Finding the protection features of lightning grounding by estimating its impulse impedance components

• Autorzy: Wołoszyk M. , Galewski M. , Wojtas S.

Warianty tytułu

PL

Określanie właściwości ochronnych uziemienia odgromowego poprzez wyznaczanie składowych impedancji udarowej tego uziemienia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lightning grounding should lead the lightning currents to the ground, in order to protect men and devices during an atmospheric surge. Ultra short lightning times make the inductance voltage drops very important. Because of that, the grounding should be validated basing on its impulse characteristics, not on static ones. Measuring the inductance component of impulse impedance is difficult in practice, but its value can be estimated with the help of the impedance-to-impulse resistance ratio. Impulse resistance is easy to measure and, in conjunction with maximal impulse impedance, can give the designer a precious hint about the correctness of his grounding system.

PL

Jako miara skuteczności uziemienia odgromowego od wielu dziesięcioleci przyjmowana jest powszechnie wartość jego rezystancji statycznej. Rezystancję tą wyznacza się dla częstotliwości technicznych (ok. 50...150Hz) podczas gdy uziemienie odgromowe ma zapewniać utrzymanie niskich wartości spadków napięć w warunkach odprowadzania do gruntu prądów piorunowych o czasach narastania rzędu pojedynczych mikrosekund. Niezwykle krótki czas trwania zjawisk udarowych sprawia, iż w ochronie odgromowej istotną rolę odgrywają indukcyjne spadki napięcia na uziemieniach. Pomiar składowej indukcyjnej impedancji udarowej jest dosyć trudny do realizacji praktycznej ponieważ w ciągu zaledwie kilku [mi]s, przy pojedynczym impulsie pomiarowym, należy ustalić odpowiednie zależności czasowe oraz dokonać kilku pomiarów wartości chwilowych. Znajomość składowych impedancji udarowej pozwala jednakże na znacznie dokładniejszą ocenę stanu uziemienia niż znajomość jedynie modułu tej impedancji. Prace nad udarowymi pomiarami uziemień prowadzone od szeregu lat na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej pozwoliły na określenie kilku metod wyznaczania składowych impedancji udarowej. Pomiar indukcyjności jest stosunkowo skomplikowany gdyż wymaga on dosyć rozbudowanego układu zawierającego wiele elementów o dużej szybkości działania. Prostsza metoda szacowania udziału indukcyjności w tworzeniu całkowitej impedancji udarowej polega na wyznaczaniu czasu wyprzedzenia czyli czasu o jaki maksimum spadku napięcia wyprzedza maksimum prądu. Inna metoda szacunkowa polega na określeniu składowej rezystancyjnej, a następnie oszacowaniu składowej indukcyjnej na podstawie stosunku wartości składowej rezystancyjnej do całkowitej impedancji udarowej. Należy przy tym pamiętać, że składowa rezystancyjna impedancji udarowej odnosi się jedynie do strefy efektywnej uziemienia i dla uziemienia rozległego może ona być wielokrotnie większa od jego rezystancji statycznej. Podsumowując należy stwierdzić, iż przy dzisiejszych środkach technicznych można wyznaczać nie tylko impedancję udarową uziemienia dla impulsów o czasach narastania rzędu pojedynczych mikrosekund ale również składową rezystancyjną i indukcyjną tej impedancji. Metody szacunkowe są relatywnie proste w realizacji i zapewniają dokładność wystarczającą dla celów kontroli uziemień. Znajomość składowych impedancji udarowej pozwala na dokładniejszą ocenę stanu uziemienia, a także na wykrywanie oszustw i błędów konstrukcyjnych w instalacjach odgromowych.

Słowa kluczowe

EN

lightning grounding; impedance; impulse resistance

PL

uziemienie odgromowe; impedancja

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 9, nr 4
• Strony: 381--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Wołoszyk M.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering

autor

Galewski M.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering

autor

Wojtas S.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering

Bibliografia

• 1. Galewski M., Wojtas S., Wołoszyk M.: Impulse earthing measurement. IMEKO XIV International Congress, Tampere (Finlandia) 1997.
• 2. Mansoor A., Martzloff F.: The Effect of Neutral Earthing Practices on Lightning Current Dispersion in a Low-Voltage Installation. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 13, No. 3, July 1998.
• 3. www.tercel.com.au/earthingsystems.htm. Materiały firmowe Tercel Inc., ver. 1.2 - October 1999, Australia 1999.
• 4. Geri A.: Practical Design Criteria of griunding Systems Under Surge Conditions. 25th International Conference on Lightning Protection ICLP 2000, Rhodes, Greece 18-22 September 2000.
• 5. Polska Norma PN/E-05003 (ark. 01, 03 i 04): Ochrona odgromowa obiektów budowlanych.
• 6. Wołoszyk M.: Wyznaczanie składowych udarowej impedancji uziemienia. Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, nr 584, seria Elektryka nr 87, Gdańsk 2000.
• 7. Sekioka S., Hayashida H., Hara T., Ametani A.: Measurements of grounding Resistances for High Impulse Currents. IEE Proc.-Gener. Transm. Distrib., Vol. 145, No. 6, November 1998.
• 8. Gonos I. F., Topalis F. V., Stathopulos I. A.: Transient Impedance of Grounding Rods. High Voltage Engineering Symposium, 22-27 August 1999, Conference Publication No. 467, IEE, 1999.
• 9. Sonoda T., Takesue H., Sekioka S.: Measurements on Surge Characteristics of Grounding Resistance of Counterpoises for Impulse Currents. 25th International Conference on Lightning Protection ICLP 2000, Rhodes, Greece, 18-22 September 2000.
• 10. Polska Norma PN-1EC 061024-1: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne.
• 11. Wołoszyk M.: Pomiary impedancji 'rezystancji) udarowej uziemień odgromowych. Gryżewski: Prace kontrolno-pomiarowe przy urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym do 1kV. COSiW SEP, Warszawa 2002.
• 12. Liew A. C. i inni: Dynamic model of impulse characteristics of concentrated earth. Proc. IEE Power Record, 1974, vol. 121.
• 13. Galewski M., Wołoszyk M., Wojtas S.: Inductance measurement in time domain. XVI IMEKO World Congress, Vien, Austria 2000.
• 14. Kosztaluk R., Loboda M., Mukhedkar D.: Experimental Study of Transient Ground Impedances. IEEE Trans., 1981, PAS-100,. (11).
• 15. Łoboda M.: Udarowe parametry rozległych uziomów poziomych w badaniach modelowych. Przegląd Elektrotechniczny 5/1981.
• 16. Griffiths H., Davics A. M.: Effective Iwngth of Earth Electrodes under High Frequency and Transient Conditions. 25th International Conference on Lightning Protection ICLP 2000, Rhodes, Greece, 18-22 September 2000.
• 17. Lorentzou M. I., Hatziargyriou N. D.: Effective Dimensioning of Extended Grounding System for Ligtning Protection. 25th International Conference on Lightning Protection ICLP 2000, Rhodes, Greece 18-22 September 2000.
• 18. Galewski M., Wołoszyk M., Wojtas S.: Sposób i układ do wyznaczania rezystancji i indukcyjności szeregowego modelu impedancji w dziedzinie czasu. Zgłosz. Patentowe P 338359.
• 19. Wołoszyk M., Galewski M., Wojtas S.: Propozycja pojęcia rezystancji udarowej. Krajowy Kongres Metrologii KKM`2001, Warszawa 24-27.06.2001.