Kateri so prednosti uporabe skupnega sistema za zazemljenje v distribuciji električne energije in katere varnostne ukrepe je treba sprejeti

Kaj je skupno zazemljenje?

Skupno zazemljenje se nanaša na prakso, kjer delovno (funkcijsko) zazemljenje sistema, zaščitno zazemljenje opreme in zazemljenje za zaščito pred negativnostjo delijo eno zazemljeno elektrodno sistemo. Alternativno lahko pomeni, da so vodniki zazemljenja iz več električnih naprav povezani skupaj in povezani z eno ali večimi skupnimi zazemljenimi elektrodi.

1. Prednosti skupnega zazemljenja

• Enostavnejši sistem z manj vodnikov zazemljenja, kar olajša vzdrževanje in pregledovanje.

• Ekvivalentna upornost zazemljenja več zazemljenih elektrod, povezanih vzporedno, je nižja od skupne upornosti ločenih, neodvisnih sistemov zazemljenja. Ko se za skupno zazemljeno elektrodo uporabi strukturna jeklena armatura ali železna mreža zgradbe – zaradi njene naravne nizke upornosti – prednosti skupnega zazemljenja postanejo še bolj očitne.

• Povečana zanesljivost: če ena zazemljena elektroda odpade, druge lahko kompenzirajo.

• Manjše število zazemljenih elektrod, kar zmanjša stroške namestitve in materiala.

• V primeru odpovedi izolacije, ki povzroči kratki krog med fazo in omaričjem, teče večji tok krivega toka, kar zagotavlja, da hitro delujejo zaščitni napravi. To tudi zmanjša dotični napon, ko osebje stori v kontakta s poskodenim opremo.

• Zmanjšuje tveganja zaradi previsokih naponov zaradi negativnosti.

Teoretično bi za preprečevanje nazadnjskega preboja zaradi negativnosti bilo treba zazemljenje za zaščito pred negativnostjo ohraniti na varno razdaljo od struktur zgradb, električne opreme in njihovih sistemov zazemljenja. Vendar je v stvarnem inženiringu to pogosto nesprejemljivo. Zgradbe običajno imajo veliko vhodnih infrastrukturnih vodov (energija, podatki, voda itd.), ki so razpršeni po velikem območju. Še posebej, ko se za skrite vodnike za zaščito pred negativnostjo uporabijo armature armiranega betona, postane praktično nemogoče električno izolirati sistem za zaščito pred negativnostjo od vodov zgradbe, oklepajev opreme ali sistema zazemljenja energijskega sistema.

V takšnih primerih se priporoča skupno zazemljenje – povezava neutralne faze transformatorja, vseh funkcionalnih in zaščitnih zazemljenj električne opreme ter sistema za zaščito pred negativnostjo z eno mrežo zazemljenih elektrod. Na primer, v visokih zgradbah integracija električnega zazemljenja s sistemom za zaščito pred negativnostjo učinkovito tvori Faradayev koš z notranjo jekleno strukturo zgradbe. Vsa notranja električna oprema in vodi, ki so vezani na ta koš, so tako zaščiteni pred potencialnimi razlikami in nazadnjskim prebojem, ki jih povzroča negativnost.

Zato, kadar se za zazemljenje uporablja kovinska struktura zgradbe, je skupno zazemljenje več sistemov ne le možno, ampak tudi koristno, če je celotna upornost zazemljenja ohranjena pod 1 Ω.

2. Ključne premisleke za skupno zazemljenje

Narava tokov zazemljenja:
Tveganje, povezano z naraščanjem potenciala zemlje (GPR), je odvisno od velikosti, trajanja in frekvence tokov zazemljenja. Na primer, negativnostni zadrževalniki ali palice lahko med udarcem nosijo zelo visoke tokove, vendar so ti dogodki kratki in redki – tako da GPR predstavlja omejeno tveganje.

Vendar mora skupna upornost zazemljenja zadostovati najstrožji zahtevi med vsemi povezanimi sistemi, idealno ≤1 Ω.

V nizevih distribucijskih sistemih z trdno zazemljeno neutralno fazo lahko skupna zazemljena elektroda nosi zvezne utrkle toke od vseh povezanih obremenitev, kar ustvari cirkulirajoče toke zazemljenja. Če se upornost zazemljenja odmakne preko varnih mej, lahko ogrozi tako opremo kot tudi osebje.

