מדריך כולל למערכות ארקה

מערכת קרקעית, המוכרת גם כמערכת קרקעית, מקשרת חלקים מסוימים של מערכת חשמל עם הקרקע, בדרך כלל פני השטח הנדירים של כדור הארץ, מטעמים של בטיחות ופונקציונליות. בחירת מערכת הקרקעית יכולה להשפיע על הבטיחות והסימביוזה האלקטרומגנטית של התקנה. תקנות למערכות קרקעית משתנות בין מדינות, אם כי רובן עוקבות אחר המלצות של הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה (IEC). במאמר זה נסביר את סוגי מערכות הקרקעית השונים, יתרונותיהם וחסרונותיהם, וכיצד לעצב ולהתקין אותם.

מהי מערכת קרקעית?

מערכת קרקעית מוגדרת כקבוצת נושאי זרם ואלקטרודות שמספקות מסלול בעלות-נגד נמוך לזרם חשמלי להיספג באדמה במקרה של תקלה או תקלה. זה חשוב מסיבות רבות:

• הגנה על ציוד: מערכת קרקעית עוזרת להגן על ציוד חשמלי מנזק עקב מתח גבוה או מצב קצר-مدار. היא גם מונעת הצטברות סטטית ופרץ אנרגיה שנגרמים על ידי פגיעת ברקים או פעולות התמזגות בסביבה הקרובה.

• הגנה על אנשים: מערכת קרקעית עוזרת למנוע סיכונים של מכת חשמל על ידי אכיפת אותו פוטנציאל בין החלקים החשופים של התקנות חשמליות לבין האדמה. היא גם מאפשרת את פעולה של מכשירי הגנה כגון מתגים אוטומטיים או מכשירי זרם שאריות (RCDs) שיכולות לנתק את ההספק במקרה של תקלה.

• נקודת ייחוס: מערכת קרקעית מספקת נקודת ייחוס עבור מעגלי חשמל וציוד כך שהם יכולים לפעול ברמה בטוחה של מתח ביחס לאדמה. הדבר מבטיח שכל אנרגיה חשמלית שלא נוצקה על ידי המטען מתפזרת באופן בטוח לאדמה.

סוגי מערכות קרקעית

BS 7671 מפרט חמישה סוגים של מערכות קרקעית: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C, ו-IT. האותיות T ו-N מייצגות:

• T = אדמה (מצרפת)

• N = ניטרלי

האותיות S, C ו-I מייצגות:

• S = נפרד

• C = משולב

• I = מבודד

סוג מערכת הקרקעית נקבע על פי איך מקור האנרגיה (כמו トランスフォーマー או גנרטור) מחובר לאדמה ואיך טרמינל הקרקעית של הצרכן מחובר למקור או לאנדוקט מקומי.

TN-S System

מערכת TN-S, המוצגת בתרשים 1, יש לה חיבור ניטרלי של מקור האנרגיה לאדמה בנקודה אחת בלבד, במקור או כמה שאפשר קרוב למקור. טרמינל הקרקעית של הצרכן בדרך כלל מחובר לשכבת המתכת או להגנה של הכבל השירות של המפיץ לתוך המתחם.

תרשים 1: מערכת TN-S

היתרונות של מערכת TN-S הם:

• היא מספקת מסלול בעלת-נגד נמוך עבור זרמי תקלה, מה שמבטיח פעולה מהירה של מכשירי הגנה.

• היא מונעת כל הפרש פוטנציאל בין ניטרלי לאדמה בתוך המתחם של הצרכן.

• היא מפחיתה את הסיכון של התאבכות אלקטרומגנטית בגלל זרמים משותפים.

החסרונות של מערכת TN-S הם:

• היא דורשת נושא מגן נפרד (PE) בנוסף למקורות הזנק, מה שמגדיל את עלות ומורכבות הדיווידינג.

