Isang Komprehensibong Gabay sa mga Sistemang Paggabayan ng Lupa

Ang isang sistema ng paglalagay sa lupa, kilala rin bilang grounding system, ay nag-uugnay sa tiyak na bahagi ng elektrikong power system sa lupa, karaniwang ang konduktibong ibabaw ng Daigdig, para sa seguridad at mga layunin ng pagganap. Ang pagpili ng sistema ng paglalagay sa lupa ay maaaring makaapekto sa seguridad at electromagnetic compatibility ng instalasyon. Ang mga regulasyon para sa mga sistema ng paglalagay sa lupa ay iba't iba sa bawat bansa, bagaman karamihan ay sumusunod sa rekomendasyon ng International Electrotechnical Commission (IEC). Sa artikulong ito, ipapaliwanag namin ang iba't ibang uri ng mga sistema ng paglalagay sa lupa, ang kanilang mga positibo at negatibong aspeto, at paano silang disenyan at i-install.

Ano ang Sistema ng Paglalagay sa Lupa?

Ang sistema ng paglalagay sa lupa ay inilalarawan bilang isang set ng konduktor at elektrodo na nagbibigay ng isang daan ng may mababang-resistensya para sa elektrikong kuryente na tumakbo patungo sa lupa sa oras ng pagkakamali o pagkakasira. Mahalaga ito sa ilang dahilan:

• Pagsasanggalang ng mga aparato: Nagtutulong ang isang sistema ng paglalagay sa lupa upang maprotektahan ang mga elektrikong aparato mula sa pinsala dahil sa overvoltage o short-circuit conditions. Ito din ang nagpipigil sa static buildup at power surges na dulot ng malapit na lightning strikes o switching operations.

• Pagsasanggalang ng tao: Nagtutulong ang isang sistema ng paglalagay sa lupa upang mapigilan ang mga panganib ng electric shock sa pamamagitan ng pagtiyak na ang mga nakalantad na metal parts ng mga elektrikong instalasyon ay nasa parehong potential bilang ang lupa. Ito din ang nagpapahusay ng operasyon ng mga protective devices tulad ng circuit breakers o residual current devices (RCDs) na maaaring i-disconnect ang supply sa oras ng pagkakamali.

• Reference point: Nagbibigay ang isang sistema ng paglalagay sa lupa ng isang reference point para sa mga elektrikong circuits at aparato upang maaari silang mag-operate sa isang ligtas na voltage level sa relasyon sa Earth. Ito ang nagse-siguro na ang anumang elektrikong enerhiya na hindi ginagamit ng load ay maipapatuloy nang ligtas sa lupa.

Mga Uri ng Sistema ng Paglalagay sa Lupa

Naglilista ang BS 7671 ng limang uri ng sistema ng paglalagay sa lupa: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C, at IT. Ang mga titik T at N ay nangangahulugan ng:

• T = Lupa (mula sa French word Terre)

• N = Neutral

Ang mga titik S, C, at I ay nangangahulugan ng:

• S = Separado

• C = Nakombinado

• I = Nakahiwalay

Ang uri ng sistema ng paglalagay sa lupa ay nadetermina kung paano konektado ang pinagmulan ng enerhiya (tulad ng isang transformer o generator) sa lupa at kung paano konektado ang terminal ng paglalagay sa lupa ng consumer sa pinagmulan o sa isang lokal na earth electrode.

Sistema TN-S

Ang isang sistema ng TN-S, na ipinapakita sa Figure 1, ay may koneksyon ng neutral na pinagkukunan ng enerhiya sa lupa sa iisang punto lamang, sa o sa pinakamalapit na posible na praktikal na punto sa pinagmulan. Ang terminal ng paglalapat ng consumer ay karaniwang nakakonekta sa metal na sheath o armor ng service cable ng distributor papunta sa lugar.

Figure 1: Sistema TN-S

Ang mga abala ng isang sistema ng TN-S ay:

• Ito ay nagbibigay ng mababang impekdans na daan para sa mga fault currents, na nagpapataas ng mabilis na operasyon ng mga protective devices.

• Ito ay naiiwasan ang anumang potential difference sa pagitan ng neutral at lupa sa loob ng lugar ng consumer.

