Földelés - a hálózat, elektromos berendezés vagy berendezés bármely pontjának szándékos elektromos csatlakoztatása földelő berendezéssel [1] . Az elektrotechnikában a földelés segítségével védelmet érnek el az elektromos áram veszélyes hatása ellen azáltal, hogy az érintkezési feszültséget olyan értékre csökkentik, amely az emberek és állatok számára biztonságos. A földelést arra is használják, hogy a földet áramvezetőként használják (például vezetékes távközlésben). A földeléssel közvetlen érintkezést biztosító földelő vezeték és egy földelővezeték segítségével készül.
A [2] kifejezések meghatározásának kiadása alapvetően közel áll a GOST R 57190 [3] szabványhoz, a Nemzetközi Elektrotechnikai Szótár [4] [5] szerinti kifejezések azonosítói zárójelben vannak megadva . A más forrásokból származó, gyakran használt kifejezések esetében a forrás feltüntetésre kerül.
A cikkben használt " föld " kifejezésen a terjedési zónában lévő földet értjük .
A cikkben a nem homogén szerkezetű földre használt " fajlagos ellenállás " kifejezést egyenértékű ellenállásként kell értelmezni .
A " szigetelési hiba " kifejezést egyetlen szigetelési hibaként kell értelmezni ( 903-01-15 ).
Az „ automatikus kikapcsolás ” kifejezés védő automatikus kikapcsolásként értendő .
A cikkben használt " potenciálkiegyenlítés " kifejezést védő potenciálkiegyenlítésként kell értelmezni .
Oroszországban a földelésre és eszközére vonatkozó követelményeket az elektromos telepítési szabályok (PUE) szabályozzák.
Az elektrotechnikában a földelés természetes és mesterségesre oszlik.
Természetes földelésre szokás hivatkozni azokat az építményeket, amelyek szerkezete biztosítja a tartós talajban való tartózkodást. Mivel azonban ezek ellenállása semmilyen módon nem szabályozott, és ellenállásuk értékére nincs előírás, a természetes földelő szerkezetek nem használhatók villanyszerelés földelésére. A természetes földelő vezetékek közé tartozik például egy épület vasbeton alapja.
A mesterséges földelés az elektromos hálózat , elektromos berendezés vagy berendezés bármely pontjának szándékos elektromos csatlakoztatása földelőeszközzel.
A földelőeszköz (GD) egy földelő vezetékből (egy vezető részből vagy egymással összekapcsolt vezető részek halmazából áll, amelyek közvetlenül vagy köztes vezető közegen keresztül érintkeznek a földeléssel) és egy földelő vezetékből , amely összeköti a földelt részt (pontot) a földeléssel. földelő vezető. A földelő vezeték lehet egyszerű fémrúd (leggyakrabban acél , ritkábban réz ) vagy speciális alakú elemek összetett készlete.
A földelés minőségét a földelési ellenállás / áramterjedési ellenállás értéke határozza meg (minél kisebb, annál jobb), ami csökkenthető a földelő elektródák területének növelésével és a talaj elektromos ellenállásának csökkentésével: földelő elektródák és/vagy mélységük; a talaj sók koncentrációjának növelése, felmelegítése stb.
A földelőeszköz elektromos ellenállása különböző körülmények között eltérő, és a PUE és a vonatkozó szabványok követelményei határozzák meg / normalizálják.
A mesterséges talajrendszerek változataiAz elektromos biztonsági intézkedésekkel kapcsolatos elektromos berendezések a következőkre oszthatók:
Az elektromos szerelés és az ellátó hálózatok műszaki jellemzőitől függően működése eltérő földelési rendszert igényelhet. Általános szabály, hogy az elektromos szerelés tervezése előtt az értékesítési szervezet kiad egy specifikációs listát, amely meghatározza a használt földelési rendszert.
A földelési rendszerek típusainak osztályozása az ellátó hálózat fő jellemzőjeként szerepel. GOST R 50571.2-94 „Épületek elektromos berendezései. A 3. rész. Főbb jellemzők " a következő földelési rendszereket szabályozza: TN-C , TN-S , TN-CS , TT , IT .
