Dünya potansiyeli artışı - Earth potential rise

Gelen elektrik mühendisliği , toprak potansiyeli artış (EPR) olarak da adlandırılan , potansiyel artış (GST) zemin büyük oluşan akım , bir toprak süzgeç aracılığıyla toprağa aktığı empedans . Dünya üzerindeki uzak bir noktaya göre potansiyel, akımın toprağa girdiği noktada en yüksektir ve kaynaktan uzaklaştıkça azalır. Toprak potansiyeli artışı, elektrik trafo merkezlerinin tasarımında bir endişe kaynağıdır, çünkü yüksek potansiyel insanlar veya ekipman için bir tehlike oluşturabilir.

Mesafeye göre voltaj değişimi (potansiyel gradyan) o kadar yüksek olabilir ki, iki ayak arasında veya kişinin üzerinde durduğu zemin ile metal bir nesne arasında oluşan voltaj nedeniyle bir kişi yaralanabilir. Telefon telleri, raylar, çitler veya metalik borular gibi trafo merkezine bağlı herhangi bir iletken nesne, trafo merkezindeki toprak potansiyelinde de enerjilendirilebilir. Aktarılan bu potansiyel, trafo merkezinin dışındaki insanlar ve ekipman için bir tehlikedir.

Küçük bir trafo merkezi etrafındaki voltaj gradyanının bilgisayar hesabı. Voltaj gradyanının dik olduğu yerlerde, yoldan geçenler için elektrik çarpması tehlikesi mevcuttur.

nedenler

Toprak Potansiyeli Artışı (EPR), elektrik trafo merkezlerinde, enerji santrallerinde veya yüksek voltajlı iletim hatlarında meydana gelen elektrik arızalarından kaynaklanır. Kısa devre akımı, tesis yapısı ve ekipmanından geçerek topraklama elektroduna akar. Dünyanın direnci sıfır değildir, bu nedenle topraklama elektrotunda toprağa enjekte edilen akım, uzak bir referans noktasına göre potansiyel bir artış üretir. Ortaya çıkan potansiyel artış, gerçek arıza konumundan yüzlerce metre uzakta tehlikeli gerilime neden olabilir. Mevcut fay akımı, toprak tipi, toprak nemi, sıcaklık, alttaki kaya katmanları ve bir fayı kesmek için temizleme süresi dahil olmak üzere birçok faktör tehlike seviyesini belirler.

Dünya potansiyeli artışı, güç ve telekomünikasyon hizmetlerinin koordinasyonunda bir güvenlik sorunudur. Elektrik dağıtım trafo merkezi gibi bir sahadaki bir EPR olayı, personeli, kullanıcıları veya yapıları tehlikeli voltajlara maruz bırakabilir.

Adım, dokunma ve ağ gerilimleri

"Adım voltajı", enerji verilmiş topraklanmış bir nesnenin yakınında duran bir kişinin ayakları arasındaki voltajdır. "Elektrot"tan farklı uzaklıklardaki iki nokta arasındaki voltaj dağılım eğrisi tarafından verilen voltaj farkına eşittir. Bir kişi, yalnızca topraklama noktasının yakınında durarak bir arıza sırasında yaralanma riski altında olabilir.

"Dokunma voltajı", enerji verilen nesne ile nesne ile temas halinde olan bir kişinin ayakları arasındaki voltajdır. Nesne ile biraz uzaktaki bir nokta arasındaki voltaj farkına eşittir. Bu nesne, kişinin temas ettiği yerden uzak bir noktada topraklanmışsa, temas gerilimi, topraklanmış nesne üzerindeki tam gerilime yakın olabilir. Örneğin, sistem nötrüne topraklanmış ve enerji verilmiş bir hatta temas etmiş bir vinç, vinçle veya onun yalıtılmamış yük hattıyla temas halinde olan herhangi bir kişiyi, neredeyse tam arıza voltajına eşit bir dokunma voltajına maruz bırakacaktır.

