De belangrijkste reden voor de noodzaak van aarding in elektrische netwerken is veiligheid. Wanneer alle metalen delen van elektrische apparatuur geaard zijn, zullen, zelfs in het geval van gebroken isolatie, geen gevaarlijke spanningen op de behuizing worden gecreëerd, deze worden voorkomen door betrouwbare aardingssystemen.
Taken voor aardingssystemen
De belangrijkste taken van beveiligingssystemen die werken volgens het principe van aarding:
- Veiligheid voor mensenlevens, ter bescherming tegen elektrische schokken. Biedt een alternatief pad voor noodstroom om schade aan de gebruiker te voorkomen.
- Bescherming van gebouwen, machines en apparatuur tijdens stroomuitval, zodat blootgestelde geleidende delen van apparatuur geen dodelijk potentieel bereiken.
- Bescherming tegen overspanning als gevolg van blikseminslag die kan leiden tot gevaarlijke hoge spanningen in het elektrische distributiesysteem of door onbedoeld menselijk contact met hoogspanningslijnen.
- Spanningsstabilisatie. Er zijn veel bronnen van elektriciteit. Elke transformator kan als een aparte bron worden beschouwd. Ze moeten een gemeenschappelijk negatief resetpunt beschikbaar hebben.energie. De aarde is het enige geleidende oppervlak voor alle energiebronnen, dus het is aangenomen als de universele standaard voor stroom- en spanningsafschakeling. Zonder zo'n gemeenschappelijk punt zou het buitengewoon moeilijk zijn om de veiligheid van het elektriciteitssysteem als geheel te waarborgen.
Vereisten voor grondsysteem:
- Het moet een alternatief pad hebben om gevaarlijke stroom te laten stromen.
- Geen gevaarlijk potentieel op blootgestelde geleidende delen van de apparatuur.
- Moet voldoende lage impedantie hebben om voldoende stroom door de zekering te leveren om de stroom te onderbreken (<0, 4 sec).
- Moet een goede corrosieweerstand hebben.
- Moet een hoge kortsluitstroom kunnen afvoeren.
Beschrijving van aardingssystemen
Het proces van het verbinden van de metalen onderdelen van elektrische apparaten en apparatuur met de aarde met een metalen apparaat dat weinig weerstand heeft, wordt aarding genoemd. Bij aarding zijn de stroomvoerende delen van de apparaten direct met de aarde verbonden. Aarding biedt een retourpad voor lekstroom en beschermt daarom de apparatuur van het stroomsysteem tegen schade.
Als er een storing optreedt in apparatuur, is er een onbalans in de stroom in alle drie de fasen. Aarding ontlaadt de foutstroom naar aarde en herstelt daarom de operationele balans van het systeem. Deze verdedigingssystemen hebben verschillende voordelen, zoals het elimineren van:overspanning door deze te ontladen naar aarde. Aarding zorgt voor de veiligheid van de apparatuur en verbetert de betrouwbaarheid van de service.
Nulmethode
Aarding betekent het verbinden van het dragende deel van de apparatuur met de grond. Wanneer er een storing optreedt in het systeem, ontstaat er een gevaarlijk potentieel aan de buitenkant van de apparatuur, en elke persoon of dier die per ongeluk het oppervlak aanraakt, kan een elektrische schok krijgen. Nulstelling ontlaadt gevaarlijke stromen naar de grond en neutraliseert daardoor de stroomschok.
Het beschermt ook apparatuur tegen blikseminslag en biedt een ontladingspad van overspanningsafleiders en andere blusapparaten. Dit wordt bereikt door delen van de plant met de aarde te verbinden met een aardgeleider of elektrode in nauw contact met de grond, op enige afstand onder het maaiveld.
Het verschil tussen aarden en aarden
Een van de belangrijkste verschillen tussen aarding en aarding is dat bij aarding het dragende geleidende deel met de grond is verbonden, terwijl bij aarding het oppervlak van de apparaten met de grond is verbonden. Andere verschillen tussen hen worden hieronder uitgelegd in de vorm van een vergelijkingstabel.
