Pagrindinė priežastis, kodėl elektros tinkluose reikia įžeminti, yra saugumas. Kai visos metalinės elektros įrangos dalys yra įžemintos, net ir nutrūkus izoliacijai, jos korpuse nesusidarys pavojingos įtampos, o nuo jų užkirs patikimos įžeminimo sistemos.
Įžeminimo sistemų užduotys
Pagrindinės apsaugos sistemų, veikiančių įžeminimo principu, užduotys:
- Žmonių gyvybės saugumas, siekiant apsisaugoti nuo elektros smūgio. Suteikia alternatyvų avarinės srovės kelią, kad nepakenktų vartotojui.
- Pastatų, mašinų ir įrangos apsauga elektros tiekimo sutrikimo sąlygomis, kad atviros laidžios įrangos dalys nepasiektų mirtino potencialo.
- Apsauga nuo viršįtampio, atsirandančio dėl žaibo smūgių, galinčių sukelti pavojingą aukštą įtampą elektros paskirstymo sistemoje arba nuo netyčinio žmogaus kontakto su aukštos įtampos linijomis.
- Įtampos stabilizavimas. Yra daug elektros š altinių. Kiekvienas transformatorius gali būti laikomas atskiru š altiniu. Jie turi turėti bendrą neigiamą atstatymo tašką.energijos. Žemė yra vienintelis toks laidus paviršius visiems energijos š altiniams, todėl jis buvo priimtas kaip universalus srovės ir įtampos išjungimo standartas. Be tokio bendro taško būtų itin sunku užtikrinti visos elektros energijos sistemos saugumą.
Žemės sistemos reikalavimai:
- Joje turi būti alternatyvus kelias pavojingai srovei tekėti.
- Jokio pavojingo potencialo atvirose laidžiose įrangos dalyse.
- Turi būti pakankamai mažos varžos, kad per saugiklį būtų tiekiama pakankamai srovės maitinimui nutraukti (<0, 4 sek.).
- Turėtų būti geras atsparumas korozijai.
- Turi sugebėti išsklaidyti didelę trumpojo jungimo srovę.
Įžeminimo sistemų aprašymas
Elektros aparatų ir įrangos metalinių dalių sujungimas su žeme metaliniu įtaisu, kuris turi mažą pasipriešinimą, vadinamas įžeminimu. Įžeminant srovę nešančios įrenginių dalys yra tiesiogiai prijungtos prie žemės. Įžeminimas suteikia nuotėkio srovės grįžimo kelią ir taip apsaugo maitinimo sistemos įrangą nuo pažeidimų.
Kai įrenginyje įvyksta gedimas, visose trijose jos fazėse yra srovės disbalansas. Įžeminimas išleidžia gedimo srovę į žemę ir taip atkuria sistemos veikimo balansą. Šios gynybos sistemos turi keletą privalumų, tokių kaip pašalinimasviršįtampa, išleidžiant jį į žemę. Įžeminimas užtikrina įrangos saugumą ir pagerina paslaugų patikimumą.
Nulio nustatymo metodas
Įžeminimas – tai įrangos guolių dalies prijungimas prie žemės. Įvykus sistemos gedimui, išoriniame įrangos paviršiuje susidaro pavojingas potencialas, o bet kuris asmuo ar gyvūnas, netyčia palietus paviršių, gali gauti elektros smūgį. Nustačius nulį, į žemę išleidžiamos pavojingos srovės ir dėl to neutralizuojamas srovės smūgis.
Jis taip pat apsaugo įrangą nuo žaibo smūgių ir užtikrina iškrovos kelią iš viršįtampių ribotuvų ir kitų gesinimo įrenginių. Tai pasiekiama sujungiant įrenginio dalis su žeme įžeminimo laidininku arba elektrodu, kuris glaudžiai liečiasi su dirvožemiu ir yra tam tikru atstumu žemiau žemės lygio.
