Jakie są zalety stosowania wspólnego systemu uziemienia w rozdzielczej energetycznej a jakie środki ostrożności należy podjąć

Co to jest wspólna uziemienie?

Wspólne uziemienie odnosi się do praktyki, w której funkcyjne (pracujące) uziemienie systemu, ochronne uziemienie sprzętu i uziemienie ochronne przed piorunami dzielą jedno uziemię elektrodowe. Alternatywnie, może to oznaczać, że przewody uziemiające z wielu urządzeń elektrycznych są połączone razem i podłączone do jednej lub więcej wspólnych elektrod uziemiających.

1. Zalety wspólnej uziemienia

• Prostszy system z mniejszą liczbą przewodów uziemiających, co ułatwia konserwację i inspekcję.

• Równoważna oporność uziemiająca wielu połączonych równolegle elektrod uziemiających jest niższa niż całkowita oporność oddzielnych, niezależnych systemów uziemiających. Gdy jako wspólna elektroda uziemiająca wykorzystywana jest stal konstrukcyjna budynku lub armatura — ze względu na jej naturalnie niską oporność — korzyści z uziemiaния общего заземления становятся еще более очевидными.

• Zwiększona niezawodność: jeśli jedna elektroda uziemiająca ulegnie awarii, inne mogą to wynagrodzić.

• Mniejsza liczba elektrod uziemiających, co obniża koszty montażu i materiałów.

• W przypadku uszkodzenia izolacji powodującego krótkie spięcie między fazą a obudową, przepływa większa prąd uszkodzeniowy, zapewniając szybkie działanie urządzeń ochronnych. To również obniża napięcie dotykowe, gdy personel kontaktuje się z uszkodzonym sprzętem.

• Zmniejsza zagrożenia związane z nadmiernymi napięciami piorunowymi.

Teoretycznie, aby zapobiec cofnięciu błyskowi spowodowanemu przez piorun, uziemienie ochronne przed piorunami powinno być utrzymane w bezpiecznej odległości od konstrukcji budynków, sprzętu elektrycznego i ich systemów uziemiających. Jednak w rzeczywistej inżynierii to często jest niewykonalne. Budynki mają zwykle wiele linii dostarczających (energia, dane, woda itp.) rozłożonych na dużym obszarze. Szczególnie, gdy jako ukryte przewody ochronne przed piorunami używane są stalownice betonowe, staje się praktycznie niemożliwe elektryczne odizolowanie systemu ochronnego przed piorunami od rurociągów budynku, obudów sprzętu lub systemów uziemiających sieci energetycznej.

W takich przypadkach zaleca się wspólne uziemienie — połączenie neutralnego transformatora, wszystkich funkcyjnych i ochronnych uziemiań sprzętu elektrycznego oraz systemu ochronnego przed piorunami z tym samym siecią elektrod uziemiających. Na przykład, w wysokich budynkach, integracja uziemiań elektrycznych z systemem ochronnym przed piorunami skutecznie tworzy klatkę Faradaya za pomocą wewnętrznego szkieletu stalowego budynku. Wszystkie wewnętrzne urządzenia elektryczne i przewody połączone z tą klatką są tym samym chronione przed różnicami potencjałów i cofnięciem błyskowym spowodowanym przez pioruny.

Dlatego, gdy wykorzystuje się metalową strukturę budynku do uziemiań, wspólne uziemienie dla wielu systemów jest nie tylko możliwe, ale też korzystne, pod warunkiem, że całkowita oporność uziemiająca jest utrzymywana poniżej 1 Ω.

2. Kluczowe zagadnienia dotyczące wspólnego uziemienia

Charakter prądów uziemiających:
Ryzyko związane z podnoszeniem potencjału ziemi (GPR) zależy od wielkości, czasu trwania i częstotliwości prądów uziemiających. Na przykład, gromochrony lub igły mogą przeprowadzać bardzo duże prądy podczas uderzenia pioruna, ale te zdarzenia są krótkotrwałe i rzadkie — więc wynikające z tego GPR stanowią ograniczone ryzyko.

Jednak oporność uziemiająca wspólna musi spełniać najbardziej surowe wymagania wśród wszystkich połączonych systemów, idealnie ≤1 Ω.

W systemach dystrybucji niskiego napięcia z solidnie uziemioną neutralą, wspólna elektroda uziemiająca może przeprowadzać ciągłe prądy przeciekowe z wszystkich połączonych obciążeń, tworząc prądy obiegowe. Jeśli oporność uziemiająca wzrośnie ponad bezpieczne granice, może zagrozić zarówno sprzętom, jak i personelowi.

