Metody zazemienia

Metody uziemienia i mata uziemienia

W systemach elektrycznych dostępne są wiele metod uziemienia, w tym uziemienie przewodowe lub paskowe, uziemienie prętowe, rurkowe, płytowe oraz uziemienie poprzez sieć wodociągową. Spośród tych metod najczęściej stosowane są uziemienie rurkowe i płytowe, które zostaną szczegółowo omówione poniżej.

Mata uziemienia

Mata uziemienia jest tworzona przez połączenie wielu prętów przy użyciu przewodników miedzianych. Ta konfiguracja efektywnie redukuje całkowitą oporność uziemienia i odgrywa kluczową rolę w ograniczeniu potencjału ziemnego. Jest szczególnie odpowiednia dla obszarów, gdzie oczekuje się dużych prądów awaryjnych. Podczas projektowania maty uziemienia należy ostrożnie rozważyć kilka kluczowych czynników:

Zagadnienia bezpieczeństwa

W przypadku awarii napięcie między ziemią a powierzchnią gruntu musi być utrzymane na takim poziomie, który nie stanowi zagrożenia dla osób, które mogą wejść w kontakt z nieprzewodzącymi prąd elektryczny powierzchniami systemu elektrycznego. To zapewnia bezpieczeństwo pracowników działających w pobliżu instalacji elektrycznej.

Działanie relé ochronnego

Mata uziemienia powinna być w stanie obsłużyć nieprzerwane prądy awaryjne wystarczające do włączenia relé ochronnego. Niska oporność ziemna jest niezbędna, aby umożliwić swobodny przepływ prądu awaryjnego przez matę, co pozwala relé ochronnemu działać szybko i izolować uszkodzoną część systemu elektrycznego.

Zapobieganie śmiertelnym prądom

Oporność maty uziemienia musi być starannie zaprojektowana, aby zapobiec przepływowi śmiertelnych prądów przez ciało osoby w przypadku przypadkowego dotknięcia części pod napięciem. Jest to podstawowe wymaganie bezpieczeństwa chroniące życie ludzkie.

Ograniczenie napięcia krokowego

Projekt maty uziemienia powinien zapewnić, że napięcie krokowe - różnica potencjałów między dwoma punktami na powierzchni gruntu oddalonymi od siebie o określony dystans - pozostaje poniżej dopuszczalnej wartości. Ta dopuszczalna wartość zależy od różnych czynników, takich jak rezystywność gleby i warunki awaryjne niezbędne do izolacji uszkodzonego sprzętu od żywej instalacji elektrycznej. Poprzez utrzymanie napięcia krokowego w bezpiecznych granicach minimalizuje się ryzyko porażenia elektrycznego osób chodzących w pobliżu ziemionej instalacji.

Elektrody uziemienia
Elektrodą uziemienia nazywamy każdy przewód, pręt, rurkę, płytę lub grupę przewodników, które są wbijane w ziemię, zarówno poziomo, jak i pionowo. W systemach dystrybucji energii elektrycznej popularną formą elektrody ziemnej jest pręt, zwykle o długości około 1 metra, który jest wbijany pionowo w ziemię. Ten prosty, ale skuteczny projekt pomaga ustalić niezawodne połączenie między systemem elektrycznym a ziemią, umożliwiając bezpieczne odprowadzanie prądów awaryjnych.

Natomiast w podstacjach generujących, zamiast polegać na pojedynczych prętach, często stosuje się matę uziemienia. Mata uziemienia składa się z wielu przewodników połączonych w sieć. Ta metoda oferuje wiele korzyści w porównaniu z użyciem pojedynczych elektrod. Większa powierzchnia kontaktowa i połączona natura maty uziemienia zapewniają niższą całkowitą oporność, co pozwala jej skuteczniej obsługiwać większe prądy awaryjne. Dodatkowo pomaga równomiernie rozprowadzać potencjał elektryczny na terenie podstacji, zmniejszając ryzyko niebezpiecznych napięć krokowych i dotykowych, które mogłyby stanowić zagrożenie dla personelu i sprzętu.

Uziemienie rurkowe
Spośród różnych metod uziemienia stosowanych w tych samych warunkach glebowych i wilgotności, uziemienie rurkowe wydaje się jednym z najpopularniejszych i najbardziej skutecznych systemów. W tej metodzie galwanizowana stalowa rura z perforacjami, zgodna z zatwierdzonymi specyfikacjami dotyczącymi długości i średnicy, jest montowana pionowo w gruncie, który jest stale wilgotny, jak pokazano na ilustracji obok.

Wybór rozmiaru rury jest kluczowym rozważaniem, ponieważ zależy on od dwóch głównych czynników: wielkości prądu, który system uziemienia musi przeprowadzić, oraz charakterystyki gleby. Może być wymagana rura o większej średnicy lub dłuższa rura, aby obsłużyć większe prądy awaryjne, zapewniając, że ładunek elektryczny może być bezpiecznie i efektywnie odprowadzany do ziemi. Ponadto różne typy gleb mają różne rezystywności elektryczne; na przykład gleba o wyższej rezystywności może wymagać większej rury, aby osiągnąć pożądane niskie opory połączenia z ziemią. Ten precyzyjny proces doboru rozmiarów gwarantuje niezawodność i bezpieczeństwo systemu uziemienia rurkowego, co sprawia, że jest on preferowany dla szerokiego zakresu instalacji elektrycznych.

