Motivul principal al necesității de împământare în rețelele electrice este siguranța. Când toate piesele metalice ale echipamentelor electrice sunt împământate, atunci, chiar și în cazul izolației rupte, tensiunile periculoase nu vor fi create pe carcasa acestuia, acestea vor fi prevenite prin sisteme de împământare fiabile.
Sarcini pentru sistemele de împământare
Principalele sarcini ale sistemelor de securitate care funcționează pe principiul punerii la pământ:
- Siguranță pentru viața umană, pentru a proteja împotriva șocurilor electrice. Oferă o cale alternativă pentru curentul de urgență pentru a evita rănirea utilizatorului.
- Protejarea clădirilor, mașinilor și echipamentelor în condițiile de întrerupere a curentului, astfel încât părțile conductoare expuse ale echipamentului să nu atingă potențialul letal.
- Protecție împotriva supratensiunii datorate loviturilor de trăsnet care pot duce la tensiuni în alte periculoase în sistemul de distribuție electrică sau de la contactul uman accidental cu liniile de în altă tensiune.
- Stabilizarea tensiunii. Există multe surse de energie electrică. Fiecare transformator poate fi considerat o sursă separată. Trebuie să aibă un punct de resetare negativ comun disponibil.energie. Pământul este singura suprafață conductivă pentru toate sursele de energie, așa că a fost adoptat ca standard universal pentru scurgerea curentului și a tensiunii. Fără un astfel de punct comun, ar fi extrem de dificil să se asigure securitatea sistemului de alimentare în ansamblu.
Cerințe de sistem la sol:
- Trebuie să aibă o cale alternativă pentru ca curentul periculos să circule.
- Fără potențial periculos pentru părțile conductoare expuse ale echipamentului.
- Trebuie să aibă o impedanță suficient de scăzută pentru a furniza suficient curent prin siguranța pentru a întrerupe alimentarea (<0, 4 secunde).
- Ar trebui să aibă o rezistență bună la coroziune.
- Trebuie să poată disipa un curent mare de scurtcircuit.
Descrierea sistemelor de împământare
Procesul de conectare la pământ a pieselor metalice ale aparatelor și echipamentelor electrice cu un dispozitiv metalic care are o rezistență mică se numește împământare. La împământare, părțile care transportă curent ale dispozitivelor sunt conectate direct la pământ. Împământarea oferă o cale de întoarcere pentru curentul de scurgere și, prin urmare, protejează echipamentul sistemului de alimentare împotriva deteriorării.
Când apare o defecțiune la echipament, există un dezechilibru de curent în toate cele trei faze ale acestuia. Împământarea descarcă curentul de defect la masă și, prin urmare, restabilește echilibrul de funcționare al sistemului. Aceste sisteme de apărare au mai multe avantaje, cum ar fi eliminareasupratensiune prin descărcarea acesteia la masă. Împământarea asigură siguranța echipamentului și îmbunătățește fiabilitatea serviciului.
Metoda de reducere la zero
Pământarea înseamnă conectarea la pământ a părții portante a echipamentului. Când apare o defecțiune în sistem, se creează un potențial periculos pe suprafața exterioară a echipamentului și orice persoană sau animal care atinge accidental suprafața poate primi un șoc electric. Reducerea la zero eliberează curenți periculoși la sol și, prin urmare, neutralizează șocul curentului.
De asemenea, protejează echipamentul împotriva loviturilor de trăsnet și oferă o cale de descărcare de la descărcătoarele de supratensiune și alte dispozitive de stingere. Acest lucru se realizează prin conectarea unor părți ale plantei la pământ cu un conductor de împământare sau un electrod în contact strâns cu solul, plasat la o anumită distanță sub nivelul solului.
Diferența dintre împământare și împământare
Una dintre principalele diferențe dintre împământare și împământare este că, la împământare, partea conductoare de transport este conectată la pământ, în timp ce la împământare, suprafața dispozitivelor este conectată la pământ. Alte diferențe dintre ele sunt explicate mai jos sub forma unui tabel de comparație.
Tabel de comparație
| Noțiuni de bază pentru comparație | Legare la pământ | Reducere la zero |
| Definiție | Piesă conductoare conectată la masă | Carcasa echipamentului conectată la masă |
| Locație | Între echipament neutru și sol | Între carcasa echipamentului și sol, care este plasat sub suprafața solului |
| Potențial zero | Nu are | Da |
| Protecție | Protejați echipamentele rețelei electrice | Protejați o persoană de șoc electric |
| Calea | Drumul de întoarcere la solul actual este indicat | Descărcă energia electrică la sol |
| Tipuri | Trei (rezistență solidă) | Cinci (țeavă, placă, împământare electrod, împământare și masă) |
| Culoarea firului | Negru | Verde |
| Folosiți | Pentru echilibrarea sarcinii | Pentru a preveni șocurile electrice |
| Exemple | Neutrul generatorului și al transformatorului de putere conectat la pământ | Carcasa transformatorului, generatorului, motorului etc. conectat la masă |
TN fire de protecție
Aceste tipuri de sisteme de împământare au unul sau mai multe puncte de împământare direct de la sursa de alimentare. Părțile conductoare expuse ale instalației sunt conectate la aceste puncte folosind fire de protecție.
În lumepractică, se folosește un cod din două litere.
Litere folosite:
- T (cuvântul francez Terre înseamnă „pământ”) - o legătură directă a unui punct la pământ.
- I - niciun punct conectat la masă din cauza impedanței mari.
- N - conexiune directă la neutru al sursei, care la rândul său este conectată la pământ.
Pe baza combinației acestor trei litere, există tipuri de sisteme de împământare: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Ce înseamnă asta?
Într-un sistem de împământare TN, unul dintre punctele sursă (generator sau transformator) este conectat la pământ. Acest punct este de obicei punctul stea într-un sistem trifazat. Șasiul dispozitivului electric conectat este conectat la pământ prin acest punct de împământare pe partea sursă.
În imaginea de mai sus: PE - Acronim pentru Pământ de protecție este un conductor care conectează părțile metalice expuse ale instalației electrice a unui consumator la pământ. N se numește neutru. Acesta este conductorul care conectează steaua într-un sistem trifazat la pământ. Prin aceste desemnări din diagramă, este imediat clar care sistem de împământare aparține sistemului TN.
Linie neutră TN-S
Acesta este un sistem care are conductori neutru și de protecție separati în diagrama de conexiuni.
Conductorul de protecție (PE) este mantaua metalică a cablului care alimentează instalația sau un singur conductor.
Toate părțile conductoare expuse cu instalația sunt conectate la acest conductor de protecție prin borna principală a instalației.
Sistemul
TN-C-S
Aceste tipuri de sisteme de împământare în care funcțiile neutre și de protecție sunt combinate într-un singur conductor de sistem.
În sistemul de împământare neutru TN-CS, cunoscut și sub denumirea de împământare multiplă de protecție, conductorul PEN este denumit conductor combinat de neutru și de pământ.
Conductorul PEN al sistemului de alimentare este împământat în mai multe puncte, iar electrodul de împământare este situat la sau în apropierea locului de instalare al consumatorului.
Toate părțile conductoare expuse la unitate sunt conectate printr-un conductor PEN folosind borna principală de împământare și borna neutră și sunt conectate între ele.
Circuit de protecție TT
Acesta este un sistem de împământare de protecție cu un singur punct de alimentare.
Toate părțile conductoare expuse cu instalație care sunt conectate la electrodul de împământare sunt independente din punct de vedere electric de sursa de împământare.
Sistem de izolare IT
Sistem de împământare de protecție fără conexiune directă între părțile sub tensiune și pământ.
Toate părțile conductoare expuse cu instalație care sunt conectate la un electrod de împământare.
Sursa este fie conectată la masă printr-o impedanță de sistem introdusă în mod deliberat, fie izolată de masă.
Design de sisteme de protecție
Conexiunea dintre aparatele electrice și dispozitivele cu o placă de împământare sau un electrod printr-un fir gros cu rezistență scăzută pentru a asigurasiguranța se numește împământare sau împământare.
Sistemul de împământare sau de împământare din rețeaua electrică funcționează ca măsură de siguranță pentru protejarea vieții umane, precum și a echipamentelor. Scopul principal este de a oferi o rută alternativă pentru fluxurile periculoase pentru a evita accidentele cauzate de șoc electric și deteriorarea echipamentului.
Piesele metalice ale echipamentului sunt împământate sau conectate la pământ, iar dacă din orice motiv izolarea echipamentului eșuează, tensiunile în alte care pot fi prezente în stratul exterior al echipamentului vor avea o cale de descărcare la pământ. Dacă echipamentul nu este împământat, această tensiune periculoasă poate fi transmisă oricui îl atinge, ceea ce duce la electrocutare. Circuitul este finalizat și siguranța este imediat activată dacă firul sub tensiune atinge carcasa cu împământare.
Există mai multe modalități de a realiza sistemul de împământare al instalațiilor electrice, cum ar fi împământarea unui fir sau bandă, placă sau tijă, împământare prin împământare sau prin alimentare cu apă. Cele mai comune metode sunt setarea la zero și setarea de inserare.
Covoraș
Un covor de împământare este realizat prin conectarea unui număr de tije prin fire de cupru. Acest lucru reduce rezistența totală a circuitului. Aceste sisteme electrice de împământare ajută la limitarea potențialului de împământare. Covorașul de împământare este utilizat în principal în locul în care urmează să fie testat un curent maredaune.
La proiectarea unui covor de pământ, sunt luate în considerare următoarele cerințe:
- În cazul unei defecțiuni, tensiunea nu trebuie să fie periculoasă pentru o persoană atunci când atinge suprafața conductoare a echipamentului sistemului electric.
- Curentul de scurtcircuit DC care poate curge în covorașul de împământare trebuie să fie destul de mare pentru ca releul de protecție să funcționeze.
- Rezistența solului este scăzută, astfel încât curentul de scurgere poate trece prin el.
- Designul covorașului de împământare trebuie să fie astfel încât tensiunea de treaptă să fie mai mică decât valoarea admisă, care va depinde de rezistivitatea solului necesară pentru a izola instalația defectuoasă de oameni și animale.
Protecție la supracurent cu electrozi
Cu acest sistem de împământare a clădirii, orice sârmă, tijă, țeavă sau pachet de conductori este plasat orizontal sau vertical în pământ lângă obiectul de protecție. În sistemele de distribuție, electrodul de împământare poate consta dintr-o tijă de aproximativ 1 metru lungime și plasată vertical în pământ. Substațiile sunt realizate folosind un covor de pământ, nu tije individuale.
Circuit de protecție a curentului conductei
Acesta este cel mai comun și cel mai bun sistem de împământare a instalațiilor electrice în comparație cu alte sisteme potrivite pentru aceleași condiții de pământ și umiditate. În această metodă, oțelul galvanizat și o țeavă perforată cu lungimea și diametrul calculate sunt așezate vertical pe pământ constant umed, caprezentat mai jos. Dimensiunea conductei depinde de curentul curent și de tipul de sol.
De obicei, dimensiunea conductei pentru un sistem de împământare a casei este de 40 mm în diametru și 2,5 metri lungime pentru solul normal sau mai lungă pentru solul uscat și pietros. Adâncimea la care trebuie îngropată conducta depinde de conținutul de umiditate al solului. De obicei, conducta este situată la 3,75 metri adâncime. Partea inferioară a țevii este înconjurată de bucăți mici de cocs sau cărbune la o distanță de aproximativ 15 cm.
Nivelurile alternative de cărbune și sare sunt folosite pentru a crește suprafața efectivă a terenului și, astfel, a reduce rezistența. O altă țeavă cu un diametru de 19 mm și o lungime minimă de 1,25 metri este conectată în partea de sus a țevii GI printr-un reductor. Vara, umiditatea solului scade, ceea ce duce la o creștere a rezistenței pământului.
Astfel, se lucrează la o bază din beton de ciment pentru a menține apa disponibilă vara și pentru a avea teren cu parametrii de protecție necesari. Printr-o pâlnie conectată la o țeavă cu diametrul de 19 mm se pot adăuga 3 sau 4 găleți cu apă. Fie un fir de împământare GI, fie o bandă de fir GI cu secțiune transversală suficientă pentru a elimina curentul în siguranță este transportat într-o țeavă GI cu diametrul de 12 mm la o adâncime de aproximativ 60 cm de la sol.
Plăci de împământare
În acest dispozitiv de împământare, placa de împământare din cupru de 60 cm × 60 cm × 3 m și fier zincat de 60 cm × 60 cm × 6 mm este scufundată în pământ cu o suprafață verticală la o adâncime de cel puțin 3 m de la nivelul solului
Placa de protecție este introdusă în straturile auxiliare de cărbune și sare cu o grosime minimă de 15 cm. Firul de împământare (GI sau fir de cupru) este fixat strâns pe placa de masă.
