Hvad er fordelene ved at bruge et fælles jordningsystem i strømforsyningen, og hvilke foranstaltninger bør træffes?

Hvad er fælles jordforbindelse?

Fælles jordforbindelse refererer til praksis, hvor et systems funktionelle (arbejdende) jordforbindelse, udstyrbeskyttelsesjordforbindelse og lynbeskyttelsesjordforbindelse deler en enkelt jordelektrode. Alternativt kan det betyde, at jordledninger fra flere elektriske enheder er forbundet sammen og forbundet med en eller flere fælles jordelektroder.

1. Fordele ved fælles jordforbindelse

• Enklere system med færre jordledninger, hvilket gør vedligeholdelse og inspektion nemmere.

• Den samlede jordmotstand for flere jordelektroder forbundet parallel er lavere end den samlede motstand for separate, uafhængige jordsystemer. Når bygningens bærende stål eller armering anvendes som fælles jordelektrode – på grund af dens inbyggede lave motstand – bliver fordelene ved fælles jordforbindelse endnu mere tydelige.

• Forbedret pålidelighed: hvis en jordelektrode mislykkes, kan andre kompensere.

• Færre jordelektroder, hvilket nedsætter installations- og materialomkostninger.

• I tilfælde af isoleringsfejl, der forårsager en fase-til-kasse kortslutning, strømmer en større fejlstrøm, hvilket sikrer, at beskyttelsesenheder fungerer hurtigt. Dette nedsætter også berøringsvoltage, når personale kommer i kontakt med defekt udstyr.

• Mindsker farer fra lynovervoltage.

Teoretisk set bør lynbeskyttelsesjordforbindelse holdes på en sikker afstand fra bygningskonstruktioner, elektrisk udstyr og deres jordsystemer for at forebygge lyninduceret back-flashover. Imidlertid er dette ofte umuligt i virkeligheden. Bygninger har typisk mange indkommende utilitylinjer (strøm, data, vand osv.) spredt over store områder. Særligt når armering i beton bruges som skjulte lynbeskyttelsesledere, bliver det næsten umuligt at elektromagnetisk adskille lynbeskyttelsessystemet fra bygningsrør, udstyrskasser eller strømsystems jordforbindelser.

I sådanne tilfælde anbefales fælles jordforbindelse – forbinder transformerneutral, alle funktionelle og beskyttelsesjordforbindelser for elektrisk udstyr, og lynbeskyttelsessystemet til samme jordelektrodnetværk. For eksempel i højhus, integrerer elektrisk jordforbindelse med lynbeskyttelsessystemet effektivt danner en Faraday-boks ved hjælp af bygningens interne stålfrem. Alt internt elektrisk udstyr og ledere forbundet med denne boks beskyttes dermed mod lyninducerede potentiafforskelle og back-flashover.

Derfor, når bygningens metalstruktur anvendes til jordforbindelse, er fælles jordforbindelse for flere systemer ikke kun mulig, men også fordelagtig, forudsat at den samlede jordmotstand opretholdes under 1 Ω.

2. Vigtige overvejelser for fælles jordforbindelse

Natur af jordstrøm:
Risikoen forbundet med jordpotentialestigning (GPR) afhænger af størrelsen, varigheden og frekvensen af jordstrøm. For eksempel kan lynafledere eller -rods bære meget høje strømme under en lynnedslag, men disse hændelser er kortvarige og sjældne – så den resulterende GPR udgør begrænset risiko.

Dog skal den fælles jordmotstand imødekomme den strengeste krav blandt alle forbundne systemer, ideelt ≤1 Ω.

I lavspændingsfordelingsanlæg med solid jordforbundet neutral kan den fælles jordelektrode bære kontinuerlige leckstrømme fra alle forbundne belastninger, der dannes cirkulerende jordstrøm. Hvis jordmotstanden drifter over sikre grænser, kan det truede både udstyr og personale.

Desuden, med bred anvendelse af computere og følsomt elektronisk udstyr, kræves ofte filterjordforbindelse. Store linje-til-jord EMI/RFI-filtre introducerer betydelige kapacitive leckstrømme til jorden, der også bidrager til den samlede jordstrøm.

Indflydelsen af jordpotentialestigning på forbundne enheder:
Betragt et indendørs kompakt underværksenhed som eksempel. Traditionelt blev transformerneutral, metalenclosure og belastningsudstyrskasse forbundet til en fælles jord. Samtidig blev lynafledere ofte givet en separat jord for at undgå farlige potentialestigninger under afladning.

Men hvis en belastningsenhed udvikler en isoleringsfejl og lecker strøm, strømmer hele fejlslusstrømmen gennem den fælles jordelektrode, hvilket øger den lokale jordpotentiel – og dermed kabinettspændingen. Hvis vedligeholdelsespersonale åbner kabinettdøren under disse forhold, risikerer de elektrisk chok. Sådanne hændelser har gentaget sig.

Derfor adskilles funktionel jordforbindelse (f.eks. transformerneutral) fra beskyttelses- og lynjordforbindelse i indendørs underværk – selvom dette øger installationskompleksiteten.

3. Relevante standarder og regler (Kina)

• Ifølge nuværende kinesiske strømindsatsstandarder:

• For klasse B elektriske installationer, hvis den leverende distributions-transformator ikke er placeret i en bygning, der indeholder klasse B udstyr, og dens højspændings side opererer i et ujordet, Petersen bobin (bueudslukningsbobin)-jordet, eller høj-resistans jordet system, kan lavspændingssystemets arbejdende jord dele samme jordelektrode som transformatorens beskyttelsesjord, forudsat at jordmotstanden opfylder R ≤ 50/I (Ω) og R ≤ 4 Ω.

• For klasse A elektriske installationer, der opererer i effektivt jordede systemer, skal transformatorens arbejdende jord være placeret uden for beskyttelsesjordnettet – altså er fælles jordforbindelse ikke tilladt.

• Hvis distributions-transformator er installeret i en bygning med klasse B elektriske installationer, og dens højspændings side bruger lav-resistans jordforbindelse, kan lavspændingsarbejdende jord dele beskyttelsesjord, hvis:

• Jordmotstand opfylder R ≤ 2000/I (Ω), og

• Bygningen implementerer et hovedequipotential bonding (MEB) system.

• Desuden, for systemer over 1 kV klassificeret som store jordede kortslutningsstrømsystemer, er fælles jordforbindelse tilladt, hvis hurtig fejlrydning er sikret, men jordmotstanden skal være < 1 Ω.

• Beskyttelsesjordforbindelse af distributions-transformatorer i klasse A installationer kan dele samme jordelektrode som den tilhørende lynaflederjordforbindelse.

4. Konklusion

Praktisk erfaring viser, at i offentlige lavspændingsfordelingsanlæg, hvor fuldstændig separation af jordsystemer ofte er umulig, er fælles jordforbindelse – kombineret arbejdende, beskyttelses- og lynjordforbindelse – sikrere, mere økonomisk, enklere at installere og lettere at vedligeholde.

For at mindske potentielle risici ved fælles jordforbindelse, bør ingeniører:

• Fuldt ud udnytte bygningens bærende stål som naturlig jordelektrode,

• Opretholde total jordmotstand under 1 Ω, og

• Implementere komplet equipotential binding i hele anlægget.

Disse foranstaltninger effektivt minimere farer og sikrer sikkert, pålideligt drift af moderne elektriske installationer.