Neplăcere șocând senzația neplăcută pe care o persoană sau un animal o poate experimenta atunci când intră din greșeală între un punct cu energie electrică

îngrijorări

Șocul neplăcut - senzația neplăcută pe care o persoană sau un animal o poate experimenta atunci când intră din greșeală între un punct energizat electric și sol - poate fi ceva misterios. Poveștile sunt povestite despre vaci care nu vor da lapte, câini care evită grătarele metalice și gurile de vizitare și oamenii care primesc un „apel de trezire” neobișnuit atunci când pășesc în cada cu hidromasaj sau în piscina din curtea din spate. Cu toate acestea, în ciuda naturii ezoterice a șocantelor neplăceri, știința necesară pentru înțelegerea ei - și atenuarea acesteia - a avansat semnificativ în ultimii ani. De asemenea, diferitele mecanisme care pot duce la șocuri deranjante sunt acum mai bine recunoscute. Acest articol oferă informații despre aspectele sistemului de distribuție a utilităților șocant de neplăcere, definind mai întâi sursele acestor tensiuni și apoi discutând atât tehnicile tradiționale, cât și cele noi pentru atenuarea problemei odată ce a fost identificată.

Înțelegerea tensiunii fără stăpân

Pentru a da sens acestui fenomen electric uneori vag, anchetatorii folosesc următorii patru termeni pentru a descrie sursele de șoc șocant: pământ la distanță, tensiune neutru-pământ, tensiune obiect metalic-pământ și tensiune rătăcită.

Fiecare dintre acești termeni este definit în paragrafele următoare, împreună cu unele informații despre cauzele lor cele mai frecvente. Cu o înțelegere a terminologiei și a cauzelor fiecărei afecțiuni, pot fi discutate tehnici utile de atenuare.

Pământul la distanță este definit ca un punct de împământare sau de împământare care are același potențial de tensiune ca și alte puncte de pe pământ din zona înconjurătoare. Curentul electric care circulă prin împământare sau conductori neutri, sau chiar prin pământ în sine, va provoca variații de tensiune de la punct la punct. Punctul pământesc îndepărtat este ipotetic „dincolo” sau în afara influenței acestor căi actuale. Astfel, punctul de împământare la distanță este la potențial zero față de sursa de tensiune și oferă un punct de referință consistent și repetabil.

Tensiunea neutru la pământ (NEV) este o măsură a potențialului de tensiune dintre un punct de legătură neutru la sol și un punct de împământare la distanță. În esență, oricând curge curent printr-un conductor neutru, va exista un potențial de tensiune față de pământ. Acest potențial de tensiune poate fi transmis metalic către un punct de împământare îndepărtat prin împământarea și legarea cerute de cod a conductelor de apă, neutrelor și a altor obiecte metalice. Este important să rețineți că NEV este un eveniment normal cauzat de împământarea intenționată a sistemului de alimentare.

Tensiunea metal-obiect-pământ (MOEV) este cauzată de o energizare accidentală sau neintenționată a unui obiect metalic. Cel mai obișnuit scenariu pentru MOEV apare atunci când un conductor electric energizat intră în contact direct cu un obiect metalic, cum ar fi un far, o cutie de service, un capac de canal sau practic orice tip de obiect metalic, energizând astfel și obiectul. Potențialele MOEV către pământul la distanță pot varia de la doar câțiva volți la 120 V sau mai mult, în funcție de sursă. MOEV poate apărea, de asemenea, atunci când o conductă sau alt obiect metalic izolat este suficient de aproape de un câmp electric de la o linie electrică pentru a primi o tensiune indusă din acel câmp electric.

