Waarom gebruiken onderstations stenen, grind, kiezels en fijn gesteente?
In onderstations vereisen apparatuur zoals kracht- en distributietransformatoren, transmissielijnen, spanningstransformatoren, stroomtransformatoren en afsluiters aarding. Naast aarding zullen we nu dieper ingaan op waarom grind en fijn gesteente vaak in onderstations worden gebruikt. Hoewel ze er gewoontjes uitzien, spelen deze stenen een cruciale rol voor veiligheid en functioneren.
Bij de ontwerp van aarding in onderstations—vooral wanneer meerdere aardingsmethoden worden toegepast—wordt fijn gesteente of grind over het terrein verspreid om verschillende belangrijke redenen.
Het primaire doel van het verspreiden van grind op het terrein van een onderstation is om de grondpotentiaalopgang (GPR) te verminderen, ook bekend als stapspanning en aanraakspanning, gedefinieerd als volgt:
Grondpotentiaalopgang (GPR): De maximale elektrische potentiaal die een aardingsrooster in een onderstation kan bereiken ten opzichte van een ver verwijderd aardpunt dat wordt beschouwd als het ware nulpunt. GPR is gelijk aan het product van de maximale foutstroom die het rooster binnengaat en de weerstand van het rooster.
Stapspanning (Eₛ): Het maximale potentiaalverschil dat kan bestaan tussen twee voeten (meestal gescheiden door 1 meter) wanneer foutstroom het aardingsysteem binnenkomt. Een speciaal geval is overgedragen spanning (Etransfer), waarbij spanning optreedt tussen een aangesloten constructie binnen het onderstation en een ver verwijderd punt buiten—vaak beoordeeld over een afstand van 1 meter van metalen structuren naar oppervlaktepunten van de grond.
Aanraakspanning (Eₜ): Het maximale potentiaalverschil tussen een aangesloten metalen constructie (bijv. behuizing van apparatuur) en een punt op de grondoppervlakte wanneer iemand het tijdens een foutstroom aanraakt.
Tijdens kortsluitsituaties nemen zowel stap- als aanraakspanningen aanzienlijk toe. In vergelijking met algemene materialen zoals grond, gras of beton, hebben grind en fijn gesteente relatief hoge resistentie. Deze hoge oppervlakresistentie beperkt de stroom door het lichaam, waardoor het risico op elektrische schokken tijdens onderhoud of bediening in de buurt van ondergespannen apparatuur wordt verminderd.
Daarom worden grind en fijn gesteente in onderstations doelbewust gebruikt om de resistentie van het oppervlaklaag te verhogen, waarmee gevaarlijke stap- en aanraakspanningen effectief worden verminderd en de veiligheid van het personeel tijdens grondfouten wordt verbeterd.
De tabel hieronder toont de resistentie van verschillende materialen zoals steen, zand, enz.
| Materiaal | Weerstand (Ω·m) |
| Klei en verzadigde modder | <100 |
| Zandklei en natte silt | 100–250 |
| Zandige klei en verzadigd zand | 250–500 |
| Zand | 500–1500 |
| Geweerde rots | 1000–2000 |
| Gebroken steen | 1500–5000 |
| Grind | 1500–10000 |
Redenen voor het gebruik van steen in transformatorhuisjes en elektrische schakelstations
Hieronder staan de specifieke redenen en factoren voor het gebruik van steen in plaats van andere materialen:
Gras en ander onkruid of kleine vegetatie kunnen inderdaad problemen veroorzaken. Tijdens regen of vochtige omstandigheden kan plantengroei de grond glad maken, wat potentiële veiligheidsrisico's vormt voor personeel en apparatuur. Bovendien kan droog gras tijdens schakeloperaties ontbranden of kortsluitingen veroorzaken, wat nadelig is voor de betrouwbaarheid van apparatuur en netwerk. Daarom implementeren transformatorhuisjes meestal maatregelen om de groei van vegetatie te beheersen om een veilige en stabiele bedrijfsvoering te garanderen.
Het gebruik van steen rond schakelstations helpt bij het voorkomen dat wilde dieren—zoals slangen, hagedissen, knaagdieren en andere kleine dieren—het gebied van het transformatorhuisje binnengaan.
Een grindoppervlak voorkomt plassen en wateropstapeling in het schakelstation, wat ongewenst is voor hoogspanningsapparatuur.
Kiezelstenen en grind zijn bestendiger tegen impact dan gras of zand, waardoor trillingen van transformatoren (veroorzaakt door kernmagnetostrictie) worden gedempt en beweging tijdens seismische gebeurtenissen wordt verminderd.
Het gebruik van steen en grind verhoogt de weerstand van de oppervlaklaag, waardoor aanraak- en stapspanningsgevaren worden verminderd. Bovendien onderdrukt het de groei van kleine planten en onkruid—waarvan de aanwezigheid de oppervlakweerstand zou kunnen verlagen en het risico op elektrische schokken tijdens routineonderhoud en -operaties zou kunnen verhogen.
Algemeen gezien verbetert het gebruik van steenmateriaal in schakelstations de werkomstandigheden, ondersteunt stabiele bedrijfsvoering en verhoogt de effectiviteit van het bestaande aardingssysteem in de bescherming tegen elektrische schokken.
