Głównym powodem konieczności uziemienia w sieciach elektrycznych jest bezpieczeństwo. Gdy wszystkie metalowe części sprzętu elektrycznego są uziemione, to nawet w przypadku zerwania izolacji, na jego obudowie nie powstaną niebezpieczne napięcia, będą im zapobiegać niezawodne systemy uziemiające.
Zadania dla systemów uziemiających
Główne zadania systemów bezpieczeństwa działających na zasadzie uziemienia:
- Bezpieczeństwo życia ludzkiego, w celu ochrony przed porażeniem elektrycznym. Zapewnia alternatywną ścieżkę dla prądu awaryjnego, aby uniknąć szkód dla użytkownika.
- Ochrona budynków, maszyn i sprzętu podczas awarii zasilania, aby odsłonięte części przewodzące sprzętu nie osiągnęły potencjału śmiercionośnego.
- Ochrona przed przepięciami spowodowanymi uderzeniami piorunów, które mogą prowadzić do niebezpiecznego wysokiego napięcia w systemie dystrybucji energii lub przed nieumyślnym kontaktem człowieka z liniami wysokiego napięcia.
- Stabilizacja napięcia. Istnieje wiele źródeł energii elektrycznej. Każdy transformator można traktować jako osobne źródło. Muszą mieć wspólny ujemny punkt resetowania.energia. Ziemia jest jedyną taką powierzchnią przewodzącą dla wszystkich źródeł energii, dlatego została przyjęta jako uniwersalny standard odprowadzania prądu i napięcia. Bez takiego wspólnego punktu niezwykle trudno byłoby zapewnić bezpieczeństwo w całym systemie elektroenergetycznym.
Wymagania systemowe naziemne:
- Musi mieć alternatywną ścieżkę, aby mógł płynąć niebezpieczny prąd.
- Brak niebezpiecznego potencjału na odsłoniętych przewodzących częściach sprzętu.
- Musi mieć wystarczająco niską impedancję, aby zapewnić wystarczający prąd przez bezpiecznik do odcięcia zasilania (<0, 4 s).
- Powinna mieć dobrą odporność na korozję.
- Musi być w stanie rozproszyć wysoki prąd zwarciowy.
Opis systemów uziemiających
Proces łączenia metalowych części aparatury i sprzętu elektrycznego z ziemią za pomocą metalowego urządzenia o małej rezystancji nazywa się uziemieniem. Podczas uziemienia części urządzeń przewodzące prąd są bezpośrednio połączone z ziemią. Uziemienie zapewnia drogę powrotną dla prądu upływowego, a tym samym chroni sprzęt systemu zasilania przed uszkodzeniem.
Gdy wystąpi usterka w sprzęcie, występuje asymetria prądu we wszystkich trzech jego fazach. Uziemienie rozładowuje prąd zwarciowy do ziemi, a tym samym przywraca równowagę działania systemu. Te systemy obronne mają kilka zalet, takich jak eliminacjaprzepięcie poprzez rozładowanie do ziemi. Uziemienie zapewnia bezpieczeństwo sprzętu i poprawia niezawodność obsługi.
Metoda zerowania
Uziemienie oznacza połączenie części nośnej urządzenia z ziemią. Gdy w systemie wystąpi usterka, na zewnętrznej powierzchni urządzenia powstaje niebezpieczny potencjał, a każda osoba lub zwierzę, które przypadkowo dotknie tej powierzchni, może zostać porażona prądem. Zerowanie rozładowuje niebezpieczne prądy do ziemi, a tym samym neutralizuje porażenie prądem.
Ochrona również sprzęt przed uderzeniami piorunów i zapewnia ścieżkę wyładowania z ograniczników przepięć i innych urządzeń gaszących. Osiąga się to poprzez połączenie części rośliny z ziemią za pomocą przewodu uziemiającego lub elektrody w bliskim kontakcie z glebą, umieszczonego w pewnej odległości poniżej poziomu gruntu.
