หลักดิน Grounding Electrode (3) - eit.or.th

ผศ. พทยพฒน 1

หลกดนGrounding Electrode

( 3 )

หลกดนGrounding Electrode

( 3 )

ผศ. พทยพฒน


1. ดน ( Earth )

- เปนจดอางอง สามารถรองรบกระแสตางๆ

-ของสถานประกอบการตางๆ

-เทากบดนคอเปนศนย


ในการศกษา สภาพการนาไฟฟาของดน เราจะทาการศกษา ความตานทานจาเพาะของดน ( ) แทน

= 1 / คอ ความตานทานจาเพาะของดน ( - m ) คอ สภาพการนาไฟฟาของดน ( Mho/m )

( 10 - 100 - m )แสดงวามสภาพการนาไฟฟาด


ความตานทานจาเพาะของดน ( )

องคประกอบตางๆ

- ( Saline Water )- องคประกอบของดน ( Compositions )- ขนาดของอนภาคดน ( Size of Particles )- ความหนาแนนของดน ( Compactness )- อณหภม ( Temperature )- ( Moisture )- ( Weather Conditions )


ชนดของดน( - m )

ดนผสมวชพชเปยก 10100

ดนแหง 1000ทราย 500 - 1000หนแขง 10000

ตวอยาง ความตานทานจาเพาะของดนชนด ตางๆดงแสดงในตาราง


2. หลกดน ( Grounding Electrode )

2.1 นยาม

หลกดน ตอโดยตรงเขากบดน

และ อปกรณไฟฟาเขากบดน ดนถอวามศกดาเปนศนย

กระจายแรงดนเกนฟาผา หรอเตะกบระบบ HV เขาไปในดน


มกมผเขาใจผดอยเสมอวา

- การนากระแสลดวงจร

- แตในความเปนจรงแลว หลกดนไมอาจ

หลกดนกบอปกรณปองกน ม อมพแดนซสงทาใหกระแสไมเพยงพออปกรณปองกนทางาน

ผศ. 14

2.2 ความตานทานของหลกดน

ความตานทาน ( ค.ต.ท. ) ของหลกดน

ความตานทาน ( ค.ต.ท. ) ของหลกดน ประกอบดวย1 ค.ต.ท.2 ค.ต.ท. สวนสมผสระหวางหลกดนกบดน3 ค.ต.ท.

( Infinite Earth )

ค.ต.ท. 2 สวนแรก มคานอยค.ต.ท. 3 จะเปน ค.ต.ท. ของหลกดน

ผศ. 15

อาจดเปน รปทรงกระบอก Concentric Shell

.ต.ท. จะสง

ค.ต.ท.

ผศ. 16

ผศ. 17

จากรปแสดงd = ⅝ in ( 14.2 mm )l = 10 ft ( 3 m )

ทางกระแสไหลออกจากดนจะเปนรปCylindrical and hemispherical shells

Shellsคา ค.ต.ท. จะลดลง

ผศ. 18

จากตาราง แสดงใหเหนวา

ระยะ 0.1 ft ( 0.03 m ) ค.ต.ท. จะเปน 25 %ระยะ 0.5 ft ( 0.15 m ) ค.ต.ท. จะเปน 52 %ระยะ 1.0 ft ( 0.30 m ) ค.ต.ท. จะเปน 68 %

ถาให Remote Earth 25 ft ( 7.6 m )

ค.ต.ท. หลกดน เปน 100 %

ผศ. 19

ผศ. 20

จะเหนไดวามความสาคญมากตอ ค.ต.ท. ของหลกดน

การลดคา ค.ต.ท. ของหลกดนคอการลดคาความตานทานจาเพาะโดยการใชวธ

Chemical Treatment

Ground Enhancement Material

ผศ. 21

Chemical Treatment

- Listed Electrodes- Known as chemical rods- Have chemicals inside copper tubing

and weep or drain holes to permit the chemicalsto leach into the soil to enhance the earth connection

- An access cover is provided to permit chemicalsto be added as deeded over time

- These copper tubing grounding electrodescannot be driven , so a hole must be excavated or boredto permit their installation

ผศ. 22

ผศ. 23

Soil Treatment to Lower Ground Resistance

IEEE Std 80-2013: Page 70, Clauses 14.5d


ผศ. 24

• Applicable to Encase the Electrode

( Same as Concrete Encased Electrode )

• Very Low Resistivity

• Permanent

• Environment Friendly , Not Leach any

Chemical into the Ground

ผศ. 25

Soil Treatment to Lower Ground Resistance


is an alternate solution for effectively

by modifying the soil surrounding

the electrode, typically placed around

the rod in augered hole or around

grounding conductors in trench.

