Закрити

  Авторизація

Логін
Пароль
Запам'ятати на 2 тижні?

Забули пароль?
Якщо ви незареєстровані, пройдіть реєстрацію
Останні новини
Останні новини
Планують цілком перейти на «зелену енергетику»…
15.11.2018р.

Іспанський уряд оприлюднив законопроект, відповідно...

До 2030 року виробництво електроенергії на світових ГЕС збільшиться на 50%
15.11.2018р.

В той час як сонячна та вітрова енергетика постійно...

Енергохаб Литви, Польщі й України забезпечить незалежність від Росії
14.11.2018р.

Створення Східноєвропейського енергетичного хабу...

Представлено надзвичайний концептуальний електроспортбайк
14.11.2018р.

Тайванська фірма «Kymco», що випускає скутери,...

Обсяги виробництва на підприємстві «Південкабель» збільшились на 40%
13.11.2018р.

Продукція, яку випускає харківський завод,...

Опитування
Опитування

Вам подобається оновлений портал?

4829
22.05.2007р. |
Системний підхід до питань заземлення й електромагнітної сумісності

Проблема заземлення електроустановок торкається різних аспектів будівництва й інженерного обладнання сучасних промислових і громадських будинків. Загалом будь-яка система заземлення повинна задовольняти трьом вимогам:
"Електротема" № 24 (56) 2004 року

- захист від удару блискавки й короткого замикання. Система заземлення повинна захищати людину, запобігати прямому матеріальному збитку в результаті виникнення пожежі, вибухів або вражаючого електричного імпульсу при прямому ударі блискавки або внаслідок перегріву провідників при короткому замиканні;

- безпека. Система заземлення повинна безпечним чином вести струми прямого влучення блискавки або струми, викликані коротким замиканням, без наведення в електроустановці позаштатних значень струму й напруги, у тому числі забезпечити безпечні рівні напруги дотику й кроку;

- захист устаткування й збереження функціональності. Система заземлення повинна забезпечити збереженість чутливого електронного обладнання. Грамотна топографія прокладки кабелів, зонування й екранування є важливими елементами забезпечення безперебійної роботи комп`ютерного й іншого чутливого обладнання.

Системний підхід

Незважаючи на те, що зазначені вимоги більш докладно розглядаються в різних нормативах, підхід до їхнього застосування повинен бути інтегрованим.

Споконвічне завдання захисних систем заземлення полягало в забезпеченні безпеки людини й майна в зоні заземлення шляхом створення спеціального найкоротшого шляху з низьким опором (на основній частоті змінного струму) для струмів високого значення, щоб знизити ризики їхнього негативного впливу.

Створення такого шляху в землю з низькими значеннями опору є нескладним. Провідник з високим значенням електропровідності й високою стійкістю проти корозії потрібно лише заглибити у землю настільки, щоб уникнути наслідків ефектів замерзання або висихання ґрунту, забезпечити досить великий за площею контакт поверхні провідника із землею й розташувати його у такім місці, щоб уникнути впливу інших подібних систем. Більша площа контакту із землею знижує щільність струму в ґрунті й, як наслідок, значення електричного опору. Заземлюючі електроди різної форми дозволяють контролювати градієнт потенціалу, що важливо для забезпечення безпечних значень напруг дотику й кроку.

Проблеми починають виникати в міру приєднання до системи заземлення обладнання. Комбіноване використання захисних заземлюючих і нейтрального провідників (PEN), як у системах ТN-С, не може вважатися задовільним рішенням. У системах TN-C нейтральні струми, включаючи третю гармоніку, змішуються зі струмами заземлення в нейтральному провіднику, захисних провідниках і металевій арматурі будинку. Правильним рішенням варто визнати системи TN-S, навіть якщо вони є продовженням за джерелом живлення системи TN-C.

