Sisteme de legare la pământ: tipuri, descriere, instalare

Principalul motiv pentru nevoia de a lega la pământ în rețelele electrice este siguranța. Atunci când toate părțile metalice ale echipamentului electric sunt împământate, atunci chiar și în cazul unei izolații distruse, nu se vor crea solicitări periculoase pe carcasa acestuia și sistemele de pământ de încredere le vor împiedica.

Sarcini pentru sistemele de împământare

Principalele sarcini ale sistemelor de siguranță care funcționează pe baza principiului de legare la pământ:

1. Siguranță pentru viața umană, pentru a proteja împotriva șocurilor electrice. Oferă un mod alternativ de trecere a curentului de urgență, astfel încât să nu provoace daune utilizatorului.
2. Protecția clădirilor, a mașinilor și a echipamentelor în cazul unei căderi de tensiune, astfel încât părțile conductoare deschise ale echipamentului să nu atingă potențialul mortal.
3. Protecția la supratensiune datorată loviturilor de trăsnet, care poate conduce la tensiuni periculoase în sistemul de distribuție electrică sau la contactul neintenționat cu cele de înaltă tensiune.
4. Stabilizarea tensiunii. Există multe surse de energie electrică. Fiecare transformator poate fi privit ca o sursă separată. Acestea ar trebui să aibă un punct comun de descărcare a energiei negative. Pământul este singura astfel de suprafață conductivă pentru toate sursele de energie, deci a fost adoptată ca un standard universal pentru descărcarea curentului și a tensiunii. Dacă nu ar exista un astfel de punct comun, ar fi extrem de dificil să se asigure siguranța în sistemul energetic în ansamblu.

Cerințe pentru sistemul de împământare:

• Trebuie să aibă o cale alternativă pentru curgerea curentului periculos.
• Absența potențialului periculos pe părțile deschise ale echipamentului.
• Trebuie să aibă o impedanță redusă suficientă pentru a asigura curentul necesar prin dispozitivul de siguranță, astfel încât să se stingă puterea (<0,4 secunde).
• Trebuie să aibă o rezistență bună la coroziune.
• Trebuie să fie capabil să disipeze un curent mare de scurtcircuit.

Descrierea sistemelor de împământare

Procesul de conectare a pieselor metalice ale aparatelor electrice și a echipamentelor cu greutatea solului de către un dispozitiv metalic cu rezistență redusă se numește împământare. La împământare, piesele live ale instrumentelor sunt conectate direct la pământ. Împământarea asigură o cale de întoarcere pentru curentul de scurgere și, prin urmare, protejează echipamentul sistemului de alimentare împotriva deteriorării.

Atunci când apare o defecțiune în echipament, se formează un dezechilibru de curent în toate cele trei faze. Împământarea descarcă curentul de defect la pământ și, prin urmare, restabilește balanța de funcționare a sistemului. Aceste sisteme de protecție au mai multe avantaje, cum ar fi eliminarea supratensiunii prin descărcarea la sol. Împământarea asigură siguranța echipamentului și îmbunătățește fiabilitatea serviciului.

Metoda de anulare

Zeroing înseamnă conectarea părții transportoare a echipamentului la sol. Atunci când apare o defecțiune în sistem, se creează un potențial periculos pe suprafața exterioară a echipamentului, iar orice persoană sau animal care atinge accidental suprafața poate provoca un șoc electric. Zeroarea reseta curenții periculoși la sol și, prin urmare, neutralizează impactul actual.

De asemenea, protejează echipamentul împotriva loviturilor de trăsnet și oferă o cale de evacuare a descărcătorilor de supratensiune și a altor dispozitive de stingere. Acest lucru se realizează prin conectarea pieselor instalației la masă cu un conductor de împământare sau un electrod în contact strâns cu solul situat la o anumită distanță sub nivelul solului.

Diferența dintre pământ și zero

Una dintre principalele diferențe între legarea la pământ și zero este că atunci când împământarea părții conductoare purtătoare este conectată la sol, atunci când instrumentul este legat la pământ, suprafața dispozitivelor este conectată la sol. Alte diferențe dintre acestea sunt explicate mai jos sub forma unui tabel comparativ.

