Metode zemljanja

Metode zemljanja i zemljni tepihi

U električnim sustavima postoji nekoliko metoda zemljanja, uključujući zemljanje kroz žicu ili traku, zemljanje kroz štap, cijev, ploču i zemljanje kroz vodovod. Među njima, zemljanje kroz cijev i ploču su najčešće korištene, a one će biti detaljnije obrađene ispod.

Zemljani tepih

Zemljani tepih se sastavlja spajanjem više štapova bakrenim vodovodima. Ova konfiguracija učinkovito smanjuje ukupni otpor zemljanja i igra ključnu ulogu u ograničavanju potencijala tla. Posebno je prikladan za područja gdje se očekuju velike strujne greške. Pri dizajniranju zemljanih tepiha, moraju se pažljivo razmotriti nekoliko ključnih faktora:

Sigurnosne prepreke

Tijekom usporenja, naponska razlika između zemlje i površine tla mora biti na razini koja ne predstavlja opasnost za osobe koje bi mogle doći u kontakt s nepropusnim vodovodima električnog sustava. To osigurava sigurnost osoba koje rade oko ili blizu električne instalacije.

Rad zaštitnog releja

Zemljani tepih treba biti sposoban upravljati nesmetanim strujnim greškama dovoljno velikim da aktiviraju zaštitni relej. Nizki otpor zemlje je nužan kako bi struja slobodno tečala kroz tepih, omogućujući zaštitnom releju da brzo reagira i izolira defektan dio električnog sustava.

Sprečavanje smrtonosnih struja

Otpor zemljanih tepiha mora biti pažljivo dizajniran kako bi se sprečilo protjecanje smrtonosnih struja kroz tijelo osobe u slučaju slučajnog kontakta s podnapetim dijelovima. To je temeljna sigurnosna prepreka za zaštitu ljudskog života.

Ograničenje koraka napona

Dizajn zemljanih tepiha treba osigurati da korak napona - potencijalna razlika između dvije točke na površini tla na određenoj udaljenosti - ostane ispod dopuštenog vrijednosti. Ova dopuštena vrijednost ovisi o raznim faktorima, poput specifičnog otpora tla i uvjeti greške potrebnih za izolaciju defektne opreme od živog električnog sustava. Održavajući korak napona unutar sigurnih granica, smanjuje se rizik od električnog udara osoba koje hodaju uz zemljenu instalaciju.

Elektrodi zemljanja
Elektrod zemljanja odnosi se na bilo koju žicu, štap, cijev, ploču ili skup vodilaca koji se ubaci u tlo, horizontalno ili vertikalno. U distribucijskim električnim sustavima, uobičajena forma zemljane elektrode je štap, tipično oko 1 metar duljine, koji se vertikalno ubija u tlo. Ovaj jednostavan ali učinkovit dizajn pomaže u uspostavi pouzdanog spoja između električnog sustava i tla, omogućujući sigurno rasipanje strujnih grešaka.

Na druge strane, u generatornim pretvorima, umjesto da se oslanja na pojedinačne štapiće, često se koristi zemljani tepih. Zemljani tepih sastoji se od više vodilaca međusobno povezanih kako bi se formirala mreža. Ovaj pristup nudi nekoliko prednosti u odnosu na korištenje pojedinačnih elektroda. Veća površina i međusobno povezanost zemljanih tepiha pružaju niži ukupni otpor, omogućujući mu da učinkovitije obradi veće strujne greške. Također pomaže u ravnomjernom rasporedu električnog potencijala preko područja pretvoritelja, smanjujući rizik od opasnih koraka i dodira napona koji bi mogli prijetiti osoblju i opremi.

Cijevno zemljanje
Među različitim metodama zemljanja primjenjivim pod istim uvjetima tla i vlage, cijevno zemljanje ističe kao jedan od najčešćih i najučinkovitijih sustava. U ovom pristupu, galvanizirana čelika cijev sa perforacijama, u skladu s odobrenim specifikacijama o dužini i promjeru, vertikalno se instalira u tlo koje ostaje trajno vlažno, kao što je prikazano na priloženoj ilustraciji.

Odabir veličine cijevi je ključna razmatranja, jer se određuje s dva glavna faktora: magnituda struje koju zemljani sustav treba voditi i karakteristike tla. Za veće strujne greške može biti potrebna veća cijev po promjeru ili dužina, kako bi se osiguralo da se električna napetost sigurno i učinkovito rasipa u tlo. Također, različite vrste tla imaju različite specifične otpore; na primjer, tlo s visokim specifičnim otporom može zahtijevati veću cijev kako bi se postigao željeni nizak otpor spoja s tlo. Ovaj pažljiv proces određivanja veličine garantira pouzdanost i sigurnost cijevnog zemljaja, čineći ga preferiranim izborom za širok spektar električnih instalacija.

