Milyen előnyei vannak egy közös földelési rendszer használatának az áramellátásban és milyen óvintézkedéseket kell tenni?

Mi az általános földelés?

Az általános földelés olyan gyakorlat, amelyben egy rendszer funkcionális (működő) földelése, a berendezések védő földelése és a villámlás-védő földelése egy közös földelő elektrodarendszert használ. Alternatívan, ez azt is jelentheti, hogy több elektrikus eszköz földelő vezetékei összekapcsolódnak, és egy vagy több közös földelő elektrodára kapcsolódnak.

1. Az általános földelés előnyei

• Egyszerűbb rendszer, kevesebb földelő vezeték, ami egyszerűbb karbantartást és ellenőrzést tesz lehetővé.

• A párhuzamosan kapcsolt több földelő elektrodák ekvivalens földelési ellenállása alacsonyabb, mint különálló, független földelési rendszerek teljes ellenállása. Ha az épület szerkezeti acélját vagy betonszövetét használják közös földelő elektrodaként – mivel természetesen alacsony ellenállású –, akkor az általános földelés előnyei még nyilvánvalóbbá válnak.

• Növekedett megbízhatóság: ha egy földelő elektroda meghibásodik, mások kompenzálhatják.

• Csökkenő számú földelő elektrodák, ami csökkenti a telepítési és anyagköltségeket.

• Ha hőtömb-szerelvény rosszulzáródás miatt történik fázis-hőtömb rövidzárlat, nagyobb hibajárat áramlik, ami biztosítja a védelmi eszközök gyors működését. Ez ugyanakkor csökkenti a megérzékenyített személyzet érintési feszültségét a hibás berendezésekkel való érintkezés során.

• Csökkenti a villámlás miatti túlfeszültség kockázatát.

Elméletileg, a villámlás miatti háttér-zapolyodás elkerülése érdekében a villámlás-védő földelést biztonságos távolságra kell tartani az épületek szerkezetétől, az elektromos berendezésektől és a földelési rendszereiktől. Azonban a gyakorlatban ez gyakran nem praktikus. Az épületeknek sok bejövő üzemvonala van (elektromosság, adat, víz, stb.), amelyek nagy területen terjednek. Különösen, ha erősített beton szerkezeti vasállományokat használnak rejtett villámlás-védő vezetékeként, majdnem lehetetlen elektrikusan elkülöníteni a villámlás-védő rendszert az épületvezetékektől, a berendezéskészülékek hőtömbjeitől vagy a villamos rendszer földelési rendszereitől.

Ilyen esetekben ajánlott az általános földelés – a transzformátor semlegesét, az elektromos berendezések minden funkcionális és védő földelését, valamint a villámlás-védő rendszert ugyanarra a földelő elektrodahálózatra kötik. Például, a magas épületeknél, az elektromos földelés integrálása a villámlás-védő rendszerrel hatékonyan Faraday-kádot alkot az épület belső acélszerkezete felhasználásával. A hálózathoz kötött bármely belső elektromos berendezés és vezeték így védett a villámlás miatti potenciális különbségek és háttér-zapolyodás ellen.

Tehát, amikor egy épület fém szerkezetét használják földelésre, az általános földelés több rendszer számára nem csak lehetséges, de előnyös is, feltéve, hogy az általános földelési ellenállás 1 Ω alatt marad.

2. Az általános földelés kulcsfontosságú megfontolásai

A földelési áram jellege:
A földi potenciál emelkedésének (FPE) kockázata attól függ, hogy a földelési áramok milyen nagyságúak, mennyi ideig tartanak, és milyen gyakoriságuk van. Például, a villámlás-védő kigyek vagy botok nagyon magas áramokat vezethetnek át egy villámütés során, de ezek az események rövid ideig és ritkán fordulnak elő – ezért a keletkező FPE korlátozott kockázatot jelent.

Azonban az általános földelési ellenállásnak meg kell felelnie az összes csatlakoztatott rendszer legszigorúbb követelményének, ideálisan ≤1 Ω.

A szilárdan földelt semleges low voltage elosztási rendszerekben az általános földelő elektrodán át folyhat folyamatos szivárgási áramok a csatlakoztatott terhelések miatt, körtekeny földi áramok formájában. Ha a földelési ellenállás biztonságos határain felül nő, akkor veszélyt jelenthet a berendezések és a személyzet számára.

