Systémy uzemnění: typy, popis, instalace

Hlavním důvodem pro potřebu uzemnění elektrických sítí je bezpečnost. Když jsou všechny kovové části elektrického zařízení uzemněny, pak i v případě poškozené izolace nebudou na svém krytu vytvářena nebezpečná napětí a spolehlivé uzemňovací systémy jim zabrání.

Úkoly pro uzemňovací systémy

Hlavní úkoly bezpečnostních systémů pracujících na principu uzemnění:

1. Bezpečnost pro lidský život, aby byla chráněna před úrazem elektrickým proudem. Poskytuje alternativní způsob přenášení nouzového proudu, aby nedošlo k poškození uživatele.
2. Ochrana budov, strojů a zařízení v případě výpadku proudu, aby otevřené vodivé části zařízení nedosáhly smrtelného potenciálu.
3. Ochrana proti přepětí v důsledku úderu blesku, což může vést k nebezpečnému vysokému napětí v elektrické distribuční soustavě nebo k neúmyslnému kontaktu člověka s vysokonapěťovými vedeními.
4. Stabilizace napětí. Existuje mnoho zdrojů elektrické energie. Každý transformátor lze považovat za samostatný zdroj. Měly by mít společné dostupné místo vypouštění negativní energie. Země je jediným takovým vodivým povrchem pro všechny zdroje energie, takže byla přijata jako univerzální norma pro vypouštění proudu a napětí. Pokud by nebyl takový společný bod, bylo by extrémně obtížné zajistit bezpečnost v energetickém systému jako celku.

Požadavky na uzemňovací systém:

• Musí mít alternativní cestu pro tok nebezpečného proudu.
• Neexistence nebezpečného potenciálu na otevřených proudových součástech zařízení.
• Musí mít nízkou impedanci dostatečnou k zajištění potřebného proudu přes bezpečnostní zařízení, aby se vypnul napájení (<0,4 sekundy).
• Musí mít dobrou odolnost proti korozi.
• Musí být schopen rozptylovat velký zkratový proud.

Popis uzemňovacích systémů

Proces spojování kovových částí elektrických přístrojů a zařízení s pozemní hmotností kovovým zařízením s malým odporem se nazývá uzemnění. Při uzemnění jsou živé části přístrojů přímo připojeny k zemi. Uzemnění poskytuje zpětnou cestu pro svodový proud, a proto chrání zařízení energetického systému před poškozením.

Při výskytu poruchy v zařízení se ve všech třech fázích vytváří nerovnováha proudů. Uzemnění vybíjí poruchový proud na zemi a tím obnovuje provozní vyvážení systému. Tyto ochranné systémy mají několik výhod, jako například odstranění přepětí tím, že se vybíjí na zem. Uzemnění zajišťuje bezpečnost zařízení a zvyšuje spolehlivost provozu.

Způsob zrušení

Nulování znamená spojit nosnou část zařízení se zemí. Pokud dojde k chybě v systému, na vnějším povrchu zařízení vzniká nebezpečný potenciál a každá osoba nebo zvíře, které se náhodou dotýkají povrchu, může způsobit úraz elektrickým proudem. Nulování resetuje nebezpečné proudy na zem, a proto neutralizuje současný náraz.

Zároveň chrání zařízení před úderem bleskem a zajišťuje cestu vypouštění ze svodičů přepětí a dalších hasicích zařízení. Toho je dosaženo spojením částí zařízení s uzemněným vodičem nebo elektrodou v těsném kontaktu s půdou umístěnou v určité vzdálenosti pod úrovní země.

Rozdíl mezi uzemněním a nulováním

Jedním z hlavních rozdílů mezi uzemněním a nulováním je to, že při uzemnění nosné části nosiče je připojen k zemi, zatímco když je přístroj uzemněn, povrch zařízení je připojen k zemi. Další rozdíly mezi nimi jsou vysvětleny níže ve formě srovnávací tabulky.

Srovnávací tabulka

Ochranné vodiče TN

Tyto typy uzemňovacích systémů mají jeden nebo více přímo uzemněných bodů ze zdroje energie. Otevřené vodivé části zařízení jsou připojeny k těmto bodům pomocí ochranných vodičů.

