Koje su prednosti korišćenja zajedničkog sistema zemljanja u distribuciji struje i koja su mera opreza koje treba poduzeti

Šta je zajedničko zemljenje?

Zajedničko zemljenje se odnosi na praksu gde funkcijsko (radno) zemljenje sistema, zaštitno zemljenje opreme i zemljenje od gremlja koriste jedan zemljeni elektrod. Alternativno, to može značiti da su vodovi zemljenja sa više električnih uređaja povezani zajedno i spajeni na jedan ili više zajedničkih zemljenih elektroda.

1. Prednosti zajedničkog zemljenja

• Jednostavniji sistem sa manje vodova zemljenja, što olakšava održavanje i inspekciju.

• Ekvivalentni otpor zemljenja kada su povezani paralelno više zemljenih elektroda je niži od ukupnog otpora odvojenih, nezavisnih zemljenih sistema. Kada se strukturalna čelika zgrade ili armatura koristi kao zajednički zemljeni elektrod—zbog svoje prirodnog niskog otpora—prednosti zajedničkog zemljenja postaju još izraženije.

• Povećana pouzdanost: ako jedan zemljeni elektrod izazove kvar, drugi mogu kompensirati.

• Smanjen broj zemljenih elektroda, smanjuje troškove instalacije i materijala.

• U slučaju kvara izolacije koji dovodi do kratakog spoja faze na šasiju, protiče veći strujni prekid, što osigurava brzu radnju zaštitnih uređaja. To takođe smanjuje napon dodira kada osoblje dodirne defektne opreme.

• Smanjuje rizik od prenapona usled gremlja.

Teoretski, kako bi se sprečilo povratno iskrcavanje usled gremlja, zemljenje od gremlja trebalo bi biti na sigurnoj udaljenosti od struktura zgrade, električne opreme i njihovih zemljenih sistema. Međutim, u stvarnom inženjeringu, to je često nemoguće. Zgrade obično imaju mnogo dolaznih utilitetskih linija (struja, podaci, voda itd.) rasprostranjene na velike površine. Posebno kada se armatura armirane betonske konstrukcije koristi kao skrivene vodove za zaštitu od gremlja, praktično je nemoguće električki izolovati sistem zaštite od gremlja od cjevovoda zgrade, oklopne kutije opreme ili zemljenih sistema struje.

U takvim slučajevima, preporučuje se zajedničko zemljenje—spajanje neutrala transformatora, svih funkcionalnih i zaštitnih zemljenja električne opreme, i sistema zaštite od gremlja na isti mrežni zemljeni elektrod. Na primjer, u visokim zgradama, integrisanje električnog zemljenja sa sistemom zaštite od gremlja efektivno formira Faradejevu kletku koristeći unutrašnji čelični okvir zgrade. Sva unutrašnja električna oprema i vodovi vezani za ovu kletku su time zaštićeni od potencijalnih razlika i povratnog iskrcavanja usled gremlja.

Stoga, kada se koristi metalička struktura zgrade za zemljenje, zajedničko zemljenje za više sistema nije samo moguće, već i prednost, uz održavanje ukupnog otpora zemljenja ispod 1 Ω.

2. Ključni aspekti zajedničkog zemljenja

Priroda zemljenih struja:
Rizik vezan za povećanje zemljinskog potencijala (GPR) zavisi od intenziteta, trajanja i frekvencije zemljenih struja. Na primjer, gremljeve zaštite ili štapići mogu nositi vrlo visoke struje tokom udara, ali ti događaji su kratki i retki—tako da rezultujući GPR predstavlja ograničen rizik.

Međutim, zajednički otpor zemljenja mora zadovoljavati najstrožu zahtevu među svim povezanim sistemima, idealno ≤1 Ω.

U niskonaponskim distribucijskim sistemima sa čvrsto zemljenim neutralima, zajednički zemljeni elektrod može nositi kontinuirane struje propustanja sa svih povezanih opterećenja, formirajući cirkulišuće zemljenje. Ako se otpor zemljenja poveća iznad sigurnih granica, može opasno djelovati na opremu i osoblje.

