Hlavným dôvodom potreby uzemnenia v elektrických sieťach je bezpečnosť. Keď sú všetky kovové časti elektrického zariadenia uzemnené, potom ani v prípade porušenej izolácie nevzniknú na jeho kryte nebezpečné napätia, zabránia im spoľahlivé uzemňovacie systémy.
Úlohy pre uzemňovacie systémy
Hlavné úlohy bezpečnostných systémov fungujúcich na princípe uzemnenia:
- Bezpečnosť ľudského života na ochranu pred úrazom elektrickým prúdom. Poskytuje alternatívnu cestu pre núdzový prúd, aby sa zabránilo zraneniu používateľa.
- Ochrana budov, strojov a zariadení počas výpadku prúdu tak, aby odkryté vodivé časti zariadenia nedosiahli smrteľný potenciál.
- Ochrana pred prepätím v dôsledku úderu blesku, ktorý môže viesť k nebezpečnému vysokému napätiu v elektrickom rozvodnom systéme alebo pred neúmyselným dotykom človeka s vedením vysokého napätia.
- Stabilizácia napätia. Zdrojov elektriny je veľa. Každý transformátor možno považovať za samostatný zdroj. Musia mať k dispozícii spoločný záporný resetovací bod.energie. Zem je jediný takýto vodivý povrch pre všetky zdroje energie, preto bola prijatá ako univerzálny štandard pre znižovanie prúdu a napätia. Bez takéhoto spoločného bodu by bolo mimoriadne ťažké zabezpečiť bezpečnosť v energetickom systéme ako celku.
Požiadavky na pozemný systém:
- Musí mať alternatívnu cestu, aby mohol tiecť nebezpečný prúd.
- Žiadny nebezpečný potenciál na odkrytých vodivých častiach zariadenia.
- Musí mať dostatočnú nízku impedanciu, aby zabezpečil dostatočný prúd cez poistku na prerušenie napájania (<0, 4 sekundy).
- Mal by mať dobrú odolnosť proti korózii.
- Musí byť schopný rozptýliť vysoký skratový prúd.
Popis uzemňovacích systémov
Proces pripojenia kovových častí elektrických prístrojov a zariadení k zemi pomocou kovového zariadenia, ktoré má malý odpor, sa nazýva uzemnenie. Pri uzemnení sú časti zariadení, ktoré vedú prúd, priamo spojené so zemou. Uzemnenie poskytuje spätnú cestu pre zvodový prúd, a preto chráni zariadenie energetického systému pred poškodením.
Keď dôjde k poruche zariadenia, dôjde k nerovnováhe prúdu vo všetkých troch jeho fázach. Uzemnenie vybíja poruchový prúd do zeme a preto obnovuje prevádzkovú rovnováhu systému. Tieto obranné systémy majú niekoľko výhod, napríklad elimináciuprepätia jeho vybitím do zeme. Uzemnenie zaisťuje bezpečnosť zariadenia a zlepšuje spoľahlivosť služby.
Metóda nulovania
Uzemnenie znamená spojenie nosnej časti zariadenia so zemou. Keď dôjde k poruche v systéme, na vonkajšom povrchu zariadenia sa vytvorí nebezpečný potenciál a akákoľvek osoba alebo zviera, ktoré sa náhodne dotknú povrchu, môžu dostať elektrický šok. Nulovanie vybíja nebezpečné prúdy do zeme, a preto neutralizuje prúdový výboj.
Ochraňuje tiež zariadenie pred údermi blesku a poskytuje výbojovú cestu z prepäťových zvodičov a iných zhášacích zariadení. To sa dosiahne spojením častí závodu so zemou pomocou uzemňovacieho vodiča alebo elektródy v tesnom kontakte s pôdou, umiestnenej v určitej vzdialenosti pod úrovňou zeme.