Še več, s široko uporabo računalnikov in občutljive elektronske opreme, se pogosto zahteva filtrovano zazemljenje. Veliki EMI/RFI filtri, ki delujejo kot linearni do zemlje, vneso značilne kapacitivne utrkle toke v zemljo, ki tudi prispevajo k skupnemu toku zazemljenja.

Vpliv naraščanja potenciala zemlje na povezano opremo:
Primer: notranja kompaktna preobrazovalna enota. Tradicionalno so bili neutralni vod transformatorja, metalni oklepaj in omaričje obremenitvene opreme povezani z eno zazemljenjo. Medtem so negativnostni zadrževalniki pogosto dobili ločeno zazemljenje, da bi se izognili nevarnemu naraščanju potenciala med izpustom.

Vendar, če se obremenitvena naprava razvije izolacijska odpoved in utrka toke, celotni tok krivega kroga teče skozi skupno zazemljeno elektrodo, kar poviša lokalni potencial zemlje – in s tem napon oklepaja preklopnika. Če osebje za vzdrževanje odpre vrata kabinetov v teh pogojih, je na izpostavljenosti električnim udarcem. Takšni incidenti so se ponavljali.

Zato moderna praksa pogosto izolira funkcionalno zazemljenje (npr. neutralni vod transformatorja) od zaščitnega in negativnostnega zazemljenja v notranjih preobrazovalnih enotah – čeprav to poveča zapletenost namestitve.

3. Povezane standarde in predpise (Kitajska)

• Glede na trenutne kitajske industrijske standarde za energijo:

• Za Razred B električnih instalacij, če distribucijski transformator, ki oskrbuje, ni v zgradbi, ki vsebuje opremo Razreda B, in njegova visokonaponska stran deluje v nezazemljenem, Petersenovem zavitu (zavitu za iztisnitev loka) ali visoko upornem zazemljenem sistemu, lahko delovno zazemljenje nizevskog sistema deli isto zazemljeno elektrodo kot zaščitno zazemljenje transformatorja, če upornost zazemljenja zadošča R ≤ 50/I (Ω) in R ≤ 4 Ω.

• Za Razred A električnih instalacij, ki delujejo v učinkovito zazemljenih sistemih, mora biti delovno zazemljenje transformatorja zunaj mreže zaščitnega zazemljenja – torej ni dovoljeno skupno zazemljenje.

• Če je distribucijski transformator nameščen znotraj zgrade z opremo Razreda B in njegova visokonaponska stran uporablja nizko uporno zazemljenje, lahko nizevsko delovno zazemljenje deli zaščitno zazemljenje, če:

• Upornost zazemljenja zadošča R ≤ 2000/I (Ω), in

• Zgrada implementira glavno enopotencialno vezavo (MEB) sistem.

• Dodatno, za sisteme nad 1 kV, ki so klasificirani kot veliki sistemi zazemljenega kratkoročnega toka, je dovoljeno skupno zazemljenje, če je zagotovljeno hitro odstranjevanje napak, vendar mora biti upornost zazemljenja < 1 Ω.

• Zaščitno zazemljenje distribucijskih transformatorjev v instalacijah Razreda A lahko deli isto zazemljeno elektrodo kot pripadajoče zazemljenje za zaščito pred negativnostjo.

4. Zaključek

Praktična izkušnja kaže, da v javnih nizevih distribucijskih sistemih, kjer je pogosto popolna ločitev sistemov zazemljenja neizvedljiva, je skupno zazemljenje, ki združuje delovno, zaščitno in negativnostno zazemljenje, varnejše, ekonomičnejše, enostavnejše za namestitev in lažje za vzdrževanje.

Za zmanjšanje potencialnih tveganj skupnega zazemljenja bi inženirji morali:

• Polno izkoristiti strukturno jeklo zgradbe kot naravno zazemljeno elektrodo,

• Ohraniti celotno upornost zazemljenja pod 1 Ω, in

• Implementirati celovito enopotencialno vezavo skozi celotno objekt.

Ti ukrepi učinkovito zmanjšajo tveganja in zagotavljajo varno in zanesljivo delovanje sodobnih električnih instalacij.