Jedan od najvažnijih razloga za proračun uzemljenja i instalacije je taj što štiti ljude, uređaje u kući od prenapona. Ako iznenada grom udari u kuću ili iz nekog razloga dođe do strujnog udara u mreži, ali je u isto vrijeme električni sustav uzemljen, sav taj višak električne energije će otići u zemlju, inače će doći do eksplozije koja može uništiti sve na svom putu.
Oprema za električnu zaštitu
Rast potrošnje električne energije u svim područjima života, kod kuće i na poslu, zahtijeva jasna sigurnosna pravila za ljudski život. Brojni nacionalni i međunarodni standardi reguliraju zahtjeve za izgradnju električnih sustava kako bi se osigurala sigurnost ljudi, kućnih ljubimaca i imovine pri korištenju električnih uređaja.
Oprema za električnu zaštitu instalirana tijekom izgradnje stambenih i javnih zgrada mora se redovito provjeravati kako bi se osigurao pouzdan rad dugi niz godina. Kršenje sigurnosnih pravila u električnim sustavima može imati negativne posljedice: opasnost po život ljudi, uništavanje imovine iliuništenje ožičenja.
Sigurnosni propisi postavljaju sljedeće gornje granice za siguran kontakt ljudi s površinama pod naponom: 36 VAC u suhim zgradama i 12 VAC u vlažnim prostorima.
Sustav uzemljenja
Sustav uzemljenja je apsolutno neophodna tehnička oprema za svaku zgradu, tako da je to prva komponenta električne instalacije koja se postavlja u novi objekt. Izraz uzemljenje koristi se u elektrotehnici za namjerno povezivanje električnih komponenti sa zemljom.
Zaštitno uzemljenje štiti ljude od strujnog udara prilikom dodirivanja električne opreme u slučaju kvara. Jarboli, ograde, komunalije kao što su vodovodne cijevi ili plinovod moraju biti spojeni zaštitnim kabelom spajanjem na terminal ili šipku za uzemljenje.
Problemi funkcionalne zaštite
Funkcionalno uzemljenje ne pruža sigurnost kao što ime sugerira, umjesto toga stvara neprekidan rad električnih sustava i opreme. Funkcionalno uzemljenje raspršuje struje i izvore buke na adaptere za testiranje uzemljenja, antene i druge uređaje koji primaju radio valove.
Određuju zajedničke referentne potencijale između električne opreme i uređaja i na taj način sprječavaju razne kvarove u privatnim kućama, poput treperenja TV-a ili svjetla. Funkcionalno uzemljenje nikada ne može obavljati zaštitne zadatke.
Svi zahtjevi za zaštitu od električnog udara mogu se naći u nacionalnim standardima. Uspostavljanje zaštitnog uzemljenja je od vitalnog značaja i stoga uvijek ima prednost nad funkcionalnim.
Krajnji otpor zaštitnih uređaja
U sustavu koji je siguran za ljude, zaštitni uređaji moraju djelovati čim napon kvara u sustavu dosegne vrijednost koja može biti opasna za njih. Za izračunavanje ovog parametra možete koristiti gornje podatke o ograničenju napona, odaberite prosječnu vrijednost U=25 VAC.
Prekidači zaostalih struja instalirani u stambenim područjima obično se neće aktivirati uzemljenje dok struja kratkog spoja ne dosegne 500 mA. Prema tome, prema Ohmovom zakonu, s U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohma. Stoga, kako bi se na odgovarajući način zaštitila sigurnost ljudi i imovine, uzemljenje mora imati otpor manji od 50 ohma, odnosno R uzemljenje<50.
Faktori pouzdanosti elektrode
Prema državnim standardima, sljedeći elementi se mogu smatrati elektrodama:
- okomito umetnute čelične pilote ili cijevi;
- horizontalno položene čelične trake ili žice;
- udubljene metalne ploče;
- metalni prstenovi postavljeni oko temelja ili ugrađeni u temelje.
Vodovod i druge podzemne čelične inženjerske mreže (ako postoji dogovor s vlasnicima).
