Glavni razlog potrebe za uzemljenjem u električnim mrežama je sigurnost. Kada su svi metalni dijelovi električne opreme uzemljeni, tada se, čak iu slučaju pokvarene izolacije, na njenom kućištu neće stvarati opasni naponi, oni će biti spriječeni pouzdanim sustavima uzemljenja.
Zadaci za sustave uzemljenja
Glavni zadaci sigurnosnih sustava koji rade na principu uzemljenja:
- Sigurnost za ljudski život, radi zaštite od strujnog udara. Pruža alternativni put za struju u nuždi kako bi se izbjeglo ozljeđivanje korisnika.
- Zaštita zgrada, strojeva i opreme tijekom nestanka struje tako da izloženi vodljivi dijelovi opreme ne dosegnu smrtonosni potencijal.
- Zaštita od prenapona zbog udara groma koji može dovesti do opasnih visokih napona u električnom distribucijskom sustavu ili od nenamjernog ljudskog dodira s visokonaponskim vodovima.
- Stabilizacija napona. Postoji mnogo izvora električne energije. Svaki transformator se može smatrati zasebnim izvorom. Moraju imati na raspolaganju zajedničku negativnu točku resetiranja.energije. Zemlja je jedina takva vodljiva površina za sve izvore energije pa je prihvaćena kao univerzalni standard za odvajanje struje i napona. Bez takve zajedničke točke bilo bi iznimno teško osigurati sigurnost u elektroenergetskom sustavu u cjelini.
Zahtjevi za tlo:
- Mora imati alternativni put da teče opasna struja.
- Nema opasnog potencijala na izloženim vodljivim dijelovima opreme.
- Mora biti dovoljno niska impedancija da osigura dovoljnu struju kroz osigurač za prekid napajanja (<0, 4 s).
- Treba imati dobru otpornost na koroziju.
- Mora biti u stanju raspršiti visoku struju kratkog spoja.
Opis sustava uzemljenja
Proces spajanja metalnih dijelova električnih uređaja i opreme na uzemljenje metalnim uređajem koji ima mali otpor naziva se uzemljenje. Prilikom uzemljenja strujni dijelovi uređaja izravno su spojeni na uzemljenje. Uzemljenje pruža povratni put za struju curenja i stoga štiti opremu elektroenergetskog sustava od oštećenja.
Kada dođe do kvara na opremi, dolazi do neravnoteže struje u sve tri njene faze. Uzemljenje ispušta struju kvara na masu i stoga vraća radnu ravnotežu sustava. Ovi obrambeni sustavi imaju nekoliko prednosti, kao što je eliminiranjeprenapona kroz njegovo pražnjenje u zemlju. Uzemljenje osigurava sigurnost opreme i poboljšava pouzdanost usluge.
Način nuliranja
Uzemljenje znači spajanje nosivog dijela opreme na uzemljenje. Kada dođe do kvara u sustavu, stvara se opasan potencijal na vanjskoj površini opreme, a svaka osoba ili životinja koja slučajno dodirne površinu može dobiti strujni udar. Nuliranje otpušta opasne struje u tlo i stoga neutralizira strujni udar.
Također štiti opremu od udara groma i osigurava put pražnjenja iz odvodnika prenapona i drugih uređaja za gašenje. To se postiže spajanjem dijelova postrojenja sa zemljom sa uzemljenim vodičem ili elektrodom u bliskom kontaktu s tlom, postavljenom na određenoj udaljenosti ispod razine tla.
Razlika između uzemljenja i uzemljenja
Jedna od glavnih razlika između uzemljenja i uzemljenja je ta što je kod uzemljenja nosivi vodljivi dio spojen na uzemljenje, dok je kod uzemljenja površina uređaja spojena na uzemljenje. Ostale razlike između njih objašnjene su u nastavku u obliku tablice za usporedbu.
