A csillagpont földelés gyakorlata, a földzárlati hibahely behatárolásának lehetőségei

A csillagpont földelés gyakorlata, a földzárlati hibahely behatárolásának lehetőségei Dr. Varjú György Professzor emeritus BME Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport varju.gyorgy@vet.bme.hu Előadó neve

Fő témakörök: Új 1 kv-nál nagyobb ac. hálózatokra vonatkozó szébványok érintési feszültség értelmezései Transzfer potenciál kérdések Csillagpont földelés és földzárlati áram kapcsolat Földpotenciál emelkedésből (EPR) aódó földelési ellenállás követelmények 2 2

Új szabványok az 1 kv-nál nagyobb feszültségű ac. energetikai létesítményekre 3

Új szabványok 1 kv-nál nagyobb fesz. esetre (1) 1. MSZ EN 50522:2011; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése; E szabvány értelmében villamos energetikai létesítménynek számít a következők bármelyike: a) alállomás, beleértve a vasúti táplálás alállomását; (Magyar nyelvű, 67 oldal) Felváltja: MSZ 172-2 és MSZ 172-3; nagyfeszültségű érintésvédelem. 2. MSZ EN 61936-1:2016; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények. 1. rész: Általános szabályok (IEC 61936-1:2010, módosítva) (Magyar 114 oldal) Felváltja: MSZ 1610-1, -4, -8; Létesítési biztonsági szabályzat 3. MSZ EN 50341:2013; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű szabadvezetékek. 1. rész: Általános követelmények. Közös előírások (Magyar nyelvű, 251 oldal) Felváltja: MSZ 151, szabadvezeték szabvány(ok) MSZE 50341-2:2014, 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű szabadvezetékek. 2. rész: Nemzeti előírások. 4

Új szabványok 1 kv-nál nagyobb fesz. esetre (2) 1. MSZ EN 50522:2011; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése; CENELEC EN 50522-ként jóváhagyta 2010. 11. 01-jén. (Magyar nyelvű, 67 oldal) Felváltja: MSZ 172-2 és MSZ 172-3; nagyfeszültségű érintésvédelem. E szabvány értelmében villamos energetikai létesítménynek számít a következők bármelyike: a) alállomás, beleértve a vasúti táplálás alállomását; 5

Új szabványok 1 kv-nál nagyobb fesz. esetre (3) 2. MSZ EN 61936-1:2016; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények. 1. rész: Általános szabályok (IEC 61936-1:2010, módosítva) (Magyar 114 oldal.) Felváltja: MSZ 1610-1, -4, -8; Létesítési biztonsági szabályzat. 6

Új szabványok 1 kv-nál nagyobb fesz. esetre (4) 3. MSZ EN 50341:2013; 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű szabadvezetékek. 1. rész: Általános követelmények. Közös előírások (Magyar nyelvű, 251 oldal) Felváltja: MSZ 151, szabadvezeték szabvány(ok) (Előzmény angol nyelvű 45 kv-nál nagyobb fesz. Szabadvezetékre: 2002) MSZE 50341-2:2014, 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű szabadvezetékek. 2. rész: Magyar nemzeti előírás, átdolgozás alatt. Nagy számú nemzeti előírások (NNA-K): EN 50342-2-X jelenleg X= 4-23 7

Vasúti szabvány a Villamos biztonság, földelés és visszavezető áramkör MSZ EN 50122-1:2011/A1:2011; Vasúti alkalmazások. Telepített berendezések. Villamos biztonság, földelés és visszavezető áramkör. 1. rész: Áramütés elleni védőintézkedések Nincs magyar nyelvű bevezetése! EN 50122-1:2011, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return circuit - Part 1: Protective provisions against electric shock (Az 1997-es helyett, Angol: 83 oldal) 8

3. Érintési feszültség fogalmak (1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű létesítmények esetén) 9

Új szempontok az MSZ EN 50522:2011 földelési szabványban Villamos biztonság szempontjából mértékadó feszültségek: földpotenciál emelkedés (earth potential rise, EPR) (tényleges) érintési feszültség,u T [(effective) touch voltage] független érintési feszültség, U vt (prospective touch voltage) lépésfeszültség transzferpotenciál Transzferpotenciál (kivitt feszültség): Kisfeszültségű hálózatra Nagy és kisfeszültségű hálózatok földelésének összekötésére vagy különválasztása Távközlő (ICT) rendszerekre Lást ITU-T Ajánlásokat: o K 68 és MSZE 19410 o K 104 Transzfer potenciál Globális földelőrendszer (global earthing system) 10

Villamos biztonság szempontjából mértékadó feszültségek 11

A földelési szabványban definiált érintési feszültség fogalmak: Földelési szabvány szerint: kék; vasúti szabvány szerint: piros 3.4.12. földpotenciál-emelkedés (EPR), U E / - [earth potencial rise (EPR)] A referenciaföld és a földelőrendszer közötti feszültség. 3.4.14. (tényleges) érintési feszültség, U T / U te [(effective) touch voltage,] Az egyidejűleg érintett vezetőképes részek között fellépő feszültség. MEGJEGYZÉS: A tényleges érintési feszültség értékét az ilyen részekkel érintkező személy impedanciája jelentősen befolyásolhatja. 3.4.15. független érintési feszültség, U vt / U tp = U s [prospective touch voltage,] Egyidejűleg elérhető vezetőképes részek közötti feszültség a vezetőképes részek megérintése nélkül. 3.1.5 body voltage U b a vasúti szabványban A testen átfolyó áramnak és a test-impedanciának a szorzata Nß: Ez a földelési szabványban az U Tp megengedett érintési feszültség 12