• Ito ay binabawasan ang panganib ng electromagnetic interference dahil sa mga common mode currents.

Ang mga di-abala ng isang sistema ng TN-S ay:

• Ito ay nangangailangan ng hiwalay na protective conductor (PE) kasama ang mga supply conductors, na lumalaki ang gastos at kumplikado ang wiring.

• Ito ay maaring maapektuhan ng corrosion o pinsala sa metal na sheath o armor ng service cable, na maaaring kompromiso ang kanyang epektividad.

Sistema TN-C-S

Ang isang sistema ng TN-C-S, na ipinapakita sa Figure 2, ay may koneksyon ng supply neutral conductor ng isang distribution main sa lupa sa pinagmulan at sa mga interval sa kanyang run. Ito ay karaniwang tinatawag na protective multiple earthing (PME). Sa pamamagitan ng ganitong pagkakayari, ang neutral conductor ng distributor ay ginagamit din upang bumalik ng ligtas ang mga earth fault currents na nangyayari sa installation ng consumer patungo sa pinagmulan. Upang makamit ito, ang distributor ay magbibigay ng isang terminal ng paglalapat ng consumer, na nakakonekta sa incoming neutral conductor.

Figure 2: Sistema TN-C-S

Ang mga abala ng isang sistema ng TN-C-S ay:

• Ito ay binabawasan ang bilang ng mga conductor na kailangan para sa supply, na bumababa ang gastos at kumplikado ang wiring.

• Ito ay nagbibigay ng mababang impekdans na daan para sa fault currents, na nagpapataas ng mabilis na operasyon ng mga protective devices.

• Ito ay naiiwasan ang anumang potential difference sa pagitan ng neutral at lupa sa loob ng lugar ng consumer.

Ang mga di-abala ng isang sistema ng TN-C-S ay:

• Maaaring magdulot ito ng panganib ng electric shock kung may pagkakabigong nangyari sa neutral conductor sa pagitan ng dalawang earth points, na maaaring sanhi ng pagtaas ng touch voltage sa mga exposed metal parts.

• Maaaring magdulot ito ng hindi inaasahang current na lumipad sa metal pipes o structures na konektado sa lupa sa iba't ibang puntos, na maaaring resulta ng corrosion o interference.

TT System

Ang isang TT system, na ipinapakita sa Figure 3, ay may koneksyon sa lupa ang parehong source at consumer’s installation sa pamamagitan ng hiwalay na electrodes. Ang mga electrodes na ito ay walang direkta na koneksyon sa pagitan nila. Ang uri ng earthing system na ito ay applicable para sa parehong three-phase at single-phase installations.

Figure 3: TT System

Ang mga advantage ng isang TT system ay:

• Nagbabawas ito ng anumang panganib ng electric shock dahil sa pagkakabigong nangyari sa neutral conductor o contact sa pagitan ng live conductors at earthed metal parts.

• Iniwasan nito ang anumang hindi inaasahang current sa metal pipes o structures na konektado sa lupa sa iba't ibang puntos.

• Binibigyan nito ng higit na flexibility ang pagpili ng lokasyon at uri ng earth electrodes.

Ang mga disadvantage ng isang TT system ay:

• Nangangailangan ito ng epektibong lokal na earth electrode para sa bawat installation, na maaaring mahirap o mahal na makamit depende sa kondisyon ng lupa at availability ng espasyo.

• Nangangailangan ito ng karagdagang protection devices tulad ng RCDs o voltage-operated ELCBs upang matiyak ang maabilidad na disconnection sa kaso ng fault.

• Maaaring magresulta ito ng mas mataas na touch voltages sa exposed metal parts dahil sa mas mataas na earth loop impedance.

TN-C System

Ang isang TN-C system, na ipinapakita sa Figure 4, ay may kombinasyon ng neutral at protective functions sa iisang conductor sa buong sistema. Ang conductor na ito ay tinatawag na PEN (protective earth neutral). Ang consumer’s earthing terminal ay direktang konektado sa conductor na ito.

Figure 4: TN-C System

Ang mga advantage ng isang TN-C system ay:

• Nagbabawas ito ng bilang ng mga conductor na kinakailangan para sa supply, na nagbabawas ng cost at complexity ng wiring.

