In qualità di fornitore esperto di quadri ad alta tensione, incontro spesso clienti curiosi del funzionamento interno dei quadri ad alta tensione, in particolare del sistema di messa a terra. In questo blog approfondirò la funzione, l'importanza e il funzionamento del sistema di messa a terra nei quadri di alta tensione.
Le basi dei quadri ad alta tensione
I quadri ad alta tensione sono un componente cruciale nei sistemi di alimentazione elettrica, utilizzati per controllare, proteggere e isolare le apparecchiature elettriche. Può gestire tensioni che vanno da diversi kilovolt a centinaia di kilovolt. I quadri ad alta tensione comprendono interruttori automatici, sezionatori, sezionatori di terra e altri dispositivi di controllo e protezione. Questi dispositivi lavorano insieme per garantire il funzionamento sicuro e affidabile del sistema di alimentazione.
Uno dei nostri prodotti popolari è ilUnità principale ad anello isolato in gas SF6 (RMU). Questo tipo di quadro è ampiamente utilizzato nei sistemi di distribuzione dell'energia urbana grazie al design compatto, all'elevata affidabilità e alle eccellenti prestazioni di isolamento.
Il ruolo del sistema di messa a terra
Il sistema di messa a terra nei quadri ad alta tensione svolge diverse funzioni critiche. In primo luogo, fornisce un percorso a bassa resistenza affinché le correnti di guasto possano fluire nel terreno. Quando si verifica un guasto nell'impianto elettrico, ad esempio un cortocircuito, viene generata una grande quantità di corrente. Senza un adeguato sistema di messa a terra, questa corrente di guasto può causare eccessivi aumenti di tensione, danneggiare le apparecchiature elettriche e rappresentare una seria minaccia per la sicurezza umana.
In secondo luogo, il sistema di messa a terra aiuta a stabilizzare la tensione dell'impianto elettrico. In un sistema ben messo a terra, la tensione delle apparecchiature elettriche viene mantenuta entro un intervallo di sicurezza in condizioni normali e di guasto. Ciò è essenziale per il corretto funzionamento dei dispositivi elettrici e la protezione delle apparecchiature elettroniche sensibili.
Come funziona il sistema di messa a terra
1. Elettrodi di terra
Il sistema di messa a terra inizia con elettrodi di terra. Si tratta di conduttori interrati nel terreno per stabilire un collegamento elettrico tra il quadro e la terra. I tipi più comuni di elettrodi di terra sono barre, piastre e griglie metalliche. Le aste metalliche, solitamente in acciaio ramato o rame puro, vengono conficcate nel terreno ad una profondità sufficiente. La profondità e il numero dei picchetti dipendono dalla resistività del terreno e dalla resistenza di terra richiesta.
La resistività del suolo è un fattore chiave che influenza le prestazioni del sistema di messa a terra. Diversi tipi di terreno, come argilla, sabbia e terriccio, hanno valori di resistività diversi. Il terreno argilloso ha generalmente una resistività inferiore rispetto al terreno sabbioso, il che significa che fornisce un percorso di conduzione migliore per le correnti di guasto. Nelle aree con elevata resistività del suolo, potrebbero essere necessarie misure speciali come l'uso di additivi chimici o l'aumento del numero di elettrodi di terra per ridurre la resistenza di terra.
2. Conduttori di messa a terra
I conduttori di terra vengono utilizzati per collegare i componenti del quadro agli elettrodi di terra. Questi conduttori sono solitamente realizzati in rame o alluminio a causa della loro elevata conduttività elettrica. Dovrebbero essere adeguatamente dimensionati per sopportare le correnti di guasto previste senza un riscaldamento eccessivo.
Nei quadri ad alta tensione, vari componenti, come involucri, telai e dispositivi di protezione, sono collegati ai conduttori di terra. Ciò garantisce che in caso di guasto tutte le parti metalliche del quadro siano allo stesso potenziale di terra, riducendo il rischio di scosse elettriche.