További érintési feszültség értelmezések a földelési szabvány B melléklete szerint: U Tp Megengedett érintési feszültség, az emberi testen megjelenő feszültség Permissible touch voltage, the voltage across the human body U vtp Az érintési körben forrás-feszültségként ható olyan korlátozott nagyságú feszültségkülönbség, amely garantálja a személy biztonságát ismert járulékos ellenállások esetén (pl. lábeli, talpponti felület szigetelő anyaga) Voltage difference acting as a source voltage in the touching circuit with a limited value that guarantees the safety of a person when using additional known resistances (for example footwear, standing surface insulating material). 13

Érintési feszültségfogalmak összehasonlítása (tényleges, test, független) (effective, body, prospective) Szabvány jelzete Jelölés Fogalom Fogalom meghatározás (definíció) MSZ EN 50522 U T Tényleges 2) MSZ EN 50122 U te érintési feszültség A vezetőképes részek között fellépő feszültség azok egyidejű érintésekor (személy vagy állat által) 1) U b Test feszültség A testen átfolyó áram és a test-impedancia szorzata MSZ EN 50522 MSZ EN 50122 U vt U tp Független érintési feszültség Egyidejűleg elérhető vezetőképes részek közötti feszültség a vezetőképes részek megérintése nélkül MEGJEGYZÉS: 1) Csak az MSZ EN 50122 szabványban lévő kiegészítés. 2) A tényleges érintési feszültség értékét az ilyen részekkel érintkező személy impedanciája jelentősen befolyásolhatja. 14

4. Megengedett érintési (test) feszültség, U Tp 15

Megengedett érintési (test) feszültség az IEC/TS 60479-1 alapján A szívkamra lebegés szempontjából megengedett érintési (test) feszültség összefüggés: Test(áram)tényező BF IEC/TS 60479-1 3. ábrája szerint, 0,75 kéz és mindkét láb között, 0,50 mindkét kéz és mindkét láb között Zárlati időtartam s 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 Testáram ma 900 750 600 200 80 60 51 50 Szíváram-tényező HF Az IEC/TS 60479-1 12. táblázata szerint, azaz 1,0 bal kéz és lábak között, 0,8 jobb kéz és lábak között; 0,4 kéz és a másik kéz között 0,04 láb-láb az áramút az egy kéz és mindkét láb szerinti, a testimpedancia 50% valószínűség szerinti, a szívkamrafibrilláció fellépése 5% valószínűség szerinti, nincsenek járulékos ellenállások. 16

Hatások áram-idő függése 15-100 Hz tartományban IEC/TS 60479-1 Effects of current on human beings and livestock Part 1: General aspects Idő ms 17 Test áram, ma C 2 görbétől balra a szívkamra lebegés valószínűsége kisebb 5 %

Figyelembevett test-impedancia EN 50522 szerint EN 50122 18

Megengedett érintési feszültség, U Tp magán az emberi testen Megjegyzés: Ha az áram fennállásának időtartama lényegesen hosszabb, mint 10 s, akkor az U Tp =80 V megengedett érintési (test) feszültség alkalmazható. 19

A különböző szabványokban megengedett független érintési feszültségek 1. Független megengedett érintési feszültség,u vtp a földelési szabvány szerint 20 20

Helyettesítő vázlat a független érintési feszültség számítására a földelési szabvány szerint (Prospective touch voltage: (MSZ EN 50522) Megengedett érintési testfeszültség 21 21

Az MSZ EN 50522 szerint U vtp független érintési feszültséghez tartozó járulékos ellenállások Eset kód R F1 lábbeli R F járulékos ellenállás, ρ talaj ell. Ωm R F2 talpponti R F eredő Megjegyzés (1) < 500 0 U Tp vel megegyező (2) 500 750 1100 750 1100 2U Tp vel közel megegyező értékeket eredményez rövid időre (t<200 ms) (3) 1000 500 750 1750 (4) 1000 1000 1500 2500 (5) 1000 2000 3000 4000 R F járulékos ellenállás értékével növekvő MEGJEGYZÉS: 1. R F1 = 1 000 Ω a használt, nedves cipőkre érvényes átlagérték. A lábbelik járulékos ellenállására nagyobb értékek is alkalmazhatók, amennyiben azok indokoltak. 2. R F2 = 1,5 ρ, ahol ρ a talaj fajlagos ellenállása Ω m-ben. 22 22

Az U vtp független érintési feszültség [V] az időtartam [ms] függvényében MSZ EN 50522 szerint 23 23

A szabadvezeték szabvány szerint értelmezett független (megengedett) érintési feszültség 24 24

Az MSZ EN 50341 szabadvezeték szabványban értelmezett U D feszültségkülönbség határgörbék U D : feszültségkülönbség, amely egy megérintett áramkörben olyan korlátozott értékű feszültségforrásként működik, amely garantálja a személyi biztonságot, ha járulékos ismert ellenállásokat (pl. lábbelit, a talpfelületen szigetelőanyagot) használnak Test eredő impedanciája U D Lábbeli ellenállása Tart. pont ellenállása 25 ρ s = földfelszín közeli fajlagos talajellenállás [Ωm] U D1 R F =0 Ω, U D2 R F =1750 Ω (R F1 =1000 Ω, ρ s = 500 Ωm) U D3 R F =4000 Ω (R F1 =1000 Ω, ρ s = 2000 Ωm) U D4 R F =7000 Ω (R F1 =1000 Ω, ρ s = 4000 Ωm) 25

Az MSZ EN 50341 szabadvezeték szabványban feltételezett járulékos ellenállás értékek Eset kód Járulékos ellenállás, (Ω) ρ (Ωm) R a2 R a1 R a Környezet jellemzői U D1-0 0 0 Játszóterek, uszodák, kempingek, stb. U D2 500 750 1750 Cipőviselés + Közutak, parkolóhelyek stb. burkolatai U D3 2000 3000 1000 4000 Cipőviselés + nagy talaj ellenállás U D4 4000 6000 7000 Cipőviselés + nagyon nagy talaj ellenállás Értelmezések: 1. A járulékos impedanciát R a -ként jelöli és azt az R a1 lábbeli ellenállása és az R a2 talppont szétterjedési ellenállás összegeként adja meg; 2. Az U vt független érintési feszültséget a következőképpen értelmezi: U d feszültségkülönbség, amely egy megérintett áramkörben olyan korlátozott értékű feszültségforrásként működik, amely garantálja a személy biztonságát R F járulékos ellenállások esetében 26 26