• Nagbibigay ito ng mababang impedance path para sa fault currents, na nagse-sure ng mabilis na operasyon ng mga protective devices.

Ang mga disadvantage ng isang TN-C system ay:

• Ito ay nagdudulot ng panganib ng pagkabagabag sa kuryente kung may pagkasira sa PEN conductor o kung ito ay makakasalubong ng mga live parts dahil sa pagkasira ng insulasyon.

• Ito ay nagdudulot ng hindi inaasahang pagdaloy ng kuryente sa mga metal na tubo o estruktura na konektado sa PEN sa iba't ibang puntos, na maaaring magresulta sa corrosion o interference.

• Ito ay nangangailangan ng espesyal na pagsasaayos para sa pagkonekta ng mga appliance na may exposed metal parts na maaaring accessible kasabay ng iba pang earthed metal parts.

IT System

Ang isang IT system, na ipinapakita sa Figure 5, ay may source na bukas mula sa Earth o konektado sa Earth sa pamamagitan ng isang impedance (tulad ng resistor o inductor). Ang installation ng consumer ay konektado sa earth sa pamamagitan ng isang o higit pang lokal na electrodes. Ang mga electrodes na ito ay walang direkta na koneksyon sa source.

Figure 5: IT System

Ang mga benepisyo ng isang IT system ay:

• Ito ay natatanggal ang anumang panganib ng pagkabagabag sa kuryente dahil sa unang pagkakamali sa live conductors dahil walang balik na daan sa pamamagitan ng Earth.

• Ito ay pinapayagan ang patuloy na supply kahit na sa kaso ng unang pagkakamali dahil walang automatikong paghihiwalay na kinakailangan.

• Ito ay binabawasan ang interference at overvoltage problems dahil sa capacitive coupling sa pagitan ng live conductors at ang earth.

Ang mga di-benepisyo ng isang IT system ay:

• Ito ay nangangailangan ng espesyal na monitoring devices tulad ng insulation monitors o fault detectors upang matukoy ang unang pagkakamali at lokalisin sila bago maging mapanganib na pangalawang pagkakamali.

• Ito ay nangangailangan ng karagdagang protection devices tulad ng RCDs o voltage-operated ELCBs upang tiyakin ang maingat na paghihiwalay sa kaso ng pangalawang pagkakamali.

• Ito ay maaaring magresulta sa mas mataas na touch voltages sa exposed metal parts dahil sa mas mataas na capacitance sa pagitan ng live conductors at ang earth.

Paano Gumawa ng isang Earthing System

Ang disenyo ng isang earthing system ay depende sa maraming factor, tulad ng:

• Ang uri at laki ng power supply

• Ang uri at lokasyon ng load

• Ang resistivity at moisture content ng lupa

• Ang environmental conditions at regulations

• Ang availability at cost ng materials

Ang ilang pangkalahatang hakbang para sa disenyo ng isang earthing system ay:

1. Tukuyin ang uri ng sistema ng paglalagay ng lupa na angkop para sa iyong aplikasyon batay sa mga pangangailangan sa kaligtasan at pagganap. Tingnan ang BS 7671 o iba pang mga pamantayan na may kaugnayan para sa gabay.

2. Kalkulahin ang pinakamataas na kasalukuyang pagkakamali na maaaring lumampas sa electrode ng lupa at ang lokasyon ng pagkakamali. Tingnan ang BS 7671 o iba pang mga pamantayan na may kaugnayan para sa gabay.

3. Pumili ng uri at sukat ng electrode ng lupa na angkop para sa iyong aplikasyon batay sa resistibidad ng lupa, kasalukuyang pagkakamali, paraan ng pag-install, at gastos. Tingnan ang BS 7430 o iba pang mga pamantayan na may kaugnayan para sa gabay.

4. I-install ang electrode ng lupa ayon sa mga instruksyon ng tagagawa at mga best practices. Siguraduhing maayos na konektado ang electrode ng lupa sa conductor ng paglalagay ng lupa at ang conductor ng paglalagay ng lupa ay sapat na sukat at protektado.

