Vilka är fördelarna med att använda ett gemensamt jordningsystem i elkraftfördelning och vilka försiktighetsåtgärder bör vidtas?

Echo

Fält: Transformeranalys

China

Vad är gemensam jordning?

Gemensam jordning hänvisar till praxis där ett systems funktions- (arbets-) jordning, skyddsjordning för utrustning och blixtningskyddsjordning delar en enda jordningselodsystem. Alternativt kan det betyda att jordningsledare från flera elektriska enheter kopplas samman och länkas till en eller flera gemensamma jordningseloder.

1. Fördelar med gemensam jordning

Enklare system med färre jordningsledare, vilket underlättar underhåll och inspektion.
Den ekvivalenta jordningsmotståndet för flera jordningseloder som är anslutna parallellt är lägre än det totala motståndet för separata, oberoende jordningssystem. När byggnadens konstruktionsstål eller armering används som den gemensamma jordningseloden—grundat på dess inbyggda låga motstånd—bli fördelarna med gemensam jordning ännu tydligare.
Förbättrad tillförlitlighet: om en jordningselod misslyckas, kan andra kompensera.
Minskade antal jordningseloder, vilket sänker installations- och materialkostnader.
I händelse av isoleringsfel som orsakar kortslutning mellan fas och kabinett, flödar ett större felström genom, vilket säkerställer att skyddsenheter agerar snabbt. Detta minskar också beröringspanningen när personal kommer i kontakt med defekt utrustning.
Minskar riskerna med överspanningar från blixtningsnedslag.

Teoretiskt bör blixtningsjordning hållas på säker avstånd från byggnadsstrukturer, elektrisk utrustning och deras jordningssystem för att förhindra blixtningsinducerade återfläktar. Men i praktiken är detta ofta omöjligt. Byggnader har vanligtvis många inkommande nätledningar (ström, data, vatten etc.) spridda över stora ytor. Särskilt när armering i betong används som dolda blixtningsledare blir det praktiskt taget omöjligt att elektriskt isolera blixtningsjordningssystemet från byggnadsrör, utrustningskabinetter eller strömsystems jordning.

I sådana fall rekommenderas gemensam jordning—koppla transformatorns neutral, all funktions- och skyddsjordning för elektrisk utrustning, samt blixtningsjordningssystemet till samma jordningselodnät. Till exempel i höghus, integrering av eljordning med blixtningsjordningssystemet skapar effektivt en Faradayburk med byggnadens inre stålram. All inre elektrisk utrustning och ledare som är kopplade till denna burk skyddas därmed från blixtningsinducerade spänningsdifferenser och återfläktar.

Därför, när byggnadens metalliska struktur används för jordning, är gemensam jordning för flera system inte bara möjligt utan också fördelaktigt, förutsatt att det totala jordningsmotståndet hålls under 1 Ω.

2. Viktiga överväganden vid gemensam jordning

Natur av jordningsströmmar:
Riskerna med ökning av jordpotential (GPR) beror på magnitud, varaktighet och frekvens av jordningsströmmar. Till exempel kan blixtningsnaglar bära mycket höga strömmar under en nedslag, men dessa händelser är korta och sällsynta—så den resulterande GPR utgör begränsad risk.

Det gemensamma jordningsmotståndet måste dock uppfylla det strängaste kravet bland alla anslutna system, idealiskt ≤1 Ω.

I lågspänningsfördelnings-system med solid jordad neutral kan den gemensamma jordningseloden bära kontinuerliga läckageströmmar från alla anslutna laster, vilket bildar cirkulerande jordströmmar. Om jordningsmotståndet ökar över säkra gränser kan det hota både utrustning och personal.

Vidare, med den breda användningen av datorer och känslig elektronik, krävs ofta filterjordning. Stora linje-till-jord EMI/RFI-filtret introducerar signifikanta kapacitiva läckageströmmar till jorden, vilket också bidrar till den totala jordströmmen.

Påverkan av ökning av jordpotential på ansluten utrustning:
Betrakta till exempel en inomhusig kompakt understationsenhet. Traditionellt sett har transformatorns neutral, metallkabinett och lastutrustningschassi alltsammans anslutits till en gemensam jord. Samtidigt har blixtningsnaglar ofta getts en separat jord för att undvika farlig potentialökning under utlösning.

Men om en lastutrustning utvecklar ett isoleringsfel och läcker ström, flödar hela felet loopström genom den gemensamma jordningseloden, vilket höjer den lokala jordpotentialen—och därför switchgear-kabinettens spänning. Om underhållspersonal öppnar kabinettdörren under dessa förhållanden riskerar de elektriskt slag. Sådana incidenter har inträffat upprepade gånger.

Därför isoleras funktionsjordning (t.ex. transformatorneutral) ofta från skydd- och blixtningsjordning i inomhusiga understationer i modern praxis—även om detta ökar installationskomplexiteten.

3. Relevanta standarder och regler (Kina)

Enligt nuvarande kinesiska energistandarder:

För klass B elektriska installationer, om den levererande distributionstransformatorn inte är belägen i en byggnad som innehåller klass B-utrustning, och dess högspännings-sida opererar i ett obelagt, Petersen-spole (bogsbortagningsspole)-belagt, eller hög-resistans-belagt system, då kan lågspännings-systemets arbetsjordning dela samma jordningselod som transformatorns skyddsjordning, förutsatt att jordningsmotståndet uppfyller R ≤ 50/I (Ω) och R ≤ 4 Ω.
För klass A elektriska installationer som opererar i effektivt belagda system, måste transformatorns arbetsjordning vara belägen utanför skyddsjordningsnätet—det vill säga, gemensam jordning är inte tillåten.

Om distributionstransformatorn är installerad inuti en byggnad med klass B elektriska installationer, och dess högspännings-sida använder låg-resistans-beläggning, då kan lågspännings-arbetsjordning dela skyddsjordningen om:

Jordningsmotstånd uppfyller R ≤ 2000/I (Ω), och
Byggnaden implementerar ett huvudlikpotentiellbindningssystem (MEB).

Ytterligare, för system över 1 kV som klassificeras som stora jordningskorts-lösningsströmsystem, är gemensam jordning tillåten om snabb felborttagning garanteras, men jordningsmotståndet måste vara < 1 Ω.
Skyddsjordning av distributionstransformatorer i klass A-installationer kan dela samma jordningselod som den associerade blixtningsnagels jordning.

4. Slutsats

Praktisk erfarenhet visar att i offentliga lågspänningsfördelnings-system, där fullständig separation av jordningssystem ofta är osannolikt, är gemensam jordning—som kombinerar arbets-, skydd- och blixtningsjordning—säkrare, mer ekonomisk, enklare att installera och underhålla.

För att minska potentiella risker med gemensam jordning bör ingenjörer: