NACIN UZEMLJENJA DISTRIBUTIVNIH TS 10(20)/0,4

5. NAČIN UZEMLJENJA DISTRIBUTIVNIH TS 20(10)/0.4 kV

Distributivne mreže 20 (10) kV u BiH danas se uglavnom napajaju iz TS 35/20(10) kV, a manjim dijelom iz TS 110/20(10) kV. U budućnosti, zbog prelaska na jedinstveni srednji napon 20 kV treba očekivati sve veći broj TS 110/20 kV. Kod uzemljenja neutralne tačke mreže 35 kV postoji dosta iskustva i prakse i obično nema većih problema. Uzemljenje neutralne tačke 20(10) kV mreže je znatno složenije obzirom na strožije propise u pogledu opasnih napona dodira. Uzemljivači TS 20(10)/0,4 kV mogu predstavljati glavni ograničavajući faktor prilikom uzemljenja neutralne tačke 20 (10) kV mreže. Mreža 20(10) kV u BiH radi uglavnom u režimu izolirane neutralne tačke. Ovakav se sistem ne mijenja bitno i pored činjenice da su dostignute vrijednosti kapacitivnih struja, prema kojima se već trebalo preći na uzemljenje neutralne tačke. Zbog prelaska na jedinstveni distributivni napon 20 kV biće nužno postojeću srednjenaponsku mrežu uzemljiti, zbog ograničenja unutrašnjih prenapona. Realno je očekivati da će, u budućnosti, dosta mreža biti u pogonu s neutralnom tačkom uzemljenom preko niskoomske impedanse. Zbog velikoga broja TS 20(10)/0,4 kV u elektrodistributivnoj mreži stalno je prisutna težnja za što većom tipizacijom elemenata ovakvih stanica. Veoma značajan element TS je svakako i uzemljivač. Zbog toga je potrebno tipizirati uzemljivače TS 20(10)/0,4 kV, te za tipske uzemljivače dati njihove parametre u sistemu uzemljenja. Težište tipizacije bi trebao biti uzemljivač TS 20(10)/0,4 kV koja se priključuje na nadzemnu mrežu, jer su uvjeti uzemljenja mnogo teži, nego kod kabelskih TS. Poznato je (i dokazano mjerenjima) da su impedanse uzemljenja kabelskih TS, u pravilu, relativno niske, te obično nema većih problema kod uzemljenja ovih mreža. Razlog je u tome što uzemljivači kabelskih TS predstavljaju samo dio ukupnog sistema uzemljenja, pa prema tome, nemaju dominantnu ulogu. Specifičnost TS 20(10)/0,4 kV je u tome što je niskonaponska mreža u pravilu direktno spojena s radnim uzemljenjem. Radno uzemljenje dimenzionira se s obzirom na uvjete rada u niskonaponskoj mreži i mogući proboj između visokonaponskog i niskonaponskog namotaja transformatora. U TN sistemima tačka uzemljenja sistema i svi vodljivi dijelovi kućišta električnih uređaja su, preko neutralnog vodiča, međusobno galvanski povezani. U slučaju kvara u mreži 20(10) kV potencijal uzemljivača može se prenijeti direktno u niskonaponsku mrežu, ako su radno i zaštitno uzemljenje spojeni, to jest ako je izvedeno združeno uzemljenje. U tom slučaju, moraju se poduzeti posebne mjere da se ne dozvoli pojava opasnih napona dodira u niskonaponskoj mreži. U nekim slučajevima biće potrebno razdvajanje radnoga i zaštitnoga uzemljenja, što nije uvijek moguće izvesti. Uzemljivači zaštitnog uzemljenja TS 20(10)/0,4 kV obično se izvode kao površinski u obliku jedne ili više pravougaonih kontura ili okruglih prstenova ukopanih na različitim dubinama, uz dodatak vertikalnih elemenata (štapova) i eventualno uzemljivačkih traka. Uzemljivač radnoga uzemljenja uglavnom se izvodi pomoću tri vertikalna štapa koji se međusobno povezuju bakarnim užetom. Kod TS, koje su udaljene od napojne tačke, struja jednopolnog kratkog spoja je nešto manja, pa su zato i maksimalni specifični otpori tla povoljniji u odnosu na rezultate iz

tabele. I uz uvažavanje ove činjenice može se zaključiti da će postizanje zadovoljavajućih vrijednosti impedanse uzemljivača biti moguće samo na terenima gdje je ρ ≤ 250(Ωm).