Dla uziemienia rurkowego standardowa praktyka dyktuje określone wymiary dla rury uziemienia, które różnią się w zależności od warunków glebowych. Zwykle w normalnej glebie używa się rury o średnicy 40 mm i długości 2,5 metra. Jednak w suchej i skalistej glebie potrzebna jest dłuższa rura, aby zapewnić skuteczne połączenie z ziemią. Głębokość, na której rura jest zasypana, jest bezpośrednio związana z zawartością wilgoci w gruncie, ponieważ bardziej wilgotne środowisko sprzyja lepszej przewodności elektrycznej.

W typowej instalacji rura jest umieszczana na głębokości 3,75 metrów. Aby zwiększyć jej wydajność, na dnie rury umieszcza się małe kawałki koksu lub węgla drzewnego, oddalone około 15 cm. Stosuje się naprzemiennie warstwy koksu i soli, które pełnią różne role. Koksole zwiększają skuteczną powierzchnię kontaktu z ziemią, podczas gdy sól zmniejsza opór ziemny, co razem optymalizuje efektywność systemu uziemienia. Dodatkowa rura o średnicy 19 mm i minimalnej długości 1,25 metra jest połączona z górną częścią galwanizowanej rury żelaznej (GI) za pomocą redukcyjnego gniazda. Ta druga rura odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu funkcjonalności systemu, zwłaszcza w trudnych warunkach pogodowych.
Podczas miesięcy letnich zawartość wilgoci w gruncie naturalnie spada, prowadząc do wzrostu oporu ziemnego. Aby temu przeciwdziałać, buduje się strukturę z betonu cementowego, która zapewnia stałe zasilenie wodą. Aby utrzymać skuteczne połączenie z ziemią, do rury o średnicy 19 mm, połączonej z główną rurą GI, wlewa się 3-4 wiadry wody przez lufkę. Przewód uziemienia, który może być wykonany z drutu GI lub taśmy GI o odpowiednim przekroju, aby bezpiecznie przeprowadzać prądy awaryjne, jest przeprowadzany przez rurę GI o średnicy 12 mm, zasypaną na głębokości około 60 cm poniżej powierzchni gruntu.

Uziemienie płytowe
Uziemienie płytowe polega na zakopaniu płyty uziemienia w ziemi. Płytę można wykonać z miedzi, o wymiarach 60 cm × 60 cm × 3 mm, lub ze stali galwanizowanej, o wymiarach 60 cm × 60 cm × 6 mm. Płytę umieszcza się pionowo, z jej górną częścią na głębokości nie mniejszej niż 3 metry od powierzchni gruntu. Ta głębokość jest kluczowa dla zapewnienia niezawodnego uziemienia elektrycznego, umożliwiając płycie wystarczający kontakt z gruntem, co pozwala na bezpieczne odprowadzanie prądów elektrycznych w przypadku awarii.

Uziemienie płytowe
Podczas implementacji uziemienia płytowego, płyta uziemienia jest wprowadzana do pomocniczych warstw koksu i soli, o minimalnej grubości 15 cm. Ta kombinacja pomaga zmniejszyć rezystywność gleby wokół płyty, zwiększając efektywność systemu uziemienia. Przewód uziemienia, wykonany z galwanizowanej stali (GI) lub miedzi, jest mocno zamocowany do płyty uziemienia za pomocą nakrętek i болтов. Несмотря на то, что медь обладает лучшей электропроводностью, медные пластины и провода не часто используются для заземления из-за их значительно более высокой стоимости по сравнению с альтернативами из ГЦ. Эта экономическая эффективность делает материалы из ГЦ предпочтительным выбором для большинства практических применений заземления.
Uziemienie poprzez sieć wodociągową
Uziemienie poprzez sieć wodociągową to inna metoda ustanowienia elektrycznego połączenia z ziemią. W tej metodzie drut GI lub miedziany jest podłączony do sieci wodociągowej. Połączenie jest zabezpieczone za pomocą stalowego drutu wiązania, który jest przytwierdzony do miedzianego przewodu. Ta metoda wykorzystuje rozległą metalową sieć wodociągową, która zazwyczaj ma dobry kontakt z ziemią, dostarczając niskoprotentowy szlak dla prądu elektrycznego w przypadku awarii. Jednak ta metoda uziemienia musi być zgodna z odpowiednimi przepisami bezpieczeństwa i normami hydraulicznymi, aby zapewnić zarówno bezpieczeństwo elektryczne, jak i integralność systemu wodociągowego.

Rury wodociągowe są zazwyczaj wykonane z metalu i są zakopane pod powierzchnią gruntu, efektywnie ustanawiając bezpośrednie połączenie z ziemią. W przypadku awarii prąd, który płynie przez drut GI lub miedziany używany do uziemienia, jest kierowany bezpośrednio do ziemi przez rurę wodociągową. To zapewnia wygodny i często skuteczny szlak dla odprowadzania prądów awaryjnych, wykorzystując rozległą podziemną sieć rur wodociągowych i ich naturalną przewodność jako struktury metalowej.