Ve světové praxi se používá dvoupísmenový kód.

Použité písmena:

• T (francouzské slovo Terre znamená "země") - přímé spojení bodu na zem.
• I - žádný bod není připojen k zemi kvůli vysoké impedanci.
• N - přímé připojení k neutrálnímu zdroji, které je následně připojeno k zemi.

Na základě kombinace těchto tří písmen existují typy uzemňovacích systémů: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Co to znamená?

V uzemňovacím systému typu TN je jeden ze zdrojových bodů (generátor nebo transformátor) připojen k uzemnění. Tento bod je obvykle hvězdným bodem v třífázovém systému. Skříň připojeného elektrického zařízení je připojena k zemi prostřednictvím tohoto uzemňovacího bodu na straně zdroje.

Na výše uvedeném obrázku: PE - zkratka pro Ochrannou Zemi je vodič, který spojuje vystavené kovové části elektrické instalace spotřebitele se zemí. N se nazývá neutrální. Jedná se o vodič, který spojuje hvězdu v třífázovém systému se zemí. U těchto označení v diagramu je okamžitě jasné, jaký zemnící systém souvisí s TN systémem.

Neutrální linka TN-S

Jedná se o systém, který má samostatné neutrální a ochranné vodiče v celém schématu elektrické instalace.

Ochranný vodič (PE) je kovová krytina kabelu, elektrárny nebo samostatného vodiče.

Všechny otevřené vodivé části s instalací jsou připojeny k tomuto ochrannému vodiči přes hlavní svorku instalace.

Systém TN-C-S

Jedná se o typy uzemňovacích systémů, v nichž jsou kombinovány neutrální a ochranné funkce do jednoho vodičového systému.

V neutrálním uzemňovacím systému TN-CS, známém také jako ochranné uzemnění, se PEN vodič nazývá integrovaným vodičem neutrálních a uzemněných částí.

PEN vodič napájecího systému je uzemněn v několika bodech a zemní elektroda je umístěna v místě instalace uživatele nebo v jeho blízkosti.

Všechny otevřené vodivé části s instalací jsou propojeny PEN vodičem s hlavní zemnící svorkou a neutrálním terminálem a jsou vzájemně propojeny.

Ochranný obvod TT

Jedná se o ochranný uzemňovací systém, který má jeden bod energetického zdroje.

Všechny otevřené vodivé části s instalací připojenou k uzemněné elektrodě nejsou elektricky závislé na zdroji zeminy.

Izolační systém IT

Ochranný uzemňovací systém, který nemá přímý spoj mezi živými součástmi a zemí.

Všechny otevřené vodivé části s instalací, které jsou připojené k uzemněné elektrodě.

Návrh ochranných systémů

Spojení mezi elektrickými spotřebiči a zařízeními s uzemněnou deskou nebo elektrodou tlustým drátem s nízkým odporem pro bezpečnost se nazývá uzemnění nebo nulování.

Systém uzemnění nebo nulování v elektrické síti funguje jako bezpečnostní opatření k ochraně lidských životů i vybavení. Hlavním cílem je poskytnout alternativní způsob průchodu nebezpečných toků, aby se zabránilo nehodám v důsledku úrazu elektrickým proudem a poškození zařízení.

Kovové části zařízení jsou uzemněny nebo připojeny k zemi a jestliže z nějakého důvodu izolace zařízení nefunguje, pak vysoké napětí, které mohou být přítomné v vnějším povlaku zařízení, budou mít cestu k zemi. Pokud není zařízení uzemněno, může být toto nebezpečné napětí přenášeno každému, kdo se jej dotýká, což může vést k úrazu elektrickým proudem. Okruh se uzavře a pojistka se okamžitě vypne, pokud se proudový nesoucí drát dotkne uzemněného krytu.

Existuje několik způsobů, jak zavést uzemňovací systém elektrických instalací, jako je uzemnění drátu nebo pásu, desky nebo tyče, uzemnění nulováním nebo vodovodním potrubím. Nejběžnějšími metodami jsou nulovací a deskové zařízení.

