Induzierte Spannung und Maßnahmen zu ihrem Schutz
Auf Freileitungen wird durch in der Nachbarschaft betriebene Leitungen Spannung induziert. Diese Spannung steht in keinem direkten Zusammenhang mit der Spannung der Leitung selbst und wird daher als induziert bezeichnet.
In diesem Zusammenhang legen die Sicherheitsvorschriften für den Betrieb elektrischer Anlagen fest, welche Schutzmaßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit bei Arbeiten an Freileitungen zu treffen sind. Sicherheitsmaßnahmen werden auch als separater Punkt aufgeführt, wenn die Erdung nicht dazu beiträgt, den Wert des induzierten Potenzials der getrennten Leitungen unter 25 Volt zu senken.
Mittlerweile erleidet das Servicepersonal aufgrund der induzierten Spannung gelegentlich einen Stromschlag. Dies geschieht aufgrund eines mangelnden Verständnisses der wahren Natur der induzierten Spannung, ihrer Entstehung und ihres Mechanismus. Die Gefahr bleibt auf die eine oder andere Weise bestehen, denn selbst das Berühren eines ordnungsgemäß geerdeten Leiters, der anfällig für Spannungsinduktion von einer benachbarten Leitung ist, kann zu einem Stromschlag führen.
Die Schlussfolgerung ist, dass jede Freileitung, die parallel zu anderen Freileitungen verläuft, ständig der induktiven Wirkung benachbarter Leitungen ausgesetzt ist, von denen das Potenzial auf sie induziert wird.
Die elektromagnetischen Felder der Leitungen interagieren miteinander, wobei der Wert der induzierten Spannung neben der Länge der Leitungen sowohl von der Betriebsspannung und dem Laststrom als auch vom Abstand zwischen den Phasenleitern der Leitungen abhängt Der Abschnitt, entlang dem diese Leiter parallel verlaufen, ist von Bedeutung. In jeder der Leitungen wird ein Potential induziert, das aus zwei Komponenten besteht: elektrostatischen und elektromagnetischen Wechselwirkungen.
Die erste Komponente ist elektrostatisch. Die durch diese Komponente induzierte Spannung hängt mit der Wechselwirkung des elektrischen Feldes der beeinflussenden Leitung auf die betrachtete Abschaltung zusammen. Wert der induzierten Spannung, gerade unterliegt PUE, jedoch bei parallelem Durchgang dieser Leitungen, hängt von der Spannung an der beeinflussenden Leitung ab. Die an der abgeschalteten Freileitung induzierte Spannung ist über ihre gesamte Länge gleich und beträgt:
Diagramm der induzierten Spannungsverteilung:
Durch die Erdung an mindestens einer Stelle kann der elektrostatische Anteil der induzierten Spannung über die gesamte Leitungslänge auf einen sicheren Wert reduziert werden. Das heißt, wenn eine solche Freileitung an ihren Enden geerdet ist, wird die Wirkung der elektrostatischen Komponente vollständig eliminiert. Die abgetrennte, an den Enden geerdete Luftleitung muss während ihrer Wartung gemäß den Sicherheitsvorschriften am Arbeitsplatz geerdet werden.
Die elektromagnetische Komponente unterscheidet sich in ihrem Wirkmechanismus von der elektrostatischen. Die von der elektromagnetischen Komponente induzierte Spannung entsteht durch die Wirkung der Magnetfelder der Ströme der zur Einflussleitung gehörenden Phasenleiter. Die auf die getrennte Freileitung gerichtete EMF ist also gleich:
Entscheidend ist hier der Koeffizient der induktiven Kopplung, der für die Korridore der betrachteten Leitungen unverändert bleibt, der EMF-Wert jedoch durch die Länge des Abschnitts bestimmt wird, entlang dem die Leitungen parallel verlaufen. Dabei kommt es auch auf den Laststrom in der Einflussleitung an, nicht jedoch auf die Netzspannung. Die Spannung gegen Erde am Punkt x ist gleich:
Aus der Formel geht hervor, dass am Anfang der Leitung die durch die elektromagnetische Komponente induzierte Spannung + E / 2 beträgt, in der Mitte der Leitung 0 und am Ende -E / 2. Die elektromagnetische Komponente der induzierten Spannung bleibt aufgrund der Isolierung des Kabels vom Boden oder der Erdung an einem oder mehreren Punkten unverändert.
Mit zunehmender Anzahl der Erdungspunkte an der Freileitung verschiebt sich lediglich die Lage des Nullpunkts auf der Leitung. Entsprechend dieser Charakteristik des elektromagnetischen Anteils der induzierten Spannung werden Sicherheitsregeln bereitgestellt.