Pouzdano uzemljenje s otporom manjim od 50 ohma ovisi o tri čimbenika:
- Pogled na kopno.
- Vrsta i otpornost na tlo.
- Otpor uzemljenja.
Proračun uređaja za uzemljenje mora započeti određivanjem otpornosti tla. Ovisi o obliku elektroda. Otpor zemlje r (grčko slovo Rho) izražava se u ohm metrima. To odgovara teoretskom otporu cilindra za uzemljenje od 1 m2, čiji su poprečni presjek i visina 1 m. postaje sve veći). Primjeri otpornosti tla u Ohm-m:
- močvarno tlo od 1 do 30;
- lesovo tlo od 20 do 100;
- humus od 10 do 150;
- kvarcni pijesak od 200 do 3000;
- meki vapnenac od 1500 do 3000;
- travnato tlo od 100 do 300;
- stjenovita zemlja bez vegetacije - 5.
Ugradnja uređaja za uzemljenje
Petlja za uzemljenje je montirana od strukture koja se sastoji od čeličnih elektroda i spojnih traka. Nakon uranjanja u tlo, uređaj se žicom ili sličnom metalnom trakom spaja na kućnu električnu ploču. Vlažnost tla utječe na razinu postavljanja konstrukcije.
Postoji inverzni odnos između duljine armature i razine podzemne vode. Maksimalna udaljenost od gradilišta kreće se od 1 m do 10 m. Elektrode za proračun uzemljenja trebale bi ući u tlo ispod linije smrzavanja tla. Za vikendice, krug se montira pomoću metalnih proizvoda: cijevi, glatka armatura, čelični kut, I-greda.
Njihov oblik mora biti prilagođen dubokom ulasku u tlo, površina poprečnog presjeka armature je veća od 1,5 cm2. Ojačanje se postavlja u nizu ili u obliku različitih oblika, koji izravno ovise o stvarnom položaju mjesta i mogućnosti ugradnje zaštitnog uređaja. Često se koristi shema oko perimetra objekta, međutim, trokutasti model uzemljenja je još uvijek najčešći.
Unatoč činjenici da se zaštitni sustav može izraditi samostalno koristeći raspoloživi materijal, mnogi graditelji kućanstava kupuju tvorničke komplete. Iako nisu jeftini, jednostavni su za ugradnju i izdržljivi u uporabi. Obično se takav komplet sastoji od bakrenih elektroda duljine 1 m, opremljenih navojnim priključkom za montažu.
Izračun ukupnog niza
Ne postoji opće pravilo za izračunavanje točnog broja rupa i dimenzija uzemljenja, ali odvod struje curenja definitivno ovisi o površini poprečnog presjeka materijala, tako da za bilo koju opremu, veličina trake za uzemljenje izračunava se na osnovu struje koju će ova traka nositi.
Za izračunavanje petlje uzemljenja, najprije se izračunava struja curenja i određuje se veličina trake.
Za većinu električne opreme kao što je transformator,dizel generator, itd., veličina neutralne trake za uzemljenje mora biti takva da može podnijeti neutralnu struju ove opreme.
Na primjer, za transformator od 100kVA, ukupna struja opterećenja je oko 140A.
Spojena traka mora moći nositi najmanje 70A (neutralna struja), što znači da je traka od 25x3mm dovoljna da nosi struju.
Manja traka se koristi za uzemljenje kućišta, koje može nositi struju od 35 A, pod uvjetom da se za svaki objekt koriste 2 uzemljenja kao rezervna zaštita. Ako jedna traka postane neupotrebljiva zbog korozije, koja narušava integritet strujnog kruga, struja curenja teče kroz drugi sustav, pružajući zaštitu.
Izračun broja zaštitnih cijevi
Otpor uzemljenja jedne elektrodne šipke ili cijevi izračunava se prema:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Gdje:
ρ=otpor uzemljenja (ommetar), L=duljina elektrode (metar), D=promjer elektrode (metar).