Rozdiel medzi uzemnením a uzemnením
Jedným z hlavných rozdielov medzi uzemnením a uzemnením je, že pri uzemnení je nosná vodivá časť spojená so zemou, zatiaľ čo pri uzemnení je povrch zariadení spojený so zemou. Ďalšie rozdiely medzi nimi sú vysvetlené nižšie vo forme porovnávacej tabuľky.
Porovnávacia tabuľka
| Základy na porovnanie | Uzemnenie | Nulovanie |
| Definícia | Vodivá časť spojená so zemou | Skriňa zariadenia spojená so zemou |
| Umiestnenie | Medzi neutrálnym zariadením a zemou | Medzi skriňou zariadenia a zemou, ktorá je umiestnená pod povrchom zeme |
| Nulový potenciál | Nemá | Áno |
| Ochrana | Chráňte zariadenia elektrickej siete | Chráňte osobu pred úrazom elektrickým prúdom |
| Cesta | Je označená spiatočná cesta na aktuálnu zem | Vybíja elektrickú energiu do zeme |
| Typy | Tri (pevný odpor) | Päť (rúrka, platňa, uzemnenie elektródy, uzemnenie a uzemnenie) |
| Farba drôtu | Black | Green |
| Použiť | Na vyváženie záťaže | Aby ste predišli úrazu elektrickým prúdom |
| Príklady | Utrál generátora a výkonového transformátora pripojený k zemi | Plášť transformátora, generátora, motora atď. pripojený k zemi |
ochranné drôty TN
Tieto typy uzemňovacích systémov majú jeden alebo viac uzemnených bodov priamo zo zdroja energie. Odkryté vodivé časti inštalácie sú k týmto bodom pripojené pomocou ochranných drôtov.
Vo svetev praxi sa používa dvojpísmenový kód.
Používané písmená:
- T (francúzske slovo Terre znamená „zem“) – priame spojenie bodu so zemou.
- I – žiadny bod nie je spojený so zemou kvôli vysokej impedancii.
- N - priame pripojenie k neutrálu zdroja, ktorý je zase pripojený k zemi.
Na základe kombinácie týchto troch písmen existujú typy uzemňovacích systémov: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Čo to znamená?
V uzemňovacom systéme TN je jeden zo zdrojových bodov (generátor alebo transformátor) pripojený k zemi. Tento bod je zvyčajne hviezdicovým bodom v trojfázovom systéme. Šasi pripojeného elektrického zariadenia je pripojené k zemi cez tento uzemňovací bod na strane zdroja.
Na obrázku vyššie: PE – skratka pre ochranná zem je vodič, ktorý spája nechránené kovové časti elektrickej inštalácie spotrebiteľa so zemou. N sa nazýva neutrálny. Toto je vodič spájajúci hviezdu v trojfázovom systéme so zemou. Z týchto označení v diagrame je okamžite jasné, ktorý uzemňovací systém patrí do systému TN.
TN-S neutrálna línia
Toto je systém, ktorý má oddelené neutrálne a ochranné vodiče v celej schéme zapojenia.
Ochranný vodič (PE) je kovový plášť kábla, ktorý napája inštaláciu alebo jeden vodič.
Všetky odkryté vodivé časti s inštaláciou sú pripojené k tomuto ochrannému vodiču cez hlavnú svorku inštalácie.
systém TN-C-S
Toto sú typy uzemňovacích systémov, v ktorých sú neutrálne a ochranné funkcie spojené do jedného systémového vodiča.
V systéme neutrálneho uzemnenia TN-CS, známom aj ako ochranné viacnásobné uzemnenie, sa vodič PEN označuje ako kombinovaný neutrálny a uzemňovací vodič.
PEN vodič napájacieho systému je uzemnený v niekoľkých bodoch a uzemňovacia elektróda sa nachádza na mieste inštalácie spotrebiteľa alebo v jeho blízkosti.
