Jording av stasjonsinstallasjoner med spenning over 1 kv AC NEK 440:2010 Kåre Espeland REN AS
2 Kap 3 Termer og definisjoner 3.4.11 impedans til jord, Z E impedance to earth (of an earthing system), Z E impedans ved en gitt frekvens mellom et jordingssystem og referansejord I E 3.4.12 jordpotensialstigning (EPR), U E earth potential rise (EPR), U E spenning mellom et jordingssystem og referansejord U T 3.4.14 (effektiv) berøringsspenning U T (effective) touch voltage (U T ) (195-05-11, modified) spenning mellom ledende deler når de berøres samtidig U E 3.4.29 strøm til jord current to earth (I E ) strøm som flyter til jord via impedansen til jord (se Figur 2) Z E 2
Kap 3 Termer og definisjoner a) Jordfeilstrøm i et system med isolert nøytralpunkt L3 L2 L1 I C C e I C - L2 C e I C - L3 I F = I C 3
4.3 Sikkerhetskriterier NEK 440 henviser til Tillegg A og B som beskriver hvordan man har komt frem til U tp kurven. Kurven har noe avvik fra FEF 06 Spenning i V Tilatt berøringsspenning U Tp 1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 100 1 000 10 000 Tid i ms 4
5 4.4 Funksjonkrav Jordingssystemet, dets komponenter og utjevningsforbindelser skal kunne distribuere og avlede feilstrømmer uten at termiske og mekaniske konstruksjonsverdier overstiges basert på reserve beskyttelsens betjeningstid. Jordingssystemet skal opprettholde funksjonaliteten i den beregnede installasjonens levetid med de mekaniske påkjenninger som det må regnes med og i de korrosive omgivelser som må påregnes.
5.2 Dimensjonering med hensyn til korrosjon og mekanisk styrke Jordelektrode Tillegg C Jordingsledere kobber: 16 mm² aluminium: 35 mm² stål: 50 mm² 6
Materiale Varm-galvanisert Annex C Type av elektrode Dia met er (mm) Leder Tverr sn itt (mm 2 ) Minste størrelse Belegg/mantel Tykkelse Enkeltverdier (μm) Middelverdie r (mm) ( m) Bånd b 90 3 63 70 Profil (inkl. plater) 90 3 63 70 Rør 25 2 47 55 Rund stang for jord 16 63 70 elektrode (jordspyd) Stål Kobber Med blymantel a Med ekstrudert kobbermantel Med elektrolytisk kobbermantel Rund leder for horisontal jordelektrode Rund leder for horisontal jord elektrode Rund stang for jordelektrode (jordspyd) Rund stang for jordelektrode (jordspyd) 10 50 8 1000 15 2000 14,2 90 100 Bånd 50 2 Rund leder for 25 c Blank horisontal jordelektrode Flertrådet leder 1,8 d 25 Rør 20 2 Fortinnet Flertrådet leder 1,8 d 25 1 5 Galvanisert Bånd 50 2 20 40 Med blymantel a Flertrådet leder 1,8 d 25 1000 Rund leder 25 1000 a. Ikke egnet for direkte innstøping i betong. Bruk av bly er ikke anbefalt av miljøgrunner. b. Bånd, rullet eller avklippet med avrundede kanter c. Ved ekstreme forhold hvor erfaring viser at risiko for korrosjon og mekanisk skade er svært liten kan16 mm² anvendes. d. For enkelt leder 7
8 5 Design av jordingssystem Tabell 1 - Relevante strømmer for utførelse av jordingsanlegg Type høyspenningssystem Relevant for termisk belastning a e Relevant for jordpotensialstigning og berøringsspenninger Jord elektrode Jordingsleder Systemer med isolert nøytralpunkt b Om det ikke er automatisk utkopling av jordfeil, er behovet for å vurdere dobbel jordfeil avhengig av driftserfaringer. I" kee Feilstrøm ved dobbelt jordfeil beregnet i henhold til NEK EN 60909 (for I kee kan 85 % av den initielle symmetriske kortslutningsstrøm brukes som en høyeste verdi) r Reduksjonsfaktor (se Tillegg I) I C Beregnet eller målt kapasitiv jordfeilstrøm I" kee I" kee I E = r I C b
Flere samtidige feil Jordfeil vil føre til spenningstigning mot jord på friske faser. Dette kan føre til overslag der man ikke har nok isolasjon. Feiljusterte gnistgap Skog som er for nærme Defekte isolatorer osv R R Friskt nett 24 kv T Jordfeil 24 kv T S S 9