Osim toga, s pomoću računara i osjetljive elektroničke opreme, često je potrebno filter zemljenje. Veliki EMI/RFI filtri između faze i zemlje uvode značajne kapacitivne struje propustanja na zemlju, koje takođe doprinose ukupnoj zemljenoj struji.

Uticaj povećanja zemljinskog potencijala na povezanu opremu:
Uzmimo kao primer kompaktnu unutrašnju transformatorsku postaju. Tradicionalno, neutral transformatora, metalna kutija i šasije opterećenja su bili povezani na zajedničko zemljenje. U međuvremenu, gremljeve zaštite često su dobile odvojeno zemljenje kako bi se izbegao opasan povećani potencijal tijekom iskrcavanja.

Međutim, ako se opterećeni uređaj pojavljuje kvar izolacije i propušta struju, cijela struja kružnog kvara protiče kroz zajednički zemljeni elektrod, povećavajući lokalni zemljeni potencijal—i, kao posljedica, napon kutije prekidača. Ako osoblje otvori vrata kutije u ovim uslovima, izlagaju se riziku od električnog udara. Takvi incidenti su se ponavljali više puta.

Kao rezultat, savremenom praksom se često izoluje funkcionalno zemljenje (na primjer, neutral transformatora) od zaštitnog i gremljevog zemljenja u unutrašnjim transformatorskim postajama—iako to povećava složenost instalacije.

3. Relevatni standardi i propisi (Kina)

• Prema trenutnim kineskim standardima električnog industrije:

• Za B klasu električnih instalacija, ako distribucijski transformator nije smješten u zgradi koja sadrži B klasnu opremu, a njegova visokonaponska strana radi u nezemljenom, Petersenovom zavojnicom (zavojnice za potiskivanje lukova) zemljenom ili visoko otpornom zemljenom sistemu, onda radno zemljenje niskonaponskog sistema može dijeliti isti zemljeni elektrod sa zaštitnim zemljenjem transformatora, pod uvjetom da otpor zemljenja zadovoljava R ≤ 50/I (Ω) i R ≤ 4 Ω.

• Za A klasu električnih instalacija koje rade u efektivno zemljenim sistemima, radno zemljenje transformatora mora biti izvan mreže zaštitnog zemljenja—dakle, zajedničko zemljenje nije dozvoljeno.

• Ako je distribucijski transformator instaliran unutar zgrade sa B klasnim električnim instalacijama, a njegova visokonaponska strana koristi nisko otporno zemljenje, onda niskonaponsko radno zemljenje može dijeliti zaštitno zemljenje ako:

• Otpor zemljenja zadovoljava R ≤ 2000/I (Ω), i

• Zgrada implementira glavni sistem ekvipotencijalnog vezanja (MEB).

• Dodatno, za sisteme iznad 1 kV klasifikovane kao sistemi s velikim prekidnim strujama zemljenja, zajedničko zemljenje je dozvoljeno ako se brzo uklanja kvar, ali otpor zemljenja mora biti < 1 Ω.

• Zaštitno zemljenje distribucijskih transformatora u A klasnim instalacijama može dijeliti isti zemljeni elektrod sa povezanim zemljenjem gremljeve zaštite.

4. Zaključak

Praktična iskustva pokazuju da u javnim niskonaponskim distribucijskim sistemima, gdje je potpuna separacija zemljenih sistema često neizvodljiva, zajedničko zemljenje—kombinovanje radnog, zaštitnog i gremljevog zemljenja—je bezbjednije, ekonomičnije, jednostavnije za instalaciju i lakše za održavanje.

Da bi se smanjili potencijalni rizici zajedničkog zemljenja, inženjeri bi trebalo:

• Potpuno iskoristiti strukturnu čeliku zgrade kao prirodni zemljeni elektrod,

• Održavati ukupni otpor zemljenja ispod 1 Ω, i

• Implementirati kompletno ekvipotencijalno vezanje kroz objekat.

Ove mere efektivno smanjuju opasnosti i osiguravaju bezbednu i pouzdanu radnju modernih električnih instalacija.