Hlavním důvodem potřeby uzemnění v elektrických sítích je bezpečnost. Když jsou všechny kovové části elektrického zařízení uzemněny, pak ani v případě porušení izolace nevznikne na pouzdru nebezpečného napětí, bude mu zabráněno spolehlivými uzemňovacími systémy.
Úkoly pro uzemňovací systémy
Hlavní úkoly bezpečnostních systémů fungujících na principu uzemnění:
- Bezpečnost lidského života za účelem ochrany před úrazem elektrickým proudem. Poskytuje alternativní cestu pro nouzový proud, aby nedošlo k poškození uživatele.
- Ochrana budov, strojů a zařízení během výpadku proudu tak, aby nechráněné vodivé části zařízení nedosáhly smrtelného potenciálu.
- Ochrana před přepětím v důsledku úderu blesku, které může vést k nebezpečnému vysokému napětí v elektrické distribuční soustavě nebo před neúmyslným lidským dotykem s vedením vysokého napětí.
- Stabilizace napětí. Zdrojů elektřiny je mnoho. Každý transformátor lze považovat za samostatný zdroj. Musí mít k dispozici společný záporný resetovací bod.energie. Země je jediným takovým vodivým povrchem pro všechny zdroje energie, proto byla přijata jako univerzální standard pro odbourávání proudu a napětí. Bez takového společného bodu by bylo extrémně obtížné zajistit bezpečnost v energetické soustavě jako celku.
Požadavky na pozemní systém:
- Musí mít alternativní cestu, aby mohl protékat nebezpečný proud.
- Žádný nebezpečný potenciál na exponovaných vodivých částech zařízení.
- Musí mít dostatečně nízkou impedanci, aby poskytoval dostatečný proud přes pojistku k přerušení napájení (<0, 4 sekundy).
- Měl by mít dobrou odolnost proti korozi.
- Musí být schopen rozptýlit vysoký zkratový proud.
Popis zemnících systémů
Proces připojení kovových částí elektrických přístrojů a zařízení k zemi pomocí kovového zařízení, které má malý odpor, se nazývá uzemnění. Při uzemnění jsou části zařízení, které vedou proud, přímo spojeny se zemí. Uzemnění poskytuje zpětnou cestu pro svodový proud, a proto chrání zařízení energetického systému před poškozením.
Když dojde k poruše v zařízení, dojde k nevyváženosti proudu ve všech třech jeho fázích. Uzemnění vybíjí poruchový proud do země, a proto obnovuje provozní rovnováhu systému. Tyto obranné systémy mají několik výhod, jako je eliminacepřepětí jeho vybitím do země. Uzemnění zajišťuje bezpečnost zařízení a zlepšuje spolehlivost služby.
Metoda nulování
Uzemnění znamená připojení nosné části zařízení k zemi. Když dojde k poruše v systému, na vnějším povrchu zařízení se vytvoří nebezpečný potenciál a jakákoli osoba nebo zvíře, které se náhodně dotknou povrchu, může dostat elektrický šok. Nulování vybíjí nebezpečné proudy do země, a proto neutralizuje proudový šok.
Chrání také zařízení před údery blesku a poskytuje cestu výboje ze svodičů přepětí a jiných zhášecích zařízení. Toho je dosaženo připojením částí rostliny k zemi pomocí zemnícího vodiče nebo elektrody v těsném kontaktu s půdou, umístěné v určité vzdálenosti pod úrovní země.
Rozdíl mezi uzemněním a uzemněním
Jedním z hlavních rozdílů mezi uzemněním a uzemněním je, že při uzemnění je nosná vodivá část spojena se zemí, zatímco při uzemnění je povrch zařízení spojen se zemí. Další rozdíly mezi nimi jsou vysvětleny níže ve formě srovnávací tabulky.