A megengedett független érintési feszültség U vtp javasolt három szintje hazai viszonyokra Oszlop potenciálra javasolt eset kódja Járulékos ellenállás, Ω I. 800-1100 II. 4000 III. 8500 27 27

Oszloppotenciál hazai feltételek esetére javasolt három szint járulékos ellenállás jellemzői A I., II. és III. szintek a következőknek felelnek meg: I. A földelési szabvány (2) szintjének felel meg, amely: játszóterek, uszodák, kempingek, szabadidős létesítmények és hasonló helyek, ahol emberek gyűlhetnek össze meztelen lábbal. Az emberi test ellenállásán kívül járulékos ellenállásként csak a tartózkodási pont minimális ellenállása (750 Ω földhöz). II. A II. szint a földelési szabvány (5) és a szabadvezeték szabvány D3 szintjeinek felel meg, amelyek: olyan beépített helyek, ahol okkal feltételezhető, hogy az emberek cipőt viselnek és ahol nagy fajlagos ellenállású felszíni réteg (aszfalt, kavics, stb.) van, mint a közutak, parkolóhelyek stb. III. Olyan kis látogatottságú külterületi helyek, ahol okkal feltételezhető, hogy az emberek cipőt viselnek és az oszlopföldelés fém részeinek (csatlakozó sín) véletlenszerű közvetlen (fémes) érintése nem lehetséges, pl. megfelelő festékborítással rendelkezik. Ebben az esetben a feltételezett járulékos ellenállás 8500 Ω. Amelyből 5000 Ω a lábbeli, 750 Ω a talpponti földelési ellenállás. 2750 Ω a kéz érintési ellenállás bele értve az oszlop betontest járulékos elellenállását is. 28 28

Távközlő rendszerekben okozott feszültségekre vonatkozó ITU-T határértékek 29 29

ITU-T határértéket megadó Ajánlás és MSZE szabvány ITU-T K.68 Recommendation: Operator responsibilities in the management of electromagnetic interference by power systems on telecommunication systems; Geneva 2008. 04. Ajánlás: Az üzemeltetők felelőssége a villamosenergia-rendszerek távközlési létesítményekre gyakorolt elektromágneses zavarásának menedzselésében MSZE 19410:2007: Villamosenergia-rendszerek távközlési létesítményekre gyakorolt elektromágneses zavarásának menedzselése 30 30

Feltételek személyek veszélyeztető feszültségének leszármaztatására távközlő rendszereknél Az ITU-T határérték leszármaztatása az IEC/TS 60479-1 szabvány alapján a következő feltételekkel: Szíváram határérték: szabvány c2 görbe szerint; Árampálya: kéz-láb és kéz-kéz; Teljes test impedancia (50 % valószínűség szerinti, 750 Ω); Forrás impedancia (távközlő áramkörre): 180 Ω; Lábbeli ellenállás: 3000 Ω; További tápponti ellenállás: 0 Ω; MEGJEGYZÉS: A nagyobb járulékos impedancia a földelési szabvány (3) görbéjéhez közeli (kissé nagyobb) értéket eredményezett 31 31

Veszélyeztető feszültségek személyekre távközlő rendszereknél A hibás állapot időtartama, t [s] Indukált effektív feszültség [V] t 0,10 2000 0,10 < t 0,20 1500 0,20 < t 0,35 1000 0,35 < t 0,50 650 0,50 < t 1,00 430 1,00 < t 3,00 150 3,00 < t 60 32 32

A hibás állapot időtartama, t [s] Megengedett közösmodusú feszültség [V eff ] t 0,20 1030 t 0,35 780 t 0,50 650 t 1,0 430 t 2,0 300 t 3,0 250 t 5,0 200 5,0 < t 10,0 150 t > 10,0 60 Távközlési létesítmények feszültség-igénybevételének megengedett értékei 33 Vonalakra megengedett: 1000 V eff, ami a távközlési létesítmények minimális szigetelési szilárdsága, beleértve a papírszigetelésű szimmetrikus kábeleket is, 2000 V eff a koaxiális kábelekre, függetlenül a hiba mértékadó időtartamától; 2000 V eff a fém szerkezeti részeket tartalmazó optikai kábelekre,. 33

A különböző szabványok megengedett független érintési feszültség határgöbéinek összehasonlítása a fajlagos talajellenállás és a járulékos impedancia alapján Feltételezett talajellenállás Ωm Járulékos ellenállás Ω Vonatkozó előírás (MSZ EN) Oszlop potenciálra javasolt eset 50522 50341 kódja Járulékos ellenállás, Ω < 500 0 (1) D1 0 500 750 (2) I. 2 U Tp ; (800-1100) 500 1750 (3) D2 1000 2500 (4) 2000 4000 (5) D3 II. 4000 4000 7000 D4 -- 8500 III. 8500 34 34

Különböző szabványok határértékeinek összehasonlítása 35 Fault duration t [s] Földelési EN 50522 2U Tp Permissible touch voltage ITU-T K.68 35 Vasúti EN 50122 U te,max t 0,02 865 t 0,05 1432 835 t 0,10 1308 2000 785 ITU-T K.68 [V eff ] t 0,20 1074 1500 645 1030 t 0,30 480 1000 t 0,35 440 295 780 t 0,50 650 220 650 t 1,0 234 430 t 2,0 192 t 3,0 t 5,0 172 150 75 430 300 250 t 10,0 170 60 (t=300) 65 150 t > 10,0 160 (t>300) 60 60 200 Stress voltage Földelési EN 50522 [V eff ] 1200 250

Transzfer potenciál 36 36

Transzfer potenciál NAF KÖF KIF állomások között távközlő vonalat is vizsgálva NAF/KÖF KÖF/KIF 37 37

NAF alállomás effektív földelő árama és földelési impedanciája I e st = I sc - I rt - I N U E = U st = Z e st I e st 38

KÖF/KIF tr. állomásban fellépő földpotenciál-emelkedés (EPR) és kivitt feszültség kettős földzárlat (2Ff) hatására Szabadvezetékes KÖF hálózat esete Kábeles KÖF hálózat esete 39 39

KÖF/KIF alállomás effektív földelő árama és földelési impedanciája I e st = I st 2Ff - I sh U E = U st = Z e st I e st 40

Követelmények EPR alapján a KÖF-KIF földelési rendszerek összekötésére / különválasztására F =? Összekötés Vagy Szétválasztás? KÖF hálózat földelő-rendszerének és KIF hálózat csillagpontjának összekötési szabályai 41 41

A nagy- (NAF) és kisfeszültségű (KIF) földelések összeköthetőségének feltétele (KIF hálózatra kivitt transzferpotenciál feltétel) 42 A megengedett érintési feszültség U Tp számított értékei a hiba fennállásának t f időtartama függvényében a (MSZ EN 50522 B.3 táblázata szerint) Hiba fennállásának időtartama t f [s] Megengedett érintési feszültség U Tp [V] Megengedett EPR EPR 2U Tp határ 1) [V] 0.05 716 1432 0.10 654 1308 0.20 537 1074 0.50 220 440 1.00 117 234 2.00 96 192 5.00 86 172 10.00 2) 85 170 42 F értéke TN rendszerű KIF hálózat esetén általában: F=2, ami arra alapozott, hogy a személyen (a testimpedancián) létrejövő tényleges érintési feszültség nem nagyobb mint az U vt független érintési feszültség

EPR F U Tp KIF transzferpotenciál F=2 feltétel háttere F értéke a következő esetekben és mértékben különbözik 2-től: Ha a KIF rendszer PEN vagy nullavezetője csak a KÖF alállomás földelő rendszerén át van földelve, akkor F értékét 1-nek kell venni. Az F-re 2-nél nagyobb értékeket lehet felvenni, ha a PEN-vezető és a föld között még további összekötések is vannak. Bizonyos talajrétegződések esetén az F értéke 5-ig is terjedhet. Az előbbi pont szerinti nagyobb értékkel kapcsolatosan óvatosan kell eljárni olyan esetben, amikor a mélyebb rétegtől eltérően a felszíni réteg ellenállása a nagyobb. Ilyenkor az érintési feszültség meghaladhatja az EPR 50 %-át, azaz F értéke 2-nél kisebb. 43 43

KÖF hálózat földelő-rendszerének és KIF hálózat csillagpontjának összekötési szabályai Összekötött: R eredő < 0,5 Különválasztott: R eredő > 0,5 44 Transzformátorállomás földelése A nullavezető legközelebbi földelési helyére 44 A legközelebbi fogyasztó helye

Különböző típusú KÖF/KIF transzformátor állomások globális földelési impedanciája A transzf. állomás sor sz. típus Környezet KIF vonal száma típusa KÖF. vonal típusa Globális földelési impedancia 1. KTW újépítésű, külvárosi 3 kábel szab.vez 0.147 2. Oszlop tr. vidéki 3 köt. és 1 szabvez. szab.vez 0.182 3. Oszlop tr. újépítésű, vidéki 4 köt. szabvez szab.vez 0.239 4. KTW vidéki 7 köt. és szabvez ólom pánc. káb. 0.060 5. KTW nyaralóövezeti 5 kötegelt szabvez ólom pánc. káb. 0.084 6. AHTR nyaralóövezeti 2 köt.+4 szabvez ólom pánc. káb. 0.064 7. KTW újépítésű, külvárosi 7 köt. és szabvez XLPE kábel 0.140 8. KTW újépítésű, külvárosi 5 köt. szabvez XLPE kábel 0.104 9. KTW vidéki 8 köt. szabvez XLPE kábel 0.039 10. Oszlop tr. újépítésű, külvárosi 4 köt. szabvez szab.vez. 0.122 11. Oszlop tr. nyaralóövezeti 2 köt. szabvez szab.vez. 0.331 12.* ÉHTR városközponti 6 kábel XLPE kábel 0.028 13.* AHTR városközponti 4 kábel vegyes kábel 0.050 *Megjegyzés: 10/0,4 kv-os, egyébként 20/0,4 kv-os. 45 45

Vizsgált nullavezető rendszer Vizsgált földelő (fogyasztói hely) távolságok, L t : Fogyasztói helyek földelési ellenállása R f : 3 Ω, 30 Ω, 300 Ω Nullavezető és fémcső a fogyasztói helyeken: - ö = összekötött - sz = szétválasztott - n = nincs fémcső 46

Nullavezető feszültség hosszprofilja 100 A injektált áram esetén Nullavezető: csővezetékkel összekötve, körzethatárnál folytonos 35 V 45 V 45 V R f = 30 Ω R f = 3 Ω R f = 30 Ω R f = 300 Ω 47 47

Nullavezető feszültség hosszprofilja 100 A injektált áram esetén Nullavezető: csővezetékkel nincs összekötve, körzethatárnál megszakítva 250 V 1000 V 8000 V R f = 3 Ω R f = 30 Ω R f = 300 Ω 48 48

Csillagpont földelési módok (MSZ EN 50522 definíció szerint) 49

MSZ EN 50 522:2011 szerinti csillagpont földelések (1) 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése 3.4.25. szigetelt csillagpontú rendszer 3.4.26. kompenzált rendszer 3.4.27. kis impedancián keresztül földelt csillagpontú rendszer 50