1- kontura za oblikovanje potencijala 2- vanjska kontura 3- vertikalni uzemljivači 4- radno uzemljenje 5- kabel PP00 1 x 50 (mm2 )1 kV

Slika 5.1. Tipski uzemljivač zaštitnog i radnog uzemljenja Tipski uzemljivač zaštitnoga i radnoga uzemljenja, koji se koristi u elektrodistributivnoj praksi BiH prikazan je na slici 5.1. Uzemljivač zaštitnoga uzemljenja izvodi se pomoću dvije konture s vertikalnim uzemljivačima u tjemenima vanjske konture. Prva se kontura postavlja na udaljenosti 1 (m) od TS i na dubinu od 0,5 (m). Druga (vanjska) kontura se postavlja najmanje na 1 (m) od prve konture i to na dubinu od 0,8 (m). Kako bi se izbjegla upotreba raznih aproksimativnih izraza za proračun uzemljivača, koji u određenim uvjetima mogu biti neprecizni, a s druge strane, da se omogući racionalnija izvedba uzemljivača, korisno bi bilo dati dijagram ovisnosti otpornosti rasprostiranja najčešće korištenih uzemljivača od geometrije uzemljivača. Time bi se omogućio korektan proračun uzemljivača i projektantima kojima to nije uža specijalnost i koji ne raspolažu računarskom podrškom. Naravno, za precizan proračun uzemljivača neophodna je računarska podrška. Na slici 5.2. data je vrijednost koeficijenta rasprostiranja uzemljivača k u ovisnosti o razmaku između vertikalnih uzemljivača. Dužina vertikalnih uzemljivača je 3 (m). Rastojanje između kontura je 1 (m). Otpor rasprostiranja uzemljivača računa se prema jednačini RE = k⋅ρ. Na vrijednost otpora rasprostiranja dominantni utjecaj imaju dimenzije vanjske konture, dok unutrašnja kontura ima prvenstveno ulogu oblikovanja potencijala oko TS. Vrijednosti otpora uzemljivača, ako se koristi samo jedna kontura, veći su za 5% u odnosu na vrijednosti dobivene iz dijagrama. U pojedinim slučajevima neće biti moguće instalirati vertikalne uzemljivače, na primjer zbog vrste tla (kamen i sl.) ili zbog mogućnosti oštećenja podzemnih instalacija. U tom slučaju otpornost uzemljivača bi trebalo povećati za cca 25% u odnosu na vrijednosti dobivene pomoću dijagrama, odnosno da bi se dobila tražena otpornost uzemljenja treba povećati dimenzije vanjske konture za 25% u odnosu na dimenzije dobijene prema dijagramu.

k( Ω / Ω m)

0,10 0,09 0,08 0,07

b b

0,06 0,05

a

b b

S

0,04

a 0,03 0,02 3

a 4

5

6

7 8 9 10 11 rastojanje između sondi (m)

Slika 5.2. Koeficijent rasprostiranja uzemljivača u ovisnosti o geometriji sistema. Primjena navedenoga dijagrama može se demonstrirati na slijedećem primjeru. Za odredjivanje dimenzija dvokonturnog uzemljivača s vertikalnim sondama kako bi se postigao otpor rasprostiranja uzemljivača zaštitnoga uzemljenja od RE = 3 (Ω), i ako je ρ = 50 (Ωm), prema naprijed navedenim podatcima, nije teško izračunati vrijednost koeficijenta k: 3 R = 0,06 (m −1 ) k= E = ρ 50 Sa dijagrama na slici 5.2. dobije se vrijednost stranice kvadratnog uzemljivača a = 5 (m). Dakle, uzemljivač ima vanjsku konturu dimenzija (5 x 5) (m) i unutarnju konturu dimenzija (3 x 3) m. Ako bi se, zbog ograničenog prostora, zahtjevalo da uzemljivač ima pravougaoni oblik dimenzija b x c, čija je stranica b maksimalno 4 (m) vrijednost druge stranice dobije se iz jednakosti 2b + 2c = 4a ⇒ c = 2a − b ⇒ c = 6 (m) . Odnosno dimenzije vanjske konture bi bile 4 x 6 (m). Ako bi se uzemljivač morao izvesti bez vertikalnih sondi i kako bi se postigla tražena otpornost uzemljivača potrebno je stranicu a povećati za 25%, odnosno, u tom slučaju, bi vanjska kontura bila dimenzija 6,25 x 6,25 (m). 5.1. NAČINI UZEMLJENJA DISTRIBUTIVNIH TS 20(10)/O.4 kV PRIKLJUČENIH NA KABELSKU SN MREŽU