Eksempel: 2-polt jordfeil Tre på ene fasen som fører til spenningstigning på friske faser og tenning av feiljustert gnistgap ved transformator. 132/22 kv 22/0,23 kv U E U E 10
NEK440 Tillegg D. A I K ln t f i A= er arealet i kvadratmillimeter I = er lederens strøm i ampere (effektivverdi) t = er feilstrømmens frakoblingstid i sekund K = er en konstant avhengig av materialet i den strømbelastede delen. Tabell B.1 gir verdien for de vanligste materialtypene ved en antatt starttemperatur på 20 C β = er den inverse temperaturkoefficienten ved 0 C for materialet i den strømbelastede delen (se tabell B.1) Θ i = er starttemperaturen i grader Celcius. Verdiene kan hentes fra bilag A i IEC 60287-3-1. Om verdier mangler i de nasjonale tabellene skal 20 C antas som grunnens temperatur ved 1 meters dybde Θ f = er sluttemperaturen i grader Celcius. 11
Tillegg D Formel skal anvendes primært under 5 sekunder, men kan også anvendes for tider over: Ved utkobling på 1 sekunder og I kee = 500 A er kravet til tverrsnitt =2,8 mm 2 Cu Formelen blir kun dimensjonerende ved høye strømmer og lang utkoblingstid. For eks. Ved HS topolt jordfeil. 12
Tabell D2 Linjene 1, 3 og 4 gjelder for en sluttemperatur på 300 o C, linje 2 gjelder for 150 o C 1 Kobber, blank eller forsinket 2 Kobber, fortinnet eller med blymantel 3 Aluminium, bare jordingsledere 4 Galvanisert stål 13
14 5.4 Dimensjonering med hensyn på berøringsspenning Tilfredsstillende jordingsanlegg: 1. Global jord I E 2. U E <2*U Tp 3. U E <4*U Tp U T 4. Bevise at U T <U Tp U E Spenning i V Tilatt berøringsspenning U Tp 1 000 900 800 U 600 500 400 Tp 300 Z E 700 200 100 0 10 100 1 000 10 000 Tid i ms
15 Personsikkerhet I E I E Motstand i kroppen Motstand i skotøy Motstand i til jord Jordelektrode U E Sann jord
16 Potensialutjevning I E I E U E
17 Isolerende matte I E I E U E
Hvorfor går dette bra? 22 kv
19 Dårlige jordingsforhold I E I E U T U T U E U E
Dokumentere U T < U TP Tema: Dokumentere at U T < U Tp I E U T U E 20
21 Dokumentere U T < U TP NEK 440 bilag B Ved fastsetting av den reelle berøringsspenningen (U T ) kan tilleggsresistanser som sko, underlag av grus og lignende inkluderes. I B U vtp Z T U Tp R F1 R F2 R F U vtp Spenningsforskjell som virker som en spenningskilde i berøringskretsen ( U E ) Z T Total kroppsimpedans I B Strøm som flyter gjennom kroppen U Tp Tillatt berøringsspenning, spenningen over den menneskelige kropp R F Tilleggsresistans (R F = R F1 + R F2 ) S t f R F1 For eksempel motstand av fottøyet R F2 Resistans til jord fra stedet der man står Resistiviteten av jorden nær overflaten i en installasjon (i Ωm) Feilens varighet
Dokumentere U T < U TP I B I B = U Z T T per definisjon U vtp Z T U Tp R F1 R F U vtp ( t f ) UT ( t f ) ( RF1 RF 2 ) I B R F2 U vtp ( t f ) U T ( t f ) (1 R Z F T ) Tilleggsresistans : R F = R F 1 + R F 2 = R F1 + 1,5 m -1 x ρs 22
Spenning i V (5) (1) (2) (3) (4) 23 Dokumentere U T < U TP 5000 4500 4000 Forventet tillatt berøringsspenning UvTp Kurven viser berøringsspenning ved ulike verdier for tilleggsresistanser som funksjon av tiden 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 100 1000 10000 Tid i ms MERKNAD - R F1 = 1000 representerer en gjennomsnittverdi for gamle og våte sko. Høyere verdier for fottøyresistans kan bli brukt om det er hensiktsmessig. (1): Tillatt berøringsspenning i følge 4 (2): R F =750 (R F1 =0, s =500m) (3): R F =1750 (R F1 =1000, s =500 m) (4): R F =2500 (R F1 =1000, s =1000 m) (5): R F =4000 (R F1 =1000, s =2000 m)
