ระบบกราวด์ของสถานีไฟฟ้าย่อย: การออกแบบกริด, แรงดันสัมผัส และการทดสอบ

A ระบบกราวด์สถานีไฟฟ้าย่อย คือโครงข่ายที่เชื่อมต่อถึงกันของตัวนำฝังดิน แท่งกราวด์หรือขั้วไฟฟ้า การต่อลงดินของอุปกรณ์ โครงสร้าง รั้ว สายศูนย์ ชีลด์สายเคเบิล และการปรับสภาพพื้นผิว ซึ่งทำหน้าที่จัดเตรียมเส้นทางที่ถูกควบคุมสำหรับกระแสลัดวงจรและกระแสฟ้าผ่า พร้อมทั้งจำกัดแรงดันสัมผัสและแรงดันก้าวที่เป็นอันตราย การต่อลงดินที่ดีไม่สามารถทำได้ด้วยการมุ่งเน้นเพียงแค่ตัวเลขความต้านทานต่ำค่าเดียว การออกแบบต้องคำนึงถึงกระแสกริดสูงสุด ระยะเวลาของกระแสลัดวงจร ความต้านทานจำเพาะและชั้นของดิน ภาระทางความร้อนของตัวนำ รูปทรงของกริด ศักย์ไฟฟ้าที่ถ่ายโอน การสัมผัสของมนุษย์ การกัดกร่อน และเวลาในการเคลียร์ของระบบป้องกัน จำเป็นต้องมีการศึกษาการต่อลงดินโดยผู้เชี่ยวชาญและอิงตามมาตรฐานที่ควบคุมโครงการก่อนการก่อสร้าง.

สิ่งที่ระบบกราวด์ดิ้งพึงประสงค์ให้สำเร็จ

ในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาดลงดิน กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่ระบบสายดินและทำให้โครงข่ายของสถานีไฟฟ้าย่อยมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าดินระยะไกล การเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้านโครงข่ายนี้เป็นสิ่งที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ งานด้านความปลอดภัยคือการควบคุมความต่างศักย์ที่มนุษย์อาจสัมผัสคร่อมอยู่ให้อยู่ในเกณฑ์การออกแบบ และเพื่อให้มั่นใจว่าตัวนำไฟฟ้าจะสามารถทนทานต่อเหตุการณ์ดังกล่าวได้ การต่อศักย์ไฟฟ้าให้ชิ้นส่วนนำไฟฟ้าที่สัมผัสได้อยู่ใกล้เคียงกับศักย์ไฟฟ้าร่วมกัน จะช่วยรักษาระดับศักย์ไฟฟ้าให้ใกล้เคียงกัน ในขณะที่รูปทรงของการฝังดินและวัสดุพื้นผิวจะทำหน้าที่กำหนดลักษณะของเกรเดียนต์แรงดันไฟฟ้า.

มาตรฐาน IEEE Std 80 ให้คำแนะนำด้านความปลอดภัยในการลงกราวด์สถานีไฟฟ้าย่อย ฉบับปัจจุบันและข้อกำหนดท้องถิ่นต้องได้รับการยืนยันสำหรับแต่ละโครงการ โครงการที่อิงตามมาตรฐาน IEC อาจใช้วิธีการอื่น ระยะห่างของตะแกรงกราวที่คัดลอกมาหรือกฎเกณฑ์เช่น “หนึ่งแท่งที่แต่ละมุม” ไม่ถือเป็นการออกแบบ.

ส่วนประกอบหลักของระบบกราวด์สถานีไฟฟ้าย่อย

ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการศึกษาระบบสายดิน

แบบจำลองความต้านทานจำเพาะของดิน

วัดความต้านทานไฟฟ้าของดินตามระยะห่างของโพรบและตำแหน่งพื้นที่ที่เหมาะสม การอ่านค่าครั้งเดียวไม่สามารถอธิบายชั้นดิน ดินที่มีหิน ดินถม ดินเปียก หรือดินที่มีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลได้ การศึกษานี้แปลงข้อมูลภาคสนามเป็นแบบจำลองดินและบันทึกความไม่แน่นอน การวัดที่ทำขึ้นหลังจากนำเข้าวัสดถมที่มีสภาพนำไฟฟ้าหรือในช่วงที่มีความชื้นผิดปกติอาจไม่เป็นตัวแทนของพื้นที่จริงขั้นสุดท้าย.

