ระบบสายดินในสถานีไฟฟ้าย่อยของอเมริกาเป็นอย่างไร?

ฉันใช้เวลาหลายปีในการจัดหาสถานีย่อยสไตล์อเมริกัน และหากมีหัวข้อใดหัวข้อหนึ่งที่ถูกประเมินต่ำเกินไปอย่างต่อเนื่อง แสดงว่ากำลังต่อสายดิน วิศวกรคุยกันเรื่องหม้อแปลงและสวิตช์เกียร์ทั้งวัน แต่เรื่องระบบกราวด์ล่ะ? นั่นคือส่วนที่คุณมองไม่เห็น จนกว่าจะมีบางอย่างผิดพลาด และเมื่อมันผิดพลาดมันก็ผิดพลาดมาก

เรามาพูดถึงสิ่งที่เกิดขึ้นจริงใต้กรวดในสถานีย่อยของอเมริกากันดีกว่า

การต่อลงดินทำอะไรได้จริง

ก่อนที่เราจะเจาะลึกส่วนประกอบต่างๆ เรามาทำความเข้าใจวัตถุประสงค์กันก่อน ระบบสายดินในสถานีย่อยไม่ได้เป็นเพียงการให้กระแสไฟฟ้าผิดพลาดเท่านั้น เป็นเรื่องเกี่ยวกับการควบคุมการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งไซต์ระหว่างเกิดข้อผิดพลาด เมื่อเกิดข้อผิดพลาดแบบ line-to-ground กระแสขนาดใหญ่จะไหลลงสู่พื้นโลก กระแสไฟฟ้านั้นสร้างความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดต่างๆ บนพื้นผิวพื้นดิน หากความแตกต่างเหล่านั้นสูงพอ คนที่ยืนอยู่ตรงนั้นอาจกลายเป็นส่วนหนึ่งของศักยภาพในวงจรและศักยภาพในการสัมผัสคือคำที่คุณจะได้ยิน

ระบบสายดินที่ออกแบบอย่างเหมาะสมจะทำให้การไล่ระดับสีเหล่านั้นต่ำกว่าเกณฑ์ที่เป็นอันตราย อย่างอื่นทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นการปกป้องอุปกรณ์ การกระจายฟ้าผ่า ถือเป็นเรื่องรองในการทำให้บุคลากรมีชีวิตรอด

ส่วนประกอบของระบบสายดิน

The Ground Grid-นี่คือกระดูกสันหลัง

ลืมเพียงแค่ "คันดิน" หัวใจสำคัญของระบบสายดินของสถานีย่อยในอเมริกาคือตารางกราวด์แบบฝัง มันฟังดูเหมือนกับ: ตาข่ายของตัวนำทองแดงเปลือย โดยทั่วไปคือ 4/0 AWG หรือใหญ่กว่า ฝังไว้ใต้พื้นผิวประมาณ 12 ถึง 18 นิ้ว ซึ่งครอบคลุมพื้นที่สถานีย่อยทั้งหมด

ตารางนี้ทำหน้าที่สองสิ่ง ประการแรก ให้เส้นทางความต้านทานต่ำสำหรับกระแสผิดที่แพร่กระจายลงสู่พื้นโลก ประการที่สองและนี่เป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากจะทำให้ศักยภาพทั่วทั้งไซต์เท่าเทียมกัน ทุกจุดบนกริดจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันในระหว่างเกิดฟอลต์ ซึ่งหมายความว่าการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่พื้นผิวจะถูกควบคุม

ตารางมีขนาดขึ้นอยู่กับขนาดและระยะเวลาของกระแสไฟฟ้าขัดข้อง ฟอลต์ 40 kA เป็นเวลา 30 รอบ ต้องมีหน้าตัดของตัวนำที่แน่นอน เล็กลงและทองแดงจะระเหยเป็นไอ ฉันได้เห็นผลพวงของสิ่งนั้นแล้ว มันไม่สวยเลย

แท่งกราวด์ - การเชื่อมต่อกับโลก

ตารางอย่างเดียวไม่พอ คุณต้องมีอิเล็กโทรดเพื่อเชื่อมโยงกริดนั้นกับดินโดยรอบ นั่นคือจุดที่เหล็กกราวด์มักจะเป็นเหล็กเคลือบทองแดง ซึ่งมีความยาว 8 ถึง 10 ฟุต ขับเคลื่อนเป็นระยะๆ ทั่วทั้งไซต์งานและยึดติดกับตะแกรง

