Quins són els avantatges d'utilitzar un sistema de terra comú en la distribució d'energia, i quines precaucions s'han de prendre?

Què és la terra comuna?

La terra comuna es refereix a la pràctica on el sistema de terra funcional (de treball), la terra de protecció dels equips i la terra de protecció contra els raigs comparteixen un sol sistema d'electrodes de terra. Alternativament, pot significar que els conductors de terra de diversos dispositius elèctrics estan connectats entre si i enllaçats a un o més electrodes de terra comuns.

1. Avantatges de la terra comuna

• Sistema més simple amb menys conductors de terra, facilitant la manteniment i inspecció.

• La resistència de terra equivalent de múltiples electrodes de terra connectades en paral·lel és menor que la resistència total de sistemes de terra separats i independents. Quan s'utilitza l'acer estructural o l'armadura de l'edifici com a electrode de terra comú—gràcies a la seva baixa resistència inherent—els beneficis de la terra comuna es fan encara més evidents.

• Fiabilitat millorada: si falla un electrode de terra, altres poden compensar-ho.

• Reducció del nombre d'electrodes de terra, disminuint els costos d'instal·lació i materials.

• En cas de falla de l'aïllament que provoca un curtcircuït entre fase i capsa, flueix una corrent de falla més gran, assegurant que els dispositius protectors actuen ràpidament. Això també redueix la tensió de contacte quan el personal toca l'equip defectuós.

• Mitiga els perills causats pels sobretensions produïdes pels raigs.

Teòricament, per prevenir el retrobatiment induït pels raigs, la terra de protecció contra els raigs hauria de mantenir-se a una distància segura de les estructures de l'edifici, l'equip elèctric i els seus sistemes de terra. Tanmateix, en la pràctica enginyera, això sovint no és pràctic. Els edificis solen tenir nombroses línies d'abast (elèctrica, de dades, d'aigua, etc.) distribuïdes en àrees extenses. Especialment quan s'utilitzen les armatures d'acer de l'estructura de fusta reforçada com a conductors ocults de protecció contra els raigs, resulta gairebé impossible aïllar el sistema de protecció contra els raigs de les conduccions de l'edifici, les carrosseries de l'equip o la terra del sistema elèctric.

En aquests casos, es recomana la terra comuna—connectant el neutre del transformador, totes les terres funcionals i de protecció dels equips elèctrics, i el sistema de protecció contra els raigs al mateix xarxat d'electrodes de terra. Per exemple, en edificis d'alts pisos, integrar la terra elèctrica amb el sistema de protecció contra els raigs forma efectivament una gaiola de Faraday utilitzant l'estructura interna d'acer de l'edifici. Tots els equips elèctrics interns i els conductors connectats a aquesta gaiola estan, per tant, protegits de les diferències de potencial i el retrobatiment induït pels raigs.

Per tant, quan s'utilitza l'estructura metàl·lica d'un edifici per a la terra, la terra comuna per a múltiples sistemes no només és viable, sinó avantatjosa, sempre que la resistència de terra total es mantingui per sota de 1 Ω.

2. Consideracions clau per a la terra comuna

Natura de les corrents de terra:
El risc associat a l'augment de potencial de terra (GPR) depèn de la magnitud, durada i freqüència de les corrents de terra. Per exemple, els paraigües de raig o els rods poden portar corrents molt elevades durant un impacte, però aquests esdeveniments són breus i infreqüents—per tant, el GPR resultant presenta un risc limitat.

No obstant això, la resistència de terra comuna ha de satisfar l'exigència més estricta entre tots els sistemes connectats, idealment ≤1 Ω.

En sistemes de distribució de baixa tensió amb neutrals a terra solidament, l'electrode de terra comuna podria portar corrents de fuga contínues de totes les càrregues connectades, formant corrents de terra cíclics. Si la resistència de terra augmenta per sobre dels límits segurs, pot posar en perill tant l'equip com el personal.

A més, amb l'ús generalitzat d'ordinadors i equipament electrònic sensible, sovint es requereix la terra filtrada. Grans filtres EMI/RFI de línia a terra introduïxen corrents de fuga capacitiva significatives a terra, que també contribueixen a la corrent de terra total.

Impacte de l'augment de potencial de terra en l'equip connectat:
Considerem com a exemple una unitat compacta de subestació interior. Tradicionalment, el neutre del transformador, la capsa metàl·lica i la capsa de la càrrega estaven tots connectats a una terra comuna. Mentre que els paraigües de raig sovint tenien una terra separada per evitar un perillós augment de potencial durant la descàrrega.

No obstant això, si un dispositiu de càrrega desenvolupa una falla d'aïllament i escapa corrent, tota la corrent de bucle de falla passa a través de l'electrode de terra comuna, augmentant el potencial de terra local—i, per tant, la tensió de la capsa del quadre de commutació. Si el personal de manteniment obre la porta del quadre en aquestes condicions, corre el risc d'escàrrec. Aquests incidents han ocorregut repetidament.

Com a resultat, la pràctica moderna sovint aïlla la terra funcional (p. ex., el neutre del transformador) de la terra de protecció i la terra de protecció contra els raigs en les subestacions interiors—encara que això incrementi la complexitat de l'instal·lació.

3. Normes i regulacions rellevants (Xina)

• Segons les normes actuals de l'indústria elèctrica xinesa:

• Per a les instal·lacions elèctriques de classe B, si el transformador de distribució que les alimenta no està situat dins d'un edifici que conté equipament de classe B, i el seu costat de alta tensió opera en un sistema sense aterra, aterra amb bobina de Petersen (bobina de supressió d'arc) o aterra amb alta resistència, llavors la terra de treball del sistema de baixa tensió pot compartir el mateix electrode de terra que la terra de protecció del transformador, sempre que la resistència de terra satisfaci R ≤ 50/I (Ω) i R ≤ 4 Ω.

• Per a les instal·lacions elèctriques de classe A que operen en sistemes eficaçment aterrats, la terra de treball del transformador ha de situar-se fora de la graella de protecció—és a dir, no es permet la terra comuna.

• Si el transformador de distribució està instal·lat dins d'un edifici amb instal·lacions elèctriques de classe B, i el seu costat de alta tensió utilitza aterra de baixa resistència, llavors la terra de treball de baixa tensió pot compartir la terra de protecció si:

• La resistència de terra compleix R ≤ 2000/I (Ω), i

• L'edifici implementa un sistema de bondat equipotencial principal (MEB).

• A més, per als sistemes superiors a 1 kV classificats com a sistemes de gran corrent de terra de curt-circuit, es permet la terra comuna si es garanteix la eliminació ràpida de la falla, però la resistència de terra ha de ser < 1 Ω.

• La terra de protecció dels transformadors de distribució en instal·lacions de classe A pot compartir el mateix electrode de terra que la terra associada del paraigües de raig.

4. Conclusió

L'experiència pràctica mostra que en els sistemes de distribució de baixa tensió públics, on sovint no es pot assolir una separació completa dels sistemes de terra, la terra comuna—combinant la terra de treball, la terra de protecció i la terra de protecció contra els raigs—és més segura, econòmica, més fàcil d'instal·lar i més fàcil de mantenir.

Per mitigar els possibles riscos de la terra comuna, els enginyers haurien de:

• Utilitzar plenament l'acer estructural de l'edifici com a electrode de terra natural,

• Mantenir la resistència total de terra per sota de 1 Ω, i

• Implementar una bondat equipotencial completament a través de la instal·lació.

Aquestes mesures minimitzen eficientment els perills i asseguren una operació segura i fiable de les instal·lacions elèctriques modernes.