Які переваги має використання спільної системи заземлення у розподілі електроенергії, і які заходи безпеки слід дотримувати

Що таке спільне заземлення?

Спільне заземлення — це практика, коли функціональне (робоче) заземлення системи, захисне заземлення обладнання та заземлення від блискавок діляться одним системою заземлювальних електродів. Або ж це може означати, що провідники заземлення від кількох електричних пристроїв з'єднуються разом і підключаються до одного або декількох спільних заземлювальних електродів.

1. Переваги спільного заземлення

• Простіша система з меншою кількістю провідників заземлення, що спрощує обслуговування та перевірки.

• Еквівалентний опір заземлення кількох заземлювальних електродів, з'єднаних паралельно, нижчий, ніж загальний опір окремих незалежних систем заземлення. Коли для спільного заземлювального електрода використовується структурна сталь будівлі або арматура — через її природно низький опір — переваги спільного заземлення стають ще більш очевидними.

• Підвищена надійність: якщо один заземлювальний електрод виходить з ладу, інші можуть компенсувати його недоліки.

• Зменшена кількість заземлювальних електродів, що знижує витрати на встановлення та матеріали.

• У разі порушення ізоляції, що призводить до короткого замикання між фазою та корпусом, протікає більший струм помилки, що забезпечує швидку роботу захисних пристроїв. Це також знижує напругу при дотику до несправного обладнання.

• Зменшує небезпеки, пов'язані з перенапруженнями від блискавок.

Теоретично, для запобігання зворотному пробою, спричиненому блискавками, заземлення від блискавок має бути на безпечній відстані від будівельних конструкцій, електричного обладнання та їх систем заземлення. Однак, на практиці це часто неможливо. Будівлі зазвичай мають численні комунікаційні лінії (електроенергія, дані, вода тощо), розташовані на широкій території. Особливо, коли для прихованих провідників від блискавок використовуються арматурні каркаси збіжченої бетонної конструкції, практично неможливо електрично ізольувати систему від блискавок від трубопроводів, корпусів обладнання або систем заземлення електроенергетичних мереж.

В таких випадках рекомендується спільне заземлення — підключення нейтралю трансформатора, всіх функціональних та захисних заземлень електричного обладнання, а також системи від блискавок до однієї системи заземлювальних електродів. Наприклад, у висотних будівлях, інтеграція електричного заземлення з системою від блискавок ефективно формує клітку Фарадея, використовуючи внутрішню металеву раму будівлі. Усі внутрішні електричні пристрої та провідники, з'єднані з цією кліткою, таким чином захищені від потенціальних різниць, спричинених блискавками, та зворотного пробою.

Тому, коли використовується металева конструкція будівлі для заземлення, спільне заземлення кількох систем не тільки можливе, але й вигідне, якщо загальний опір заземлення підтримується нижче 1 Ом.

2. Ключові аспекти спільного заземлення

Характер струмів заземлення:
Ризик, пов'язаний з підвищенням потенціалу заземлення (GPR), залежить від величини, тривалості та частоти струмів заземлення. Наприклад, громоотводи або стержні можуть проводити дуже великі струми під час удару блискавки, але ці події короткотривалі та неважкі — тому GPR становить обмежений ризик.

Однак, опір спільного заземлення має задовольняти найбільш строгим вимогам серед усіх з'єднаних систем, ідеально ≤1 Ом.

У низьковольтових розподільчих системах з твердо заземленим нейтралем, спільний заземлювальний електрод може проводити постійні струми втечок від усіх з'єднаних навантажень, формуючи циркулярні земльні струми. Якщо опір заземлення вище допустимих меж, це може загрожувати як обладнанню, так і персоналу.

Крім того, з широкою поширеністю комп'ютерів та чутливого електронного обладнання, часто потрібне фільтруване заземлення. Великі фільтри ЕМІ/RFI, які вводять значні ємностні струми втеку до землі, також вносять внесок у загальний земельний струм.

Вплив підвищення потенціалу заземлення на з'єднане обладнання:
Наприклад, розглянемо компактну внутрішню підстанцію. Традиційно, нейтраль трансформатора, металевий корпус та корпус навантаження були з'єднані зі спільним заземленням. Однак, громоотводи часто отримували окреме заземлення, щоб уникнути небезпечного підвищення потенціалу під час розряду.

Однак, якщо пристрій навантаження розвиває порушення ізоляції і втекає струм, весь струм контуру помилки проходить через спільний заземлювальний електрод, підвищуючи місцевий потенціал заземлення — і, відповідно, напругу корпусу комутаційного пристрою. Якщо персонал відкриває двері шафи в таких умовах, він ризикує отримати електричний удар. Такі інциденти відбувалися повторно.

Тому сучасна практика часто ізолює функціональне заземлення (наприклад, нейтраль трансформатора) від захисного та громозахисного заземлення у внутрішніх підстанціях — хоча це збільшує складність встановлення.

3. Відповідні стандарты та регуляції (Китай)

• За поточними китайськими стандартами електроенергетичної галузі:

• Для електроустановок класу B, якщо постачальний розподільчий трансформатор не розташований у будівлі, що містить обладнання класу B, і його високовольтна сторона працює в системі без заземлення, з заземленням Петерсена (аркуш-затишника) або з високим опором заземлення, то робоче заземлення низьковольтової системи може ділитися одним заземлювальним електродом з захисним заземленням трансформатора, якщо опір заземлення задовольняє R ≤ 50/I (Ом) та R ≤ 4 Ом.

• Для електроустановок класу A, що працюють в ефективно заземленій системі, робоче заземлення трансформатора повинно розташовуватися поза захисною мережею заземлення — тобто, спільне заземлення не дозволяється.

• Якщо розподільчий трансформатор встановлений у будівлі з електроустановками класу B, і його високовольтна сторона використовує низький опір заземлення, то робоче заземлення низького напруги може ділитися з захисним заземленням, якщо:

• Опір заземлення задовольняє R ≤ 2000/I (Ом), і

• Будівля має систему головного еквіпотенціального з'єднання (MEB).

• Крім того, для систем понад 1 кВ, які класифікуються як великі системи заземлення короткого замикання, спільне заземлення дозволяється, якщо забезпечується швидке виключення вади, але опір заземлення має бути < 1 Ом.

• Захисне заземлення розподільних трансформаторів в установках класу A може ділитися одним заземлювальним електродом зі заземленням пов'язаного громоотвода.

4. Висновок

Практичний досвід показує, що в публічних низьковольтових розподільчих системах, де повне розділення систем заземлення часто недосяжне, спільне заземлення, що поєднує робоче, захисне та громозахисне заземлення, є безпечнішим, економічнішим, простішим для встановлення та легшим для обслуговування.

Для зниження потенційних ризиків спільного заземлення, інженери повинні:

• Повністю використовувати структурну сталь будівлі як природний заземлювальний електрод,

• Підтримувати загальний опір заземлення нижче 1 Ом, і

• Реалізовувати комплексне еквіпотенціальне з'єднання по всій установці.

Ці міри ефективно мінімізують небезпеки та забезпечують безпечну та надійну роботу сучасних електроустановок.