ในดินที่มีความต้านทานสูง คุณอาจเห็นแท่งดินที่ลึกกว่า 40, 60 หรือ 100 ฟุต หรือแท่งที่ได้รับการปรับปรุงทางเคมีด้วยวัสดุทดแทนเพื่อลดความต้านทาน เป้าหมายคือการรวมความต้านทานของกริด-อิเล็กโทรดให้ต่ำพอที่จะจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นระหว่างเกิดข้อผิดพลาด เป้าหมายทั่วไปคือ 1 โอห์มหรือน้อยกว่า แม้ว่าสภาพดินในบางครั้งอาจทำให้เป็นไปไม่ได้ก็ตาม

ตัวนำสายดิน - ผูกมันเข้าด้วยกัน

อุปกรณ์ทุกชิ้นในถังหม้อแปลงของสถานีไฟฟ้าย่อย กล่องเบรกเกอร์ กรอบสวิตช์เกียร์ ประตูรั้ว แม้แต่ตำแหน่งที่เป็นกลางของสายส่งที่เข้ามา จะถูกเชื่อมโยงกลับมาที่โครงข่ายนี้ การเชื่อมต่อเหล่านี้ใช้การเชื่อมแบบคายความร้อน (Cadweld เป็นชื่อแบรนด์ที่คุณจะได้ยิน) หรือการย้ำแบบบีบอัดสูง การเชื่อมต่อแบบเกลียวจะสึกกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป การเชื่อมต่อแบบเชื่อมไม่ได้

หน้าที่ของระบบสายดิน

ระบบสายดินในสถานีย่อยของอเมริกาทำหน้าที่สำคัญหลายประการ:

ความปลอดภัยของบุคลากร - การควบคุมศักยภาพขั้นตอนและการสัมผัส

นี่คืองานหนึ่ง กริดได้รับการออกแบบโดยใช้ IEEE 80 "สมุดสีเขียว" ซึ่งมีสูตรสำหรับแรงดันไฟฟ้าขั้นตอนและการสัมผัสสูงสุดที่อนุญาต โดยพิจารณาจากระยะเวลาความผิดปกติและน้ำหนักตัว ระยะห่างของกริด ขนาดตัวนำ และความลึกทั้งหมดได้รับการคำนวณเพื่อให้แน่ใจว่าในระหว่างเกิดข้อผิดพลาด แรงดันไฟฟ้าระหว่างเท้าของบุคคล (ขั้น) หรือระหว่างมือและเท้า (สัมผัส) จะต่ำกว่าเกณฑ์อันตรายถึงชีวิต

การป้องกันอุปกรณ์

ความเป็นกลางของหม้อแปลงไฟฟ้ามีการต่อสายดินอย่างแน่นหนาในสถานีไฟฟ้าย่อยของอเมริกาส่วนใหญ่ ในระหว่างที่เกิดฟอลต์ ระบบสายดินจะจัดเตรียมเส้นทางส่งคืน หากไม่มีมัน ความผิดพลาดจากเฟสสู่พื้นจะกลายเป็นความผิดพลาดจากเฟสต่อเฟส ซึ่งมีพลังงานสูงกว่ามาก และเกิดความเสียหายได้มากกว่ามาก ระบบสายดินยังกระจายพลังงานไฟกระชากฟ้าผ่าและระบายประจุไฟฟ้าสถิตออกจากสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม

การอ้างอิงระบบ

กริดกราวด์สร้างการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับสถานีย่อยทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าเฟสทั้งหมดวัดโดยสัมพันธ์กับกราวด์นี้ นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบตรวจจับมองเห็นข้อผิดพลาดของกราวด์ หากสายดินมีการต่อสายดิน ข้อผิดพลาดจากเฟสถึงกราวด์จะสร้างเส้นทางกระแสที่ชัดเจนซึ่งรีเลย์ป้องกันสามารถตรวจจับและขัดจังหวะได้

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ - สิ่งที่ขับเคลื่อนวิศวกรรมอย่างแท้จริง

ความต้านทานของดิน-ตัวแปรที่ไม่สามารถควบคุมได้

คุณสามารถออกแบบตารางที่สมบูรณ์แบบบนกระดาษได้ แต่ดินจะตัดสินว่าจะใช้ได้ผลหรือไม่ การวัดค่าความต้านทานเป็นสิ่งแรกที่ทำที่ไซต์สถานีย่อยแห่งใหม่ วิธีแบบสี่พินของ Wenner คือโพรบสี่ตัวที่ขับเคลื่อนด้วยมาตรฐานในบรรทัด ฉีดกระแสระหว่างโพรบสองตัวด้านนอก วัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างโพรบสองตัวใน และคำนวณความต้านทาน

ดินทรายและแห้งอาจให้ค่าได้หลายพันโอห์ม-เมตร ดินเหนียวเปียกอาจให้หลายสิบ ตารางได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงสิ่งที่อยู่บนพื้นจริงๆ หากความต้านทานสูงเกินไป คุณจะต้องเพิ่มแท่ง ขยายตะแกรง หรือใช้สารเคมี

การกำหนดขนาดกระแสไฟฟ้าขัดข้องสำหรับกรณีที่เลวร้ายที่สุด

กริดจะต้องรอดพ้นจากกระแสไฟฟ้าขัดข้องสูงสุดที่ยูทิลิตี้สามารถส่งมอบได้ สำหรับเวลาการล้างสูงสุดของอุปกรณ์ป้องกัน นี่ไม่ใช่แค่ความจุความร้อนเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการกระจายกระแสด้วย ในระหว่างที่เกิดฟอลต์ กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่กริดไม่สม่ำเสมอ โดยเน้นที่จุดฉีด การออกแบบต้องคำนึงถึงการไล่ระดับสีเหล่านี้เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปหรือแรงดันไฟฟ้าพื้นผิวที่เป็นอันตราย

IEEE 80-พระคัมภีร์

การออกแบบกราวด์สถานีย่อยของอเมริกาทุกอันที่ฉันเคยทำเกี่ยวกับการอ้างอิง IEEE Std 80, "คำแนะนำเพื่อความปลอดภัยในการต่อกราวด์ของสถานีย่อย AC" ไม่ใช่การอ่านค่าเบาๆ แต่มีสมการ วิธีการ และเกณฑ์การยอมรับที่กำหนดว่าระบบสายดินปลอดภัยหรือไม่ ตารางสมมาตร การคำนวณระยะห่าง สูตรแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้ ทั้งหมดนี้มาจากมาตรฐานนี้

มุมของ NEC

สำหรับทางเข้าบริการและส่วนฝั่งลูกค้าของสถานีย่อย จะต้องปฏิบัติตาม National Electrical Code (NEC) สิ่งนี้ควบคุมสิ่งต่างๆ เช่น ขนาดตัวนำอิเล็กโทรดกราวด์ การเชื่อมของระบบที่ได้รับแยกกัน และการเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดท่อน้ำ หากมี ส่วนที่เป็นเจ้าของยูทิลิตี้มักจะเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE และมาตรฐานเฉพาะยูทิลิตี้มากกว่า NEC แต่ขอบเขตอาจไม่ชัดเจน

เปรียบเทียบกับประเภทอื่น-ไม่ใช่ประเด็นจริงๆ

ฉันเห็นบทความเปรียบเทียบการต่อสายดินของสถานีย่อยอเมริกันกับสถานีย่อยประเภทกล่องยุโรปและสถานีย่อยใต้ดินและจริงๆ แล้ว ฟิสิกส์ก็เหมือนกันทุกที่ ความแตกต่างไม่ได้อยู่ในพื้นฐาน แต่อยู่ในมาตรฐานอ้างอิงและวิธีปฏิบัติในการก่อสร้างโดยทั่วไป การออกแบบของยุโรปอาจอ้างอิงถึง IEC 61936 แต่เป้าหมายเหมือนกัน: ความต้านทานต่ำ การไล่ระดับสีแบบควบคุม อุปกรณ์ที่มีการยึดเกาะ ความแตกต่างที่แท้จริงคือสถานีย่อยการส่งสัญญาณแบบสเกลอเมริกันมักจะมีขนาดใหญ่กว่า โดยมีกระแสฟอลต์สูงกว่า ซึ่งต้องใช้กริดที่กว้างขวางมากขึ้น

