Způsoby zazemňování

Zemnění a zemňové mřížky

V elektrických systémech je k dispozici několik metod zemnění, včetně zemnění drátem nebo páskou, zemnění tyčí, trubkou, destičkou a zemněním přes vodovody. Z těchto metod jsou nejčastěji používány zemnění trubkou a destičkou, které budou níže podrobně popsány.

Zemňová mřížka

Zemňová mřížka je sestavena spojením více tyčí měděnými vodiči. Tato konfigurace efektivně snižuje celkový odpor zemnění a hraje klíčovou roli v omezování potenciálu země. Je obzvláště vhodná pro oblasti, kde se očekávají velké chybové proudy. Při navrhování zemňové mřížky musí být pečlivě zohledněny několik kritických faktorů:

Bezpečnostní záležitosti

Během poruchy musí být rozdíl napětí mezi zemí a povrchem země udržen na úrovni, která nepředstavuje nebezpečí pro osoby, které by mohly přijít do kontaktu s nevedoucími vodiči elektrického systému. To zajišťuje bezpečnost osob pracujících okolo nebo poblíž elektrické instalace.

Funkce ochranného relé

Zemňová mřížka by měla být schopna zvládnout neprerušované chybové proudy dostatečné k aktivaci ochranného relé. Nízký odpor zemnění je nezbytný pro umožnění volného proudu chybového proudu skrz mřížku, což umožňuje rychlé a efektivní izolování vadné části elektrického systému.

Prevence smrtelných proudů

Odpor zemňové mřížky musí být pečlivě navržen tak, aby zabránil toku smrtelných proudů skrz lidské tělo v případě náhodného kontaktu s živými částmi. Jedná se o základní bezpečnostní požadavek pro ochranu lidského života.

Omezení krokového napětí

Návrh zemňové mřížky by měl zajistit, aby krokové napětí - rozdíl potenciálů mezi dvěma body na povrchu země určité vzdálenosti - zůstalo pod povolenou hodnotou. Tato povolená hodnota závisí na různých faktorech, jako je rezistivita půdy a podmínky poruchy nezbytné k izolaci vadného zařízení od živého elektrického systému. Udržováním krokového napětí v bezpečných mezích se minimalizuje riziko elektrického šoku u osob chodících poblíž zazemněné instalace.

Elektrody zemnění
Elektrodou zemnění se myslí jakýkoli drát, tyč, trubka, deska nebo skupina vodičů, která je vložena do země buď horizontálně, nebo vertikálně. V distribučních elektrických systémech je běžnou formou zemní elektrody tyč, obvykle asi 1 metr dlouhá, která je vedená vertikálně do země. Tento jednoduchý, ale efektivní design pomáhá zajišťovat spolehlivé spojení mezi elektrickým systémem a zemí, což umožňuje bezpečné odvádění chybových proudů.

Naopak v generujících transformovacích stanicích se místo jednotlivých tyčí často používá zemňová mřížka. Zemňová mřížka se skládá z více vodičů propojených do sítě. Tento přístup nabízí několik výhod oproti použití jednotlivých elektrod. Větší povrchová plocha a propojená struktura zemňové mřížky poskytují nižší celkový odpor, což umožňuje efektivnější zvládnutí vyšších chybových proudů. Kromě toho pomáhá rovnoměrně rozdělit elektrický potenciál po celé ploše stanice, což snižuje riziko nebezpečných krokových a dotykem způsobených napětí, které by mohly představovat hrozbu pro osobní a technické zabezpečení.

Zemnění trubkou
Mezi různé metody zemnění, které jsou použitelné za stejných podmínek půdy a vlhkosti, patří zemnění trubkou jako jedna z nejvíce rozšířených a velmi efektivních metod. V tomto přístupu je do půdy, která zůstává trvale vlhká, vertikálně nainstalována dírkovaná galvanizovaná ocelová trubka, která splňuje schválené specifikace ohledně délky a průměru, jak je znázorněno na přiloženém obrázku.

Volba velikosti trubky je klíčovým záměrem, protože je určena dvěma hlavními faktory: velikostí proudu, který musí zemnění vodič vést, a charakteristikami půdy. Pro vedení vyšších chybových proudů může být potřeba větší průměr trubky nebo delší trubka, aby se zajistil bezpečný a efektivní odtok elektrického náboje do země. Různé typy půdy mají různou elektrickou rezistivitu; například půda s vyšší rezistivitou může vyžadovat větší trubku, aby bylo dosaženo požadovaného nízkoodporového spojení s zemí. Tento pečlivý proces rozměrování zajišťuje spolehlivost a bezpečnost zemnění trubkou, což z něj dělá preferovanou volbu pro širokou škálu elektrických instalací.