Skirtumas tarp įžeminimo ir įžeminimo
Vienas iš pagrindinių skirtumų tarp įžeminimo ir įžeminimo yra tas, kad įžeminant nešančioji laidžioji dalis yra prijungta prie žemės, o įžeminant įrenginių paviršius yra prijungtas prie žemės. Kiti skirtumai tarp jų paaiškinami toliau kaip palyginimo lentelė.
Palyginimo diagrama
| Palyginimo pagrindai | Įžeminimas | Nuliavimas |
| Apibrėžimas | Laioji dalis prijungta prie žemės | Įrangos korpusas prijungtas prie žemės |
| Vieta | Tarp įrangos neutralios ir žemės | Tarp įrangos korpuso ir žemės, kuri yra po žemės paviršiumi |
| Nulis potencialo | Neturi | Taip |
| Apsauga | Apsaugokite elektros tinklo įrangą | Apsaugokite žmogų nuo elektros smūgio |
| Kelias | Nurodytas grįžimo kelias į esamą žemę | Išleidžia elektros energiją į žemę |
| Tipai | Trys (tvirta varža) | Penki (vamzdis, plokštė, elektrodo įžeminimas, įžeminimas ir įžeminimas) |
| Laido spalva | Juoda | Žalia |
| Naudoti | Apkrovos balansavimui | Kad išvengtumėte elektros smūgio |
| Pavyzdžiai | Generatoriaus ir maitinimo transformatoriaus neutralė prijungta prie žemės | Į žemę prijungto transformatoriaus, generatoriaus, variklio ir kt. korpusas |
TN apsauginiai laidai
Šių tipų įžeminimo sistemos turi vieną ar daugiau tiesiogiai įžemintų taškų iš maitinimo š altinio. Atviros laidžios įrenginio dalys yra prijungtos prie šių taškų naudojant apsauginius laidus.
Pasaulyjepraktikoje naudojamas dviejų raidžių kodas.
Naudotos raidės:
- T (prancūzų kalbos žodis Terre reiškia „žemė“) – tiesioginis taško ryšys su žeme.
- I – nėra taško, prijungto prie žemės dėl didelės varžos.
- N – tiesioginis prijungimas prie š altinio neutralės, kuri savo ruožtu yra prijungta prie žemės.
Remiantis šių trijų raidžių deriniu, yra įžeminimo sistemų tipai: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Ką tai reiškia?
TN įžeminimo sistemoje vienas iš š altinio taškų (generatorius arba transformatorius) yra prijungtas prie žemės. Šis taškas paprastai yra žvaigždės taškas trifazėje sistemoje. Prijungto elektros prietaiso korpusas yra prijungtas prie įžeminimo per šį įžeminimo tašką š altinio pusėje.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje: PE – Apsauginės žemės akronimas yra laidininkas, jungiantis atviras vartotojo elektros instaliacijos metalines dalis su įžeminimu. N vadinamas neutraliu. Tai laidininkas, jungiantis žvaigždę trifazėje sistemoje su žeme. Pagal šiuos žymėjimus diagramoje iš karto aišku, kuri įžeminimo sistema priklauso TN sistemai.
TN-S neutrali linija
Tai sistema, kurios elektros schemoje yra atskiri nuliniai ir apsauginiai laidai.
Apsauginis laidininkas (PE) yra metalinis kabelio apvalkalas, kuriuo tiekiamas įrenginys arba vienas laidininkas.
Visos atviros laidžios dalys su įrenginiu yra prijungtos prie šio apsauginio laidininko per pagrindinį įrenginio gnybtą.
TN sistema-C-S
Tai yra įžeminimo sistemų tipai, kuriuose nulinės ir apsauginės funkcijos yra sujungtos į vieną sistemos laidininką.
TN-CS nulinio įžeminimo sistemoje, taip pat žinomoje kaip apsauginis daugiafunkcis įžeminimas, PEN laidas vadinamas kombinuotu nuliniu ir įžeminimo laidininku.
Maitinimo sistemos PEN laidas yra įžemintas keliuose taškuose, o įžeminimo elektrodas yra vartotojo įrengimo vietoje arba šalia jos.
Visos atviros laidžios dalys prie įrenginio yra prijungtos PEN laidu, naudojant pagrindinį įžeminimo gnybtą ir nulinį gnybtą, ir yra sujungtos viena su kita.
