasti uzemljivač ρ specifična električna otpornost tla data tabelarno
Vrednost otpornosti rasprostiranja dvokonturnog uzemljivača dominantno zavisi od dimenzija spoljašnje konture uzemljivača, dok unutrašnja kontura ima prvenstveno ulogu oblikovanja potencijala oko TS
Izostavljanje vertikalnih uzemljivača iz temena spoljašnje konture, na primer zbog vrste tla (kamen i sl.) ili zbog opasnosti od oštećenja podzemnih instalacija, povećava vrednost otpornosti rasprostiranja uzemljivača za oko 25% Unutrašnja kontura utiče na otpornost rasprostiranja sa manje od 5%, ali smanjuje potencijalne razlike dodira kod TS za više od 50% Vrednost specifične električne otpornost tla ρ, ukoliko nije dobijena merenjem na lokalitetu izgradnje TS, za potrebe projektovanja može da se usvoji iz Tabele 2.
Pored namenski izvedenog uzemljivača TS, u impedansi sistema uzemljenja TS učestvuju i impedanse uzemljenja kablovskih i nadzemnih vodova
Uzemljenja transformatorskih stanica (TS) Nadzemni vodovi kao uzemljivači se u distributivnim SN mrežama praktično ne pojavljuju Vodovi nazivnog napona 10 kv i 20 kv se izvode bez zaštitnog provodnika Izvođenje zaštitnog provodnika na vodovima nazivnog napona 35 kv postoji samo na uvodu u TS, koji se zbog konstrukcije savremenih postrojenja i raspoloživog prostora najčešće izvodi kablovski, pa se zbog toga nadzemni SN vod ne pojavljuje u sistemu uzemljenja kao uzemljivač Kablovski vodovi kao uzemljivači iskazuju osobine različito u zavisnosti od konstrukcije Kablovi sa neprovodnim plaštom tipa XHE 49-A, XHP 48, uključujući i SN SKS XHE 48/0-A, posredno deluju kao uzemljivači jer pomoću električne zaštite povezuju uzemljivače susednih TS i tako smanjuju impedansu sistema uzemljenja TS Ako TS radi u razgranatoj SN mreži (gradski konzum), svaka TS povezana je bar u jednom pravcu sa dve ili više TS, pa su preko električnih zaštita paralelno povezani uzemljivači susednih TS
Uzemljenja transformatorskih stanica (TS) Vrednost otpornosti uzemljenja Rk tako povezanih uzemljivača približno iznosi : Z ez R z R k 1 4 1 2 Z ez gde je: R z [Ω] - otpornost rasprostiranja uzemljivača susedne TS; Z ez [Ω]- impedansa električne zaštite kablovskog voda izmedu dve susedne TS Prethodni izraz teoretski važi za slučaj da je neka TS povezana sa veoma velikim brojem TS Međutim, kako kod TS X/0,4 kv, koja je prva ili druga u nizu od TS 110/10(20) kv ili TS 35/10 kv, dominira veoma niska vrednost otpornosti uzemljenja izvorne TS, izraz može u praktičnim proračunima da se primeni za sve slučajeve kada je neka TS X/0,4 kv povezana sa dve ili više TS X/0,4 kv
Uzemljenja transformatorskih stanica (TS) Z ez Za ρ=50ωm, prosek za gradska područja i za tipski presek kabla XHE 49-A: 3x(1x150/16 mm 2 Al/Cu), impedansa el. zaštite tri paralelno vezane žile kablovskog voda je: z ez L 0,383 j 0,63 L L 0,5km z 0,74 / km gde su vrednosti jediničnih otpornosti date u Ω/km, dok je L prosečna dužina deonice kablovskog voda izmedu dve susedne TS, u (km) - za praktične proračune može da se računa sa: L=0,5 km Moduo jedinične impedanse električne zaštite je: Zez=0,74Ω/ km Kabl sa provodnim plaštom tipa NPO 13-A i sl. (papirna izolacija i provodni olovni plašt - NPO kabl) je odličan uzemljivač jer preko plašta direktno odvodi struju zemljospoja u tlo, a jednovremeno povezuje i uzernljivače susednih TS "Kratak" NPO kabl, u smislu uzemljenja, ponaša se kao trakasti uzemljivač, a u distributivnoj mreži se najčešće javlja kao kablovski priključak na nadzemni vod ez
Otpornost rasprostiranja kratkog NPO kabla Otpornost rasprostiranja -kratkog" NPO kabla Rkt računa se kao kod trakastog uzemljivača prema izrazu iz Tabele 1, i za uobičajene vrednosti spoljašnjeg prečnika kabla: D=0,05 m i dubinu ukopavanja kabla: H = 0,7 m iznosi: gde je: L 0,318 R kt ln ln 6L L H D L ρ [Ωm] - specifična električna otpornost tla; L [m] - dužina kabla; H [m] - dubina ukopavanja kabla; D [m] - spoljašnji prečnik kabla.