Zemnicí rohož

Zemní rohož je vyrobena kombinací počtu tyčí přes měděné dráty. To snižuje celkový odpor obvodu. Tyto elektrické zemní systémy pomáhají omezit potenciál země. Zemní rohož se používá hlavně v místech, kde je třeba testovat velký poruchový proud.

Při návrhu uzemňovacího rohože jsou zohledněny následující požadavky:

1. V případě poruchy by napětí nemělo být nebezpečné pro osoby, které se dotýkají vodivého povrchu zařízení elektrického systému.
2. Konstantní zkratový proud, který může proudit do zemnící rohože, musí být poměrně velký pro provoz ochranného relé.
3. Zemní odpor je nízký, takže průsakový proud protéká.
4. Konstrukce zemnící rohože by měla být taková, aby krokové napětí bylo menší než přípustná hodnota, která bude záviset na specifické odolnosti půdy potřebné k izolaci vadné instalace od lidí a zvířat.

Protiproudová ochrana elektrody

Při takovém systému uzemnění budov je vodorovně nebo svisle umístěn jakýkoli vodič, tyč, trubka nebo svazek vodičů do země vedle ochranného předmětu. V distribučních systémech může být zemní elektroda tvořena tyčí o délce asi 1 metr a umístěné ve vzpřímené poloze v zemi. Při výrobě rozvoden se používá rohož, a nikoli jednotlivé tyče.

Ochranný obvod trubky

Jedná se o nejběžnější a nejvhodnější systém pro uzemnění elektrických instalací ve srovnání s jinými systémy vhodnými pro stejné podmínky na zemi a vlhkosti. Při této metodě jsou z pozinkované oceli a perforované trubky s vypočtenou délkou a průměrem uspořádány vertikálně na trvale vlhké půdě, jak je uvedeno níže. Velikost potrubí závisí na aktuálním proudu a typu půdy.

Typická velikost potrubí pro uzemňovací systém domu má průměr 40 mm a délku 2,5 metru na obyčejné půdě nebo delší v případě suché a kamenité půdy. Hloubka, kterou je potřeba potrubí, závisí na obsahu vlhkosti na zemi. Obvykle se potrubí nachází v hloubce 3,75 metru. Spodní část potrubí je obklopena malými kusy koksu nebo dřevěného uhlí ve vzdálenosti asi 15 cm.

Alternativní úrovně uhlí a soli se používají pro zvýšení efektivní plochy země a pro snížení odporu. Další trubka o průměru 19 mm a minimální délce 1,25 m je připojena na horní straně trubky GI přes reduktor. V letních měsících klesá půdní vlhkost, což vede ke zvýšení odolnosti zemin.

Práce se tak provádí na cementovém betonu, aby se udržovala dostupnost vody v létě a aby byla zajištěna půda s nezbytnými ochrannými parametry. Pomocí trychtýře spojeného s trubkou o průměru 19 mm můžete přidat 3 nebo 4 kbelíky vody. Uzemňovací drát, nebo GI, GI pásek nebo drát s dostatečným průřezem pro bezpečné odstranění proud je převeden do GI trubky průměru 12 mm do hloubky asi 60 cm od země.

Uzemnění desky

V tomto zařízení je systém uzemnění měděné uzemňovací desky o rozměrech 60 cm x 60 cm x 3 m a 60 cm pozinku x 60 cm x 6 mm se ponoří do země se svislou plochu v hloubce menší než 3 m od úrovně terénu

Ochranná deska se vloží do pomocné vrstvy dřevěného uhlí a soli s minimální tloušťkou 15 cm. Zemnící vodič (Gl nebo měděný drát) je pevně přišroubován k uzemňovací desce.

Měděná deska a měděný drát nejsou obvykle používány v ochranných obvodech kvůli jejich vyšším nákladům.

Připojení země vodovodním potrubím

V tomto typu je GI nebo měděný vodič připojen k vodovodnímu potrubí pomocí ocelového spojovacího drátu, který je upevněn na měděném kabelu, jak je znázorněno níže.

Vodní potrubí se skládá z kovu a je umístěno pod povrchem země, tj. Přímo připojeno k zemi. Proud proudu přes GI nebo měděný drát je přímo uzemněn vodní trubkou.