Różnica między uziemieniem a uziemieniem
Jedną z głównych różnic między uziemieniem a uziemieniem jest to, że podczas uziemienia część przewodząca nośna jest połączona z ziemią, podczas gdy podczas uziemiania powierzchnia urządzeń jest połączona z ziemią. Inne różnice między nimi wyjaśniono poniżej w formie tabeli porównawczej.
Wykres porównawczy
| Podstawy porównania | Uziemienie | Zerowanie |
| Definicja | Część przewodząca podłączona do uziemienia | Obudowa urządzenia podłączona do masy |
| Lokalizacja | Między neutralnym sprzętem a uziemieniem | Między obudową sprzętu a ziemią, która jest umieszczona pod powierzchnią ziemi |
| Zerowy potencjał | Nie ma | Tak |
| Ochrona | Chroń sprzęt sieci energetycznej | Chroń osobę przed porażeniem elektrycznym |
| Ścieżka | Wskazywana jest ścieżka powrotna do aktualnej masy | Odprowadza energię elektryczną do ziemi |
| Typy | Trzy (stały opór) | Pięć (rura, płyta, uziemienie elektrody, uziemienie i uziemienie) |
| Kolor przewodu | Czarny | Zielony |
| Użyj | Do równoważenia obciążenia | Aby zapobiec porażeniu prądem |
| Przykłady | Numer neutralny generatora i transformatora mocy podłączony do uziemienia | Obudowa transformatora, generatora, silnika itp. podłączona do uziemienia |
Przewody ochronne TN
Tego typu systemy uziemiające mają jeden lub więcej punktów uziemionych bezpośrednio od źródła zasilania. Odsłonięte części przewodzące instalacji są połączone z tymi punktami za pomocą przewodów ochronnych.
Na świeciew praktyce używany jest kod dwuliterowy.
Użyte litery:
- T (francuskie słowo Terre oznacza "ziemia") - bezpośrednie połączenie punktu z ziemią.
- I - brak punktu podłączonego do uziemienia z powodu wysokiej impedancji.
- N - bezpośrednie podłączenie do neutralnego źródła, które z kolei jest połączone z ziemią.
W oparciu o kombinację tych trzech liter, istnieją typy systemów uziemiających: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Co to oznacza?
W systemie uziemienia TN jeden z punktów źródłowych (generator lub transformator) jest podłączony do ziemi. Ten punkt jest zwykle punktem gwiazdowym w systemie trójfazowym. Obudowa podłączonego urządzenia elektrycznego jest podłączona do uziemienia przez ten punkt uziemienia po stronie źródła.
Na powyższym obrazku: PE - Akronim dla uziemienia ochronnego to przewodnik, który łączy odsłonięte metalowe części instalacji elektrycznej konsumenta z ziemią. N nazywa się neutralnym. Jest to przewodnik łączący gwiazdę w układzie trójfazowym z ziemią. Dzięki tym oznaczeniom na schemacie od razu widać, który system uziemienia należy do systemu TN.
Linia neutralna TN-S
Jest to system z oddzielnymi przewodami neutralnymi i ochronnymi na całym schemacie okablowania.
Przewód ochronny (PE) to metalowa osłona kabla zasilającego instalację lub pojedynczy przewodnik.
Wszystkie odsłonięte części przewodzące z instalacją są podłączone do tego przewodu ochronnego przez główny zacisk instalacji.
TN system-C-S
Są to rodzaje systemów uziemienia, w których funkcje neutralne i ochronne są połączone w jeden przewód systemowy.
W systemie uziemienia neutralnego TN-CS, znanym również jako Wielokrotne Uziemienie Ochronne, przewód PEN jest określany jako połączony przewód neutralny i uziemiający.
Przewód PEN systemu zasilania jest uziemiony w kilku punktach, a elektroda uziemiająca znajduje się w miejscu instalacji odbiornika lub w jego pobliżu.
