Методи заземлення

Методи заземлення та заземлювальні мати

У електричних системах існує кілька методів заземлення, включаючи заземлення за допомогою дроту або стрічки, стержневе заземлення, трубне заземлення, пластинчасте заземлення та заземлення через водопровід. Серед них найбільш поширеними є трубне та пластинчасте заземлення, які будуть детально розглянуті нижче.

Заземлювальна мата

Заземлювальна мата будується шляхом з'єднання кількох стержнів медними провідниками. Ця конфігурація ефективно зменшує загальний опір заземлення та відіграє ключову роль у обмеженні потенціалу землі. Вона особливо підходить для районів, де очікується великий струм короткого замикання. При проектуванні заземлювальної мити необхідно ретельно врахувати кілька критичних факторів:

Безпека

При аварійному стані напруга між землею та поверхнею землі має бути на такому рівні, що не становить небезпеки для осіб, які можуть доторкатися до неводящих струм металевих частин електричної системи. Це забезпечує безпеку персоналу, який працює поблизу або поруч з електроустановкою.

Робота захисного реле

Заземлювальна мата повинна бути здатна обробляти неперервні струми короткого замикання, достатньо великі для запуску захисного реле. Низький опір землі є важливим для того, щоб струм короткого замикання могла вільно протікати через миту, дозволяючи захисному релє оперативно відокремити аварійний ділянку електричної системи.

Запобігання смертельним струмам

Опір заземлювальної мити повинен бути ретельно спроектований, щоб запобігти протіканню смертельних струмів через тіло людини у разі неправильного контакту з живими частинами. Це фундаментальне вимога безпеки для захисту людського життя.

Обмеження крокової напруги

Дизайн заземлювальної мити повинен забезпечувати, щоб крокова напруга - різниця потенціалів між двома точками на поверхні землі на певній відстані - залишалася нижче дозволеного значення. Це дозволене значення залежить від різних факторів, таких як резистивність грунту та аварійні умови, необхідні для відокремлення аварійного обладнання від живої електричної системи. Зберігаючи крокову напругу в рамках безпечних меж, мінімізується ризик електричного удару для осіб, які ходять поблизу заземленої установки.

Електроди заземлення
Електрод заземлення - це будь-який дріт, стержень, труба, пластина або група провідників, які вставляються в грунт горизонтально або вертикально. У системах електророзподілу загальна форма електрода землі - це стержень, який зазвичай має довжину приблизно 1 метр і вколотий вертикально в грунт. Цей простий, але ефективний дизайн допомагає створити надійне з'єднання між електричною системою та землею, сприяючи безпечному розсіюванню струмів короткого замикання.

Натомість, у генеруючих підстанціях, замість використання окремих стержнів, часто використовується заземлювальна мата. Заземлювальна мата складається з кількох провідників, з'єднаних для формування мережі. Цей підхід має ряд переваг перед використанням окремих електродів. Більша площа поверхні та з'єднаний характер заземлювальної мити забезпечують нижчий загальний опір, дозволяючи ефективніше обробляти більші струми короткого замикання. Крім того, це допомагає рівномірно розподілити електричний потенціал по всій території підстанції, зменшуючи ризик небезпечних крокових та дотичних напруг, які можуть загрожувати персоналу та обладнанню.

Трубне заземлення
Серед різних методів заземлення, що застосовуються в однакових умовах грунту та вологості, трубне заземлення виділяється як один із найпоширеніших та найефективніших систем. У цьому підході використовується оцинкована сталева труба з отворами, яка відповідає затвердженим специфікаціям щодо довжини та діаметру, і вертикально встановлюється в грунт, який постійно вологий, як показано на супровідному малюнку.

Вибір розміру труби є критичним питанням, оскільки він визначається двома основними факторами: величиною струму, який система заземлення повинна проводити, та характеристиками грунту. Для обробки більших струмів короткого замикання може знадобитися труба більшого діаметру або довжини, щоб забезпечити безпечне та ефективне розсіювання електричного заряду в грунт. Крім того, різні типи грунту мають різну електричну резистивність; наприклад, грунт з вищою резистивністю може потребувати більшої труби, щоб досягти бажаного низького опору з'єднання з землею. Цей скрупульозний процес розміру гарантує надійність та безпеку системи трубного заземлення, що робить його вибраним варіантом для широкого спектру електроустановок.