Všetky odkryté vodivé časti jednotky sú spojené vodičom PEN pomocou hlavnej uzemňovacej svorky a neutrálnej svorky a sú navzájom prepojené.
ochranný obvod TT
Toto je ochranný uzemňovací systém s jedným zdrojom napájania.
Všetky odkryté vodivé časti s inštaláciou, ktoré sú pripojené k uzemňovacej elektróde, sú elektricky nezávislé od zdroja uzemnenia.
Izolačný systém IT
Systém ochranného uzemnenia bez priameho spojenia medzi živými časťami a zemou.
Všetky odkryté vodivé časti s inštaláciou, ktoré sú pripojené k uzemňovacej elektróde.
Zdroj je buď pripojený k zemi cez zámerne zavedenú impedanciu systému, alebo je od zeme izolovaný.
Návrhy ochranných systémov
Spojenie medzi elektrickými spotrebičmi a zariadeniami s uzemňovacou doskou alebo elektródou cez hrubý drôt s nízkym odporom na zaisteniebezpečnosť sa nazýva uzemnenie alebo uzemnenie.
Uzemnenie alebo uzemňovací systém v elektrickej sieti funguje ako bezpečnostné opatrenie na ochranu ľudského života, ako aj zariadenia. Hlavným účelom je poskytnúť alternatívnu cestu pre nebezpečné toky, aby sa predišlo nehodám spôsobeným zásahom elektrickým prúdom a poškodením zariadenia.
Kovové časti zariadenia sú uzemnené alebo pripojené k zemi a ak z akéhokoľvek dôvodu izolácia zariadenia zlyhá, vysoké napätie, ktoré môže byť prítomné vo vonkajšom povlaku zariadenia, bude mať výbojovú cestu do zeme. Ak zariadenie nie je uzemnené, toto nebezpečné napätie sa môže preniesť na kohokoľvek, kto sa ho dotkne, čo môže viesť k úrazu elektrickým prúdom. Ak sa živý vodič dotkne uzemneného puzdra, obvod je dokončený a poistka sa okamžite aktivuje.
Existuje niekoľko spôsobov, ako vykonať uzemňovací systém elektrických inštalácií, ako je uzemnenie drôtu alebo pásika, dosky alebo tyče, uzemnenie uzemnením alebo prostredníctvom prívodu vody. Najbežnejšími metódami sú nulovanie a nastavenie vloženia.
Koberec na zem
Uzemňovacia rohož sa vyrába spojením niekoľkých tyčí medenými drôtmi. Tým sa znižuje celkový odpor obvodu. Tieto elektrické uzemňovacie systémy pomáhajú obmedziť potenciál zeme. Zemniaca podložka sa používa hlavne v mieste, kde sa má testovať veľký prúdpoškodenie.
Pri navrhovaní zemnej rohože sa berú do úvahy nasledujúce požiadavky:
- V prípade poruchy nesmie byť napätie pri dotyku s vodivým povrchom zariadenia elektrického systému pre osobu nebezpečné.
- Skratový jednosmerný prúd, ktorý môže tiecť do zemnej rohože, musí byť dosť veľký, aby ochranné relé fungovalo.
- Odpor pôdy je nízky, takže cez ňu môže tiecť zvodový prúd.
- Konštrukcia uzemňovacej podložky by mala byť taká, aby krokové napätie bolo menšie ako povolená hodnota, ktorá bude závisieť od odporu pôdy potrebnej na izoláciu chybnej inštalácie od ľudí a zvierat.
Elektródová nadprúdová ochrana
S týmto uzemňovacím systémom budovy je akýkoľvek drôt, tyč, rúrka alebo zväzok vodičov umiestnený vodorovne alebo zvisle do zeme vedľa ochranného objektu. V distribučných systémoch môže uzemňovacia elektróda pozostávať z tyče dlhej asi 1 meter a umiestnenej vertikálne v zemi. Trafostanice sú vyrobené pomocou zemnej rohože, nie jednotlivých tyčí.