ผศ. 26

MEG Encased Ground Rod CalculationRod 5/8”( 14.2 mm ) x 3m Only

ผศ. 27

Rod with MEG Ø 15cm


2.3 คาความตานทานของหลกดน

วสท. 4 การตอลงดนกาหนดให- คาความตานทานของหลกดนกบดนตอง ไมเกน 5- ถาความตานทานของ

หลกดน เกน 5 และทางการไฟฟาเหนชอบ

อาจกาหนดใหมคา ไมเกน 25 ได

NEC 250 Grounding and Bonding- Not over 25


3. หลกดนแบบตางๆ

และ สมผสกบดนอยางด

สามารถทาไดหลายแบบ 2 มาตรฐาน

1. หลกดนตามมาตรฐานของ วสท.

2. หลกดนตาม NEC 250


หลกดนตาม มาตรฐานของ วสท. 2

1 ) แทงเหลกชบดวยทองแดง ( Copper-Bonded Steel )

- แทงทองแดง ( Solid Copper )

- แทงเหลกอาบสงกะส ( Hot-dip Galvanized Steel )เสนผานศนยกลางไมนอยกวา 5/8 ( 14.2 mm )ยาวไมนอยกวา 2.40 m


2 ) แผนตวนาชนดปองกนการผกรอน- 0.18 m2

- เหลกอาบโลหะชนดกนการผกรอนตองหนาไมนอยกวา 6 mm

- ไมนอยกวา 1.50 mm3 ) หรอ

โลหะผสมอะลมเนยมเปนหลก ดน4 ) ยอมใหใช และมการ

ตอลงดนอยางถกตอง โดยมคาความตานทาน ไมเกน 5

5 ) ตองไดรบความเหนชอบจากการไฟฟาฯ


Grounding Electrodes toNEC 250 Grounding and Bonding

(1) Metal Underground Water Pipe.(2) Metal Frame of the Building or Structure.(3) Concrete - Encased Electrode.(4) Ground Ring.(5) Rod and Pipe Electrodes.(6) Other Listed Electrodes.(7) Plate Electrodes.(8) Other Local Metal Underground Systems

or Structures.

Grounding Electrode System

All grounding electrodes as describedthat are present at each building or structure served

shall be bonded togetherto form the Grounding Electrode System.

ผศ. 33

ผศ. 34

Bonding Jumper

Bonding Jumper

สาหรบ Grounding Electrode

Grounding Electrode System

ใชขนาดไมเลกกวา 35 mm2

ผศ. 35

Auxiliary Grounding Electrodes

One or more grounding electrodes shall bepermitted to be connected tothe equipment grounding conductors

but the earth shall not be usedas an effective ground-fault current path

ผศ. 36

ผศ. 37


นยมใช

หลกดนดน 4 แบบ คอ

1. ( Ground Rod )2. หลกดนแบบรศม ( Radial Electrode )3. หลกดนแบบวงแหวน ( Ring Electrode )4. ( Concrete Encased Electrode )


1. ( Ground Rod )

เพราะ ราคาถกและ

- ยาวไมนอยกวา 2.4 m- เสนผานศนยกลางไมนอยกวา 5/8 ( 14.2 mm )


- แทงเหลกชบดวยทองแดง( Copper Clad or Copper Bonded Steel )

- แทงเหลกอาบสงกะส( Hot Dip Galvanized Steel )

- เหลกกลา( Stainless Steel )


แทงเหลกชบดวยทองแดง ( Copper - Clad Steel )

- เสนผานศนยกลางไมนอยกวา 5/8 ( 14.2 mm )- ยาวไมนอยกวา 2.40 m- แกนเปน Low Carbon Steel

