В электротехнике повышение потенциала земли ( EPR ) , также называемое повышением потенциала земли ( GPR ), происходит, когда большой ток течет на землю через сопротивление заземляющей сети . Потенциал относительно удаленной точки на Земле является самым высоким в точке, где ток попадает в землю, и снижается по мере удаления от источника. Повышение потенциала земли является проблемой при проектировании электрических подстанций , поскольку высокий потенциал может представлять опасность для людей или оборудования.
Изменение напряжения на расстоянии (градиент потенциала) может быть настолько большим, что человек может получить травму из-за напряжения, возникающего между двумя ногами или между землей, на которой стоит человек, и металлическим предметом. Любой проводящий объект, подключенный к заземлению подстанции, например, телефонные провода, рельсы, заборы или металлические трубы, также может находиться под напряжением потенциала земли на подстанции. Этот передаваемый потенциал представляет опасность для людей и оборудования за пределами подстанции.
Повышение потенциала земли (EPR) вызвано электрическими повреждениями, возникающими на электрических подстанциях, электростанциях или линиях электропередачи высокого напряжения. Ток короткого замыкания протекает через конструкцию и оборудование установки и попадает в заземляющий электрод. [1] Сопротивление Земли не равно нулю, поэтому ток, подаваемый в землю через заземляющий электрод, вызывает повышение потенциала по отношению к удаленной контрольной точке. Результирующее повышение потенциала может привести к возникновению опасного напряжения на расстоянии многих сотен метров от фактического места повреждения. Уровень опасности определяется многими факторами, в том числе: имеющимся током повреждения, типом почвы, влажностью почвы, температурой, нижележащими слоями породы и временем устранения неисправности.
Повышение потенциала Земли является проблемой безопасности при координации энергетических и телекоммуникационных услуг. Событие EPR на таком объекте, как распределительная электроподстанция, может подвергнуть персонал, пользователей или сооружения воздействию опасного напряжения.
«Ступенчатое напряжение» — это напряжение между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом, находящимся под напряжением. Оно равно разнице напряжений, заданной кривой распределения напряжения, между двумя точками, находящимися на разных расстояниях от «электрода». Человек может подвергнуться риску получения травмы во время неисправности, просто стоя рядом с точкой заземления.
«Напряжение прикосновения» — это напряжение между объектом, находящимся под напряжением, и ногами человека, контактирующего с объектом. Оно равно разнице напряжений между объектом и точкой на некотором расстоянии. Напряжение прикосновения может быть почти полным напряжением на заземленном объекте, если этот объект заземлен в точке, удаленной от места, где человек соприкасается с ним. Например, кран, который был заземлен на нейтраль системы и контактировал с линией под напряжением, подвергнет любого человека, находящегося в контакте с краном или его неизолированной грузовой линией, воздействию напряжения прикосновения, почти равного полному напряжению короткого замыкания.
«Напряжение сети» — это коэффициент, рассчитываемый или измеряемый при установке сетки заземляющих проводников. Напряжение сети — это наибольшая разность потенциалов между металлическими объектами, подключенными к сети, и почвой внутри сети в наихудших условиях неисправности. Это важно, поскольку человек может находиться внутри сетки в точке с большим напряжением относительно самой сетки.
Инженерный анализ энергосистемы в условиях неисправности можно использовать для определения того, возникнут ли опасные скачки и напряжения прикосновения. Результат этого анализа может показать необходимость защитных мер и помочь в выборе соответствующих мер предосторожности.
Для защиты сотрудников от опасных градиентов потенциала земли можно использовать несколько методов, включая эквипотенциальные зоны, изолирующее оборудование и ограниченные рабочие зоны.
Создание эквипотенциальной зоны защитит находящегося в ней работника от опасных шагов и прикосновений. Такую зону можно создать за счет использования металлического мата, подключенного к заземленному объекту. Обычно этот металлический мат (или заземляющая сетка) соединяется с заглубленными заземляющими стержнями для увеличения контакта с землей и эффективного снижения сопротивления сети. [2] В некоторых случаях для выравнивания напряжения внутри сети можно использовать заземляющую сетку. Однако эквипотенциальные зоны не защитят сотрудников, которые полностью или частично находятся за пределами защищенной зоны. Соединение проводящих объектов в непосредственной рабочей зоне также можно использовать для минимизации напряжения между объектами, а также между каждым объектом и землей. (Однако в некоторых случаях прикрепление объекта за пределами рабочей зоны может увеличить напряжение прикосновения к этому объекту.)
Использование изолирующих средств индивидуальной защиты, таких как резиновые перчатки, может защитить сотрудников, работающих с заземленным оборудованием и проводниками, от опасного напряжения прикосновения. Изоляционное оборудование должно быть рассчитано на самое высокое напряжение, которое может быть приложено к заземленным объектам в условиях неисправности (а не на полное напряжение системы).
Рабочие могут быть защищены от опасного напряжения ступенек или прикосновения, запретив доступ к местам, где может возникнуть опасное напряжение, например, в пределах границ подстанции или в зонах возле опор электропередачи. Работникам, работающим с проводниками или оборудованием, подключенным к системе заземления, могут потребоваться защитные перчатки или другие меры для защиты от случайного включения проводников под напряжением.
На электрических подстанциях поверхность может быть покрыта высокоомным слоем щебня или асфальта. Поверхностный слой обеспечивает высокое сопротивление между ногами и заземляющей сеткой и является эффективным методом снижения опасности падения и прикосновения.
В принципе, потенциал заземляющей сетки V сетки можно рассчитать с помощью закона Ома , если известны ток короткого замыкания ( I f ) и сопротивление сети ( Z сетка ).
Хотя ток повреждения в системе распределения или передачи обычно можно точно рассчитать или оценить, расчет сопротивления заземляющей сети является более сложным. Трудности в расчетах возникают из-за протяженной и неправильной формы практических наземных решеток, а также разного удельного сопротивления грунта на разных глубинах.
В точках за пределами земной сети повышение потенциала уменьшается. Простейшим случаем потенциала на расстоянии является анализ ведомого стержневого электрода в однородной земле. Профиль напряжения определяется следующим уравнением.
Этот случай представляет собой упрощенную систему; Практические системы заземления более сложны, чем одиночный стержень, и почва будет иметь различное удельное сопротивление. Однако можно с уверенностью сказать, что сопротивление заземляющей сетки обратно пропорционально площади, которую она покрывает; это правило можно использовать для быстрой оценки степени сложности конкретного сайта. Программы, работающие на настольных персональных компьютерах, могут моделировать эффекты сопротивления заземления и производить подробные расчеты повышения потенциала земли, используя различные методы, включая метод конечных элементов .
Управление по охране труда США (OSHA) определило EPR как «известную опасность» и выпустило правила, регулирующие устранение этой опасности на рабочем месте. [3]
Оборудование защиты и изоляции изготовлено в соответствии с национальными и международными стандартами, описанными IEEE , национальными электротехническими нормами (UL/CSA), FCC и Telcordia.
Стандарт IEEE . 80-2000 — это стандарт, который регулирует расчет и снижение скачков напряжения и напряжений прикосновения до приемлемых уровней на электрических подстанциях.
Само по себе повышение потенциала земли не причиняет вреда оборудованию или человеку, подключенному к тому же потенциалу земли. Однако, когда проводник (например, металлическая телекоммуникационная линия), подключенный к удаленному потенциалу земли (например, центральный офис / телефонная станция), входит в зону, подлежащую георадару, конфликтующая разница потенциалов может создать значительные риски. Высокое напряжение может повредить оборудование и представлять опасность для персонала. Для защиты проводных цепей связи и управления на подстанциях необходимо применять защитные устройства. Изолирующие устройства предотвращают передачу потенциала в зону георадара или из нее. Это защищает оборудование и персонал, которые в противном случае могли бы подвергаться одновременному воздействию обоих потенциалов земли, а также предотвращает распространение высоких напряжений и токов в сторону центрального офиса телефонной компании или других пользователей, подключенных к той же сети. Цепи могут быть изолированы трансформаторами или непроводящими оптоволоконными муфтами. (Устройства для защиты от перенапряжений, такие как угольные блоки или заземляющие газотрубные шунты, не изолируют цепь, а отводят токи высокого напряжения от защищаемой цепи к местной земле. Этот тип защиты не защитит полностью от опасностей георадара, когда опасность от удаленного заземления в той же цепи.)
Телекоммуникационные стандарты определяют «зону влияния» вокруг подстанции, внутри которой оборудование и цепи должны быть защищены от воздействия повышения потенциала земли. В североамериканской практике зона влияния считается ограниченной «точкой 300 вольт», которая представляет собой точку на телекоммуникационной цепи, в которой георадар достигает 300 вольт по отношению к далекой Земле. [4] Точка 300 В, определяющая зону влияния вокруг подстанции, зависит от удельного сопротивления земли и величины тока повреждения . Он определит границу на определенном расстоянии от наземной сети подстанции. Каждая подстанция имеет свою собственную зону влияния, поскольку переменные, описанные выше, различны для каждого местоположения. [5]
В Великобритании любой объект, на который распространяется действие повышенного потенциала земли (ROEP), называется «горячим объектом». Зона влияния исторически измерялась как любое место в пределах 100 м от границы высоковольтного комплекса на горячей площадке. В зависимости от размера всего участка это может означать, что части более крупного участка не обязательно будут классифицировать как «горячие» или (наоборот) влияние небольших участков может распространяться на территории, находящиеся вне контроля землевладельца. С 2007 года для расчета горячей зоны разрешено использовать Рекомендацию S34 Ассоциации энергетических сетей (ENA) [6] («Руководство по оценке повышения потенциала заземления на площадках подстанций»). Теперь это определяется как маркировка контурной линии, где ROEP превышает 430 В для линий электропередачи нормальной надежности или 650 В для линий повышенной надежности. «Зона» простирается в радиусе от любых связанных металлических конструкций, таких как система заземляющих электродов или граничное ограждение. Это может эффективно уменьшить общий размер горячей зоны по сравнению с предыдущим определением. Однако зачищенные заземлители и любые неэффективно изолированные металлические оболочки/броня силовых кабелей, выходящие за пределы этой зоны, будут по-прежнему считаться «горячими» на расстоянии 100 м от границы, охватывая ширину в два метра. по обе стороны проводника. Ответственность за расчет горячей зоны лежит на владеющей электроэнергетической промышленности (ESI).
Openreach (компания группы BT, которой поручено установить и обслуживать значительную часть физической телефонной сети в Великобритании) ведет реестр горячих сайтов, который обновляется каждые 12 месяцев за счет добровольно предоставляемой информации от компаний ESI в Великобритании. Любой инженер Openreach, посещающий сайт, включенный в реестр, должен пройти обучение Hot-Site. Необходимо соблюдать определенные методы работы и соображения планирования, такие как отказ от использования бронированных телефонных кабелей, полная герметизация кабельных соединений для предотвращения доступа, размещение отдельных пар проводов за пределами оболочки кабеля и изоляция (за пределами горячей зоны). ) любая линия, над которой нужно работать. Предполагается, что на стороне, заказывающей первоначальную установку услуги, лежит ответственность за покрытие расходов на обеспечение каналов изоляции, устройств изоляции услуг и четко обозначенных коробов для прокладки кабелей, и все это должно быть частью процесса планирования.
В некоторых обстоятельствах (например, когда статус «холодного» объекта повышается до статуса «горячего») Зона влияния может охватывать жилую или коммерческую недвижимость, которая не находится в собственности электроэнергетической отрасли. В этих случаях стоимость обратной защиты каждой телефонной цепи может быть непомерно высокой, поэтому может быть поставлен дренажный электрод, чтобы эффективно вернуть местный потенциал земли на безопасный уровень.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )[1] Рабочий комитет ACIF CECRP/WC18, AS/ACIF S009:2006 Требования к установке клиентских кабелей (правила прокладки проводов) , Австралийский форум индустрии связи, Северный Сидней, Австралия (2006) ISBN 1-74000-354-3