UZEMLJENJE U ELEKTRIČNOM POSTROJENJU

“PROJEKTIRANJE ELEKTRIČNIH POSTROJENJA”

UZEMLJENJE• ZEMLJA - označuje zemlju kao vodljivi

materijal, npr. humus, ilovača, pijesak, šljunak, kamen

• REFERENTNA ZEMLJA - dio zemlje izvan područja utjecaja uzemljivača ili uzemljivačkog sustava (površina zemlje)

• UZEMLJIVAČ - vodič koji je u vodljivom dodiru sa zemljom ili vodič položen u beton i koji je velikom površinom u dodiru sa zemljom

VRSTE UZEMLJIVAČA

• VODORAVNI UZEMLJIVAČ - uzemljivač koji je položen na maloj dubini do oko 1m. Može biti traka, okrugla šipka ili uže, a izvodi se kao zrakasti, prstenasti ili mrežasti uzemljivač ili njihova kombinacija.

• ŠTAPNI UZEMLJIVAČ - uzemljivač koji je ukopan ili zabijen na dubinu veću od 1m. Može biti cijev, okrugla šipka ili materijal drugačijega profila.

• ZEMLJOVOD - vodič koji dio postrojenja koji treba uzemljiti spaja s uzemljivačem ili koji međusobno spaja uzemljivače, bilo da je izvan zemlje ili da je izoliran položen u zemlju

• VODIČ ZA IZJEDNAČENJE POTENCIJALA - vodič koji omogućuje izjednačenje potencijala

• UZEMLJIVAČKI SUSTAV - mjesno ograničen sustav vodljivo spojenih uzemljivača ili mezalnih dijelova jednake učinkovitosti (temelji stupova, armature kabela, metalni plaštevi kabela), vodiča za uzemljenje i vodiča za izjednačenje potencijala

• KABEL S UZEMLJIVAČKIM UČINKOM - kabel čiji plaštevi, zasloni ili armature imaju isti učinak kao trakasti uzemljivač.

• TEMELJNI UZEMLJIVAČ - vodljivi konstrukcijski dio koji je položen u beton i koji je velikom površinom u vodljivome dodiru sa zemljom.

• UZEMLJIVAČ ZA OBLIKOVANJE POTENCIJALA - vodič koji se s obzirom na njegov razmještaj ne primjenjuje radi postizanja određenog otpora uzemljenja, nego radi oblikovanja potencijala

VRSTE OTPORA

• SPECIFIČNI OTPOR TLA (ρE) - specifični električni otpor tla.

• OTPOR UZEMLJENJA (RE) (UZEMLJIVAČA) - otpor zemlje između uzemljivača i referntne zemlje.

• IMPEDANCIJA UZEMLJENJA (ZE) (UZEMLJIVAČKOG SUSTAVA) - impedancija između uzemljivačkog sustava i referentne zemlje.

VRSTE UZEMLJENJA

• ZAŠTITNO UZEMLJENJE - uzemljenje vodljivoga dijela koji ne spada u aktivne dijelove radi zaštite ljudi od električnog udara.

• UZEMLJENJE SUSTAVA - uzemljenje neke točke aktivnoga kruga koje je potrebno radi pravilnog rada opreme ili stanica.

• UZEMLJENJE ZA ZAŠTITU OD GROMA - uzemljenje za odvođenje struje groma u zemlju.

PODJELA SUSTAVA OBZIROM NA NAČIN POSTUPANJA S

NEUTRALNOM TOČKOM

• NEUZEMLJENA NEUTRALNA TOČKA - neutralne točke generatora i transformatora nisu namjerno uzemljene

• REZONANTNO UZEMLJENA NEUTRALNA TOČKA - sustav kod kojeg je najmanje jedna neutralna točka nekog transformatora ili transformatora za uzemljenje uzemljena preko kompenzacijske prigušnice, a ukupni induktivitet svih kompenzacijskih prigušnica je, za 50 Hz, usklađen s dozemnim kapacitetom mreže.