Wszystkie odsłonięte części przewodzące do urządzenia są połączone przewodem PEN za pomocą głównego zacisku uziemienia i zacisku zerowego i są ze sobą połączone.
Obwód ochronny TT
Jest to system uziemienia ochronnego z jednym punktem źródła zasilania.
Wszystkie odsłonięte części przewodzące wraz z instalacją, które są podłączone do elektrody uziemiającej, są elektrycznie niezależne od źródła uziemienia.
System izolacyjny IT
Uziemienie ochronne bez bezpośredniego połączenia między częściami pod napięciem a uziemieniem.
Wszystkie odsłonięte części przewodzące z instalacją, które są podłączone do elektrody uziemiającej.
Źródło jest albo podłączone do uziemienia przez celowo wprowadzoną impedancję systemu, albo odizolowane od uziemienia.
Projekty systemów ochronnych
Połączenie między urządzeniami elektrycznymi a urządzeniami z płytką uziemiającą lub elektrodą przez gruby drut o niskiej rezystancji, aby zapewnićbezpieczeństwo nazywa się uziemieniem lub uziemieniem.
Uziemienie lub system uziemienia w sieci elektrycznej działa jako środek bezpieczeństwa w celu ochrony życia ludzkiego oraz sprzętu. Głównym celem jest zapewnienie alternatywnej drogi dla niebezpiecznych przepływów, aby uniknąć wypadków spowodowanych porażeniem prądem i uszkodzeniem sprzętu.
Metalowe części sprzętu są uziemione lub podłączone do ziemi, a jeśli z jakiegokolwiek powodu izolacja sprzętu ulegnie uszkodzeniu, wysokie napięcia, które mogą występować w zewnętrznej powłoce sprzętu, będą miały ścieżkę rozładowania do ziemi. Jeśli sprzęt nie jest uziemiony, to niebezpieczne napięcie może zostać przekazane każdemu, kto go dotknie, powodując porażenie prądem. Obwód jest zakończony, a bezpiecznik jest natychmiast aktywowany, jeśli przewód pod napięciem dotknie uziemionej obudowy.
Istnieje kilka sposobów wykonania systemu uziemienia instalacji elektrycznych, takich jak uziemienie drutu lub taśmy, płyty lub pręta, uziemienie przez uziemienie lub przez doprowadzenie wody. Najpopularniejszymi metodami są zerowanie i ustawianie wstawiania.
Mata podłogowa
Matę uziemiającą tworzy się, łącząc kilka prętów miedzianymi drutami. Zmniejsza to ogólną rezystancję obwodu. Te elektryczne systemy uziemiające pomagają ograniczyć potencjał uziemienia. Mata gruntowa stosowana jest głównie w miejscach, w których badany jest duży prąduszkodzenia.
Przy projektowaniu maty uziemiającej brane są pod uwagę następujące wymagania:
- W przypadku awarii, napięcie nie może być niebezpieczne dla osoby dotykającej przewodzącej powierzchni wyposażenia instalacji elektrycznej.
- Prąd zwarciowy DC, który może płynąć do maty uziemiającej, musi być dość duży, aby przekaźnik zabezpieczeniowy działał.
- Rezystancja gruntu jest niska, dzięki czemu może przez nią przepływać prąd upływowy.
- Konstrukcja maty uziemiającej powinna być taka, aby napięcie krokowe było mniejsze niż dopuszczalna wartość, która będzie zależeć od rezystywności gruntu wymaganej do odizolowania wadliwej instalacji od ludzi i zwierząt.
Zabezpieczenie nadprądowe elektrod
Dzięki temu systemowi uziemienia budynku każdy drut, pręt, rura lub wiązka przewodów jest umieszczana poziomo lub pionowo w ziemi obok obiektu ochronnego. W systemach rozdzielczych uziom może składać się z pręta o długości około 1 metra umieszczonego pionowo w ziemi. Podstacje są wykonane przy użyciu maty gruntowej, a nie pojedynczych prętów.
