Rozpowszechnione obecnie metody i zakres badania układów uziomowych stacji elektroenergetycznych

Transkrypt

1 Ryszard SKLIŃSKI Politechnika Białostocka, Katedra lektroenergetyki Rozpowszechnione obecnie metody i zakres badania układów uziomowych stacji elektroenergetycznych Streszczenie. W artykule przedstawiono metody badania układów uziomowych o nieskomplikowanych konfiguracjach do złożonych (zespolonych), w których występują naturalne uziomy długie wnoszące reaktancję uziemienia oraz sprzężenia magnetyczne pomiędzy przewodem roboczym uszkodzonym a przewodem odgromowym, w liniach zasilających zwarcie jednofazowe w stacjach elektroenergetycznych. bstract. In the paper a method of investigating earthing systems of configurations from simple to complex in which there are long natural earth electrodes which give earthing reactance and magnetic coupling between the damaged working wire and the ground wire in HV power lines supplying a one-phase short circuit in substations. (Widespread methods and range of grounding systems investigation of electric power substations) Słowa kluczowe: metody badania układów uziomowych, zespolona instalacja uziemiająca. Keywords: methods of grounding systems investigation, combined grounding system Parametry układów uziomowych podlegające badaniom Badania uziemienia stacji elektroenergetycznych są czynnościami wykonywanymi przed oddaniem każdego obiektu do eksploatacji oraz okresowo w czynnych obiektach (badania eksploatacyjne). Celem badań jest kontrola respektowania wymagań odpowiednich przepisów dotyczących największego dopuszczalnego oporu uziemienia, najwyższych spodziewanych wartości napięcia rażeniowego lub najwyższych spodziewanych wartości napięcia uziomowego. Kryteria, które muszą spełniać uziemienia (ochronne, robocze, odgromowe i pomocnicze) w układzie elektroenergetycznym sprawiają, że niezbędne jest wyznaczenie wartości następujących parametrów lub kontroli: a) statycznego oporu, rezystancji lub impedancji uziemienia, b) udarowego oporu uziemienia, c) wskaźników zagrożenia porażeniowego, d) obciążalności prądowej krótkotrwałej i długotrwałej, e) odporności korozyjnej, f) prawidłowości montażu. Statyczny opór (R lub Z ) uziemienia lub jest ograniczony od góry i od dołu, odpowiednio do wymogów, czy ma on ograniczyć względem ziemi wysokość napięcia uziemionych elementów, czy natężenie prądów ziemnozwarciowych. Pomiary statycznego oporu uziemienia prądami o niewielkiej częstotliwości są podstawą oceny zagrożenia izolacji doziemnej urządzeń, zagrożenia napięciem na terenie i wynoszonym poza teren stacji. Udarowy opór uziemienia (R U ) nie jest normowany, a uziemienia odgromowe charakteryzuje się wartością rezystancji statycznej. Jest to uzasadnione następującymi względami: a) pomiary udarowej rezystancji uziemienia są bardzo kosztowne, przeprowadza się je więc tylko w pracach badawczych - obecnie stosuje się mierniki, zalecane przez producenta jako wiarygodne, do pomiarów udarowej rezystancji uziemienia uziomów urządzeń ochrony odgromowej, b) obliczenia ochrony przeciwporażeniowej można, z dostateczną dla praktyki dokładnością, przeprowadzić na podstawie wartości rezystancji statycznej uziemienia i parametrów uziomu i gruntu. Pomiary udarowego oporu uziemienia były dotychczas przeprowadzane w pracach badawczych. Niektóre mierniki uziemienia, skonstruowane do celów eksploatacyjnych, umożliwiają uwzględnienie udarowych cech uziomów związanych z bardzo krótkim czasem przepływu prądu, lecz nie uwzględniają cech związanych z bardzo wielkim natężeniem prądów piorunowych. Wskaźnikami zagrożenia porażeniowego są [1,3,4,5]: R M (Z M ) rezystancja (impedancja) uziemienia, U M napięcie uziomowe, U STM napięcie dotykowe, U SSM napięcie krokowe, U TM napięcie dotykowe rażeniowe, napięcie krokowe rażeniowe, U SM U WM U TMmax napięcie (wynoszone) przenoszone, największa wartość napięcia dotykowego rażeniowego zmierzona na terenie badanej stacji elektroenergetycznej. W stacjach elektroenergetycznych nie wykonuje się oddzielnie uziemień roboczych, ochronnych i odgromowych. Funkcje tych uziemień spełnia jeden wspólny układ uziomowy stacji. Jego parametry i właściwości powinny odpowiadać wszystkim wymaganiom, które powinien spełniać każdy rodzaj uziemienia przez cały okres eksploatacji stacji. Celowo wykonany uziom sztuczny (krata uziomowa) łączy się wielokrotnie w warunkach stacji zlokalizowanej w aglomeracji miejskiej z rozległymi uziomami naturalnymi, których właściwości wpływają zasadniczo na parametry zastępcze całego układu uziomowego stacji, tzn. zespolonej instalacji uziemiającej [2]. Reaktancje naturalnych uziomów długich, w postaci układów: przewody odgromowe uziemione metalowe słupy linii elektroenergetycznych, wnoszą znaczące wartości reaktancji. Sumaryczny opór układu uziomowego stacji stanowi wtedy impedancję (Z ): ( U Z = I gdzie: U napięcie układu uziomowego względem ziemi odniesienia, I prąd uziomowy (część prądu jednofazowego zwarcia wywołujący napięcie U ). Przepływ prądu przez układ uziomowy powoduje na całym obszarze, zajętym przez ten układ, powstanie pola elektrycznego, którego rozkład potencjału (rys. [5] zależy od wymiarów geometrycznych, kształtu uziomu sztucznego, jego powiązań z uziomami naturalnymi oraz od właściwości geoelektrycznych gruntu. PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/

2 Rys. 1. Szkic obrazujący rozkład napięcia w czasie przepływu prądu przez uziom: U napięcie uziomu względem ziemi odniesienia; U ST, U T napięcie dotykowe i dotykowe rażeniowe; U SS, U rk napięcie krokowe i rażeniowe krokowe, I rst prąd rażeniowy wywołany napięciem dotykowym; 1 uziom pionowy, 2 poziome elementy uziomowe sterujące rozkładem potencjału; ϕ rozkład potencjału uziomu O skutkach porażenia decyduje wartość prądu rażeniowego przepływającego przez ciało człowieka na drodze rażenia (I rst - rys. [1,5]. W technice ochrony przeciwporażeniowej w większości krajów przyjęto posługiwanie się (granicznymi) największymi dopuszczalnymi wartościami napięcia dotykowego rażeniowego (U Tp ) [2]. Napięcie takie jest iloczynem granicznego dopuszczalnego prądu rażenia i modelowej rezystancji ciała człowieka na drodze rażenia. Wartości napięć dotykowych (U ST ) oraz napięć dotykowych rażeniowych (U T ) są wskaźnikami skuteczności działania układów uziomowych (uziemień) jako środka ochrony przed dotykiem pośrednim w przypadkach pracy zakłóceniowej stacji, kiedy napięcia (U ST ) i (U T ) występują na metalowych konstrukcjach urządzeń elektroenergetycznych, które podczas normalnej pracy stacji nie są pod napięciem (I k1 =0,rys.. Wartość napięcia dotykowego (U STx1 ) oraz dotykowego rażeniowego (U Tx1 ) w punkcie x1, oddalonym o 1 m od uziemionej metalowej konstrukcji (rys. można określić z zależności: (2) USTx1 = U ϕx1 (3) R U m Tx1 = Udx1 Rm + Rp gdzie: R m wartość rezystancji ciała człowieka przyjmowana jako modelowa zwykle 1000 Ω przy urządzeniach elektroenergetycznych powyżej 1 kv; ϕ x1 potencjał na powierzchni gruntu w punkcie x1, oddalonym o 1 m od metalowej konstrukcji podlegającej uziemieniu, R p rezystancja przejścia prądu od stóp człowieka do ziemi suma rezystancji obuwia oraz rezystancji stanowiska. Normy polskie i zagraniczne wymagają wyznaczenia wartości (U T ) Wysunięte zostały jednak propozycje, by podstawą oceny zagrożenia