Otpornost rasprostiranja kratkog NPO kabla Dužina do kog se kabl ponaša kao kratak je : L k 10 Otpornost rasprostiranja kablovskog priključka Rk je paralelna veza otpornosti NPO kabla kao trakastog uzemljivača Rkt i otpornosti stuba Rz, na kome se nalazi kablovska završnica, dok se podužna otpornost plašta kabla zanemaruje: R k R R kt kt Rz R Proračun otpornosti rasprostiranja kabla čija je dužina veća od "kratkog" kabla dosta je složen, jer više ne može da se zanemari podužna otpornost plašta kabla Sa druge strane, kablovi većih dužina po pravilu se završavaju u susednoj TS, pa treba uzeti u obzir i uticaj otpornosti rasprostiranja uzemljivača R, te TS na ukupnu otpornost (impedansu) kabla z
Otpornost rasprostiranja kratkog NPO kabla Na sl. 2 daje se grafički prikaz vrednosti otpornosti (impedanse) uzemljenja kabla Rk u zavisnosti od višekratnika dužine "kratkog" kabla (od L = 1 Lk do L = 7 Lk), za neke karakteristične vrednosti za ρ i uz pretpostavku da na kraju kabla odgovarajuća TS ima otpornost rasprostiranja uzemijivača od Rz = 4 Ω pri ρ 200 Ωm, odnosno od Rz = 1Ω pri ρ 100 Ωm
Otpornost rasprostiranja dugačkog NPO kabla Ako TS radi u razgranatoj kablovskoj SN mreži (gradski konzum), svaki kabl priključen na TS može sa stanovišta uzemljenja da se tretira kao "dugačak" (to je dužina kabla do koje se u zemlju preko plašta prenese celokupna struja zemljospoja), što znači da je priključen paralelno uzemtjivaču TS i da ima stalnu vrednost impedanse uzemljenja Rkd nezavisno od vrednosti otpornosti raspro stiranja uzemljivača TS koje povezuje, i koja može približno da se proračuna R kd 0, 075 Dužina preko koje se ksbl ponaša kao dugačak: L k L 60 6 k
Uzemljenje stubova srednjenaponskih vodova SN Osnovni kriterijumi: a) Zaštita od povratnih preskoka Povratni preskok sa stuba na provodnike nije verovatan, ako U i je ispunjen uslov: u Za vod 10kV je Ui=75kV i sa strujom groma Iu=5kA je: Za vod 20kV i 35kV je Ui=125kV je Iu<8,3kA, odnosno za Ui=170kV je Iu<11,3kA b) Zaštita od opasnih napona dodira R u R 15 I u Ako je trajan napon dodira veći od 65V, ili ako se zemljospoj na vodu isključuje za 3s delovanjem zemljospojne zaštite, ili ako se zemljospoj na vodu isključuje za najkasnije 2h
Uzemljenje stubova srednjenaponskih vodova SN c) Toplotna naprezanja temelja stuba pri zemljospoju U SN mrežama koje su uzemljene preko niskoomske impedanse kriterijum je uvek ispunjen ako je ispunjen bar jedan od sledećih uslova: Da je izveden dopunski uzemljivač Da je primenjen temeljni uzemljivač (temelj stuba izveden sa metalnom armaturom) d) Pouzdano delovanje zemljospojne zaštite Zbog niskih vrednosti podešenih struja reagovanja zemljospojne zaštite u uzemljenim mrežama (20A do 40A) kriterijum je ispunjen i pri velikim otpornostima uzemljenja stubova (150 oma) a) i b) u skladu sa važećim propisima dok su c) i d) zadovoljeni bez obaveze dokazivanja
Izvođenje uzemljenja stubova SN vodova Uzemljenje se izvodi preko temeljnog uzemljivača stuba, a u slučaju korišćenja nearmiranog temelja ili kod temelja sa direktnim ukopavanjem obavezno koristiti temeljni uzemljivač Temeljni uzemljivač stuba, sastoji se od galvanski povezane armaturne šipke koje se ugrađuju u temelj i armatura stabla u temeljnoj čaši. Dopunski uzemljivač stuba, se izvodi u vidu prstena, a retko u vidu traka. Udarna otpornost rasprostiranja dopunskog uzemljivača stuba Ru: R u R s r r se dobija sa slike