Výpočet odporu zemní smyčky

Odolnost jediného proužku prutu uloženého v zemi je:

R = 100xrho- / 2 × 3,14 × L (loge (2 x L x L / W x t)), kde:

- stabilita půdy (Omega-om),

L je délka pásky nebo vodiče (cm),

w - šířka pásky nebo průměr vodiče (cm),

t je hloubka zakopnutí (cm).

Příklad: Vypočítejte odpor zemního pásu. Drát o průměru 36 mm s délkou 262 metrů v hloubce 500 mm v zemi, zemní odpor je 65 Ohm.

R je odpor uzemňovací tyče ve W.

r - Zemní odpor (Ohmmeter) = 65 Ohm.

Meter l - délka tyče (cm) = 262 m = 26200 cm.

d - vnitřní průměr tyče (cm) = 36 mm = 3,6 cm.

h je hloubka skrytého pásu / tyče (cm) = 500 mm = 50 cm.

Odolnost vůči zemi / vodiči (R) = rho- / 2 x 3,14 x L (loge (2 x L x L / Wt))

Odolnost zemního proužku / vodiče (R) = 65/2 × 3,14 × 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3,6 × 50)

Odpor zemního proudu / vodiče (R) = 1,7 Ohm.

Pro výpočet počtu uzemňovacích tyčí můžete použít pravidlo palec.

Přibližný odpor elektrod Rod / trubek lze vypočítat pomocí odporu tyčových / trubkových elektrod:

R = Kx rho- / L, kde:

rho- je odpor zeminy v ohmmetru,

L je délka elektrody v elektroměru,

d je průměr elektrody v měřiči,

K = 0,75, pokud je 25

K = 1, pokud je 100

K = 1,2 o / L, pokud je 600

Počet elektrod, pokud nalezneme vzorec R (d) = (1,5 / N) x R, kde:

R (d) je požadovaný odpor.

R je odpor jedné elektrody

N - počet elektrod instalovaných paralelně ve vzdálenosti 3 až 4 metry.

Příklad: vypočítat odpor zemnící trubice a počet elektrod k dosažení odporu 1 Ohm, měrný odpor zeminy rho = 40, délka = 2,5 m, průměr potrubí = 38 mm.

L / d = 2,5 / 0,038 = 65,78, takže K = 0,75.

Odolnost trubkových elektrod R = K x rho- / L = 0,75 x 65,78 = 12 Ω

Jedna elektroda - odpor - 12 Ohm.

Pro získání odporu 1 ohm je celkový počet požadovaných elektrod = (1,5 × 12) / 1 = 18

Faktory ovlivňující odpor země

Kód NEC vyžaduje minimální délku 2,5 metru uzemněné elektrody pro kontakt s půdou. Existují však některé faktory, které ovlivňují odolnost zemského povrchu vůči ochrannému systému:

1. Délka / hloubka uzemňovací elektrody. Zvýšení délky zdvojnásobuje odolnost povrchu na 40%.
2. Průměr zemnící elektrody. Dvojnásobné zvýšení průměru zemní elektrody snižuje odolnost proti zemi pouze o 10%.
3. Počet uzemňovacích elektrod. Pro zvýšení účinnosti jsou instalovány přídavné elektrody v hloubce hlavních zemních elektrod.

Výstavba ochranných elektrických systémů bytové budovy

V současné době jsou zemní práce upřednostňovanou metodou uzemnění, zejména pro elektrické sítě. Elektřina vždy sleduje cestu nejmenšího odporu a čerpá maximální proud z okruhu do zemních jím navržených pro snížení odporu, ideálně až do 1 ohmu.

K dosažení tohoto cíle:

1. Plocha 1,5 mx 1,5 m je vykopaná do hloubky 3 m. Jámu je napůl naplněna směsí práškového uhlí, písku a soli.
2. GI deska 500 mm x 500 mm x 10 mm je umístěna ve středu.
3. Zajistěte spojení mezi zemnicí deskou pro pozemní systém soukromého domu.
4. Zbytek jámy je vyplněn směsí uhlí, písku, soli.
5. Pro připojení na uzemňovací desku k povrchu dvou GI pásu může být použit s průřezem 30 mm x 10 mm, ale s výhodou je 2,5 palce GI trubku s přírubou v horní části.
6. Navíc může být horní část potrubí pokryta speciálním zařízením, které zabraňuje pronikání nečistot, prachu a ucpání zemnící trubky.