Vergelijkingstabel
| Basis ter vergelijking | Aarding | Nulpunt |
| Definitie | Geleidend deel verbonden met aarde | Apparatuurkoffer aangesloten op aarde |
| Locatie | Tussen apparatuur neutraal en aarde | Tussen de apparatuurkoffer en de grond, die onder het grondoppervlak wordt geplaatst |
| Nul potentieel | Heeft niet | Ja |
| Bescherming | Bescherm elektriciteitsnetapparatuur | Bescherm een persoon tegen elektrische schokken |
| Het pad | Het terugkeerpad naar de huidige grond wordt aangegeven | Levert elektrische energie naar de grond |
| Typen | Drie (vaste weerstand) | Vijf (pijp, plaat, elektrodeaarde, aarde en aarde) |
| Draadkleur | Zwart | Groen |
| Gebruik | Voor load balancing | Om elektrische schokken te voorkomen |
| Voorbeelden | Generator en transformator nulleider aangesloten op aarde | Behuizing van transformator, generator, motor, enz. aangesloten op aarde |
TN beschermingsdraden
Dit soort aardingssystemen hebben een of meer rechtstreeks geaarde punten van de stroombron. Blootgestelde geleidende delen van de installatie worden met behulp van beschermende draden op deze punten aangesloten.
In de wereldpraktijk wordt een code van twee letters gebruikt.
Gebruikte letters:
- T (Frans woord Terre betekent "aarde") - een directe verbinding van een punt met de grond.
- I - geen punt aangesloten op aarde vanwege hoge impedantie.
- N - directe verbinding met de nulleider, die op zijn beurt is verbonden met aarde.
Op basis van de combinatie van deze drie letters zijn er soorten aardingssystemen: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Wat betekent dit?
In een TN-aardingssysteem is een van de bronpunten (generator of transformator) verbonden met aarde. Dit punt is meestal het sterpunt in een driefasensysteem. Het chassis van het aangesloten elektrische apparaat wordt via dit aardingspunt aan de bronzijde met aarde verbonden.
In de afbeelding hierboven: PE - acroniem voor beschermende aarde is een geleider die blootgestelde metalen delen van de elektrische installatie van een consument met de aarde verbindt. N heet neutraal. Dit is de geleider die de ster in een driefasensysteem met aarde verbindt. Door deze aanduidingen in het diagram is direct duidelijk welk aardingssysteem bij het TN-systeem hoort.
TN-S neutrale lijn
Dit is een systeem met gescheiden nulleiders en beschermende geleiders door het hele bedradingsschema.
Beschermende geleider (PE) is de metalen mantel van de kabel die de installatie voedt of een enkele geleider.
Alle blootliggende geleidende delen van de installatie zijn verbonden met deze aardleiding via de hoofdklem van de installatie.
TN systeem-C-S
Dit zijn typen aardingssystemen waarin neutrale en beschermende functies worden gecombineerd in één systeemgeleider.
In het TN-CS neutrale aardingssysteem, ook bekend als beschermende meervoudige aarding, wordt de PEN-geleider de gecombineerde nulleider en aardgeleider genoemd.
De PEN-geleider van het voedingssysteem is op verschillende punten geaard en de aardelektrode bevindt zich op of nabij de installatieplaats van de consument.
Alle blootgestelde geleidende delen van de unit zijn verbonden door een PEN-geleider met behulp van de hoofdaardingsklem en de neutrale klem en zijn met elkaar verbonden.
TT-beveiligingscircuit
Dit is een beschermend aardingssysteem met een enkel voedingspunt.
Alle blootliggende geleidende onderdelen met installatie die zijn aangesloten op de aardelektrode zijn elektrisch onafhankelijk van de aardingsbron.
Isolatiesysteem IT
Beschermend aardingssysteem zonder directe verbinding tussen spanningvoerende delen en aarde.
Alle blootliggende geleidende delen met installatie die zijn aangesloten op een aardelektrode.
De bron is ofwel verbonden met aarde via een opzettelijk geïntroduceerde systeemimpedantie, ofwel geïsoleerd van aarde.
Ontwerpen van beveiligingssystemen
Verbinding tussen elektrische apparaten en apparaten met een aardingsplaat of elektrode door een dikke draad met lage weerstand om te verzekerenveiligheid wordt aarding of aarding genoemd.
De aarding of het aardingssysteem in het elektrische netwerk werkt als een veiligheidsmaatregel om mensenlevens en apparatuur te beschermen. Het belangrijkste doel is om een alternatieve route te bieden voor gevaarlijke stromen om ongevallen als gevolg van elektrische schokken en schade aan apparatuur te voorkomen.