Uzemljenje kabelskih DTS izvodi se tako da se zadovolje uvjeti zaštite od napona dodira za rad u srednjenaponskoj mreži čija ja neutralna tačka uzemljena preko niskoomske impedanse, s ograničenjem struje zemljospoja na najviše 300 (A).

U kabelskoj DTS izvodi se združeno uzemljenje, tako što se izvede uzemljivač zaštitnoga uzemljenja i na njega neposredno priključi neutralni vodič NN mreže. Na zaštitno uzemljenje DTS, koje ima ulogu združenog uzemljenja, vezuju se još: kućište energetskog transformatora, metalni plaštevi, električne zaštite i armature kabela, sekundarna strujna kola mjernih transformatora, odvodnici prenapona, kao i svi ostali metalni dijelovi opreme i aparata koji ne pripadaju strujnim kolima. Na ovaj način vrši se izvjednačenje potencijala unutar DTS, pa sa stanovišta ispunjenja uvjeta zaštite od napona dodira nije potrebno postavljanje izolacionih tepiha.

Slika 5.3. Temeljni uzemljivač zgrade kao uzemljivač TS

Slika 5.4. Izvođenje posebnog uzemljivača za TS u zgradi

Legenda: 1.temeljni uzemljivač objekta (zgrade ) 2.uzemljivač TS,bakarno uže 3.vertikalni uzemljivač 4.ispitna spojnica 5.izjednačenje potencijala u TS 6.glavni priključak(sabirnica) za uzemljenje 7.sabirnica neutralnog vodiča 8.energetski transformator 9.NN tabla 10.blok VN 11.kabel s provodnim plaštom

Slika 5.5. Kabel NPO 13 kao uzemljivač TS

Združeno uzemljenje kabelske DTS, koje se postavlja u okviru nekoga objekta (zgrade), izvodi se na slijedeći način: -

-

ako objekt (zgrada) ima svoj temeljni uzemljivač, tada se temeljni uzemljivač koristi i kao uzemljivač DTS i ne izvodi se nikakav drugi uzemljivač. ako objekt (zgrada) nema svoj temeljni uzemljivač, tada za DTS treba da se izvede poseban uzemljivač na raspoloživom mjestu izvan objekta (zgrade), na primjer pomoću tri vertikalna uzemljivača koji su međusobno povezani bakarnim kabelom. ako objekt (zgrada) nema svoj temeljni uzemljivač, a izvođenje posebnog uzemljivača prema prethodnoj tački, bilo bi komplicirano i skupo (na primjer: u centru grada), kabelska DTS može biti bez posebnog uzemljivača pod uvjetom da radi u razgranatoj kabelskoj mreži 10 (kV), tako da je priključenje na tu mrežu izvedeno najmanje sa dva kabela s provodnim plaštom (IRO 13-A, IRNo 13, itd.) dužine preko 300 (m) svaki (mjerodavna je dužina metalnog plašta, bez obzira da li je kabel pod naponom), kao i da je neutralni vodič NN mreže ove DTS povezan s neutralnim vodičem susjedne DTS.

U temelj DTS polaže se prva kontura (prsten) - temeljni uzemljivač TS. Armiranobetonska konstrukcija DTS može se koristiti kao temeljni uzemljivač pod uvjetom da čelična armatura u temelju ima direktan kontakt (preko betona) s tlom. Na rastojanju od najmanje 1 (m) i na dubini od 0,8 (m) postavlja se drugi (vanjski) prsten uzemljivača, sa vertikalnim uzemljivačima u tjemenima. Vanjski prsten se povezuje s temeljnim uzemljivačem direktno (slika 5.6.) ili preko glavnog priključka (sabirnice) za uzemljenje.