TT apsaugos grandinė
Tai apsauginė įžeminimo sistema su vienu maitinimo š altinio tašku.
Visos atviros laidžios dalys, kurios yra prijungtos prie įžeminimo elektrodo, yra elektra nepriklausomos nuo įžeminimo š altinio.
Izoliacinė sistema IT
Apsauginė įžeminimo sistema be tiesioginio ryšio tarp įtampingųjų dalių ir įžeminimo.
Visos atviros laidžios dalys su instaliacija, kurios yra prijungtos prie įžeminimo elektrodo.
Š altinis arba prijungtas prie žemės per sąmoningai įvestą sistemos varžą, arba atskirtas nuo žemės.
Apsauginių sistemų dizainas
Elektros prietaisų ir įrenginių su įžeminimo plokšte arba elektrodu sujungimas per storą mažos varžos laidą, kad būtų užtikrintassauga vadinama įžeminimu arba įžeminimu.
Įžeminimas arba įžeminimo sistema elektros tinkle veikia kaip saugos priemonė, apsauganti žmonių gyvybę ir įrangą. Pagrindinis tikslas – numatyti alternatyvų kelią pavojingiems srautams, kad būtų išvengta nelaimingų atsitikimų dėl elektros smūgio ir įrangos sugadinimo.
Metalinės įrangos dalys yra įžemintos arba prijungtos prie žemės, o jei dėl kokių nors priežasčių sugenda įrangos izoliacija, didelė įtampa, kuri gali būti išorinėje įrangos dangoje, turės iškrovos kelią į žemę. Jei įranga neįžeminta, ši pavojinga įtampa gali būti perduota visiems, kurie ją paliečia, ir gali patirti elektros smūgį. Grandinė baigta, o saugiklis nedelsiant įjungiamas, jei įtampa paliečiamas laidas paliečia įžemintą korpusą.
Yra keletas būdų, kaip atlikti elektros instaliacijos įžeminimo sistemą, pvz., įžeminti laidą ar juostelę, plokštę ar strypą, įžeminti įžeminant arba per vandens tiekimą. Dažniausiai naudojami nulio nustatymas ir įterpimo nustatymas.
Žemės kilimėlis
Įžeminimo kilimėlis gaminamas sujungiant keletą strypų per varinius laidus. Tai sumažina bendrą grandinės varžą. Šios elektros įžeminimo sistemos padeda apriboti įžeminimo potencialą. Įžeminimo kilimėlis daugiausia naudojamas tose vietose, kur turi būti tikrinama didelė srovėžala.
Projektuojant įžeminimo kilimėlį, atsižvelgiama į šiuos reikalavimus:
- Gedimo atveju įtampa, liečiant laidųjį elektros sistemos įrangos paviršių, neturi būti pavojinga žmogui.
- Nuolatinės srovės trumpojo jungimo srovė, kuri gali tekėti į įžeminimo kilimėlį, turi būti gana didelė, kad veiktų apsauginė relė.
- Dirvožemio varža yra maža, todėl per ją gali tekėti nuotėkio srovė.
- Įžeminimo kilimėlio konstrukcija turi būti tokia, kad žingsnio įtampa būtų mažesnė už leistiną vertę, kuri priklausys nuo dirvožemio varžos, reikalingos sugedusiam įrenginiui izoliuoti nuo žmonių ir gyvūnų.
Elektrodų apsauga nuo viršsrovių
Naudojant šią pastato įžeminimo sistemą, bet koks laidas, strypas, vamzdis ar laidų pluoštas yra horizontaliai arba vertikaliai dedamas į žemę šalia apsauginio objekto. Paskirstymo sistemose įžeminimo elektrodas gali būti sudarytas iš maždaug 1 metro ilgio strypo, vertikaliai įdėto į žemę. Pastotės gaminamos naudojant įžeminimo kilimėlį, o ne atskirus strypus.
