Pojęcie i zasada działania uziemienia ochronnego

Działające urządzenia elektryczne muszą być uziemione. W zależności od przeznaczenia może działać lub chronić. Pierwszy dotyczy prawidłowego działania urządzeń, a drugi ochrony ludzi. Zasada działania jednego i drugiego jest inna.

Główne cele i zadania uziemienia

Gleba jest w stanie zneutralizować prąd elektryczny, ponieważ stopień jej napięcia wynosi zero. Rezystancja jest głównym wskaźnikiem urządzenia uziemiającego, dzięki któremu można ocenić jego jakość i zdolność do spełnienia swojego celu. Rezystywność zależy od składu gleby, obecności w niej substancji chemicznych - kwaśnych lub zasadowych, wilgoci, luźności. W zależności od składu gleby może być konieczne użycie specjalnego zestawu uziemiającego lub całkowita wymiana gleby w celu prawidłowego działania urządzeń uziemiających.

Uziemienie to połączenie dowolnego urządzenia, instalacji elektrycznej lub części sieci z urządzeniem uziemiającym. Jest to elektroda uziemiająca i przewody uziemiające, przez które prąd płynie do ziemi i jest neutralizowany.

Może być kilka uziemników. W schemacie rozproszonym znajdują się one na obwodzie obiektu, którego sieć elektryczna musi być zabezpieczona. Część przewodząca (uziemniki) jest zwykle wykonana z metalu. Dostarczane są do nich elektrody uziemiające, które mają bezpośredni kontakt z glebą.

Urządzenie uziemiające jest montowane wzdłuż pętli. Pętla uziemienia to szereg przewodników elektrod, które są wbijane w ziemię. Ich długość wynosi 3 metry, znajdują się w niewielkiej odległości od siebie. Jako połączenie stosuje się poziomy metalowy pasek, który układa się w glebie na płytkiej głębokości - do 1 metra. Połączenie z elektrodami odbywa się za pomocą konwencjonalnego spawania. W specjalnych zestawach uziemiających części sprzętu są połączone gwintem, co w żaden sposób nie wpływa na właściwości robocze.

Uziemienie robocze jest konieczne w następujących przypadkach:

• Ochrona sprzętu przed gromadzeniem się elektryczności statycznej. Naturalne procesy, takie jak wyładowania atmosferyczne, mogą wpływać na prąd płynący w obwodzie, powodując uszkodzenie sprzętu. Elektrody zainstalowane w ziemi odprowadzają nadmiar prądu.
• Ochrona sieci przed zwarciami.
• Ochrona przed wysokim napięciem.

Przykładem podłoża roboczego jest piorunochron podłączony do elektrod. Szczególnie ważne w generatorach, transformatorach.

Zasada uziemienia ochronnego

Uziemienie ochronne to zestaw środków mających na celu ochronę sprzętu i osób z nim pracujących. Służy do eliminacji zakłóceń elektromagnetycznych pochodzących z pobliskiego urządzenia, a także do neutralizacji zakłóceń podczas przełączania w obwodzie zasilania.

Ochrona przed piorunami

Środowisko powietrza to odcinek o dużej rezystancji, ale wyładowanie ma moc przewyższającą ten opór, dlatego przebija się przez nią.W drodze z górnych warstw atmosfery na ziemię piorun wybiera obszary o najmniejszym oporze - obszary mokre, ściany, drzewa i krople wody. To tłumaczy fakt, że wyładowania często wpadają na drzewo - ma ono mniejszy opór niż otaczające je powietrze. Wchodząc do budynku, prąd przepływa również przez obszary o najmniejszym oporze - są to metalowe rury, urządzenia elektryczne lub ich metalowe części, wilgotne ściany. Jeśli urządzenie nie jest uziemione, dotknięcie go podczas ładowania może być śmiertelne.

Gdy na dachu zainstalowany jest piorunochron, ładunek wpada do niego, a następnie przesuwa się w ziemię i zostaje zneutralizowany. Ważne jest, aby prądy nie rozchodziły się w głąb obiektu, dlatego materiały użyte do wykonania uziemienia mają niską rezystancję. Zgodnie z przepisami nie powinna przekraczać 4 omów. Sam piorunochron musi być podłączony do elektrod w ziemi.

Ochrona przed przepięciami

Sprzęt elektroniczny jest wrażliwy na przepięcia lub potężne instalacje elektryczne działające w ich promieniu. Nagłe uderzenie pioruna w pobliżu może uszkodzić elektronikę.

Na przykład: podczas burzy może wystąpić przeładowanie w miedzianym kablu łączącym domy i przez który przepływa prąd. Ładunek, wraz ze wzrostem jego rozmiaru, może zniszczyć kabel. W takim przypadku na linii energetycznej zainstalowany jest SPD - urządzenie zabezpieczające przed przepięciem impulsowym, dzięki czemu nadmiar ładunku jest uwalniany do ziemi.