Традиційна практика влаштування систем заземлення орієнтується переважно на рішення питання безпеки. Згаданий принцип організації шляху з низьким значенням опору для високих струмів у землю був достатній. Сучасні вимоги й практика вимагають формування електричного поля в ґрунті для того, щоб домогтися контролю градієнта потенціалу. Адже захисний провідник повинен забезпечити й функціонально-придатний захист сучасного обладнання, у тому числі надати шлях на землю струмам витоку (у межах основної частоти), високочастотним струмам тощо.

Оскільки здебільшого струми витоку походять від однофазних джерел у кожній із трьох фаз, то значення струму в нейтральному провіднику може як збільшуватися, так і зменшуватися - залежно від конфігурації кіл і навантажень на різних ділянках. Найбільш несприятлива ситуація складається на ділянках, що живлять сучасне обчислювальне обладнання. Струми витоку нешкідливі, коли йдуть просто в землю, але можуть досягати небезпечних для життя значень при порушенні з`єднань. Це вимагає більш складного комплексного підходу до проектування захисної системи. Теоретично потрібна страховка у вигляді дублюючих заземлюючих провідників, причому кожний з них повинен мати номінали з розрахунку повного навантаження й надійні, стійкі з`єднання. Так, бажано, щоб захисні провідники виконувалися з міді, а не шляхом установлення сталевих конструкцій. У тому випадку, коли функція захисного провідника покладається на захисну оболонку кабелів, особливу увагу варто приділяти якості з`єднань. Принципи інтегрованого проектування мають поширюватися на всю електроустановку, всі її компоненти, включаючи всі роз`єми й провідники.

Щодо функціональних завдань електроустановки, високочастотні струми можуть бути більшою, ніж здається, проблемою. Значна частина обладнання, що створює високочастотні струми в системі заземлення, дуже чутлива до високочастотних шумів. При цьому якщо саме обладнання створює високочастотні струми, то й саме чутливе до високочастотної напруги. Якщо такі струми зможуть бути доведені до землі без створення значних перепадів напруги, то проблема не істотна. Це, своєю чергою, вимагає системи заземлення з низьким опором у всьому діапазоні частот змінного струму. Для зниження значення наведених струмів контур заземлення повинен бути досить близький до шляхів подачі електроживлення. Варто також зауважити, що набагато важливішим є опір з`єднань системи заземлення, ніж опір точки (площі) контакту із землею, тобто ґрунтом. При цьому для питань безпеки й захисту від удару блискавки останнє є критично важливим.

У часи, коли сумарна потужність обладнання користувачів була відносно невелика, заземлюючий провідник великого перерізу зазвичай вели просто до термінала заземлення або до окремого заземлюючого електрода. Шлях повернення шумів лежав поблизу провідників живлення, що знижувало їхнє випромінювання. Однак довгі радіальні заземлюючі провідники стають об`єктом резонансу чверті-хвилі, що викликає збільшення опору на деяких частотах, а відповідно, робить їх непридатними до застосування у розподілених по всьому будинку системах. Сучасні комп`ютерні системи зазвичай розташовані на відносно великій віддалі одна від одної і можуть навіть займати кілька поверхів будинку, тому підтримка «зрівняного потенціалу» (у високочастотній ділянці) вимагає сучасних рішень. При проектуванні систем заземлення, в тому числі блискавкозахисту, варто прагнути передбачити всі можливі наслідки й обставини, оскільки набагато дешевше й ефективніше вжити відповідних заходів на етапі первинного проектування й монтажу, ніж згодом виправляти й нарощувати готову систему.

Мікроелектронні компоненти змінилися, зменшилися робочі струми і напруги, і як наслідок - енергоспоживання. Це й призвело до зближення рівнів корисного сигналу й паразитних шумів, а також до теоретичного зниження надійності систем. Результати такої еволюції частково компенсувалися поліпшенням схемотехніки мікроелектронних компонентів для покращення їхньої стійкості до шумів, якісним розвитком математичного забезпечення, використанням протоколів виявлення помилок і їхнього виправлення в мережах. Незважаючи на ефективність цих заходів, вони знижують продуктивність мереж, спрямовуючи в інформаційні мережі надлишкову кількість контрольної інформації й передаючи некоректну інформацію.

