Wat zijn de voordelen van het gebruik van een gemeenschappelijk aardingsysteem in elektriciteitsverdeling en welke voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen
Wat is gemeenschappelijke aarding?
Gemeenschappelijke aarding verwijst naar de praktijk waarbij functionele (werkende) aarding, beschermingsaarding van apparatuur en bliksembescherming een enkel aardingsysteem delen. Het kan ook betekenen dat aardingsleiders van meerdere elektrische toestellen met elkaar verbonden zijn en gekoppeld zijn aan één of meerdere gemeenschappelijke aardelektroden.
1. Voordelen van gemeenschappelijke aarding
Eenvoudiger systeem met minder aardingsleiders, waardoor onderhoud en inspectie gemakkelijker worden.
De equivalente aardingsweerstand van meerdere aardelektroden die parallel zijn verbonden, is lager dan de totale weerstand van afzonderlijke, onafhankelijke aardingsystemen. Wanneer de bouwconstructie van staal of wapenstaal als gemeenschappelijke aardelektrode wordt gebruikt—vanwege de inherente lage weerstand—worden de voordelen van gemeenschappelijke aarding nog duidelijker.
Verbeterde betrouwbaarheid: als één aardelektrode faalt, kunnen andere compenseren.
Minder aardelektroden, wat de installatie- en materiaalkosten verlaagt.
Bij een isolatiefout die leidt tot een kortsluiting tussen fase en chassis, stroomt een grotere foutstroom, waardoor beveiligingsapparatuur snel werkt. Dit vermindert ook het aanraakspanning wanneer personeel defecte apparatuur aanraakt.
Vermindert gevaar door overspanningen door bliksem.
Theoretisch gezien zou bliksembescherming om terugslag te voorkomen, op veilige afstand moeten worden gehouden van gebouwstructuren, elektrische apparatuur en hun aardingsystemen. Echter, in de praktijk is dit vaak niet uitvoerbaar. Gebouwen hebben doorgaans talrijke ingangskabels (elektriciteit, data, water, etc.) verspreid over grote oppervlakken. Vooral wanneer gewapend beton als verborgen bliksembeschermingsleider wordt gebruikt, is het bijna onmogelijk om het bliksembeschermingssysteem elektrisch te isoleren van de gebouwpiping, apparatuur behuizingen of het aardingsysteem van het energienetwerk.
In dergelijke gevallen wordt gemeenschappelijke aarding aanbevolen—het neutrale punt van de transformator, alle functionele en beschermende aardingen van elektrische apparatuur en het bliksembeschermingssysteem worden verbonden met hetzelfde aardingsnetwerk. Bijvoorbeeld in hoge gebouwen, vormt de integratie van elektrische aarding met het bliksembeschermingssysteem effectief een Faraday-kooi met het interne staalframe van het gebouw. Alle interne elektrische apparatuur en geleiders die aan deze kooi zijn verbonden, worden daardoor beschermd tegen potentiaalverschillen en terugslag veroorzaakt door bliksem.
Daarom, wanneer de metalen structuur van een gebouw voor aarding wordt gebruikt, is gemeenschappelijke aarding voor meerdere systemen niet alleen haalbaar, maar ook voordelig, mits de totale aardingsweerstand onder 1 Ω wordt gehouden.
2. Belangrijkste overwegingen voor gemeenschappelijke aarding
Aardingsstroom:
Het risico van aardpotentiaalverhoging (APV) hangt af van de grootte, duur en frequentie van aardingsstromen. Bijvoorbeeld, bliksemafleiders kunnen tijdens een inslag zeer hoge stromen dragen, maar deze gebeurtenissen zijn kort en zeldzaam—dus het resulterende APV vormt een beperkt risico.
Echter, de gemeenschappelijke aardingsweerstand moet voldoen aan de strengste eis van alle verbonden systemen, ideaaliter ≤1 Ω.
In laagspanningsverdelingssystemen met stevig aangesloten neutralen, kan de gemeenschappelijke aardelektrode continue lekstroom van alle verbonden lasten dragen, waardoor circulerende aardstromen ontstaan. Als de aardingsweerstand boven veilige grenzen komt, kan dit zowel apparatuur als personeel in gevaar brengen.