MSZ EN 50 522:2011 szerinti csillagpont földelések (2) 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése 3.4.25. szigetelt csillagpontú rendszer (system with isolated neutral) Csillagpont földelési módok Olyan rendszer, amelyben a transzformátorok és a generátorok csillagpontjai (MSZ EN nincsenek 50522 szándékosan definíció összekötve szerint) a földdel, kivéve a jelző, mérési vagy védelmi célú nagy impedanciájú összekötéseket. [IEV 601-02-24, módosítva] 51

MSZ EN 50 522:2011 szerinti csillagpont földelések (3) 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése 3.4.26. kompenzált rendszer (system with resonant earthing) Olyan rendszer, amelyben legalább egy transzformátornak vagy csillagpontképző transzformátornak a Szimmetrikus összetevők alapjai csillagpontja ívoltó tekercsen keresztül földelve van, és ahol az ívoltó tekercsek eredő induktivitása lényegében a rendszer földkapacitására van hangolva az üzemi frekvencián. 1. MEGJEGYZÉS: Tartós földzárlat esetén két különböző eljárás lehetséges: automatikus lekapcsolás; folyamatos üzemvitel a zárlati hely behatárolás alatt. A zárlati hely behatárolása és az üzemvitel megkönnyítésére különböző támogató eljárások lehetségesek: rövididejű földelés zárlat meghatározás céljából; rövididejű földelés lekapcsolás céljából; üzemviteli intézkedések, pl. csatolt gyűjtősínek leválasztása; fázis-földelés. 2. MEGJEGYZÉS: Az ívoltó tekercsekkel nagy ohmos ellenállást lehet párhuzamosan kapcsolni a hibahelymeghatározás megkönnyítésére raisz.david@vet.bme.hu 52

MSZ EN 50 522:2011 szerinti csillagpont földelések (4) 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű energetikai létesítmények földelése 3.4.27. kis impedancián Szimmetrikus keresztül földelt összetevők csillagpontú alapjai rendszer (system with low-impedance neutral earthing) Olyan rendszer, amelyben transzformátornak, földelő transzformátornak vagy generátornak legalább egy csillagpontja földelve van közvetlenül vagy olyan módon tervezett impedancián keresztül, amelyen a rendszer bármely pontjában fellépő földzárlat esetén akkora a zárlati áram, hogy hatására megbízható automatikus kioldás jöhet létre. [IEV 601-02-25, 601-02-26] 53

Szimmetrikus összetevők alapjai Transzformátorok zérus sorrendű helyettesítő kapcsolása 54 54

Szimmetrikus összetevők értelmezése 55

Háromfázisú hálózat 56

Sorrendi hálózatok 57

Transzformátor áramköri leképezése (1) Két-tekercselésű transzformátor 58

59 Két-tekercselésű transzformátor zérus sorrendű helyettesítése

Delta zeg-zug transzformátor zérus sorrendű kapcsolása 60

61 Három-tekercselésű transzformátor zérus sorrendű helyettesítése

NAF/KÖF transzformátorok adatai 62

Csillagpont földelési módok osztályozása szigorúan a földkapcsolat jellege és mértéke alapján A csillagpont kezelése a csillagpont és a föld közti kapcsolat szempontjából lehet: Közvetlen földelés, és itt a földelés hatásosságának szempontjából: Mereven földelt (kerülendő) Hatásosan földelt csillagpont, Nem hatásosan földelt csillagpont. Közvetett földelés Ellenálláson át földelt csillagpont, Kompenzáló tekercsen át földelt csillagpont. Szigetelt csillagpont 63

Magyarországi csillagpont földelési módok Hatásosan földelt Kompenzált ívoltó tekercsen Ellenálláson át földelt (hosszan földelt) Közvetlenül földelt (több ponton, mereven) Közvetlenül földelt (több ponton, mereven) 64

Földzárlat szemléltetése Z n impedancián földelt csillagpontú háromfázisú hálózaton 65 65

Egyfázisú földzárlat leképezése sorrendi hálózatokkal Z f impedancián földelt csillagpontú hálózat esetén Hálózatok Pozitív sorrendű Negatív sorrendű Thévenin generátor Zérus sorrendű 66

Közvetlenül földelt csillagpont Mereven földelt helyzet elkerülése (csillagpont lazítás) Hatásos földelés feltététele 67 raisz.david@vet.bme.hu

Közvetlenül földelt csillagpontú hálózat földrövidzárlati árama A nagy földrövidzárlati áram (I FN ) Előnye egyszerű szelektív védelmi érzékelés Hátrány a nagy igénybevételek (termikus, dinamikus, földpotenciál emelkedés, érintési feszültség, indukáló hatás) A mereven földelt helyzet elkerülése ha: I < I Az FN zárlati áram: szimmetrikus összetevői I = I = I = I I + I + I eredő FN zárlati áram I = 3I = 3 = = A 3 fázisú, 3F zárlati áram: I = A I = I közelítéssel I < I hi > I azaz I > I 68

Csillagpont lazítás Egyes csillagpontok nem földeltek Csillagponti fojtó alkalmazása Pécs 400/132 kv alállomás 69

A hatásos csillagpont földelés feltétele A hatásos földelés feltétele: az ép fázisok (U b és U c ) feszültsége ne haladja meg: a vonali feszültség 80 %-át U vagy a fázisfeszültség 138 %-át. b /U v <0.8 A hibahelyi feszültség szimmetrikus összetevői: A hibahelyi ép fázis feszültség: Feltételek: Z 1 =Z 2 Z 1 =R 1 +jx 1 Z 0 =R 0 +jx 0 Az függvény a következő fólián! 70

Az épfázisú feszültség viszony f=u ép /U v 71 Ha R 0 /X 1 1 és X 0 /X 1 3 akkor U/U v <0.8 U/U v <1,38 U az ép fázis feszültsége földzárlatkor 71