Tabela de comparare

Sârmă de protecție TN

Aceste tipuri de sisteme de împământare au unul sau mai multe puncte direct împământate de la sursa de alimentare. Deschiderea părților conductive ale instalației este conectată la aceste puncte folosind conductori de protecție.

În practica mondială se folosește un cod din două litere.

Scrisori utilizate:

• T (cuvântul francez Terre înseamnă "pământ") - o legătură directă a punctului cu solul.
• I - nici un punct nu este conectat la sol datorită impedanței mari.
• N - conexiune directă la sursa neutră, care, la rândul său, este conectată la sol.

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 legare la pământ tip TN, unul dintre punctele sursă (generator sau transformator) este conectat la masă. Acest punct este, de obicei, un punct de vârf într-un sistem trifazic. Carcasa dispozitivului electric conectat este conectată la sol prin intermediul acestui punct de împământare de pe partea sursei.

În figura de mai sus: PE - Acronimul pentru Protecția Pământului este un conductor care conectează părțile metalice expuse ale instalației electrice a consumatorului la sol. N este numit neutru. Este un conductor care conectează o stea într-un sistem trifazat cu sol. Cu aceste denumiri în diagramă, este clar imediat ce sistem de legare la pământ este legat de sistemul TN.

Linia neutră TN-S

Acesta este un sistem care are conductori independenți și protectori separați în schema de instalare electrică.

Conductorul de protecție (PE) este o acoperire metalică a cablului, a centralei electrice sau a unui conductor separat.

Toate piesele conductive deschise cu instalația sunt conectate la acest conductor de protecție prin terminalul principal al instalației.

Sistemul TN-C-S

Acestea sunt tipuri de sisteme de împământare în care funcțiile neutre și de protecție sunt combinate într-un sistem de conductori.

În sistemul de împământare neutru TN-CS, cunoscut și sub numele de Protecție multiplă de împământare, conductorul PEN este numit conductorul integrat al pieselor neutre și împământate.

Conductorul PEN al sistemului de alimentare este legat la pământ în mai multe puncte, iar electrodul de la sol este amplasat la sau în apropierea locului de instalare al utilizatorului.

Toate părțile conductoare deschise cu instalația sunt conectate printr-un conductor PEN cu borna principală de masă și terminalul neutru și sunt conectate una la cealaltă.

Circuitul de protecție TT

Acesta este un sistem de protecție la pământ care are un punct de sursă de energie.

Toate părțile conductive deschise cu o instalație care sunt conectate la un electrod împământat nu sunt dependente de sursa pământului.

Sistem de izolare IT

Un sistem de legare la pământ de protecție care nu are o legătură directă între piesele sub tensiune și sol.

Toate părțile conductive deschise cu o instalație care sunt conectate la un electrod împământat.

Proiectarea sistemelor de protecție

Legătura dintre aparatele electrice și dispozitivele cu o placă de împământare sau electrod printr-o sârmă groasă, cu rezistență scăzută pentru siguranță, se numește împământare sau zero.

Sistemul de împământare sau de zero în rețeaua electrică funcționează ca măsură de siguranță pentru protejarea vieții oamenilor, precum și a echipamentelor. Obiectivul principal este acela de a oferi un mod alternativ de trecere a fluxurilor periculoase, astfel încât accidentele să poată fi evitate din cauza șocurilor electrice și a deteriorării echipamentelor.

Părțile metalice ale echipamentului sunt împământate sau conectate la pământ și dacă, din orice motiv, izolarea echipamentului nu funcționează, atunci tensiunile mari care pot apărea în stratul exterior al echipamentului vor avea o cale către pământ. Dacă echipamentul nu este împământat, această tensiune periculoasă poate fi transmisă oricui îl atinge, ceea ce va duce la șoc electric. Circuitul se închide și siguranța se declanșează imediat dacă firul de transport curent atinge carcasa împământată.

Există mai multe moduri de a implementa sistemul de legare la pământ al instalațiilor electrice, cum ar fi legarea la pământ a unui fir sau a unei benzi, a unei plăci sau a unei tije, împământarea prin zero sau printr-o conductă de apă. Cele mai obișnuite metode sunt dispozitivul de zero și placă.