Ako se DTS nalazi na području razgranate mreže, 10 (kV) , izvedene kabelima s provodnim plaštom (NPO 13-A, IPHO 13, itd.), vertikalni uzemljivači se izostavljaju. Vertikalni uzemljivači u tjemenima vanjske konture mogu se izostaviti i iz drugih razloga, kao: zbog kamenitog tla, zbog rizika od oštećenja podzemnih instalacija itd. i tada treba računati s povećanjem otpornosti rasprostiranja uzemljivača za oko 25%. Prije aktiviranja, a tijekom eksploatacije najmanje jedanput u 10 godina, mora da se izmjeri ukupna otpornost združenog uzemljenja (Zzdr) kabelske DTS. Uvjeti zaštite od napona dodira biće ispunjeni u DTS i izvan DTS, u NN mreži i instalacijama potrošača, pa nije potrebno mjerenje napona dodira i koraka, ako je ispunjen predhodno definirani uvjet. Združeno uzemljenje kabelske DTS koja se gradi kao poseban slobodnostojeći objekt izvodi se na slijedeći način (slika 5.6.):

1 -temeljni uzemljivač TS; 2 -vanjska kontura, bakarno uže; 3 -vertikalni uzemljivači ; 4 -ispitna spojnica; 5- izjednačenje potencijala u TS; 6 -glavni priključak (sabirnica za uzemljenje); 7 -sabirnica neutralnog vodiča; 8 -energetski transformator; 9 -NN tabla; 10 -blok VN Slika. 5.6. Uzemljenje slobodnostojeće kabelske DTS Obzirom na uvjete rada mreže 10 (kV), sačinilac k ima vrijednost: k = 2, pa se mjerenjem mora dobiti: -Rzdr ≤ 2( Ω), pod uvjetom da je DTS povezana srednje naponskim kabelom sa provodnim plaštom tipa NPO 13-A, IPHO 13, itd. za TS X/10 (kV) (redukcioni faktor kabela je oko 0,25); -Rzdr ≤ 1 (Ω), pod uvjetom da je DTS povezana srednje naponskim kabelom sa neprovodnim plaštom tipa XHP 48-A, XHE 49, itd. za TS X/10 (kV) (redukcioni faktor kabela je oko 0,5); -Rzdr ≤ 0,5( Ω), pod uvjetom da je DTS povezana srednje naponskim kabelom sa neprovodnim plaštom tipa PP 41 i sl. za TS X/10 (kV) (redukcioni faktor kabela je oko 1).

Napomena: kabeli tipa PP 41 i sl. ne odgovaraju važećim standardima, jer nemaju električnu zaštitu i ekran izolacije, ali su ranije korišteni i nalaze se u eksploataciji. Dosadašnje iskustvo, obavljena mjerenja i proračuni pokazali su da se prvi uvjet može zadovolji u svim pogonskim situacijama. Treba ići na smanjenje vremena trajanja zemljospoja, t , na sabirnicama 10 (kV) na vrijednosti ispod 1(s). Za prosječne uvjete rada u distributivnoj mreži, ne preporučuje se dimenzioniranje uzemljenja kabelske DTS s vremenima ispod 0,5 (s), što odgovara dvostrukim vrijednostima otpornosti uzemljenja iz prethodnih tačaka. 5.2. NAČINI UZEMLJENJA DISTRIBUTIVNIH TS 20(10)/0.4 kV PRIKLJUČENIH NA NADZEMNU SN MREŽU

U ovom dijelu će biti objašnjen način izvođenja uzemljenja u distributinoj TS 20(10)/0,4 (kV) koja je direktno ili preko kabelskog voda priključena na nadzemnu srednjenaponsku mrežu. Ovdje spadaju stupne TS i slobodnostojeće DTS. Srednje naponski vod izveden SKS-om tipa XHE 48/O-A može sa stanovišta uzemljenja da se tretira isto kao odgovarajući tip podzemnog kabela (redukcioni faktor, utjecaj uzemljivača susjednih TS, itd.), ako su ispunjeni slijedeći uvjeti: -

da je duž čitavoga kabelskog voda osigurana pouzdana galvanska veza električnih zaštita susjednih dionica na kabelskim spojnicama, završnicama i u TS; da je električna zaštita prve dionice voda galvanski vezana na uzemljivač izvorne TS.

