Заземителни системи: видове, описание, инсталация

Основната причина за необходимостта от заземяване в електрическите мрежи е безопасността. Когато всички метални части на електрическото оборудване са заземени, дори и в случай на счупена изолация няма да се създадат опасни напрежения върху корпуса му и надеждни заземяващи системи ще ги предотвратят.

Задачи за заземяващи системи

Основните задачи на системите за безопасност, работещи на принципа на заземяване:

1. Безопасност за човешкия живот, за да се предпази от токов удар. Предоставя алтернативен начин за преминаване на аварийния ток, така че да не причинява увреждане на потребителя.
2. Защита на сгради, машини и оборудване в случай на прекъсване на захранването, така че отворените проводящи части на оборудването да не достигат до смъртоносен потенциал.
3. Защита от свръхнапрежение вследствие на удар от мълния, което може да доведе до опасни високи напрежения в електроразпределителната система или до непреднамерен човешки контакт с линии с високо напрежение.
4. Стабилизиране на напрежението. Има много източници на електроенергия. Всеки трансформатор може да се разглежда като отделен източник. Те трябва да имат обща точка за изхвърляне на отрицателна енергия. Земята е единствената такава проводяща повърхност за всички енергийни източници, така че тя е приета като универсален стандарт за изпускане на ток и напрежение. Ако няма такава обща точка, би било изключително трудно да се гарантира безопасността в енергийната система като цяло.

Изисквания към заземяващата система:

• Трябва да има алтернативен път за протичането на опасен ток.
• Липса на опасен потенциал върху отворени токови части на оборудването.
• Трябва да има нисък импеданс, достатъчен да осигури необходимия ток през предпазното устройство, така че да изключи захранването (<0.4 секунди).
• Трябва да има добра устойчивост на корозия.
• Той трябва да може да разсее голям ток на късо съединение.

Описание на заземителните системи

Процесът на свързване на метални части на електрически апарати и оборудване със земно тегло от метално устройство с малко съпротивление се нарича заземяване. При заземяване живите части на инструментите са директно свързани към земята. Заземяването осигурява път за връщане на тока за утечка и, следователно, предпазва електрозахранването от повреда.

Когато възникне неизправност в оборудването, се образува дисбаланс на тока във всичките три фази. Заземяването освобождава тока на повреда към земя и следователно възстановява баланса на работата на системата. Тези защитни системи имат няколко предимства, като елиминиране на свръхнапрежението чрез изхвърлянето му на земята. Заземяването осигурява безопасност на оборудването и подобрява надеждността на обслужването.

Метод на анулирането

"Нулиране" означава свързване на носещата част на оборудването със земята. При възникване на неизправност в системата, върху външната повърхност на оборудването се създава опасен потенциал и всяко лице или животно, които случайно докосват повърхността, могат да получат токов удар. Отстраняването на нулата възстановява опасните токове на земята и следователно неутрализира текущото въздействие.

Той също така предпазва оборудването от удари от мълнии и осигурява път на оттичане от предпазители от пренапрежение и други пожарогасителни устройства. Това се постига чрез свързване на растителните части към земята с помощта на заземяващ проводник или електрод в тясна връзка с почвата, разположена на известно разстояние под нивото на земята.

Разликата между заземяване и нулиране

Една от основните разлики между заземяването и нулирането е, че когато заземяването на проводящата част на носача е свързано със земята, докато когато инструментът е заземен, повърхността на устройствата е свързана към земята. Други различия между тях са обяснени по-долу под формата на сравнителна таблица.

Сравнителна таблица

Защитни жици TN

Тези видове заземяващи системи имат една или повече директно заземени точки от източника на захранване. Отворените проводящи части на централата са свързани към тези точки с помощта на защитни проводници.

В световната практика се използва двубуквен код.

Използвани букви:

• T (френската дума Terre означава "земя") - директна връзка на точката към земята.
• Аз - няма точка е свързана към земята поради висок импеданс.
• N - директно свързване към неутралния източник, което от своя страна е свързано със земята.

Въз основа на комбинацията от тези три букви съществуват видове системи за заземяване: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Какво означава това?

При TN заземителна система, една от източниците (генератор или трансформатор) е свързана към земята. Тази точка обикновено е звезда в трифазна система. Корпусът на свързаното електрическо устройство се свързва със земята през тази точка на заземяване от страната на източника.

На фигурата по-горе: PE - Акронимът за Protective Earth е проводник, който свързва откритите метални части на електрическата инсталация на потребителя със земята. N се нарича неутрално. Това е проводник, свързващ звезда в трифазна система със земята. С тези обозначения в диаграмата веднага става ясно коя заземяваща система е свързана с TN системата.