У міру зростання шумів ці процеси стають домінуючими аж до повного припинення корисної роботи. Користувачеві здається, що система вийшла з ладу, але насправді система деградувала настільки, що штатні захисні й запобіжні заходи не здатні повернути їй функціональність. При зниженні рівня електричного шуму до деякого рівня працездатність системи відновлюють. Очевидно, що ефективність передачі даних безпосередньо впливає на ефективність бізнесу. Як це зазвичай буває, ефективність знижується саме тоді, коли вона найбільш затребувана - при перевантаженні мереж передачі даних. Зниження рівня електричного шуму для систем обробки й передачі даних є прямим шляхом збереження ефективності їхнього функціонування. Нині дані передаються по кабелях «кручена пара», яка є неекранованою. Для будинків з високою щільністю мережевої інформаційної інфраструктури й для передачі даних зі швидкістю понад 100 мб/с краще застосовувати екрановані кабелі (екранована кручена пара - STP).

Ефективним способом максимально знизити шуми є суцільне екранування та заземлення мідною сіткою. Цей прийом був і дотепер є одним з оптимальних рішень. Оскільки ефективність цього прийому вимагає суцільного, у тому числі вертикального, покриття в зоні функціонування обладнання поверхонь заземленою сіткою, яку, зазвичай, виконують, із плоскої перфорованої стрічки для максимального зниження поверхневого ефекту. У випадку використання вертикальних елементів конструкції будинку, як, наприклад, опори фальшпідлоги, важливо простежити, щоб всі вони були з`єднані гальванічно з використанням мідних шин найкоротшим шляхом.

Може здатися, що вартість встановлення суцільного заземлення вкрай висока. Однак практика свідчить, що витрати на суцільне заземлення не такі великі, особливо, якщо воно виконується при будівництві будинку. Дорогим цей захід є тільки у випадку дообладнування вже існуючого будинку. У обладнаному суцільною системою заземлення будинку знижена ймовірність проблем з комп`ютерним обладнанням.

Реалізація концепції на практиці

Заземлюючий електрод

Параметри заземлюючого електрода - розмір, форма й місце розташування - критично важливі не тільки для забезпечення досить низького опору із ґрунтом (землею), але й для контролю форми електричного поля на поверхні. Опір пари „електрод-земля” й струм заземлення визначають різницю потенціалів між землею й системою. При високих значеннях струму витоку значення потенціалу може бути дуже високими в ділянці заземлюючого електрода й зменшуватися в міру збільшення відстані до нього. Високі значення потенціалу на ґрунті можуть створити досить неприємні ситуації.

Напруга дотику це напруга між двома точками кола струму замикання на землю й залежить від відстані. Напруга кроку являє собою різницю потенціалів між двома точками поверхні землі на відстані кроку (усереднено - 1 м), зумовлену розтіканням струмів замикання на землю. Максимальні припустимі значення цих величин визначаються різними нормами.

На практиці не становить проблеми забезпечити дійсно низьке значення опору пари „електрод-земля” й, відповідно, виконати все заземлення за допомогою одного такого електрода. Типова просторова характеристика потенціалу при розтіканні струму поблизу такого електрода зображена на мал. 1а. Очевидно, що при такій крутості просторової характеристики напруги припустимих (безпечних) значень напруги кроку й дотику досягти важко. На мал. 1б зображена типова просторова характеристика потенціалу на поверхні землі при встановленні додаткового горизонтального заземлюючого електрода-кільця радіусом 1 м на глибині 0,5 м. Такий прийом не тільки додатково знижує опір пари „електрод-земля”, але й дозволяє контролювати форму поля напруги, зменшуючи значення градієнта потенціалу, напруг кроку й дотику.

Як видно, напруга дотику й кроку навколо місця заземлення значно знижуються при влаштуванні додаткового кільця.