Okruh ochrany proti prúdu potrubia
Toto je najbežnejší a najlepší systém uzemnenia elektrickej inštalácie v porovnaní s inými systémami vhodnými pre rovnaké zemné a vlhkostné podmienky. Pri tejto metóde sa pozinkovaná oceľ a perforovaná rúra s vypočítanou dĺžkou a priemerom uložia vertikálne na neustále vlhkú pôdu, akozobrazené nižšie. Veľkosť potrubia závisí od aktuálneho prúdu a typu pôdy.
Veľkosť potrubia pre domový uzemňovací systém je zvyčajne 40 mm v priemere a 2,5 metra dlhá pre normálnu pôdu, alebo dlhšia pre suchú a kamenistú pôdu. Hĺbka, v ktorej musí byť potrubie zakopané, závisí od obsahu vlhkosti v pôde. Typicky sa potrubie nachádza v hĺbke 3,75 metra. Spodná časť potrubia je obklopená malými kúskami koksu alebo dreveného uhlia vo vzdialenosti asi 15 cm.
Alternatívne úrovne uhlia a soli sa používajú na zvýšenie efektívnej plochy pôdy, a tým na zníženie odporu vzduchu. Ďalšia rúra s priemerom 19 mm a minimálnou dĺžkou 1,25 metra je pripojená v hornej časti potrubia GI cez redukciu. V lete klesá vlhkosť pôdy, čo vedie k zvýšeniu zemného odporu.
Pracujú sa teda na cementobetónovom podklade, aby bola v lete k dispozícii voda a pôda mala potrebné ochranné parametre. Cez lievik napojený na potrubie s priemerom 19 mm je možné pridať 3 alebo 4 vedrá vody. Buď uzemňovací vodič GI alebo pásik GI vodiča s dostatočným prierezom na bezpečné odvádzanie prúdu sa zavedie do GI potrubia s priemerom 12 mm v hĺbke asi 60 cm od zeme.
Uzemnenie platne
V tomto zariadení uzemňovacieho systému je uzemňovacia doska z medi 60 cm × 60 cm × 3 m a pozinkovaného železa s rozmermi 60 cm × 60 cm × 6 mm ponorená do zeme s vertikálnym povrchom v hĺbke min. 3 m od úrovne terénu
Ochranná doska je vložená do pomocných vrstiev dreveného uhlia a soli s minimálnou hrúbkou 15 cm. Zemniaci vodič (GI alebo medený drôt) je pevne priskrutkovaný k uzemňovacej doske.
Medená platňa a medený drôt sa bežne nepoužívajú v ochranných obvodoch kvôli ich vyššej cene.
Uzemnenie cez vodovod
Pri tomto type je GI alebo medený drôt pripojený k vodovodnej sieti pomocou oceľového spojovacieho drôtu, ktorý je pripevnený k medenému vedeniu, ako je znázornené nižšie.
Inštalatérstvo je vyrobené z kovu a nachádza sa pod povrchom zeme, t. j. priamo spojené so zemou. Tok prúdu cez GI alebo medený drôt je priamo uzemnený cez potrubie.
Výpočet odporu uzemňovacej slučky
Odpor jedného pruhu tyče zakopaného v zemi je:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (logo (2 x D x D / Š x h)), kde:
ρ - stabilita pôdy (Ω ohm), L - dĺžka pásika alebo vodiča (cm), w - šírka pásu alebo priemer vodiča (cm), t – hĺbka hrobu (cm).
Príklad: Vypočítajte odpor uzemňovacieho pásu. Drôt s priemerom 36 mm a dĺžkou 262 metrov v hĺbke 500 mm v zemi, zemný odpor je 65 ohmov.
R je odpor uzemňovacej tyče vo W.
r – Odpor uzemnenia (ohmmeter)=65 ohmov.