Kada se uzemljivači radnoga i zaštitnoga uzemljenja stupne ili prigradske slobodnostojeće DTS izvode posebno, moraju biti na međusobnom rastojanju od najmanje 20 (m). Ako postoje uvjeti za združeno uzemljenje, u DTS se galvanski povezuju neutralni provodnik NN mreže i glavni priključak (sabirnica) zaštitnog uzemljenja. Radno i zaštitno uzemljenje su efikasno razdvojeni, u smislu važećih propisa, ako se na jednom uzemljenju ne može da pojavi potencijal viši od 40% potencijala drugog uzemljenja, pri čemu na uzemljivaču zaštitnog uzemljenja ne smije da se pojavi napon viši od 1200 (V). Uzemljivač zaštitnog uzemljenja prigradske slobodnostojeće DTS izvodi se kao na slici 5.7. U temelj DTS polaže se prva kontura (prsten) - temeljni uzemljivač DTS. Armiranobetonska konstrukcija DTS može se koristiti kao temeljni uzemljivač pod uvjetom da čelična armatura u temelju ima direktan kontakt (preko betona) sa tlom. Na rastojanje 1 (m) od zida i na dubinu od 0,5 (m) postavlja se kontura za oblikovanje potencijala oko TS (drugi prsten uzemljivača), koja se povezuje sa temeljnim uzemljivačem direktno ili preko glavnog priključka (sabirnice) za uzemljenje u TS. Umjesto vanjske konture uzemljivača, u ovisnosti od lokalnih uvjeta (raspoloživ prostor,

vrsta tla, prisustvo podzemnih instalacija i sl.), mogu se primjeniti i druga rješenja koja daju isti efekat (razdvajanje radnog i zaštitnog uzemljenja). Na zaštitno uzemljenje DTS vežu se: kućište energetskog transformatora, metalni plaštovi, električne zaštite i armature kabela, sekundarna strujna kola mjernih transformatora, odvodnici prenapona, kao i svi ostali metalni dijelovi opreme i aparata koji ne pripadaju strujnim kolima. Na ovaj način, vrši se izjednačavanje potencijala unutar DTS i oblikovanje potencijala oko DTS, pa sa stanovišta ispunjenja uvjeta sigurnosti od napona dodira nije potrebno postavljanje izolacionih tepiha unutar DTS, niti asfaltiranje tla oko DTS. Uzemljivač zaštitnog uzemljenja stubne DTS izvodi se pomoću dvije konture (prstena), s vertikalnim uzemljivačima u tjemenima vanjske konture (slika. 5.7.). Prva se kontura postavlja na daljinu 1 (m) od stupa i na dubinu od 0,5 (m). Druga (vanjska) kontura se postavlja najmanje na 1 (m) od prve konture i na dubinu od 0,8 (m). Obje se konture međusobno povezuju najmanje na dva mjesta. Napomena: Ako DTS radi isključivo u izoliranoj mreži 10 (kV) ne izvodi se uzemljivač radnog uzemljenja i kontura za oblikovanje potencijala 1 -temeljni uzemljivač TS; 2 -vanjska kontura, bakarno uže; 3- vertikalni uzemljivači; 4- ispitna spojnica; 5 -kontura za oblikovanje potencijala, bakarno uže; 6 -glavni priključak (sabirnica) za uzemljenje; 7 -sabirnica neutralnog Vodiča 8- energetski transformator; 9- NN tabla; 10 -blok VN; 11 -izjednačenje potencijala 12- kabel PP00 1x50 mm2,1kV; 13- uzemljivač radnoga uzemljenja, bakarno uže

Slika 5.7. Uzemljenje slobodnostojeće DTS priključene na nadzemnu mrežu Principijelna električna shema distributivne TS , uključivo sve elemente, data je na slici 5.8.

Slika 5.8. Jednopolna shema stupne TS 20(10)/0.4 kV