En omfattande guide till jordningsystem
Ett jordningsystem, även känd som ett grundsystem, ansluter specifika delar av ett elektriskt strömsystem till marken, vanligtvis jordens ledande yta, för säkerhets- och funktionsmässiga ändamål. Valet av jordningsystem kan påverka installationens säkerhet och elektromagnetiska kompatibilitet. Föreskrifter för jordningsystem varierar mellan länder, men de flesta följer Internationella Elektrotekniska Kommissionens (IEC) rekommendationer. I denna artikel kommer vi att förklara de olika typerna av jordningsystem, deras fördelar och nackdelar, samt hur man designar och installerar dem.
Vad är ett jordningsystem?
Ett jordningsystem definieras som en uppsättning ledare och elektroder som ger en låg-motstånds väg för elektrisk ström att flöda till marken vid fel eller misslyckande. Detta är viktigt av flera skäl:
Skydd av utrustning: Ett jordningsystem hjälper till att skydda elektrisk utrustning från skada orsakad av överspänning eller kortslutningsförhållanden. Det förhindrar också statisk uppbyggning och spänningsstöt orsakade av närliggande blixtnedslag eller kopplingsoperationer.
Skydd av människor: Ett jordningsystem hjälper till att förhindra elektriska stötar genom att se till att de exponerade metalliska delarna av elektriska installationer har samma potential som jorden. Det underlättar också funktionen av skyddsanordningar som kretsavbrottsautomat eller residualströmsenheter (RCD) som kan avkoppla strömförsörjningen vid fel.
Referenspunkt: Ett jordningsystem ger en referenspunkt för elektriska kretsar och utrustning så att de kan fungera på ett säkert spänningsnivå i förhållande till jorden. Detta säkerställer att all elektrisk energi som inte används av belastningen tryggt dissiperas till jorden.
Typer av jordningsystem
BS 7671 listar fem typer av jordningsystem: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C, och IT. Bokstäverna T och N står för:
T = Jorden (från det franska ordet Terre)
N = Neutral
Bokstäverna S, C, och I står för:
S = Separat
C = Kombinerad
I = Isolerad
Typen av jordningsystem bestäms av hur energikällan (som en transformator eller en generator) är ansluten till jorden och hur konsumentens jordningskontakt är ansluten till källan eller till en lokal jordelektrod.
TN-S System
Ett TN-S-system, som visas i figur 1, har den neutrala energikällan ansluten till jorden vid endast en punkt, vid eller så nära källan som möjligt. Konsumentens jordningskontakt är vanligtvis ansluten till den metalliska slidan eller rustningen av distributionskabeln in i lokalen.
Figur 1: TN-S System
Fördelarna med ett TN-S-system är:
Det ger en låg impedans väg för felströmmar, vilket säkerställer snabb operation av skyddsanordningar.
Det undviker eventuella potentialskillnader mellan neutral och jord inom konsumentens lokaler.
Det minskar risken för elektromagnetisk interferens på grund av gemensamma modusströmmar.
Nackdelarna med ett TN-S-system är:
Det kräver en separat skyddsledare (PE) tillsammans med strömförsörjningsledarna, vilket ökar kostnaden och komplexiteten av kablage.
Det kan påverkas av korrosion eller skador på den metalliska slidan eller rustningen av servicekabeln, vilket kan kompromissa dess effektivitet.
TN-C-S System
Ett TN-C-S-system, som visas i figur 2, har den neutrala ledaren i en distributionshuvudledning ansluten till jorden vid källan och med intervall längs sin bana. Detta kallas vanligtvis för skyddande multipel jordning (PME). Med detta arrangemang används distributionsneutralledaren också för att säkert returnera felströmmar som uppstår i konsumentens installation tillbaka till källan. För att uppnå detta kommer distributionsbolaget att tillhandahålla en jordningskontakt för konsumenten, som är länkad till den inkommande neutralledaren.
Figur 2: TN-C-S System
Fördelarna med ett TN-C-S-system är:
Det minskar antalet ledare som krävs för strömförsörjning, vilket sänker kostnaden och komplexiteten av kablage.
Det ger en låg impedans väg för felströmmar, vilket säkerställer snabb operation av skyddsanordningar.
Det undviker eventuella potentialskillnader mellan neutral och jord inom konsumentens lokaler.
Nackdelarna med ett TN-C-S-system är:
Det kan skapa en risk för elektrisk stöt om det finns ett avbrott i den neutrala ledaren mellan två jordpunkter, vilket kan orsaka en ökning av beröringsspänning på exponerade metalliska delar.
Det kan orsaka oönskade strömmar i metallrör eller strukturer som är anslutna till jorden vid olika punkter, vilket kan leda till korrosion eller interferens.
TT System
Ett TT-system, som visas i figur 3, har både källan och konsumentens installation anslutna till jorden genom separata elektroder. Dessa elektroder har ingen direkt anslutning mellan sig. Denna typ av jordningsystem är tillämpligt för både trefas- och enfasinstallationer.
Figur 3: TT System
Fördelarna med ett TT-system är:
Det eliminerar alla risker för elektrisk stöt på grund av ett avbrott i den neutrala ledaren eller kontakt mellan livliga ledare och jordade metalliska delar.
Det undviker oönskade strömmar i metallrör eller strukturer som är anslutna till jorden vid olika punkter.
Det ger mer flexibilitet i valet av plats och typ av jordelektroder.
Nackdelarna med ett TT-system är:
Det kräver en effektiv lokal jordelektrod för varje installation, vilket kan vara svårt eller dyrt att uppnå beroende på markförhållanden och tillgänglighet av utrymme.
Det kräver ytterligare skyddsanordningar som RCD eller spänningsstyrd ELCB för att säkerställa en tillförlitlig avkoppling vid fel.
Det kan resultera i högre beröringsspänningar på exponerade metalliska delar på grund av högre jordloopimpedans.
TN-C System
Ett TN-C-system, som visas i figur 4, har både neutral- och skyddsfunktionerna kombinerade i en enda ledare genom hela systemet. Denna ledare kallas PEN (skyddsjordneutral). Konsumentens jordningskontakt är direkt ansluten till denna ledare.
Figur 4: TN-C System
Fördelarna med ett TN-C-system är:
Det minskar antalet ledare som krävs för strömförsörjning, vilket sänker kostnaden och komplexiteten av kablage.
Det ger en låg impedans väg för felströmmar, vilket säkerställer snabb operation av skyddsanordningar.