• NEUTRALNA TOČKA UZEMLJENA PREKO MALE IMPEDANCIJE - sustav kod kojeg je najmanje jedna neutralna točka nekog transformatora, transformatora za uzemljenje ili generatora uzemljena izravno ili preko impedancije koja je dimenzionirana tako da kod zemljospoja na bilo kojem mjestu velična struje kvara jamči pouzdanu proradu zaštite.

• NEUTRALNA TOČKA ILI FAZA KRATKOTRAJNO UZEMLJENA PREKO MALE IMPEDANCIJE - sustav s neuzemljenom neutralnom točkom ili s rezonantno uzemljenom neutralnom točkom kod kojeg se u slučaju nesamogasivog zemljospoja neutralna točka ili faza glavnoga strujnog kruga izravno ili preko male impedancije uzemljuje nekoliko sekundi nakon pojave zemljospoja.

NAPONI U VEZI S UZEMLJIVAČKIM SUSTAVIMA

• POTENCIJAL UZEMLJENJA (UE) - napon između uzemljivačkog sustava i referentne zemlje.

• POTENCIJAL POVRŠINE ZEMLJE (φ) - napon između neke točke na površini zemlje i referentne zemlje.

• NAPON DODIRA (UT) - dio potencijala uzemljenja uslijed zemljospoja koji može premostiti čovjek uz pretpostavku da struja kroz ljudsko tijelo teče od ruke prema stopalu (vodoravni razmak od dostupnog dijela iznosi 1m)

• NAPON NAPAJANJA ZA DODIR (UST) (OČEKIVANI NAPON DODIRA) - napon koji pri zemljospoju postoji između vodljivih dijelova i zemlje kad se te dijelove ne dodiruje (napon napajanja)

• NAPON KORAKA (US) - dio potencijala uzemljenja uslijed zemljospoja koji može premostiti čovjek pri koraku od 1m uz pretpostavku da struja kroz ljudsko tijelo teče od jednog stopala prema drugom.

• PRENESENI POTENCIJAL - potencijal uzemljivačkog sustava izazvan strujom prema zemlji koji se preko spojenog vodiča (metalni plašt kabela, PEN vodič, cjevovod, tračnica) prenosi u područje maloga ili nikakva potencijala prema referentnoj zemlji. To dovodi do razlike potencijala između tog vodiča i njegove okolice.

ZEMLJOSPOJ

• VODLJIVI SPOJ IZAZVAN KVAROM IZMEĐU FAZNOG VODIČA GLAVNOGA STRUJNOG KRUGA I ZEMLJE ILI UZEMLJENOG DIJELA.

• VODLJIVI SPOJ MOGUĆ JE I PREKO LUKA.

• STRUJA ZEMLJOSPOJA (IF) - struja koja na mjestu kvara (mjestu zemljospoja) teče iz glavnoga strujnog kruga prema zemlji ili uzemljenim dijelovima.

U OVISNOSTI O TIPU SUSTAVA STRUJA JEDNOG ZEMLJOSPOJA JE:• KAPACITIVNA STRUJA ZEMLJOSPOJA

IC U SUSTAVIMA S NEUZEMLJENOM NEUTRALNOM TOČKOM,

• PREOSTALA STRUJA ZEMLJOSPOJA IRES U SUSTAVIMA S REZONANTNO UZEMLJENOM NEUTRALNOM TOČKOM,

• STRUJA JEDNOPOLNOG KRATKOG SPOJA IK1 U SUSTAVIMA S NEUTRALNOM TOČKOM UZEMLJENOM PREKO MALE IMPEDANCIJE

• STRUJA PREMA ZEMLJI (IE) - struja koja preko impedancije uzemljenja teče u zemlju.