Srovnávací tabulka
| Základy pro srovnání | Uzemnění | Nulování |
| Definice | Vodivá část připojena k zemi | Pouzdro zařízení připojeno k zemi |
| Umístění | Mezi zařízením neutrálním a pozemním | Mezi skříní zařízení a zemí, která je umístěna pod povrchem země |
| Nulový potenciál | Nemá | Ano |
| Ochrana | Chraňte zařízení elektrické sítě | Chraňte osobu před úrazem elektrickým proudem |
| Cesta | Je označena zpáteční cesta k aktuální zemi | Vybíjí elektrickou energii do země |
| Typy | Tři (pevná odolnost) | Pět (potrubí, deska, uzemnění elektrody, uzemnění a uzemnění) |
| Barva drátu | Černá | Green |
| Použít | Pro vyrovnávání zátěže | Abyste zabránili úrazu elektrickým proudem |
| Příklady | Utrál generátoru a napájecího transformátoru připojen k zemi | Pouzdro transformátoru, generátoru, motoru atd. připojené k zemi |
ochranné dráty TN
Tyto typy uzemňovacích systémů mají jeden nebo více přímo uzemněných bodů ze zdroje napájení. Odkryté vodivé části instalace jsou k těmto bodům připojeny pomocí ochranných vodičů.
Na světěpraxe se používá dvoupísmenný kód.
Použitá písmena:
- T (francouzské slovo Terre znamená „země“) – přímé spojení bodu se zemí.
- I – žádný bod není spojen se zemí kvůli vysoké impedanci.
- N - přímé připojení k neutrálu zdroje, který je zase připojen k zemi.
Na základě kombinace těchto tří písmen existují typy zemnících systémů: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Co to znamená?
V uzemňovacím systému TN je jeden ze zdrojových bodů (generátor nebo transformátor) připojen k zemi. Tento bod je obvykle hvězdným bodem v třífázovém systému. Šasi připojeného elektrického zařízení je připojeno k zemi přes tento uzemňovací bod na straně zdroje.
Na obrázku výše: PE – zkratka pro ochranná zem je vodič, který spojuje nechráněné kovové části elektrické instalace spotřebitele se zemí. N se nazývá neutrální. Toto je vodič spojující hvězdu v třífázovém systému se zemí. Z těchto označení ve schématu je okamžitě jasné, který zemnící systém patří do systému TN.
TN-S neutrální linie
Toto je systém, který má v celém schématu zapojení oddělené nulové a ochranné vodiče.
Ochranný vodič (PE) je kovový plášť kabelu, který napájí instalaci nebo jeden vodič.
Všechny odkryté vodivé části s instalací jsou připojeny k tomuto ochrannému vodiči přes hlavní svorku instalace.
systém TN-C-S
Toto jsou typy uzemňovacích systémů, ve kterých jsou neutrální a ochranné funkce kombinovány do jednoho systémového vodiče.
V systému nulového uzemnění TN-CS, známém také jako ochranné vícenásobné uzemnění, je vodič PEN označován jako kombinovaný nulový a zemnící vodič.
PEN vodič napájecího systému je uzemněn v několika bodech a zemnící elektroda je umístěna v místě instalace spotřebitele nebo v jeho blízkosti.
Všechny nechráněné vodivé části jednotky jsou propojeny vodičem PEN pomocí hlavní zemnicí svorky a nulové svorky a jsou vzájemně propojeny.
ochranný obvod TT
Toto je ochranný uzemňovací systém s jedním bodem zdroje energie.
Všechny nechráněné vodivé části s instalací, které jsou připojeny k zemnící elektrodě, jsou elektricky nezávislé na zemním zdroji.
Izolační systém IT
Systém ochranného uzemnění bez přímého spojení mezi živými částmi a zemí.
Všechny odkryté vodivé části s instalací, které jsou připojeny k zemnící elektrodě.
Zdroj je buď připojen k zemi prostřednictvím záměrně zavedené systémové impedance, nebo je izolován od země.
Návrhy ochranných systémů
Propojení mezi elektrickými spotřebiči a zařízeními s uzemňovací deskou nebo elektrodou pomocí silného drátu s nízkým odporem pro zajištěníbezpečnost se nazývá uzemnění nebo uzemnění.
Uzemnění nebo uzemňovací systém v elektrické síti funguje jako bezpečnostní opatření k ochraně lidského života i zařízení. Hlavním účelem je poskytnout alternativní cestu pro nebezpečné toky, aby se předešlo nehodám způsobeným zásahem elektrickým proudem a poškozením zařízení.