Montáž a výhody pozemního systému:

1. Prášek z uhlí je vynikajícím vodičem a zabraňuje korozi kovových částí.
2. Sůl se rozpouští ve vodě, což značně zvyšuje vodivost.
3. Písek umožňuje průchod vody celou jámou.

Chcete-li zkontrolovat účinnost jámy, ujistěte se, že rozdíl napětí mezi jímkou ​​a neutrálem síťového napájení je menší než 2 volty.

Odolnost jámy by měla být udržována na úrovni menší než 1 ohm, což je vzdálenost až 15 m od ochranného vodiče.

Elektrický šok

Elektrický šok (elektrický šok) nastane, když dvě části těla osoby přicházejí do kontaktu s elektrickými vodiči obvodu, který má různé potenciály a vytváří potenciální rozdíl v celém těle. Lidské tělo má odpor, a když je spojeno mezi dvěma vodiči s různými potenciály, řetězec je tvořen tělem a proud bude proudit. Když osoba kontaktuje pouze jednoho dirigenta, řetěz se netvoří a nic se nestane. Když člověk přichází do styku s vodiči obvodu, bez ohledu na to, jaký je napětí, existuje vždy možnost úrazu elektrickým proudem.

Riziko úderu blesku u obytných budov

Některé domy pravděpodobně přitahují blesk než jiné. Zvyšují se v závislosti na výšce budovy a blízkosti dalších domů. Proximita je definována jako trojnásobná vzdálenost od výšky domu.

Abyste zjistili, jak je obytný dům zranitelný vůči úderu blesku, můžete tyto údaje použít:

1. Nízké riziko. Jednopatrové soukromé obytné domy v těsné blízkosti jiných domů stejné výšky.
2. Průměrné riziko. Dvoupatrový soukromý dům obklopený domy s podobnou výškou nebo obklopený domy menších výšin.
3. Vysoké riziko. Samostatné domy, které nejsou obklopeny jinými konstrukcemi, dvoupatrové domy nebo domy s menší výškou.

Bez ohledu na pravděpodobnost úderu blesku správné používání důležitých komponent ochrany proti blesku pomůže chránit jakýkoliv obytný dům před takovým poškozením. Systémy ochrany před bleskem a uzemnění je vyžadováno v obytné budově, aby byl blesk zasažen na zem. Systém obvykle obsahuje uzemněnou tyč s měděným připojením, které je instalováno v zemi.

Při instalaci obvodu ochrany proti bleskům v domě dodržujte tyto požadavky:

1. Zemní elektrody musí mít délku alespoň 12 mm a délku 2,5 m.
2. Doporučuje se používat měděné připojení.
3. Pokud je na místě stavby kamenná půda nebo jsou umístěny inženýrské podzemní vedení, je zakázáno použití svislé elektrody, vyžaduje se pouze vodorovný vodič.
4. Měl by být zapuštěn ve vzdálenosti nejméně 50 cm od země a necelých 2,5 m od domu.
5. Zemnící systémy soukromého domu by měly být propojeny pomocí vodiče stejné velikosti.
6. Konektory pro všechny podzemní systémy kovových potrubí, jako jsou vodovody nebo plynové potrubí, by měly být umístěny do vzdálenosti 8 metrů od domu.
7. Pokud byly všechny systémy připojeny před instalací ochrany před bleskem, je nutné pouze připojit nejbližší elektrodu k vodovodnímu systému.

Všichni lidé, kteří žijí nebo pracují v obytných a veřejných budov jsou stále v úzkém kontaktu s elektrickými systémy a zařízení, a musí být chráněn před nebezpečím, které mohou nastat v důsledku zkratu nebo velmi vysokého napětí blesku.

Pro dosažení této ochrany musí být elektrické uzemňovací systémy elektrických sítí navrženy a instalovány v souladu se standardními požadavky státu. Při vývoji elektrotechnických materiálů se zvyšují požadavky na spolehlivost ochranných zařízení.