Dokumentere U T < U TP Eksempel: Du skal bygge ut et hyttefelt der jordresistiviteten er høy og det er problem å få til lav nok berøringspenning i nettstasjonen. Jordresistivitet 7000 Ωm Utkoblingstid ved jordfeil 5 sek Hva blir kravet til berøringspenning? 24
25 Dokumentere U T < U TP 12800 6400 12671 11087 9098 7265 5242 3200 3367 2299 1600 800 400 1382 1052 767 482 463 2*Utp 4*Utp 700 ohm m 3600 ohm m 7000 ohm m 200 100 50 0,04 0,08 0,14 0,2 0,29 0,39 0,49 0,64 0,72 1,1 5 10 1000 Ω for sko
Dokumentere U T < U TP Eksempel: Du skal dokumentere berøringspenning i en kraftstasjon uten gjennomgående jord. Jordresistivitet 20 000 Ωm Utkoblingstid ved jordfeil 10 sek Jordfeilstrøm I c = 30 A Overgangsmotstand ca 20 Ω U E =30 A* 20 Ω= 600V Er dette ok? 26
27 Dokumentere U T < U TP 12800 13453 6400 8567 5824 3200 3471 2625 1600 800 400 1897 1159 1113 2*Utp 4*Utp 700 ohm m 3600 ohm m 7000 ohm m 20000 ohm m 200 100 50 0,04 0,08 0,14 0,2 0,29 0,39 0,49 0,64 0,72 1,1 5 10 1000 Ω for sko
6. Tiltak for å hindre overført potensial Hvor jordingssystemer for høy- og lavspenning befinner seg i nærheten av hverandre og ikke danner et globalt jordingssystem, kan deler av jordpotensialstigningen (EPR) i høyspenningssystemet kunne overføres til lavspenningssystemet. To måter å håndtere dette på er: a) sammenkobling av alle høy- og lavspennings jordingssystemer; b) adskillelse av jordingssystemet for høy- og lavspenning. 28
29 Berøringsspenning/Spenningspåkjenning 132/22 kv 22/0,23 kv
30 Tabell 2 Minimum krav for sammenkobling av lav- og høyspennings jordingssystem basert på grensene for jordpotensialstigning (EPR) Type lavspenningssystem a, b Berøringsspenning EPR krav Spenningspåkjenning c Feilvarighet Feilvarighet t f 5 s t f > 5 s TT Gjelder ikke EPR 1 200 V EPR 250 V TN EPR F UT P d, e EPR 1 200 V EPR 250 V IT Distribuert beskyttende jordleder Ikke distribuert beskyttende jordleder Som for TN system EPR 250 V EPR 1 200 V Gjelder ikke EPR 1 200 V EPR 250 V a. b. c. d. e. For type lavspenningssystem, se NEK IEC 60364 1. For IKT-utstyr, vises til direktiver fra ITU. Grensene kan økes om hensiktsmessig LV utstyr er installert eller EPR kan erstattes av lokale potensial forskjeller basert på målinger eller utregninger. Dersom PEN eller N-leder i lavspenningssystemet kun er forbundet til jord i høyspenningsanleggets jordingssystem, skal verdien av F være 1. U kan hentes fra figur 4. Tp MERKNAD Typisk verdi for F er 2. Høyere verdi for F kan benyttes når PEN-leder er forbundet til jord på flere steder. For visse typer jordsmonn, kan F ha verdi opp til 5. Det er nødvendig å ta spesielle hensyn ved jordsmonn med store forskjeller i resistivitet og når det øver ste laget har høyest resistivitet. Berøringsspenningen i slike tilfelle bli over 50 % av EPR.
Oppsummering Normen gir utvidede muligheter. Noen personer må ha ansvaret for jording. Man må ta tak i de virkelige problemene. Kunnskap om prosjektering, bygging og dokumentasjon må ut i hele organisasjonen. 31
32 REN blad nr REN blader jording 8008 Utregning av overgangsmotstand til jord - nedlasting av program 8010 Jordingsystem - Prosjektering 8011 Jordingssystem Montasje 8012 Overspenningsbeskyttelse av anlegg - Prosjektering 8020 Overspenningsvern - Valg av HS vern 8021 Overspenningsvern - Valg av LS vern 8022 Jordelektrode - Montasje 8024 Overspenningsvern - Montasje 8026 Måling av jordresistiviteten - Wenners metode 8027 Logg for måling av jordelektrode 8029 Måleprotokoll Wenners metode 8028 Måling av jordelektrode/jordsystem 8031 Jordfeil søking i 230V nettet 8040 LS Distribusjonsnett - Brosjyre jordfeil 8073 Driftsmerking av jordingssystem 32