Ezenkívül, a számítógépek és érzékeny elektronikus berendezések széles körű használata miatt, szűrő földelés gyakran szükséges. A nagy line-to-ground EMI/RFI szűrők jelentős kapacitív szivárgási áramokat vezetnek a földre, amelyek hozzájárulnak az összes földi árhoz.

A földi potenciál emelkedésének hatása a csatlakoztatott berendezésekre:
Vegyük például egy belső kompakt átalakító egységet. Hagyományosan a transzformátor semlegesét, a fém hőtömböt és a terhelési berendezések hőtömbjét közös földre kötik. Ugyanakkor a villámlás-védő kigyeket gyakran külön földre kötik, hogy elkerüljék a veszélyes potenciális emelkedést a kilövés során.

Azonban, ha egy terhelési berendezés hőtömbje hibás izoláció miatt szivárog áramot, az egész hibajárat-áram az általános földelő elektrodán át folyik, ami a helyi földi potenciált, és ennek következtében a váltókészülék hőtömbjének feszültségét is emeli. Ha a karbantartó személyzet ebben a helyzetben megnyitja a doboz ajtaját, veszélyben lehet elektromos súlyos sebzés miatt. Ilyen esetek már ismétlődően történtek.

Ennek eredményeként a modern gyakorlat gyakran elkülöníti a funkcionális földelést (pl. a transzformátor semlegesét) a védő és villámlás-védő földeléstől a belső átalakítókban – bár ez növeli a telepítési összetettséget.

3. Releváns szabványok és szabályozások (Kína)

• A jelenlegi kínai villamosipari szabványok szerint:

• B osztályú villamos telepítések esetén, ha a szolgáltató elosztó transzformátor nem található B osztályú berendezésekkel ellátott épületben, és magasfeszültségi oldala nem-földelt, Petersen coil (illusztráló tekercs)-földelt vagy nagy-ellenállású földelt rendszerben működik, akkor a low voltage rendszer munka földelése ugyanazt a földelő elektrodát használhatja, mint a transzformátor védő földelése, feltéve, hogy a földelési ellenállás R ≤ 50/I (Ω) és R ≤ 4 Ω.

• A osztályú villamos telepítések esetén, amelyek hatékonyan földelt rendszerekben működnek, a transzformátor munka földelését a védő földelő rács kívül kell elhelyezni – azaz, az általános földelés nem engedélyezett.

• Ha az elosztó transzformátor egy B osztályú villamos telepítésekkel ellátott épületben van, és magasfeszültségi oldala alacsony-ellenállású földelést használ, akkor a low voltage munka földelés ugyanazt a védő földelést használhatja, ha:

• A földelési ellenállás R ≤ 2000/I (Ω), és

• Az épületben főegyenpotenciális kapcsolódás (MEB) rendszer van.

• Továbbá, a 1 kV-nél nagyobb rendszerek esetén, amelyek nagy földelési rövidzárlati áramrendszernek minősülnek, az általános földelés engedélyezett, ha gyors hibaelhárítás biztosított, de a földelési ellenállásnak < 1 Ω-nak kell lennie.

• A A osztályú telepítések elosztó transzformátorainak védő földelése ugyanazt a földelő elektrodát használhatja, mint a hozzá tartozó villámlás-védő kigyek földelése.

4. Következtetés

A gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy a közösségi low voltage elosztási rendszerekben, ahol a földelési rendszerek teljes szétválasztása gyakran nem elérhető, az általános földelés – a munka, védő és villámlás-védő földelés kombinációja – biztonságosabb, gazdaságosabb, egyszerűbb telepítéshez és karbantartáshoz.

Az általános földelés potenciális kockázatainak csökkentése érdekében a mérnököknek:

• Teljes mértékben ki kell használniuk az épület szerkezeti acélját természetes földelő elektrodaként,

• Meg kell tartaniuk az összes földelési ellenállást 1 Ω alatt, és

• Széles körben kell alkalmazniuk az egész létesítményben az egyenpotenciális kapcsolódást.

Ezek a intézkedések hatékonyan minimalizálják a kockázatokat, és biztosítják a modern villamos telepítések biztonságos és megbízható működését.