Неутралната линия TN-S

Това е система, която има отделни неутрални и защитни проводници в цялата електрическа инсталация.

Защитният проводник (РЕ) е метално покритие на кабела, електроцентрала или отделен проводник.

Всички отворени проводящи части с инсталацията са свързани към този защитен проводник през главния терминал на инсталацията.

TN-C-S система

Това са видове системи за заземяване, в които се комбинират неутрални и защитни функции в една проводна система.

В неутралната заземителна система TN-CS, известна още като Защитно многократно заземяване, PEN проводникът се нарича интегриран проводник на неутралните и заземени части.

Пневматичният проводник на електроенергийната система е заземен в няколко точки и наземният електрод е разположен в или близо до мястото на инсталиране на потребителя.

Всички отворени проводящи части с инсталацията се свързват чрез PEN проводник с основния заземяващ терминал и неутралния терминал и са свързани една с друга.

Защитна верига TT

Това е защитна заземителна система, която има една точка на енергиен източник.

Всички отворени проводящи части с инсталация, които са свързани към заземен електрод, не са електрически зависими от източника на земята.

Изолационна система ИТ

Защитна заземителна система, която няма директна връзка между подземните части и земята.

Всички отворени проводящи части с инсталация, които са свързани към заземен електрод.

Проектиране на защитни системи

Връзката между електрически уреди и устройства със заземяваща плоча или електрод през дебела тел с ниско съпротивление за безопасност се нарича заземяване или нулиране.

Системата за заземяване или нулиране в електрическата мрежа работи като мярка за безопасност за защита на живота на хората, както и на оборудването. Основната цел е да се осигури алтернативен начин за преминаване на опасни потоци, така че инцидентите да бъдат избегнати поради токов удар и повреда на оборудването.

Металните части на оборудването са заземени или свързани със земята и ако по някаква причина изолацията на оборудването не работи, тогава високите напрежения, които могат да присъстват във външното покритие на оборудването, ще имат път към земята. Ако оборудването не е заземено, това опасно напрежение може да се предава на всеки, който го докосва, което ще доведе до токов удар. Ключът се затваря и предпазителят незабавно се задейства, ако текущият носещ проводник докосне заземения корпус.

Има няколко начина за въвеждане на заземителната система на електрическите инсталации, като например заземяване на тел или лента, плоча или пръчка, заземяване чрез нулиране или чрез водопровода. Най-често срещаните методи са нулиране и устройство за плоча.

Заземителна мат

Заземителна мат е направена чрез комбиниране на броя на пръчките с медни проводници. Това намалява общото съпротивление на веригата. Тези електрически наземни системи помагат за ограничаване на потенциала на земята. Наземна подложка се използва главно в място, където трябва да се тества голям ток на повреда.

При проектирането на заземителната подложка се вземат предвид следните изисквания:

1. В случай на повреда, напрежението не трябва да бъде опасно за човек, когато докосва проводящата повърхност на оборудването на електрическата система.
2. Константният ток на късо съединение, който може да попадне в земята, трябва да бъде доста голям за работата на защитното реле.
3. Наземното съпротивление е ниско, така че течният ток преминава през него.
4. Дизайнът на заземителната подложка трябва да бъде такъв, че стъпковото напрежение да е по-малко от допустимата стойност, което ще зависи от специфичното съпротивление на почвата, необходимо за изолиране на дефектната инсталация от хора и животни.

Електронна противопоточна защита

С такава система за заземяване на сградата всеки тел, пръчка, тръба или сноп проводници се поставят хоризонтално или вертикално в земята до защитния обект. В разпределителните системи наземният електрод може да се състои от пръчка с дължина около 1 метър и да бъде разположена в изправено положение в земята. При производството на подстанции се използва наземна подложка, а не отделни пръти.

Клема за защита на тръбите

Това е най-често срещаната и най-добра система за заземяване на електрическите инсталации в сравнение с други системи, подходящи за същите условия на земя и влага. При този метод, поцинкована стомана и перфорирана тръба с изчислена дължина и диаметър са разположени вертикално на трайно влажна почва, както е показано по-долу. Размерът на тръбата зависи от текущия ток и вида на почвата.

Обикновено размерът на тръбата за заземяващата система на къщата е с диаметър 40 мм и дължина 2,5 м за обикновена почва или по-дълго при суха и камениста почва. Дълбочината, в която тръбата трябва да бъде погребана, зависи от съдържанието на влага в земята. Обикновено тръбата се намира на дълбочина 3,75 метра. Дъното на тръбата е заобиколено от малки парчета кокс или въглен на разстояние около 15 см.

Алтернативните нива на въглища и сол се използват за увеличаване на ефективната площ на земята и съответно за намаляване на съпротивлението. Друга тръба с диаметър 19 мм и минимална дължина от 1,25 м е свързана в горната част на тръбата GI чрез редуктор. През лятото влагата на почвата намалява, което води до увеличаване на земното съпротивление.

По този начин се работи върху цимент бетон основа за поддържане на наличието на вода през лятото и да има земя с необходимите защитни параметри. Чрез фуния, свързана с тръба с диаметър 19 мм, можете да добавите 3 или 4 кофи вода. Заземеният проводник GI или GI проводникът с достатъчно напречно сечение за безопасно отстраняване на тока се прехвърля в стоманена тръба с диаметър 12 mm на дълбочина около 60 cm от земята.

Заземяване на плочата

В това устройство, системата заземяване на мед заземяване плоча с размери 60 cm х 60 cm х 3 м и 60 см поцинкована стомана х 60 см х 6 mm се потапят в земята с вертикална повърхност на дълбочина от не по-малко от 3 м от нивото на земята

Защитната плоча се вкарва в помощни слоеве от въглен и сол с минимална дебелина 15 см. Заземяващият проводник (GI или медна жица) е здраво закрепен към плочата.

Медната плоча и медната тел обикновено не се използват в защитни вериги поради по-високата им цена.

Свързване на земята през водна тръба

При този тип, медният проводник или медният проводник е свързан към водопроводната мрежа с стоманена тел, фиксирана към меден проводник, както е показано по-долу.

Водната тръба се състои от метал и се намира под повърхността на земята, т.е. директно свързана със земята. Потокът на ток през GI или медния проводник директно се заземи през водопровода.

Изчисляване на съпротивлението на земната верига

Съпротивата на една ивица пръчка, заровена в земята, е:

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

rho- - стабилност на почвата (Omega-om),

L е дължината на лентата или проводника (cm),

w - широчина на лентата или диаметър на проводник (cm),

t е дълбочината на погребението (см).

Пример: Изчислете съпротивлението на заземяващата лента. Проводник с диаметър 36 мм с дължина 262 метра на дълбочина 500 мм в земната повърхност, съпротивлението на земната повърхност е 65 ома.

R е съпротивлението на заземяващия прът в W.

r - Съпротивление на земната повърхност (Омметър) = 65 Ohm.

Метър l - дължина на пръта (cm) = 262 m = 26200 cm.

d - вътрешен диаметър на пръта (cm) = 36 mm = 3.6 cm.

h е дълбочината на скритата лента / пръчка (cm) = 500 mm = 50 cm.

Съпротивление на земята / проводника (R) = rho- / 2 х 3.14 х L (лого (2 х L x L / Wt))

Съпротивление на земната ивица / проводник (R) = 65/2 × 3.14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3.6 × 50)

Устойчивост на земната ивица / проводник (R) = 1.7 Ома.

За да изчислите броя на заземяващите пръти, можете да приложите правилото за палеца.

Приблизителното съпротивление на електродите Rod / Pipe може да се изчисли, като се използва съпротивлението на прътите / тръбните електроди:

R = Kx rho- / L, където:

rho- е съпротивлението на земята в омметъра,

L е дължината на електрода в метъра,

d е диаметърът на електрода в метъра,

К = 0,75, ако е 25

К = 1, ако е 100

K = 1,2 o / L, ако е 600

Броят на електродите, ако се намери формулата R (d) = (1.5 / N) x R, където:

R (d) е изискваната съпротива.

R е съпротивлението на един електрод

N - броят паралелно инсталирани електроди на разстояние от 3 до 4 метра.

Пример: изчислете съпротивлението на заземяващата тръба и броя на електродите, за да получите съпротивление от 1 Ohm, съпротивлението на почвата от rho = 40, дължина = 2,5 метра, диаметър на тръбата = 38 мм.

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

Устойчивост на тръбните електроди R = K x rho- / L = 0,75 х 65,78 = 12 Ω

Един електрод - устойчивост - 12 Ohm.

За да се получи съпротивление от 1 ом, общият брой на необходимите електроди е = (1,5 × 12) / 1 = 18

Фактори, влияещи върху устойчивостта на земята

Кодът на NEC изисква минимална дължина от 2,5 метра на заземен електрод за контакт с почвата. Но има някои фактори, които влияят върху устойчивостта на Земята към защитната система:

1. Дължина / дълбочина на наземния електрод. Увеличаването на дължината удвоява съпротивлението на повърхността до 40%.
2. Диаметърът на наземния електрод. Удвоеното нарастване на диаметъра на земния електрод намалява съпротивлението на земята само с 10%.
3. Брой заземяващи електроди. За да се увеличи ефективността, допълнителни електроди се монтират на дълбочина на главните заземяващи електроди.

Изграждане на защитни електрически системи на жилищна сграда

Понастоящем земните работи са предпочитаният метод за заземяване, особено за електрическите мрежи. Електричеството винаги следва пътя на най-малко съпротивление и черпи максималния ток от веригата към земните ями, проектирани да намалят съпротивлението, в идеалния случай до 1 ом.

За да постигнете тази цел:

1. Площта от 1.5 мх 1.5 м е изкопана до дълбочина 3 м. Ямката е наполовина напълнена със смес от прах от въглен, пясък и сол.
2. Плочата GI 500 мм х 500 мм х 10 мм се поставя в средата.
3. Установете връзки между плочата за заземяване на частната къща.
4. Останалата част от ямата е изпълнена със смес от въглища, пясък, сол.
5. Две GI ленти с напречно сечение от 30 мм х 10 мм могат да се използват за свързване на плочата към повърхността, но се препоръчва използването на 2.5 "GI тръба с фланец отгоре.
6. В допълнение, горната част на тръбата може да бъде покрита със специално устройство, за да се предотврати проникването на мръсотия и прах и запушване на земната тръба.

Монтаж на система за заземяване и предимства:

1. Прахът от въглен е отличен проводник и предотвратява корозията на металните части.
2. Солта се разтваря във вода, което значително увеличава проводимостта.
3. Пясъкът позволява водата да преминава през цялата яма.

За да проверите ефективността на ямата, уверете се, че разликата в напрежението между ямата и неутрала на захранването е по-малка от 2 волта.

Съпротивлението на ямата трябва да се поддържа на ниво, по-малко от 1 ом, на разстояние до 15 м от защитния проводник.

Електрически удар

Електрически удар (електрически шок) възниква, когато две части на тялото на човек влязат в контакт с електрическите проводници на веригата, която има различни потенциали и създава потенциална разлика в тялото. Човешкото тяло има съпротивление, а когато е свързано между два проводника с различни потенциали, веригата се формира през тялото и токът ще тече. Когато човек контактува само с един диригент, веригата не се образува и нищо не се случва. Когато човек дойде в контакт с проводниците на веригата, независимо от напрежението, винаги има възможност за нараняване от електрическия ток.

Рискът от удар от мълния за жилищни сгради

Някои домове са по-склонни да привличат светкавици от други. Те се увеличават в зависимост от височината на сградата и близостта до други къщи. Близостта се определя като тройно разстояние от височината на къщата.

За да определите колко уязвима е жилищната къща за удари от мълнии, можете да използвате такива данни:

1. Нисък риск. Едноетажни частни жилищни сгради в непосредствена близост до други къщи с еднаква височина.
2. Средният риск. Къща на две нива, заобиколена от къщи с подобни височини или заобиколена от къщи с по-малки височини.
3. Висок риск. Изолирани къщи, които не са заобиколени от други сгради, двуетажни къщи или къщи с по-малка височина.

Независимо от вероятността от удар от мълния, правилното използване на важни компоненти за защита от мълнии ще помогне да се предпази всяка жилищна сграда от подобни щети. Системи за защита от мълнии и заземяването е необходимо в жилищната сграда, така че ударът да бъде взето на земята. Системата обикновено включва заземен прът с медна връзка, който е монтиран в земята.

Когато инсталирате веригата за защита от мълнии в къщата, изпълнете следните изисквания:

1. Заземите електроди трябва да са с дължина най-малко половин 12 mm и дължина 2,5 m.
2. Препоръчва се използването на медни връзки.
3. Ако на площадката на системата има камениста почва или се намират инженерни подземни линии, използването на вертикален електрод е забранено, изисква се само хоризонтален проводник.
4. Тя трябва да бъде вдлъбната на разстояние най-малко 50 см от земята и да се простира не по-малко от 2,5 м от къщата.
5. Системите за заземяване на частна къща трябва да бъдат свързани помежду си с помощта на проводник със същия размер.
6. Конекторите за всички подземни системи на метални тръбопроводи, като водопроводи или газови тръби, трябва да бъдат разположени на 8 метра от къщата.
7. Ако всички инсталации вече са били свързани преди монтирането на мълниезащита, е необходимо само да свържете най-близкия електрод към системата за водоснабдяване.

Всички хора, които живеят или работят в жилищни и обществени сгради са постоянно в близък контакт с електрическите системи и оборудване и трябва да бъдат защитени от опасности, които могат да възникнат в резултат на късо съединение или много високо напрежение от мълния.

За да се постигне тази защита, електрическите заземяващи системи на електрическите мрежи трябва да бъдат проектирани и инсталирани в съответствие със стандартните изисквания за състояние. С развитието на електротехническите материали се увеличават изискванията за надеждност на защитните устройства.