Kovové části zařízení jsou uzemněné nebo připojené k zemi, a pokud z nějakého důvodu izolace zařízení selže, vysoká napětí, která mohou být přítomna ve vnějším povlaku zařízení, budou mít výbojovou cestu do země. Pokud zařízení není uzemněno, může být toto nebezpečné napětí přeneseno na každého, kdo se ho dotkne, což může mít za následek úraz elektrickým proudem. Obvod je dokončen a pojistka je okamžitě aktivována, pokud se živý vodič dotkne uzemněného pouzdra.
Existuje několik způsobů, jak provést systém uzemnění elektrických instalací, jako je uzemnění drátu nebo pásku, desky nebo tyče, uzemnění pomocí uzemnění nebo prostřednictvím přívodu vody. Nejběžnějšími metodami jsou nulování a nastavení vložení.
Podložka na zem
Uzemňovací rohož se vyrábí spojením několika tyčí měděnými dráty. Tím se sníží celkový odpor obvodu. Tyto elektrické uzemňovací systémy pomáhají omezovat zemní potenciál. Zemnící rohož se používá hlavně v místě, kde se má testovat velký proudpoškození.
Při navrhování zemní rohože se berou v úvahu následující požadavky:
- V případě poruchy nesmí být napětí nebezpečné pro osobu při dotyku s vodivým povrchem zařízení elektrického systému.
- Zkratový stejnosměrný proud, který může téci do zemní podložky, musí být poměrně velký, aby ochranné relé fungovalo.
- Odpor půdy je nízký, takže jím může protékat svodový proud.
- Konstrukce zemnící rohože by měla být taková, aby krokové napětí bylo menší než přípustná hodnota, která bude záviset na odporu půdy požadovaném k izolaci vadné instalace od lidí a zvířat.
Elektrodová nadproudová ochrana
S tímto systémem uzemnění budovy je jakýkoli drát, tyč, trubka nebo svazek vodičů umístěn vodorovně nebo svisle do země vedle ochranného předmětu. V distribučních systémech může zemnící elektroda sestávat z tyče o délce asi 1 metru umístěné svisle v zemi. Rozvodny jsou vyrobeny pomocí zemní rohože, nikoli jednotlivých tyčí.
Proudový ochranný obvod potrubí
Toto je nejběžnější a nejlepší systém uzemnění elektroinstalace ve srovnání s jinými systémy vhodnými pro stejné zemní a vlhkostní podmínky. Při této metodě se galvanizovaná ocel a děrovaná trubka s vypočítanou délkou a průměrem položí svisle na neustále vlhkou půdu, jakoje uvedeno níže. Velikost potrubí závisí na aktuálním proudu a typu půdy.
Velikost trubky pro domovní uzemňovací systém je obvykle 40 mm v průměru a 2,5 metru na délku pro normální půdu, nebo delší pro suchou a kamenitou půdu. Hloubka, ve které musí být potrubí uloženo, závisí na vlhkosti půdy. Obvykle se potrubí nachází v hloubce 3,75 metru. Dno trubky je obklopeno malými kousky koksu nebo dřevěného uhlí ve vzdálenosti asi 15 cm.
Alternativní úrovně uhlí a soli se používají ke zvětšení efektivní plochy půdy a tím ke snížení odporu vzduchu. Další potrubí o průměru 19 mm a minimální délce 1,25 metru je připojeno v horní části potrubí GI přes redukci. V létě klesá vlhkost půdy, což vede ke zvýšení odporu země.
Provádí se tedy práce na cementobetonovém podkladu, aby byla v létě k dispozici voda a aby pozemek měl potřebné ochranné parametry. Nálevkou napojenou na trubku o průměru 19 mm lze přidat 3 nebo 4 vědra vody. Do GI trubky o průměru 12 mm v hloubce asi 60 cm od země je veden buď zemnící vodič GI nebo pásek vodiče GI s dostatečným průřezem pro bezpečné odstranění proudu.
Uzemnění desky
U tohoto uzemňovacího zařízení je zemnící deska z mědi 60 cm × 60 cm × 3 m a pozinkovaného železa 60 cm × 60 cm × 6 mm ponořena do země s vertikálním povrchem v hloubce min. 3 m od úrovně terénu
Ochranná deska je vložena do pomocných vrstev dřevěného uhlí a soli o minimální tloušťce 15 cm. Zemnící vodič (GI nebo měděný drát) je pevně přišroubován k zemnicí desce.