Ochrona ludzi

Walizki na instrumenty, wszystkie elementy metalowe są w stanie przewodzić prąd. Jeśli dotkniesz nieuziemionego urządzenia, w którym nagromadziła się elektryczność statyczna, możesz doznać poważnego porażenia prądem. Wpłynie to przede wszystkim na układ sercowo-naczyniowy i nerwowy. Gumowe buty, gumowane rękawiczki i całkowicie suche pomieszczenie pomagają zmniejszyć wpływ, ale ludzie rzadko chodzą po mieszkaniu lub biurze w gumowych butach. Podłączenie trzeciego przewodu do korpusu urządzeń, a następnie podłączenie go do elektrod, pozwala na odprowadzenie nadmiaru prądu do ziemi.

W starych budynkach prywatnych i mieszkalnych nie wykonano uziemienia, dlatego wszystkie urządzenia elektryczne stanowią potencjalne zagrożenie dla ludzi.

Własnoręcznie wykonane urządzenia mogą wyglądać tak: drut jest podłączony do korpusu urządzenia, który jest wyprowadzany na ulicę i połączony z metalowym produktem wbitym w ziemię (rura, narożnik, wiadro, złączki). Produkty te są dobrymi przewodnikami prądu, w przeciwieństwie do ludzkiego ciała, więc prąd wybiera metal i idzie do ziemi.

Różnica między uziemieniem roboczym a ochronnym

Uziemienie robocze i ochronne, zgodnie z przepisami bezpieczeństwa, nie powinno być łączone z obiegiem wody. Wyładowania elektryczne mogą zostać uszkodzone przez wyładowania atmosferyczne, a uziemienie ochronne nie będzie działać.

W funkcjonalnym (roboczym) schemacie uziemienia wszystkie struktury przewodzące prąd są połączone z elektrodami zainstalowanymi w ziemi. Do prawidłowego działania uziemienia roboczego stosuje się również bezpieczniki, które same pobierają napięcie i zawodzą.

Uziemienie funkcjonalne jest zapewnione, jeśli instrukcje i wymagania producenta są dołączone do urządzeń chroniących urządzenie.

Na ochronne urządzenie uziemiające nakłada się więcej wymagań, ponieważ ma ono ważniejsze zadania: ratowanie życia ludzi.

Najbardziej niezawodne uziemienie znajduje się w obwodzie elektrycznym domu. Kable pasujące do każdego gniazdka muszą być trójżyłowe. Trzeci przewód jest połączony z ziemią i przewodzi elektryczność statyczną, a także zapobiega przedostawaniu się zwarć i wyładowań atmosferycznych do budynku.

Wymagania dotyczące uziemienia ochronnego

Aby instalacje uziemiające spełniały swoje funkcje, muszą być zgodne z określonymi parametrami i instrukcjami producenta sprzętu.

Niuanse wpływające na funkcjonalność:

• Odporność gleby ze względu na jej właściwości fizyczne i chemiczne. Mokra glina, wióry grafitowe, torf, słone bagna lub woda morska najlepiej przewodzą prąd. Gorzej - suchy piasek lub twarde skały - granit, tłuczeń kamienny, kwarc, asfalt, beton.
• Obszar kontaktu elektrody uziemiającej z glebą. Im większy obszar, tym korzystniejsze są warunki do przepływu prądu, tym szybciej się to dzieje. Możesz zwiększyć powierzchnię, instalując więcej elektrod wzdłuż konturu budynku. W tym przypadku łączy się je ze stalową płytą w jedną całość. Jeśli zwiększysz rozmiar jednej elektrody, całkowita powierzchnia również się zwiększy. Montaż pionowego konturu metalu pomaga zwiększyć powierzchnię, jeśli dolne warstwy gleby mają większy opór niż warstwy powierzchniowe.

Ponieważ trudno jest osiągnąć idealną odporność na glebę, urządzenia są projektowane w oparciu o ich charakterystykę. Każda instalacja elektryczna ma własne normy dotyczące rezystancji urządzeń uziemiających. Na przykład dla podstacji elektrycznej o napięciu większym niż 100 kW rezystancja nie powinna przekraczać 0,5 Ohm, a dla sieci domowej z systemem TT, a także z zastosowaniem automatycznego wyłączania, do 500 Ohm.

Uziemników metalowych nie należy pokrywać farbami i lakierami. Czasami jako urządzenie uziemiające wykorzystywana jest podziemna część budynku z metalowymi konstrukcjami - beton przewodzący prąd elektryczny ze wzmocnieniem wewnątrz. Metalowe rury gazowe nie mogą być używane do rozwiązania problemu z uziemieniem.