5. Sukatin ang resistansiya ng electrode ng lupa gamit ang angkop na instrumento, tulad ng fall-of-potential tester o clamp-on tester. Ikumpara ang sukatin na halaga sa disenyo na halaga at gumawa ng mga pag-aayos kung kinakailangan. Tingnan ang BS 7430 o iba pang mga pamantayan na may kaugnayan para sa gabay.

6. I-verify na ang sistema ng paglalagay ng lupa ay sumasaklaw sa mga pangangailangan sa kaligtasan para sa touch at step voltages, earth fault loop impedance, at operasyon ng protective device. Tingnan ang BS 7671 o iba pang mga pamantayan na may kaugnayan para sa gabay.

Kung Paano Paniwalaan ang isang Sistema ng Paglalagay ng Lupa

Dapat inspeksyunin at subukan nang regular ang sistema ng paglalagay ng lupa upang masiguro ang kanyang epektividad at reliabilidad. Ang ilang mga factor na maaaring makaapekto sa performance ng sistema ng paglalagay ng lupa ay:

• Korosyon o pinsala sa mga electrode ng lupa o conductor ng paglalagay ng lupa

• Mga pagbabago sa resistibidad ng lupa o content ng moisture dahil sa panahon o kondisyon ng kapaligiran

• Mga pagbabago o dagdag sa electrical installation o power supply

• Mga pagkakamali o defect sa electrical equipment o protective devices

Ang ilang hakbang para sa pagsasauli ng isang sistema ng paglalagay ng lupa ay:

1. Inspeksyunin ang pisikal na kondisyon ng mga electrode ng lupa at conductor ng paglalagay ng lupa para sa anumang senyales ng korosyon, pinsala, o pagkasira. I-repair o i-replace ang anumang defective parts sa lalong madaling panahon.

2. Subukan ang resistansiya ng electrode ng lupa gamit ang angkop na instrumento, tulad ng fall-of-potential tester o clamp-on tester. Ikumpara ang sukatin na halaga sa nakaraang halaga at suriin kung mayroong anumang significant changes. Kung ang resistansiya ay tumaas nang higit sa tanggap na limit, imbestigahan ang sanhi at gawin ang mga corrective actions.

3. Subukan ang touch at step voltages, earth fault loop impedance, at operasyon ng protective device gamit ang angkop na mga instrumento tulad ng voltage tester, impedance tester, o loop tester. Ikumpara ang sukatin na halaga sa disenyo na halaga at suriin kung mayroong anumang deviations. Kung ang mga halaga ay nasa labas ng safety limits, imbestigahan ang sanhi at gawin ang mga corrective actions.

4. I-record ang mga resulta ng inspeksyon at pagsusulit sa isang log book o database. Mag-keep track ng anumang mga pagbabago o trends sa performance ng sistema ng paglalagay ng lupa sa loob ng panahon.

Conclusion

Isang mahalagang bahagi ng anumang electrical installation ang sistema ng paglalagay ng lupa na nagbibigay ng kaligtasan at pagganap para sa parehong equipment at tao. Ang uri ng sistema ng paglalagay ng lupa ay depende sa iba't ibang factors tulad ng power supply, load, soil conditions, at regulations.

Ang disenyo ng isang sistema ng paglalagay ng lupa ay nangangailangan ng maingat na kalkulasyon at pilihan ng mga electrode ng lupa, conductor ng paglalagay ng lupa, at protective devices. Ang pag-install ng isang sistema ng paglalagay ng lupa ay nangangailangan ng maayos na mga paraan at materyales upang masiguro ang low-resistance connection sa lupa. Ang pagsasauli ng isang sistema ng paglalagay ng lupa ay nangangailangan ng regular na inspeksyon at pagsusulit upang masiguro ang kanyang epektividad at reliabilidad.

Sa pamamagitan ng pag-follow ng mga guidelines na ito, maaari kang magdisenyo, i-install, at paniwalaan ang isang sistema ng paglalagay ng lupa na sumasaklaw sa iyong mga pangangailangan at inaasahan.

Pahayag: Respeto sa original, mabubuting artikulo na karapat-dapat na maibahagi, kung may labag sa copyright pakiusap ilipat.