Hva er fordelene med å bruke et felles jordesystem i strømfordeling, og hvilke forholdsregler skal tas?

Hva er felles jord?

Felles jord refererer til praksisen der et systemets funksjonelle (arbeids-) jord, utstyrsbeskyttelsesjord og lynbeskyttelsesjord deler et enkelt jordelektrodesystem. Alternativt kan det bety at jordledere fra flere elektriske enheter kobles sammen og kobles til ett eller flere felles jordelektroder.

1. Fordeler med felles jord

• Enklere system med færre jordledere, som gjør vedlikehold og inspeksjon enklere.

• Den tilsvarende jordmotstanden av flere jordelektroder koblet parallelt er lavere enn den totale motstanden av separate, uavhengige jordsystemer. Når bygningens konstruksjonsstål eller armering brukes som felles jordelektrode—på grunn av dens inbygde lave motstand—blir fordelene med felles jord enda mer uttalt.

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

• Redusert antall jordelektroder, som reduserer installasjons- og materialkostnader.

• Ved isoleringsfeil som fører til en fas-til-kasse kortslutning, strømmer en større feilstrøm, som sikrer at beskyttende enheter virker raskt. Dette reduserer også berøringsspenningen når personell kommer i kontakt med defekt utstyr.

• Mildrer fare fra lynovervoltage.

Teoretisk sett skal lynbeskyttelsesjord holdes på trygg avstand fra bygningskonstruksjoner, elektrisk utstyr og deres jordsystemer for å unngå lyninduserte baklommer. Imidlertid er dette ofte upraktisk i reell ingeniørvirksomhet. Bygninger har vanligvis mange innkomende nettverkslinjer (strøm, data, vann, etc.) spredt over store områder. Spesielt når armert betongstål brukes som skjulte lynbeskyttelsesledere, blir det nesten umulig å elektromagnetisk isolere lynbeskyttelsessystemet fra bygningens rør, utstyrsinnkapsling eller strømsystemets jord.

I slike tilfeller anbefales felles jord—ved å koble transformatorens nøytral, all funksjonell og beskyttende jord til elektrisk utstyr, og lynbeskyttelsessystemet til samme jordelektrodnett. For eksempel i høyhus, ved å integrere elektrisk jord med lynbeskyttelsessystemet, dannes effektivt en Faraday-boks ved hjelp av bygningens interne stålramme. All intern elektrisk utstyr og ledere som er koblet til denne boksen, blir dermed beskyttet mot lyninduserte potensialforskjeller og baklommer.

Derfor, når bygningens metalliske struktur benyttes for jording, er felles jord for flere systemer ikke bare mulig, men også fordelaktig, gitt at den totale jordmotstanden holdes under 1 Ω.

2. Viktige overveielser for felles jord

Natur av jordstrøm:
Risikoen knyttet til økt jordpotensial (GPR) avhenger av størrelsen, varigheten og frekvensen av jordstrømmene. For eksempel kan lynnedslagere eller -spisser føre veldig høye strømmer under et nedslag, men disse hendelsene er kortvarige og sjeldne—så den resulterende GPR utgjør begrenset risiko.

Imidlertid må felles jordmotstanden oppfylle den strengeste kravet blant alle tilknyttede systemer, ideelt ≤1 Ω.

I lavspenningsdistribusjonssystemer med solid jordet nøytral kan felles jordelektroden føre kontinuerlige lekkasjestrømmer fra alle tilkoblete laster, som danner sirkulerende jordstrømmer. Hvis jordmotstanden drifter over sikre grenser, kan det bringe både utstyr og personell i fare.

I tillegg, med det omfattende bruk av datamaskiner og sensitivt elektronisk utstyr, kreves ofte filterjord. Store linje-til-jord EMI/RFI-filtre introduserer betydelige kapasitive lekkasjestrømmer til jorden, som også bidrar til den totale jordstrømmen.

Påvirkning av økt jordpotensial på tilkoblet utstyr:
La oss ta et innendørs kompakt transformerstasjonselement som eksempel. Tradisjonelt ble transformatorens nøytral, metalkabinettet og lastutstyrets kasse koblet til felles jord. Samtidig fikk lynnedslagere ofte sin egen jord for å unngå farlig potensialøkning under avfyring.

Hvis imidlertid en lastenhet utvikler en isoleringsfeil og leker strøm, vil hele feilloopsstrømmen strømme gjennom felles jordelektroden, som øker det lokale jordpotensialet—og dermed spenningen på switchgear-kabinettet. Hvis vedlikeholdsansatte åpner kabinettdøren under slike forhold, risikerer de elektrisk støt. Slike hendelser har skjedd gjentatte ganger.

Som resultat isoleres funksjonell jord (for eksempel transformatorens nøytral) ofte fra beskyttende og lynjord i innendørs transformerstasjoner—selv om dette øker installasjonskompleksiteten.

3. Relevante standarder og forskrifter (Kina)

• Ifølge gjeldende kinesiske standarder for energisektoren:

• For Klasse B elektriske installasjoner, hvis distribusjonstransformator ikke er plassert i et bygning som inneholder Klasse B-utstyr, og dens høyspennings side opererer i et ujordet, Petersen-spole (bueutslukkings-spole)-jordet, eller høyresistansjordet system, kan da lavspennings systemets arbeidsjord dele samme jordelektrode som transformatorens beskyttelsesjord, gitt at jordmotstanden oppfyller R ≤ 50/I (Ω) og R ≤ 4 Ω.

• For Klasse A elektriske installasjoner som opererer i effektivt jordet system, må transformatorens arbeidsjord være plassert utenfor beskyttelsesjordnettet—altså er felles jord ikke tillatt.

• Hvis distribusjonstransformator er installert inne i et bygning med Klasse B elektriske installasjoner, og dens høyspennings side bruker lavresistansjord, kan da lavspennings arbeidsjord dele beskyttelsesjord hvis:

• Jordmotstanden oppfyller R ≤ 2000/I (Ω), og

• Bygningen implementerer et hovedlikpotensialbinding (MEB)-system.

• I tillegg, for systemer over 1 kV klassifisert som store jordkortslutningsstrømsystemer, er felles jord tillatt hvis rask feilutsetting er sikret, men jordmotstanden må være < 1 Ω.

• Beskyttelsesjord av distribusjonstransformatorer i Klasse A-installasjoner kan dele samme jordelektrode som den tilknyttede lynnedslagerjord.

4. Konklusjon

Praktisk erfaring viser at i offentlige lavspenningsdistribusjonssystemer, hvor full separat jordsystem ofte er ubestandig, er felles jord—som kombinerer arbeids-, beskyttelses- og lynjord—tryggere, mer økonomisk, enklere å installere og lettere å vedlikeholde.

For å mildre potensielle risikoer ved felles jord, bør ingeniører:

• Full utnytte bygningens konstruksjonsstål som naturlig jordelektrode,

• Opprettholde total jordmotstand under 1 Ω, og

• Implementere omfattende likpotensialbinding gjennom hele anlegget.

Disse tiltakene effektivt minimerer farer og sikrer trygg og pålitelig drift av moderne elektriske installasjoner.