Formålet med jording i elektriske anlegg

Transkript

1 Formålet med jording i elektriske anlegg Arne Petter Brede SINTEF Energi AS Kursdagene 2014 TEKNA-NTNU januar 2014 Trondheim Teknologi for et bedre samfunn 1

2 Innledningsforedrag "Elkraftjording" i perspektiv til andre anlegg hvor "jord" inngår Kort introduksjon til flere tema og innlegg som behandles i dette kurset Fokus på jording fra tilsynsmyndighetene (DSB) Internasjonal standardisering FSE 2006 (Forskrift om Sikkerhet ved arbeid i og drift av Elektriske anlegg) FEF 2006 (Forskrift om Elektriske Forsyningsanlegg) NEK 440:2011 (Stasjonsanlegg over 1 kv) Del 2: Jording av stasjonsinstallasjoner med spenning over 1 kv NEK EN 50522:2010 Teknologi for et bedre samfunn 2

3 Elektromagnetisk miljø Kilder til elektromagnetiske felt Strøm Spenning Lynaktivitet Tiltak Jording Kabling Skjerming Apparat Teknologi for et bedre samfunn 3

4 Grunnleggende krav knyttet til jordingsanlegg Ivareta personsikkerheten på ethvert sted der mennesker har lovlig adgang Berøringsspenninger Skrittspenninger (normkravene er normalt oppfylt dersom kravene til berøringsspenninger er oppfylt) Ivareta funksjonsdyktigheten til utstyr som er forbundet til jordingssystemet Installasjoner og utstyr skal kunne motstå elektriske, mekaniske og miljømessige påvirkninger som antas å forekomme på anleggsstedet 50 Hz driftsfrekvente forhold Transiente forhold ved lyn- og koplingsoverspenninger er inkludert Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Personsikkerhet Potensialstigning på: Jordoverflaten (UT, US) Elektrodeanlegg, UE ( U=R I) Størrelsen av feilstrømmer Feilstrøm fra faseledere til jordede strukturer, IF Feilstrømmer i jordsmonnet, IE Overgangsmotstander og impedanser Bestemt av jordsmonn og jordingsanleggets form og utstrekning Hovedsakelig fokus på driftsfrekvente forhold (50 Hz) Teknologi for et bedre samfunn 5

6 Beskyttelsesjording (Kilde: SES, Canada) Teknologi for et bedre samfunn

7 Strømvei i jordsmonn og elektroder I (1) (2) Teknologi for et bedre samfunn 7

8 Potensial på jordoverflaten U T US U E Teknologi for et bedre samfunn 8

9 Krav til berøringsspenninger FEF 2006, NEK 440:2011, Elsikkerhet nr. 80 Reell berøringsspenning Lavere enn tillatt UTp Sannsynlighetsfordeling Bar hånd til hånd Bar hånd til fot UTp = 80 V for tf > 10 s Teknologi for et bedre samfunn 9

10 Bruk av tilleggs- resistanser UTP, spenning over menneskekroppen, er gitt av kurve (1) Aktuelt for driftspersonell ved utsatte anlegg Teknologi for et bedre samfunn 10

11 50 Hz forhold (lavfrekvent) Kilde: SES, Canada Teknologi for et bedre samfunn 11

12 60 Hz Kilde: SES, Canada 12 Teknologi for et bedre samfunn

13 50 khz Kilde: SES, Canada 13 Teknologi for et bedre samfunn

14 1 MHz typisk for lynimpuls Kilde: SES, Canada 14 Teknologi for et bedre samfunn

15 Potensialstigning Proporsjonal med feilstrømmens størrelse, I (oppgave for nettselskap) Proporsjonal med jordsmonnets resistivitet, ρ (må måles/kartlegges) Avhengig av jordsmonnets lagdeling (ρ 1, ρ 2, ρ 3..) Frost, fuktighet Strømvei fra feilsted til kilde er viktig! Teknologi for et bedre samfunn 15

16 Reduksjonsfaktor Jordfeilstrøm fra faseline: IF (3 Io) Strøm ned i jordsmonnet: IE Reduksjonsfaktor: r= IE / IF (Andel av feilstrøm i jordsmonnet) Bruk av gjennomgående jordline er mest effektivt for å redusere IE IE = r IF ønsker lavest mulig verdi på r Teknologi for et bedre samfunn 16

