Verificarea prizelor de pamant

Notiuni introductive

O priza de pamant este corect dimensinata daca tensiunile de atingere si de pas se incadreaza in valorile prescrise de norme (anexele 7.34 si 7.35).

a) Calculul analitic al tensiunilor de atingere si de pas se realizeaza pe baza determinarii distributiei potentialului in zona din jurul prizei, prin metoda superpozitiei. Conform acesteia potentialul unui punct este egal cu suma potentialelor produselor de elemente individuale ale prizei, in punctul M considerat:

in care: i_p este curentul dispersat pe un element singular al prizei;

l - lungimea elementelor retelei de priza;

m_n - distanta de la punctul M la elementul prizei considerat.

Pentru n elemente identice si distributie uniforma a curentului de punere la pamant I_p, in elementele prizei:

In cazul prizelor stalpilor liniilor electrice aeriene de inalta tensiune:

unde: e_p - coeficient de repartitie pentru curentul care trece prin priza, ale carui valori

aproximative sunt date in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1.

b) Tensiunea de atingere U_at este diferenta de potential la care poate fi supus omul cand - fiind in contact cu solul - atinge partile metalice aflate accidental sub tensiune. Pentru calcule, distanta dintre partea metalica ajunsa sub tensiune si picior se ia egala cu 0,8 m, iar pentru masurari, se considera de 1 m (fig. 4.20, a). Coeficientul de atingere se defineste ca raportul dintre tensiunea de atingere U_at si tensiunea de priza U_p.

(1.24)

c) Tensiunea de pas U_pas este tensiunea la care este supus omul cand - stand pe sol - are picioarele distantate la 1 m, in directia gradietului de potential (fig. 1.20, b).

Coeficientul de pas este raportul dintre tensiunea de pas si tensiunea maxima pe priza:

(1.25)

d) Calculul tensiunii de atingere U_at, a coeficientului de atingere K_at, a tensiunii de pas U_pas si a coeficientului de pas K_pas, se efectueaza cu ajutorul expresiilor (semnificatiile notatiilor in fig. 1.9).

Priza emisferica

Priza sferica, ingropata la adancimea t:

Priza tarus

Priza tarus ingropat

unde:

Priza orizontala pe suprafata, in acest caz gradientul maxim apare in directia axei electrodului:

Priza inelara pe suprafata solului, cu distributia potentialului conform fig. 1.9.

e) Pentru prizele retea, in sol omogen, distributia potentialului are aspectul prezentat in fig. 1.10.

f) Valorile maxime ale coeficientului de pas si ale coeficientului de atingere pe suprafata prizei de dirijare (in afara prizei dar in imediata ei apropiere) se determina cu relatia:

unde: (numai pentru n

in care:

a este distanta dintre doi electrozi paraleli, m

l - lungimile unui singur electrod, m , (lungimea dreptunghiului care inscrie reteaua de dirijare);

n - numarul de electrozi paraleli;

- lungimea insumata a electrozilor paraleli ce alcatuiesc priza orizontala, m

t₁ - adancimea de ingropare a electrozilor paraleli, m

t₂ - adancimea de ingropare a electrozilor orizontali de pe conturul extrem al prizei de pamant artificiale, m

d - diametrul unui electrod, m (pentru electrozii din platbanda , b fiind latimea benzii).

Observatie. Daca n este impar, in locul expresiei se va utiliza

Pentru dimensionarea instalatiei de dirijare a potentialului se poate folosi relatia coeficientului de atingere:

In cazul cand priza de dirijare are forma de plasa si tinand seama si de prizele naturale, K_at si K_pas se pot calcula cu relatiile:

si

In cazul prizelor de pamantare din interiorul cladirilor, se asimileaza priza de pamantare impreuna cu cladirea ca o priza in forma de placa, asezata pe suprafata solului care are dimensiunile egale cu ale prizei de pamant artificiale; coeficientul de pas in acest caz se poate calcula cu relatia:

unde:

S este suprafata ocupata de priza in forma de placa, m²

D - diagonala prizei in forma de placa, m

p = 0,8 - 1,0 m - lungimea pasului, m

Cand adancimea de ingropare t a placii depaseste 0,4 m, relatia de mai sus devine:

unde:

k = 1 pentru t = 0,3 - 0,4 m

k = 0,7 ,, t = 0,5 m

k = 0,5 ,, t = 0,8 m

k = 0,4 ,, t = 1 m

g) O priza de pamant este stabila termic cand, in oricare din conditiile de exploatare pentru care a fost proiectata nu da nastere in nici un punct al solului unor temperaturi mai mari de 100 C. Pentru a avea un coeficient de siguranta, se admite ca temperatura maxima in sol sa nu depaseasca 85 - 90 C.

In regim tranzitoriu, curentul maxim ce poate fi suportat de priza, pentru a respecta conditia de mai sus:

(1.55)

in care:

I este curentul stabilizat de scurtcircuit ce poate fi suportat de priza, A

S - suprafata laterala a tuturor elementelor prizei, in contact cu solul, m²

C - caldura specifica medie a solului, (de cca. 1,75 10⁶ J/m³ C);

q_f - temperatura finala a solului, maxim 85 - 90 C;

q_i - temperatura initiala a solului, (q_i C);

t_f - timpul fictiv de scurtcircuit, s

r - rezistivitatea solului, Wm

Expresia de mai sus poate fi exprimata si in functie de tensiunea totala a prizei U_p si rezistenta totala a prizei R_p, stiind ca:

Suprafata necesara a unei prize pentru a putea suporta regimul de scurtcircuit:

unde: a = 1,2 este un coeficient de ecranare.

In regim termic stabilizat priza va fi stabila termic daca se indeplinese conditia:

unde: l = 1,2 W/m C - conductibilitatea termica a solului.

Inlocuind l q_f q_i cu valorile lor, si luand un coeficient de siguranta de 1,1 expresia devine:

Conditiile de calcul al stabilitatii termice a instalatiilor de legare la pamant in functie de modul de tratare a neutrului retelei sunt indicate in anexa 7.35.

In aprecierea stabilitatii termice a prizei trebuie luate in considerare si conductoarele metalice ale prizei. Acestea nu trebuie sa depaseasca temperatura de 200 C, in medii cu pericol de incendiu si de 300 C, in cazul in care nu exista acest pericol.

Densitatea de curent maxima admisibila, j, in conductoarele de legare la pamant, in cazul scurtcircuitelor, se poate determina aproximativ cu relatiile:

Pentru conductoarele de cupru:

Pentru conductoare de aluminiu:

Petru conductoare din otel:

unde t - timpul de calcul, egal cu durata scurtcircuitului, s

h) In cazul in care prizele sunt solicitate la curenti de impuls (fig. 1.2) de exemplu in cazul descarcarilor atmosferice, rezistenta lor se modifica fata de valorile corespunzatoare frecventei industriale. Astfel rezistenta prizei la impuls R_i se exprima in functie de rezistenta prizei la 50 H_z, R₅₀ si un coeficient de impuls:

Coeficientul de impuls depinde de rezistivitatea solului, de forma si marimea elementelor constructive ale prizei de pamant, de marimea curentului de punere la pamant.

Valorile coeficientului de impuls, in functie de elementele geometrice si de curentii ce trec prin priza, sunt indicate in fig. 1.11.

Rezistenta de impuls R_i a unei prize de protectie impotriva supratensiunilor trebuie sa satisfaca relatia:

in care:

U_ti este tensiunea de tinere la impuls corespunzatoare nivelului izolatiei liniei, kV_max

I_ti - amplitudinea de calcul a curentului de trasnet in zona considerata, kA

i = 10kA