Zgodnie z Zasadami Instalacji Instalacji Elektrycznych uziemienie podlega:

• Sieci o napięciach powyżej 380 V.
• Instalacje skrajnie niebezpieczne i zewnętrzne.

Części sprzętu do uziemienia i uziemienia:

• Obudowy do sprzętu elektrycznego.
• Uzwojenie wtórne transformatora.
• Napędy urządzeń elektrycznych.
• Tablice rozdzielcze, obudowy szaf.
• Wyposażenie konstrukcji metalowych.
• Żelazna osłona kabla.

Jeżeli napięcie nie przekracza 42 VAC lub 110 VDC, uziemienie nie jest wymagane.

Uziemienie gospodarstwa domowego

Większość wypadków w środowisku domowym wiąże się z dotknięciem urządzenia, które ma uszkodzoną izolację. Ciało ludzkie w tym przypadku jest przewodnikiem prądu. Płyty elektryczne, pralki i zmywarki, grzejniki, kuchenki mikrofalowe, bojlery, komputery, zmywarki - wszystko to są konstrukcje metalowe, które dobrze przewodzą prąd i mogą być szkodliwe dla zdrowia bez uziemienia.

Zwarcie to styk przewodu fazowego i neutralnego w sieci, który prowadzi do zadziałania zabezpieczenia awaryjnego i odłączenia urządzenia od zasilania. Najczęściej nie dochodzi do zwarcia, ale do wycieku prądu, który gromadzi się w obudowie sprzętu gospodarstwa domowego. Może to doprowadzić do porażenia prądem.

Dla bezpieczeństwa ludzi konieczne jest zainstalowanie gniazdek ze stykami uziemiającymi. Do gniazdka należy podłączyć kabel trójżyłowy. W systemie dwuprzewodowym i trójprzewodowym uziemienie jest wyposażone na różne sposoby - od skrzynki przyłączeniowej lub panelu elektrycznego.

Rury gazowe, wodne lub ciepłownicze nie mogą być używane jako elektroda uziemiająca.

Operacja uziemienia w przypadku usterek elektrycznych

Przez awarię sprzętu rozumie się uszkodzenie izolacji i wystąpienie fazy w obudowie urządzenia. Jeśli części urządzenia są pod napięciem, ale nie mają ochrony w postaci uziemienia i RCD, osoba nieświadoma niebezpieczeństwa może zostać porażona prądem.

W drugim wariancie upływ prądu może być nieznaczny, urządzenie zabezpieczające sprzęt nie będzie reagowało na napięcie i nie wyłączy urządzenia. Osoba może otrzymać drobny cios.

Jeśli obudowa nie jest uziemiona, ale RCD jest zainstalowany, zadziała w ciągu 0,02 sekundy po dotknięciu obudowy urządzenia przez osobę. Ten czas nie wystarczy, aby zaszkodzić zdrowiu.

Najbardziej efektywnym obwodem z punktu widzenia bezpieczeństwa jest obecność uziemienia i RCD. W przypadku upływu prądu i jego przejścia do ziemi RCD reaguje i wyłącza urządzenie.

Jak obliczane są parametry głównych elementów uziemiających

Obliczenia parametrów urządzenia uziemiającego przeprowadza się zgodnie ze wzorami. Początkowe elementy to:

• odporność gleby w tym obszarze;
• długość, grubość, średnica elektrod, a także ich liczba.

W praktyce we wszystkich przypadkach występują rozbieżności z planowanym planem pracy, ponieważ wskaźnik gleby musi być analizowany dokładniej. Jest to prawie niemożliwe: na 100 metrach kwadratowych konieczne jest wywiercenie około 100 mini kopalń o głębokości do 10 m w celu oceny warstw gleby, jej składu i włączenia pierwiastków - gliny, wapienia, piasku i innych składniki.

Instalacja urządzeń uziemiających odbywa się zgodnie z główną zasadą uziemienia: obecność współczynnika bezpieczeństwa o uśrednionych wartościach parametrów. Im niższa uzyskana rezystancja, tym lepiej dla wszystkich urządzeń elektrycznych i ludzi.

Montaż uziemników

Elektrody pionowe pełnią swoje funkcje wydajniej, ponieważ mogą być instalowane na większych głębokościach. Przy układaniu poziomym na płytkiej głębokości opór wzrasta, szczególnie zimą, kiedy górne warstwy gleby przemarzają.

W przypadku elektrod stosuje się szpilki, których długość przekracza 1 metr (zwykle 1,5 m). Takie konstrukcje można łatwo wbić w ziemię zwykłym młotkiem, połączenie wykonuje się w płaszczyźnie poziomej na głębokość co najmniej 0,5 m.