Vamzdžio srovės apsaugos grandinė
Tai labiausiai paplitusi ir geriausia elektros instaliacijos įžeminimo sistema, palyginti su kitomis sistemomis, tinkamomis toms pačioms įžeminimo ir drėgmės sąlygoms. Šiuo metodu cinkuotas plienas ir apskaičiuoto ilgio ir skersmens perforuotas vamzdis statomi vertikaliai ant nuolat drėgnos dirvos, kaipnurodyta apačioje. Vamzdžio dydis priklauso nuo srovės ir grunto tipo.
Paprastai namo įžeminimo sistemos vamzdžio dydis yra 40 mm skersmens ir 2,5 metro ilgio, kai naudojamas įprastas gruntas, arba ilgesnis, jei dirvožemis yra sausas ir akmenuotas. Gylis, kuriame vamzdis turi būti įkastas, priklauso nuo dirvožemio drėgmės. Paprastai vamzdis yra 3,75 metro gylyje. Vamzdžio dugnas maždaug 15 cm atstumu yra apsuptas nedidelių kokso arba medžio anglies gabalėlių.
Naudojami alternatyvūs anglies ir druskos kiekiai, siekiant padidinti efektyvų žemės plotą ir taip sumažinti pasipriešinimą. Kitas vamzdis, kurio skersmuo yra 19 mm, o minimalus ilgis yra 1,25 metro, GI vamzdžio viršuje per reduktorių prijungiamas. Vasarą sumažėja dirvožemio drėgmė, todėl padidėja žemės atsparumas.
Todėl atliekami cementbetonio pagrindo darbai, kad vasarą būtų vandens ir būtų žemės su reikiamais apsauginiais parametrais. Per piltuvą, prijungtą prie 19 mm skersmens vamzdžio, galima įpilti 3 arba 4 kibirus vandens. Į 12 mm skersmens GI vamzdį maždaug 60 cm gylyje nuo žemės nuleidžiamas GI įžeminimo laidas arba GI laido juostelė, kurios skerspjūvis yra pakankamas, kad būtų galima saugiai pašalinti srovę.
Plokštės įžeminimas
Šiame įžeminimo sistemos įrenginyje 60 cm × 60 cm × 3 m vario ir 60 cm × 60 cm × 6 mm cinkuotos geležies įžeminimo plokštė vertikaliu paviršiumi panardinama į žemę mažiausiai gylyje. 3 m nuo žemės lygio
Apsauginė plokštė įkišama į pagalbinius anglies ir druskos sluoksnius, kurių storis ne mažesnis kaip 15 cm. Įžeminimo laidas (GI arba varinis laidas) tvirtai prisukamas prie įžeminimo plokštės.
Varinė plokštė ir varinė viela nėra dažnai naudojamos apsaugos grandinėse dėl didesnės kainos.
Žemės jungtis per vandens tiekimą
Šio tipo GI arba varinė viela prijungiama prie vandentiekio tinklo plienine jungiamąja viela, kuri pritvirtinta prie vario laido, kaip parodyta toliau.
Santechnika pagaminta iš metalo ir yra žemiau žemės paviršiaus, t. y. tiesiogiai prijungta prie žemės. Srovės srautas per GI arba varinį laidą yra tiesiogiai įžemintas per vandentiekį.
Įžeminimo kilpos varžos apskaičiavimas
Vienos strypo juostelės, įkastos į žemę, atsparumas yra:
R=100 x ρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / P x t)), kur:
ρ – dirvožemio stabilumas (Ω omų), L – juostelės arba laidininko ilgis (cm), w – juostelės plotis arba laidininko skersmuo (cm), t – įkasimo gylis (cm).
Pavyzdys: apskaičiuokite įžeminimo juostos varžą. 36 mm skersmens ir 262 metrų ilgio viela 500 mm gylyje žemėje, įžeminimo varža yra 65 omai.
R yra įžeminimo strypo pasipriešinimas W.
r – Įžeminimo varža (omometras)=65 omai.
L Matavimas – strypo ilgis (cm)=262 m=26200 cm.
d –strypo vidinis skersmuo (cm)=36 mm=3,6 cm.
h – paslėptos juostelės / strypo gylis (cm)=500 mm=50 cm.