Pro zemnění trubkou stanovuje standardní praxe specifické rozměry pro trubku zemnění, které se liší podle podmínek půdy. Obvykle, v běžné půdě, se používá trubka s průměrem 40 mm a délkou 2,5 metru. V suché a skalnaté půdě je však nutná delší trubka, aby bylo zajištěno efektivní spojení s zemí. Hloubka, ve které je trubka zakopaná, je přímo spojena s obsahem vlhkosti v zemi, protože vlhčí prostředí podporuje lepší elektrickou vodivost.

V typické instalaci je trubka umístěna na hloubce 3,75 metru. Pro zlepšení jejího výkonu je spodní část trubky obklopena malými kousky koksů nebo uhlí, umístěnými přibližně 15 cm daleko. Střídají se vrstvy koksů a soli, které slouží k různým účelům. Koks zvyšuje efektivní plochu kontaktu s zemí, zatímco sůl snižuje odpor země, což společně optimalizuje efektivitu zemnění.
Dodatečná trubka o průměru 19 mm a minimální délce 1,25 metru je spojena s horní částí galvanizované železné (GI) trubky pomocí redukčního ložiska. Tato sekundární trubka hraje klíčovou roli v udržování funkčnosti systému, zejména za nepříznivých počasových podmínek.

Během letních měsíců se obsah vlhkosti v půdě přirozeně snižuje, což vedou k zvýšení odporu země. Aby se tomuto zabránilo, je postavena cementová konstrukce, která zajišťuje konstantní dodávku vody. Pro udržení efektivního spojení s zemí se do 19 mm trubky nalévá 3 až 4 kbelíků vody přes lejk, který je spojen s hlavní GI trubkou. Vodič zemnění, který může být buď GI drát, nebo GI pásek s dostatečným průřezem pro bezpečné vedení chybových proudů, je vedl skrze 12 mm trubku zakopanou přibližně 60 cm pod povrchem země.
Zemnění destičkou
Zemnění destičkou zahrnuje zapuštění zemňové destičky do země. Destička může být vyrobena z mědi s rozměry 60 cm × 60 cm × 3 mm, nebo z galvanizovaného železa s rozměry 60 cm × 60 cm × 6 mm. Destička je umístěna vertikálně, s jejím vrcholem na hloubce nejméně 3 metry od povrchu země. Tato hloubka je klíčová pro zajištění spolehlivého elektrického zemnění, protože umožňuje destičce dostatečný kontakt s půdou, což umožňuje bezpečné odvádění elektrických proudů v případě poruchy.

Zemnění destičkou
Při implementaci zemnění destičkou je zemňová destička vložena do pomocných vrstev koksů a soli, s minimální tlouštkou 15 cm pro tyto vrstvy. Toto kombinace pomáhá snížit rezistivitu půdy kolem destičky, což zlepšuje efektivitu zemnění. Vodič zemnění, vyrobený z galvanizovaného železa (GI) nebo mědi, je pak pevně připojen k zemňové destičce pomocí matice a šroubů. I když měď má lepší elektrickou vodivost, měděné destičky a vodiče nejsou běžně používány pro zemnění kvůli jejich výrazně vyšší ceně oproti GI alternativám. Tato cenová výhoda dělá GI materiály preferovanou volbou pro většinu praktických aplikací zemnění.
Zemnění přes vodovody
Zemnění přes vodovody je další metodou vytvoření elektrického spojení se zemí. V tomto přístupu je GI nebo měděný drát spojen s vodovody. Spojení je zajištěno ocelovým svazidlem, které je připevněno k měděnému vedení. Tato metoda využívá rozsáhlé metalové sítě vodovodů, které obvykle mají dobrý kontakt s zemí, k poskytnutí nízkoodporové cesty pro elektrický proud v případě poruchy. Tato metoda zemnění však musí splňovat příslušné bezpečnostní předpisy a plodiny, aby byla zajištěna jak elektrická bezpečnost, tak integrita vodovodního systému.

Vodovody jsou obvykle vyrobeny z kovu a jsou zakopány pod povrchem země, což efektivně zajišťuje přímé spojení se zemí. V případě poruchy je proud, který teče skrz galvanizovaný železný (GI) nebo měděný drát použitý pro zemnění, kanalizován přímo do země přes vodovod. Toto poskytuje pohodlnou a často efektivní cestu pro odvod chybových proudů, využívající rozsáhlou podzemní síť vodovodů a jejich inerentní vodivost jako kovové struktury.