Potpun pregled sustava za zemljenje

Sustav zemljanja, također poznat kao sustav zemljenja, povezuje određene dijelove električnog sustava s tlu, obično s površinom Zemlje koja vodi struju, radi sigurnosti i funkcionalnosti. Izbor sustava zemljanja može utjecati na sigurnost i elektromagnetsku kompatibilnost instalacije. Propisi za sustave zemljanja variraju među zemljama, iako većina prati preporuke Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC). U ovom članku objasniti ćemo različite vrste sustava zemljanja, njihove prednosti i nedostatke, te kako ih dizajnirati i instalirati.

Što je sustav zemljanja?

Sustav zemljanja definira se kao skup vodilaca i elektroda koji pružaju nizko-otporan put za strujanje električne struje prema tlu u slučaju greške ili nepravilnog funkcioniranja. To je važno iz nekoliko razloga:

• Zaštita opreme: Sustav zemljanja pomaže u zaštiti električne opreme od oštećenja zbog prekomjernog napona ili uskrtenja. Također sprečava akumulaciju statičkog naboja i nadnapona uzrokovanog bliskim udarcima munje ili operacijama prekidača.

• Zaštita ljudi: Sustav zemljanja pomaže u sprečavanju opasnosti električnih udara osiguravajući da su izloženi metalni dijelovi električnih instalacija na istoj potencijalnoj razini kao tlo. Također omogućuje rad zaštitnih uređaja poput prekidnika struje ili ostataka struje (RCD) koji mogu isključiti snabdevanje u slučaju greške.

• Referentna točka: Sustav zemljanja pruža referentnu točku za električne krugove i opremu kako bi oni mogli raditi na sigurnoj razini napona u odnosu na Zemlju. To osigurava da se svaka električna energija koja nije korištena od opterećenja sigurno rasipa na tlo.

Vrste sustava zemljanja

BS 7671 nabraja pet vrsta sustava zemljanja: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C i IT. Slova T i N označavaju:

• T = Tlo (od francuskog riječi Terre)

• N = Neutral

Slova S, C i I označavaju:

• S = Odvojeno

• C = Kombinirano

• I = Isolirano

Vrsta sustava zemljanja određuje se na temelju toga kako je izvor energije (poput transformatora ili generatora) povezan s tlu i kako je terminal zemljanja korisnika povezan s izvorom ili lokalnim zemljanim elektrodama.

TN-S Sustav

TN-S sustav, prikazan na slici 1, ima neutralni izvor energije povezan s tlu na jednoj točki, na ili što bliže izvoru. Terminal zemljanja korisnika obično je povezan s metalnom ljuskom ili oklopom distributerovog servisnog kabela u prostorije.

Slika 1: TN-S Sustav

Prednosti TN-S sustava su:

• Pruža nizko-impedansni put za greškovne struje, što osigurava brzo rad zaštitnih uređaja.

• Izbjegava bilo kakvu razliku potencijala između neutrala i tla unutar prostorija korisnika.

• Smanjuje rizik od elektromagnetske interferencije zbog zajedničkih modnih struja.

Nedostaci TN-S sustava su:

• Zahtijeva poseban zaštitni vodilac (PE) uz snabdijevne vodilace, što povećava cijenu i složenost provodnog sustava.

• Može biti utjecan korozijom ili oštećenjem metalne ljuske ili oklopa servisnog kabela, što može kompromitirati njegovu učinkovitost.

TN-C-S Sustav

TN-C-S sustav, prikazan na slici 2, ima neutralni vodilac distributerovog glavnog spojen s tlu na izvoru i na intervalima duž njegove trase. Ovo se obično naziva zaštitno višestruko zemljanje (PME). S tim postavljanjem, neutralni vodilac distributerovog sustava također se koristi za sigurno vraćanje greškovnih struja koje nastaju u instalaciji korisnika na izvor. Da bi se to postiglo, distributer će pružiti terminal zemljanja korisnika, koji je povezan s dolaznim neutralnim vodilcem.

Slika 2: TN-C-S Sustav

Prednosti TN-C-S sustava su:

• Smanjuje broj vodilaca potrebnih za snabdijevanje, što smanjuje cijenu i složenost provodnog sustava.

• Pruža nizko impedansni put za greškovne struje, što osigurava brzo rad zaštitnih uređaja.

• Izbjegava bilo kakvu razliku potencijala između neutrala i tla unutar prostorija korisnika.

Nedostaci TN-C-S sustava su:

• Može stvoriti rizik od električnog udara ako dođe do prekida u neutralnom vodilcu između dvije točke zemljanja, što može dovesti do povećanja dodirsne napona na izloženim metalnim dijelovima.

• Može uzrokovati neželjene struje u metalnim cijevima ili konstrukcijama koje su povezane s tlu na različitim točkama, što može rezultirati korozijom ili interferencijom.

TT Sustav

TT sustav, prikazan na slici 3, ima i izvor i instalaciju korisnika povezane s tlu kroz odvojene elektrode. Ove elektrode nemaju nikakve direktno povezivanje između njih. Ovaj tip sustava zemljanja primjenjiv je i za trofazne i jednofazne instalacije.

Slika 3: TT Sustav

Prednosti TT sustava su:

• Eliminira bilo kakav rizik od električnog udara zbog prekida u neutralnom vodilcu ili kontakta između živih vodilaca i zemljenih metalnih dijelova.

• Izbjegava bilo kakve neželjene struje u metalnim cijevima ili konstrukcijama koje su povezane s tlu na različitim točkama.

• Omogućuje veću fleksibilnost u biranju lokacije i vrste zemljanih elektroda.

Nedostaci TT sustava su:

• Zahtijeva efektivni lokalni zemljani elektrod za svaku instalaciju, što može biti teško ili skupo ostvariti ovisno o tlocrtu i dostupnosti prostora.

• Zahtijeva dodatna zaštitna uređaja poput RCD-a ili ELCB-a upravljanih naponom kako bi se osigurala pouzdana isključenja u slučaju greške.

• Može rezultirati većim dodirsnim napona na izloženim metalnim dijelovima zbog većeg impedansa zemljane petlje.

TN-C Sustav

TN-C sustav, prikazan na slici 4, ima neutralne i zaštitne funkcije kombinirane u jedan vodilac kroz cijeli sustav. Taj vodilac zove se PEN (zaštitni neutralni zemljište). Terminal zemljanja korisnika direktno je povezan s tim vodilcem.

Slika 4: TN-C Sustav