Aardingsmethoden

Aardingmethoden en Aardmatten

In elektrische systemen zijn er meerdere aardingmethoden beschikbaar, waaronder draadaarding, strokaarding, staaf-aarding, buisaarding, plaat-aarding en aarding via waterleidingen. Onder deze methoden worden buisaarding en plaat-aarding het meest gebruikt, en deze zullen hieronder in detail worden besproken.

Aardmat

Een aardmat wordt gemaakt door meerdere staven met koperen geleiders te verbinden. Deze configuratie vermindert effectief de totale grondweerstand en speelt een cruciale rol bij het beperken van het grondpotentiaal. Het is vooral geschikt voor gebieden waar grote foutstromen verwacht worden. Bij het ontwerpen van een aardmat moeten verschillende kritieke factoren zorgvuldig worden overwogen:

Veiligheidsaspecten

Tijdens een foutconditie moet het spanningverschil tussen de grond en de oppervlakte van de grond op een niveau worden gehouden dat geen gevaar vormt voor individuen die in contact kunnen komen met de niet-stroomvoerende geleidende oppervlakken van het elektrische systeem. Dit zorgt voor de veiligheid van personeel dat werkt rond of in de buurt van de elektrische installatie.

Werking van Beschermrelais

De aardmat moet in staat zijn om ononderbroken foutstromen te hanteren die groot genoeg zijn om het beschermrelais te activeren. Een lage grondweerstand is essentieel om de foutstroom vrijelijk door de mat te laten stromen, zodat het beschermrelais snel kan reageren en het defecte deel van het elektrische systeem kan isoleren.

Voorkomen van Dodelijke Stromen

De weerstand van de aardmat moet zorgvuldig worden ontworpen om het stromen van dodelijke stromen door het lichaam van een persoon te voorkomen bij per ongeluk contact met lege delen. Dit is een fundamentele veiligheidsvereiste om menselijk leven te beschermen.

Beperking van Stapspanning

Het ontwerp van de aardmat moet ervoor zorgen dat de stapspanning - het potentiaalverschil tussen twee punten op de grondoppervlakte op een bepaalde afstand van elkaar - onder de toelaatbare waarde blijft. Deze toelaatbare waarde hangt af van verschillende factoren, zoals de resistentie van de bodem en de foutcondities nodig om het defecte apparaat te isoleren van het levende elektrische systeem. Door de stapspanning binnen veilige grenzen te houden, wordt het risico van elektrische schok voor personen die in de buurt van de geaarde installatie lopen, geminimaliseerd.

Aardelectroden
Een aardelectrode verwijst naar elke draad, staaf, buis, plaat of cluster van geleiders die in de grond wordt ingebracht, horizontaal of verticaal. In elektrische distributiesystemen is een algemene vorm van de aardelectrode een staaf, meestal ongeveer 1 meter lang, die verticaal in de grond wordt gedreven. Dit eenvoudige maar effectieve ontwerp helpt bij het vestigen van een betrouwbare verbinding tussen het elektrische systeem en de aarde, waardoor de veilige dissipatie van foutstromen mogelijk wordt.

Daarentegen wordt in genererende substations vaak een aardmat gebruikt in plaats van afzonderlijke staven. Een aardmat bestaat uit meerdere geleiders die met elkaar zijn verbonden om een netwerk te vormen. Deze aanpak biedt verschillende voordelen boven het gebruik van enkele elektroden. De grotere oppervlakte en de verbonden aard van de aardmat zorgen voor een lagere totale weerstand, waardoor hogere foutstromen effectiever kunnen worden afgehandeld. Bovendien helpt het om het elektrisch potentieel meer gelijkmatig over het substationgebied te verdelen, wat het risico op gevaarlijke stap- en aanraakspanningen die een bedreiging kunnen vormen voor personeel en apparatuur, vermindert.

Buisaarding
Onder de verschillende aardingmethoden die van toepassing zijn onder dezelfde bodem- en vochtcondities, steekt buisaarding uit als een van de meest voorkomende en zeer effectieve systemen. In deze benadering wordt een gegalvaniseerde staalbuis met perforaties, volgens goedgekeurde specificaties ten aanzien van lengte en diameter, verticaal geïnstalleerd in een bodem die permanent vochtig blijft, zoals wordt weergegeven in de bijgevoegde illustratie.

De keuze van de grootte van de buis is een cruciale overweging, aangezien deze bepaald wordt door twee primaire factoren: de grootte van de stroom die het aardingsysteem moet geleiden en de eigenschappen van de bodem. Een buis met een grotere diameter of een langere buis kan nodig zijn om hogere foutstromen te hanteren, zodat de elektrische lading veilig en efficiënt in de grond kan worden afgevoerd. Bovendien hebben verschillende bodesoorten verschillende elektrische resistenties; bijvoorbeeld, een bodem met een hogere resistentie kan een grotere buis vereisen om de gewenste laag-weerstandsverbinding met de aarde te bereiken. Dit nauwkeurige afmetingsproces garandeert de betrouwbaarheid en veiligheid van het buisaardingssysteem, waardoor het een favoriete keuze is voor een breed scala aan elektrische installaties.