Ponadto, z szerokim zastosowaniem komputerów i wrażliwego sprzętu elektronicznego, często wymagane jest uziemienie filtrujące. Duże filtry EMI/RFI linii-neutralne wprowadzają znaczne prądy przeciekowe pojemnościowe do ziemi, które również przyczyniają się do całkowitego prądu uziemiającego.

Wpływ podnoszenia potencjału ziemi na połączone urządzenia:
Weźmy na przykład kompaktową jednostkę podscentralną wewnątrz budynku. Tradycyjnie, neutralny transformator, metalowa obudowa i obudowa sprzętu obciążeniowego były wszystkie połączone z wspólnym uziemieniem. Tymczasem, gromochrony często miały oddzielne uziemienie, aby uniknąć niebezpiecznego podnoszenia potencjału podczas rozładowania.

Jednak, jeśli urządzenie obciążeniowe rozwija uszkodzenie izolacji i przecieka prąd, cały prąd pętli uszkodzeniowej przepływa przez wspólną elektrodę uziemiającą, podnosząc lokalny potencjał ziemi — a co za tym idzie, napięcie obudowy przełącznika. Jeśli personel serwisowy otworzy drzwi szafy w tych warunkach, naraża się na porażenie prądem. Takie incydenty zdarzały się wielokrotnie.

W związku z tym, współczesna praktyka często izoluje funkcyjne uziemienie (np. neutralny transformator) od ochronnego i piorunowego uziemienia w wewnętrznych podscentraliach — nawet jeśli to zwiększa złożoność instalacji.

3. Relevante normy i przepisy (Chiny)

• Według obecnych chińskich standardów branży energetycznej:

• Dla instalacji elektrycznych klasy B, jeśli transformator dystrybucyjny zasilający nie znajduje się w budynku zawierającym sprzęt klasy B, a jego strona wysokiego napięcia działa w systemie nieuziemionym, uziemionym przez cewkę Petersena (cewkę tłumiącą łuki) lub uziemionym przez wysoką oporność, to uziemienie robocze systemu niskiego napięcia może dzielić tę samą elektrodę uziemiającą co uziemienie ochronne transformatora, pod warunkiem, że oporność uziemiająca spełnia R ≤ 50/I (Ω) i R ≤ 4 Ω.

• Dla instalacji elektrycznych klasy A działających w efektywnie uziemionych systemach, uziemienie robocze transformatora musi znajdować się poza siatką uziemiającą ochronną — tj. nie jest dozwolone wspólne uziemienie.

• Jeśli transformator dystrybucyjny jest zainstalowany w budynku z instalacjami elektrycznymi klasy B, a jego strona wysokiego napięcia używa niskiej oporności uziemiającej, to uziemienie robocze niskiego napięcia może dzielić uziemienie ochronne, jeśli:

• Oporność uziemiająca spełnia R ≤ 2000/I (Ω), oraz

• Budynek implementuje system głównego wiązania ekwiwalentnego (MEB).

• Dodatkowo, dla systemów powyżej 1 kV klasyfikowanych jako systemy z dużym prądem krótkiego zwarcia, wspólne uziemienie jest dozwolone, jeśli zapewniona jest szybka eliminacja uszkodzeń, ale oporność uziemiająca musi być < 1 Ω.

• Uziemienie ochronne transformatorów dystrybucyjnych w instalacjach klasy A może dzielić tę samą elektrodę uziemiającą co uziemienie ochronne związane z gromochronem.

4. Podsumowanie

Doświadczenia praktyczne pokazują, że w publicznych systemach dystrybucji niskiego napięcia, gdzie pełne rozdzielenie systemów uziemiających często jest niewykonalne, wspólne uziemienie — łączące uziemienie robocze, ochronne i piorunowe — jest bezpieczniejsze, bardziej ekonomiczne, łatwiejsze do instalacji i utrzymania.

Aby zmniejszyć potencjalne ryzyko związane z wspólnym uziemieniem, inżynierowie powinni:

• Pełnie wykorzystać stal konstrukcyjną budynku jako naturalną elektrodę uziemiającą,

• Utrzymywać całkowitą oporność uziemiającą poniżej 1 Ω, oraz

• Wdrożyć kompleksowe wiązanie ekwiwalentne w całym obiekcie.

Te środki skutecznie minimalizują zagrożenia i zapewniają bezpieczne i niezawodne działanie nowoczesnych instalacji elektrycznych.