Tensiunea rătăcită de la acțiuni intenționate. SUA. Publicația 696 a Departamentului pentru Agricultură definește tensiunea de rătăcire ca „o tensiune mică (mai mică de 10 V) care se poate dezvolta între două puncte de contact posibile”. Punctele de contact sunt, în general, considerate a fi puncte suficient de apropiate între sursa de tensiune și o cale de împământare la distanță care ar permite curentului să curgă prin orice om, animal sau alt obiect care intră în contact ambele puncte simultan. O altă notă importantă despre Publicația 696 este că rezumatul documentului afirmă: „În timp ce tensiunea vagabonză nu poate fi eliminată în totalitate, cu siguranță poate fi redusă la un nivel acceptabil”. În timp ce această definiție se concentrează în principal pe sursele NEV, care rezultă din împământarea intenționată a conductorului neutru al sistemului de alimentare, au fost identificate multe cazuri în care cablurile necorespunzătoare și defecțiunile de sarcină de pe partea clientului a contorului contribuie la tensiunile măsurate.

Tensiunea rătăcită din acțiuni neintenționate. Comisia pentru utilități publice din New York folosește termenul „tensiune fără stăpân” pentru a descrie alimentarea neintenționată sau accidentală a capacelor de vizitare, a lămpilor de stradă și a altor obiecte metalice urbane la nivel de stradă. Această definiție se concentrează pe surse MOEV, cum ar fi contactul cu conductorul de fază al sistemului de alimentare sau, în unele cazuri, ca rezultat al tensiunilor induse din câmpurile electrice.

În timp ce cele două definiții anterioare au creat o oarecare confuzie, elementul comun este acela că tensiunea rătăcită ar putea fi considerată un potențial de tensiune nedorit în oricare două puncte care pot fi contactate simultan de un animal sau de un om. Pe scurt, pentru a dezvolta o tensiune de rătăcire putem lua în considerare următoarele surse: 1) curenți care curg pe conductorii neutri primari și secundari; 2) conductoare cu fază defectă; și 3) tensiunile induse de curenții care curg prin liniile electrice.

Remediere

Există o diferență distinctă între cauzele unei preocupări NEV crescute și cauzele unei preocupări a obiectelor metalice energizate. Pentru obiectele metalice energizate, evident, nu există tehnici de atenuare, deoarece obiectivul este identificarea și izolarea problemei și îndepărtarea sau repararea sursei de energizare. Cercetările sunt în curs de desfășurare în acest domeniu pentru a dezvolta protocoale de măsurare consistente și repetabile pentru a determina unde sunt prezente obiecte cu energie, astfel încât dispozitivele de monitorizare și protecție să poată detecta problema folosind noi instrumente de diagnosticare, cum ar fi luminile stiloului și detectoarele de câmp electric.

Pentru NEV mai mari decât acceptabile, soluțiile de atenuare sunt bine înțelese, dar pot fi dificile de stabilit. Fiecare metodă are poveștile sale de succes dovedite, precum și potențiale neajunsuri. Tehnicile tradiționale de atenuare includ: echilibrarea sarcinii, redimensionarea conductoarelor neutre, izolarea, tehnici îmbunătățite de împământare și planuri echipotențiale.

Echilibrarea sarcinii. Pe sistemele de distribuție trifazate, cu împământare, cu curenți de fază la 60 Hz la fel de echilibrați, curentul net net ar trebui să fie zero. Adică curentul neutru din cele trei faze se anulează efectiv. Din păcate, în lumea reală, echilibrarea perfectă poate fi supărată de mulți factori, cum ar fi defazarea, dezechilibrul de sarcină și curenții armonici. Aceste fenomene pot provoca curentul să curgă în conductorul neutru și în tija de împământare la fiecare dintre punctele de legătură neutru-sol, ceea ce creează un NEV proporțional. Echilibrarea curenților de fază poate reduce componenta de 60 Hz a NEV pe întregul sistem de distribuție. Echilibrarea încărcăturii la sediul unui client poate reduce, de asemenea, NEV, dar numai la locația lor.

Redimensionarea conductoarelor neutre. Curenții care se întorc pe sistemele de alimentare Wye cu împământare provoacă o cădere de tensiune peste impedanța conductorului neutru. Deoarece conductorul neutru este împământat, impedanța căii de întoarcere a pământului în paralel cu impedanța căii de întoarcere neutră dictează procentul de curent de împământare și NEV corespunzător în acel punct de împământare neutru. O modalitate foarte simplificată de a privi acest lucru este examinarea unui circuit cu o sursă de curent (curent de retur neutru) și două căi de curent (cale neutră și cale de împământare). Toate celelalte fiind egale, curentul va urma toate căile de întoarcere proporțional cu impedanțele căii de conducere. Prin urmare, reducerea impedanței neutrului reduce efectiv cantitatea de curent care curge prin calea pământului și scade NEV-ul corespunzător la acel punct de legătură neutru-sol.