• REDUKCIJSKI FAKTOR (r) - faktor r trofaznog voda je omjer struje prema zemlji i zbroja nultih struja u faznim vodičima glavnoga strujnog kruga (r = IE/3I0) na mjestu udaljenu od mjesta kratkog spoja i od uzemljivačkog sustava postrojenja.

PROFIL POTENCIJALA POVRŠINE ZEMLJE I NAPONA U SLUČAJU PROTJECANJA STRUJE KROZ UZEMLJIVAČE

STRUJE, NAPONI I OTPORI KOD ZEMLJOSPOJA U TRANSFORMATORSKOJ STANICI S NEUTRALNOM TOČKOM

UZEMLJENOM PREKO MALE OMPEDANCIJE

c) Struja zemljospoja u sustavu s neutralnom točkom uzemljenom preko male impedancije

DIMENZIONIRANJE UZEMLJIVAČKIH SUSTAVA

PROJEKT UZEMLJIVAČKOG SUSTAVA MORA ZADOVOLJITI ČETIRI ZAHTJEVA:1. ZAJAMČITI MEHANIČKU ČVRSTOĆU I

OTPORNOST NA KOROZIJU2. ZAJAMČITI TOPLINSKO PODNOŠENJE NAJVEĆE

STRUJE KVARA 3. IZBJEĆI ŠTETU ZA IMOVINU I OPREMU4. ZAJAMČITI SIGURNOST LJUDI S OBZIROM NA

NAPONE KOJI SE U UZEMLJIVAČKIM SUSTAVIMA JAVLJAJU PRI NAJVEĆIM STRUJAMA ZEMLJOSPOJA

PARAMETRI MJERODAVNI ZA

DIMENZIONIRANJE UZEMLJIVAČKOG

SUSTAVA JESU:

• VRIJEDNOST STRUJE KVARA

• TRAJANJE KVARA

• ZNAČAJKE TLA

DIMENZIONIRANJE OBZIROM NA KOROZIJU I MEHANIČKU ČVRSTOĆU

UZEMLJIVAČI• MORAJU BITI OD MATERIJALA KOJI MOGU

PODNIJETI KOROZIJU• MORAJU BITI OTPORNI NA MEHANIČKE

UTJECAJE PRI UGRADBI I U NORMALNOM POGONU

• PROPISANE SU MINIMALNE DIMENZIJE UZEMLJIVAČA OBZIROM NA MEHANIČKU ČVRSTOĆU I KOROZIJU

ZEMLJOVOD

• MINIMALNI PRESJECI IZ MEHANIČKIH I ELEKTRIČKIH RAZLOGA:

- BAKAR: 16 mm2

- ALUMINIJ: 35 mm2

- ČELIK: 50 mm2

VODIČI ZA IZJEDNAČENJE POTENCIJALA

• PREPORUČUJE SE DIMENZIONIRANJE KAO ZEMLJOVODA

DIMENZIONIRANJE OBZIROM NA TOPLINSKO NAPREZANJE

• POTREBNO JE IZVRŠITI PRORAČUN PRESJEKA VODIČA ZA UZEMLJENJE U OVISNOSTI O STRUJI KVARA I TRAJANJU KVARA.

• RAZLIKUJE SE TRAJANJE MANJE OD 5s (ADIJABATSKO ZAGRIJAVANJE) I TRAJANJE VEĆE OD 5s.

DOPUŠTENI NAPONI DODIRA U OVISNOSTI O TRAJANJU STRUJE

GUSTOĆA STRUJE KRATKOG SPOJA G ZA ZEMLJOVODE I UZEMLJIVAČE U OVISNOSTI O TRAJANJU STRUJE KVARA tF

TRAJNA STRUJA ID ZEMLJOVODA KRUŽNOG PRESJEKA (A)

SPECIFIČNI OTPOR TLA

• Specifični otpor tla ρE znatno se razlikuje ovisno o vrsti tla, veličini zrna, gustoći i vlažnosti.