L - dĺžka tyče (cm)=262 m=26200 cm.
d -vnútorný priemer tyče (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - skrytý pásik / hĺbka tyče (cm)=500 mm=50 cm.
Odpor uzemňovacej lišty/vodiča (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x D x L / Hmot.))
Odpor uzemňovacej lišty/vodiča (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Uzemňovacia lišta/odpor vodiča (R) =1,7 Ohm.
Na výpočet počtu uzemňovacej tyče možno použiť základné pravidlo.
Približný odpor tyčových/rúrkových elektród možno vypočítať pomocou odporu tyčových/rúrkových elektród:
R=K x ρ / L kde:
ρ - zemný odpor v ohmmetri, L - dĺžka elektródy v metre, d - priemer elektródy v metre, K=0,75, ak 25 <L / d <100.
K=1, ak 100 <L / d <600.
K=1,2 o / L, ak 600 <L / d <300.
Počet elektród, ak nájdete vzorec R (d)=(1, 5 / N) x R, kde:
R (d) - požadovaný odpor.
R - odpor jednej elektródy
N - počet elektród inštalovaných paralelne vo vzdialenosti 3 až 4 metre.
Príklad: vypočítajte odpor uzemňovacieho potrubia a počet elektród, aby ste získali odpor 1 ohm, odpor pôdy od ρ=40, dĺžka=2,5 metra, priemer potrubia=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78, takže K=0,75.
Odpor potrubných elektród R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Jedna elektróda – odpor – 12 Ohm.
Na získanie odporu 1 ohm je potrebný celkový počet elektród=(1,5 × 12) / 1=18
Faktory ovplyvňujúce zemný odpor
Kód NEC vyžaduje minimálnu dĺžku uzemňovacej elektródy 2,5 metra pre kontakt so zemou. Existuje však niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú zemný odpor ochranného systému:
- Dĺžka/hĺbka uzemňovacej elektródy. Zdvojnásobenie dĺžky znižuje povrchový odpor až o 40 %.
- Priemer uzemňovacej elektródy. Zdvojnásobenie priemeru uzemňovacej elektródy znižuje odpor uzemnenia iba o 10 %.
- Počet uzemňovacích elektród. Na zlepšenie účinnosti sú v hĺbke hlavných uzemňovacích elektród nainštalované ďalšie elektródy.
Výstavba ochranných elektrických systémov obytného domu
Uzemňovacie konštrukcie sú v súčasnosti preferovaným spôsobom uzemnenia, najmä pre elektrické siete. Elektrina vždy sleduje cestu najmenšieho odporu a odvádza maximálny prúd z obvodu do uzemňovacích jamiek určených na zníženie odporu, ideálne až na 1 ohm.
Na dosiahnutie tohto cieľa:
- 1,5m x 1,5m plocha je vykopaná do hĺbky 3m. Jama je do polovice vyplnená zmesou dreveného uhlia, piesku a soli.
- GI doska 500 mm x 500 mm x 10 mm je umiestnená v strede.
- Vytvorte spojenia medzi uzemňovacími platňami pre systém uzemnenia súkromného domu.
- Inéčasť jamy je naplnená zmesou uhlia, piesku, soli.
- Na pripojenie uzemňovacej dosky k povrchu je možné použiť dva pásy GI 30 mm x 10 mm, ale uprednostňuje sa 2,5-palcové potrubie GI s prírubou navrchu.
- Okrem toho môže byť horná časť potrubia pokrytá špeciálnym zariadením, aby sa zabránilo vniknutiu nečistôt a prachu a upchatiu zemného potrubia.
Inštalácia uzemňovacieho systému a výhody:
- Prášok dreveného uhlia je vynikajúci vodič a zabraňuje korózii kovových častí.
- Soľ sa rozpúšťa vo vode, čím výrazne zvyšuje vodivosť.
- Piesok umožňuje vode prechádzať cez otvor.