Měděný plech a měděný drát se v ochranných obvodech běžně nepoužívají kvůli jejich vyšší ceně.
Uzemnění přes vodovod
U tohoto typu je GI nebo měděný drát připojen k vodovodní síti ocelovým spojovacím drátem, který je připojen k měděnému vedení, jak je znázorněno níže.
Instalace je vyrobena z kovu a je umístěna pod povrchem země, tedy přímo spojena se zemí. Proud proudu přes GI nebo měděný drát je přímo uzemněn potrubím.
Výpočet odporu zemní smyčky
Odpor jediného pruhu tyče zakopaného v zemi je:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x D x D / Š x T)), kde:
ρ - stabilita půdy (Ω ohm), L - délka pásku nebo vodiče (cm), w - šířka pásku nebo průměr vodiče (cm), t – hloubka pohřbu (cm).
Příklad: Vypočítejte odpor zemnící lišty. Vodič o průměru 36 mm a délce 262 metrů v hloubce 500 mm v zemi, zemní odpor je 65 ohmů.
R je odpor zemnící tyče ve W.
r - Zemní odpor (ohmmetr)=65 ohmů.
Měření l - délka tyče (cm)=262 m=26200 cm.
d -vnitřní průměr tyče (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - skrytý pásek / hloubka tyče (cm)=500 mm=50 cm.
Odpor zemnící lišty/vodiče (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x D x L / Hmot.))
Odpor zemnící lišty/vodiče (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Odpor zemnící lišty/vodiče (R) =1,7 Ohm.
K výpočtu počtu zemnících tyčí lze použít základní pravidlo.
Přibližný odpor tyčových/trubkových elektrod lze vypočítat pomocí odporu tyčových/trubkových elektrod:
R=K x ρ / L kde:
ρ - zemní odpor v ohmmetru, L - délka elektrody v metru, d - průměr elektrody v měřidle, K=0,75, pokud 25 <L / d <100.
K=1, pokud 100 <L / d <600.
K=1,2 o / L, pokud 600 <L / d <300.
Počet elektrod, pokud najdete vzorec R (d)=(1, 5 / N) x R, kde:
R (d) - požadovaný odpor.
R - odpor jedné elektrody
N - počet elektrod instalovaných paralelně ve vzdálenosti 3 až 4 metry.
Příklad: vypočítejte odpor zemnící trubky a počet elektrod, abyste získali odpor 1 ohm, odpor půdy od ρ=40, délka=2,5 metru, průměr trubky=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78, takže K=0,75.
Odpor trubkových elektrod R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Jedna elektroda - odpor - 12 Ohmů.
Pro získání odporu 1 ohm je potřeba celkový počet elektrod=(1,5 × 12) / 1=18
Faktory ovlivňující zemní odpor
Kód NEC vyžaduje minimální délku zemnící elektrody 2,5 metru pro zemnící kontakt. Existují však některé faktory, které ovlivňují zemní odpor ochranného systému:
- Délka/hloubka uzemňovací elektrody. Zdvojnásobení délky snižuje povrchový odpor až o 40 %.
- Průměr uzemněné elektrody. Zdvojnásobení průměru zemnící elektrody snižuje zemní odpor pouze o 10 %.
- Počet zemnících elektrod. Pro zlepšení účinnosti jsou do hloubky hlavních uzemňovacích elektrod instalovány další elektrody.
Výstavba ochranných elektrických systémů obytného domu
Uzemňovací konstrukce jsou v současnosti preferovanou metodou uzemnění, zejména pro elektrické sítě. Elektřina vždy sleduje cestu nejmenšího odporu a odvádí maximální proud z obvodu do zemnících jamek navržených tak, aby snížily odpor, v ideálním případě až na 1 ohm.
K dosažení tohoto cíle:
- 1,5 m x 1,5 m plocha je vykopána do hloubky 3 m. Díra je z poloviny vyplněna směsí dřevěného uhlí, písku a soli.
- GI deska 500 mm x 500 mm x 10 mm je umístěna uprostřed.
- Vytvořte spojení mezi zemnicí deskou pro uzemňovací systém soukromého domu.
- Jinéčást jámy je naplněna směsí uhlí, písku, soli.