były wartości (U ST ) przy jednoznacznym określeniu wartości (R p ) która wpływa niekiedy w dużym stopniu na natężenie prądu rażeniowego. Niektórzy autorzy uzasadniają celowość wprowadzenia do przepisów granicznych dopuszczalnych prądów rażeniowych i wyznaczenia spodziewanych prądów rażeniowych (I rd, I rk ). Spodziewanymi wartościami omawianych parametrów są wartości występujące podczas przepływu największych prądów uziomowych, związanych ze zwarciami jednofazowymi w stacji elektroenergetycznej lub poza jej terenem. Wyznaczenie tych wartości polega na pomiarach i przeliczeniu uzyskanych wyników na warunki zwarciowe. Obciążalność prądowa elementów i całych układów uziomowych jest sprawdzana obliczeniowo i nie podlega ona kontroli w badaniach odbiorczych i eksploatacyjnych. Odporność korozyjna uziomów powinna zapewniać bezawaryjne ich funkcjonowanie w całym okresie eksploatacji urządzeń głównych, których są one częścią składową. Podane w przepisach najmniejsze wymiary poprzeczne elementów uziomów stalowych ustalono przy założeniu 25-letniej ich trwałości i dopuszczeniu około 9,5% prawdopodobieństwa przypadków nadmiernych korozyjnych ubytków metalu. Wynika z tego konieczność przeprowadzania odpowiednich badań eksploatacyjnych. Wymaganie takie znajdowało się w przepisach z 1960 roku. Najnowsze zarządzenie dotyczące eksploatacji stacji elektroenergetycznych ustala zakres badania uziemień z całkowitym pominięciem badań postępu korozji ziemnej. Zagadnienie to jest przedmiotem wielu publikacji i nieśmiałych zaleceń w normach [2]. Prawidłowość montażu układu uziomowego decyduje o jego odporności na narażenie mechaniczne zewnętrzne i wewnętrzne wszystkich jego elementów, łącznie z występującymi w układzie połączeniami, np. zestykami śrubowymi. Wewnętrznymi narażeniami nazywa się naprężenia powstające podczas przemieszczania się cząstek gruntu w okresie układania uziomu lub w okresie eksploatacji. Badania prawidłowości montażu uziemienia polegają na kontroli: a) zgodności wykonania z projektem i przepisami (wymiary poprzeczne elementów, głębokość pogrążenia uziomu), b) prawidłowości przyłączenia urządzeń uziemionych do układu uziomowego, c) prawidłowości wykonania wszelkich połączeń i ich przeciwkorozyjnego zabezpieczenia, d) odpowiedniego oznaczenia. Czynności wymienione w punkcie c ogranicza się zwykle tylko do wybranych miejsc układu. Metody badania układów uziomowych stacji elektroenergetycznych Do podstawowych badań układów uziomowych stacji elektroenergetycznych najwyższych napięć należą pomiary statycznego oporu uziemienia oraz wyznaczenie wskaźników zagrożenia porażeniowego. W praktyce przeprowadza się pomiary statycznego oporu uziemienia różnych uziomów prostych, o niewielkich rozmiarach i o skomplikowanej konfiguracji i wielkich rozmiarach. Reaktancje elementów uziomów prostych są pomijalnie małe, mierzy się więc praktycznie biorąc rezystancję uziemienia (R ) W układach uziomowych o wielkich rozmiarach, a szczególnie w układach zawierających uziemione przewody odgromowe linii elektroenergetycznych, skuteczność uziemienia zależy od podłużnych oporów rezystancji i reaktancji elementów układu. W takich przypadkach, które z reguły występują w stacjach najwyższych napięć, mierzy się impedancję uziemienia (Z ) układu uziomowego. W Polsce i w innych krajach są rozpowszechnione następujące metody pomiarów oporów uziemienia stacji elektroenergetycznych: a) metody polegające na pomiarze prądu uziomowego i napięcia uziomu względem ziemi odniesienia, zwane metodami technicznymi, 114 PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/2007