Nem közvetlenül földelt csillagpontú hálózatok: Szigetelt csillagpont Kompenzált (ívoltó tekercsen földelt) csillagpont Hosszan (ellenálláson át) földelt csillagpont 72

A német nyelvterületen található hálózatok csillagpont-kezelésének eloszlása Szigetelt Kompenzált Hosszan földelt 73 73

Az elosztói szabályzat javaslatai a csillagpont földelésre Elosztói szabályzat - Az elosztó hálózathoz való hozzáférés együttműködési szabályai; MELLÉKLETEK, 9. számú módosítás, Budapest, 2015. május 10. Kábelhálózat vagy vegyes hálózat esetén a leggyakoribb csillagpontrögzítési mód a hosszúföldelés, de előfordulhat a szigetelt és kompenzált megoldás is. Megjegyzés: A hosszúföldeléses csillagpontrögzítés az üzemviteli igényeket legjobban teljesítő megoldás. A földzárlatos üzem nem tartható, így a meghibásodás közvetlen kiesést jelent. Üzemszerűen fémesen összefüggő hálózaton, ha a kompenzálandó áramszükséglet 10 A alatt van, a csillagpont szigetelt is lehet. 120 A alatti kompenzálandó áramszükségletig a kompenzált üzemmód javasolt. 120 A feletti kompenzálandó áramszükséglet esetén a csillagpontot hosszúföldelten kell rögzíteni. 74

Szigetelt csillagpont Szigetelt csillagpontú hálózat kérdései Kapacitív földzárlati áram Épfázisú feszültség Ívelő földzárlat 75 Varju.gyorgy@vet.bme.hu

Épfázisú feszültség, kapacitív földzárlati áram: I = I = 1,73I I = I Zérus sorrendű jellemző értékek: Kapacitás, C 0 µf/km: - szabadvezeték 6 10-9 (6 nf/km) - kábel 0,2 µf/km (200 nf/km) kábel / szabadvezeték viszony: 30 ~ 50 100 A kapacitív áramot létrehozó hosszak: szabadvezeték: 1500-2000 km, kábel: 40-60 km I = 3I = 3 IωII 76

Kapacitív földzárlati áramok nagysága a német nyelvű országokban 77

Ívelő földzárlati tranziens túlfeszültség Elvi feszültség maximum: - Kétfázisú hálózatban 6U f - Háromfázisú hálózatban 7U f Kialakulás feltételei: - Legyen gyenge szigetelési hely; - Fél periódus alatt ne csillapodjék a középfeszültség; - Legyen ismételt ív visszagyulladás Elkerülési lehetőségei: - Csillagpont földelés ellenálláson - Csillagpont földelés ívoltó tekercsen (kompenzálás) Feszültség feltornászás egymást követő visszagyújtásokkor (kétfázisú hálózatban) Földelő ellenállásra vonatkozó követelmény 10 ms kisebb időállandóból: 78

Kompenzált hálózat Petersen tekercs induktív árama egyenlő az eredő kapacitív földzárlati árammal, következmény: ; a hibahelyi íven folyó áram nulla; A zérus sorrendű áramkör párhuzamos rezonáns kör, az impedanciája végtelen, következmény: a zérus sorrendű hálózat szakadás nem folyik áram a hibahelyen sorba kapcsolt összetevő hálózatok hibahelyi ágában. A zérus sorrendű hálózat párhuzamos rezonancia frekvenciája megegyezik a hálózati 50 Hz-el, következmény: a zárlat megszűntekor a zérus sorrendű hálózat a csillagpontban lassan csökkenő feszültséget eredményez ennek következtében a hibahelyen lassan tér vissza a feszültség. A zérus sorrendű hálózat 50 Hz-en soros rezonáns kör, következmény: soros rezonacia, azaz sorosan beiktatódó feszültség nagy zérus sorrendű áramot és ez nagy zérus sorrendű feszültséget eredményezhet a zérus sorrendű hálózaton belül. 79 79

Kompenzált hálózat sajátosságai A pontos kompenzálás (elvi) előnyei: A hibahelyi áram nulla (kicsi) > ív magától kialszik azaz múló zárlat; Önfrekvencia 50 Hz > feszültség lassan (több periódus alatt) tér vissza, van idő a hibahelyen a regenerálódásra. A pontos kompenzálás korlátai: A kompenzálást 5-10 %-al el kell hangolni a soros rezonancia veszély elkerülésére; Maradékáram van (wattos veszteségi, felharmonikus, elhangolási); Előírás szerinti korlát: 12,5 A, ebből 10 A wattos rész Hangolás követés korlátozott (nagyságban, időbeli késés)> A hibás leágazás szelektív kiválasztása, különleges megoldást kíván (FÁNOE vagy más). Varju.gyorgy@vet.bme.hu 80

A kompenzálás fizikája, a pontos kompenzálás feltétele A zérus sorrendű hálózat önfrekvenciája 50 Hz: I = ( II)(II + I3I) I(I + 3I I) 3I = I 2π 50 I = 2π 50 50 = 1 2π II = I A pontos kompenzálás feltétele: X f értéke a nevező = 0 alapján: 3I = I I 81

Földzárlat növelő ellenállás, FÁNOE alkalmazása: FÁNOE célja: zárlatos leágazás szelektív kiválasztásának biztosítása zérus sorrendű túláram (I 0 >)védelemmel. FÁNOE ellenállás tipikus értékei: 25 Ω, 50 Ω és 100 Ω Kompenzált hálózatok esetében a hibahelyi földáram nagysága a FÁNOE ellenállás értékétől függően maximálisan 100 253 A is lehet. Ennek következtében a potenciálemelkedés értéke, kiegészítő intézkedések nélkül, jelentősen meghaladhatja az új nagyfeszültségű szabványokban megengedett érintési feszültség értékeket. Ezen kockázatok további minimalizálása érdekében javasolt a FÁNOE alkalmazást - a földzárlati áram növelést - helyettesítő korszerű földzárlat kiválasztási eljárások bevezetése, amelyet már számos országban alkalmaznak. 82