Obwód ochrony prądowej rur
Jest to najpopularniejszy i najlepszy system uziemienia instalacji elektrycznej w porównaniu do innych systemów odpowiednich dla tych samych warunków uziemienia i wilgotności. W tej metodzie stal ocynkowaną oraz rurę perforowaną o obliczonej długości i średnicy układa się pionowo na stale wilgotnym gruncie, ponieważpokazane poniżej. Rozmiar rury zależy od prądu i rodzaju gruntu.
Zazwyczaj rura w systemie uziemienia domu ma średnicę 40 mm i długość 2,5 metra w przypadku normalnego gruntu lub dłuższą w przypadku gruntu suchego i kamienistego. Głębokość, na której należy zakopać rurę, zależy od wilgotności gleby. Zazwyczaj rura znajduje się na głębokości 3,75 metra. Dno rury otoczone jest małymi kawałkami koksu lub węgla drzewnego w odległości około 15 cm.
Alternatywne poziomy węgla i soli są stosowane w celu zwiększenia efektywnej powierzchni terenu, a tym samym zmniejszenia oporu. Kolejna rura o średnicy 19 mm i minimalnej długości 1,25 metra jest połączona u góry rury GI przez reduktor. Latem wilgotność gleby spada, co prowadzi do wzrostu rezystancji uziemienia.
W związku z tym prace prowadzone są na podłożu z betonu cementowego, aby zapewnić dostęp do wody latem i uzyskać grunt o niezbędnych parametrach ochronnych. Przez lejek podłączony do rury o średnicy 19 mm można wlać 3 lub 4 wiadra wody. Przewód uziemiający GI lub pasek przewodu GI o przekroju wystarczającym do bezpiecznego odprowadzenia prądu jest wprowadzany do rury GI o średnicy 12 mm na głębokości około 60 cm od ziemi.
Uziemienie płytowe
W tym urządzeniu systemu uziemiającego płyta uziemiająca z miedzi 60 cm × 60 cm × 3 m i żeliwa ocynkowanego o wymiarach 60 cm × 60 cm × 6 mm jest zanurzona w ziemi z pionową powierzchnią na głębokość co najmniej 3 m od poziomu gruntu
Płyta ochronna jest wkładana do pomocniczych warstw węgla drzewnego i soli o minimalnej grubości 15 cm. Przewód uziemiający (GI lub przewód miedziany) jest mocno przykręcony do płytki uziemiającej.
Płyta miedziana i drut miedziany nie są powszechnie stosowane w obwodach ochronnych ze względu na ich wyższy koszt.
Podłączenie do ziemi przez wodociąg
W tym typie przewód GI lub przewód miedziany jest podłączony do sieci wodociągowej za pomocą stalowego przewodu łączącego, który jest przymocowany do przewodu miedzianego, jak pokazano poniżej.
Instalacje wodociągowe są wykonane z metalu i znajdują się pod powierzchnią ziemi, tzn. są bezpośrednio połączone z ziemią. Przepływ prądu przez przewód GI lub miedziany jest bezpośrednio uziemiony przez instalację wodociągową.
Obliczanie rezystancji pętli uziemienia
Opór pojedynczego paska pręta zakopanego w ziemi wynosi:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / W x t)), gdzie:
ρ - stabilność gruntu (Ω om), L - długość taśmy lub przewodu (cm), w - szerokość taśmy lub średnica przewodu (cm), t - głębokość zakopania (cm).
Przykład: Oblicz rezystancję listwy uziemiającej. Przewód o średnicy 36 mm i długości 262 metrów na głębokości 500 mm w ziemi, rezystancja uziemienia wynosi 65 omów.
R to rezystancja pręta uziemiającego w W.
r - Rezystancja uziemienia (omomierz)=65 omów.
Pomiar l - długość pręta (cm)=262 m=26200 cm.
d -średnica wewnętrzna pręta (cm)=36mm=3,6 cm.
h - ukryty pasek / głębokość pręta (cm)=500 mm=50 cm.