Įžeminimo juostos / laidininko varža (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Įžeminimo juostos / laidininko varža (R)=65 / 2 × 3, 14 × 26200 × ln (2 × 26200 × 26200 / 3, 6 × 50)
Įžeminimo juostos / laidininko varža (R) =1,7 Ohm.
Įžeminimo strypo skaičiui apskaičiuoti galima naudoti nykščio taisyklę.
Apytikslę strypo / vamzdžio elektrodų varžą galima apskaičiuoti naudojant strypo / vamzdžio elektrodų varžą:
R=K x ρ / L kur:
ρ – atsparumas įžeminimui omometru, L – elektrodo ilgis skaitiklyje, d – skaitiklio elektrodo skersmuo, K=0,75, jei 25 <L / d <100.
K=1, jei 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L, jei 600 <L / d <300.
Elektrodų skaičius, jei rasite formulę R (d)=(1, 5 / N) x R, kur:
R (d) – reikalingas pasipriešinimas.
R – vieno elektrodo varža
N – lygiagrečiai 3–4 metrų atstumu sumontuotų elektrodų skaičius.
Pavyzdys: apskaičiuokite įžeminimo vamzdžio varžą ir elektrodų skaičių, kad gautumėte 1 omo varžą, grunto savitoji varža nuo ρ=40, ilgis=2,5 metro, vamzdžio skersmuo=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78, taigi K=0,75.
Vamzdžių elektrodų varža R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Vienas elektrodas – varža – 12 omų.
Norint gauti 1 omo varžą, bendras reikalingų elektrodų skaičius=(1,5 × 12) / 1=18
Veiksniai, turintys įtakos atsparumui įžeminti
NEC kodas reikalauja, kad įžeminimo elektrodas būtų mažiausiai 2,5 metro ilgio. Tačiau yra keletas veiksnių, turinčių įtakos apsaugos sistemos atsparumui įžeminti:
- Įžeminimo elektrodo ilgis/gylis. Padvigubėjus ilgį, paviršiaus atsparumas sumažėja iki 40%.
- Įžeminimo elektrodo skersmuo. Padvigubėjus įžeminimo elektrodo skersmeniui, įžeminimo varža sumažėja tik 10%.
- Įžeminimo elektrodų skaičius. Siekiant pagerinti efektyvumą, pagrindinių įžeminimo elektrodų gylyje įrengiami papildomi elektrodai.
Gyvenamojo namo apsauginių elektros sistemų statyba
Įžeminimo konstrukcijos šiuo metu yra tinkamiausias įžeminimo būdas, ypač elektros tinklams. Elektra visada eina mažiausio pasipriešinimo keliu ir nukreipia didžiausią srovę iš grandinės į įžeminimo duobes, skirtas varžai sumažinti, idealiu atveju iki 1 omo.
Norėdami pasiekti šį tikslą:
- 1,5 m x 1,5 m plotas iškasamas iki 3 m gylio. Skylė iki pusės užpildyta anglies miltelių, smėlio ir druskos mišiniu.
- GI plokštė 500 mm x 500 mm x 10 mm dedama viduryje.
- Sujunkite privačiojo namo įžeminimo sistemos įžeminimo plokštes.
- Kitadalis duobės užpildyta anglies, smėlio, druskos mišiniu.
- Dvi 30 mm x 10 mm GI juostos gali būti naudojamos įžeminimo plokštei prijungti prie paviršiaus, tačiau pirmenybė teikiama 2,5 colio GI vamzdžiui su flanšu viršuje.
- Be to, vamzdžio viršus gali būti padengtas specialiu įtaisu, kad nešvarumai ir dulkės nepatektų į įžeminimo vamzdį ir neužkimštų įžeminimo vamzdžio.
Įžeminimo sistemos įrengimas ir privalumai:
- Anglies milteliai yra puikus laidininkas ir apsaugo nuo metalinių dalių korozijos.
- Druska ištirpsta vandenyje, todėl labai padidėja laidumas.
- Smėlis leidžia vandeniui prasiskverbti pro skylę.
