ایستگاههای فرعی چرا از سنگها، شن، حصیر و سنگهای خردشده استفاده میکنند؟
در ایستگاههای فرعی، تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع، خطوط انتقال، ترانسفورماتورهای ولتاژ، ترانسفورماتورهای جریان و کلیدهای جداکننده همگی نیازمند اتصال به زمین هستند. علاوه بر اتصال به زمین، در اینجا بهطور عمیقتر بررسی میکنیم که چرا شن و سنگهای خردشده بهطور رایج در ایستگاههای فرعی بهکار میروند. اگرچه این سنگها ظاهری عادی دارند، اما نقش حیاتی ایمنی و عملکردی ایفا میکنند.
در طراحی اتصال به زمین ایستگاههای فرعی—بهویژه هنگامی که از روشهای متعدد اتصال به زمین استفاده میشود—سنگهای خردشده یا شن در سراسر حیاط ایستگاه به دلایل کلیدی متعددی پخش میشوند.
هدف اصلی پخش شن در حیاط ایستگاه فرعی، کاهش افزایش پتانسیل زمین (GPR) است که بهعنوان ولتاژ گام (step voltage) و ولتاژ لمس (touch voltage) نیز شناخته میشود و بهشرح زیر تعریف میگردد:
افزایش پتانسیل زمین (GPR): بیشترین پتانسیل الکتریکی که شبکه اتصال به زمین یک ایستگاه فرعی ممکن است نسبت به یک نقطه مرجع دوردست زمین (که فرض بر صفر بودن واقعی آن است) داشته باشد. GPR برابر حاصلضرب بیشترین جریان اتصال کوتاه واردشده به شبکه در مقاومت شبکه است.
ولتاژ گام (Eₛ): بیشترین اختلاف پتانسیلی که میتواند بین دو پا (معمولاً با فاصلهای حدود ۱ متر) هنگام عبور جریان اتصال کوتاه به سیستم اتصال به زمین ایجاد شود. حالت خاصی از این پدیده، ولتاژ انتقالیافته (Etransfer) است که در آن ولتاژ بین یک سازه اتصالیافته به زمین در داخل ایستگاه فرعی و یک نقطه دوردست خارج از آن ظاهر میشود—که اغلب در فاصلهای ۱ متری از سازههای فلزی تا نقاط سطح زمین ارزیابی میگردد.
ولتاژ لمس (Eₜ): بیشترین اختلاف پتانسیل بین یک سازه فلزی اتصالیافته به زمین (مانند پوسته تجهیزات) و یک نقطه روی سطح زمین هنگامی که فردی در حین عبور جریان اتصال کوتاه آن را لمس میکند.
در رویدادهای اتصال کوتاه، هر دو ولتاژ گام و ولتاژ لمس بهطور قابلتوجهی افزایش مییابند. در مقایسه با مواد رایجی مانند خاک، چمن یا بتن، شن و سنگهای خردشده مقاومت ویژه نسبتاً بالایی دارند. این مقاومت سطحی بالا جریان عبوری از بدن انسان را محدود میکند و بنابراین خطر برقگرفتگی را در حین نگهداری یا بهرهبرداری در مجاورت تجهیزات تحتبار کاهش میدهد.
بنابراین، شن و سنگهای خردشده عمداً در ایستگاههای فرعی بهکار میروند تا مقاومت لایه سطحی را افزایش دهند و بهطور مؤثری ولتاژهای خطرناک گام و لمس را کاهش داده و ایمنی پرسنل را در هنگام اتصال کوتاه به زمین بهبود بخشند.
جدول زیر مقاومت ویژه مواد مختلفی مانند سنگ، شن و غیره را نشان میدهد.
| ماده | مقاومت الکتریکی (Ω·m) |
| خاک رس و خاک رس اشباع شده | <100 |
| خاک رس سنگریزهای و لای نرم مرطوب | 100–250 |
| رمل رسی و رمل اشباع شده | 250–500 |
| رمل | 500–1500 |
| سنگ تخریب شده | 1000–2000 |
| سنگ ساییده شده | 1500–5000 |
| گلولک | 1500–10000 |
دلایل استفاده از سنگ در زیرстанسیونها و محوطههای کلیدزنی الکتریکی
در زیر آمده است دلایل و عوامل خاص استفاده از سنگ به جای مواد دیگر:
علف و سایر علفهای هرز یا گیاهان کوچک میتوانند مشکلاتی ایجاد کنند. در شرایط بارانی یا رطوبت، رشد گیاهان میتواند زمین را لیزناک کند و خطرات احتمالی برای کارکنان و تجهیزات ایجاد کند. علاوه بر این، علف خشک میتواند در عملیات کلیدزنی روشن شود یا باعث اختلال در مدار شود و در نتیجه عملکرد تجهیزات و قابلیت اطمینان شبکه را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین، زیرستانسیونها معمولاً اقداماتی را برای کنترل رشد گیاهان انجام میدهند تا عملیات ایمن و پایداری تضمین شود.
استفاده از سنگ در اطراف محوطههای کلیدزنی به جلوگیری از ورود حیوانات وحشی مانند مار، مارمولک، جوندگان و سایر حیوانات کوچک به منطقه زیرستانسیون کمک میکند.
سطح سنگ ریزی از تشکیل تجمع آب و جمع شدن آب در محوطه کلیدزنی جلوگیری میکند که برای تجهیزات فشار بالا مطلوب نیست.
سنگریزهها و سنگ خرد شده مقاومت بیشتری در برابر ضربه نسبت به علف یا شن دارند و به مهار ارتعاشات ترانسفورماتور (که از مغناطوشی یا magnetostriction هسته ناشی میشود) و کاهش حرکت در طول حوادث زلزله کمک میکنند.
استفاده از سنگ و سنگ ریزی مقاومت سطح لایه بالایی را افزایش میدهد و در نتیجه خطرات ولتاژ تماس و قدم را کاهش میدهد. علاوه بر این، رشد گیاهان کوچک و علفهای هرز را که اگر موجود باشند میتوانند مقاومت سطح را کاهش دهند و خطر شوک الکتریکی را در طول تعمیرات و عملیات معمولی افزایش دهند، مهار میکند.
به طور کلی، استفاده از مواد سنگی در محوطههای کلیدزنی شرایط کاری را بهبود میبخشد، عملکرد پایدار را پشتیبانی میکند و کارایی سیستم زمینسازی موجود در محافظت در برابر شوک الکتریکی را افزایش میدهد.