Uporedni grafikon
| Osnove za usporedbu | Uzemljenje | Nuliranje |
| Definicija | vodljivi dio spojen na masu | Kutište opreme spojeno na uzemljenje |
| Lokacija | Između neutralne opreme i zemlje | Između kućišta opreme i tla, koje je postavljeno ispod površine zemlje |
| Nulti potencijal | Nema | Da |
| Zaštita | Zaštiti opremu za električnu mrežu | Zaštiti osobu od strujnog udara |
| Put | Označen je povratni put do trenutnog tla | Izbacuje električnu energiju u zemlju |
| Vrste | Tri (čvrsti otpor) | Pet (cijev, ploča, uzemljenje elektrode, uzemljenje i uzemljenje) |
| Boja žice | Crna | Zelena |
| Koristite | Za balansiranje opterećenja | Za sprječavanje strujnog udara |
| Primjeri | Neutralni generator i energetski transformator spojeni na uzemljenje | Kućište transformatora, generatora, motora itd. spojeno na masu |
TN zaštitne žice
Ove vrste sustava uzemljenja imaju jednu ili više izravno uzemljenih točaka iz izvora napajanja. Izloženi vodljivi dijelovi instalacije povezani su na ove točke pomoću zaštitnih žica.
U svijetupraksa, koristi se dvoslovni kod.
Upotrijebljena slova:
- T (francuska riječ Terre znači "zemlja") - izravna veza točke sa zemljom.
- I - nema točke spojene na masu zbog visoke impedancije.
- N - izravna veza s neutralnim izvorom, koji je opet spojen na uzemljenje.
Na temelju kombinacije ova tri slova, postoje tipovi sustava uzemljenja: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Što to znači?
U TN sustavu uzemljenja, jedna od točaka izvora (generator ili transformator) spojena je na uzemljenje. Ova točka je obično točka zvijezde u trofaznom sustavu. Kućište priključenog električnog uređaja spojeno je na uzemljenje kroz ovu točku uzemljenja na strani izvora.
Na gornjoj slici: PE - Akronim za Zaštitno uzemljenje je vodič koji povezuje izložene metalne dijelove potrošačeve električne instalacije sa zemljom. N se naziva neutralnim. Ovo je vodič koji povezuje zvijezdu u trofaznom sustavu sa zemljom. Po ovim oznakama na dijagramu odmah je jasno koji sustav uzemljenja pripada TN sustavu.
TN-S neutralna linija
Ovo je sustav koji ima odvojene neutralne i zaštitne vodiče kroz cijeli dijagram ožičenja.
Zaštitni vodič (PE) je metalni omotač kabela koji napaja instalaciju ili jedan vodič.
Svi izloženi vodljivi dijelovi s instalacijom povezani su na ovaj zaštitni vodič preko glavnog terminala instalacije.
TN sustav-C-S
Ovo su vrste sustava uzemljenja u kojima su neutralne i zaštitne funkcije kombinirane u jedan vodič sustava.
U TN-CS sustavu neutralnog uzemljenja, također poznatom kao zaštitno višestruko uzemljenje, PEN vodič se naziva kombinirani neutralni i uzemljeni vodič.
PEN vodič elektroenergetskog sustava je uzemljen na nekoliko točaka, a uzemljiva elektroda se nalazi na ili blizu mjesta instalacije potrošača.
Svi izloženi vodljivi dijelovi na jedinici povezani su PEN vodičem pomoću glavnog terminala za uzemljenje i neutralnog terminala i međusobno su povezani.
TT zaštitni krug
Ovo je sustav zaštitnog uzemljenja s jednom točkom izvora napajanja.
Svi izloženi vodljivi dijelovi s instalacijom koji su spojeni na uzemljenu elektrodu su električni neovisni o izvoru uzemljenja.
Izolacijski sustav IT
Sustav zaštitnog uzemljenja bez izravne veze između dijelova pod naponom i uzemljenja.
Svi izloženi vodljivi dijelovi s instalacijom koji su spojeni na uzemljenu elektrodu.
Izvor je ili spojen na uzemljenje putem namjerno uvedene impedancije sustava, ili izoliran od zemlje.
Dizajni zaštitnih sustava
Veza između električnih uređaja i uređaja s uzemljenom pločom ili elektrodom preko debele žice s niskim otporom kako bi se osiguralosigurnost se naziva uzemljenje ili uzemljenje.
Sustav uzemljenja ili uzemljenja u električnoj mreži djeluje kao sigurnosna mjera za zaštitu ljudskih života kao i opreme. Glavna svrha je osigurati alternativni put za opasne tokove kako bi se izbjegle nesreće zbog strujnog udara i oštećenja opreme.
