Podroben vodnik za sisteme zazemljanja

Sistem zemljenja, tudi poznani kot sistem povezovanja z zemljo, povezuje določene dele električnega elektronskega sistema z zemljo, običajno z vodljivo površino Zemlje, zaradi varnostnih in funkcionalnih razlogov. Izbor sistema zemljenja lahko vpliva na varnost in elektromagnetno združljivost namestitve. Pravilniki za sisteme zemljenja se razlikujejo med državami, vendar jih večina sledi priporočilom Mednarodne elektrotehniške komisije (IEC). V tem članku bomo razložili različne vrste sistemov zemljenja, njihove prednosti in nedostatke ter kako jih oblikovati in namestiti.

Kaj je sistem zemljenja?

Sistem zemljenja je definiran kot niz vodil in elektrod, ki zagotavljata nizko-upornostni pot za pretok električnega toka do zemlje v primeru napake ali nezadostnosti. To je pomembno iz več razlogov:

• Zaščita opreme: Sistem zemljenja pomaga zaščititi električno opremo pred poškodbo zaradi previsoke napetosti ali kratkih krmeljnih stanj. Tudi preprečuje statično nabiranje in močne valovanje, ki so povzročeni bližnjimi udari bleska ali preklopnimi operacijami.

• Zaščita ljudi: Sistem zemljenja pomaga preprečiti nevarnosti električnega šoka tako, da zagotovi, da so odkriti kovinski deli električnih namestitev na enaki potencialni ravni kot zemlja. Tudi omogoča delovanje zaščitnih naprav, kot so prekinitve struje ali preostale strujne naprave (RCD), ki lahko odstranijo oskrbo v primeru napake.

• Referenčna točka: Sistem zemljenja zagotavlja referenčno točko za električne obročne vezije in opremo, da lahko delujejo na varni napetosti stopnji glede na Zemljo. To zagotavlja, da je vsaka električna energija, ki ni uporabljena za optico, varno odpovedana na zemljo.

Vrste sistemov zemljenja

BS 7671 navaja pet vrst sistemov zemljenja: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C in IT. Črke T in N pomenita:

• T = Zemlja (iz francoske besede Terre)

• N = Neutral

Črke S, C in I pomenijo:

• S = Ločeno

• C = Kombinirano

• I = Izolirano

Vrsta sistema zemljenja je določena s tem, kako vir energije (na primer transformator ali generator) povezan s zemljo in kako je končnik zemljenja uporabnika povezan z virom ali lokalnim zemljenim elektrodom.

TN-S Sistem

TN-S sistem, prikazan na Sliki 1, ima neutralni vir energije povezan z zemljo le na eni točki, na virovu ali čim bližje virovu. Končnik zemljenja uporabnika je običajno povezan s kovinskim omarami ali okroglim pokrovom distributerjevega servisnega kabela v prostor.

Slika 1: TN-S Sistem

Prednosti TN-S sistema so:

• Ponuja nizko impedancno pot za napake v toku, kar zagotavlja hitro delovanje zaščitnih naprav.

• Izogiba kakršnemu koli razlikovanju med neutralom in zemljo znotraj prostora uporabnika.

• Zmanjša tveganje elektromagnetske motnje zaradi skupnega režima tokov.

Nedostatki TN-S sistema so:

• Zahteva ločen zaščitni vodilo (PE) skupaj z oskrbnimi vodili, kar poveča stroške in kompleksnost vodil.

• Lahko je vpliven korozija ali poškodba kovinskega omarama ali okroglega pokrova servisnega kabela, kar lahko kompromitira učinkovitost sistema.

TN-C-S Sistem

TN-C-S sistem, prikazan na Sliki 2, ima neutralni vodilo oskrbe distribucijske glavne povezano z zemljo na virovu in na intervalih po svojem teku. To se običajno imenuje zaščitno večkratno zemljenje (PME). Z takšno razporeditvijo se distributorjevo neutralno vodilo uporablja tudi za varno vračanje napak v toku, ki se pojavijo v instalaciji uporabnika, nazaj na virovu. Za dosego tega bo distributor ponudil končnik zemljenja uporabnika, ki je povezan s pridruženim neutralnim vodilom.

Slika 2: TN-C-S Sistem

Prednosti TN-C-S sistema so:

• Zmanjša število vodil, potrebnih za oskrbo, kar zniža stroške in kompleksnost vodil.

• Ponuja nizko impedancno pot za napake v toku, kar zagotavlja hitro delovanje zaščitnih naprav.

• Izogiba kakršnemu koli razlikovanju med neutralom in zemljo znotraj prostora uporabnika.

Nedostatki TN-C-S sistema so:

• Lahko ustvari tveganje električnega šoka, če je pri neutralnem vodilu med dvema zemljenima točkama prekinjava, kar lahko povzroči povečanje dotične napetosti na odkritih kovinskih delih.

• Lahko povzroči neželeno tekanje toka v kovinskih cevih ali strukturah, ki so povezane z zemljo na različnih točkah, kar lahko povzroči korozijo ali motnje.

TT Sistem

TT sistem, prikazan na Sliki 3, ima oba vira in instalacijo uporabnika povezana z zemljo preko ločenih elektrod. Ti elektrodi nimajo nobene neposredne povezave med sabo. Ta vrsta sistema zemljenja je primerna za tri-fazne in enofazne instalacije.

Slika 3: TT Sistem

Prednosti TT sistema so:

• Izključi kakršno koli tveganje električnega šoka zaradi prekinitve neutralnega vodila ali stika med živimi vodili in zemljenimi kovinskimi deli.

• Izogiba neželenemu tekanju toka v kovinskih cevih ali strukturah, ki so povezane z zemljo na različnih točkah.

• Omogoča večjo prožnost pri izbiri lokacije in vrste zemljenih elektrod.

Nedostatki TT sistema so:

• Zahteva učinkovit lokalni zemljeni elektrod za vsako instalacijo, kar bi lahko bil težek ali drag dosegi, odvisno od podmestnih razmer in dostopnega prostora.

• Zahteva dodatne zaščitne naprave, kot so RCD-ji ali napetostno delujoče ELCB-ji, za zagotovitev zanesljivega prekinitve v primeru napake.

• Lahko povzroči višje dotične napetosti na odkritih kovinskih delih zaradi višje zemljene zanke impedanc.

TN-C Sistem

TN-C sistem, prikazan na Sliki 4, ima neutralne in zaščitne funkcije združene v enem vodilu skozi celoten sistem. Ta vodilo se imenuje PEN (zaščitni zemljeni neutral). Končnik zemljenja uporabnika je neposredno povezan s tem vodilom.