3 b) metody kompensacyjne, wykorzystujące specjalne przyrządy zwane miernikami uziemień. Wszystkie rozpowszechnione metody stosują przemienny prąd pomiarowy o różnym natężeniu. Klasyfikację własną [5] tych metod zawiera tabela 1. Zalecenia dotyczące wyboru metody pomiarów, z uwzględnieniem ponad trzydziestoletniej praktyki badań własnych, przedstawił autor w tabeli 2. Tabela 1. Metody pomiarów oporu uziemienia (R lub Z ) Napięcie źródła zasilania Natężenie i częstotliwość prądu pomiarowego Graniczny błąd pomiarów Ozn. Nazwa kv Hz małoprądowa 0, % (rys. 2) B małoprądowa 0,23 0, % (rys. 3,4) C średnioprądowa % (rys. 5) D F wielkoprądowa (zwarciowa rys. 6) ,1 0,23 Metody kompensacyjne 0,1 0,23 zwykłe > <1 < % przy wykorzystaniu rejestratorów zdarzeń 10 20% przy rejestracji szybko piszącymi rejestratorami, 15% rejestrator elektroniczny 10% elektroniczny układ rejestrujący z kasetą separatorów 5% dla R Z > 1 Ω 5 15% dla R Z < 1 Ω 5% dla R Z > 1 Ω Metody kompensacyjne 0,1 0,23 <1 >50 10% dla R Z > 1 Ω specjalne Pomiary statycznych własności uziemień ochronnych i roboczych mają na celu ustalenie skuteczności tych uziemień podczas przepływu największego spodziewanego prądu jednofazowego zwarcia. Należałoby więc stosować prądy pomiarowe o możliwie dużym natężeniu, lecz względy techniczne i ekonomiczne przemawiają za metodami najprostszymi (,, B) tabela 2, gdy te pozwalają w sposób miarodajny ustalić parametry układu uziomowego, spodziewane podczas zwarć doziemnych. Postanowienia przepisów i poglądy autorów nie są dotychczas w tym zakresie zgodne. Układy pomiarowe [3,4,5]: Układ pomiarowy zasilany z sieci prądu przemiennego niskiego napięcia za pośrednictwem transformatora separacyjnego przedstawiono na rysunku 2. Zastosowanie takiego transformatora zapewnia bezpieczeństwo pomiarów i uniezależnia ich wyniki od prądów upływowych w sieci niskiego napięcia. Przełącznik umożliwia kontrolowanie ewentualnego wpływu prądów błądzących. rtykuł nie obejmuje zagadnień pomiarów oporu uziemienia słupów linii elektroenergetycznej z uziemionymi przewodami odgromowymi- specjalnymi miernikami. Tabela 2. Zalecenia dotyczące wyboru metody pomiarów oporów uziemienia [5] Metody pomiarów (tab. Lp. Obiekty i urządzenia dopuszczaln zalecana a 1 Urządzenia elektroenergetyczne na napięcie znamionowe do 1 kv Uziemienia słupów linii 2 elektroenergetycznych na napięcie ponad 1 kv bez przewodów odgromowych 3 Uziemienia słupów przewodzących linii na napięcie znamionowe 110 kv i wyższe z uziemionymi F, przewodami odgromowymi 4 Stacje elektroenergetyczne średniego napięcia, odosobnione Stacje elektroenergetyczne 5 średniego napięcia w dużych zakładach przemysłowych i B peryferyjne w miastach 6 Stacje elektroenergetyczne SN z uziomami naturalnymi B,C 7 Stacje elektroenergetyczne na napięcie znamionowe 110 kv i wyższe. Na terenach miejskich i w dużych zakładach przemysłowych o rozległej sieci metalowych rurociągów i kabli elektroenergetycznych o metalowych powłokach i pancerzach 230 V B lub D C nie stosować metod kompensacy jnych Rys. 2. Układ do pomiaru rezystancji (impedancji) uziemienia uziomów metodą małoprądową (, tab. wykorzystujący do zasilania transformator separacyjny (T ) S Układ pomiarowy (rys. 3) wykorzystuje istniejącą linię napowietrzną średniego lub wysokiego napięcia, która jest jednym z elementów układu pomiarowego. Jako pomocniczy uziom prądowy wykorzystuje się uziom stacji B, położony w odpowiednio dużej odległości od uziomu badanego. Odpowiednia odległość tych uziomów ( i B) oraz możliwość wykorzystywania od 1-3 przewodów roboczych linii napowietrznej umożliwia ustalenie wartości prądu pomiarowego. Do zasilania układu pomiarowego wykorzystuje się transformator potrzeb własnych lub transformator rozdzielczy w małych stacjach elektroenergetycznych (SN/nn). PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/