Mata de împământare

Un covor de împământare este realizat prin combinarea numărului de tije prin fire de cupru. Aceasta reduce rezistența totală a circuitului. Aceste sisteme electrice de împământare ajută la limitarea potențialului pământului. Un covor de pământ este folosit în principal într-un loc unde trebuie testat un curent de defect mare.

La proiectarea matriței de împământare se iau în considerare următoarele cerințe:

1. În cazul unei defecțiuni, tensiunea nu ar trebui să fie periculoasă pentru o persoană când atinge suprafața conductivă a echipamentului sistemului electric.
2. Curentul de scurtcircuit constant care poate curge în matrița de la sol trebuie să fie destul de mare pentru funcționarea releului de protecție.
3. Rezistența la sol este scăzută, astfel încât curentul de scurgere să curgă prin acesta.
4. Designul covorului de împământare trebuie să fie astfel încât tensiunea pasului să fie mai mică decât valoarea permisă, care va depinde de rezistența specifică a solului necesară pentru izolarea instalației defectuoase de la oameni și animale.

Protecția împotriva contra-curentului prin electrozi

Cu un astfel de sistem de împământare a construcției, orice sârmă, tija, țeavă sau fascicul de conductori sunt plasate orizontal sau vertical în solul de lângă obiectul de protecție. În sistemele de distribuție, electrodul de împământare poate consta dintr-o tija cu lungimea de aproximativ 1 metru și poate fi poziționată într-o poziție verticală în pământ. La fabricarea stațiilor electrice, se utilizează un strat de acoperire, nu tije individuale.

Circuitul de protecție a tubului

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 sol și umiditate. În această metodă, oțelul zincat și o conductă perforată cu lungimea și diametrul calculat sunt aranjate vertical pe un sol umed permanent, după cum se arată mai jos. Dimensiunea țevii depinde de curentul curent și de tipul de sol.

De obicei, dimensiunea conductei pentru sistemul de împământare al casei este de 40 mm în diametru și de 2,5 metri lungime pentru solul obișnuit sau mai mult în cazul pământului uscat și pietros. Adâncimea la care trebuie să fie îngropată conducta depinde de conținutul de umiditate al solului. De obicei conducta este situată la o adâncime de 3,75 metri. Partea inferioară a țevii este înconjurată de mici bucăți de cocs sau cărbune la o distanță de aproximativ 15 cm.

Nivelurile alternative de cărbune și sare sunt folosite pentru a mări suprafața efectivă a pământului și, prin urmare, pentru a reduce rezistența. O altă conductă cu un diametru de 19 mm și o lungime minimă de 1,25 metri este conectată la partea superioară a țevii GI printr-un reductor. În timpul verii, umiditatea solului scade, ceea ce duce la o creștere a rezistenței la pământ.

Astfel, operația efectuată pe bază de beton de ciment pentru a menține disponibilitatea apei în timpul verii și au teren cu parametrii de siguranță necesare. O pâlnie conectată cu un diametru de 19 mm, este posibil să se adauge trei sau patru găleți de apă. Firul de împământare, sau GI, benzi GI sau sârmă cu suficientă secțiune transversală pentru îndepărtarea sigură a curentului este transferat la tubul GI de 12 mm diametru, la o adâncime de aproximativ 60 cm de la sol.

Împământarea plăcii

În acest dispozitiv, sistemul de împământare al plăcii de împământare de cupru având dimensiunile de 60 cm x 60 cm x 3 m și 60 cm fier galvanizat x 60 cm x 6 mm este cufundat în sol, cu o suprafață verticală, la o adâncime de cel puțin 3 m de la nivelul solului

Placa de protecție este introdus în cărbune straturi auxiliare și săruri cu o grosime minimă de 15 cm. Conductorul (GI sau sârmă de cupru) este ferm fixat de placa de împământare.

Placa de cupru și firul de cupru nu sunt utilizate, de obicei, în circuitele de protecție datorită costului lor mai mare.

Conectați solul printr-o conductă de apă

În acest tip, conducta GI sau cupru este conectată la rețeaua de alimentare cu apă printr-un cablu de legătură din oțel care este fixat pe conducta de cupru, după cum se arată mai jos.

Conducta de apă constă din metal și este situată sub suprafața pământului, adică conectată direct la sol. Debitul de curent prin conducta GI sau cupru este legat direct prin conducta de apă.