Földzárlat leképezése hibahelyi ellenállás figyelembevételével 83

Hosszúföldeléses csillagpont A hosszúföldelés alkalmazási köre: Nagy kapacitív földzárlati áramú kábelhálózat 120 A feletti kompenzálandó áramszükséglet esetén A hosszúföldelés következménye: földzárlatos üzem nem tartható, így a meghibásodás közvetlen kiesést jelent. 84

Elosztói engedélyesek adatai Az egyes elosztó hálózati engedélyesek csillagpontkezelés jellemzői: ELMŰ hálózati adatok ÉMÁSZ Hálózati Kft. adatok EDF DÉMÁSZ adatok E.ON EDE hálózati adatok E.ON EÉD hálózati adatok E.ON ETI hálózati adatok 85 raisz.david@vet.bme.hu

ELMŰ hálózati adatok ELMŰ Hálózati Kft. vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt Hosszúföld kezeléses csp. 8910 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 50,40% 49,60% Hálózathossz % 22% 78% 100% 0% Földzárlattartás: 11 helyen részben, egyes vonalakon engedélyezett nincs FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 22 kv-on, 42 eset: 50 Ω, 6 eset: 100 Ω 25 Ω, 11 kv feszültségen Átlagos mért maradékáram: 5A- 25 A, átlag: 13 A I Rf 250 A (+ 3I C0 ) 86

ÉMÁSZ Hálózati Kft. adatok ÉMÁSZ Hálózati Kft. vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt csp. Hosszúföld kezeléses csp. 8892 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték ÉMÁSZ Hálózati Kft. Ívoltón kezelt csp. Hosszúföld kezeléses csp. vizsgált hálózati adatok 8892 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 95% 5% Hálózathossz % 12% 88% 100% 0% 37 tr.k részben igen, Földzárlattartás: nincs 27 tr.k. nem FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 50 Ω (35 kv-on 200 Ω) 25Ω és 50 Ω (jellemzően 11 kv feszültségen) Átlagos mért maradékáram: 5 A - 33, A jellemző: 10 A I Rf 250 A (+ 3I C0 ) 87

EDF DÉMÁSZ adatok EDF DÉMÁSZ H. SZ. Kft. vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt csp. Hosszúföld kezeléses csp. 11489 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 94% 6% Hálózathossz % 6% 94% 57% 43% Földzárlattartás: nincs FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 100 Ω 50 Ω (jellemzően 11 kv feszültségen) Átlagos mért maradékáram: 10 A (beírt) I Rf 125 A (+ 3I C0 ) 88

E.ON EDE hálózati adatok E.ON-EDE vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt Hosszúföld kezeléses csp. 1020 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 84,20% 15,80% Hálózathossz % 7% 93% 66% 34% Földzárlattartás: FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 50 Ω, 3 helyen, 100 Ω 2 helyen, 22 kv feszültségen nincs 50 Ω (11 kv-on) Átlagos mért maradékáram: n.a. I Rf 125 A (+ 3I C0 ) A FÁNOE jellemzően akkor kapcsol be, ha az U 0 feszültség elérte a névleges fázisfeszültség 30-60%-át. 89

E.ON EED hálózati adatok E.ON-EED vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt Hosszúföld kezeléses csp. 1415 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 88,80% 11,20% Hálózathossz % 9% 91% 100% 0% Földzárlattartás: nincs FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 22 kv-on 100 Ω 11 kv-on 50 Ω 22 kv-on 100 Ω Átlagos mért maradékáram: n.a. I Rf 125 A (+ 3I C0 ) 90

E.ON ETI hálózati adatok E.ON-ETI vizsgált hálózati adatok Ívoltón kezelt Hosszúföldön kezelt 1025 km vezetékhossz földkábel légvezeték földkábel légvezeték Hálózathossz % 58,80% 41,20% Hálózathossz % 12% 88% 16% 84% Földzárlattartás: nincs FÁNOE / Hosszúföld ellenállás jellemző értéke 100 Ω (22 kv-on) 50 Ω (11 kv-on) Átlagos mért maradékáram: sz.a: 5 A I Rf 125 A (+ 3I C0 ) 91

Földzárlati oszloppotenciálok (EPR) összehasonlítása a megengedett független érintési feszültségekkel, U vtp 92

Az egyes szigorúsági szintekhez tartozó megengedett érintési feszültségek Időtartam tf [s] Testáram IB [ma] Megengedett érintési feszültség UTp [V] 93 Megengedett független érintési feszültség, UvTp V I. 2 U Tp Szigorúsági szint II. R a = 4000 Ω III: R a = 8500 Ω 0.05 900 716 1432 4316 8366 0.10 750 654 1308 3654 7029 0.15 670 585 1300 3500 6500 0.20 600 537 1074 2937 5637 0.50 200 220 440 1020 1920 1.00 80 117 234 437 797 2.00 60 96 192 336 606 5.00 51 86 182 295 520 10.00 2) 50 85 180 290 510

FÁNOE és földzárlat tartás esetére vonatkozó oszlopföldelési ellenállás követelmények Szigorúsági osztály FÁNOE RN=100 Ω, IE=125 A tbekacs=0,15 s UvTp értéke Földzárlati áram jellege Rfmax értéke UvTp értéke Maradék áram IE=13 A t > 10 s, tartós Rfmax értéke V Ω V Ω Lehetséges UT-t csökkentő eljárások MSZE 50341-2: 2014 szabvány 6.4.1. szerint I. Uszodák, 1300 10,4 180 13,8 Potenciálbefolyásoló játszóterek keretföldelő, oszlop II. Közutak, parkolók 3500 28 290 22,3 elkerítése, oszlop körül szigetelőburkolat (pl. III. Külterületek 6500 52 510 39,2 bitumen) létesítése (TT szigetelővel) 1) Megjegyzés: 1) TT szigetelők alkalmazása esetén természetes a természetes oszlop földelése (Rf,) elegendő. 94