Die Diagramme zeigen, dass die Verteilung des elektromagnetischen Anteils der an der freigeschalteten Freileitung induzierten Spannung vom Punkt der Erdungsposition abhängt. Wenn nur eine Erdung vorhanden ist, fällt der Nullpunkt des induzierten Potentials mit dem einzelnen Erdungspunkt zusammen.
Diese Diagramme begründen die potenzielle Gefährdung des Servicepersonals bei gleichzeitigen Arbeiten an zwei oder mehreren Stellen der Freileitung, da die an einem Punkt geerdete Freileitung unterhalb des Effektivwerts des induzierten elektromagnetischen Anteils der EMF liegt. Wenn also eines der Teams am geerdeten Punkt C arbeitet, dann ist die Spannung dort Null.
Auch der zweite Arbeitsplatz D kann mit einer Schutzerdung ausgestattet werden, allerdings verschiebt sich dann der Potentialnullpunkt in die Richtung zwischen den Punkten D und C und die Spannungen an den Punkten D und C selbst können sichere Werte überschreiten, und das schon für Menschen einem Risiko ausgesetzt sein.
Ein ähnlicher Effekt tritt beim Bearbeiten auf Leitungstrenner, die unter dem Einfluss der induzierten Spannung der Freileitung steht. Der Trennschalter muss auf der Leitungsseite geerdet sein. Wenn diese Erdung die einzige für die Versorgungsleitung ist, sind die Arbeiter auf der sicheren Seite.
Andernfalls, wenn eine weitere Erdung vorhanden ist, beispielsweise in einer Umspannstation am anderen Ende der Versorgungsleitung, steigt die induzierte Spannung am Betriebspunkt auf ein Maximum und es besteht eine Gefahr für Personen. Die Abbildung zeigt ein erläuterndes Diagramm.
Der Faktor der induzierten Spannung zwingt die Arbeiter dazu, nur mit einem Team pro Leitung zu arbeiten, wenn diese Freileitung unter dem Einfluss induzierter Spannung steht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leitung in mehrere separate, nicht verbundene Abschnitte zu unterteilen und diese dann nacheinander wiederherzustellen. Obwohl diese Lösung mit unnötigen Kosten verbunden ist, wird auf sie zurückgegriffen, um die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten.Die Alternative ist die Live-Arbeit, bei der mehrere Teams gleichzeitig an einer Linie arbeiten können.
Bei der Vorbereitung eines Arbeitsplatzes für die Brigade wird besonderes Augenmerk auf die Zuverlässigkeit der Kontaktverbindungen der Phasendrähte mit Schutzerdungseinrichtungen gelegt.
Geht der Kontakt versehentlich verloren, verschiebt sich der Potentialnullpunkt sofort an einen anderen Ort, der Arbeitsplatz steht unter induzierter Spannung und Personen sind gefährdet. Aus diesem Grund ist es am besten, die Zuverlässigkeit auf zwei Arten zu verteidigen. Die Abbildung gibt eine Erklärung dieser Nuance.
Das Maximum des induzierten elektromagnetischen Anteils der Spannung fällt an den Grenzen der Wechselwirkungszone der Leitung, insbesondere an den abgeschalteten Leitungstrennschaltern. An diesen Punkten auf der Erdungsschiene des Leitungstrennschalters oder auf der ersten Stütze, gerechnet vom Umspannwerk aus, werden Messungen mit Erdungen an beiden Enden der Leitung durchgeführt. Dementsprechend werden Voltmeter ausgewählt, deren Klasse innerhalb der erwarteten Grenzen bis 500 – 1000 Volt liegen muss.
Wenn der maximale Strom der Einflussleitung bekannt ist, kann nach Durchführung von Messungen im Strommodus die maximale induzierte Spannung berechnet werden, die nach folgender Formel berechnet wird:
Bei der Durchführung von Messungen ist es wichtig, die Sicherheitsgrundsätze im Auge zu behalten. Die Anschlussdrähte, der Rahmen des Trennschalters und das Voltmeter selbst können unter Spannung stehen. Für einen sicheren Betrieb müssen Sie zunächst den Messkreis zusammenbauen und ihn erst dann an die Phasendrähte anschließen.
Anschlussleitungen müssen für eine Mindestspannung von 1000 Volt isoliert sein.Arbeiter sollten dielektrische Stiefel und Handschuhe tragen. Sollte es während der Messung erforderlich sein, die Messgrenzen der Voltmeterskala zu ändern, müssen Sie zunächst den gesamten Messkreis vom Netz trennen.