Bovendien, met de wijdverspreide gebruik van computers en gevoelige elektronica, is filteraarding vaak vereist. Grote lijn-aarde EMI/RFI-filters introduceren significante capacitaire lekstromen naar de aarde, die ook bijdragen aan de totale aardstroom.
Impact van aardpotentiaalverhoging op verbonden apparatuur:
Neem bijvoorbeeld een compacte binnenruimtestationaire eenheid. Traditioneel werden de transformerneutrale, metalen behuizing en lastapparatuurchassis verbonden met een gemeenschappelijke aarde. Tegelijkertijd kregen bliksemafleiders vaak een aparte aarde om gevaarlijke potentiaalverhoging tijdens ontlading te voorkomen.
Echter, als een lastapparaat een isolatiefout ontwikkelt en stroom lekt, stroomt de volledige foutlusstroom door de gemeenschappelijke aardelektrode, waardoor de lokale aardpotentiaal en dus het behuizingsspanning van de schakelinstallatie stijgt. Als onderhoudspersoneel de kastdeur opent onder deze omstandigheden, lopen ze het risico van elektrische schok. Dergelijke incidenten komen herhaaldelijk voor.
Daarom wordt in moderne praktijken vaak functionele aarding (bijvoorbeeld transformerneutrale) gescheiden van beschermende en bliksemaarding in binnenruimtestations—zelfs al vergroot dit de installatiecomplexiteit.
3. Relevante normen en voorschriften (China)
Volgens de huidige Chinese elektriciteitsindustrie-normen:
Voor klasse B elektrische installaties, als de voedende distributietransformator zich niet bevindt in een gebouw met klasse B-apparatuur, en de hoogspanningskant werkt in een ongeaarde, Petersen-coil (boogsuppressie-coil)-geaarde of hoge-weerstandsgeaarde systeem, dan mag de werkende aarde van het laagspanningsysteem dezelfde aardelektrode delen als de beschermende aarde van de transformator, mits de aardingsweerstand voldoet aan R ≤ 50/I (Ω) en R ≤ 4 Ω.
Voor klasse A elektrische installaties die werken in effectief geaarde systemen, moet de werkende aarde van de transformator buiten het beschermende aardingsrooster liggen—dat wil zeggen, gemeenschappelijke aarding is niet toegestaan.
Als de distributietransformator is geïnstalleerd in een gebouw met klasse B elektrische installaties, en de hoogspanningskant gebruik maakt van lage-weerstandsgeaarde, dan mag de werkende aarde van het laagspanningsysteem de beschermende aarde delen als:
De aardingsweerstand voldoet aan R ≤ 2000/I (Ω), en
Het gebouw een hoofd-equipotential bonding (MEB) systeem implementeert.
Bovendien, voor systemen boven 1 kV die geclassificeerd zijn als grote aardingskortsluitsysteem, is gemeenschappelijke aarding toegestaan als snelle foutisolatie wordt gegarandeerd, maar de aardingsweerstand moet < 1 Ω zijn.
De beschermende aarding van distributietransformatoren in klasse A-installaties mag dezelfde aardelektrode delen als de aarding van de bijbehorende bliksemafleider.
4. Conclusie
Praktijkervaring leert dat in openbare laagspanningsverdelingssystemen, waar volledige scheiding van aardingsystemen vaak onbereikbaar is, gemeenschappelijke aarding—combinatie van werkende, beschermende en bliksemaarding—veiliger, economischer, eenvoudiger te installeren en gemakkelijker te onderhouden is.
Om de potentiële risico's van gemeenschappelijke aarding te verminderen, moeten ingenieurs:
Het bouwstaal volledig benutten als natuurlijke aardelektrode,
De totale aardingsweerstand onder 1 Ω houden, en
Algemeen equipotential bonding door het hele complex implementeren.
Deze maatregelen minimaliseren effectief de gevaren en garanderen veilige, betrouwbare werking van moderne elektrische installaties.