17 Bruk av reduksjonsfaktor NEK 440:2011, del 2, tabell 1: Verdi av jordfeilstrøm IF og varigheten er avhengig av nøytralpunktsjordingen De viktigste strømkomponenter framgår av Figur 3, del 2 i normen Enkeltvis reduksjonsfaktor for en jordline eller kabelmantel Tillegg I, del 2 i normen Egenimpedanser for faselederne og jordlederen (avstander, resistanser i jordledere) Avhengig av tabellverdier eller egne beregninger Sammenlagring av flere reduksjonsfaktorer Tillegg L, del 2 i normen (Målinger for og på jordingssystemer) Beregninger basert på separate målinger til alle linje-/kabelavganger gitt i Avsnitt L.3 og figur L.1 Beregne enkeltvise reduksjonsfaktorer og sette dem sammen med de respektive linjers jordfeilstrøm IF (NB: Separat jording i enkeltmaster vil redusere red.faktoren ytterligere) Teknologi for et bedre samfunn 17

18 Nøytralpunktsjording Jording av nøytralpunkt i HS-nett (mange varianter) Fokus på nettfrekvens (50 Hz-anliggende) Stabilisere driftsfrekvente spenninger i forhold til jord (jordpotensial) Begrense feilstrømmer Begrense potensialstigning Begrense farlige berøringsspenninger Teknologi for et bedre samfunn 18

19 Nøytralpunktsjording Teknologi for et bedre samfunn 19

20 Referansepotensial Isolasjonsholdfasthet for elektrisk utstyr Lavspenningsanlegg Høyspenningsanlegg 50 Hz, koplingsoverspenninger og lynoverspenninger Metallkapsling som skal beskyttelsesjordes Skjerming mot elektromagnetisk støy Forutsetter at det flyter strøm til og i jordingsanlegget Jording av lynavledere Jording av overspenningsavledere Feil i høyspenningsanlegg (1- og 2-polte/doble jordfeil) Teknologi for et bedre samfunn 20

21 Ytterligere hensikter med jording BESKYTTELSESJORDING EKVIPOTENSIALISERING Unngå farlige berøringsspenninger Unngå farlige skrittspenninger : ivaretatt når krav til berøringsspenninger er oppfylt SIKKERHETSJORDING Arbeidsjording Endepunktsjording Faste og mobile jordingsanlegg FSE 2006-krav Teknologi for et bedre samfunn 21

22 Hensikter med jording EMC-JORDING (NEK 50522:2010, pkt. 7.2) SIGNALREFERANSE-JORDING (NEK 50522, tillegg F) Tavler og apparatskap Elektronikk og styresystem Telekommunikasjon Forlegning av kraft- og kommunikasjonskabel Skjerming (spenning, strøm) Teknologi for et bedre samfunn 22

23 EMC-JORDING Gjennomføring Armeringsjern/jordnett Metallplate SF 6 -anlegg Stikkord: Koaksiale jordforbindelser Teknologi for et bedre samfunn 23

24 Jording av avledere, måletransformatorer, SF6-anlegg Jording av f.eks. avledere, måletransformatorer, forbindelser mellom SF 6 -anlegg og jordnett a b Teknologi for et bedre samfunn 24

25 SIGNALREFERANSE-JORDING Signallinje Koplingsskap Kabelskjerm Sensormåler Jordskinne Jordleder R j U j Teknologi for et bedre samfunn 25

26 SIGNALREFERANSE-JORDING 1 4 F1 F2 F3 N F1 F2 F3 N 2 1 Spenningst ransformator 2 Strømtransformator 3 Målekabler 4 Koplingsskap 5 Relérom Teknologi for et bedre samfunn 26

27 Krav til globale jordingsanlegg I hht NEK 440:2011/NEK 50222:2010 (tillegg O) er: Definisjonen på et globalt jordingssystem er basert på at det i et område er ingen eller nesten ingen potensialforskjeller Ingen enkeltstående frittstående regel er foreskrevet eller gitt! Kravet til berøringsspenninger må være oppfylt! Dette gir en praktisk løsning basert på dimensjonering med hensyn til berøringsspenninger Teknologi for et bedre samfunn 27