Oszloppotenciállal kapcsolatos kiegészítő intézkedések a német hálózatokon Német kollégákkal konzultálva kiderült, hogy a német elosztók ahol lehet az érintési feszültség megengedett értékeire megadott görbesereg közül a lehető legnagyobb érintési feszültséget tartalmazót használják. Másrészt a szabadvezeték oszlopaikat csoportosítják oszlop típus és megközelíthetőség alapján, és ezután eldöntik (sok esetben méréssel), hogy a kiegészítő intézkedések közül (pl. oszlopföldelés javítása, potenciálvezérlés, kezelőhely elszigetelése stb.) melyeket kell alkalmazni. A konzultáció során hivatkoztak egy elosztóra, amelynek 15.000 oszlopa közül az első csoportosítás után már csak 800-at kellett alaposabban megvizsgálnia, és csupán 400 oszlop esetén volt szükség kiegészítő intézkedésre. 95

Kettős földzárlat (2Ff) fellépésének kérdése 96

EN 50522-es szabvány 2Ff-revonatkozó előírása: Ha nincs automatikus földzárlat megszakítás, akkor a kettős földzárlatok figyelembevételének szükségessége az üzemviteli tapasztalatoktól függ 97

Kettős (és többszörös) földzárlatok gyakorisága Helsinkiben az egyfázisú földzárlatok 24%-a többfázisú földzárlatba megy át; Drezdában ez az arány 35%; A STE 2010 felmérés a következőket közli: Szigetelt csillagpontú KÖF kábelhálózatokon (ahol a zárlati gyakoriság 1,5 földzárlat / 100 km/év) a kettős földzárlattá alakulás valószínűsége 11%, Szigetelt csillagpontú KÖF vegyes hálózatokon (ahol a zárlati gyakoriság 5,5 földzárlat / 100 km/év) ez a valószínűség mindössze 3%. A STE 2014 konferencián bemutatott cikk a következő fólia táblázata szerinti adatokat tartalmazza középfeszültségű hálózatokra: 98

Kettős (és többszörös) földzárlatok gyakorisága német viszonyok mellett Kettős (és többszörös) földzárlatok száma 100 km-enként 2007 0,146 2008 0,172 2009 0,141 2010 0,185 2011 0,132 Következtetés: a kettős földzárlatokból eredő személyi és vagyoni károk kockázata lényegesen alatta marad egyéb, társadalmilag elfogadott kockázatú események (pl. közlekedési baleset vagy villámcsapásból eredő kár) kockázatának 2012 0,140 Állítás: az EN 50522-es szabványban a fölzárlatos üzem tartására vonatkozó előírás teljesíthető, meghatározott vizsgálati módszereknek az elosztó hálózatra való alkalmazásával és így egyértelműen eldönthető, hogy a megszokott üzemvitel tovább folytatható-e vagy sem (az ő esetükben igen). 99

A 2Ff rövidzárlatok által okozott földelőpotenciál emelkedésre nagyságára vonatkozó megállapítások 1. Általában nagyobb a független érintési feszültség határértékeknél Fontos (kezelői) helyeken védelmi intézkedések; Kockázat értékelés alapú megitálés. 2. A transzfer potenciál esetenként nagyobb a készülékek villamos szilárdságánál Túlfeszültség védelmi eszközök alkalmazása, elosztónál, készüléknél A keletkezett károk átvállalása (biztosítás) Általános védelmi megoldási opció: globális földelőrendszer 100

Globális földelőrendszer (1) Definíció (MSZ EN 50522 O mellékletet) : A helyi földelőrendszerek összekötésével létrehozott eredő földelőrendszer, amely a földelőrendszerek közelsége folytán biztosítja, hogy nem lépnek fel veszélyes érintési feszültségek. 1. MEGJEGYZÉS: Az ilyen rendszerek lehetővé teszik a földzárlati áramok olyan elosztását, hogy a helyi földelőrendszerek földpotenciáljának emelkedése csökkenjen. Egy ilyen rendszerre kimondható, hogy egy kvázi egyenpotenciálú felületet képezhet. 2. MEGJEGYZÉS: A globális földelőrendszer fennállását mintamérésekkel vagy tipikus rendszerekre vonatkozó számításával lehet kimutatni. Globális földelőrendszerek tipikus példái városközpontok, városi vagy ipari övezetek elosztott kis- és nagyfeszültségű földelésekkel. 101

Globális földelőrendszer (2) A globális földelőrendszer meghatározása azon a tényen alapul, hogy egy területen nincs vagy alig van potenciálkülönbség. Az ilyen területek azonosítására nincs egyszerű vagy kizárólagos szabály. A kis értékű eredő ellenállás hasznos, de nem jelent garanciát. A szabvány ezért nem állapít meg minimális követelményt az ellenállás alapján. Továbbá járulékos ellenállások növelésével és alkalmas potenciálvezérléssel még a nagy talajellenállás és eredő ellenállással rendelkező létesítményekben is teljesíthetők a biztonsági követelmények; A kis zárlati áram segítséget jelent, mivel az teljes földpotenciál-emelkedést korlátozza; Alkalmas kábelköpeny vagy védővezető védőtényező úgy osztja el a zárlati áramot, hogy az a teljes földpotenciál-emelkedést korlátozza; A rövid zárlati idő megnöveli a megengedett érintési feszültséget, miáltal a megengedett határértékekre vonatkoztatott eltérés kisebb lesz. 102

Köszönöm a figyelmet! varju.gyorgy@vet.bme.hu