Rezystancja uziemienia/przewodu (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Rezystancja uziemienia/przewodu (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Rezystancja listwy/przewodu (R) =1,7 Ohm.
Do obliczenia liczby prętów uziemiających można wykorzystać praktyczną regułę.
Przybliżoną rezystancję elektrod prętowych/rurowych można obliczyć za pomocą rezystancji elektrod prętowych/rurowych:
R=K x ρ / L gdzie:
ρ - rezystancja uziemienia w omomierzu, L - długość elektrody w metrach, d - średnica elektrody w mierniku, K=0,75, jeśli 25 <L / d <100.
K=1, jeśli 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L, jeśli 600 <L / d <300.
Liczba elektrod, jeśli znajdziesz wzór R (d)=(1, 5 / N) x R, gdzie:
R (d) - wymagana odporność.
R - rezystancja pojedynczej elektrody
N - liczba elektrod zainstalowanych równolegle w odległości od 3 do 4 metrów.
Przykład: oblicz rezystancję rury uziemiającej i liczbę elektrod, aby uzyskać rezystancję 1 oma, rezystywność gruntu z ρ=40, długość=2,5 metra, średnica rury=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78 więc K=0,75.
Rezystancja elektrod rurowych R=K x ρ / L=0,75 × 65, 78=12 Ω
Jedna elektroda - rezystancja - 12 omów.
Aby uzyskać rezystancję 1 oma, całkowita wymagana liczba elektrod=(1,5 × 12) / 1=18
Czynniki wpływające na rezystancję uziemienia
Kod NEC wymaga minimalnej długości elektrody uziemiającej 2,5 metra dla kontaktu z ziemią. Istnieje jednak kilka czynników, które wpływają na rezystancję uziemienia systemu ochronnego:
- Długość/głębokość elektrody uziemiającej. Podwojenie długości zmniejsza opór powierzchni nawet o 40%.
- Średnica elektrody uziemiającej. Podwojenie średnicy elektrody uziemiającej zmniejsza rezystancję uziemienia tylko o 10%.
- Liczba elektrod uziemiających. Aby poprawić wydajność, dodatkowe elektrody są instalowane na głębokości głównych elektrod uziemiających.
Budowa ochronnych instalacji elektrycznych budynku mieszkalnego
Konstrukcje uziemiające są obecnie preferowaną metodą uziemiania, zwłaszcza w przypadku sieci elektrycznych. Elektryczność zawsze podąża ścieżką o najmniejszym oporze i kieruje maksymalny prąd z obwodu do dołków uziemiających zaprojektowanych w celu zmniejszenia rezystancji, najlepiej do 1 oma.
Aby osiągnąć ten cel:
- Obszar o wymiarach 1,5 m x 1,5 m jest wykopany na głębokość 3 m. Otwór jest do połowy wypełniony mieszanką węgla drzewnego, piasku i soli.
- Płytka GI 500mm x 500mm x 10mm jest umieszczona na środku.
- Ustal połączenia między płytą uziemiającą dla systemu uziemienia prywatnego domu.
- Inneczęść wykopu jest wypełniona mieszanką węgla, piasku, soli.
- Dwa paski GI 30mm x 10mm mogą być użyte do połączenia płyty uziemiającej z powierzchnią, ale preferowana jest rura GI 2,5" z kołnierzem na górze.
- Ponadto górną część rury można przykryć specjalnym urządzeniem, aby zapobiec wnikaniu brudu i kurzu oraz zatykaniu rury uziemiającej.
Instalacja systemu uziemienia i korzyści:
- Sproszkowany węgiel jest doskonałym przewodnikiem i zapobiega korozji części metalowych.
- Sól rozpuszcza się w wodzie, znacznie zwiększając przewodność.
- Piasek umożliwia przepływ wody przez otwór.
Aby sprawdzić sprawność studzienki, upewnij się, że różnica napięcia między studzienką a przewodem neutralnym sieci jest mniejsza niż 2 V.