4 SN, a pomiaru napięcia uziomu względem ziemi odniesienia woltomierzem wskazówkowym o oporze wewnętrznym większym niż 500 kω. Zaleca się stosowanie mierników elektronicznych o większych oporach wewnętrznych. Rys. 3. Układ do pomiaru rezystancji (impedancji) uziemienia uziomu badanego () metodą małoprądową (B, tab. wykorzystujący linię napowietrzną (SN lub WN) oraz uziom sąsiedniej stacji (B). Do zasilania obwodu pomiarowego prądu zwarciowego (I zp ) wykorzystuje się transformator potrzeb własnych, lub rozdzielczy w małych stacji elektroenergetycznych Układ pomiarowy (rys. 4) można stosować w przypadkach, w których nie ma możliwości wykorzystywania linii oraz uziomów sąsiednich stacji. Jako uziom prądowy B stosuje się wówczas specjalnie pogrążony uziom pionowy lub kilka elektrod wbijanych w grunt. Obecnie stosuje się często jeden lub dwa uziomy pionowe typu GLMR, pogrążone na głębokość około 9 m każdy, połączone równolegle. W gruntach o średniej rezystywności (do 300 Ω m) pozwala to uzyskać opór uziemienia pomocniczej sondy prądowej na poziomie 6 9 Ω. Rys. 5. Układ do pomiaru impedancji (rezystancji) uziemienia uziomu stacji (WN/SN) wykorzystujący do zasilania obwodu prądowego napięcie SN metoda średnionapięciowa C (tab.. B pomocniczy uziom prądowy uziom stacji zasilającej (WN); P przekładnik prądowy; V woltomierz Obwód prądowy (rys.5) obejmuje zasilanie z transformatora WN/SN oraz jeden przewód fazowy linii 110 kv, uziemiony w stacji B oraz jeden odcinek kabla (jednofazowego) o napięciu znamionowym SN, co najmniej równym napięciu zasilania i przekroju dostosowanego do przewidywanego (obliczonego) prądu pomiarowego. Taki kabel wykorzystuje się tylko w czasie pomiarów. Jedna faza SN uzwojenia transformatora WN/SN połączona jest poprzez kabel K 1 z przewodem roboczym linii wykorzystywanej do badań. Urządzenia w obwodzie pomiarowym muszą spełniać warunek U U n (U n wartość znamionowa napięcia wykorzystywanego do badań). Załączenie i wyłączenie obwodu prądowego dokonuje się wyłącznikiem W. 2 Rys. 4. Układ pomiarowy do badania rezystancji uziemienia uziomu () metodą małoprądową (B, tab. B pomocniczy uziom prądowy, specjalnie wykonany (równoległy układ kilkunastu elektrod wbijanych w grunt), S u sonda napięciowa; Ł łącznik obwodu prądowego (I zp ) Zastępcza rezystancja sondy napięciowej nie powinna przekraczać wartości 200 Ω. W związku z tym elektrodę napięciową, zwykle pręt stalowy o średnicy φ20 mm, należy pogrążyć na głębokości około 30 cm. W przypadku suchego gruntu miejsce przy elektrodzie należy zwilżyć wodą (około 1 l wody). Do zasilania obwodu prądu pomiarowego zaleca się stosować transformator potrzeb własnych w dużych stacjach elektroenergetycznych WN lub transformator rozdzielczy w stacjach SN/nn. Obwód prądowy wykonuje się stosując prowizorycznie prowadzony przewód do uziomu B o odpowiedniej obciążalności prądowej i wartości rezystancji izolacji. Układ pomiarowy wykorzystujący do zasilania napięcie średnie przedstawiono na rysunku 5. W obwodzie prądowym stosuje się urządzenia wysokiego napięcia (jedną fazę linii WN). Pomiaru prądu dokonuje się poprzez przekładnik P, o napięciu znamionowym izolacji, równym co najmniej wartości wykorzystywanego do badań napięcia Rys.6. Układ do pomiaru impedancji stacji metodą wielkoprądową: uziemienie badane; B uziom prądowy; S sonda napięciowa; PI przekładnik prądowy; PN przekładnik napięciowy; W1, W2 wyłączniki Układ do badań metodą zwarciową przedstawiono na rysunku 6. Przewody odgromowe i powłoki metalowe kabli SN powinny być połączone z układem uziomowym jak w normalnych warunkach pracy stacji. Załączenia i 116 PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/2007