Izračun tla (primjer):
Izračunajte otpor izolacijske šipke uzemljenja. Ima duljinu od 4 metra i promjer od 12,2 mm, specifičnu težinu od 500 ohma.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
Otpor uzemljenja jedne elektrode šipke ili cijevi izračunava se na sljedeći način:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Gdje:
ρ=otpor uzemljenja (ommetar), L=duljina elektrode (cm), D=promjer elektrode (cm).
Definicijastruktura uzemljenja
Proračun uzemljenja električne instalacije počinje određivanjem broja cijevi za uzemljenje promjera 100 mm, dužine 3 metra. Sustav ima struju kvara od 50 KA za 1 sekundu i otpor uzemljenja od 72,44 ohma.
Gustoća struje na površini uzemljenja:
mak. dopuštena gustoća struje I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
mak. dopuštena gustoća struje=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
Površina jednog promjera je 100 mm. 3m cijevi=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
mak. struja raspršena jednom cijevi za uzemljenje=gustoća struje x površina elektrode.
Maks. struja raspršena jednom cijevi za uzemljenje=889,419x 0,942=838A, Potreban broj cijevi za uzemljenje=struja kvara/maks.
Potreban broj cijevi za uzemljenje=50000/838=60 komada.
Otpor cijevi za uzemljenje (izolirano) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Otpor cijevi uzemljenja (izolirano) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / cijev
Ukupni otpor 60 komada zemlje=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Otpor uzemljenja
Otpor trake tla (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
Primjer proračuna uzemljenja petlje dat je ispod.
Izračunajte traku širine 12 mm, dužine 2200 metara,zakopan u zemlju na dubini od 200 mm, otpor tla je 72,44 ohma.
Otpor trake uzemljenja (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
Od gornjeg ukupnog otpora 60 komada cijevi za uzemljenje (Rp)=0,133 ohma. A to je zbog grube podloge. Ovdje neto otpor uzemljenja=(RpxRe) / (Rp + Re)
Neto otpor=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Impedancija uzemljenja i broj elektroda po grupi (paralelna veza). U slučajevima kada je jedna elektroda nedovoljna za osiguravanje potrebnog otpora uzemljenja, mora se koristiti više od jedne elektrode. Razmak između elektroda trebao bi biti oko 4 m. Kombinirani otpor paralelnih elektroda složena je funkcija nekoliko čimbenika kao što su broj i konfiguracija elektrode. Ukupni otpor grupe elektroda u različitim konfiguracijama prema:
Ra=R (1 + λa / n), gdje je a=ρ / 2X3,14xRxS
Gdje je: S=udaljenost između držača za podešavanje (metar).
λ=Faktor prikazan u donjoj tablici.
n=Broj elektroda.
ρ=Otpor uzemljenja (Ohmmetar).
R=Otpor jedne šipke u izolaciji (Ω).
| Faktori za paralelne elektrode u liniji | |
| Broj elektroda (n) | Faktor (λ) |
| 2 | 1, 0 |
| 3 | 1, 66 |
| 4 | 2, 15 |
| 5 | 2, 54 |
| 6 | 2, 87 |
| 7 | 3,15 |
| 8 | 3, 39 |
| 9 | 3, 61 |
| 10 | 3, 8 |
Za izračunavanje uzemljenja elektroda ravnomjerno raspoređenih oko šupljeg kvadrata, kao što je perimetar zgrade, koriste se gornje jednadžbe s vrijednošću λ preuzetom iz sljedeće tablice. Za tri šipke smještene u jednakostraničnom trokutu ili u L-formaciji, vrijednost λ=1, 66
| Faktori za šuplje kvadratne elektrode | |
| Broj elektroda (n) | Faktor (λ) |
| 2 | 2, 71 |
| 3 | 4, 51 |
| 4 | 5, 48 |
| 5 | 6, 13 |
| 6 | 6, 63 |
| 7 | 7, 03 |
| 8 | 7, 36 |
| 9 | 7, 65 |
| 10 | 7, 9 |
| 12 | 8, 3 |
| 14 | 8, 6 |
| 16 | 8, 9 |
| 18 | 9, 2 |
| 20 | 9, 4 |
Proračun zaštitnog uzemljenja petlje za šuplje kvadrate provodi se prema formuli ukupnog broja elektroda (N)=(4n-1). Opće pravilo je da paralelne šipke trebaju biti razmaknute najmanje dvostruko duže kako bi se u potpunosti iskoristile prednosti dodatnih elektroda.