Tensile Strength ไมนอยกวา 600 N / mm2

- 99.9 %- 250 μm- ไดตามมาตรฐาน UL - 467 , IEC 62561 - 2


แทงเหลกอาบสงกะส ( Hot-dip Galvanized Steel )

- เสนผานศนยกลางไมนอยกวา 5/8 ( 14.2 mm )

- ยาวไมนอยกวา 2.40 m

- 85 μm

-


แทงเหลกกลา ( Stainless Steel )

- เสนผานศนยกลางไมนอยกวา 5/8 ( 14.2 mm )- ยาวไมนอยกวา 2.40 m

- ทาดวย Solid Stainless Steel- Highly Corrosive Soils- อายการใชงานยาวถง 50 ป


- วดแลวมความตานดนมากเกนไปอาจลดความตานดนได โดยการตอกหลกดน

ตองจดให ระยะหางระหวางแทงหลกดนตอง ไมนอยกวา ความยาวหลกดน ( NEC 250 , 6 ft = 1.83 m )

-

-

ตามมาตรฐาน BS 7430 - 1998


จานวนหลกดน ตวคณ2 0.583 0.424 0.345 0.286 0.247 0.228 0.199 0.18

10 0.16


ความตานทานดน 1 หลก เทากบถาใช 2 หลก ใชตวคณลด เทากบ 0.58

ใช 3 หลก ใชตวคณลดเทากบ 0.42

ถาตอกหลกดน 1 หลก วดความตานทานดนได 10

หลกดน 2 หลก จะไดคาความตานทานดนเทากบ 10 x 0.58 = 5.8

หลกดน 3 หลก จะไดคาความตานทานดนเทากบ 10 x 0.42 = 4.2


2 หลกดนแบบรศม ( Radial Electrode )

- ฝงอยในดนลกประมาณ 0.75 m- ตวนาทองแดงยาวไมนอยกวา 6 m- ตวนาทองแดงขนาดไมเลกกวา 35 mm2


หลกดนแบบแนวรศม


3 หลกดนแบบวงแหวน ( Ring Electrode )

และมคณสมบตเหมอนหลกดนแบบรศม คอ- ฝงอยในดนลกประมาณ 0.75 m- ตวนาทองแดงยาวไมนอยกวา 6 m

- ตวนาทองแดงขนาดไมเลกกวา 35 mm2

ผศ. พทยพฒน 54หลกดนแบบวงแหวน


4.

( Concrete Encased Electrode )

( Reinforcing Bar )

คณสมบต คอ- ตวนาตองหมดวยคอนกรตหนาไมนอยกวา 50 mm.

ใกลสวนลาง


- ถาตวนาแบบเหลกเสรมหรอวาแทงเหลกตองยาวไมนอยกวา 6 m. และเสนผานศนยกลางไมนอยกวา 13 mm.

- ตวนาทองแดงขนาดไมเลกกวา 25 mm2

ยาวไมนอยกวา 6 m.

ผศ. พทยพฒน 57หลกดน

ผศ. 58

4. การคานวณคาความตานทานหลกดน

ความตานทานหลกดน สามารถคานวณ

- คาความตานทานจาเพาะ

- คาโดยประมาณ

วศวกรไฟฟา ตองสามารถคานวณ คาความตานทานหลกดนได

ในการออกแบบระบบหลกดน

แตสดทายคาจรงตองไดจาก


1.ความตานทานหลกดนสามารถคานวณไดจากสตร

R =

R = ความตานทานดน ( )

= ความตานทานจาเพาะ ( - m )L = ความยาว ( m )r = รศม ( m )