3. Protezione dai guasti verso terra
Il sistema di terra è strettamente associato ai dispositivi di protezione dai guasti verso terra. Questi dispositivi sono progettati per rilevare guasti a terra nell'impianto elettrico e avviare le azioni appropriate. Ad esempio, in un sistema di messa a terra basato su un interruttore automatico, un relè di guasto verso terra può rilevare una corrente anomala che scorre verso terra. Quando viene rilevato un guasto a terra, il relè invia un segnale all'interruttore, provocandone l'intervento e l'isolamento della sezione difettosa del sistema.
Esistono diversi tipi di metodi di protezione dai guasti a terra, inclusa la protezione dalla corrente omopolare e la protezione dalla tensione residua. La protezione di corrente omopolare misura la somma delle correnti trifase nel sistema. In un sistema equilibrato, la somma delle correnti trifase è zero. Tuttavia, quando si verifica un guasto a terra, una corrente sbilanciata fluisce verso terra e la corrente di sequenza zero diventa diversa da zero. Il relè di guasto a terra è in grado di rilevare questa corrente diversa da zero e di intervenire.
La protezione da tensione residua misura la tensione tra il punto neutro (se presente) e la terra. In un sistema normale, la tensione residua è molto bassa. Quando si verifica un guasto a terra, la tensione residua aumenta e il dispositivo di protezione dai guasti a terra può rilevare questo cambiamento e funzionare di conseguenza.
Importanza di un corretto sistema di messa a terra nei quadri di alta tensione
1. Sicurezza
La sicurezza è l’aspetto più importante di un corretto sistema di messa a terra. Un sistema di messa a terra ben progettato può prevenire scosse elettriche al personale che lavora sul o nelle vicinanze del quadro. Fornendo un percorso a bassa resistenza per le correnti di guasto, il sistema di terra riduce la tensione sulle parti metalliche del quadro a un livello sicuro. Ciò è particolarmente importante nei sistemi ad alta tensione, dove anche una piccola quantità di tensione può essere letale.
2. Protezione delle apparecchiature
Anche l’impianto di terra gioca un ruolo cruciale nella protezione delle apparecchiature elettriche. Le correnti di guasto possono causare surriscaldamento, archi elettrici e sollecitazioni meccaniche sui componenti del quadro. Un adeguato sistema di messa a terra può deviare rapidamente le correnti di guasto a terra, riducendo al minimo i danni alle apparecchiature. Ciò contribuisce a prolungare la durata del quadro e a ridurre i costi di manutenzione.
3. Stabilità del sistema
Oltre alla sicurezza e alla protezione delle apparecchiature, un adeguato sistema di messa a terra è essenziale per la stabilità del sistema di alimentazione elettrica. Stabilizzando la tensione del sistema, garantisce il funzionamento affidabile delle altre apparecchiature elettriche collegate al sistema. La messa a terra aiuta anche a prevenire sovratensioni transitorie, che possono causare danni a dispositivi elettronici sensibili e interrompere il normale funzionamento della rete elettrica.
Manutenzione dell'impianto di terra
La manutenzione regolare dell'impianto di terra è necessaria per garantirne il corretto funzionamento. Ciò include il controllo dell'integrità degli elettrodi di terra, dei conduttori di terra e dei dispositivi di protezione dai guasti a terra. La resistenza di terra deve essere misurata periodicamente per garantire che rimanga entro l'intervallo accettabile.
Se la resistenza di terra aumenta nel tempo, ciò potrebbe indicare corrosione degli elettrodi di terra, danni ai conduttori di terra o cambiamenti nelle condizioni del terreno. In tali casi, dovrebbero essere adottate misure adeguate per riparare o sostituire i componenti interessati.
Conclusione
Il sistema di messa a terra dei quadri di alta tensione è una parte complessa ma essenziale del sistema di alimentazione elettrica. Fornisce un percorso sicuro per le correnti di guasto, stabilizza la tensione del sistema e protegge sia il personale che le apparecchiature. Comprendere il funzionamento del sistema di messa a terra è fondamentale per la corretta progettazione, installazione e manutenzione dei quadri ad alta tensione.
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Riferimenti
- Blackburn, JL (1998). Relè protettivo: principi e applicazioni (2a ed.). Marcel Dekker, Inc.
- Grover, FW (1967). Calcoli dell'induttanza: formule e tabelle di lavoro. Pubblicazioni di Dover.
- IEEE Std 80-2013, Guida IEEE per la sicurezza nella messa a terra delle sottostazioni CA.