Ako je razmak elektroda mnogo veći od njihove duljine, a samo nekoliko elektroda je paralelno, tada se rezultujući otpor uzemljenja može izračunati korištenjem uobičajene jednadžbe za otpor. U praksi će efektivni otpor uzemljenja obično biti veći od izračunatog.
Uobičajeno, niz od 4 elektrode može pružiti 2,5-3 puta poboljšanje.
Niz od 8 elektroda obično daje poboljšanje možda 5-6 puta. Otpor izvorne šipke za uzemljenje bit će smanjen za 40% za drugu liniju, 60% za treću liniju, 66% za četvrtu.
Primjer izračuna elektrode
Izračunavanje ukupnog otpora šipke za uzemljenje 200 jedinica paralelno, u razmacima od 4m svaka, i ako su spojene u kvadrat. Štap za uzemljenje je 4metara i promjera 12,2 mm, površinski otpor 500 ohma. Prvo se izračunava otpor jedne šipke za uzemljenje: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 oma.
Dalje, ukupni otpor uzemljenja u iznosu od 200 jedinica paralelno: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (paralelna linija)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Ako je šipka za uzemljenje spojena na šupljinu 200=(4N-1), Ra (na praznom kvadratu)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Kalkulator zemlje
Kao što vidite, izračun uzemljenja je vrlo složen proces, koristi mnoge čimbenike i složene empirijske formule koje su dostupne samo obučenim inženjerima sa složenim softverskim sustavima.
Korisnik može napraviti samo grubi izračun koristeći online usluge, na primjer, Allcalc. Za točnije izračune, još uvijek morate kontaktirati projektantsku organizaciju.
Allcalc online kalkulator pomoći će vam brzo i precizno izračunati zaštitno uzemljenje u dvoslojnom tlu koje se sastoji od okomitog tla.
Izračun parametara sustava:
- Gornji sloj tla je jako navlaženi pijesak.
- Klimatski koeficijent- 1.
- Donji sloj tla je jako navlaženi pijesak.
- Broj vertikalnih uzemljenja - 1.
- gornja dubina tla H (m) - 1.
- Dužina okomitog presjeka, L1 (m) - 5.
- Dubina vodoravnog presjeka h2 (m)- 0,7.
- Duljina spojne trake, L3 (m) - 1.
- Promjer okomitog presjeka, D (m) - 0,025.
- Širina police vodoravnog presjeka, b (m) - 0,04.
- Električni otpor tla (ohm/m) - 61.755.
- Otpor jednog vertikalnog dijela (Ohm) - 12.589.
- Duljina vodoravnog presjeka (m) - 1.0000.
Horizontalni otpor uzemljenja (Ohm) - 202.07.
Proračun otpora zaštitnog uzemljenja je završen. Ukupni otpor širenju električne struje (Ohm) - 11.850.
Uzemljenje pruža zajedničku referentnu točku za mnoge izvore napona u električnom sustavu. Jedan od razloga zašto uzemljenje pomaže u zaštiti čovjeka je taj što je zemlja najveći vodič na svijetu, a višak struje uvijek ide putem najmanjeg otpora. Uzemljenjem električnog sustava kod kuće, osoba dopušta struji da ode u zemlju, čime spašava svoj život i živote drugih.
Bez pravilno uzemljenog električnog sustava kod kuće, korisnik riskira ne samo kućanske aparate, već i svoje živote. Zato je u svakoj kući potrebno ne samo stvoriti mrežu uzemljenja, već i godišnje pratiti njezin rad pomoću posebnih mjernih instrumenata.