Za cijevno zemljanje, standardna praksa propisuje određene dimenzije za cijev zemljanja, koje variraju prema uvjetima tla. Obično, u običnom tlu, koristi se cijev s promjerom od 40 mm i duljinom od 2,5 metra. Međutim, u suhom i stijenastom tlu, potrebna je duža cijev kako bi se osiguralo učinkovito spoj s tlo. Dubina na kojoj se cijev zakopa direktno ovisi o vlažnosti tla, jer vlažnije okruženje poboljšava električnu provodljivost.

U tipičnoj instalaciji, cijev se postavlja na dubinu od 3,75 metra. Da bi se poboljšala njegova performansa, dna cijevi okružuju se manjim komadima koksa ili ugljena, postavljenim otprilike 15 cm daleko. Korišteni su naizmjenični slojevi koksa i soli, koji služe različitim svrham. Koksove povećavaju efektivnu površinu kontakta s tlo, dok sol smanjuje otpor tla, zajedno optimizirajući učinkovitost zemljanih sustava. Dodatna cijev, s promjerom od 19 mm i minimalnom duljinom od 1,25 metra, povezuje se s vrhom galvanizirane gvožđane (GI) cijevi putem reducirajućeg socketa. Ova sekundarna cijev ima ključnu ulogu u održavanju funkcionalnosti sustava, posebno tijekom neprilikih vremenskih prilika.
Tijekom ljeta, vlažnost tla prirodno opada, što dovodi do porasta otpora tla. Da bi se to suprotstavilo, izgrađuje se betonska konstrukcija kako bi se osigurala konstantna dostava vode. Da bi se održao učinkoviti spoj s tlo, kroz cev promjera 19 mm, povezanu s glavnim GI cevima, ulijevaju se 3-4 kanta vode. Žičana zemlja, koja može biti GI žica ili GI traka s dovoljno velikim presjekom kako bi sigurno prenosila strujne greške, vodi se kroz 12-mm GI cev zakopanu otprilike 60 cm ispod površine tla.

Pločno zemljanje
Pločno zemljanje uključuje zakapanje ploče zemljanja u tlo. Ploča može biti izrađena od bakra, s dimenzijama 60 cm × 60 cm × 3 mm, ili galvaniziranog gvožđa, s dimenzijama 60 cm × 60 cm × 6 mm. Ploča se postavlja vertikalno, s vrhom na dubini od najmanje 3 metra od površine tla. Ova dubina je ključna za osiguranje pouzdanog električnog zemljanja, jer omogućuje ploči da dovoljno kontaktira s tlo, omogućujući sigurno rasipanje električnih struja u slučaju greške.

Pločno zemljanje
Pri implementaciji pločnog zemljanja, ploča zemljanja se ubacuje u pomoćne slojeve koksa i soli, s minimalnom debljinom od 15 cm za te slojeve. Ova kombinacija pomaže u smanjenju specifičnog otpora tla oko ploče, poboljšavajući učinkovitost zemljanih sustava. Žičana zemlja, izrađena od galvaniziranog gvožđa (GI) ili bakra, zatim se čvrsto pričvršćuje na ploču zemljanja pomoću mutnjaka i vijaka. Iako bakar ima bolju električnu provodljivost, bakrene ploče i žice rijetko se koriste za zemljanje zbog znatno veće cijene u usporedbi s GI alternativama. Ta ekonomija čini GI materijale preferiranim izborom za većinu praktičnih primjena zemljanja.
Zemljanje kroz vodovod
Zemljanje kroz vodovod je još jedna metoda uspostave električne veze s tlo. U ovom pristupu, GI ili bakrena žica povezuje se s vodovodom. Spoj se osigurava pomoću čelikovog veziva, koje se fiksira na bakreni vod. Ova metoda iskorištava obilan metalni sustav vodovoda, koji tipično ima dobar kontakt s tlo, kako bi pružila niski otporni put za električnu struju u slučaju greške. Međutim, ova metoda zemljanja mora biti u skladu s relevantnim sigurnosnim propisima i plumbalnim kodeksima kako bi se osigurala i električna sigurnost i integritet sustava opskrbe vodom.

Vodne cijevi obično su izrađene od metala i zakopane ispod površine tla, efektivno uspostavljajući direktnu vezu s tlo. U slučaju greške, struja koja teče kroz galvaniziranu gvožđanu (GI) ili bakrenu žicu korištenu za zemljanje direktno se usmjerava u tlo kroz vodnu cijev. To pruža pogodan i često učinkovit put za rasipanje strujnih grešaka, iskorištavajući obilnu podzemnu mrežu vodne cijevi i njenu intrinsičnu provodljivost kao metalna konstrukcija.