• היא יכולה להיות מושפעת מרקבוב או נזק לשכבת המתכת או להגנה של כבל השירות, מה שיכול לפגוע ביעילות שלה.

TN-C-S System

מערכת TN-C-S, המוצגת בתרשים 2, יש לה נושא ניטרלי של מפיץ ראשי מחובר לאדמה במקור וב internals לאורך ריצתו. זה נקרא בדרך כלל protective multiple earthing (PME). בהסדר הזה, נושא הניטרלי של המפיץ משמש גם לחזרת זרמי תקלה המופיעים בתתקנת הצרכן באופן בטוח למקור. כדי להשיג זאת, המפיץ יספק טרמינל קרקעית לצרכן, שהוא מקושר לנושא הניטרלי הנכנס.

תרשים 2: מערכת TN-C-S

היתרונות של מערכת TN-C-S הם:

• היא מפחיתה את מספר הנושאים הנדרשים להספק, מה שמפחית את עלות ומורכבות הדיווידינג.

• היא מספקת מסלול בעלת-נגד נמוך עבור זרמי תקלה, מה שמבטיח פעולה מהירה של מכשירי הגנה.

• היא מונעת כל הפרש פוטנציאל בין ניטרלי לאדמה בתוך המתחם של הצרכן.

החסרונות של מערכת TN-C-S הם:

• היא יכולה ליצור סיכון של מכת חשמל אם יש הפסקה בנושא הניטרלי בין שתי נקודות אדמה, מה שיכול לגרום להגדלת מתח מגע על חלקים מתכתיים חשופים.

• היא יכולה לגרום לזרמים בלתי רצויים לזרום בפייפות מתכת או במבנים המחוברים לאדמה בנקודות שונות, מה שיכול לגרום לרקבוב או להתאבכות.

TT System

מערכת TT, המוצגת בתרשים 3, יש לה את המקור ואת התקנה של הצרכן מחוברים לאדמה דרך אלקטרודות נפרדות. אין להם כל חיבור ישיר ביניהם. סוג מערכת הקרקעית הזה מתאים הן לתתקנות של שלושה פאזה והן לתתקנות חד-פאזה.

תרשים 3: מערכת TT

היתרונות של מערכת TT הם:

• היא מונעת כל סיכון של מכת חשמל כתוצאה מהפסקה בנושא הניטרלי או מגע בין נושאים חשמליים חיים לפאראמטאלים מחוברים לאדמה.

• היא מונעת כל זרמים בלתי רצויים בפייפות מתכת או במבנים המחוברים לאדמה בנקודות שונות.

• היא מאפשרת גמישות רבה יותר בבחירת המיקום והסוג של אלקטרודות אדמה.

החסרונות של מערכת TT הם:

• היא דורשת אלקטרודה אדמה מקומית יעילה לכל התקנה, מה שיכול להיות קשה או יקר להשגה בהתאם לתנאי האדמה והזמינות של מקום.

• היא דורשת מכשירי הגנה נוספים כמו RCDs או ELCBs המופעלים על ידי מתח כדי להבטיח ניתוק אמין במקרה של תקלה.

• היא יכולה לגרום למתח מגע גבוה יותר על חלקים מתכתיים חשופים בשל התנגדות לולאה גבוהה יותר.

TN-C System

מערכת TN-C, המוצגת בתרשים 4, יש לה את הפונקציות הניטרליות והמגן ממוזגות בנושא אחד לאורך המערכת. נושא זה נקרא PEN (מגן אדמה ניטרלי). טרמינל הקרקעית של הצרכן מחובר ישירות לנושא זה.

תרשים 4: מערכת TN-C

היתרונות של מערכת TN-C הם:

• היא מפחיתה את מספר הנושאים הנדרשים להספק, מה שמפחית את עלות ומורכבות הדיווידינג.

• היא מספקת מסלול בעלת-נגד נמוך עבור זרמי תקלה, מה שמבטיח פעולה מהירה של מכשירי הגנה.

החסרונות של מערכת TN-C הם: