Verifikasjon av jordingssystemer. Måling og kontroll

Transkript

1 Verifikasjon av jordingssystemer Måling og kontroll

2 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Direktoratet for Samfunnssikkerthet og Beredskap (DSB) foretar kontroll på dokumentasjon av jordingssystemer i høyspenningsanlegg Det Lokale Eltilsyn (DLE) foretar kontroll på dokumentasjon av jordingssystemer i lavspenningsanlegg 2

3 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Hvem får besøk av DSB? Kraftverk Elverk Industri Petroleumstilsynet (Ptil) Offshoreinstallasjoner Landbasert petroleumsindustri 3

4 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet Transformator var ikke spenningssatt Skjerm i høyspenningskabel brant av ved jordskinne over trafo Skader på kabel 4

5 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet Fasene ble etter branntilløpet forsøkt jordet Ved jording av første fas: Små gnister Ved jording av andre fas: Store gnister Ved jording av tredje fas: Gnistregn pluss kraftig smell Jordingsapparatet fikk synlige merker 5

6 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet Ombygging av anlegg Gamle anleggsdeler var revet Jordskinner var fjernet 6

7 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet Utvendige jordskinner var fjernet i noen naboceller til trafo Provisorisk forbundet med jordingsapparater Svak forbindelse pga lakkerte skinner og dårlig pussing 7

8 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet PN jordleder fra skinne til trafo var dårlig tilskrudd Ikke pusset før montering av kabelsko mot skinne 8

9 Branntilløp ved transformator på grunn av feil i jordingssystemet Årsak: Store induserte strømmer kombinert med svake eller manglende jordforbindelser 9

10 Måling, kontroll og dokumentasjon av jordingssystemer Hovedhensikt å hindre farlige berøringsspenninger Beskytte utstyr og materiell Hindre gnistdannelser i Exområder 10

11 Ramme forskrifter FEF Valgfrihet Mindre behov for endringer Fleksibilitet over landegrenser 11

12 Definisjoner FEF:2006 Global jord Lokal jord Nye grenseverdier for berøringsspenninger tidligere FEA-F Beferdet område (125 Volt) Ubeferdet område (250 Volt) 12

13 Definisjoner FEF:2006 Global jord Utbredt jordingssystem som består av sammenkoblede nærliggende jordingssystem og som sikrer at farlige berøringsspenninger ikke oppstår. Et slikt system kan sies å danne en overflate med samme ekvipotensialnivå (Veiledning FEF 2006). 13

14 Tolkninger Global jord REN DSB Definisjoner FEF:2006 Jordingsnett hvor 6 eller flere nettstasjoner er sammenkoblet med kabelskjermer og separate jordledere i kabelgrøfter både på HS og LS siden. (REN blad 8028) Eksempel: Ved transformatorstasjoner med utelukkende kabelnett. Separat, tilstrekkelig dimensjonert jordleder forlagt i alle HS grøfter, tilkoblet i hver nettstasjon og som danner sammenhengende jordelektrode. Hver nettstasjon skal ha egen jordelektrode. Skjermen på kablene forbindes til jordsystemene i hver stasjon. Det må være minimum 6 stasjoner. (Elsikkerhet nr 70) 14

15 Berøringsspenninger 15

16 Jordmotstand og Berøringsspenninger Maks tillatt jordmotstand for høyspenningsanlegg, og lavspenningsinstallasjoner i forsyningsanlegg er gitt ved formel Rj= Tillatt berøringsspenning UTP (V) En-Pol Jordslutningsstrøm (A) 16

17 Jordingssystem Består av Hovedjordledere (beskyttelsesjord) Elektrodesystem Utjevningsforbindelser Dokumenteres minst hvert tiende år 17

18 Verifikasjon av jordforbindelser Måling av kontinuitet i hovedjordledere Måling av bonding 18

19 Verifikasjon av jordingssystem og utjevningsforbindelser FEF NEK 440: Inspeksjon og prøving: Verifikasjon kan utføres på følgende måter: - visuell inspeksjon - funksjonsprøving - måling 19

20 Verifikasjon av utjevningsforbindelser offshore NEK IEC Jording Prøvinger skal utføres for å verifisere at alle utjevningsledere og jordingsledere er tilkoblet utstyrets gods og til skroget. Prøvinger skal også utføres for å verifisere at jordingskontakter er tilkoblet skroget eller strukturen. 20

21 Verifikasjon av jordingssystemer Måling av kontinuitet Hovedjordjordledere (beskyttelsesjord) Grenjording Kabelskjerm Struktur Utjevningsforbindelser 21

22 Valg av instrumenter Selv om instrumentet kan vise en Ohm -verdi er det ikke nødvendigvis egnet til alle typer målinger Det finnes ingen Ohmmeter!!