Ak chcete skontrolovať účinnosť jamy, uistite sa, že rozdiel napätia medzi jamou a neutrálom siete je menší ako 2 volty.
Odpor priehlbiny musí byť udržiavaný na hodnote menšej ako 1 ohm, vo vzdialenosti do 15 m od ochranného vodiča.
Elektrický šok
Elektrický šok (elektrošok) nastane, keď sa dve časti ľudského tela dostanú do kontaktu s elektrickými vodičmi v obvode, ktorý má rôzne potenciály a vytvára potenciálny rozdiel v celom tele. Ľudské telo má odpor a keď sa spojí medzi dvoma vodičmi s rôznymi potenciálmi, vytvorí sa v tele obvod a potečie prúd. Keď sa človek dotkne iba jedného vodiča, nevytvorí sa okruh a nič sa nestane. Keď sa človek dostane do kontaktu s vodičmi obvodu, bez ohľadu na to, aké napätie je v ňom, vždyexistuje možnosť úrazu elektrickým prúdom.
Posúdenie rizika blesku pre obytné budovy
Niektoré domy priťahujú blesky skôr ako iné. Zvyšujú sa v závislosti od výšky budovy a blízkosti iných domov. Blízkosť je definovaná ako trojnásobok vzdialenosti od výšky domu.
Na určenie zraniteľnosti obytnej budovy voči úderom blesku môžete použiť nasledujúce údaje:
- Nízke riziko. Jednoposchodové súkromné rezidencie v tesnej blízkosti iných domov rovnakej výšky.
- Stredné riziko. Dvojpodlažný súkromný dom obklopený domami s podobnou výškou alebo obklopený domami nižších výšok.
- Vysoké riziko. Izolované domy, ktoré nie sú obklopené inými stavbami, dvojposchodové domy alebo domy s nižšou výškou.
Bez ohľadu na pravdepodobnosť zásahu bleskom, správne používanie dôležitých komponentov ochrany pred bleskom pomôže ochrániť každý dom pred takýmto poškodením. Ochrana pred bleskom a uzemňovacie systémy sa vyžadujú v obytnej budove tak, aby bol úder blesku odklonený do zeme. Systém zvyčajne obsahuje uzemňovaciu tyč s medenou prípojkou, ktorá je inštalovaná v zemi.
Pri inštalácii schémy ochrany pred bleskom v dome dodržujte nasledujúce požiadavky:
- Uzemňovacie elektródy musia mať aspoň polovicu dĺžky 12 mm a dĺžku 2,5 m.
- Odporúčame medené spoje.
- Ak má stránka systému kamenistú pôdu alebo inžinierske podzemné vedenia, je zakázané ju používaťvertikálna elektróda, je potrebný iba horizontálny vodič.
- Musí byť zapustená aspoň 50 cm od zeme a siahať aspoň 2,5 m od domu.
- Súkromné domáce uzemňovacie systémy musia byť prepojené pomocou vodiča rovnakej veľkosti.
- Konektory pre všetky podzemné kovové potrubné systémy, ako sú vodovodné alebo plynové potrubia, musia byť umiestnené do 8 metrov od domu.
- Ak boli všetky systémy pripojené už pred inštaláciou ochrany pred bleskom, všetko, čo sa vyžaduje, je pripojiť najbližšiu elektródu k vodovodnému systému.
Všetci ľudia žijúci alebo pracujúci v obytných verejných budovách sú neustále v úzkom kontakte s elektrickými systémami a zariadeniami a musia byť spoľahlivo chránení pred nebezpečnými javmi, ktoré môžu vzniknúť v dôsledku skratov alebo veľmi vysokého napätia z výboja blesku.
Na dosiahnutie tejto ochrany musia byť uzemňovacie systémy elektrickej siete navrhnuté a nainštalované v súlade so štandardnými národnými požiadavkami. S vývojom elektromateriálov sa zvyšujú požiadavky na spoľahlivosť ochranných zariadení.