Rezystancja studzienki musi być utrzymywana poniżej 1 oma, odległość do 15 m od przewodu ochronnego.
Wstrząs elektryczny
Wstrząs elektryczny (elektrowstrząs) występuje, gdy dwie części ciała osoby stykają się z przewodami elektrycznymi w obwodzie, który ma różne potencjały i tworzy różnicę potencjałów w całym ciele. Ciało ludzkie ma opór, a kiedy jest połączone między dwoma przewodami o różnych potencjałach, w ciele powstaje obwód i płynie prąd. Kiedy osoba styka się tylko z jednym przewodnikiem, nie tworzy się żaden obwód i nic się nie dzieje. Kiedy człowiek wejdzie w kontakt z przewodami obwodu, bez względu na to, jakie jest w nim napięcie, zawszeistnieje możliwość porażenia prądem elektrycznym.
Ocena zagrożenia wyładowaniami atmosferycznymi dla budynków mieszkalnych
Niektóre domy są bardziej podatne na przyciąganie piorunów niż inne. Zwiększają się w zależności od wysokości budynku i bliskości innych domów. Odległość jest definiowana jako trzykrotna odległość od wysokości domu.
Aby określić, jak podatny jest budynek mieszkalny na uderzenia pioruna, możesz użyć następujących danych:
- Niskie ryzyko. Jednopoziomowe prywatne rezydencje w bliskiej odległości od innych domów o tej samej wysokości.
- Średnie ryzyko. Dwupoziomowy dom prywatny otoczony domami o podobnej wysokości lub otoczony domami o niższych wysokościach.
- Wysokie ryzyko. Odosobnione domy, które nie są otoczone innymi konstrukcjami, domy dwupiętrowe lub domy o niższej wysokości.
Niezależnie od prawdopodobieństwa uderzenia pioruna, właściwe użycie ważnych elementów ochrony odgromowej pomoże chronić każdy dom przed takimi uszkodzeniami. W budynkach mieszkalnych wymagane są systemy ochrony odgromowej i uziemienia, aby uderzenie pioruna było skierowane na ziemię. System zazwyczaj zawiera pręt uziemiający z miedzianym połączeniem, który jest instalowany w ziemi.
Podczas instalacji instalacji odgromowej w domu należy przestrzegać następujących wymagań:
- Elektrody uziemiające muszą mieć co najmniej połowę długości 12 mm i długość 2,5 m.
- Zalecane połączenia miedziane.
- Jeżeli w miejscu instalacji znajduje się kamienista gleba lub inżynieryjne linie podziemne, używanie jest zabronioneelektroda pionowa, potrzebny jest tylko przewód poziomy.
- Musi być wpuszczony co najmniej 50 cm od ziemi i wystawać co najmniej 2,5 m od domu.
- Prywatne domowe systemy uziemiające muszą być połączone za pomocą przewodu o tym samym rozmiarze.
- Złącza wszystkich podziemnych metalowych instalacji rurowych, takich jak rury wodociągowe lub gazowe, muszą znajdować się w promieniu 8 m od domu.
- Jeżeli wszystkie systemy były już podłączone przed zainstalowaniem ochrony odgromowej, wystarczy przywiązać najbliższą elektrodę do instalacji wodociągowej.
Wszyscy ludzie mieszkający lub pracujący w budynkach mieszkalnych lub użyteczności publicznej mają stały kontakt z systemami i urządzeniami elektrycznymi i muszą być niezawodnie chronione przed niebezpiecznymi zjawiskami, które mogą powstać w wyniku zwarć lub bardzo wysokich napięć pochodzących z wyładowań atmosferycznych.
Aby osiągnąć tę ochronę, systemy uziemienia sieci elektrycznej muszą być zaprojektowane i zainstalowane zgodnie ze standardowymi wymaganiami krajowymi. Wraz z rozwojem materiałów elektrycznych wzrastają wymagania dotyczące niezawodności urządzeń ochronnych.
