Dlaczego stacje przekształcające używają kamieni kruchych, żwiru, kamyków i drobnych kamieni?
W stacjach przekształcających, urządzenia takie jak transformatory mocy i dystrybucyjne, linie przesyłowe, transformatory napięcia, transformatory prądu oraz wyłączniki odłączeniowe wymagają zazemblowania. Poza zazemblowaniem, teraz głębiej przyjrzymy się, dlaczego żwir i kamienie kruche są powszechnie używane w stacjach przekształcających. Choć wyglądają zwyczajnie, te kamienie odgrywają kluczową rolę bezpieczeństwa i funkcjonalności.
W projektowaniu zazemblowania stacji przekształcających – szczególnie gdy stosuje się wiele metod zazemblowania – na terenie stacji rozkładany jest żwir lub kamienie kruche z kilku kluczowych powodów.
Głównym celem rozkładania żwiru na terenie stacji przekształcającej jest zmniejszenie Wzrostu Potencjału Ziemnego (WZP), znane również jako napięcie krokowe i napięcie dotykowe, zdefiniowane następująco:
Wzrost Potencjału Ziemnego (WZP): Maksymalny potencjał elektryczny, jaki może osiągnąć sieć zazemblująca stacji przekształcającej w stosunku do odległego punktu odniesienia ziemi, który uznaje się za prawdziwy potencjał zero. WZP równa się iloczynowi maksymalnej prądotokowej wprowadzanej do siatki i oporu siatki.
Napięcie krokowe (Eₛ): Maksymalna różnica potencjałów, która może istnieć między dwoma stopami (zazwyczaj oddalonymi o 1 metr) podczas, gdy prąd błędu wpływa do systemu zazemblowania. Specjalnym przypadkiem jest napięcie przekazywane (Etransfer), gdzie napięcie pojawia się między zazemblowaną konstrukcją wewnątrz stacji przekształcającej a odległym punktem na zewnątrz – często ocenianym na odległość 1 metra od metalowych konstrukcji do punktów powierzchni ziemi.
Napięcie dotykowe (Eₜ): Maksymalna różnica potencjałów między zazemblowaną metalową konstrukcją (np. obudowa urządzenia) a punktem na powierzchni ziemi, gdy osoba dotyka jej podczas przepływu prądu błędu.
Podczas zdarzeń krótkiego spięcia zarówno napięcie krokowe, jak i dotykowe znacznie rosną. W porównaniu do typowych materiałów, takich jak gleba, trawa lub beton, żwir i kamienie kruche mają względnie wysoką rezystywność. Ta wysoka powierzchniowa rezystywność ogranicza przepływ prądu przez ciało człowieka, co zmniejsza ryzyko porażenia elektrycznego podczas konserwacji lub operacji w pobliżu urządzeń pod napięciem.
Stąd, żwir i kamienie kruche są celowo używane w stacjach przekształcających, aby zwiększyć opór warstwy powierzchniowej, efektywnie zmniejszając niebezpieczne napięcia krokowe i dotykowe, a tym samym zwiększając bezpieczeństwo personelu podczas błędów ziemnych.
Poniższa tabela przedstawia rezystywność różnych materiałów, takich jak kamień, piasek itp.
| Materiał | Odporność elektryczna (Ω·m) |
| Glina i nasycana błoto | <100 |
| Iloz gliniasta i wilgotny muł | 100–250 |
| Piasek gliniasty i nasycany piasek | 250–500 |
| Piasek | 500–1500 |
| Wietrzała skała | 1000–2000 |
| Kruszywo | 1500–5000 |
| Żwir | 1500–10000 |
Powody wykorzystywania kamienia w rozdzielczynach i elektrowniach
Poniżej przedstawione są konkretne powody i czynniki, dla których stosuje się kamień zamiast innych materiałów:
Trawa oraz inne chwasty lub małe rośliny mogą rzeczywiście powodować problemy. W czasie deszczu lub wilgotności wzrost roślin może sprawić, że podłoże staje się śliskie, co stanowi potencjalne zagrożenie bezpieczeństwa dla personelu i sprzętu. Ponadto suche trawy mogą zapalić się podczas operacji przepinania lub spowodować zwarcia, negatywnie wpływając na sprzęt i niezawodność sieci. Dlatego w rozdzielczynach zwykle stosuje się środki kontroli wzrostu roślin, aby zapewnić bezpieczne i stabilne działanie.
Używanie kamienia wokół elektrowni pomaga zapobiec wnikaniu dzikich zwierząt, takich jak węże, jaszczurki, gryzonie i inne małe zwierzęta, do obszaru rozdzielczyny.
Powierzchnia żwirowa zapobiega powstaniu kałuż i nagromadzeniu wody w elektrowni, co jest niepożądane dla sprzętu wysokiego napięcia.
Kamienie i kruszona skała są bardziej odporne na uderzenia niż trawa lub piasek, co pomaga tłumaczyć drgania transformatorów (spowodowane magnetostrykcją rdzenia) i zmniejsza ruchy podczas zjawisk sejsmicznych.
Użycie kamienia i żwiru zwiększa rezystywność warstwy powierzchniowej, co zmniejsza zagrożenia związane z napięciami dotykowymi i krokowymi. Dodatkowo hamuje ono wzrost małych roślin i chwastów, które, jeśli występują, mogłyby obniżyć rezystywność powierzchniową i zwiększyć ryzyko porażenia prądem podczas rutynowego konserwacji i operacji.
Ogólnie rzecz biorąc, materiał kamienny używany w elektrowniach poprawia warunki pracy, wspiera stabilne działanie i zwiększa efektywność istniejącego systemu ziemnego w ochronie przed porażeniem prądem.