Metalni dijelovi opreme su uzemljeni ili spojeni na uzemljenje, a ako iz bilo kojeg razloga izolacija opreme pokvari, visoki naponi koji mogu biti prisutni u vanjskom premazu opreme imat će put pražnjenja prema zemlji. Ako oprema nije uzemljena, ovaj opasni napon može se prenijeti na svakoga tko je dotakne, što može rezultirati strujnim udarom. Krug je završen i osigurač se odmah aktivira ako žica pod naponom dodirne uzemljeno kućište.
Postoji nekoliko načina za izvođenje sustava uzemljenja električnih instalacija, kao što su uzemljenje žice ili trake, ploče ili šipke, uzemljenje uzemljenjem ili putem vodovoda. Najčešći načini su nuliranje i postavljanje umetanja.
prostirka
Masa za uzemljenje je napravljena spajanjem niza šipki kroz bakrene žice. To smanjuje ukupni otpor kruga. Ovi električni sustavi uzemljenja pomažu u ograničavanju potencijala uzemljenja. Podloga za uzemljenje se uglavnom koristi na mjestu gdje se ispituje velika strujašteta.
Prilikom dizajniranja zemljane prostirke uzimaju se u obzir sljedeći zahtjevi:
- U slučaju kvara, napon ne smije biti opasan za osobu pri dodirivanju vodljive površine opreme električnog sustava.
- DC struja kratkog spoja koja može teći u prostirku za uzemljenje mora biti prilično velika da bi zaštitni relej radio.
- Otpor tla je nizak tako da struja curenja može teći kroz njega.
- Dizajn prostirke za uzemljenje treba biti takav da je napon koraka manji od dopuštene vrijednosti, što će ovisiti o otporu tla potrebnom za izolaciju neispravne instalacije od ljudi i životinja.
Zaštita od prekomjerne struje elektrode
S ovim sustavom uzemljenja zgrade, bilo koja žica, šipka, cijev ili snop vodiča postavlja se vodoravno ili okomito u tlo pored zaštitnog objekta. U distribucijskim sustavima, uzemljiva elektroda može se sastojati od šipke duge oko 1 metar i postavljene okomito u tlo. Podstanice se izrađuju pomoću podloge, a ne pojedinačnih šipki.
Zaštitni krug struje cijevi
Ovo je najčešći i najbolji sustav uzemljenja električnih instalacija u usporedbi s drugim sustavima prikladnim za iste uvjete zemlje i vlage. U ovoj metodi, pocinčani čelik i perforirana cijev izračunate duljine i promjera postavljaju se okomito na stalno vlažno tlo, kaoprikazano ispod. Veličina cijevi ovisi o trenutnoj struji i vrsti tla.
Uobičajeno, veličina cijevi za kućni sustav uzemljenja je promjera 40 mm i duljine 2,5 metara za normalno tlo, ili duže za suho i kamenito tlo. Dubina na kojoj se cijev mora ukopati ovisi o sadržaju vlage u tlu. Obično se cijev nalazi na dubini od 3,75 metara. Dno cijevi je okruženo malim komadima koksa ili drvenog ugljena na udaljenosti od oko 15 cm.
Alternativne razine ugljena i soli koriste se za povećanje efektivne površine zemljišta i time smanjenje otpora. Druga cijev promjera 19 mm i minimalne duljine 1,25 metara spojena je na vrhu GI cijevi kroz reduktor. Ljeti se smanjuje vlažnost tla, što dovodi do povećanja otpora zemlje.
Tako se izvode radovi na cementno-betonskoj podlozi kako bi voda bila dostupna ljeti i kako bi zemljište bilo s potrebnim zaštitnim parametrima. Kroz lijevak spojen na cijev promjera 19 mm mogu se dodati 3 ili 4 kante vode. U GI cijev promjera 12 mm na dubini od oko 60 cm od tla prenosi se ili GI žica za uzemljenje ili traka GI žice s dovoljnim poprečnim presjekom za sigurno uklanjanje struje.
Uzemljenje ploče
U ovom uređaju za uzemljenje, ploča za uzemljenje od 60 cm × 60 cm × 3 m bakra i 60 cm × 60 cm × 6 mm pocinčanog željeza je uronjena u tlo s okomitom površinom na dubini od najmanje 3 m od razine tla
Zaštitna ploča je umetnuta u pomoćne slojeve drvenog ugljena i soli minimalne debljine 15 cm. Žica za uzemljenje (GI ili bakrena žica) je čvrsto pričvršćena na ploču za uzemljenje.