Izolarea Un mijloc simplu și eficient de a împiedica tensiunea rătăcită să ajungă la punctele de contact dintre animale și oameni ar fi să nu treceți conductorii neutri primari și secundari la transformatorul de serviciu. Dacă nu există o conexiune metalică, nu poate exista tensiune și nicio posibilitate de curgere a curentului din neutrul primar. Considerațiile cheie în îndepărtarea jumperului neutru primar spre secundar ar fi efectul negativ asupra protecției părții de sarcină a transformatorului în cazul unei lovituri de trăsnet, a unei defecțiuni a sistemului sau a unei erori de cablare. Prin urmare, izolarea se realizează cel mai bine prin utilizarea unui transformator de izolație separat sau prin utilizarea unor produse izolatoare neutre care permit egalizarea tensiunilor mai mari de 10 V prin intermediul dispozitivelor de prindere de joasă tensiune.

Tehnici îmbunătățite de împământare. În ceea ce privește NEV și tensiunile de rătăcire corespunzătoare, este general acceptat faptul că reducerea impedanței tuturor căilor de retur de curent - neutru sau către pământ - poate reduce nivelurile de tensiune. Din punctul de vedere al reducerii tensiunii la pământ la distanță, orice reducere a impedanței va oferi o reducere corespunzătoare a NEV din cauza unei căderi de tensiune reduse, având în vedere aceiași curenți.

Planuri echipotențiale. Similar structurilor de referință la sol utilizate pentru sălile de calculatoare și covorașele pentru sol care minimizează potențialul de trepte la stațiile de utilități, planul echipotențial este un mijloc util de minimizare a șocurilor de neplăcere la punctele de contact ale animalelor. Un plan echipotențial constă în mod obișnuit dintr-o plasă de sârmă conductivă instalată sub zona în care a fost raportată o șocare nocivă și care atașează majoritatea (dacă nu toate) materialele conductoare din zonă direct la plasă. Tehnica nu reduce nivelurile NEV, ci mai degrabă îndepărtează problema de zonele în care animalele sunt susceptibile de a se insera în calea conducătoare.

Tehnici inovatoare de atenuare

În timp ce tehnicile tradiționale de atenuare discutate mai sus au fost aplicate cu succes și consecvent în aplicații specifice, două tehnici experimentale sunt de remarcat. Acestea includ filtre de armonice de nivel de distribuție și sisteme de distribuție izolate cu cinci fire.

Filtre pasive de armonici O zonă recentă de cercetare a preocupărilor NEV se referă la curenții armonici triplen care curg pe conductorii neutri ai sistemului de distribuție. Acești multipli ciudați ai curentului fundamental de 60 Hz se adaugă în loc să anuleze conductorul neutru, creând astfel niveluri NEV armonice. Cauzele acestor curenți armonici includ echipamentele generatoare de armonici deținute de utilizatorul final și rezonanțele circuitelor create de băncile de condensatoare distribuite. Armonicile datorate încărcărilor clienților se așteaptă să crească în timp, pe măsură ce proliferează mai multe echipamente, cum ar fi șaibele cu frecvență variabilă și echipamentele de aer condiționat și pe măsură ce crește utilizarea mai multor televizoare, computere și alte echipamente de divertisment la domiciliu.

În timp ce filtrele pentru atenuarea sarcinii armonice nu sunt neapărat un concept nou, aplicarea filtrelor pasive de armonici pentru a atenua impactul NEV pe întregul circuit de distribuție a utilităților este nouă. În cadrul unui proiect de cercetare în desfășurare, EPRI lucrează cu unii S.U.A. utilitățile electrice pentru a determina cât de bine filtrele reglate la a treia armonică reduc nivelurile NEV pe circuitele în care s-a constatat că tensiunile neutru-pământ sunt aproape toate armonice în machiaj. Abordarea utilizată este de a converti băncile de condensatoare de distribuție existente în bănci de filtrare prin utilizarea unei combinații de condensatori și unul sau mai mulți inductori. Rezultatele modelării demonstrează o îmbunătățire de până la cinci ori prin instalarea filtrelor de armonici coroborate cu modificări de împământare. Filtrele armonice par a fi o modalitate promițătoare de a reduce impactul NEV asupra întregului circuit de distribuție a utilităților, în loc de la punctul tradițional unic de interes.