กระแสลัดวงจรและเวลาในการตัดกระแส

การคำนวณกระแสลงกราวด์ไม่ได้ใช้เพียงแค่พิกัดกระแสลัดวงจรของสวิตช์เกียร์เท่านั้น แต่จะพิจารณาถึงสัดส่วนของกระแสลัดวงจรลงดินที่ไหลเข้าสู่กริด เส้นทางไหลกลับผ่านสายป้องกันเหนือศีรษะ (overhead shield wires) นิวทรัล ชีทสายเคเบิล ระบบกราวด์ข้างเคียง และตำแหน่งที่เกิดข้อผิดพลาด ระยะเวลาในการเคลียร์ของระบบป้องกันจะมีผลต่อทั้งความร้อนของตัวนำและการสัมผัสที่ยอมให้มีได้ ให้ใช้การศึกษาเรื่องกระแสลัดวงจรและการป้องกันที่ได้รับการอนุมัติ.

รูปทรงของพื้นที่และการรับลมแดด

ระบุรั้ว ประตู ถนน อาคารควบคุม ฐานรากอุปกรณ์ รางร้อยสายไฟ รางรถไฟ ท่อส่ง เส้นทางโทรคมนาคม สายส่งไฟฟ้าเข้า อาคารใกล้เคียง และพื้นที่สาธารณะ การสัมผัสแรงดันช่วงก้าวและช่วงสัมผัสที่แนวรอบพื้นที่สามารถเป็นตัวกำหนดการออกแบบได้ แม้ว่าค่าใกล้กับอุปกรณ์หลักจะอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ก็ตาม.

แรงดันสัมผัส แรงดันท้าวเท้า แรงดันร่วม และแรงดันท่ายโอน

แรงดันสัมผัส คือความต่างศักย์ที่บุคคลสามารถเชื่อมต่อระหว่างวัตถุที่มีการลงกราวด์กับพื้นผิวใต้ฝ่าเท้า. แรงดันก้าว คือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างเท้าทั้งสองข้าง เมชโวลต์เทจ (Mesh voltage) คือการสัมผัสแรงดันไฟฟ้าที่คำนวณได้ภายในโครงข่ายกราวด์ (grid mesh). ศักยภาพที่ถูกถ่ายโอน เกิดขึ้นเมื่อตัวนำ ชิลด์ ท่อ ราง หรือนิวทรัล นำศักย์ไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้าย่อยไปยังตำแหน่งอื่น—หรือดึงศักย์ไฟฟ้าจากระยะไกลเข้ามาในลานสถานีไฟฟ้า.

ศักย์ไฟฟ้าที่ถ่ายโอนมาจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบที่จุดเชื่อมต่อ ไม่ใช่แค่การคำนวณกริดในพื้นที่เท่านั้น ท่อน้ำโลหะ ชิลด์สายโทรคมนาคม นิวทรัลแรงดันต่ำ ส่วนต่อขยายของรั้ว และแผงควบคุมระยะไกล อาจสร้างเส้นทางที่ไม่คาดคิดได้ การแยก, การต่อลงดินเพื่อความเท่ากันของศักย์ไฟฟ้า, การป้องกันไฟกระชาก หรือมาตรการควบคุมเกรเดียนต์ จะต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้เหมาะสมกับระบบจริง.

กระบวนการออกแบบ

1. กำหนดตำแหน่งที่ตั้ง มาตรฐานการควบคุม เกณฑ์ความปลอดภัย สถานการณ์ความผิดพลาด และพื้นที่ที่สามารถเข้าถึงได้.
2. วัดค่าความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของดินและพัฒนาแบบจำลองดินที่สมเหตุสมผล.
3. กำหนดกระแสไฟฟ้าในระบบและเวลาในการเคลียร์ข้อผิดพลาดจากการศึกษาทางระบบไฟฟ้า.
4. เลือกวัสดุและขนาดของตัวนำสำหรับข้อกำหนดด้านความร้อน เครื่องกล การกัดกร่อน และอายุการใช้งาน.
5. สร้างรูปทรงเรขาคณิตของตารางเริ่มต้นรอบๆ อุปกรณ์ โครงสร้าง รั้ว และสถานที่ปฏิบัติงาน.
6. จำลองการเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้าบนกริดกราวด์ และแรงดันสัมผัส แรงดันก้าว และแรงดันตาข่าย.
7. แก้ไขระยะห่างของตัวนำ ก้านลวด การควบคุมแนวรอบพื้นที่ วัสดุพื้นผิว และจุดต่อประสาน ในจุดที่ไม่เป็นไปตามเกณฑ์ข้อกำหนด.
8. ตรวจสอบศักย์ไฟฟ้าที่ถ่ายโอน, ระบบป้องกันฟ้าผ่า, สาย N (นิวทรัล), ชิลด์สายเคเบิล และสาธารณูปโภคที่อยู่ใกล้เคียง.
9. ออกแบ็คแบบก่อสร้างที่ประสานงานกันแล้ว, รายละเอียดจุดเชื่อมต่อ, ข้อกำหนดวัสดุ, และจุดตรวจสอบ.
10. ตรวจสอบระบบที่ติดตั้งไว้ก่อนการกลบและดำเนินการทดสอบการเดินระบบตามที่กำหนด.

