Metode zemljanja

Metode zemljanja i zemljni tepih

U električnim sistemima postoji nekoliko metoda zemljanja, uključujući zemljanje kroz žicu ili traku, zemljanje kroz čvrstak, zemljanje kroz cev, zemljanje kroz ploču i zemljanje kroz vodovod. Među njima, zemljanje kroz cev i zemljanje kroz ploču su najčešće korišćene, i one će biti detaljnije razmatrane ispod.

Zemljani tepih

Zemljani tepih se konstruiše spajanjem više čvrstaka bakrenim vodnicima. Ova konfiguracija efektivno smanjuje ukupnu otpornost zemljanja i odigra ključnu ulogu u ograničavanju potencijala zemlje. Posebno je pogodan za područja gde se očekuju velike strujne greške. Pri dizajniranju zemljanih tepiha, moraju se pažljivo razmotriti nekoliko kritičnih faktora:

Mere bezbednosti

Tokom uslova greške, naponska razlika između zemlje i površine zemlje mora biti održana na nivou koji ne predstavlja opasnost za osobe koje bi mogle doći u kontakt sa nepropusnim vodnicima električnog sistema. Ovo osigurava bezbednost osoblja koje radi oko ili blizu električne instalacije.

Funkcija zaštitnog releja

Zemljani tepih treba da može da obrađuje neprekidne strujne greške dovoljno velike da aktiviraju zaštitni relej. Niska otpornost zemlje je esencijalna kako bi strujna greška mogla slobodno teći kroz tepih, omogućavajući zaštitnom releju da operativno izoluje defektan deo električnog sistema.

Sprečavanje smrtonosnih struja

Otpornost zemljanih tepiha mora biti pažljivo dizajnirana kako bi se sprečilo proticanje smrtonosnih struja kroz telo osobe u slučaju nesretnog kontakta sa podnapetim delovima. Ovo je fundamentalno zahtev za bezbednost kako bi se zaštitila ljudska život.

Ograničenje korak-voltaze

Dizajn zemljanih tepiha treba da osigura da korak-voltaza - potencijalna razlika između dve tačke na površini zemlje na određenoj udaljenosti - ostane ispod dopuštenog vrednosti. Ova dopuštena vrednost zavisi od različitih faktora, kao što su rezistivnost tla i uslovi greške potrebni za izolovanje defektne opreme od žive električne instalacije. Održavanjem korak-voltaze unutar sigurnih granica, minimizuje se rizik od električnog udara ljudi koji hodaju uz zemljenu instalaciju.

Zemljani elektrodi
Zemljani elektrod označava bilo koju žicu, čvrstak, cev, ploču ili skup vodnika koji se ubacuje u zemlju, horizontalno ili vertikalno. U distributivnim električnim sistemima, zajednička forma zemljanih elektroda je čvrstak, tipično oko 1 metar dužine, koji se vertikalno ubija u zemlju. Ovaj jednostavan ali efektivan dizajn pomaga u uspostavljanju pouzdanog veza između električnog sistema i zemlje, omogućavajući sigurno rasipanje strujnih grešaka.

Suprotno tome, unutar generatornih pretvorilaca, umesto da se polazi na pojedinačne čvrstake, često se koristi zemljani tepih. Zemljani tepih sastoji se od više vodnika međusobno povezanih formirajući mrežu. Ovaj pristup nudi nekoliko prednosti u odnosu na korišćenje pojedinačnih elektroda. Veća površina i međusobno povezan karakter zemljanih tepiha pruža nižu ukupnu otpornost, omogućavajući mu da efektivnije obrađuje veće strujne greške. Takođe, pomaže u ravnomernom raspodeli električnog potencijala širom područja pretvorilaca, smanjujući rizik od opasnih korak i dodir voltaza koji bi mogli predstavljati pretnju za osoblje i opremu.

Zemljanje kroz cev
Među različitim metodama zemljanja primenjljivim pod istim uslovima tla i vlage, zemljanje kroz cev ističe kao jedan od najčešćih i najefikasnijih sistema. U ovom pristupu, galvanizovana čelikasta cev sa perforacijama, u skladu sa odobrenim specifikacijama u pogledu dužine i prečnika, vertikalno se instalira u tlo koje ostaje trajno vlažno, kako je prikazano na priloženoj ilustraciji.

Izbor veličine cevi je ključna razmatranja, jer se određuje dva glavna faktora: magnituda struje koju zemljani sistem treba da provede i karakteristike tla. Za obradu većih strujnih grešaka može biti potrebna veća prečna cev ili duža cev, kako bi se osiguralo da električni naboj može bezbedno i efikasno raspršiti u zemlju. Takođe, različite vrste tla imaju različite električne rezistivnosti; na primer, tlo sa većom rezistivnošću može zahtevati veću prečnu cev kako bi se postigao željeni niski-otporni spoj sa zemljom. Ovaj pažljiv proces određivanja veličine garantuje pouzdanost i bezbednost sistema zemljanja kroz cev, činjac ga preferiranim izborom za širok spektar električnih instalacija.