Metalen delen van de apparatuur zijn geaard of verbonden met aarde, en als om welke reden dan ook de isolatie van de apparatuur fa alt, zullen hoge spanningen die aanwezig kunnen zijn in de externe coating van de apparatuur een ontladingspad naar aarde hebben. Als de apparatuur niet geaard is, kan deze gevaarlijke spanning worden overgedragen aan iedereen die deze aanraakt, met elektrische schokken tot gevolg. Het circuit is voltooid en de zekering wordt onmiddellijk geactiveerd als de stroomdraad de geaarde behuizing raakt.
Er zijn verschillende manieren om het aardingssysteem van elektrische installaties uit te voeren, zoals het aarden van een draad of strip, plaat of staaf, aarding door aarding of via watertoevoer. De meest gebruikelijke methoden zijn nulstelling en invoeginstelling.
Grondmat
Een grondmat wordt gemaakt door een aantal staven door middel van koperdraden te verbinden. Dit vermindert de algehele weerstand van het circuit. Deze elektrische aardingssystemen helpen het aardpotentieel te beperken. De grondmat wordt voornamelijk gebruikt op de plaats waar grote stroom moet worden getestschade.
Bij het ontwerpen van een aardemat wordt rekening gehouden met de volgende eisen:
- In het geval van een storing mag de spanning niet gevaarlijk zijn voor een persoon bij het aanraken van het geleidende oppervlak van de apparatuur van het elektrische systeem.
- De DC-kortsluitstroom die in de grondmat kan stromen, moet vrij groot zijn om het beveiligingsrelais te laten werken.
- De bodemweerstand is laag zodat er lekstroom doorheen kan vloeien.
- Het ontwerp van de grondmat moet zodanig zijn dat de stapspanning lager is dan de toegestane waarde, die afhankelijk is van de bodemweerstand die nodig is om de defecte installatie te isoleren van mens en dier.
Elektrode overstroombeveiliging
Met dit gebouwaardingssysteem wordt elke draad, staaf, pijp of bundel geleiders horizontaal of verticaal in de grond naast het beschermende object geplaatst. In distributiesystemen kan de aardelektrode bestaan uit een staaf van ongeveer 1 meter lang en verticaal in de grond geplaatst. De onderstations zijn gemaakt met behulp van een grondmat, geen individuele staven.
Pijpstroombeveiligingscircuit
Dit is het meest voorkomende en beste aardingssysteem voor elektrische installaties in vergelijking met andere systemen die geschikt zijn voor dezelfde aard- en vochtomstandigheden. Bij deze methode worden verzinkt staal en een geperforeerde buis met een berekende lengte en diameter verticaal op constant natte grond geplaatst, zoalshieronder weergegeven. Leidingmaat is afhankelijk van de huidige stroomsterkte en grondsoort.
Gewoonlijk is de leidingmaat voor een huisaardingssysteem 40 mm in diameter en 2,5 meter lang voor normale grond, of langer voor droge en steenachtige grond. De diepte waarop de buis moet worden ingegraven, is afhankelijk van het vochtgeh alte van de grond. Meestal is de leiding 3,75 meter diep. De onderkant van de pijp is omgeven door kleine stukjes cokes of houtskool op een afstand van ongeveer 15 cm.
Alternatieve niveaus van steenkool en zout worden gebruikt om het effectieve landoppervlak te vergroten en zo de luchtweerstand te verminderen. Een andere buis met een diameter van 19 mm en een minimale lengte van 1,25 meter wordt aan de bovenkant van de GI-buis aangesloten via een verloopstuk. In de zomer neemt het bodemvocht af, wat leidt tot een toename van de aardweerstand.
Zo wordt er gewerkt aan een cementbetonbasis om water beschikbaar te houden in de zomer en om land te hebben met de nodige beschermende parameters. Via een trechter aangesloten op een leiding met een diameter van 19 mm kunnen 3 of 4 emmers water worden toegevoegd. Een GI-aardingsdraad of een strook GI-draad met voldoende doorsnede om de stroom veilig te verwijderen, wordt in een GI-buis met een diameter van 12 mm geleid op een diepte van ongeveer 60 cm van de grond.
Plaataarding
In dit aardingssysteem wordt de aardingsplaat van 60 cm × 60 cm × 3 m koper en 60 cm × 60 cm × 6 mm gegalvaniseerd ijzer ondergedompeld in de grond met een verticaal oppervlak op een diepte van minstens 3 m vanaf de begane grond
De beschermplaat wordt in de hulplagen van houtskool en zout gestoken met een minimale dikte van 15 cm. De aarddraad (GI of koperdraad) wordt stevig vastgeschroefd aan de grondplaat.
Koperplaat en koperdraad worden niet vaak gebruikt in beveiligingscircuits vanwege hun hogere kosten.
Grondaansluiting via watertoevoer
Bij dit type is de GI- of koperdraad verbonden met het leidingnetwerk met een stalen verbindingsdraad die is bevestigd aan de koperdraad zoals hieronder weergegeven.
Het sanitair is gemaakt van metaal en bevindt zich onder het aardoppervlak, d.w.z. direct verbonden met de grond. De stroom van stroom door de GI of koperdraad is direct geaard via het sanitair.
Berekening van aardlusweerstand
Weerstand van een enkele strook van een staaf begraven in de grond is:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / B x t)), waarbij:
ρ - bodemstabiliteit (Ω ohm), L - lengte strip of geleider (cm), w - stripbreedte of geleiderdiameter (cm), t - begraafdiepte (cm).
Voorbeeld: Bereken de weerstand van de aardstrip. Draad met een diameter van 36 mm en een lengte van 262 meter op een diepte van 500 mm in de grond, de aardingsweerstand is 65 ohm.
R is de weerstand van de aardingsstaaf in W.
r - Aardingsweerstand (ohmmeter)=65 ohm.
Meting l - staaflengte (cm)=262 m=26200 cm.
d -staaf binnendiameter (cm)=36mm=3,6 cm.
h - verborgen strip / staafdiepte (cm)=500 mm=50 cm.
Aardstrip/geleiderweerstand (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Aardstrip/geleiderweerstand (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Aardstrip/geleiderweerstand (R) =1,7 Ohm.
De vuistregel kan worden gebruikt om het aantal aardingsstaven te berekenen.
Geschatte weerstand van staaf-/pijpelektroden kan worden berekend met behulp van de weerstand van staaf-/pijpelektroden:
R=K x ρ / L waarbij:
ρ - aardingsweerstand in Ohmmeter, L - elektrodelengte in de meter, d - diameter van de elektrode in de meter, K=0,75 als 25 <L / d <100.
K=1 als 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L als 600 <L / d <300.
Aantal elektroden, als je de formule vindt R (d)=(1, 5 / N) x R, waarbij:
R (d) - vereiste weerstand.
R - enkele elektrode weerstand
N - het aantal elektroden dat parallel is geïnstalleerd op een afstand van 3 tot 4 meter.
Voorbeeld: bereken de weerstand van de grondleiding en het aantal elektroden om een weerstand van 1 ohm te verkrijgen, bodemweerstand van ρ=40, lengte=2,5 meter, leidingdiameter=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78 dus K=0,75.
Weerstand van buiselektroden R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Eén elektrode - weerstand - 12 Ohm.
Om een weerstand van 1 ohm te verkrijgen, is het totale aantal benodigde elektroden=(1,5 × 12) / 1=18
Factoren die de aardweerstand beïnvloeden
NEC-code vereist een minimale lengte van de aardelektrode van 2,5 meter voor aardcontact. Maar er zijn enkele factoren die de aardingsweerstand van het beveiligingssysteem beïnvloeden:
- Lengte/diepte van aardelektrode. Verdubbeling van de lengte vermindert de oppervlakteweerstand tot 40%.
- Aardelektrode diameter. Verdubbeling van de diameter van de aardelektrode vermindert de aardingsweerstand met slechts 10%.
- Aantal aardelektroden. Om de efficiëntie te verbeteren, worden extra elektroden geïnstalleerd op de diepte van de hoofdaardelektroden.
Bouw van beschermende elektrische systemen van een woongebouw
Aardestructuren zijn momenteel de voorkeursmethode voor aarding, vooral voor elektrische netwerken. Elektriciteit volgt altijd de weg van de minste weerstand en leidt de maximale stroom van het circuit naar aardputten die zijn ontworpen om de weerstand te verminderen, idealiter tot 1 ohm.
Om dit doel te bereiken:
- 1,5 m x 1,5 m gebied wordt gegraven tot een diepte van 3 m. Het gat is voor de helft gevuld met een mengsel van houtskoolpoeder, zand en zout.
- GI-plaat 500 mm x 500 mm x 10 mm wordt in het midden geplaatst.
- Maak verbindingen tussen de grondplaat voor het aardingssysteem van een privéwoning.
- Overigeen deel van de put is gevuld met een mengsel van steenkool, zand, zout.
- Twee 30 mm x 10 mm GI-strips kunnen worden gebruikt om de grondplaat met het oppervlak te verbinden, maar een 2,5" GI-buis met een flens aan de bovenkant heeft de voorkeur.