รายละเอียดการต่อลงดินเพื่อความเท่ากันของศักย์ไฟฟ้าของอุปกรณ์

ถังหม้อแปลง, หม้อน้ำตามความจำเป็น, ตู้มาร์แชลลิง, โครงสวิตช์เกียร์, ด้ามจับปฏิบัติการ, กล่องสายเคเบิล, อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า, โครงสร้างเหล็ก, เหล็กอาคารควบคุม, รางสายเคเบิลโลหะ, รั้ว, ประตู และระบบเสริม จำเป็นต้องมีการต่อลงดินที่มีการกำหนดชัดเจน การต่อแบบเดซี่เชนเดี่ยวอาจทำให้อุปกรณ์ที่อยู่ปลายทางต้องพึ่งพาข้อต่อจุดเดียว รายการที่สำคัญอาจต้องมีการเชื่อมต่ออิสระสองชุดไปยังจุดกราวด์ที่แตกต่างกัน.

จุดต่อลงดินของนิวทรัลทำหน้าที่นำกระแสของระบบภายใต้ภาวะความผิดพร่องเฉพาะอย่าง และต้องไม่ปฏิบัติเสมือนเป็นสายต่อฝากอุปกรณ์ทั่วไป เส้นทาง ตำแหน่งหม้อแปลงกระแส (ซีที) เส้นทางขนาน และจุดต่อเข้ากับระบบไฟฟ้ามีผลต่อระบบป้องกัน ให้ประสานงานการจัดวางนิวทรัลของหม้อแปลง ตัวต้านทานหรือตัวเหนี่ยวนำลงดิน ไฟฟ้าใช้ในสถานี และนิวทรัลแรงต่ำ ให้สอดคล้องกับการศึกษาการป้องกันระบบ.

คุณภาพการก่อสร้างก่อนการถมดิน

ตะแกรงกราวด์ที่ฝังอยู่ใต้ดินจะตรวจสอบได้ยากขึ้นเมื่อการทำงานโยธาคืบหน้าไป ควรกำหนดจุดพักตรวจ (Hold Points) สำหรับความลึกและการเดินแนวของตัวนำ วิธีการเชื่อมต่อ การติดตั้งแท่งกราวด์ จุดเชื่อมต่อกับฐานราก ตำแหน่งไรเซอร์ (Riser) ความเข้ากันได้ของวัสดุ และบันทึกภาพถ่าย ป้องกันตัวนำไม่ให้ได้รับความเสียหายจากงานคอนกรีตและการขุดเจาะ รักษาจุดเชื่อมต่อให้สะอาดและดำเนินการด้วยกระบวนการที่ได้มาตรฐาน.

อัปเดตพิกัดตามสภาพจริงเมื่อเส้นทางเปลี่ยนแปลงไปรอบๆ ฐานรากหรือระบบสาธารณูปโภค แบบร่างที่แสดงเฉพาะการออกแบบแต่ไม่แสดงความเบี่ยงเบนหน้างานจะลดทอนความปลอดภัยในการทดสอบและการขุดเจาะในอนาคต บันทึกจุดทดสอบที่เข้าถึงได้ทุกจุดและป้ายผูกพันอุปกรณ์.

การทดสอบการเดินระบบและการประเมินสภาพ

การทดสอบการใช้งานระบบอาจรวมถึงการตรวจสอบด้วยสายตา การทดสอบความต่อเนื่องของกริดและจุดต่อประสานอุปกรณ์ การตรวจสอบเส้นทางของตัวนำก่อนกลบฝัง การวัดค่าดินหรือระบบ และการทดสอบความสมบูรณ์เฉพาะทาง การวัดด้วยแคลมป์อย่างง่ายที่จุดต่อประสานจุดเดียวย่อมไม่สามารถพิสูจน์ความปลอดภัยของกริดทั้งหมดได้ วิธีการทดสอบ ขีดจำกัด การฉีดกระแสไฟฟ้า โพรบระยะไกล และการตีความผล ล้วนขึ้นอยู่กับระบบและมาตรฐานนั้น ๆ.