- K připojení zemnící desky k povrchu lze použít dva pásy GI 30 mm x 10 mm, ale preferována je 2,5" trubka GI s přírubou nahoře.
- Navíc lze horní část potrubí zakrýt speciálním zařízením, které zabrání vnikání nečistot a prachu do zemního potrubí a jeho ucpání.
Instalace uzemňovacího systému a výhody:
- Prášek dřevěného uhlí je vynikající vodič a zabraňuje korozi kovových částí.
- Sůl se rozpouští ve vodě a výrazně zvyšuje vodivost.
- Písek umožňuje vodě procházet otvorem.
Chcete-li zkontrolovat účinnost jímky, ujistěte se, že rozdíl napětí mezi jímkou a neutrálem sítě je menší než 2 volty.
Odpor jímky musí být udržován na hodnotě menší než 1 ohm, vzdálenost do 15 m od ochranného vodiče.
Elektrický šok
Elektrický šok (elektrošok) nastane, když se dvě části lidského těla dostanou do kontaktu s elektrickými vodiči v obvodu, který má různé potenciály a vytváří potenciálový rozdíl v celém těle. Lidské tělo má odpor, a když je spojeno mezi dvěma vodiči s různými potenciály, vytvoří se v těle obvod a poteče proud. Když se člověk dotkne pouze jednoho vodiče, nevytvoří se žádný obvod a nic se nestane. Když se člověk dostane do kontaktu s vodiči obvodu, bez ohledu na to, jaké napětí je v něm, vždyexistuje možnost úrazu elektrickým proudem.
Posouzení rizika blesku pro obytné budovy
Některé domy přitahují blesky častěji než jiné. Zvyšují se v závislosti na výšce budovy a blízkosti ostatních domů. Blízkost je definována jako trojnásobek vzdálenosti od výšky domu.
Abyste určili, jak zranitelná je obytná budova vůči úderu blesku, můžete použít následující údaje:
- Nízké riziko. Jednopodlažní soukromé rezidence v těsné blízkosti jiných domů stejné výšky.
- Střední riziko. Dvoupatrový soukromý dům obklopený domy s podobnou výškou nebo obklopený domy nižších výšek.
- Vysoké riziko. Izolované domy, které nejsou obklopeny jinými stavbami, dvoupatrové domy nebo domy s nižší výškou.
Bez ohledu na pravděpodobnost zásahu bleskem pomůže správné použití důležitých součástí ochrany před bleskem ochránit každý dům před takovým poškozením. V obytném domě jsou vyžadovány systémy ochrany před bleskem a uzemnění, aby byl úder blesku sveden do země. Systém obvykle obsahuje zemnící tyč s měděným připojením, která je instalována v zemi.
Při instalaci schématu ochrany před bleskem v domě dodržujte prosím následující požadavky:
- Uzemňovací elektrody musí být alespoň z poloviny dlouhé 12 mm a dlouhé 2,5 m.
- Doporučeny měděné spoje.
- Pokud má stránka systému kamenitou půdu nebo inženýrské podzemní vedení, je zakázáno jej používatvertikální elektroda, je potřeba pouze horizontální vodič.
- Musí být zapuštěna alespoň 50 cm od země a sahat alespoň 2,5 m od domu.
- Soukromé domácí uzemňovací systémy musí být propojeny pomocí vodiče stejné velikosti.
- Konektory pro všechny podzemní kovové potrubní systémy, jako jsou vodovodní nebo plynové potrubí, musí být umístěny do 8 m od domu.
- Pokud byly všechny systémy již připojeny před instalací ochrany před bleskem, vše, co je potřeba, je připojit nejbližší elektrodu k vodovodnímu systému.
Všichni lidé žijící nebo pracující v obytných, veřejných budovách jsou neustále v těsném kontaktu s elektrickými systémy a zařízeními a musí být spolehlivě chráněni před nebezpečnými jevy, které mohou nastat v důsledku zkratů nebo velmi vysokého napětí z výboje blesku.
K dosažení této ochrany musí být uzemňovací systémy elektrické sítě navrženy a instalovány v souladu se standardními národními požadavky. S rozvojem elektromateriálů se zvyšují požadavky na spolehlivost ochranných zařízení.