"Ağ gerilimi", topraklama iletkenlerinden oluşan bir ızgara kurulduğunda hesaplanan veya ölçülen bir faktördür. Ağ gerilimi, en kötü arıza koşulları altında, şebekeye bağlı metalik nesneler ile şebeke içindeki toprak arasındaki en büyük potansiyel farktır. Bu önemlidir, çünkü bir kişi şebekenin kendisine göre büyük bir gerilime sahip bir noktada şebekenin içinde duruyor olabilir.

Azaltma

Tehlikeli adım ve temas gerilimlerinin gelişip gelişmeyeceğini belirlemek için arıza koşulları altında güç sisteminin mühendislik analizi kullanılabilir. Bu analizin sonucu, koruyucu önlemlere duyulan ihtiyacı gösterebilir ve uygun önlemlerin seçimine rehberlik edebilir.

Çalışanları tehlikeli yer-potansiyel gradyanlarından korumak için eş potansiyel bölgeler, yalıtım ekipmanı ve kısıtlı çalışma alanları dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılabilir.

Bir eş potansiyel bölgenin oluşturulması, içinde duran bir işçiyi tehlikeli adım ve temas gerilimlerinden koruyacaktır. Böyle bir bölge, topraklanmış nesneye bağlı metal bir mat kullanılarak üretilebilir. Genellikle bu metal hasır (veya toprak ağ), toprakla teması artırmak ve şebeke empedansını etkin bir şekilde azaltmak için gömülü toprak çubuklarına bağlanır. Bazı durumlarda, şebeke içindeki voltajı eşitlemek için bir topraklama şebekesi kullanılabilir. Bununla birlikte, eş potansiyel bölgeler, korunan alanın tamamen veya kısmen dışında olan çalışanları korumayacaktır. Yakın çalışma alanındaki iletken nesnelerin yapıştırılması, nesneler arasındaki ve her nesne ile toprak arasındaki voltajı en aza indirmek için de kullanılabilir. (Bununla birlikte, bir nesneyi çalışma alanı dışında yapıştırmak, bazı durumlarda o nesneye dokunma voltajını artırabilir.)

Lastik eldivenler gibi yalıtkan kişisel koruyucu ekipmanların kullanılması, topraklanmış ekipman ve iletkenleri kullanan çalışanları tehlikeli dokunma gerilimlerinden koruyabilir. Yalıtım ekipmanı, arıza koşulları altında (tam sistem voltajından ziyade) topraklanmış nesneler üzerinde etkilenebilecek en yüksek voltaj için derecelendirilmelidir.

İşçiler, trafo merkezi sınırları veya iletim kulelerinin yakınındaki alanlar gibi tehlikeli voltajların oluşabileceği alanlara erişimi yasaklayarak tehlikeli adım veya dokunma voltajlarından korunabilir. İletkenleri veya topraklama sistemine bağlı ekipmanı tutması gereken işçiler, kazara elektrik verilmiş iletkenlerden korunmak için koruyucu eldivenlere veya başka önlemlere ihtiyaç duyabilir.

Elektrik trafo merkezlerinde, yüzey yüksek dirençli bir kırma taş veya asfalt tabakası ile kaplanabilir. Yüzey katmanı, ayaklar ve topraklama ızgarası arasında yüksek bir direnç sağlar ve adım ve temas gerilimi tehlikesini azaltmak için etkili bir yöntemdir.

hesaplamalar

Prensipte, arıza akımı ( I f ) ve şebekenin direnci ( Z şebekesi ) biliniyorsa , toprak şebekesi V şebekesinin potansiyeli Ohm Yasası kullanılarak hesaplanabilir .

Birlikte hata akımı , bir dağıtım ya da nakil sistemi için genellikle hesaplanabilir veya hassasiyetle tahmin edilebilir, yer ızgara direnci hesaplaması daha karmaşıktır. Hesaplamadaki zorluklar, pratik zemin ızgaralarının genişletilmiş ve düzensiz şeklinden ve farklı derinliklerde zeminin değişen özdirencinden kaynaklanmaktadır.

Toprak şebekesinin dışındaki noktalarda potansiyel artış azalır. Bir mesafedeki potansiyelin en basit durumu, homojen toprakta sürülen bir çubuk elektrotun analizidir. Gerilim profili aşağıdaki denklemle verilir.

nerede

dünya ızgarasının merkezinden bir noktadır (metre olarak).
volt cinsinden toprak şebekesinden uzaktaki voltajdır .
olduğu direnç de yeryüzünün, Q · m.
amper cinsinden toprak arıza akımıdır .