- Bovendien kan de bovenkant van de buis worden afgedekt met een speciaal apparaat om te voorkomen dat vuil en stof de grondbuis binnendringen en verstoppen.
Installatie van het aardingssysteem en voordelen:
- Houtskoolpoeder is een uitstekende geleider en voorkomt corrosie van metalen onderdelen.
- Zout lost op in water, waardoor de geleidbaarheid aanzienlijk toeneemt.
- Zand laat water door het gat stromen.
Om de efficiëntie van de put te controleren, moet u ervoor zorgen dat het spanningsverschil tussen de put en de nulleider van het net minder dan 2 volt is.
Pitweerstand moet op minder dan 1 ohm worden gehouden, afstand tot 15 m van de beschermende geleider.
Elektrische schok
Elektrische schok (elektroshock) treedt op wanneer twee delen van het lichaam van een persoon in contact komen met elektrische geleiders in een circuit dat verschillende potentialen heeft en een potentiaalverschil door het hele lichaam veroorzaakt. Het menselijk lichaam heeft weerstand en wanneer het is aangesloten tussen twee geleiders met verschillende potentialen, wordt er een circuit gevormd door het lichaam en zal er stroom gaan vloeien. Wanneer een persoon slechts met één geleider contact maakt, wordt er geen circuit gevormd en gebeurt er niets. Wanneer een persoon in contact komt met de geleiders van het circuit, ongeacht de spanning erin, altijder is een kans op letsel door een elektrische schok.
Bliksemrisicobeoordeling voor woongebouwen
Sommige huizen trekken sneller bliksem aan dan andere. Ze nemen toe afhankelijk van de hoogte van het gebouw en de nabijheid van andere huizen. Nabijheid wordt gedefinieerd als driemaal de afstand vanaf de hoogte van het huis.
Om te bepalen hoe kwetsbaar een woongebouw is voor blikseminslag, kunt u de volgende gegevens gebruiken:
- Laag risico. Privéwoningen op één niveau in de nabijheid van andere huizen van dezelfde hoogte.
- Middelgroot risico. Een privéhuis met twee verdiepingen, omringd door huizen van vergelijkbare hoogte of omringd door huizen van lagere hoogte.
- Hoog risico. Geïsoleerde huizen die niet worden omringd door andere gebouwen, huizen met twee verdiepingen of huizen met een lagere hoogte.
Ongeacht de kans op blikseminslag, het juiste gebruik van belangrijke bliksembeveiligingscomponenten zal elk huis helpen beschermen tegen dergelijke schade. In een woongebouw zijn bliksembeveiligings- en aardingssystemen vereist zodat de blikseminslag naar de grond wordt geleid. Het systeem bevat meestal een aardingsstaaf met een koperen verbinding die in de grond wordt geïnstalleerd.
Bij het installeren van een bliksembeveiligingssysteem in een huis, gelieve de volgende vereisten in acht te nemen:
- Aardelektroden moeten minstens de helft van 12 mm lang en 2,5 m lang zijn.
- Koperen verbindingen aanbevolen.
- Als de systeemlocatie rotsachtige grond of technische ondergrondse leidingen heeft, is het verboden om te gebruikenverticale elektrode, alleen de horizontale geleider is nodig.
- Het moet ten minste 50 cm boven de grond worden verzonken en ten minste 2,5 m van het huis uitsteken.
- Privé-aardingssystemen voor thuis moeten onderling worden verbonden met behulp van geleiders van dezelfde maat.
- Connectoren voor alle ondergrondse metalen leidingsystemen, zoals water- of gasleidingen, moeten binnen 8 meter van het huis worden geplaatst.
- Als alle systemen al waren aangesloten voordat de bliksembeveiliging werd geïnstalleerd, hoeft u alleen maar de dichtstbijzijnde elektrode aan het leidingsysteem te bevestigen.
Alle mensen die in residentiële, openbare gebouwen wonen of werken, staan voortdurend in nauw contact met elektrische systemen en apparatuur en moeten op betrouwbare wijze worden beschermd tegen gevaarlijke verschijnselen die kunnen optreden als gevolg van kortsluiting of zeer hoge spanningen door bliksemontlading.
Om deze bescherming te bereiken, moeten aardingssystemen voor elektrische netwerken worden ontworpen en geïnstalleerd in overeenstemming met de standaard nationale vereisten. Met de ontwikkeling van elektrische materialen nemen de eisen voor de betrouwbaarheid van beveiligingsapparatuur toe.