Calcularea rezistenței bucla de la sol

Rezistența unei singure benzi îngropate în pământ este:

R = 100xrho- / 2 × 3,14 × L (loge (2 x L x L / L xt)), unde:

- stabilitatea solului (Omega-om);

L este lungimea benzii sau a conductorului (cm),

w - lățimea unei benzi sau diametrul unui conductor (cm);

t este adâncimea de îngropare (cm).

Exemplu: Calculați rezistența benzii de împământare. Un fir de 36 mm în diametru, cu o lungime de 262 metri la o adâncime de 500 mm în sol, rezistența la pământ este de 65 Ohm.

R este rezistența tijei de împământare din W.

r - Rezistența la sol (Ohmeter) = 65 Ohm.

Meter l - lungimea tijei (cm) = 262 m = 26200 cm.

d - diametrul interior al tijei (cm) = 36 mm = 3,6 cm.

h este adâncimea benzii / tijei ascunse (cm) = 500 mm = 50 cm.

Rezistența la sol / conductor (R) = rho- / 2 x 3,14 x L (loge (2 x L x L / Wt))

Rezistența benzii / conductorului de împământare (R) = 65/2 × 3,14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3,6 × 50)

Rezistența benzii / conductorului de împământare (R) = 1,7 Ohmi.

Pentru a calcula numărul de tije de împământare, puteți aplica regula degetelor.

Rezistența aproximativă a electrozilor Rod / Pipe poate fi calculată utilizând rezistența electrozilor tijă / tub:

R = K x rho- / L, unde:

rho- este rezistența pământului în Ohmmetru,

L este lungimea electrodului din contor,

d este diametrul electrodului din contor,

K = 0,75, dacă 25

K = 1 dacă 100

K = 1,2 o / L, dacă este 600

Numărul de electrozi, dacă se găsește formula R (d) = (1,5 / N) x R, unde:

R (d) este rezistența necesară.

R este rezistența unui singur electrod

N - numărul de electrozi instalați în paralel la o distanță de 3 până la 4 metri.

Exemplu: calculați rezistența tubului de împământare și numărul de electrozi pentru a obține o rezistență de 1 Ohm, rezistența solului de la rho = 40, lungimea = 2,5 metri, diametrul țevii = 38 mm.

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

Rezistența electrozilor țevilor R = K x rho- / L = 0,75 x 65,78 = 12 Ω

Un singur electrod - rezistență - 12 Ohm.

Pentru a obține o rezistență de 1 ohm, numărul total de electrozi necesari este = (1,5 × 12) / 1 = 18

Factorii care afectează rezistența pământului

Codul NEC necesită o lungime minimă de 2,5 metri de electrodul de împământare pentru a intra în contact cu solul. Dar există unii factori care afectează rezistența Pământului la sistemul de protecție:

1. Lungimea / adâncimea electrodului de la sol. Creșterea lungimii dublează rezistența suprafeței la 40%.
2. Diametrul electrodului de la sol. O creștere dublă a diametrului electrodului de împământare reduce rezistența la sol cu ​​numai 10%.
3. Numărul de electrozi de împământare. Pentru a crește eficiența, se instalează electrozi suplimentari la adâncimea principalelor electrozi de împământare.

Construcția sistemelor electrice de protecție ale unei clădiri rezidențiale

În prezent, lucrările de terasament reprezintă metoda preferată de împământare, în special pentru rețelele electrice. Electricitatea urmează întotdeauna calea cu cea mai mică rezistență și trage curentul maxim din circuit către gropile de sol proiectate pentru a reduce rezistența, în mod ideal până la 1 ohm.

Pentru a atinge acest obiectiv:

1. Suprafața de 1,5 mx 1,5 m este excavată la o adâncime de 3 m. Groapa este jumătate umplută cu un amestec de pulbere de cărbune, nisip și sare.
2. Placa GI de 500 mm x 500 mm x 10 mm este așezată în mijloc.
3. Stabiliți conexiuni între placa de bază pentru sistemul de sol al casei private.
4. Restul carierei este umplut cu un amestec de cărbune, nisip, sare.
5. Pentru a conecta placa de împământare la o suprafață de două benzi GI poate fi utilizat cu o secțiune transversală de 30 mm x 10 mm, dar este, de preferință, o țeavă GI 2,5 inch cu o flanșă în partea superioară.
6. În plus, partea superioară a țevii poate fi acoperită cu un dispozitiv special pentru a împiedica pătrunderea murdăriei, a prafului și înfundarea țevii de împământare.

