Методи на заземляване

Методи на заземляване и заземлящи килими

В електрическите системи съществуват няколко метода за заземяване, включително заземяване чрез жица или лента, стержен, тръбопровод, плоча и заземяване чрез водопровод. Сред тези, най-често използваните са заземяването чрез тръбопровод и плоча, които ще бъдат разгледани по-подробно по-долу.

Заземящ килим

Заземящият килим се създава чрез свързване на множество стержени с медни проводници. Тази конфигурация ефективно намалява общото съпротивление на заземяването и играе ключова роля в ограничаването на потенциала на земята. Той е особено подходящ за области, където се очакват големи аварийни токове. При проектирането на заземящ килим, няколко критични фактора трябва да бъдат внимателно обмислени:

Предпазни мерки

При аварийно състояние, напрежението между земята и повърхността на земята трябва да се поддържа на ниво, което не представлява опасност за хора, които може да докоснат некондуктивните повърхности на електрическата система. Това гарантира безопасността на персонала, работещ около или близо до електрическата инсталация.

Функциониране на защитния реле

Заземящият килим трябва да е способен да обработва непрекъснати аварийни токове, достатъчно големи, за да активират защитното реле. Ниско съпротивление на земята е съществено, за да позволи на аварийния ток да протече свободно през килима, като позволява на защитното реле да функционира навременно и да изолира дефектната част от електрическата система.

Предотвратяване на смъртоносни токове

Съпротивлението на заземящия килим трябва да бъде внимателно проектирано, за да предотврати протичането на смъртоносни токове през тялото на човек при случайно докосване до живи части. Това е основна предпазна изискване, за да се защити човешкият живот.

Ограничаване на стъпковото напрежение

Проектът на заземяващия килим трябва да гарантира, че стъпковото напрежение - разликата в потенциала между две точки на повърхността на земята на определено разстояние една от друга - остава под допустимата стойност. Тази допустима стойност зависи от различни фактори, такива като резистивността на почвата и аварийните условия, необходими за изолиране на дефектното оборудване от живата електрическа система. Поддържайки стъпковото напрежение в безопасни граници, се минимизира рискът от електрически удар за хора, които вървят близо до заземената инсталация.

Заземящи електроди
Заземящ електрод се отнася до всяка жица, стержен, тръба, плоча или група проводници, които се вкарват в земята, вертикално или хоризонтално. В електрическите разпределителни системи, обикновена форма на заземящия електрод е стержен, обикновено около 1 метър дължина, който се забива вертикално в земята. Този прост, но ефективен дизайн помага да се установи надеждна връзка между електрическата система и земята, осигурявайки безопасното разсейване на аварийни токове.

Напротив, в генериращи подстанции, вместо да се ползват отделни стержени, често се използва заземящ килим. Заземящият килим се състои от множество проводници, свързани, за да образуват мрежа. Този подход предлага няколко предимства в сравнение с използването на единични електроди. По-голямата повърхностна площ и свързаната природа на заземящия килим предлагат по-ниско общо съпротивление, позволявайки му да обработва по-големи аварийни токове по-ефективно. Освен това помага за по-равномерното разпределение на електрическия потенциал в рамките на подстанцията, намалявайки риска от опасни стъпкови и контактни напрежения, които могат да представляват заплаха за персонала и оборудването.

Заземяване чрез тръбопровод
Сред различните методи за заземяване, приложими при еднакви почвени и влажностни условия, заземяването чрез тръбопровод се отличава като една от най-разпространените и ефективни системи. В този подход, галиранирана стоманена тръба с перфорации, спазваща одобрени спецификации относно дължина и диаметър, се инсталира вертикално в почва, която остава постоянно влажна, както е показано на придружаващата илюстрация.

Изборът на размера на тръбата е критично разглеждане, тъй като е определен от два основни фактора: големината на тока, който заземяващата система трябва да проведе, и характеристиките на почвата. По-голям диаметър на тръбата или по-дълга тръба може да бъде необходима, за да обработи по-големи аварийни токове, гарантирайки, че електрическият заряд може да бъде безопасно и ефективно разсеян в земята. Освен това, различните типове почва имат различна електрическа резистивност; например, почва с по-висока резистивност може да изисква по-голям диаметър на тръбата, за да се постигне желаната ниско-резистивна връзка с земята. Този внимателен процес на размери гарантира надеждността и безопасността на системата за заземяване чрез тръбопровод, правейки я предпочитан избор за широк спектър от електрически инсталации.