EPRI ได้ทำการวิจัย การประเมินสภาพระบบกราวด์สถานีไฟฟ้า, สะท้อนถึงความยากลำบากในการประเมินระบบที่ฝังอยู่ ระหว่างการใช้งาน ให้ตรวจสอบการกัดกร่อน รอยต่อประตูยืดหยุ่นที่ชำรุด ความเสียหายจากการก่อสร้าง อุปกรณ์ที่เพิ่มเข้ามาโดยไม่มีรอยต่อ ข้อต่อที่เข้าถึงได้ซึ่งหลวม การเปลี่ยนแปลงรั้ว และการดัดแปลงทางโยธา ทบทวนการศึกษาอีกครั้งเมื่อระดับความผิดพรหม เวลาในการเคลียร์ พื้นที่ ดิน หรือระบบโลหะที่เชื่อมต่อเปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญ.

การตีความการวัดอย่างมีความรับผิดชอบ

ผลการทดสอบขึ้นอยู่กับเส้นทางปัจจุบัน การวางโพรบ นิวทอลและชีลด์ที่เชื่อมต่อกัน สภาพดิน สัญญาณรบกวน และวิธีการใช้เครื่องมือ เปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับโมเดลการศึกษาและการทดสอบก่อนหน้านี้ภายใต้เงื่อนไขที่ similar กัน ค่าที่ไม่คาดคิดควรทริกให้มีการตรวจสอบการตั้งค่าและการกำหนดค่ากริดก่อนทำการขุดเจาะ ในทางกลับกัน การวัดค่าความต้านทานรวมที่น่าพอใจเพียงครั้งเดียวไม่สามารถปิดข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับการต่อลงดินของอุปกรณ์ที่ขาดหรือเกรเดียนต์รอบนอกที่ไม่ปลอดภัยได้.

การลงกราวด์และความปลอดภัยของคนงาน

ระบบกราวด์ถาวรไม่ได้ช่วยขจัดความจำเป็นในการตัดตอนวงจร การตรวจสอบการไม่มีแรงดันไฟฟ้า และการติดตั้งกราวด์ป้องกันชั่วคราวในระหว่างการปฏิบัติงาน อีกทั้งยังไม่รับประกันว่าจะไม่มีแรงดันไฟฟ้าในระหว่างที่เกิดความผิดพร่อง ตามข้อกำหนดของ OSHA แหล่งข้อมูลความปลอดภัยทางไฟฟ้า ระบุบริบทด้านกฎระเบียบในสหรัฐอเมริกา การสับเปลี่ยน (การตัดต่อวงจร) เขตปฏิบัติงานที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และการต่อลงดินชั่วคราว จำเป็นต้องมีขั้นตอนเฉพาะหน้างาน.

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการลงกราวด์

• การใช้ความต้านทานดินเป็นเกณฑ์การยอมรับเพียงอย่างเดียว.
• สมมุติให้ดินมีความสม่ำเสมอโดยไม่มีการวัดภาคสนามที่เพียงพอ.
• การใช้พิกัดความผิดพร่องของอุปกรณ์เป็นกระแสกริดโดยไม่มีการวิเคราะห์การแบ่งกระแส.
• ไม่รวมรั้ว ประตู แผงควบคุมระยะไกล ท่อ ชิลด์สายเคเบิล และสายนิวทรัลแรงดันต่ำ.
• การเปลี่ยนเส้นทางตัวนำไฟฟ้าในระหว่างงานโยธาโดยปราศจากการตรวจสอบทางวิศวกรรม.
• การกลบฝังจุดเชื่อมต่อก่อนการตรวจสอบและหลักฐานที่เป็นภาพถ่าย.
• การเพิ่มอุปกรณ์ในภายหลังโดยไม่มีการอัปเดตระบบต่อลงดินและการศึกษาเรื่องการลงดิน.
• สมมติว่าชั้นหินบนผิวพื้นยังคงรักษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าดั้งเดิมไว้ได้อย่างถาวร.

การต่อลงดินสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยแบบสำเร็จรูป

สำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยแบบสำเร็จรูปหรือแบบคอมแพกต์ ผู้ขายควรระบุจุดต่อลงดินของตู้หุ้ม จุดต่อลงดินของถังหม้อแปลง จุดต่อลงดินของสวิตช์เกียร์แรง高/แรงต่ำ (MV/LV) การเชื่อมต่อต่อนิวทรัล การเชื่อมต่อชีลด์สายเคเบิล ขนาดตัวนำภายใน และจุดเชื่อมต่อกับระบบกราวด์ภายนอก วิศวกรโครงการยังมีหน้าที่รับผิดชอบในการรวมชุดอุปกรณ์นี้เข้ากับการศึกษาการต่อลงดินของหน้างาน.