Sistem de distribuție cu cinci fire

Așa-numitul „design cu cinci fire” este un concept care a fost demonstrat pentru a evalua potențialul de a reduce tensiunile și câmpurile magnetice și, de asemenea, face ca defecțiunile cu impedanță ridicată să fie mai ușor de detectat. Primele patru fire ale acestui sistem sunt conductoarele trifazate familiare plus un neutru. Cel de-al cincilea fir este un nou neutru izolat care transportă tot curentul de retur dezechilibrat, eliberând neutrul original de această povară. Firul de împământare multigrund continuă să îndeplinească funcțiile de siguranță asociate cu un sistem multigrundat. Sistemul cu cinci fire a fost testat de EPRI la New York State Electric and Gas (NYSEG), care a transformat o secțiune a unui circuit din Cooperstown, New York, SUA, într-o configurație cu cinci fire. Beneficiile au inclus reduceri ale tensiunilor de rătăcire și câmpurilor magnetice, împreună cu rezultate promițătoare că ar putea fi detectate defecte de impedanță ridicată. Dezavantajele includ lipsa abilității de a converti sistemele subterane în topologia cu cinci fire, îngrijorarea că un neutru deschis ar provoca supratensiuni pentru echipamentul clientului și al sistemului de utilități și incapacitatea de a controla tensiunea de rătăcire, cu excepția cazului în care întregul circuit este convertit în cel cu cinci fire. proiecta.

Cercetare continuă a tensiunii fără stăpân

Deși utilitățile, guvernul și organizațiile de cercetare au realizat multe pentru a minimiza tensiunile nedorite cu privire la pământul îndepărtat, cercetarea și dezvoltarea suplimentară vor promova o mai bună înțelegere a efectelor tensiunilor rătăcite și a metodelor de minimizare a acestor fenomene. Pentru a contribui la continuarea acestei cercetări și pentru a furniza informații credibile și imparțiale cu privire la acest subiect, EPRI a identificat o serie de preocupări și subiecte de interes diferite pentru a include:

  • Preocupările privind sănătatea și productivitatea zonelor de contact cu animalele
  • Probleme de contact rezidențial pentru piscine, căzi cu hidromasaj și obiecte metalice
  • Rezonanța circuitului de putere și condițiile armonice care creează potențiale de tensiune de rătăcire mărite
  • Tensiunile induse pe conductele metalice izolate
  • Coroziunea țevilor metalice
  • Întrebări cu privire la impactul tehnologiilor de comunicații ale operatorilor de linie electrică
  • Specificarea corespunzătoare a echipamentelor de măsurare, a protocoalelor de măsurare și a duratelor de măsurare
  • Interferența armonică a curentului neutru cu circuitele de telecomunicații și semnalele de trecere a căilor ferate
  • Provocări de modelare și simulare pentru circuite complete de distribuție
  • Contribuția liniilor de transmisie la niveluri ridicate de NEV în zonele de contact cu oamenii și animalele
  • Înțelegerea costurilor comparative și beneficiile diferitelor tehnici de atenuare
  • Energizarea obiectelor metalice în zonele urbane
  • Impactul formelor de undă de tensiune neliniară și al magnitudinilor tensiunii asupra oamenilor și animalelor
  • O mai bună înțelegere a nivelurilor de tensiune care justifică investigarea și remedierea.

Dintre aceste preocupări, majoritatea pot fi distilate în patru domenii de cercetare legate de:

  • Dispozitive de măsurare și protocoale de măsurare
  • Linii directoare de modelare și simulare
  • Testarea și demonstrarea tehnologiilor de atenuare
  • Informații și asistență de reglementare.