Какви са предимствата от използването на обща система за заземляване в разпределението на електроенергията и какви предпазни мерки трябва да бъдат предприети

Какво е общо заземване?

Общото заземване се отнася до практиката, при която функционалното (работно) заземване на система, защитното заземване на оборудването и защитното заземване срещу мълнии споделят един и същ системен електрод за заземване. Альтернативно, това може да означава, че проводниците за заземване от множество електрически устройства са свързани заедно и са свързани с един или повече общи електроди за заземване.

1. Предимства на общото заземване

• По-проста система с по-малко проводници за заземване, което прави поддръжката и инспекцията по-лесни.

• Еквивалентното съпротивление на заземване на множество паралелно свързани електроди за заземване е по-ниска от общата съпротивителност на отделни, независими системи за заземване. Когато структурната стомана или арматурата на сградата се използва като обща електродна система за заземване – поради вродената ѝ ниска съпротивителност – предимствата на общото заземване стават още по-изразени.

• Подобряване на надеждността: ако един електрод за заземване се дефектосира, другите могат да компенсират.

• Намалено количество електроди за заземване, което намалява разходите за монтаж и материали.

• При състояние на изолационен дефект, водещ до фазов краткосвързване към корпус, протича по-голям ток на дефект, осигуряващ бързо действие на защитните устройства. Това също намалява контактното напрежение, когато персоналът докосне дефектното оборудване.

• Ослабява опасностите от превишаване на напрежението при удари на мълния.

Теоретично, за да се предотврати обратното пробиване, причинено от удари на мълния, защитното заземване срещу мълнии трябва да бъде държано на безопасно разстояние от конструктивните елементи на сградата, електрическото оборудване и техните системи за заземване. Обаче, в реалната инженерна практика, това често е невъзможно. Сградите обикновено имат множество входящи утилитарни линии (електроенергия, данни, вода и т.н.), разпространени в широки области. Особено когато се използват арматурни жици на армиран бетон като скрити проводници за защита срещу мълнии, е практически невъзможно да се изолира системата за защита срещу мълнии електрически от водопроводните тръби, корпусите на оборудването или системите за заземване на електроенергийната система.

В такива случаи, препоръчително е общото заземване – свързването на нейтралния проводник на трансформатора, всички функционални и защитни заземления на електрическото оборудване, и системата за защита срещу мълнии към една и съща мрежа от електроди за заземване. Например, в високи сгради, интегрирането на електрическото заземване с системата за защита срещу мълнии ефективно формира клетка на Фарадей, използвайки вътрешната стоманена конструкция на сградата. Всички вътрешни електрически устройства и проводници, свързани с тази клетка, са защитени от потенциалните разлики и обратното пробиване, причинени от удари на мълния.

Следователно, когато се използва металната конструкция на сградата за заземване, общото заземване на множество системи не само е възможно, но и полезно, стига общата съпротивителност на заземване да се поддържа под 1 Ω.

2. Ключови фактори за внимание при общото заземване

Природа на токовете за заземване:
Рискът, свързан с увеличаването на потенциала на земята, зависи от големината, продължителността и честотата на токовете за заземване. Например, апаратите за защита срещу мълнии или стержините за мълнии могат да пропускат много високи токове при удар, но тези събития са кратковременни и редки – следователно, резултатът от увеличаването на потенциала на земята представлява ограничен риск.

Обаче, общата съпротивителност на заземване трябва да удовлетворява най-строгото изискване сред всички свързани системи, идеално ≤1 Ω.

В нисковолтови разпределителни системи с твърдо заземен нейтрал, общият електрод за заземване може да пропуска непрекъснати течения на утечки от всички свързани потребители, формирайки циркулиращи токове на земята. Ако съпротивителността на заземване се увеличи над безопасни граници, това може да заплаши както оборудването, така и персонала.

Освен това, с широко използването на компютри и чувствително електронно оборудване, често е необходима филтрираща заземна. Големи ЕМИ/RFI филтри, свързани с линия-земя, внасят значителни капацитивни течения на утечка към земята, които също допринасят за общия ток на земята.

Влияние на увеличаването на потенциала на земята върху свързаното оборудване:
Разглеждайки компактен вътрешен трансформаторен блок като пример. Традиционно, нейтралният проводник на трансформатора, металния корпус и шасито на потребителското оборудване са свързани към обща земя. Междувременно, апаратите за защита срещу мълнии често получават отделна земя, за да се избегне опасното увеличение на потенциала при разряд.

Обаче, ако потребителският апарат развива изолационен дефект и пропуска ток, целият ток на дефект протича през общия електрод за заземване, увеличавайки местния потенциал на земята – и следователно, напрежението на корпуса на комутационното устройство. Ако персоналът отвори вратата на кабината в такива условия, той рискува от електрически удар. Такива инциденти са се случвали многократно.

В резултат, модерната практика често изолира функционалното заземване (например, нейтралният проводник на трансформатора) от защитното и противомълниевото заземване във вътрешни трансформаторни станции – въпреки че това увеличава сложността на монтажа.

3. Съответстващи стандарти и регламенти (Китай)

• Според текущите китайски стандарти в електроенергийната индустрия:

• За клас B електроустановки, ако доставящият разпределителен трансформатор не е разположен в сграда, съдържаща оборудване от клас B, и неговата високоволтна страна работи в системи без заземване, с заземване чрез Петерсенова bobina (arc-suppression coil) или с високо съпротивление, то работното заземване на нисковолтовата система може да споделя същия електрод за заземване като защитното заземване на трансформатора, стига съпротивителността на заземване да удовлетворява R ≤ 50/I (Ω) и R ≤ 4 Ω.

• За клас A електроустановки, работещи в ефективно заземени системи, работното заземване на трансформатора трябва да бъде разположено извън защитната мрежа за заземване – т.е., общото заземване не е позволено.

• Ако разпределителният трансформатор е инсталиран в сграда с клас B електроустановки, и неговата високоволтна страна използва ниско съпротивително заземване, то нисковолтовото работно заземване може да споделя защитното заземване, ако:

• Съпротивителността на заземване отговаря на R ≤ 2000/I (Ω), и

• Сградата има главна система за равнопотенциално свързване (MEB).

• Освен това, за системи над 1 kV, класифицирани като системи с голям короткосвързващ ток на заземване, общото заземване е позволено, ако е осигурено бързо изключване на дефект, но съпротивителността на заземване трябва да е < 1 Ω.

• Защитното заземване на разпределителни трансформатори в клас A електроустановки може да споделя същия електрод за заземване като свързаното защитно заземване срещу мълнии.

4. Заключение

Практическият опит показва, че в обществените нисковолтови разпределителни системи, където пълната разделба на системите за заземване често е невъзможна, общото заземване – комбиниране на работно, защитно и противомълниево заземване – е по-безопасно, по-икономично, по-просто за инсталация и поддръжка.

За да се намалят потенциалните рискове при общото заземване, инженерите трябва:

• Да използват максимално структурната стомана на сградата като естествен електрод за заземване,

• Да поддържат общата съпротивителност на заземване под 1 Ω, и

• Да изпълнят пълно равнопотенциално свързване в цялото съоржение.

Тези мерки ефективно минимизират опасностите и гарантират безопасна и надеждна работа на модерните електроустановки.