Az 1 kV-ig terjedő feszültségű elektromos berendezéseknél a következő megnevezések elfogadhatók:
A szilárd földelt nullával rendelkező rendszereket általában TN -rendszereknek nevezik , mivel ez a rövidítés a franciából származik. Terre-Neutre , ami azt jelenti, hogy "földsemleges".
| A TN-S rendszer sematikus diagramja | A TN-C rendszer sematikus diagramja | A TN-CS rendszer sematikus diagramja |
Nulla elválasztás a TN-S és TN-CS esetén
A TN-C rendszert ( fr. Terre-Neutre-Combiné ) a német AEG konszern javasolta 1913-ban [11] [12] . Ebben a rendszerben a működő nulla és PE - vezető ( angolul Protection Earth ) egy vezetékben van egyesítve. A legnagyobb hátrány az volt, hogy vészhelyzeti nullaszünet esetén lineáris feszültség jelenhet meg az elektromos berendezések házain . Ennek ellenére ez a rendszer még mindig megtalálható a volt Szovjetunió országainak épületeiben . A modern elektromos berendezések közül gazdaságossági és kockázatcsökkentési okokból csak a közvilágításban található ilyen rendszer.
TN-S rendszerA TN-S rendszert ( franciául: Terre-Neutre-Séparé ) a feltételesen veszélyes TN-C rendszer helyettesítésére fejlesztették ki az 1930 -as években. . A munka- és védőnullát közvetlenül az alállomáson választották el, a földelőelektróda pedig meglehetősen bonyolult fémszerelvény-konstrukció volt . Így amikor a vezeték közepén a működő nulla megszakadt, az elektromos berendezések nem kaptak hálózati feszültséget. Később egy ilyen földelési rendszer lehetővé tette a kis áram érzékelésére képes differenciálautomaták és automatikus szivárgóáram -automaták kifejlesztését. Munkájuk Kirchhoff szabályain alapul , mely szerint a munkanulla mentén folyó áramnak számszerűen meg kell egyeznie a fázisok áramainak geometriai összegével.
TN-CS rendszerA TN-CS rendszerben a transzformátor alállomás vezetőképes részek közvetlen földeléssel és szorosan földelt nullával rendelkezik. A transzformátor alállomás helyén - az épület bemenetén - egy kombinált nulla üzemi (N) és védővezetőt (PE) használnak, amely PEN jelölést kap. Az épületbe való belépéskor ez (PEN) külön nulla (N) és védővezetőre (PE) van osztva.
A PUE szerint ez a fő és ajánlott rendszer, ugyanakkor a PUE számos intézkedés betartását követeli meg a PEN károsodásának megakadályozása érdekében - PEN mechanikai védelem , valamint a PEN légvezetékek újraföldelését. oszlopok egy bizonyos távolság után (legfeljebb 200 méter az évenkénti zivatarórák száma legfeljebb 40, 100 méter az év 40 óránál nagyobb zivatarórákkal rendelkező területeken).
Abban az esetben, ha ezek az intézkedések nem tarthatók be, az EMP a TT -t javasolja . A TT minden kültéri telepítéshez is ajánlott (bódé, tornác stb.)
Városi épületekben a PEN -sín általában egy vastag fémkeret, amely függőlegesen végigfut az egész épületen. Szinte lehetetlen megsemmisíteni, ezért a TN-CS- t városi épületekben használják .
Az oroszországi vidéki területeken a gyakorlatban nagyon sok felsővezeték van PEN mechanikai védelem és újraföldelés nélkül. Ezért a vidéki területeken a TT rendszer népszerűbb .
A késő szovjet városfejlesztésben a TN-CS- t rendszerint a mérő melletti elektromos panelen ( PEN ) alapuló elosztási ponttal használták, míg a PE -t csak elektromos tűzhelynél végezték.
A modern orosz fejlesztésben az „öt vezetéket” is használják elválasztó ponttal az alagsorban; már független N és PE áthalad a felszállókban .
TT rendszerA TT rendszerben a transzformátor alállomáson az áramvezető részek közvetlenül a földdel vannak összekötve. Az épület elektromos beépítésének minden nyitott vezető része földelővezetéken keresztül közvetlenül kapcsolódik a földhöz, elektromosan független a transzformátor alállomás semleges földelővezetékétől.
