1tom290

10. TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ

10.5. Uziemienia w urządzeniach wysokiego napięcia

10.5.1.    Zadania i wymagania stawiane uziemieniom

Uziemienie jest celowo wykonanym połączeniem elektrycznym urządzenia lub jego części z ziemią. Wyróżnia się następujące rodzaje uziemień:

—    uziemienie robocze, dotyczące określonego punktu obwodu elektrycznego, stosowane w celu zapewnienia prawidłowej i bezpiecznej pracy urządzeń oraz skutecznego działania dodatkowych środków ochrony;

—    uziemienie ochronne, dotyczące części nie będących w normalnym stanie pod napięciem, stosowane w celu niedopuszczenia do wzrostu na nich napięcia do wartości zagrażającej porażeniem ludzi i zwierząt;

—    uziemienie odgromowe, dotyczące ochronników i urządzeń piorunochronnych, stosowane w celu bezpiecznego odprowadzenia prądu piorunowego do ziemi;

—    uziemienie pomocnicze, dotyczące innych (niż. wyżej wymienione) przypadków, stosowane w celu przeprowadzenia pomiaru lub wyrównania potencjału urządzeń i ziemi. Realizacja podanych celów wymaga redukcji uziemieniowych spadków' napięcia

i wyrównywania rozkładu potencjałów na powierzchni ziemi. Aby to było możliwe, konieczne jest zmniejszenie rezystancji uziemienia do dopuszczalnej wartości w określonych sytuacjach i odpowiednie rozwiązanie przestrzennego układu uziomów. Wartość rezystancji uziemienia R. w układach elektroenergetycznych powinna spełnić warunek

R_:^~-    (10.110)

gdzie: U_z — dopuszczalna w danym miejscu wartość napięcia na uziemieniu (zwykle 65 V lub 130 V); /, — możliwa do wystąpienia w uziomie obliczeniowa w-artość prądu.

W licznych przypadkach maksymalna wartość rezystancji jest z góry określona. Dotyczy to w szczególności uziemień odgromowych przeznaczonych zarówno do ochrony obiektów budowlanych (tabl. 10.26), jak elektroenergetycznych (p. 10.4.3).

10.5.2.    Struktura i właściwości uziemień

Uziemienie składa się z przewodów uziemiających, zacisków rozłącznych lub nierozłącznych i uziomów. Uziomy wchodzą w bezpośredni kontakt z gruntem i stanowią zasadniczą część uziemienia. Wyróżnia się:

—    uziomy naturalne, umieszczane w gruncie w innym celu niż. uziemienie, do których należą: rurociągi, zbrojone fundamenty (zwane uziomami fundamentowymi) itp.;

—    uziomy sztuczne, umieszczane w gruncie wyłącznic w celu uziemienia, do których należą: pojedyncze (poziome lub pionowe) pręty, rury, płyty i taśmy oraz złożone z nich układy.

Rozpływ prądu wokół uziomu wywołuje na rezystancji gruntu uziemieniowy spadek napięcia. Spadek napięcia między uziomem a punktem na powierzchni ziemi poza strefą wpływu prądów uziomowych — zwanej ziemią odniesienia —jest napięciem uziemienia lt-(rys. 10.66b). Rezystancja gruntu, na której występuje napięcie uziemienia jest nazywana rezystancją uziemienia R_z i powstaje w proporcjonalnej zależności z rezystancją właściwą gruntu (rezystywnością) wyrażoną w fi • m.

Spadek napięcia na odcinku o długości 1 m na powierzchni ziemi (odpowiadającym długości kroku) jest nazywany napięciem krokowym U_k. Gdy jeden z końców takiego odcinka sięga części przewodzącej, połączonej z uziomem, to spadek napięcia na tym odcinku jest nazywany napięciem dotykowym U _d (rys. 10.66). Napięcie to może obejmować obok składowej U_dR rezystancyjnej również składową U_dL indukcyjną na odcinku między punktem dotyku i uziomem lub powierzchnią ziemi. Z drugiej strony napięcie dotykowo U_d jest równe sumie napięcia rażeniowego U_dr (spadku napięcia na rezystancji ciała człowieka) i spadku napięcia na rezystancji podłoża U_dp. Podobnie napięcie krokowe Ot jest równe sumie napięcia rażeniowego U_kr i spadku napięcia na rezystancji podłoża

10.5. UZIEMIENIA W URZĄDZENIACH WYSOKIEGO NAPIĘCIA

583

Rys. 10.66. Szkic do określania spadków napięcia: a) układ b) rozkład napięcia

Na podstawie danych z rys. 10.66 i powyższych określeń oraz przy założeniu upraszczającym, że największa stromość narastania prądu przepływającego przez uziom występuje prawie równocześnie z jego wartością szczytową, można napisać zależności

vd = vdL+udR = udr+udp	(10.111)
Vk = vkr+ukp	(10.112)
^12 — U3i + U2i Występujące w nich wielkości wyrażają się wzorami	(10.113)
	(10.114)
^l-^=L2(£L	(10.115)
Udr = = <*d RJ,	(10.116)
u\ = ockUs = akRzlz	(10.117)
^34 ^= a34 U. = !(34R./.	(10.118)
gdzie: ad, cck — współczynniki odpowiednio dotykowy i krokowy; a34 — stosunek spadku ^ :i4do U,; Lx i L2 —indukcyjności odcinków odpowiednio 0-4 i 2-4 przewodu z prądem

Wartości podanych współczynników zależą od parametrów konkretnego układu i podlegają indywidualnej ocenie. Ogólnie szacuje się, iż dla uziomów pojedynczych a_d zawiera się w granicach 0,45-^0,75, a a* — w granicach 0,1 4-0,3.