Для трубного заземлення стандартна практика встановлює конкретні розміри для труби заземлення, які змінюються відповідно до умов грунту. Зазвичай, в звичайному грунті, використовується труба з діаметром 40 мм та довжиною 2,5 метра. Однак, в сухому та кам'яному грунті, необхідна довша труба, щоб забезпечити ефективне з'єднання з землею. Глибина, на яку закопується труба, прямо пов'язана з вмістом вологи в грунті, оскільки більш вологе середовище сприяє кращій електричній провідності.

У типовій установці труба розташовується на глибині 3,75 метра. Для покращення її продуктивності нижня частина труби оточена малими кусочками коксу або древесного вугілля, розташованими приблизно на 15 см відстані. Чергування шарів коксу та солі використовуються для різних цілей. Кокс збільшує ефективну контактну площу з землею, а сіль зменшує опір землі, колективно оптимізуючи ефективність системи заземлення.
Додаткова труба, яка має діаметр 19 мм та мінімальну довжину 1,25 метра, з'єднана з верхньою частиною оцинкованої залізної (GI) труби за допомогою знижувального соединника. Ця вторинна труба відіграє ключову роль у підтримці функціональності системи, особливо в поганих погодних умовах.

Літом вміст вологи в грунті природно зменшується, що призводить до зростання опору землі. Для компенсації цього будується конструкція з цементного бетону, щоб забезпечити постійне водопостачання. Для підтримки ефективного заземлення через воронку, прикріплена до труби діаметром 19 мм, яка з'єднана з головною GI трубою, вливається 3-4 відра води. Дріт заземлення, який може бути або GI дріт, або стрічка з достатнім поперечним перерізом для безпечного проведення струмів короткого замикання, проходить через 12-мм GI трубу, закопану приблизно на 60 см під поверхнею землі.
Пластинчасте заземлення
Пластинчасте заземлення включає занурення заземлювальної пластини в грунт. Пластина може бути виготовлена з міді, з розмірами 60 см × 60 см × 3 мм, або оцинкованої залізі, з розмірами 60 см × 60 см × 6 мм. Пластина розташовується вертикально, з її верхньою частиною на глибині не менше 3 метрів від поверхні землі. Ця глибина є критичною для забезпечення надійного електричного заземлення, оскільки дозволяє пластині забезпечити достатній контакт з грунтом, сприяючи безпечному розсіюванню електричних струмів у разі аварії.

Пластинчасте заземлення
При впровадженні пластинчастого заземлення, заземлювальна пластина вставляється в допоміжні шари коксу та солі, з мінімальною товщиною 15 см для цих шарів. Цей комбінація допомагає зменшити резистивність грунту навколо пластина, підвищуючи ефективність системи заземлення. Дріт заземлення, виготовлений з оцинкованої заліза (GI) або міді, потім міцно прикріплений до заземлювальної пластина за допомогою гайок та болтів. Незважаючи на кращу електричну провідність міді, мідні пластина та дроти не поширено використовуються для заземлення через значно вищу вартість порівняно з альтернативами з GI. Ця економічна ефективність робить матеріали GI переважним вибором для більшості практичних застосувань заземлення.
Заземлення через водопровід
Заземлення через водопровід є ще одним методом встановлення електричного з'єднання з землею. У цьому підході GI або мідний дріт з'єднаний з водопроводом. З'єднання зафіксоване за допомогою сталевого зв'язуючого дроту, який прикріплений до мідного лідеру. Цей метод використовує розгалужену металеву мережу водопроводу, яка зазвичай має хороший контакт з землею, для забезпечення низькоопірного шляху для електричного струму у разі аварії. Однак, цей метод заземлення повинен відповідати відповідним правилам безпеки та нормам водопостачання, щоб забезпечити як електричну безпеку, так і цілісність системи водопостачання.

Водопровідні труби зазвичай виготовляються з металу та закопані під поверхнею землі, що ефективно створює пряме з'єднання з землею. У разі аварії струм, який проходить через оцинкований залізний (GI) або мідний дріт, використовується для заземлення, каналізується безпосередньо в грунт через водопровідну трубу. Це забезпечує зручний та часто ефективний шлях для розсіювання струмів короткого замикання, використовуючи розгалужену підземну мережу водопроводу та його природну провідність як металевої конструкції.