A fentiek értelmében a PUE csak „kiegészítő” rendszerként ajánlja a TT -t (feltéve, hogy a tápvezeték nem felel meg a TN-CS újraföldelési és mechanikai védelmi követelményeinek PEN ), valamint kültéri telepítéseknél, ahol van fennáll annak a veszélye, hogy egyidejűleg érintkezik a berendezéssel és a fizikai földeléssel (vagy fizikailag földelt fémelemekkel).
Az oroszországi vidéki területeken a legtöbb légvezeték rossz minősége miatt azonban a TT rendszer rendkívül népszerű ott.
A TT megköveteli az RCD -k kötelező használatát . Általában egy bevezető RCD-t szerelnek be 300-100 mA-es beállítással, amely figyeli a fázis és a PE közötti rövidzárlatot , ezt követik a személyes RCD-k 30-10 mA-es specifikus áramkörökhöz, hogy megvédjék az embereket az áramütéstől.
Az olyan villámvédelmi eszközök, mint az ABB OVR , felépítésükben különböznek a TN-C- S és a TT rendszerek között, az utóbbiban gázlevezető található az N és PE között, és varisztorok az N és a fázisok között.
Izolált semleges rendszerek informatikai rendszerEgy informatikai rendszerben a tápegység nullapontja el van választva a földeléstől, vagy nagy impedanciájú készülékeken vagy eszközökön keresztül földelve van, a szabadon lévő vezető részek pedig földelve vannak. Az ilyen rendszerben a vázra vagy a földre irányuló szivárgási áram alacsony lesz, és nem befolyásolja a csatlakoztatott berendezés működési feltételeit.
Az informatikai rendszert általában olyan speciális célú épületek és építmények elektromos berendezéseiben használják, amelyekre fokozott megbízhatósági és biztonsági követelmények vonatkoznak, például a földalatti bányászat és a szénbányák elektromos berendezéseinél, miközben biztonságos működési feltételeket teremtenek karbantartó személyzet (amikor potenciál jelenik meg az elektromos szerelésnél a földhöz képest) és a por- és gázrobbanások kizárása, az ún. bánya szivárgási áram elleni védőberendezések telepítése hiba nélkül történik ; Az informatikai rendszer kórházakban is használható vészhelyzeti áramellátásra és világításra.
A hordozható benzin- és dízelerőműveknek szigetelt nulla van, ami lehetővé teszi a hozzájuk csatlakoztatott elektromos készülékek biztonságos használatát földelés nélkül, ami „terepi” körülmények között problémás.
Korábban az izolált semleges rendszert széles körben használták a lakóépületek áramellátó rendszereiben is, különösen a fából készült bútorozatlan épületekben. , amelyre az ellátó vezetékek szintén faoszlopok mentén voltak csatlakoztatva. A Szovjetunióban a 127/220 V-os feszültségű háztartási hálózatok csak izolált nullával rendelkeztek, bár a 220/380 V-os ipari feszültségű hálózatokban ezekben az években már földelt nulla volt. Ennek oka az volt, hogy problémás volt egy faházban az elektromos panel és az elektromos készülékek megbízható földelésének megszervezése, ráadásul, ha a földelés rendelkezésre állt, a tűzveszély megnőtt, ha a fázisvezeték bezárult vagy áram szivárog. a földelő elektródához, amely szilárd földelt nullával rendelkező rendszerekben eléri a több száz ampert. A rendszerekben és az izolált semlegesnél ez az áram minimális (milliamper - amper egység). A szigetelt nulla, a természetes földelt vezetőelemek (szerelvények, vízvezetékek, csatornázás) hiányával egy bútorozatlan faházban és viszonylag alacsony feszültséggel (127 V) emellett csökkentette az áramütés kockázatát az egyfázisú érintkezés során. minimális. A korai háztartási hálózatok ezen jellemzője oda vezetett, hogy sokan nem észlelték az elektromos áramot fokozott veszélyforrásként, és az izzók cseréjét, az aljzatok és a kapcsolók javítását gyakran a hálózat kikapcsolása nélkül végezték. A 0-s áramütés elleni védelmi osztályú eszközök használata is meglehetősen biztonságos volt. Elszigetelt nullával rendelkező hálózatban, egyfázisú csatlakozással mindkét vezető egyenlő, és nincs felosztva fázisra és nullára. Emiatt a régi házakban mindkét vezetékre biztosítékokat helyeztek a lakás bejáratánál (földelt nullával rendelkező rendszerekben elfogadhatatlan a biztosíték felszerelése a nulla vezetékre).