Placa de cupru și firele de cupru nu sunt utilizate în mod obișnuit în circuitele de protecție din cauza costului lor mai mare.
Conexiune la pământ prin alimentare cu apă
La acest tip, firul GI sau de cupru este conectat la rețeaua de instalații sanitare cu un fir de legătură din oțel care este atașat la cablul de cupru, așa cum se arată mai jos.
Instalațiile sanitare sunt realizate din metal și sunt situate sub suprafața pământului, adică conectate direct la pământ. Fluxul de curent prin cablul GI sau de cupru este împământat direct prin instalații sanitare.
Calculul rezistenței buclei de masă
Rezistența unei singure fâșii de tijă îngropată în pământ este:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (2 x L x L / L x l)), unde:
ρ - stabilitatea solului (Ω ohm), L - lungimea benzii sau a conductorului (cm), w - lățimea benzii sau diametrul conductorului (cm), t - adâncimea de îngropare (cm).
Exemplu: Calculați rezistența benzii de masă. Sârmă cu un diametru de 36 mm și o lungime de 262 de metri la o adâncime de 500 mm în pământ, rezistența la pământ este de 65 ohmi.
R este rezistența tijei de împământare în W.
r - Rezistența la sol (ohmmetru)=65 ohmi.
Măsurarea l - lungimea tijei (cm)=262 m=26200 cm.
zi -diametrul interior al tijei (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - bandă ascunsă / adâncimea tijei (cm)=500 mm=50 cm.
Fâșia de masă/rezistența conductorului (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (log (2 x L x L / Wt))
Fâșia de masă/rezistența conductorului (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Fâșia de masă/rezistența conductorului (R) =1,7 Ohm.
Regula generală poate fi folosită pentru a calcula numărul de tije de împământare.
Rezistența aproximativă a electrozilor de tijă/țeavă poate fi calculată folosind rezistența electrozilor de tijă/țeavă:
R=K x ρ / L unde:
ρ - rezistența la pământ în ohmmetru, L - lungimea electrodului în metru, d - diametrul electrodului în contor, K=0,75 dacă 25 <L / d <100.
K=1 dacă 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L dacă 600 <L / d <300.
Numărul de electrozi, dacă găsiți formula R (d)=(1, 5 / N) x R, unde:
R (d) - rezistența necesară.
R - rezistența unui singur electrod
N - numărul de electrozi instalați în paralel la o distanță de 3 până la 4 metri.
Exemplu: calculați rezistența țevii de împământare și numărul de electrozi pentru a obține o rezistență de 1 ohm, rezistivitatea solului de la ρ=40, lungimea=2,5 metri, diametrul țevii=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78 deci K=0,75.
Rezistența electrozilor conductei R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Un electrod - rezistență - 12 Ohm.
Pentru a obține o rezistență de 1 ohm, numărul total de electrozi necesari=(1,5 × 12) / 1=18
Factori care afectează rezistența la pământ
Codul
NEC necesită o lungime minimă a electrodului de împământare de 2,5 metri pentru contactul cu masa. Dar există câțiva factori care afectează rezistența la sol a sistemului de protecție:
- Lungimea/adâncimea electrodului de masă. Dublarea lungimii reduce rezistența suprafeței cu până la 40%.
- Diametrul electrodului de masă. Dublarea diametrului electrodului de împământare reduce rezistența la sol cu doar 10%.
- Numărul de electrozi de împământare. Pentru a îmbunătăți eficiența, electrozi suplimentari sunt instalați la adâncimea electrozilor principali de împământare.
Constructia sistemelor electrice de protectie a unei cladiri rezidentiale
Structurile de pământ sunt în prezent metoda preferată de împământare, în special pentru rețelele electrice. Electricitatea urmează întotdeauna calea cu cea mai mică rezistență și deviază curentul maxim din circuit în gropile de împământare concepute pentru a reduce rezistența, în mod ideal până la 1 ohm.
Pentru a atinge acest obiectiv:
- Zona de 1,5 m x 1,5 m este săpată la o adâncime de 3 m. Gaura este umplută pe jumătate cu un amestec de pudră de cărbune, nisip și sare.
- Placa GI 500mm x 500mm x 10mm este plasată în mijloc.
- Stabiliți conexiuni între placa de împământare pentru sistemul de împământare a casei private.
- Alteleo parte din groapă este umplută cu un amestec de cărbune, nisip, sare.