ln = Natural Logarithm

1r4ln2

LLπ

ρ


สตรโดยประมาณ

หรอ

r8L

lnLπ2

ρR

Lρ

R


1 แทงดนมรศม ( r ) 8 mm , ยาว 3 m

ดนม = 100 - m

จงหาความตานทานของดน ,

1) ถาเ มรศมเปน 2 เทา

ความตานทานดนเปนเทาใด

2) และถาเ มความยาวเปน 2 เทา

ความตานทานดนเปนเทาใด


วธทาL = 3000 mmr = 8 mm

= 33.5

18

30004ln32100πR


โดยประมาณ

R = / L

= 100 / 3

= 33.3


1 ) 2 เทาคอ 16 mm

จะเหนไดวาการ 2 เทา

4 เทา

จะลดความตานทานลงเพยง

8.29π 1830004ln32

100R

%0.11 10033.529.833.5


2 ) 2 เทา คอ 6 m

2 เทา

2 เทา

จะลดความตานทานลงไดถง

6.18π 1860004ln62

100R

%5.44 10033.518.633.5


2. หลกดนแบบรศม

สตรโดยประมาณ

d

L

LR

2ln

LR

2


2 หลกดนแบบรศม ยาว 20 mตวนามเสนผานศนยกลาง 20 mm

= 200 - mใหคานวณหาความตานทานดน

= 24.2

dL2lnLπ

ρR

201000202ln

20200


หรอ

= 20

Lρ2R

202002


3. หลกดนแบบวงแหวน

หลกดนแบบวงแหวนม สตรการคานวณ

D = เสนผานศนยกลางของวงแหวนสตรโดยประมาณ

D3ρ2R

dDπ2ln

D2πρR


3 หลกดนแบบวงแหวนมเสนผานศนยกลางกวาง 80 mตวนามเสนผานศนยกลางกวาง 20 mmและดนโดยรอบม = 100 - mใหคานวณหาความตานดนของหลกดน


วธทา

= 1.28

dD2ln

D2πρR

201000802ln

801002


หรอ

= 0.83

3D2ρR

8031002


หลกดน 3 ชนด

- ( Ground Rod )- หลกดนแบบรศม ( Radial Electrode )- หลกดนแบบวงแหวน ( Ring Electrode )

จงไดมการทา Graph ความตานทานดน

หลกดน แบบรศม และ หลกดน แบบวงแหวนสามารถใช Graph เดยวกนได

ผศ. พทยพฒน 74หลกดนแนวรศม


4 10 m , d = 20 mm

ดนม = 100 Ω - m

จงหาความตานทานของหลกดน

จาก Graph

L = 10 m , = 100 Ω - m

R = 13 Ω


4.

V = ปรมาตรของฐานราก ( m3 ) = ความตานทานจาเพาะของคอนกรต ( - m )

Dπρ

R

3 V1.57D


5 ฐานรากคอนกรตของอาคารม W x L x D = 20 x 30 x 1 m

= 100 - mใหคานวณหาความตานทานดน

V = 20 x 30 x 1 = 600 m3

= 13.2 m

3 V1.57D 3 6001.57


ตวอยาง ( ตอ)

=

= 2.4

13.2π100

Dπρ

R


5. การวดการตอลงดน

จะเหนไดวา ความตานทานจาเพาะของดน ( )ม องคประกอบหลายอยาง ทาใหคาไมแนนอนสงผลให ความตานทานของหลกดน

การวดการตอลงดนจงมความสาคญมากการวดการตอลงดนแบงเปน 2 แบบคอ

- การวดความตานทานจาเพาะของดน- การวดความตานทานของหลกดน

ผศ. 80

5.1 การวดความตานทานจาเพาะของดน( Soil Resistivity Measurement )

จะใช แบบ 4 หลก( 4 Point Measurement or Wenner Method )

Auxiliary Electrode 4 อนปกหางกน ระยะ A และ ตอกลก B

A A A

B

C P P C1 1 2 2

ผศ. 81

ผศ. 82

คา สามารถคานวณไดตามสตร

A = ระยะหางระหวางหลก ( m )

B = ความลกของหลก ( m )

ถา A > 20 B สตรจะได

= 2 A R

ผศ. 83

ตวอยาง ใหความลกของ Auxiliary Electrode 0.25 mระยะหางของ Auxiliary Electrode ควรเปนเทาใด