Bakrena ploča i bakrena žica se ne koriste obično u zaštitnim krugovima zbog njihove veće cijene.
Priključak na zemlju putem vodovoda
U ovom tipu, GI ili bakrena žica je spojena na vodovodnu mrežu pomoću čelične spojne žice koja je pričvršćena na bakreni vod kao što je prikazano ispod.
Vodovod je izrađen od metala i nalazi se ispod površine zemlje, odnosno izravno spojen na tlo. Protok struje kroz GI ili bakrenu žicu izravno je uzemljen kroz vodovod.
Proračun otpora petlje uzemljenja
Otpor jedne trake šipke zakopane u zemlju je:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / Š x t)), gdje je:
ρ - stabilnost tla (Ω ohm), L - duljina trake ili vodiča (cm), w - širina trake ili promjer vodiča (cm), t - dubina ukopa (cm).
Primjer: Izračunajte otpor uzemljenja. Žica promjera 36 mm i dužine 262 metra na dubini od 500 mm u zemlji, otpor uzemljenja je 65 ohma.
R je otpor uzemljenja u W.
r - Otpor uzemljenja (ommetar)=65 ohma.
Mjerenje l - duljina šipke (cm)=262 m=26200 cm.
d -unutarnji promjer šipke (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - skrivena traka / dubina šipke (cm)=500 mm=50 cm.
Otpor uzemljenja/vodiča (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Otpor uzemljenja/provodnika (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Otpor uzemljenja/vodiča (R) =1,7 Ohm.
Pravilo palca se može koristiti za izračunavanje broja uzemljenog štapa.
Približni otpor elektroda šipke/cijevi može se izračunati korištenjem otpora elektroda šipke/cijevi:
R=K x ρ / L gdje je:
ρ - otpor uzemljenja u ommetru, L - duljina elektrode u metru, d - promjer elektrode u mjeraču, K=0,75 ako 25 <L / d <100.
K=1 ako 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L ako 600 <L / d <300.
Broj elektroda, ako pronađete formulu R (d)=(1, 5 / N) x R, gdje je:
R (d) - potreban otpor.
R - otpor jedne elektrode
N - broj elektroda instaliranih paralelno na udaljenosti od 3 do 4 metra.
Primjer: izračunajte otpor cijevi za uzemljenje i broj elektroda kako biste dobili otpor od 1 ohma, otpor tla od ρ=40, duljina=2,5 metara, promjer cijevi=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78 pa K=0,75.
Otpor cijevnih elektroda R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Jedna elektroda - otpor - 12 Ohm.
Da bi se dobio otpor od 1 ohma, ukupan broj potrebnih elektroda=(1,5 × 12) / 1=18
Čimbenici koji utječu na otpor uzemljenja
NEC kod zahtijeva minimalnu duljinu uzemljenja elektrode od 2,5 metara za kontakt sa zemljom. Ali postoje neki čimbenici koji utječu na otpor tla zaštitnog sustava:
- Duljina/dubina uzemljene elektrode. Udvostručenje duljine smanjuje površinski otpor do 40%.
- Promjer uzemljene elektrode. Udvostručenje promjera uzemljene elektrode smanjuje otpor uzemljenja za samo 10%.
- Broj uzemljenih elektroda. Da bi se poboljšala učinkovitost, dodatne elektrode se postavljaju na dubinu glavnih uzemljenih elektroda.
Izgradnja zaštitnih električnih sustava stambene zgrade
Zemljane strukture su trenutno poželjna metoda uzemljenja, posebno za električne mreže. Električna energija uvijek slijedi put najmanjeg otpora i preusmjerava maksimalnu struju iz kruga u uzemljene jame dizajnirane za smanjenje otpora, idealno do 1 ohma.
Za postizanje ovog cilja:
- 1,5m x 1,5m površina je iskopana do dubine od 3m. Rupa je do pola ispunjena mješavinom praha drvenog ugljena, pijeska i soli.
- GI ploča 500mm x 500mm x 10mm postavljena je u sredinu.
- Uspostavite veze između uzemljenja za sustav uzemljenja privatne kuće.