Bu durum basitleştirilmiş bir sistemdir; pratik topraklama sistemleri, tek bir çubuktan daha karmaşıktır ve toprağın değişen direnci olacaktır. Bununla birlikte, bir toprak ızgarasının direncinin kapladığı alanla ters orantılı olduğu güvenilir bir şekilde söylenebilir; bu kural, belirli bir site için zorluk derecesini hızlı bir şekilde değerlendirmek için kullanılabilir. Masaüstü kişisel bilgisayarlarda çalışan programlar, sonlu elemanlar yöntemi de dahil olmak üzere çeşitli teknikleri kullanarak toprak direnci etkilerini modelleyebilir ve toprak potansiyeli artışının ayrıntılı hesaplamalarını üretebilir .

Standartlar ve düzenlemeler

ABD Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi (OSHA), EPR'yi "bilinen bir tehlike" olarak belirlemiş ve işyerinde bu tehlikenin ortadan kaldırılmasına ilişkin düzenlemeler yayınlamıştır.

Koruma ve izolasyon ekipmanları, IEEE , Ulusal Elektrik Kodları (UL/CSA), FCC ve Telcordia tarafından açıklanan ulusal ve uluslararası standartlara göre yapılır.

IEEE Std. 80-2000, elektrik trafo merkezleri çevresinde adım ve dokunma gerilimlerinin kabul edilebilir seviyelere hesaplanmasını ve azaltılmasını ele alan bir standarttır.

Telekomünikasyon devrelerinin yüksek voltaj koruması

Kendi içinde bir toprak potansiyeli artışı, aynı toprak potansiyeline bağlı herhangi bir ekipman veya kişi için zararlı değildir. Ancak, uzak bir toprak potansiyeline (Merkez Ofis/Borsa gibi) bağlı bir iletken (metalik telekomünikasyon hattı gibi) GPR'ye tabi alana girdiğinde, potansiyellerin çelişen farkı önemli riskler yaratabilir. Yüksek voltaj ekipmana zarar verebilir ve personel için tehlike oluşturabilir. Alt istasyonlarda kablolu iletişim ve kontrol devrelerini korumak için koruyucu cihazlar uygulanmalıdır. İzolasyon cihazları, potansiyelin GPR alanına veya dışına aktarılmasını engeller. Bu, aksi takdirde her iki toprak potansiyeline aynı anda maruz kalabilecek ekipmanı ve personeli korur ve ayrıca telefon şirketinin merkez ofisine veya aynı ağa bağlı diğer kullanıcılara yayılan yüksek voltaj ve akımları önler. Devreler, transformatörler veya iletken olmayan fiber optik kuplajlar ile izole edilebilir . (Karbon bloklar veya gaz tüpü şöntleri gibi aşırı gerilim önleyici cihazlar devreyi izole etmez, ancak yüksek voltaj akımlarını korumalı devreden yerel toprağa yönlendirir. Bu tür koruma, tehlikenin olduğu durumlarda GPR'nin tehlikelerine karşı tam koruma sağlamaz. aynı devre üzerindeki uzak bir topraktan.)

Telekomünikasyon standartları, içinde ekipman ve devrelerin toprak potansiyeli artışının etkisinden korunması gereken bir trafo merkezinin etrafında bir "etki bölgesi" tanımlar. Kuzey Amerika uygulamasında, etki bölgesinin, uzak dünyaya göre GPR'nin 300 volta ulaştığı bir telekomünikasyon devresi boyunca nokta olan "300 volt noktası" ile sınırlandığı kabul edilir. Bir alt istasyonun etrafındaki bir etki bölgesini tanımlayan 300 volt noktası, toprak direncine ve arıza akımının miktarına bağlıdır . Alt istasyonun yer şebekesinden belirli bir mesafede bir sınır tanımlayacaktır. Yukarıda açıklanan değişkenler her konum için farklı olduğundan, her alt istasyonun kendi etki alanı vardır.