23 Valg av instrumenter Motstanden avlest på et instrument er alltid kalkulert Instrument består av AC eller DC strømgenerator Voltmeter V 23

24 Verifikasjon av jordingssystemer Installasjonstester For husinstallasjoner og mindre verksteder Kontinuitetstest teststrøm < 200mA testspenning < 40 V oppløsning 10 mw Lavohmmeter For omfattende jordingssystemer i industri, elverk og kraftverk Bondtest teststrøm A oppløsning 0,1 W (0,01 W ) (0, W ) 24

25 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Behov for instrumenter av høy kvalitet Stor nøyaktighet

26 Utjevningsforbindelser Kontinuitetstesting i stjernenett 2-punkts måling 0,23 RLO 26

27 Verifikasjon av jordingssystemer Måling av Kontinuitet C1/P1 P2/C2 V 27

28 Utjevningsforbindelser Nettverk Vil normalt gi lave verdier pga serieparallell-koblinger Nettverksjord bør testes med mikroohmmetere 4. Etg 3. Etg 2. Etg 1. Etg 28

29 Verifikasjon av jordingssystemer Kontinuitet/Bonding C1 C2 P1 P2 29

30 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri For måling av hovedutjevningsforbindelser benyttes Høy teststrøm 4-punkts måleprinsipp Høy oppløsning av måleverdi (0,1 microohm) Polvending for å kunne detektere én av flere parallellkoblede sløyfer 30

31 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Det må under måling tas hensyn til Størrelse på jordingsnettverk Målestrøm Forventet motstand per lengdeenhet i måleobjekt 31

32 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Lederresistanser Tabell Lederresistans Resistans i ohm/km ved 20 C Tverrsnitt Kobberleder Aluminium mm² leder 1,5 12,1-2,5 7, , ,727 1, ,387 0, ,124 0, ,0151 0,

33 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Alle mistenkelige koblingspunkter og lengdeenheter kontrolleres 33

34 Utjevningsforbindelser Kontinuitetstesting Måling av kontinuitet på sløyfekoblinger Trekantmåling Må åpne sløyfen for å måle konkrete punkter 34

35 Utjevningsforbindelser Kontinuitetstesting Skjerm må frakobles ved motor eller tavle for kontroll av jordforbindelser og utjevning 35

36 Jordingssystem Består av Elektrodesystem Hovedjordledere Utjevningsforbindelser Dokumenteres 36

37 FEF:2006 Krav til jordingsanlegg for å overholde berøringsspenninger ved jordfeil ( 4-11) Tillatt berøringsspenning UTP i figur 4-2 ansees være overholdt dersom en av følgende forutsetninger er oppfylt: Jordingssystemer er en del av et utbredt jordingssystem (global jord) Jordpotensialhevningen UE ved jordfeil skal ikke overstige 2 ganger tillatt berøringsspenning Jordpotensialhevningen UE ved jordfeil skal ikke overstige 4 ganger tillatt berøringsspenning samtidig som tiltak beskrevet under avsnittet Tiltak for å redusere berøringsspenning skal være iverksatt 37

38 Berøringsspenninger 38

39 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Dokumentasjon av jordingsanlegg består av Målebrev med referanser av sann overgangsmotstand til fjern jord Målebrev med referanser på kontinuitet (bonding) i jordforbindelser Utfyllende opplysninger om metoder, koblingssystemer, omfang, instrumenter og lignende. Berøringsspenninger, beregnet/målt 39

40 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Aktivitetene er Væravhengig Ingen måling av elektroder ved tordenvær eller ved ekstremt regnvær Måling av overgangsmotstand blir upresise med våt snø på bakken 40

41 Jordelektroder er unike Sjelden identiske verdier Gir fingeravtrykk i kurveform Motstand i ohm Virkelig motstand E C 41

42 Dokumentert overgangsmotstand Ingen referansepunkter (kun målt punkt) dårlig nøyaktighet 42

43 Dokumentert overgangsmotstand Et måleoppsett trenger referansepunkter 43

44 Jordresistivitet En betegnelse på elektrisk ledeevne i jord Brukes til å beregne størrelse og plassering av jordelektrode Type jordsmonn Finkornet sand Jord (matjord, myr, torv) Leire Kritt (kalkholdig jord) Skifer Granitt Ohm-verdier ohm cm ohm cm ohm cm ohm cm ohm cm ohm cm 44

45 Jordresistivitet Måleprinsipp a C2 a P2 a P1 a 20 C1 45

46 Jordresistivitet 46

47 Jordresistivitet P 2 ar Formel for enkelt jordspyd R = jordmotstand målt i ohm a = avstanden mellom spydene målt i cm eller meter Ρ = resistiviteten til en dybde lik a målt i cm eller m 47

48 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Prinsippet for målemetoden (fullskalametode) Måling på en rett linje utenfor virkeområdet til elektrodesystemet. 10 målepunkter Beregning av referanseavstand og verdi Kontrollmåling i referansepunkt 48