Voor buisaarding dicteert de standaardpraktijk specifieke afmetingen voor de aardingbuis, die variëren afhankelijk van de bodemcondities. Meestal wordt in normale bodem een buis met een diameter van 40 mm en een lengte van 2,5 meter gebruikt. Echter, in droge en rotsachtige bodem is een langere buis nodig om een effectieve verbinding met de aarde te waarborgen. De diepte waarop de buis wordt begraven is direct gerelateerd aan de vochtigheidsgraad van de grond, omdat een meer vochtige omgeving betere elektrische geleiding bevordert.

Bij een typische installatie wordt de buis op een diepte van 3,75 meter geplaatst. Om de prestaties te verbeteren, wordt de onderkant van de buis omringd door kleine stukjes cokes of houtskool, op ongeveer 15 cm afstand. Afwisselende lagen cokes en zout worden gebruikt, die elk een specifiek doel dienen. De cokes vergroot het effectieve contactoppervlak met de aarde, terwijl het zout de aardweerstand vermindert, waardoor de efficiëntie van het aardingsysteem gezamenlijk wordt geoptimaliseerd.
Een extra buis, met een diameter van 19 mm en een minimale lengte van 1,25 meter, wordt via een verkleinsocket verbonden aan de bovenkant van de gegalvaniseerde ijzer (GI) buis. Deze secundaire buis speelt een cruciale rol bij het handhaven van de functionaliteit van het systeem, vooral tijdens slecht weer.

Tijdens de zomermaanden neemt de vochtigheidsgraad in de bodem natuurlijk af, wat leidt tot een toename van de aardweerstand. Om dit te compenseren, wordt een cementbetonstructuur gebouwd om een constante watervoorziening te waarborgen. Om een effectieve aardverbinding te behouden, worden 3 tot 4 emmers water door een trechter gegoten, die is verbonden met de 19 mm-dikke buis, die op zijn beurt is verbonden met de hoofd-GI-buis. De aarddraad, die kan bestaan uit een GI-draad of een GI-draadstrip met een voldoende doorsnede om foutstromen veilig te geleiden, loopt door een 12-mm-dikke GI-buis die ongeveer 60 cm onder de grondoppervlakte is begraven.
Plataarding
Plataarding betekent het begraven van een aardplaat in de grond. De plaat kan gemaakt zijn van koper, met afmetingen van 60 cm × 60 cm × 3 mm, of van gegalvaniseerd ijzer, met afmetingen van 60 cm × 60 cm × 6 mm. De plaat wordt verticaal geplaatst, met de bovenkant op een diepte van niet minder dan 3 meter vanaf de grondoppervlakte. Deze diepte is cruciaal voor een betrouwbare elektrische aarding, aangezien het de plaat in staat stelt voldoende contact te maken met de bodem, waardoor elektrische stromen in geval van een fout veilig kunnen worden afgevoerd.

Plataarding
Bij het implementeren van plataarding wordt de aardplaat in hulpstoffen van cokes en zout geplaatst, met een minimale dikte van 15 cm voor deze lagen. Deze combinatie helpt bij het verminderen van de bodemresistiviteit rond de plaat, waardoor de effectiviteit van het aardingsysteem wordt verhoogd. Een aarddraad, gemaakt van gegalvaniseerd ijzer (GI) of koper, wordt vervolgens stevig aan de aardplaat bevestigd met moeren en bouten. Ondanks de superieure elektrische geleidbaarheid van koper, worden koperen platen en draden niet vaak gebruikt voor aarding vanwege hun aanzienlijk hogere kosten vergeleken met GI-alternatieven. Deze kosteneffectiviteit maakt GI-materialen de voorkeurskeuze voor de meeste praktische aardingstoepassingen.
Aarding via Waterleidingen
Aarding via waterleidingen is een andere methode om een elektrische verbinding met de aarde te leggen. In deze benadering wordt een GI- of kupferdraad verbonden met de waterleidingen. De verbinding wordt bevestigd met stalen binddraad, die is vastgemaakt aan een kopergoot. Deze methode maakt gebruik van het uitgebreide metalen netwerk van waterleidingen, die meestal goed contact hebben met de grond, om een laagweerstands pad te bieden voor elektrische stroom in geval van een fout. Echter, deze aardingmethode moet voldoen aan relevante veiligheidsregels en loodgieterscodes om zowel elektrische veiligheid als de integriteit van het watersysteem te waarborgen.

Waterleidingen zijn meestal gemaakt van metaal en liggen onder de grondoppervlakte, waardoor een directe verbinding met de aarde wordt gelegd. Bij een fout stroomt de stroom die door de gegalvaniseerde ijzer (GI) of kupferdraad voor aarding wordt geleid, rechtstreeks in de grond via de waterleiding. Dit biedt een gemakkelijk en vaak effectief pad voor het afvoeren van foutstromen, waarbij het uitgebreide ondergrondse netwerk van de waterleiding en de inherente geleidbaarheid als metaalconstructie worden benut.