Az izolált semleges hálózatok még a vasbeton kényelmes házak elterjedésének kezdetekor is megmaradtak, vezető falakkal és földelt csővezetékekkel. Ez a tényező drámaian megnövelte az áramütés kockázatát a mindennapi életben, mivel egy vasbeton házban elkerülhetetlenül előfordult ellenőrizetlen áramszivárgás a talajba, ami miatt az egyik fázisvezeték véletlenül az épület vezető szerkezeteihez és a talajhoz kapcsolódhatott. . De mivel a nulla le van szigetelve, nem volt rövidzárlati áram, az épületbe és a talajba való áramszivárgás tényét nem észlelték, és a hálózat sokáig vészhelyzetben működhetett. Ilyen helyzetben rendkívül veszélyessé vált egy betonpadlón, fürdőszobában vagy mosdókagylónál elhelyezett személy (vagy törött szigetelésű készülék) véletlenszerű érintkezése egy másik fázisvezetővel, mivel a személy lineáris feszültség alatt volt. Ezért a vasbeton házak ("Hruscsov") tömeges építésének kezdetével a háztartási hálózatokat földelt semleges rendszer szerint kezdték építeni: az 1960-as - 1980-as években a TN-C rendszer szerint, és azóta. az 1990-es évek, a TN-CS rendszer szerint. A vidéki területeken, különösen északon, az elszigetelt semleges hálózatok kiépítése tovább tartott – egészen az 1980-as évekig.
Azokon a területeken, ahol nagyon nagy a talaj elektromos ellenállása (sivatagi területek, permafrost területek), ahol rendkívül nehéz megbízható semleges földelést megvalósítani, szigetelt nullával hálózatok is építhetők. Türkmenisztánban és Jakutföldön sok ilyen hálózat létezik . A sarkvidéki sarkállomásokon is izolált semlegest használnak. Ugyanakkor a dízel generátoregységek személyzetének feladata a nulla sorrendű áram monitorozása, amely egyfázisú földzárlat esetén nullától eltérővé válik.
A védőföldelés megakadályozza, hogy egy személy feszültség alá kerüljön (áramütés), ami az elektromos berendezések szigetelésének károsodása vagy megszakadt vezetékekkel való érintkezés esetén lehetséges. Az elektromos berendezések minden külső fém alkatrésze és kerete védőföldelésnek van kitéve.
A földelés védő hatása két elven alapul:
Így a földelés csak hibaáram-védőeszközök használatával a leghatékonyabb. Ebben az esetben a legtöbb szigetelési hiba esetén a földelt tárgyak potenciálja nem haladja meg a biztonságos értékeket. Sőt, a hálózat hibás szakasza nagyon rövid időre kikapcsol (tized... századmásodperc - az RCD válaszideje).
Az elektromos berendezések meghibásodásának tipikus esete a szigetelés meghibásodása miatt fázisfeszültség bejutása a készülék fémházára [13] . Azok a modern elektromos készülékek, amelyek kapcsolóüzemű másodlagos tápellátással rendelkeznek , és földelés hiányában hárompólusú csatlakozóval vannak felszerelve – például PC-rendszeregységgel –, még teljesen működőképes állapotban is veszélyes potenciállal rendelkeznek. [14] ) Attól függően, hogy milyen védelmi intézkedéseket hajtanak végre, a következő lehetőségek lehetségesek:
A ház nincs földelve, nincs RCD (a legveszélyesebb lehetőség).Példa hibás beszerelésre: a működő nullapont és a PE-vezeték csatlakoztatása a jobb felső sorkapocsra.
A nem vezető műanyag betét (R4) megakadályozza az áram áramlását.
Az RCD (F4) hamis kioldása nullák kombinálásakor a felosztási pont után.
Miért rendkívül veszélyes PE-vezetőt közvetlenül a dugóban (dugóban) létrehozni?