5 wyłączenie prądu zwarciowego (zwykle z czasem własnym wyłącznika) dokonuje się poprzez wyłącznik W1 (110 kv). W badanej stacji nie otwiera się odłącznika w przewodzie uziemiającym punktu neutralnego transformatora T2 (rys.6). Obwód prądowy (rys. 6) wykorzystuje przewody robocze linii 110 kv wyłączonej i odstawionej do badań. Jedną fazę tej linii należy połączyć z uziemieniem sztucznym stacji poprzez przekładnik prądowy (najczęściej stacyjny) przewodem Fl, zawieszonym prowizorycznie na odpowiednich izolatorach (lub bez, na krótkich odległościach zachowując bezpieczne odległości ze względów izolacyjnych oraz ze względu na dynamiczne oddziaływanie prądów zwarciowych). Podstawowym zabezpieczeniem obwodu prądowego jest zabezpieczenie nadmiarowe wyłącznika zwarciowego W1, a rezerwowym zabezpieczenie odległościowe linii wykorzystywanej do zasilania. Jako zabezpieczenie asekuracyjne można stosować przekaźnik prądowy odcinający, zainstalowany w wybranej do pomiarów fazie. Pomiary prądu i napięcia dokonuje się przy pomocy oscylografu (rys. 6), szybkiego rejestratora z wielokanałową kasetą separatorów lub rejestratora zdarzeń (rys. 7). Wyboru metody badań można dokonać posługując się tabelami (odpowiednio tab.1 i 2) na podstawie analizy obiektu podlegającego badaniom. ktualne wymagania normy PN [2]: wielkoprądowa przedstawiona w załączniku N informacyjnym normy [2] nie ma nic wspólnego z metodą zwarciową [3,4], zwaną wielkoprądową i od dawna stosowana w Polsce (pierwszy wykorzystywał tę metodę NRGOPOMIR w Gliwicach na początku lat 70-tych ubiegłego stulecia). zwarciowa [2]: zalecana przede wszystkim do pomiaru impedancji uziemienia układów uziomowych zajmujących duży teren. W niniejszej metodzie przepływ prądu przemiennego I M o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości sieciowej wymusza się między uziomem badanym a odległą elektrodą. Powoduje on pojawienie się na badanym uziomie pomiarowego napięcia uziomowego [2]. W czasie pomiarów, przewody odgromowe i uziomy kablowe, normalnie połączone z uziomem badanym, nie powinny być odłączone od tego uziomu [2]. Moduł impedancji uziemienia oblicza się z zależności [2]: (4) Z U = M IM r Rys. 7. Układ pomiarowy do badania impedancji (rezystancji) uziemienia w stacji (ST-857) oraz wskaźników zagrożenia porażeniowego metodą zwarciową. Ik1M wartość prądu jednofazowego zwarcia z ziemia w układzie 15 kv, U napięcie uziomu względem ziemi odniesienia, R rezystancja uziemienia uziomu stacji badanej (), R GPZ rezystancja uziemienia uziomu stacji GPZ Rejestracja i pomiary prądów (rys. 7) oraz odpowiednich wskaźników zagrożenia porażeniowego, podczas zwarć rzeczywistych, dokonana została w 6 stacjach typu RPZ 110 kv ( r.) podczas rzeczywistego zwarcia jednofazowego z czasem nie przekraczającym 0,5 s. Tylko w jednym przypadku zwarcie wyłączone było ręcznie z czasem ponad 3 s. Badania zwarciowe poprzedzone były pomiarami wykonywanymi metodą małoprądową. Celem tych pomiarów było ustalenie spodziewanych wartości wskaźników zagrożenia porażeniowego podczas przepływu odpowiedniej wartości prądu pomiarowego zwarcia (I k1m ) w kilkudziesięciu (stacje wnętrzowe) i kilkunastu (stacje wieżowe) stanowiskach pomiarowych. Stosowano elektrody pomiarowe zalecane przepisami obowiązującymi wcześniej. Do pomiaru napięcia uziomu względem ziemi odniesienia należy stosować przekładnik napięciowy (w praktyce wystarcza zwykle przekładnik o napięciu znamionowym izolacji Unizol = 3 kv). Na czas