- Ostalodio jame je ispunjen mješavinom ugljena, pijeska, soli.
- Dvije 30mm x 10mm GI trake mogu se koristiti za spajanje uzemljenja na površinu, ali je poželjna 2,5" GI cijev s prirubnicom na vrhu.
- Osim toga, gornji dio cijevi može se prekriti posebnim uređajem kako bi se spriječilo ulazak prljavštine i prašine i začepljenje cijevi za uzemljenje.
Instalacija sustava uzemljenja i prednosti:
- Duveni ugljen u prahu je izvrstan provodnik i sprječava koroziju metalnih dijelova.
- Sol se otapa u vodi, uvelike povećava vodljivost.
- Pijesak dopušta vodi da prođe kroz rupu.
Da biste provjerili učinkovitost jame, provjerite je li razlika napona između jame i neutralne mreže manja od 2 volta.
Otpor jame se mora održavati na manje od 1 ohma, udaljenost do 15 m od zaštitnog vodiča.
Strujni udar
Strujni udar (elektrošok) nastaje kada dva dijela tijela osobe dođu u kontakt s električnim vodičima u krugu koji ima različite potencijale i stvara razliku potencijala u cijelom tijelu. Ljudsko tijelo ima otpor, a kada je spojeno između dva vodiča na različitim potencijalima, kroz tijelo se stvara strujni krug i struja će teći. Kada osoba kontaktira samo jedan vodič, ne stvara se strujni krug i ništa se ne događa. Kada osoba dođe u kontakt s vodičima strujnog kruga, bez obzira na napon u njemu, uvijekpostoji mogućnost ozljede strujnim udarom.
Procjena rizika od groma za stambene zgrade
Neke kuće imaju veću vjerojatnost da privlače munje od drugih. Povećavaju se ovisno o visini zgrade i blizini drugih kuća. Blizina se definira kao trostruka udaljenost od visine kuće.
Kako biste utvrdili koliko je stambena zgrada ranjiva na udare groma, možete koristiti sljedeće podatke:
- Mali rizik. Privatne rezidencije na jednom nivou u neposrednoj blizini drugih kuća iste visine.
- Srednji rizik. Privatna kuća na dvije etaže okružena kućama slične visine ili okružena kućama niže visine.
- Visoki rizik. Izolirane kuće koje nisu okružene drugim građevinama, dvokatnice ili kuće niže visine.
Bez obzira na vjerojatnost udara groma, pravilna uporaba važnih komponenti za zaštitu od groma pomoći će u zaštiti svakog doma od takve štete. U stambenoj zgradi potrebni su sustavi zaštite od munje i uzemljenja kako bi se udar groma preusmjerio na tlo. Sustav obično uključuje šipku za uzemljenje s bakrenom vezom koja je ugrađena u zemlju.
Kada instalirate shemu zaštite od munje u kuću, slijedite sljedeće zahtjeve:
- Uzemljene elektrode moraju biti najmanje pola 12 mm duge i 2,5 m duge.
- Preporučuju se bakrene veze.
- Ako mjesto sustava ima kamenito tlo ili inženjerske podzemne vodove, zabranjeno je koristitivertikalna elektroda, potreban je samo horizontalni vodič.
- Mora biti uvučen najmanje 50 cm od tla i protezati se najmanje 2,5 m od kuće.
- Privatni kućni sustavi uzemljenja moraju biti međusobno povezani pomoću vodiča iste veličine.
- Priključci za sve podzemne metalne cjevovodne sustave, kao što su cijevi za vodu ili plin, moraju se nalaziti unutar 8m od kuće.
- Ako su svi sustavi već bili spojeni prije postavljanja zaštite od groma, sve što je potrebno je vezati najbližu elektrodu na vodovodni sustav.
Svi ljudi koji žive ili rade u stambenim, javnim zgradama stalno su u bliskom kontaktu s električnim sustavima i opremom i moraju biti pouzdano zaštićeni od opasnih pojava koje mogu nastati zbog kratkog spoja ili vrlo visokog napona uslijed udara groma.
Da bi se postigla ova zaštita, sustavi uzemljenja električne mreže moraju biti projektirani i instalirani u skladu sa standardnim nacionalnim zahtjevima. Razvojem električnih materijala povećavaju se zahtjevi za pouzdanošću zaštitnih uređaja.