Néha víz- vagy fűtőcsöveket használnak földvezetőként, de nem használhatók földelőként [15] . A vízvezetékben nem vezető betétek lehetnek (pl. műanyag csövek), a csövek közötti elektromos érintkezés megszakadhat a korrózió miatt , végül a csővezeték egy része javítás céljából leszerelhető. Fennáll az áramütés veszélye is, ha a vízvezetékek vezető részeivel érintkezik.
A közkeletű hiedelem szerint a számítógépes és telefonberendezésekhez az általános épületföldeléstől elkülönülő földelés szükséges.
Az ilyen vélemény csak a berendezés megfelelő működéséhez szükséges
funkcionális földelés követelménye és/vagy megszervezése esetén érvényes . A védőföldelés
megszervezésekor egy ilyen hiedelem teljesen téves lesz, mert a töltő nem nulla ellenállású, és rövidzárlat esetén (és még egy kis szivárgás esetén is, amelyet az automatika nem észlel) - PE az egyiken. az eszközök közül áram kezd átfolyni a töltőn, és a potenciálja -tól nő a memória ellenállására. Ha 2 vagy több független töltő van, ez potenciálkülönbséghez vezet a különböző elektromos berendezések PE -i között , ami áramütés veszélyét okozhatja az emberek számára, valamint blokkolhatja (vagy akár tönkreteheti) az interfészeket galvanikus leválasztás nélkül. csatlakoztassa a rendszer 2 részét, független memóriából földelve.
A helyes döntés egy potenciálkiegyenlítő rendszer megszervezése.
A fentiek a "kézműves" megvalósításokra is vonatkoznak, például a vidéki területeken olykor használatos, az egyik eszköz földelésének módszere egy eltemetett fém érintkezőhöz (például vödörhöz) történő csatlakoztatással.
Egy másik gyakori megsértés az üzemi nullapont és a PE - vezető egyesülése az elválasztásuk pontján (ha van ilyen) az energiaeloszlás mentén. [16] Az ilyen megsértés meglehetősen jelentős áramokhoz vezethet a PE - vezetőben (amely normál állapotban nem lehet áramvezető), valamint a maradékáram -védő téves kioldásához (ha van).
A PE -vezeték „létrehozásának” következő módja rendkívül veszélyes : egy működő nullavezetőt közvetlenül az aljzatban határoznak meg, és egy jumpert helyeznek el a dugaszolóaljzat PE-érintkezője közé. Így az ehhez a kimenethez csatlakoztatott terhelés PE-vezetője a működő nullához van kötve.
Ennek az áramkörnek a veszélye, hogy fázispotenciál jelenik meg az aljzat földelőérintkezőjén, és így a csatlakoztatott eszköz esetében is, ha az alábbi feltételek bármelyike teljesül:
Mivel a töltőnek van ellenállása, és ha áram folyik rajta, akkor feszültség alá kerül, ez önmagában nem elég ahhoz, hogy megvédje az embereket az áramütéstől.
A megfelelő védelem a potenciálkiegyenlítő rendszer (SES) megszervezésével jön létre, azaz a PE vezetékek és az épület összes érinthető fémrészének (elsősorban víz- és fűtéscsövek) elektromos bekötése.
Ilyenkor a töltő feszültség alatt is van alatta minden, ami fém és érinthető, ami csökkenti az áramütés veszélyét.
A szovjet kori téglaházakban a KIR rendszerint nem, míg a panelházakban (1970-es és későbbi években) az elektromos panelek vázának ( PEN ) és a vízvezetékeknek a pincéjében történő összekapcsolásával szervezték meg. ház.
A nagy talaj-ellenállású területeken (sivatagok, permafrost zónák) nemcsak az épületen belül, hanem az épületek között is potenciálkiegyenlítést kell végezni. Például Norilskben az épületeket egy közös földhurok köti össze, minden épület körül potenciálkiegyenlítő csapok vannak a talajban. Ugyanakkor az épületek közös földhurkát a CHPP-1 földhurokhoz kötik, valójában "mesterséges földet" képezve. A fő földelőelektródák azonban még mindig nem fagyos víztestekbe merülnek (Dolgoe-tó és mások), ami elektromos kapcsolatot biztosít a "természetes földdel". Hasonló rendszer létezik Közép-Ázsia számos városában. De például Arkalykban , ahol nincsenek tározók, a "mesterséges föld" elszigeteltnek bizonyul.