pomiarów należy wyłączyć automatykę SPZ, jeśli jest zainstalowana. Do analizy skuteczności ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej czas zadziałania SPZ należy uwzględnić zgodnie z wymaganiami aktualnie obowiązujących przepisów, a jeżeli takich nie ma, należy postąpić zgodnie ze stanem wiedzy i czasy SPZ zsumować dla jednego cyklu. gdzie: U M - zmierzone napięcie uziomowe, mierzone między układem uziomowy a sondą napięciową umieszczoną w ziemi odniesienia, w V, I M - prąd pomiarowy, w, r - współczynnik redukcyjny dla przewodu odgromowego linii trójfazowej; Współczynnik redukcyjny może być wyznaczony za pomocą obliczeń lub pomiarów; dla linii napowietrznej bez przewodów odgromowych i kabli bez przewodzących powłok i osłon r = 1. Należy przy tym uwzględnić przewody odgromowe linii, które są zamontowane na oddzielnych podporach, prowadzonych równolegle do linii łączącej układ uziemiający z odległa elektrodą. Jeżeli występują kable z metalowymi powłokami o małej rezystancji, uziemionymi na obu ich końcach, to większa część prądu pomiarowego popłynie przez te powłoki. W przypadkach, w których powłoki kabla są pokryte materiałem izolacyjnym może być uzasadnione odłączenie tych powłok od uziomu [2]. Jeżeli kable spełniają funkcję uziomów, to uziemione metalowe powłoki nie powinny być odłączone. Zaleca się, aby odległość pomiędzy badaną instalacja uziemiającą i odległą elektrodą była możliwie duża, jednak nie mniejsza niż 5 km [2]. Zaleca się również, aby prąd pomiarowy był możliwie duży, tzn. tak duży, że zmierzone napięcia (napięcie uziomowe, jak również napięcia dotykowe rażeniowe odniesione do prądu pomiarowego) będą większe od przewidywanych napięć zakłóceniowych i zaburzeniowych. Zwykle warunek ten jest spełniony przy prądzie pomiarowym większym niż 50 [2]. Wewnętrzna rezystancja woltomierza wchodzącego w skład układu pomiarowego powinna być przynajmniej 10-krotnie większa od rezystancji uziemienia sondy [2]. Dla małych układów uziemiających wystarczające mogą okazać się mniejsze odległości [2]. Podsumowanie Na podstawie wyników badań uzyskanych przez autora w ponad 50 stacjach WN/SN i SN/nn [3,4,5] metodą małoprądową (B, tab.1; rys. 3 i 4) oraz zwarciową (D, tab.1; rys. 6) można przedstawić podsumowanie: PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/

6 udział uziomów długich w układach miejskich 15 kv, w rozpływie prądów ziemnozwarciowych, podczas zwarć doziemnych w stacjach średniego napięcia jest bardzo znaczący, prądy w żyłach powrotnych i metalowych powłokach kabli SN zasilających zwarcie stanowią 40 60% prądu jednofazowego zwarcia (Ik1f), prądy w żyłach powrotnych kabli SN nieuszkodzonych, połączonych z miejskimi stacjami SN/nn lub RSN (Rozdzielniami Sieciowymi Miejskimi), w których wystąpiło zwarcie jednofazowe) stanowią 4 11% prądu Ik1f, prądy w żyłach powrotnych kabli nn połączonych z uziemionymi przyłączami i z uziomem stacji SN/nn, w której wystąpiło zwarcie jednofazowe w układzie SN 5 18% prądu Ik1f, impedancja układu uziomowego (Z ) stacji elektroenergetycznych 110 kv i powyżej zależy od wartości prądu pomiarowego. Wyniki pomiarów, które otrzymał autor w badanych stacjach elektroenergetycznych metodą małoprądową, są większe o % niż uzyskane metodą zwarciową. Jest to spowodowane sprzężeniami magnetycznymi pomiędzy przewodem roboczym uszkodzonym (zwarcie jednofazowe) i przewodem (lub przewodami) odgromowym i dotyczy stacji (110 kv i powyżej) z naturalnymi uziomami: przewody odgromowe uziemione słupy linii elektroenergetycznych, pomiary impedancji uziemienia (Z ) stacji elektroenergetycznych 110 kv i powyżej wykonane metodą małoprądową, w zakresie wartości