- Două benzi GI de 30 mm x 10 mm pot fi folosite pentru a conecta placa de masă la suprafață, dar este de preferat o țeavă GI de 2,5" cu o flanșă în partea de sus.
- În plus, partea superioară a țevii poate fi acoperită cu un dispozitiv special pentru a preveni pătrunderea murdăriei și prafului și înfundarea țevii de împământare.
Instalarea sistemului de împământare și beneficii:
- Pudra de cărbune este un conductor excelent și previne coroziunea pieselor metalice.
- Sarea se dizolvă în apă, crescând foarte mult conductivitatea.
- Nisip permite trecerea apei prin gaură.
Pentru a verifica eficiența gropii, asigurați-vă că diferența de tensiune dintre groapă și neutrul rețelei este mai mică de 2 volți.
Rezistența gropii trebuie menținută la mai puțin de 1 ohm, distanță de până la 15 m de conductorul de protecție.
Șoc electric
Șocul electric (electrosocul) apare atunci când două părți ale corpului unei persoane intră în contact cu conductorii electrici dintr-un circuit care are potențiale diferite și creează o diferență de potențial în întregul corp. Corpul uman are rezistență, iar atunci când este conectat între doi conductori la potențial diferit, se formează un circuit prin corp și va curge curent. Când o persoană contactează doar un conductor, nu se formează niciun circuit și nu se întâmplă nimic. Când o persoană intră în contact cu conductorii circuitului, indiferent de tensiunea din el, întotdeaunaexistă o posibilitate de rănire prin electrocutare.
Evaluarea riscului de fulgere pentru clădirile rezidențiale
Unele case au mai multe șanse să atragă fulgere decât altele. Acestea cresc in functie de in altimea cladirii si de apropierea de alte case. Proximitatea este definită ca fiind de trei ori distanța de la înălțimea casei.
Pentru a determina cât de vulnerabilă este o clădire rezidențială la loviturile de fulger, puteți utiliza următoarele date:
- Risc scăzut. Reședințe private pe un singur nivel în imediata apropiere a altor case de aceeași înălțime.
- Risc mediu. O casă privată pe două niveluri, înconjurată de case cu înălțimi similare sau înconjurată de case de înălțimi mai mici.
- Risc ridicat. Case izolate care nu sunt înconjurate de alte structuri, case cu două etaje sau case cu o înălțime mai mică.
Indiferent de probabilitatea unui fulger, utilizarea corectă a componentelor importante de protecție împotriva trăsnetului va ajuta la protejarea oricărei locuințe de astfel de daune. Protecția împotriva trăsnetului și sistemele de împământare sunt necesare într-o clădire rezidențială, astfel încât lovitura de trăsnet să fie deviată către sol. Sistemul include de obicei o tijă de împământare cu o conexiune de cupru care este instalată în pământ.
Când instalați o schemă de protecție împotriva trăsnetului într-o casă, vă rugăm să urmați următoarele cerințe:
- Electrozii de împământare trebuie să aibă cel puțin jumătate de lungime de 12 mm și 2,5 m lungime.
- Conexiuni din cupru recomandate.
- Dacă amplasamentul sistemului are sol stâncos sau linii subterane de inginerie, este interzisă utilizareaelectrod vertical, este necesar doar conductorul orizontal.
- Trebuie să fie îngropat la cel puțin 50 cm de sol și să se extindă la cel puțin 2,5 m de casă.
- Sistemele de împământare a locuințelor private trebuie să fie interconectate folosind conductor de aceeași dimensiune.
- Conectorii pentru toate sistemele de conducte metalice subterane, cum ar fi conductele de apă sau gaz, trebuie să fie amplasate la 8 m de casă.
- Dacă toate sistemele au fost deja conectate înainte de instalarea protecției împotriva trăsnetului, tot ce este necesar este să legați cel mai apropiat electrod de sistemul sanitar.
Toate persoanele care locuiesc sau lucrează în clădiri rezidențiale, publice sunt în permanență în contact strâns cu sistemele și echipamentele electrice și trebuie protejate în mod fiabil de fenomenele periculoase care pot apărea din cauza scurtcircuitelor sau a tensiunilor foarte în alte de la o descărcare a fulgerului.
Pentru a obține această protecție, sistemele de împământare ale rețelei electrice trebuie proiectate și instalate în conformitate cu cerințele naționale standard. Odată cu dezvoltarea materialelor electrice, cerințele pentru fiabilitatea dispozitivelor de protecție cresc.