รีวิวเซินเฮง สถานีไฟฟ้าย่อยแบบคอมแพคติดตั้งภายนอกอาคารขนาด 11/33 เควี. หน้าวางแผนเสริมประกอบด้วย คู่มือฐานรากสถานีไฟฟ้าย่อยแบบคอมแพคต์, การทดสอบและจ่ายไฟสถานีไฟฟ้าย่อย, และ รายการตรวจสอบการบำรุงรักษาสถานีไฟฟ้า.

วิดีโอเพื่อการศึกษา: แรงดันช่วงก้าวและแรงดันสัมผัส

วิดีโอเพื่อการศึกษาอิสระนี้อธิบายเกี่ยวกับการลงกราวด์ แรงดันช่วงก้าว และแรงดันสัมผัส โดยเป็นวิดีโอเชิงแนวคิดและไม่สามารถใช้แทนการศึกษาเรื่องการลงกราวด์ได้.

ขอบเขตการยอมรับ ระบบต่อลงดินที่เสร็จสมบูรณ์แล้วควรได้รับการยอมรับโดยอ้างอิงจากผลการศึกษาทางวิศวกรรม แบบที่ได้รับการอนุมัติ ข้อกำหนดด้านวัสดุและการเชื่อมต่อ การตรวจสอบการก่อสร้าง บันทึกงานแล้วเสร็จ (แอส-บิลท์) และการทดสอบที่ระบุไว้ เป้าหมายทั่วไปที่คัดลอกมาจากสถานีไฟฟ้าแรงสูงอื่นไม่สามารถนำมาใช้แทนสภาพดิน กระแสลัดวงจรแยกส่วน เวลาในการตัดกระแสไฟ พื้นที่ที่เข้าถึงได้ หรือศักย์ไฟฟ้าที่ถ่าย ญี่ปุ่น ของสถานที่นี้ได้ ความเบี่ยงเบนที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขจำเป็นต้องได้รับการวินิจฉัยทางวิศวกรรมก่อนทำการจ่ายกระแสไฟฟ้า.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับระบบกราวด์สถานีไฟฟ้าย่อย

ค่าความต้านทานดินของสถานีไฟฟ้าแรงสูงที่ดีควรเป็นเท่าใด

ไม่มีค่าความต้านทานเพียงค่าเดียวที่รับประกันความปลอดภัยได้ การออกแบบจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านแรงดันสัมผัส แรงดันก้าว ความร้อน และข้อกำหนดของโครงการ สำหรับสภาวะของข้อบกพร่องและสภาพดินจริง.

ทำไมจึงใช้หินย่อยในสถานีไฟฟ้าแรงสูง

ชั้นพื้นผิวที่มีความต้านทานสูงที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความต้านทานการสัมผัสของเท้าและลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านร่างกายได้ แต่คุณสมบัติของวัสดุ ความความหนา ความชื้น การปนเปื้อน และการบำรุงรักษาเป็นสิ่งสำคัญ.

ทุกชิ้นส่วนจำเป็นต้องมีการต่อลงดินสองจุดหรือไม่

ข้อกำหนดขึ้นอยู่กับรายการ มาตรฐาน แนวปฏิบัติของผู้เป็นเจ้าของ และเป้าหมายความน่าเชื่อถือ อุปกรณ์หลักมักจะใช้เส้นทางที่จงใจหลายเส้นทาง แบบร่างต้องกำหนดเส้นทางเหล่านั้น.

ควรปรับปรุงการศึกษาเรื่องระบบลงกราวด์เมื่อใด

อัปเดตข้อมูลดังกล่าวเมื่อกระแสลัดวงจร เวลาปลดปล่อยกระแส เรขาคณิตของหน้างาน อุปกรณ์ รั้ว สภาพดิน หรือระบบโลหะที่เชื่อมต่อกันมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ.

การทดสอบความต่อเนื่องสามารถพิสูจน์ได้หรือไม่ว่ากริดมีความปลอดภัย

ไม่ มันจะตรวจสอบเส้นทางนำไฟฟ้าที่เลือกไว้ แต่เพียงอย่างเดียวไม่สามารถพิสูจน์ประสิทธิภาพของดิน การกระจายกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันสัมผัสและแรงดันก้าวที่ยอมรับได้.