49 Enkle elektrodesystemer 49

50 Medium elektrodesystemer Transformatorkiosk i linjenett med gjennomgående jord Kabelføringer med separat jordleder HS eller LS 50

51 Store elektrodesystemer 51

52 Grunnprinsipp for jordmotstandsmåling Avstand på måleoppsett Hvor lang avstand skal vi benytte i måleoppsettet fra elektrodesystemet ut til hjelpeelektrodene? E P C Svar: Ingen regel for avstand som kan benyttes for måleoppsett! 52

53 Grunnprinsipp for måling Motstand i ohm Virkelig motstand E C Ideell målekurve. Måleavstand er tilstrekkelig 53

54 Grunnprinsipp for måling E P C Eksempel på for kort måleavstand. Avlesning på instrument påvirkes av oppsett 54

55 Grunnprinsipp for måling Motstand i ohm 5 ohm 1 ohm E Diagram viser at måleoppsett med stor sannsynlighet er for kort C 55

56 Måleinstrumenter 3-punkts måling E P C 56

57 Overgangsmotstand til jord Måleprinsipp 1 Motstand fra måleledninger i potensialsløyfen kommer med p i måleresultatet. c E V Generator 128Hz Instrument kapsling 57

58 Måleinstrumenter 4-punkts måling E P C 58

59 E Overgangsmotstand til jord Måleprinsipp 2 Motstand fra måleledninger i potensialsløyfen vil ha liten betydning for måleresultatet. p c V Generator 128Hz Instrument kapsling 59

60 Målemetoder Tradisjonelle metoder: 1. Spenningsfall % 3. Fire Potensialer 4. Sektor 5. Kurve Nyere målemetoder: 8. Impedans 9. Strømtang 6. Død-Jord 7. Stjerne-trekant 60

61 Kurvemetoden (Fullskalametode) W R1 R2 R3 E p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 c 61

62 Stigningskoeffisient til kurvemetoden µ = R3 - R2 R2 - R1 W R1 R2 R3 0,400 < µ <1,599 E p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 c 62

63 REFERANSEAVSTAND Fra formel : = 0,935 ( eks.) 3 Første siffer Siste siffer Referanseverdi = 5547 dvs. Referanseavstand =55,47% av total måleavstand mellom elektrode og strømspyd (EC) µ , , , , , , , , , ,

64 Referanseverdi W Referanse motstandsverdi Pref C 55,5 % Referanse avstand iht. tabell 64

65 Linjenett med gjennomgående jordleder Avstand i måleoppsett må vurderes Avhenger av resistivitet (jordsmonn) Motstand i ohm Virkelig motstand E C 65

66 Linjenett med gjennomgående jordleder Høy resistivitet gir høye motstandsverdier på korte måleoppsett Gjelder også med gjennomgående jord innkoblet 66

67 Linjenett med gjennomgående jordleder Buen ved strømspydet C angir virkefeltet tilbake til kilden (trafostasjonen) Vanskelig å fastslå korrekt avstand ved korte måleoppsett Målebrev kan likevel gi referanseverdi (usann) 67

68 Linjenett med gjennomgående jordleder Buen ved strømspydet C angir virkefeltet tilbake til kilden (trafostasjonen) Vanskelig å fastslå korrekt avstand ved korte måleoppsett Målebrev kan likevel gi referanseverdi (usann) 68

69 Linjenett med gjennomgående jordleder Økes avstanden tegner kurven tydeligere bue mot C Referanseverdien blir lavere 69

70 Linjenett med gjennomgående jordleder Ved ytterligere økning av avstanden kan referanseverdien falle ytterligere Når forskjellen på referanseverdi er marginal, er måleoppsettet strukket langt nok 70

71 Linjenett med gjennomgående jordleder Referanseverdiene for ulike avstander måleoppsett Avstanden har stor betydning for referanseverdi 71

72 Strømtang metoden 72

73 Elektrodemotstand målt med tang 73

74 Strømtang metoden R1 R2 R3 R4 Rn Rj 74

75 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri For måling av overgangsmotstand for elektrodesystemer benyttes en fullskala målemetode PC-basert behandling av måleverdier Full dokumentasjon av Beskrivelse av omfang (størrelse, antall, forlegning og lignende) Måleretning og avstand Referanseverdier- og punkter Ytre påvirkninger i måleoppsett Konklusjon (beregning av Ik, berøringsspenninger) 75

76 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Fordeler ved bruk av fullskalametode: Anlegget er i full operativ drift i måleperioden Ingen operative inngrep i anlegget God dokumentasjon av elektrodens virkeområde (ekvipotensialnivå) Rimelig å utføre 76

77 Verifikasjon av jordingssystemer for elkraft og industri Målebrev Referanseavstand Referanseverdi Måleretning Berøringsspenning Dokumentasjon Målemetode Referanser fra analyse Ytre påvirkninger Kartreferanser på måleoppsett 77

78 Verifikasjon av jordingssystemer Måling og kontroll