Birleşik Krallık'ta, Dünya'nın Yükselişi Potansiyeline (ROEP) tabi olan herhangi bir site, 'Sıcak Site' olarak anılır. Etki Alanı, tarihsel olarak, bir Sıcak Alandaki yüksek voltajlı bileşiğin sınırının 100 m'si içinde herhangi bir yerde ölçülmüştür. Genel alanın büyüklüğüne bağlı olarak bu, daha büyük bir sitenin bölümlerinin 'Sıcak' olarak sınıflandırılmasının gerekmeyebileceği veya (tersine) küçük alanların etkisinin arazi sahibinin kontrolü dışındaki alanlara yayılabileceği anlamına gelebilir. 2007'den beri, Sıcak Bölgeyi hesaplamak için Enerji-Ağları-Birliği (ENA) Tavsiyesi S34'ün ('Trafo Merkezlerinde Dünya Potansiyelinin Yükselişinin Değerlendirilmesi için Bir Kılavuz') kullanılmasına izin verilmektedir. Bu artık, ROEP'nin normal güvenilirliğe sahip güç hatları için 430V'u veya yüksek güvenilirlikli hatlar için 650V'yi aştığı bir kontur çizgisi işaretlemesi olarak tanımlanmaktadır. 'Bölge', saha toprak elektrot sistemi veya sınır çiti gibi herhangi bir bağlı metal iş parçasından bir yarıçap içinde uzanır. Bu, önceki tanımla karşılaştırıldığında Sıcak Bölgenin toplam boyutunu etkili bir şekilde azaltabilir. Bununla birlikte, şerit toprak elektrotları ve bu bölgenin dışına uzanan güç kablolarının etkin bir şekilde yalıtılmamış metalik-kılıf/zırhları, sınırdan 100 m'lik bir mesafe için ve iki metre genişliğinde bir mesafe için 'sıcak' olarak kabul edilmeye devam edecektir. iletkenin her iki tarafında. Sıcak Bölgeyi hesaplamak, Elektrik-Tedarik-Endüstrisinin (ESI) sahibi olanın sorumluluğundadır.

Openreach (Birleşik Krallık'taki fiziksel telefon ağının önemli bir çoğunluğunu kurmak ve sürdürmekle görevli bir BT Grubu şirketi), Birleşik Krallık'taki ESI şirketlerinden gönüllü olarak sağlanan bilgilerle her 12 ayda bir güncellenen bir Hot-Site Register'a sahiptir. Kayıttaki bir siteyi ziyaret eden herhangi bir Openreach mühendisi, Hot-Site eğitimi almış olmalıdır. Zırhlı telefon kablolarının kullanılmaması, erişimi engellemek için kablo bağlantılarının tamamen yalıtılması, kablo kılıfının ucunun ötesinde ayrı kablo çiftlerinin aşırı sarılması ve izolasyon (Sıcak Bölgenin dışında) gibi belirli çalışma uygulamaları ve planlama hususları izlenmelidir. ) üzerinde çalışılacak herhangi bir hat. Yalıtım bağlantılarının, hizmet yalıtım cihazlarının ve kabloları çalıştırmak için açıkça işaretlenmiş ana hatların sağlanmasının maliyetini karşılamak için bir hizmetin ilk kurulumunu sipariş eden tarafın sorumluluğunda olduğu varsayılır ve bunların tümü planlama sürecinin bir parçası olmalıdır.

Bazı durumlarda ('soğuk' bir sitenin 'sıcak' duruma yükseltilmesi gibi), Etki Alanı, Elektrik Tedarik Sanayinin mülkiyetinde olmayan konut veya ticari mülkü kapsayabilir. Bu durumlarda, her bir telefon devresini geriye dönük olarak korumanın maliyeti aşırı derecede yüksek olabilir, bu nedenle yerel Toprak Potansiyelini güvenli seviyelere etkili bir şekilde geri getirmek için bir drenaj elektrotu sağlanabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

[1] ACIF Çalışma Komitesi CECRP/WC18, AS/ACIF S009:2006 Müşteri Kablolaması için Kurulum Gereksinimleri (Kablolama Kuralları) , Avustralya İletişim Endüstrisi Forumu, Kuzey Sidney, Avustralya (2006) ISBN  1-74000-354-3

Dış bağlantılar