Instalarea sistemului de împământare și avantaje:

1. Carbune de praf este un excelent conductor și previne coroziunea părților metalice.
2. Sarea se dizolvă în apă, ceea ce crește foarte mult conductivitatea.
3. Nisipul permite ca apa să treacă prin întreaga groapă.

Pentru a verifica eficiența căminului, asigurați-vă că diferența de tensiune dintre groapă și neutrul sursei de alimentare este mai mică de 2 volți.

Rezistența la groapă trebuie menținută la un nivel mai mic de 1 ohm, la o distanță de până la 15 m de conductorul de protecție.

Șoc electric

Șocul electric (șoc electric) apare atunci când două părți ale corpului persoanei intră în contact cu conductorii electrici ai circuitului, care au potențiale diferite și creează o diferență de potențial în întregul corp. Corpul uman are rezistență și atunci când este conectat între doi conductori la potențiale diferite, lanțul este format prin corp și curentul va curge. Când o persoană contactează un singur dirijor, lanțul nu se formează și nu se întâmplă nimic. Când o persoană intră în contact cu conductorii circuitului, indiferent de tensiunea, există întotdeauna o posibilitate de rănire din cauza curentului electric.

Riscul unei lovituri de trăsnet pentru clădirile rezidențiale

Unele case au o probabilitate mai mare de a atrage fulgere decât altele. Ele cresc în funcție de înălțimea clădirii și de apropierea de alte case. Proximitatea este definită ca o distanță triplă de înălțimea casei.

Pentru a determina cât de vulnerabilă este casa de locuit la fulgere, puteți folosi astfel de date:

1. Risc scăzut. Case de locuit private la un nivel, în imediata apropiere a altor case de înălțime egală.
2. Riscul mediu. O casă privată pe două nivele, înconjurată de case cu înălțimi similare sau înconjurată de case de înălțimi mai mici.
3. 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 unei lovituri de trăsnet, utilizarea corectă a componentelor importante de protecție împotriva trăsnetelor va ajuta la protejarea oricărei locuințe rezidențiale de astfel de daune. Sisteme de protecție împotriva fulgerelor și este necesară împământarea în clădirea rezidențială, astfel încât lovitura de trăsnet să fie luată la sol. Sistemul include în mod obișnuit o bară cu împământare cu o conexiune de cupru instalată în sol.

Când instalați circuitul de protecție la trăsnet în casă, respectați următoarele cerințe:

1. Electrozii de la sol trebuie să aibă o lungime de cel puțin jumătate de 12 mm și o lungime de 2,5 m.
2. Se recomandă utilizarea conexiunilor din cupru.
3. Dacă pe locul instalației există pământ de piatră sau se află linii de inginerie subterană, este interzisă utilizarea unui electrod vertical, este necesar doar un conductor orizontal.
4. Trebuie să fie încastrat la o distanță de cel puțin 50 cm față de sol și să se extindă la cel puțin 2,5 m de casă.
5. Sistemele de împământare ale unei case particulare ar trebui să fie interconectate folosind un conductor de aceeași dimensiune.
6. Conectorii pentru toate sistemele subterane ale conductelor metalice, cum ar fi conductele de apă sau conductele de gaz, ar trebui amplasate la mai puțin de 8 metri de casă.
7. Dacă toate sistemele au fost deja conectate înainte de instalarea protecției împotriva trăsnetelor, este necesar doar legarea celui mai apropiat electrod de sistemul de alimentare cu apă.

Toate persoanele care locuiesc sau lucrează în clădiri rezidențiale și publice sunt în mod constant în strânsă legătură cu sistemele și echipamentele electrice, și trebuie să fie protejate împotriva pericolelor care pot apărea din cauza unui scurt-circuit sau o tensiune foarte mare de fulgere.

Pentru a realiza această protecție, sistemele electrice de împământare a rețelelor electrice trebuie proiectate și instalate în conformitate cu cerințele standard de stare. Odată cu dezvoltarea materialelor electrotehnice, cerințele pentru fiabilitatea dispozitivelor de protecție cresc.