طراحی سیستم ارتینگ در پستهای برق

در هر پست برق طراحی یک سیستم ارتینگ قدرت مناسب بسیار مهم و حیاتی می باشد. سیستم گراندینگ به دلیل ارتباط مستقیم با ایمنی کارکنان پست بایستی بسیار ایمن و مطمئن طراحی شود. مقاومت گراندینگ، مقاومت شبکه، افزایش پتانسیل شبکه، معیارهای ولتاژ لمس و گام برای ایمنی، بیشینه جریان شبکه، کمینه اندازه هادی، اندازه الکترود، بیشینه سطح جریان خطا و مقاومت مخصوص خاک، همه کمیتهای اساسی برای طراحی سیستم شبکه ارت ایمن می باشند.
طراحی یک سیستم گراند به منظور پایداری سیستم قدرت الکتریکی، بسیار مهم است. یک عملکرد نادرست در سیستم گراند می تواند موجب خاموشی شود در ادامه خاموشی منجر به تلفات خواهد شد که برای شرکت های تولید کننده برق، بازرگانان، و در نهایت برای کاربران انتهایی یک بحران به شمار می آید.

یک سیستم گراندینگ دارای دو وظیفه اصلی زیر می باشد.

  • قابلیت حمل جریان الکتریکی به زمین، تحت شرایط نرمال و خطا بدون تجاوز از حدود عملیاتی و تجهیزات یا تاثیر منفی بر روی کار پیوسته شبکه، می باشد.

                                        شبکه ارتینگ قدرت

  • سیستم گراندینگ به چه صورتی از اینکه شخص در نزدیکی تاسیسات گراند شده، در معرض خطر شوک الکتریکی(برق گرفتگی) قرار نداشته باشند.

                ولتاژ گام در سیستم ارت قدرتولتاژ گام در سیستم ارتینگ قدرت

مقاومت مخصوص خاک، عاملی اساسیست که بر روی طراحی شبکه  ارتینگ پستها تاثیر می گذارد. بنابراین، جهت بدست آوردن نتایج طراحی دقیق، تحقیقات و آنالیز های اساسی بر روی مقاومت مخصوص انجام  می شود. خاکی که سیستم گراندینگ در آن نصب می شود، غالبا غیریکنواخت است. معمولا خطاهای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک که در طراحی ها متداول است و همچنین مساحت ناهمگون و نامنظم هندسی شبکه و چندین عامل و داده دیگر بر روی عملکرد سیستمهای گراندینگ تاثیر می گذارند. تاثیرات فصلی نیز بر روی لایه یخ زده خاک و نیز بارهای خارجی بر روی طراحی شبکه گراندینگ تاثیر گذار هستند.

روش ارایه شده برای گراندینگ پست مطابق با استاندارد IEEE Std 80-2000 می باشد.

طراحی سیستم ارتینگ  برای پستهای فشار قوی

طراحی سیستم گرندینگ برای یک پست، بسیار پیچیده می باشد و دلیل آن تعداد پدیده های درگیر در طراحی یک سیستم است که تعدادی از این عوامل را در بخش فوق ذکر کردیم.

علاوه بر موارد فوق یکی دیگر از موارد این حقیقت است که صاعقه( آذرخش)  بر روی مقاومت مخصوص محلی خاک مورد نظر تاثیر می گذارد. هنگامی که صاعقه رخ می دهد، پدیده های غیرخطی در خاک ظاهر می شوند.  با این وجود، این تنها اختلاف در فرکانسهای پایین نیست.

                                      انواع ولتاژ در سیستم ارتینگ قدرت و پستهای فشار قوی

در واقع، پاسخ فرکانس بالای هم بدن انسان و هم شبکه گراندینگ، به ازای حالتهای گذرای سریع و فرکانس توان، یکسان نیستند. سیستم  گراندینگ یک پست باید از عملکرد ایمن و قابل اطمینان سیستمهای قدرت و نیز از امنیت جان انسان در شرایط خطای زمین در سیستم برق، اطمینان حاصل کند. به دلیل تفاوت در مشخصه های خاک در هر پست، طراحی شبکه زمین باید به دقت انجام شود تا امنیت قابل قبول و نیز سرمایه گذاری بهینه ای بدست آید.

طراحی شبکه زمین بدون میله ارت یا با این میله ها انجام می شود. میله های زمین عمودی(Rod)، جریان شبکه را در عمق مناسبی از زمین، تخلیه می کنند.  به همین دلیل بطور موثر مقاومت سیستم ارت را کاهش می دهند.  همچنین، با افزایش تعداد میله های ارت، طول کل هادیهای فرو رفته در زمین افزایش می یابد و از این رو ولتاژهای تماس و گام کاهش می یابند

به ازای طول یکسان کل هادیهای نصب شده، میله های عمودی مقرون بصرفه تر از هادیهای شبکه افقی میباشند؛ زیرا در لایه های پایین تری از خاک در عمق زمین نفوذ می کنند که بطور کلی دارای مقاومت مخصوص پایین تری است در شرایط یکسان، الکترودهای عمودی فرو رفته در زمین، کار آمدتر از شبکه های ارت متشکل از هادیهای افقی می باشد. این ویژگی در صورتی که خاک یکنواخت باشد نیز صدق می کند.

هنگامی که مقاومت مخصوص لایه هایی پایین زیاد باشد، هادیهای افقی کارآمدتر عمل می کنند. چون ولتاژهای لمس را به شدت کاهش می دهند. مساحتی که توسط شبکه گراندینگ اشغال شده است، اثر شدیدی بر روی ولتاژ گام و نیز ولتاژ مش دارد. با افزایش مساحت،پتانسیلهای لمس، گام و مش به شدت کاهش می یابند. مساحت سهم زیادی در کاهش مقاومت شبکه دارد.

 

طراحی سیستم گراند پستهای برق کوچک

با توجه به محدودیت در برخی سطوح پست‌ های فشار قوی  GISدر مناطق متراکم شهری، ابعاد  یک شبکه زمین نمی‌تواند از حد خاص متجاوز شود به همین دلیل با توجه به بالا بودن جریان اتصال کوتاه و همچنین با توجه به اینکه افزایش تعداد میله ‌های زمین (Rod) از یک تعداد بخصوصی نمی‌تواند کاهش قابل ملاحظه‌ای در ولتاژهای تماس و گام ایجاد کند، با بهره گیری از روشهای معمول طراحی پست امکان دستیابی به یک طرح ایمن و قابل اجرا در این پستها به حداقل می رسد. استانداردهای موجود نیز در این موارد هیچ راه و روش تحلیلی خاصی در اختیار طراحان قرار نمی‌دهند.

یکی از روشهای مناسب در این حالت طراحی شبکه زمین در دو عمق متفاوت است که محاسبات در این نوع طراحی (نصب دو شبکه زمین در عمقهای متفاوت) نیاز به یک روش تحلیلی مبتنی بر معادلات الکترومغناطیسی داشته که استانداردهای ارایه شده نمی‌توانند پاسخگوی این مشکل باشند.

                                 سیستم ارتینگ در پست های فشار قوی به همراه استاندارد های مربوطه