การบำรุงรักษา-สิ่งที่ล้มเหลวจริง ๆ

กริดกราวด์ถูกฝังอยู่ คุณไม่สามารถมองเห็นพวกมันกัดกร่อนได้ คุณไม่สามารถมองเห็นการเชื่อมต่อที่คลายออก วิธีเดียวที่จะรู้ว่าระบบยังคงไม่เสียหายคือการทดสอบ

การทดสอบการตกของศักยภาพจะวัดความต้านทานของกริด การวัดที่เป็นไปได้แบบก้าวและแบบสัมผัสจะตรวจสอบความปลอดภัยระหว่างการทำงานแบบใช้พลังงาน ในกรณีที่ร้ายแรง คุณอาจขุดค้นเพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อหรือใช้วิธีการแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อทำแผนที่กริด การกัดกร่อนคือโลหะที่ไม่เหมือนกันของศัตรู ดินที่เป็นกรด กระแส DC ที่หลงทางจากทางรถไฟใกล้เคียงหรือสาย HVDC ล้วนเร่งให้เกิดการกัดกร่อน

สิ่งที่ฉันบอกลูกค้า

หากคุณกำลังซื้อสถานีย่อยในอเมริกา ฉันต้องการให้คุณถามเกี่ยวกับระบบสายดินดังนี้:

ความต้านทานของกริดเป้าหมายคืออะไร และคำนวณอย่างไรโดยอิงจากการทดสอบดินในสถานที่จริง

สันนิษฐานว่าเกิดกระแสฟอลต์ใด และเวลาในการเคลียร์คืออะไร

การออกแบบนี้ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าเป็นไปตามข้อกำหนดขั้นตอนและการสัมผัสตาม IEEE 80 หรือไม่

การเชื่อมต่อทั้งหมดเป็นแบบเชื่อมแบบคายความร้อน หรือใช้ตัวเชื่อมแบบกลไกหรือไม่

แผนการตรวจสอบและทดสอบหลังการติดตั้งคืออะไร?

เพราะนี่คือความจริง หม้อแปลงไฟฟ้าจะมาแวววาวและใหม่เอี่ยม สวิตช์เกียร์จะมีใบรับรองการทดสอบ ระบบสายดินจะถูกฝังอยู่ในดินและลืมไป แต่เมื่อเกิดข้อผิดพลาด ทองแดงที่ฝังอยู่นั้นเป็นสิ่งเดียวที่ยืนหยัดระหว่างไฟฟ้าดับอย่างปลอดภัยและการเสียชีวิต

บทสรุป

โดยสรุป ระบบสายดินในสถานีไฟฟ้าย่อยของอเมริกาเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนและสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้า มีบทบาทสำคัญในการรับรองความปลอดภัยทางไฟฟ้า การปกป้องอุปกรณ์ และการรักษาเสถียรภาพของระบบ ในฐานะซัพพลายเออร์ของสถานีย่อยอเมริกันฉันเข้าใจถึงความสำคัญของการจัดหาระบบสายดินคุณภาพสูงที่ตรงตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่เข้มงวดและความต้องการเฉพาะของสถานีย่อยแต่ละแห่ง

หากคุณอยู่ในตลาดสถานีย่อยในอเมริกาหรือต้องการอัปเกรดระบบสายดินที่มีอยู่ ฉันขอแนะนำให้คุณติดต่อเราเพื่อขอคำปรึกษา ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถช่วยคุณออกแบบและติดตั้งระบบสายดินที่เชื่อถือได้ซึ่งตรงตามความต้องการของคุณ อย่าลังเลที่จะติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการด้านการจัดซื้อจัดจ้างของคุณ และเริ่มกระบวนการเจรจา

อ้างอิง

• IEEE Std 80-2013, คู่มือ IEEE เพื่อความปลอดภัยในการต่อสายดินของสถานีย่อย AC
• IEEE Std 81-2012, คู่มือ IEEE สำหรับการวัดความต้านทานของโลก, ความต้านทานของกราวด์ และศักยภาพพื้นผิวโลกของระบบสายดิน
• รหัสไฟฟ้าแห่งชาติ (NFPA 70), ข้อ 250-การต่อสายดินและพันธะ