28 Krav til globale jordingsanlegg Tillatte berøringsspenninger UTp ansees overholdt dersom en av følgende forutsetninger er oppfylt: Anlegget er en del av et globalt jordingssystem (tillegg O) Jordpotensialhevingen UE ved jordfeil skal ikke overstige 2 UTp Bestemmelse basert på REN blad 8009 REN blad Teknologi for et bedre samfunn 28

29 Typiske globale elektrodeanlegg Store kabelnett i tettbebygde strøk Blank jordleder i grøfter Tilknytning til vann/avløp/metall Mindre kabelnett kan komme inn under definisjonen Kartlegge jordresistivitet ("Wenner-metoden") Bestemme enpolt jordfeilstrøm evt. kortslutningsstrøm Beregninger Målinger ( Potensialfallmetoden ) Teknologi for et bedre samfunn 29

30 Globalt jordingsanlegg? Jordresistivitet representativ verdi Enpolt jordfeilstrøm Arealet dekket av elektrodeanlegget Tverrsnitt av jordleder i bakken Totallengde av jordledere i bakken Teknologi for et bedre samfunn 30

31 Felles eller adskilt jording Aktualisert i forbindelse med plassering av mastetransformatorer på bakkenivå innen utgangen av 2016 Forståelse hos nettselskapene er nødvendig for hvorfor "jordingsfellesskap" kan være en risikofaktor for abonnenter Oppbygging av fordelingssystemer (IT, TT, TN-systemer) Lynnedslag Direkte nedslag i HS-nett Overførte transiente spenninger via transformator eller via jordsmonnet Induserte overspenninger direkte i LS-nettet via lynnedslag i nærområdet til LS-luftlinjer Fordeler med adskilt jording Teknologi for et bedre samfunn 31

32 Krav til felles eller adskilt jording I hht FEF 2006 skal adskilt jording for HS- og LS-nett benyttes dersom forholdene ligger til rette for det. Preferansen til adskilt jord gjelder for transformatorkretser som kun har luftledninger, noe som er typisk for eldre anlegg i grisgrendte strøk (Elsikkerhet 80/(01/2012). Adskilt jording reduserer faren for overføring av farlige strømmer og spenninger fra HS- til LS-nett (doble jordfeil i HS-nettet eller induserte transiente overspenninger fra lynnedslag). Felles jording: I hht NEK 440:2011 foretrekkes sammenkopling av HS- og LS-jordingsanlegg dersom det er gjennomførbart. Må oppfylle krav gitt i FEF 2006, 4-11; gjelder begge jordingsmetodene Kravene gjelder driftsfrekvente (50 Hz) berøringsspenninger og spenninger som kan oppstå på utstyr. Teknologi for et bedre samfunn 32

33 Felles jording i IT-nett HS LS faseledere faseledere IT-nett n n-punkts avleder apparat sikkerhetsjord R j U kasse apparat sikkerhetsjord R j U kasse abonnent abonnent Teknologi for et bedre samfunn 33

34 Adskilt jording i IT-nett ekvivalent HS LS faseledere faseledere IT-nett n n-punkts avleder apparat sikkerhetsjord R j U kasse apparat sikkerhetsjord R j U kasse abonnent abonnent Holdfasthet over LS- og N-pkt gjennomføringer! Teknologi for et bedre samfunn 34

35 Isolasjonsholdfasthet på sluttbrukernivå Nøytralpunktsvern på fordelingstransformatorer er et svakt punkt IT-nett TT-nett er enda mer utsatt for overførte spenninger fra HS- til LS-siden Isolasjonsholdfasthet (U m er maksimal tillatt driftsfrekvent spenning) Korttids 50 Hz [kv] 1,2/50 µs [kv] LS- og n-punkt gjennomfør.: U m =1,2 kv 6 - LS- og n-punkt gjennomfør.: U m =3,6 kv eller 40 LS- og n-punkt gjennomfør.: U m =7,2 kv eller 60 Disneuter (gjennomslag) 0,7 1,5 Installasjonens inntak - 6 Ledningsopplegg og faste installasjoner - 4 Apparater og utstyr - 2,5 Spesielt beskyttet utstyr - 1,5 Teknologi for et bedre samfunn 35

36 Takk for oppmerksomheten! 36 Teknologi for et bedre samfunn