• Do dubine od nekoliko metara promjene vlažnosti mogu izazvati privremene promjene specifičnog otpora tla. Otpor tla mijenja se i s dubinom uslijed različitih slojeva tla.

OTPOR UZEMLJENJA

• Otpor uzemljenja RE uzemljivača ovisi o specifičnom otporu tla te dimenzijama i izvedbi uzemljivača.

• Uglavnom ovisi o duljini uzemljivača, a malo ovisi o njegovu presjeku.

• U slučaju vrlo dugih vodoravnih uzemljivača (npr. kabeli s uzemljivačkim učinkom) otpor uzemljenja opada s duljinom, ali teži nekoj konačnoj vrijednosti.

• Temeljni uzemljivači mogu se smatrati uzemljivačima položenima u okolno tlo.

DR EE

2

OTPOR UZEMLJENJA MREŽASTOG UZEMLJIVAČA IZNOSI:

D je promjer kruga čija je površina jednaka površini mrežastog uzemljivača.

d

L

LR EE

4

ln2

OTPOR UZEMLJENJA ŠTAPNOG UZEMLJIVAČA IZNOSI:

L - duljina štapa u m

d - promjer štapa u m

ρE - specifični otpor tla u Ωm

d

L

LR EE

2

ln

OTPOR UZEMLJENJA TRAKASTOG UZEMLJIVAČA IZNOSI:

L - duljina trake u m

d - promjer užeta ili pola širine trake u m

ρE - specifični otpor tla u Ωm

d

D

DR EE

2

ln2

OTPOR UZEMLJENJA PRSTENASTOG UZEMLJIVAČA IZNOSI:

D=L/π - promjer prstena u m

d - promjer užeta ili pola širine trake u m

ρE - specifični otpor tla u Ωm

TIPIČNE VRIJEDNOSTI OTPORA UZEMLJENJA KABELA S UZEMLJIVAČKIM UČINKOM U OVISNOSTI O DULJINI KABELA I SPECIFIČNOM OTPORU TLA

NAČINI ZAŠTITE OD IZRAVNOG UDARA GROMA

UŽNE HVATALJKE• JEDNA UŽNA HVATALJKA STVARA ŠTIĆENI

PROSTOR U OBLIKU ŠATORA KOJI JE OGRANIČEN LUKOVIMA POLUMJERA 2xH KOJI PROLAZE KROZ VRH UŽNE HVATALJKE

• DVIJE UŽNE HVATALJKE NA RAZMAKU MANJEM OD 2xH STVARAJU PROŠIRENI ŠTIĆENI PROSTOR KOJI JE OGRANIČEN S DVA VODIČA, LUKOM RADIJUSA R I CENTROM MR NA VISINI 2xH. TAJ JE ŠTIĆENI PROSTOR NEPREKIDAN DUŽ RASPONA UŽETA.

UŽNE HVATALJKE

ŠTAPNE HVATALJKE• UZLAZNI GROMOVI RANIJE NASTAJU KOD

ŠTAPNIH HVATALJKI NEGO KOD UŽNIH.• ŠTIĆENI PROSTOR ŠTAPNIH HVATALJKI

OPĆENITO JE VEĆI NEGO KOD UŽNIH.• JEDNA ŠTAPNA HVATALJKA STVARA ŠTIĆENI

PROSTOR U OBLIKU STOŠCA KOJI JE OGRANIČEN LUKOVIMA POLUMJERA 3xH KOJI PROLAZE KROZ VRH ŠTAPNE HVATALJKE.

• DVIJE ŠTAPNE HVATALJKE NA RAZMAKU MANJEM OD 3xH STVARAJU ŠTIĆENI PROSTOR KOJI JE OGRANIČEN LUKOM RADIJUSA R I CENTROM MR NA VISINI 3xH PROLAZEĆI KROZ ZAVRŠETKE GROMOBRANSKIH HVATALJKI.

ŠTAPNE HVATALJKE