prądów zwarcia jednofazowego Ik1 = , umożliwiają uzyskanie wyników miarodajnych dla praktyki. Wartość prądu 30 należy przyjąć jako dolną granicę prądu pomiarowego, promowane wartości współczynników redukcyjnych (r), załącznik informacyjny J normy [2] dla przewodów odgromowych linii napowietrznych (110 2 kv) są następujące i wynoszą : stal mm ; r = 0,98, CSR 44/32 mm 2 ; r = 0,61, przedział zmian współczynników oddziaływania redukcyjnego (r), uzyskanych z badań własnych autora, przedstawiano w tabeli 3. Przedstawione wartości (tab.3) przybliżą możliwości praktycznej analizy wyników badań impedancji uziemienia stacji elektroenergetycznych z naturalnymi uziomami długimi. Udział uziomów naturalnych przewody odgromowe uziemione słupy linii elektroenergetycznych w rozpływie prądu ziemnozwarciowego jest znaczny. Wynosi od 10% do 55%, w zależności od liczby linii zasilających zwarcie oraz liczby takich układów powiązanych ze stacją a także od rozpiętości przęsła linii, rezystywności gruntu i rezystancji uziomu kratowego stacji. Zależy również od wartości prądu zwarciowego [3,5] w liniach elektroenergetycznych zasilających zwarcie w stacji, ze względu na sprzężenia magnetyczne pomiędzy przewodem fazowym zwartym a przewodem (lub przewodami) odgromowymi. Tabela 3. Przedział zmian współczynników oddziaływania redukcyjnego (r) linii elektroenergetycznych z przewodami odgromowymi Lp. Konstrukcja linii WN z przewodami odgromowymi Przedział zmian r 1 Jeden przewód stalowo-aluminiowy FL 1,7-50 0,63 0,89 2 Dwa przewody stalowo-aluminiowe 0,47 0,81 FL 1, Jeden przewód stalowo-aluminiowy FL 1,7-70 0,81 0,85 4 Jeden przewód stalowo-aluminiowy FL 1,7-95 0,55 0,64 5 Jeden przewód stalowy O/FL 50 0,85 0,90 6 Jeden przewód stalowy O/FL 70 0,81 0,85 7 Dwa przewody stalowe O/FL-50 0,70 0,80 8 Dwa przewody stalowo-aluminiowe FL 1,7-95 0,47 0,65 Przewody odgromowe ze światłowodami 9 typu OPGW o symbolu 0,68 0,85 2 2) S1U-16/40 mm /413 Przy prądzie zwarciowym w linii >3 k, współczynnik (r) zawiera się w przedziale 0,47 0,60. 2) S1U Pojedyncza tuba stalowa; 16 - powierzchnia przekroju drutów aluminiowanych [mm 2 ]; 40 powierzchnia przekroju drutów stalowych aluminiowanych [mm 2 ]; 413 średnica przewodu w tysięcznych cala. Wnioski 1. Przedstawione propozycje dotyczące wyboru metod pomiarów oporów uziemienia (rezystancji i impedancji) powinny być pomocne podczas badań układów uziomowych w stacjach elektroenergetycznych, szczególnie w układach zespolonych instalacji uziemiających z metalowymi słupami i przewodami odgromowymi. 2. Propozycje wartości współczynników redukcyjnych (r) do określania wartości prądu uziomowego uzupełniają lukę w praktyce badań oporów uziemienia i zagrożenia porażeniowego w stacjach 110 kv i powyżej. LITRTUR [1] Markiewicz H. Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. WNT, Warszawa [2] PN :2003. Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kv. [3] Skliński R.: Oddziaływanie redukcyjne naturalnych uziomów linii elektroenergetycznych. lektrosystemy, Nr 4, [4] Skliński R.: Badania uziomów długich w układach WN z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym. Mechanizacja i utomatyzacja Górnictwa, Nr 7, [5] Skliński R.: Zagrożenia porażeniowe powodowane praca stacji elektroenergetycznych w aglomeracjach miejskich. Rozprawa habilitacyjna. Rozprawy Naukowe. Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, utor: dr hab. inż. Ryszard Skliński - prof. w Politechnice Białostockiej, Politechnika Białostocka, Katedra lektroenergetyki, ul. Wiejska 45D, Białystok; -mail: sklinski@pb.edu.pl. Mało przydatne do celów praktyki. 118 PRZGLĄD LKTROTCHNICZNY, ISSN , R. 83 NR 2/2007