Wat is storingsoverdrachtspanning en wat veroorzaakt het in laagspanningsystemen

Overdracht van foutspanning

In laagspanningsverdelingssystemen komt er een type persoonlijk elektrische schokongeval voor waarbij het ongeval en het systeemfoutpunt niet op dezelfde plaats zijn. Dit soort ongevallen gebeurt omdat na een aardfout ergens anders de gegenereerde foutspanning wordt geleid naar de metalen behuizingen van andere apparaten via de PE- of PEN-lijn. Wanneer de foutspanning op de metalen behuizing van het apparaat hoger is dan de veilige spanning voor het menselijk lichaam, zal er een elektrische schokoptreden wanneer het menselijk lichaam in contact komt met de metalen behuizing van het apparaat. Deze foutspanning wordt overgebracht van elders, vandaar dat het de overgebrachte foutspanning wordt genoemd.

Er zijn voornamelijk twee redenen waarom de overgebrachte foutspanning ervoor zorgt dat het aardfoutpunt en het ongevalpunt niet op dezelfde plaats zijn:

• Een aardfout in het middelspanningssysteem veroorzaakt een overgebrachte foutspanning in het laagspanningssysteem;

• De behuizing van een apparaat in het TN-systeem faalt en wordt geëlektrificeerd, waardoor de behuizingen van alle andere elektrische apparaten de overgebrachte foutspanning hebben;

1. Overdracht van foutspanning van laagspanningssysteem naar laagspanningssysteem

In het TN-systeem zijn de behuizingen van alle elektrische apparaten met elkaar verbonden. Op dat moment, als één apparaat faalt en zijn behuizing geëlektrificeerd raakt, zal dit ook een potentiaalverschil tot de grond veroorzaken bij andere apparaten, wat resulteert in een overgebrachte foutspanning.

Het type laagspanningsaardingssysteem is het TN-systeem. Bij het optreden van een enkelefasige aardfout in een laagspanningsuitgangslijncircuit, loopt de aardfoutstroom door het aardfoutpunt, de aarde, en de aardingweerstand van de distributietransformator en keert terug naar de transformator om een lus te vormen. Vanwege de grote weerstand op het aardfoutpunt is de foutstroom klein en ontoereikend om de circuitbreker te laten werken. De foutstroom loopt door de aardingweerstand van de distributietransformator, en er ontstaat een foutspanning op deze aardingweerstand. Deze foutspanning wordt geleid naar de metalen behuizingen van de apparaten langs de PE-lijn, waardoor een overgebrachte foutspanning ontstaat en het elektrische schokongevalpunt optreedt;

2. Overdracht van foutspanning van middelspanningssysteem naar laagspanningssysteem

Een 10/0,4 kV distributietransformator zou twee onafhankelijke aardingapparatuur moeten hebben: beschermende aarding voor de transformator en werkzame aarding voor het laagspanningssysteem. Echter, om de aarding te vereenvoudigen en de bouwkosten te verlagen, deelt de beschermende aarding van de meeste middelspanningsdistributietransformatoren een enkel aardingelektrode met de werkzame aarding van het laagspanningssysteem. Dit betekent dat als er een tankmantelfout optreedt in het middelspanningsgedeelte van de distributietransformator, een overgebrachte foutspanning wordt geïnduceerd in de laagspanningslijnen en zelfs op de behuizingen van alle apparaten.

Deze fout is in essentie het gevolg van een enkelefasige aardfout in het middelspanningssysteem.

Bij het optreden van een tankmantelfout in de distributietransformator ontstaat er een aardfoutstroom. Als het laagspanningssysteem de TN-aardingmethode gebruikt, zorgt de herhaalde aarding van de PE-lijn ervoor dat de foutstroom zich splitst. Een deel stroomt terug naar de aarde via de werkzame aardingweerstand van het laagspanningssysteem van de transformator, terwijl een ander deel via de herhaalde aardingweerstand langs de PE-lijn terugkeert naar de aarde voordat het terugkeert naar de middelspanningsbron. De foutstroom loopt door de werkzame aardingweerstand van het laagspanningssysteem, waardoor er een spanningval over deze weerstand ontstaat. Dit veroorzaakt een potentiaalverschil tussen het neutrale punt van de laagspanningsvoeding en de aarde. Dit potentiaalverschil verspreidt zich naar de laagspanningsverdelingslijnen, wat resulteert in een overgebrachte overspanning. In een TN-aardingssysteem kan deze overgebrachte overspanning zelfs via de PE-lijn verspreiden naar de behuizingen van alle laagspanningsapparaten.

De grootte van de foutstroom hangt voornamelijk af van de aardingsmethode van het middelspanningssysteem en de verdeelde capaciteitstroom. De amplitude van de overgebrachte foutspanning is nauw verwant aan de aardingsmethoden van zowel het middelspannings- als het laagspanningssysteem, waarbij de aardingsmethode van het middelspanningssysteem bepalend is.

Rangschikking van de amplitude van de foutoverdrachtspanning: Kleine weerstandsaarding > Niet-geaard systeem > Boogdempingsspoelaarding;
Een middelspanningssysteem met een neutraal punt dat via een kleine weerstand is geaard en een laagspanningssysteem dat de TN-aardingmethode gebruikt, zijn meer geneigd tot elektrische schokongevallen, wat een significante bedreiging vormt voor de persoonlijke veiligheid van gebruikers.

Conclusie

• De overgebrachte foutspanning zorgt ervoor dat het aardfoutpunt en het ongevalpunt in twee belangrijke scenario's niet samenvallen: 1) Een aardfout in het middelspanningssysteem induceert een overgebrachte foutspanning in het laagspanningssysteem; 2) Een defecte, geëlektrificeerde apparaatbehuizing in een TN-systeem veroorzaakt een overgebrachte foutspanning op de behuizingen van alle andere elektrische apparaten;

• Voor deze twee types overgebrachte foutspanningen komen het aardfoutpunt en het elektrische schokongevalpunt niet samen. Het aardpunt is moeilijk te detecteren, en de oorzaak van het overgebrachte foutspanningsongeval is moeilijk te analyseren. Met de apparatuur metalen behuizingen geladen door de overgebrachte foutspanning neemt het risico van elektrische schokken voor mensen enigszins toe.