Norėdami patikrinti duobės efektyvumą, įsitikinkite, kad įtampos skirtumas tarp duobės ir tinklo neutralės yra mažesnis nei 2 voltai.
Atsparumas duobėms turi būti mažesnis nei 1 omas, atstumas iki 15 m nuo apsauginio laidininko.
Elektros šokas
Elektros šokas (elektros šokas) įvyksta, kai dvi žmogaus kūno dalys susiliečia su skirtingų potencialų grandinės elektros laidininkais ir sukuria potencialų skirtumą visame kūne. Žmogaus kūnas turi pasipriešinimą, o jį sujungus tarp dviejų skirtingų potencialų laidininkų, per kūną susidaro grandinė ir tekės srovė. Kai žmogus susisiekia tik su vienu laidininku, nesusidaro grandinė ir nieko nevyksta. Kai žmogus liečiasi su grandinės laidininkais, nesvarbu, kokia įtampa joje yra, visadayra elektros smūgio sužeidimo galimybė.
Žaibo rizikos įvertinimas gyvenamiesiems pastatams
Kai kurie namai labiau pritraukia žaibą nei kiti. Jos didėja priklausomai nuo pastato aukščio ir artumo prie kitų namų. Artumas apibrėžiamas kaip tris kartus didesnis atstumas nuo namo aukščio.
Siekdami nustatyti, kiek gyvenamasis pastatas yra pažeidžiamas žaibo smūgio, galite naudoti šiuos duomenis:
- Maža rizika. Vieno lygio privačios rezidencijos, esančios arti kitų tokio pat aukščio namų.
- Vidutinė rizika. Dviejų lygių privatus namas, kurį supa panašaus aukščio namai arba žemesnio aukščio namai.
- Didelė rizika. Izoliuoti namai, kurie nėra apsupti kitų konstrukcijų, dviejų aukštų namai ar žemesnio aukščio namai.
Nepriklausomai nuo žaibo smūgio tikimybės, tinkamas svarbių apsaugos nuo žaibo komponentų naudojimas padės apsaugoti visus namus nuo tokios žalos. Kad žaibo trenksmas būtų nukreiptas į žemę, gyvenamajame name reikalingos apsaugos nuo žaibo ir įžeminimo sistemos. Sistemoje paprastai yra įžeminimo strypas su varine jungtimi, kuris įmontuotas į žemę.
Įrengdami žaibosaugos schemą name, laikykitės šių reikalavimų:
- Įžeminimo elektrodai turi būti bent pusės 12 mm ilgio ir 2,5 m ilgio.
- Rekomenduojamos varinės jungtys.
- Jei sistemos vietoje yra uolėtas gruntas arba inžinerinės požeminės linijos, ją naudoti draudžiamavertikalus elektrodas, reikalingas tik horizontalus laidininkas.
- Jis turi būti įdubęs bent 50 cm nuo žemės ir išsikišęs bent 2,5 m nuo namo.
- Privačių namų įžeminimo sistemos turi būti sujungtos naudojant tokio paties dydžio laidą.
- Visų požeminių metalinių vamzdynų sistemų, pvz., vandens ar dujų vamzdžių, jungtys turi būti 8 m atstumu nuo namo.
- Jei visos sistemos jau buvo prijungtos prieš įdiegiant apsaugą nuo žaibo, tereikia pririšti artimiausią elektrodą prie vandentiekio sistemos.
Visi žmonės, gyvenantys ar dirbantys gyvenamuosiuose, visuomeniniuose pastatuose, nuolat glaudžiai kontaktuoja su elektros sistemomis ir įranga ir turi būti patikimai apsaugoti nuo pavojingų reiškinių, kurie gali atsirasti dėl trumpojo jungimo arba labai aukštos įtampos dėl žaibo išlydžio.
Norint pasiekti šią apsaugą, elektros tinklo įžeminimo sistemos turi būti suprojektuotos ir įrengtos pagal standartinius nacionalinius reikalavimus. Tobulėjant elektros medžiagoms, didėja apsauginių įtaisų patikimumo reikalavimai.