При влаштуванні заземлюючого кільця або петлі навколо будинку варто розміщати його не ближче 1 м від стіни будинку на глибині, при якій на пару „електрод-земля” не вплинуть можливе промерзання ґрунту взимку й висихання влітку. При відсутності точних даних для певної місцевості така глибина повинна бути не менш 0,5 м. Перерізи самого кільця або петлі мають бути не менш 50 мм2.

Заземлююче кільце (петля) повинні з`єднуватися гальванічно із системою заземлення будинку як усередині периметра, так і, по можливості, поза периметром будинку в декількох точках.

Шлях струму до землі з низьким значенням опору необхідний, щоб відвести струми від удару блискавки й замикання в землю. Система заземлення й блискавкозахисту повинна бути виконана у вигляді сітки, що забезпечує з`єднання з низьким значенням опору з усіма об`єктами з електричною провідністю об`єкта й розподілене з`єднання із землею. Вона також повинна забезпечити необхідну провідність для всіх струмів, які можуть виникнути, у тому числі на кабелях і шинах, що з`єднують віддалені об`єкти, і при цьому забезпечити низькі значення напруги торкання й крокової напруги.

На У будинків сталева арматура й конструкції виконують роль вертикальної й горизонтальної сітки заземлення, з`єднаної з заземлюючою петлею навколо будинку. В інших випадках застосована заземлююча сітка. На просторі між будинками крок сітки становить 5 м. Вежа і відкрито розташоване обладнання з`єднані із цією заземлюючою сіткою. Кожен з об`єктів має кілька точок з`єднання із системою заземлення. Для захисту кабелів між будинками встановлено захисний короб.

Система блискавкозахисту

Для зниження наслідків від прямого влучення блискавки влаштовується прямий шлях з низьким значенням опору від верхньої точки об`єкта просто до землі. На рівні ґрунту струмовідвід з`єднується із заземлюючим електродом і рештою системи заземлення. Влаштування типової системи блискавкозахисту. Відстань між сусідніми вертикальними струмопроводами здебільшого становить 10 м для звичайного рівня захисту й 5 м для підвищеного рівня захисту. Незалежно від розмірів і форми будинку, кількість вертикальних струмопроводів має бути не менш двох, а їхній переріз - не менш 20 мм2. Бажано на кожному поверсі, але не рідше ніж кожні 20 м по вертикалі, з`єднувати вертикальні струмопроводи із системою заземлення будинку. Це робиться для створення навколо будинку екрана Фарадея, за рахунок використання вертикальних струмопроводів і горизонтальних елементів системи заземлення. Також варто пам`ятати, що струм від удару блискавки є великим імпульсом, тому наслідок індуктивного й поверхневого ефекту знижуються при використанні плоских прямих провідників.

Підготував Валерій МЕДВІДЬ

Теги та ключові фрази
заземленя будинку, www.proelectro.info+3306, Чи потрібне заземлення електро бойлера, роль нейтрального провідника в трехфазному струмі, Проектування електроустановок у будинках по системі СМАРТ, напрямки електромагнітної сумісності, значення опору заземлення, малюнок розташування заземлювачів., заземлення обладнання, як виконується кроку та дотику
Більше статей за тегами


Поділіться цією інформацією в соцмережах, дякуємо за популяризацію порталу:
Також Ви можете:

Додати до закладок Підписатись Версія для друку




Інші статті
17.11.2010р.

Електричні щити 2

Електричний щит - це початок всієї електричної частини будівлі, і не важливо, що це - величезний завод у мегаполісі або скромний будиночок у селі. Скрізь є електричні щити

18.08.2010р.

Пристрій для плавного пуску електродвигуна

Одним із самих головних недоліків асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором є наявність у них великих пускових струмів. І якщо теоретично методи їх зниження були добре розроблені вже досить давно, то ось практично всі ці розробки застосовувалися дуже в рідкісних випадках

Більше статей за тегами
При використанні матеріалів посилання на www.proelectro.info (для інтернет ресурсів з гіперссилкою) обов'язкове.