Za zemljanje kroz cev, standardna praksa diktuje specifične dimenzije za zemljani cev, koje variraju u zavisnosti od uslova tla. Obično, u običnom tlu, koristi se cev prečnika 40 mm i dužine 2,5 metra. Međutim, u suhom i stijenastom tlu, potrebna je duža cev kako bi se osigurala efektivna veza sa zemljom. Dubina na kojoj se cev gradi direktno zavisi od sadržaja vlage u tlu, jer vlažnije okruženje olakšava bolju električnu vodljivost.

U tipičnoj instalaciji, cev se pozicionira na dubini od 3,75 metra. Da bi se poboljšala njena performansa, dno cevi se okružuje malim komadićima koksa ili ugljena, postavljenim približno 15 cm daleko. Alternirajuće slojeve koksa i soli koriste se, svaki sa posebnom svrsish. Koksovi povećavaju efektivnu površinu kontakta sa zemljom, dok sol smanjuje otpornost zemlje, zajedno optimizirajući efikasnost sistema zemljanja. Dodatna cev, prečnika 19 mm i minimalne dužine 1,25 metra, povezuje se na vrhu galvanizovane železne (GI) cevi putem reducirajućeg socketa. Ova sekundarna cev igra ključnu ulogu u održavanju funkcionalnosti sistema, posebno tokom loših vremenskih uslova.
Tokom letnih meseci, sadržaj vlage u tlu prirodno opada, što dovodi do povećanja otpornosti zemlje. Da bi se to suprotstavilo, konstruiše se betonska konstrukcija kako bi se osigurala konstantna dostava vode. Da bi se održao efektivan spoj sa zemljom, 3 do 4 kanta vode se prevare kroz cev prečnika 19 mm, povezanu sa glavnim GI cevom. Zemljani vodnik, koji može biti bukvalno GI žica ili GI traka sa dovoljnim poprečnim presekom da bi sigurno nosio strujne greške, prođe kroz 12-mm prečnu GI cev zakopanu približno 60 cm ispod površine zemlje.

Zemljanje kroz ploču uključuje zakapanje zemljane ploče u zemlju. Ploča može biti izrađena od bakra, sa dimenzijama 60 cm × 60 cm × 3 mm, ili galvaniziranog željeza, sa dimenzijama 60 cm × 60 cm × 6 mm. Ploča se pozicionira vertikalno, sa vrhom na dubini ne manjoj od 3 metra od površine zemlje. Ova dubina je ključna za osiguranje pouzdanog električnog zemljanja, jer omogućava ploči da dovoljno kontaktira tlo, omogućavajući sigurno raspršivanje električnih struja u slučaju greške.

Zemljanje kroz ploču
Pri implementaciji zemljanja kroz ploču, zemljana ploča se ubacuje u pomoćne slojeve koksa i soli, sa minimalnom debljinom 15 cm za ove slojeve. Ova kombinacija pomaže u smanjenju rezistivnosti tla oko ploče, unapređujući efikasnost sistema zemljanja. Zemljani vodnik, izrađen od galvaniziranog željeza (GI) ili bakra, zatim se čvrsto fiksira na zemljanoj ploči koristeći mutnjeve i šrafove. Unatoč superiornoj električnoj vodljivosti bakra, bakrene ploče i žice se retko koriste za zemljanje zbog znatno veće cene u odnosu na GI alternative. Ova ekonomičnost čini GI materijale preferiranim izborom za većinu praktičnih primena zemljanja.
Zemljanje kroz vodovod
Zemljanje kroz vodovod je još jedna metoda uspostavljanja električne veze sa zemljom. U ovom pristupu, GI ili bakrena žica se povezuje sa vodovodom. Spoj se fiksira koristeći čeličnu veznu žicu, koja se pričvršćuje na bakreni vodnik. Ovaj metod iskoristište ekstenzivnu metalnu mrežu vodovoda, koja tipično ima dobar kontakt sa zemljom, kako bi obezbedio niski-otpornu putanju za električnu struju u slučaju greške. Međutim, ova metoda zemljanja mora da bude u skladu sa relevantnim bezbednosnim propisima i normama hidrauličke instalacije kako bi se osigurala i električna bezbednost i integritet sistema snabdevanja vodom.

Vodoveze su tipično izgrađene od metala i zakopane ispod površine zemlje, efektivno uspostavljajući direktnu vezu sa zemljom. U slučaju greške, struja koja teče kroz galvaniziranu železnu (GI) ili bakrenu žicu koristenu za zemljanje direktno se usmerava u zemlju preko vodoveze. Ovo pruža pogodnu i često efikasnu putanju za raspršivanje strujnih grešaka, iskoristeći ekstenzivnu podzemnu mrežu vodoveze i njenu inherentnu vodljivost kao metalne strukture.