За заземяване чрез тръбопровод, стандартната практика диктува конкретни размери за заземяващата тръба, които варират в зависимост от почвените условия. Обикновено, в обикновена почва, се използва тръба с диаметър 40 мм и дължина 2.5 метра. Но, в суха и скалиста почва, е необходима по-дълга тръба, за да се гарантира ефективна връзка с земята. Дълбочината, на която тръбата е заровена, е пряко свързана със съдържанието на влага в почвата, тъй като по-влажна среда насърчава по-добро електрическо проводимост.

В типична инсталация, тръбата е позиционирана на дълбочина от 3.75 метра. За да се подобри производителността й, долната част на тръбата е обградена с малки парчета кокс или въглище, поставени приблизително на 15 см разстояние. Альтернативни слоеве от кокс и сол се използват, служейки различни цели. Коксът увеличава ефективната контактна площ с земята, докато солта намалява съпротивлението на земята, колективно оптимизирайки ефективността на системата за заземяване.
Допълнителна тръба, с диаметър 19 мм и минимална дължина от 1.25 метра, е свързана с горната част на галиранираната железна (GI) тръба чрез редуцираща муфта. Тази вторична тръба играе ключова роля в поддържането на функционалността на системата, особено при неблагоприятни климатични условия.

През лятото, съдържанието на влага в почвата естествено намалява, водейки до увеличение на съпротивлението на земята. За противодействие на това, се строи циментова конструкция, за да се гарантира постоянен доставка на вода. За поддържане на ефективна връзка с земята, 3 до 4 кофи вода се изливат през фунтел, прикрепен към 19 мм диаметърна тръба, свързана с главната GI тръба. Жицата за заземяване, която може да бъде или GI жица, или GI жица-лента с достатъчен сечение, за да проведе аварийни токове, се превежда през 12 мм диаметърна GI тръба, заровена приблизително на 60 см дълбочина под повърхността на земята.
Заземяване чрез плоча
Заземяването чрез плоча включва заровяване на заземяваща плоча в земята. Плочата може да бъде направена от мед, с размери 60 см × 60 см × 3 мм, или галиранирано желязо, с размери 60 см × 60 см × 6 мм. Плочата е позиционирана вертикално, с горната й част на дълбочина, не по-малка от 3 метра от повърхността на земята. Тази дълбочина е критична за осигуряване на надеждно електрическо заземяване, тъй като позволява на плочата да влезе в достатъчен контакт с почвата, осигурявайки безопасното разсейване на електрически токове при авария.

Заземяване чрез плоча
При изпълнението на заземяване чрез плоча, заземяващата плоча се вкарва в допълнителни слоеве от кокс и сол, с минимална дебелина от 15 см за тези слоеве. Тази комбинация помага за намаляване на резистивността на почвата около плочата, подобрявайки ефективността на системата за заземяване. Жица за заземяване, направена от галиранирано желязо (GI) или мед, се закрепва здраво към заземяващата плоча с помощта на гайки и болтове. Въпреки, че медта има по-добро електрическо проводимост, медни плочи и жици не се използват често за заземяване поради значително по-високата им цена в сравнение с GI алтернативите. Тази икономичност прави GI материали предпочитани за повечето практически приложения за заземяване.
Заземяване чрез водопровод
Заземяването чрез водопровод е друг метод за установяване на електрическа връзка с земята. В този подход, GI или медна жица се свързва с водопровода. Връзката се закрепва с помощта на стоманена въже, което се прикрепя към меден водач. Този метод използва обширната метална мрежа на водопроводите, които обикновено имат добра връзка с земята, за да предостави ниско-резистивен път за електрически ток при авария. Но, този метод за заземяване трябва да съответства на съответните правила за безопасност и водопроводни кодове, за да се гарантира и електрическата безопасност, и целостта на системата за доставка на вода.

Водопроводните тръби обикновено са изработени от метал и са заровени под повърхността на земята, ефективно установявайки директна връзка с земята. При авария, токът, който протича през галиранираната железна (GI) или медна жица, използвана за заземяване, се канализира директно в земята чрез водопроводната тръба. Това предоставя удобен и често ефективен път за разсейване на аварийни токове, използвайки обширната подземна мрежа на водопроводната тръба и нейната вродена проводимост като метална конструкция.