Topraklama Ağlarının Üç Boyutlu Tasarımı

Abstract

Bu çalışma, IEEE Std. 80-2000, IEEE Std. 81-1983 ve IEEE Std. 837-2002 standartlarına uyumlu topraklama sistemlerinin analizi için bir bilgisayar modeli ve gelişmiş metodoloji sunmaktadır. Yöntem dokunma ve adım gerilimlerinin, vücut akımlarının, topraklama sistemi empedansının, gerilim profilinin, vs. doğru hesaplanmasına olanak sağlamaktadır. Metodoloji ve bilgisayar programı gerçek sistem ölçümleri ile doğrulanmıştır. Bilgisayar algoritmasının doğruluğu topraklama modelinin ve fiziksel düzenin gerçek saha koşullarına ne kadar iyi yansıtıldığına bağlıdır. Topraklama sistemleri personel güvenliğini, donanımların korunmasını ve enerji kaynağının sürekliliğini garanti altına almak için tasarlanmaktadır. Bu yüzden, mühendisler sistemin eşdeğer direncini ve arıza durumu anında topraklama yüzeyindeki potansiyel dağılımını hesaplamalıdırlar. Tesis topraklama sisteminin güvenli olabilmesi için, dokunma ve adım gerilimleri, izin verilen gerilimlerin altında kalmalıdır. Ağ gerilimi, transfer potansiyelleri hariç, bir alternatif akım tesisinde genellikle mümkün olan en kötü gerilim olduğundan, güvenli topraklama ağı tasarımı için ölçüt olarak kullanılır. İzin verilen gerilim sınırları ve maksimum tahmini gerilim değerleri standartta verilen deneysel formül kullanılarak hesaplanmıştır. Adım, dokunma, ağ gerilimleri ve yüksek gerilimli akım taşıyan bölgeler standartta verilen tavsiyelere göre hesaplanmış ve aralarındaki farklılıklar incelenip açıklanmıştır. Mühendislik uygulamaları için faydalı bazı pratik tasarım ölçütlerinin tanıtılması olanağının gerçekleştirilmesi amacıyla benzetimler yapılmıştır. Kolay kullanım üstünlüğü ve yerleşik tehlikeli nokta değerlendirme olanağıyla her şekildeki mevcut ağların güçlendirilmesi ve yeni ağların tasarımının en uygun hale getirilmesinde mühendislere yardım etmek için tesis topraklama ağ tasarım ve analiz modülü özellikle tasarlanmıştır.

This study presents an advanced methodology and a computer model for analysis of grounding systems conforming to standards IEEE Std. 80-2000, IEEE Std. 81-1983 and IEEE Std. 837-2002. The procedure enables accurate computation of touch and step voltages, body currents, grounding system impedance, voltage profile, etc. It is a useful tool for the analysis of practical grounding systems. The methodology and computer program is validated with actual system measurements. The accuracy of computer algorithm is dependent on how well the soil model and physical layout reflect actual field conditions. Grounding systems are designed to guarantee personal security, protection of equipment and continuity of power supply. Hence, engineers must compute the equivalent resistance of the system and the potential distribution on the earth surface when a fault condition occurs. For a substation grounding system to be safe, the touch and step voltages should be limited below the minimum tolerable voltages. Excluding transferred potentials, the mesh voltage is used as the criteria for a safe ground grid design since it is usually the worst possible voltage in an alternative current substation. The tolerable voltage limits and the maximum predicted voltage values are calculated using empirical formula in given standard. The step, touch and mesh voltages and hot zones are calculated according to the recommendations in given standard and the differences between them are investigated and clarified. The simulations are carried out with the aim to verify the possibility of introducing some practical design criteria helpful for engineering applications. Substation grounding grid design and analysis module is specially designed to help engineers optimize the design of new grids and reinforce existing grids, of any shape, by virtue of easy to use, built-in danger point evaluation facilities.