B = 0.25 mA = 20 B = .25 x 20 = 5 m

ควรใชระยะหาง 6 m

ผศ. 84

ตวอยาง การวดความตานทานจาเพาะของดนไดคา R = 10 Ω

A = 6 m

= 2 A R= 2 x 6 x 10= 377 Ω-m

ผศ. 85

5.2 การวดความตานทานหลกดน

การวดความตานทานหลกดนจะใช แบบ 3 จด

C1 P1Grounding Electrode

P2 , C2 เปน Auxiliary Electrode 2 อน

Fall of Potential Method

ผศ. 86

ผศ. 87

ในการวดจะตองให Electrode C2

ไกลจาก Grounding Electrode

Electrode P2 อย ภายนอก

Effective Resistance Area

Grounding Electrode และ Auxiliary Current Electrode

ผศ. 88

Electrode P2 แลวอานคา

ถา Electrode P2 ยงอยใน Effective Resistance Area

และถา Electrode P2 อยภายนอก

Effective Resistance Area

คาความตานทานของหลกดน

ผศ. 89

C1 C2P2

Effective resistanceAreas (overlapping)

Reading variation

100% of distanceBetween C1 & C2

Resis

tance

52% 62% 72%Of total distance from C1 & C2

ผศ. 90

ผศ. 91

62 % Area

62 % Method

ระยะของ Auxiliary Electrodes

ระยะระหวาง C1 และ C2 บอกใหแนชดไมได

- เสนผานศนยกลาง ของ Grounding Electrode

- ความยาว ของ Grounding Electrode

- ของ ความตานทานจาเพาะของดน

ผศ. 92

อยางไรกตาม อาจใหคาโดยประมาณ

สาหรบ Grounding Electrode d = 1’’

ถา d = 1/2 ” ใหลดระยะลง 10 %

ความลกของGrounding Electrode

ระยะ C1, P2( m )

ระยะ C1 , C2( m )

8 Ft ( 2.4 m ) 17 2710 Ft ( 3.0 m ) 18 2912 Ft ( 3.6 m ) 20 3218 Ft ( 5.4 m ) 24 3920 Ft ( 6.0m ) 25 40


6. หลกดน

.สถานประกอบการทกประเภท ตองมการตอลงดนตวนา Neutral บรภณฑประธาน

การตอลงดนอาจแบงตามขนาดความสาคญของอาคารไดคอ

- อาคารขนาดเลก- อาคารขนาดปานกลาง- อาคารขนาดใหญ


6.1 อาคารขนาดเลก

อาคารขนาดเลก เชน หองแถวTown House เปนตนการตอลงดนอาจใช

- หลกดน 1 ชด ยาวไมนอยกวา 2.4 mเสนฝนศนยกลางไมนอยกวา 14.2 mmตอกลงดนจากระดบดนไมนอยกวา 0.3 m

- เดนสายตอหลกดน ขนาดตาม 4 - 1มายงบรภณฑประธาน


การตอหลกดนของอาคารขนาดเลก


6.2 อาคารขนาดปานกลาง

- อาคารขนาดปานกลางไดแกสานกงานขนาดปานกลางโรงแรมขนาดปานกลางโรงงาน ขนาดเลก

-มความสาคญ

- การตอลงดนจงมความสาคญมาก


อาคารขนาดปานกลาง ( ตอ )

- การตอลงดนจงมความสาคญมาก- ระบบการตอลงดนแนะนาเปน

หลกดนแบบวงแหวน

-ระบบไฟฟาระบบปองกนฟาผา


การตอหลกดนของอาคารขนาดกลาง


6.3 อาคารขนาดใหญ

- อาคาร ขนาดใหญ ไดแกอาคารสง อาคารใหญสานกงานขนาดใหญโรงแรมขนาดใหญโรงงานขนาดใหญ

-มความสาคญมากๆ

- การตอลงดนจงมความสาคญมาก ๆ


อาคารขนาดใหญ ( ตอ )

- การตอลงดนจงมความสาคญมาก ๆ- ระบบการตอลงดนแนะนาเปน

หลกดนแบบวงแหวน

-ระบบไฟฟาระบบปองกนฟาผา


การตอหลกดนของอาคารขนาดใหญ

ตองการมความรทนโลกตองใหเวลาในการศกษาดวยความปรารถนาด

จากผศ. พทยพฒน

ผศ. 102

หลักดิน Grounding Electrode (3) - eit.or.th

Documents

Transcript of หลักดิน Grounding Electrode (3) - eit.or.th