Uzemljivaci i Sustavi Uzemljenja

UZEMLJIVAČI I SUSTAVI UZEMLJENJA Projektiranje električnih postrojenja

Doc. dr. sc. S. Žutobradić V. asist. dr.sc. D. Franković

1. VRSTE UZEMLJENJA (osnovni pojmovi) • • • • • • •

Otpor rasprostiranja Rr Otpor uzemljenja Rz Struja uzemljenja Iz Udarni ili impulsni otpor uzemljenja Ri Otpornost tla ρz Dodirni napon Ud Napon koraka Uk

UZEMLJENJE (osnovni pojmovi) • 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.

VRSTE UZEMLJIVAČA (nastavak) • 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

VRSTE UZEMLJIVAČA (nastavak) • 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 UZEMLJENJA (prema namjeni) • • • •

Pogonsko ili radno uzemljenje Zaštitno uzemljenje Gromobransko uzemljenje Združeno uzemljenje

Pogonsko uzemljenje zvjezdišta transformatora

Zaštitno uzemljenje konstrukcijskih dijelova

Združeno uzemljenje

Gromobransko uzemljenje

2. KARAKTERISTIKE TLA • Pretpostavlja se da je zemlja dobar vodič • Pri projektiranju nekog uzemljenja otpor uzemljenja često se razlikuje od onog koji se pojavljuje u stvarnosti • Zemlja nije homogena • Važan je utjecaj zaleđivanja odnosno sušenja slojeva zemlje • Potreba za analizom tla u kojem se postavlja uzemljivač (naročito za mrežaste i složene)

SMJERNICE ZA IZVOĐENJE UZEMLJENJA • Minimalna dubina ukopavanja uzemljivača iznosi 0,5 m • Izbjegavati slojeve tla sastavljene od šljunka i kamena • Trakaste i pločaste uzemljivače postaviti okomito gledajući po duljoj stranici • S ciljem popravljanja nepovoljnih okolnosti, uzemljivač je potrebno okružiti slojem zemlje koja nema ni šljunka ni kamena • Nakon ispinjavanja iskopa nasutu zemlju treba zbiti

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.

KARTA SPECIFIČNE OTPORNOSTI TLA ZA RH

SEZONSKE PROMJENE OTPORNOSTI TLA • Otpornost tla sezonski je promjenjiva • Izmjerene rezultate specifičnog otpora množi se korekcijskim faktorima • Korekcijski faktori (Kρ) uzimaju u obzir dubinu polaganja te vlažnost zemlje prilikom mjerenja • Za slojeve zemlje na dubini većoj od 3m ne treba koristiti korekcijske faktore  z  K    zi

3. 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)

NAPONI U VEZI S UZEMLJIVAČKIM SUSTAVIMA (nastavak) • 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.

NAPONI U VEZI S UZEMLJIVAČKIM SUSTAVIMA (nastavak) • 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.

DODIRNI NAPON, NAPON KORAKA • Veličina napona koraka i dodirnog napona ovisi o iznosu struje koja teče kroz zemlju, o otporu uzemljenja Rz i krivulji raspodjele potencijala NAPON DODIRA

NAPON KORAKA

Dopušteni dodirni napon i napon koraka u ovisnosti o trajanju kvara

IZRAČUN STRUJE KROZ LJUDSKO TIJELO TIJEKOM ELEKTRIČNOG UDARA PRI NAPONU DODIRA I KORAKA Rrs 

z 4b

b polumjer pločastog uzemljivača kojim nadomještamo ljudsko stopalo površine As (m2) ρz specifični otpor tla na površini tla na kojem se pojavljuje opasni dodirni napon i napon koraka

IZRAČUN STRUJE KROZ LJUDSKO TIJELO TIJEKOM ELEKTRIČNOG UDARA PRI NAPONU DODIRA

Struja kroz ljudsko tijelo iznosi:

I čd 

Ud Rrsd  Rč

IZRAČUN STRUJE KROZ LJUDSKO TIJELO TIJEKOM ELEKTRIČNOG UDARA PRI NAPONU KORAKA

Struja kroz ljudsko tijelo iznosi:

I čk 

Uk Rrsk  Rč

TOČNIJI IZRAČUN STRUJE KOJA PROLAZI KROZ LJUDSKO TIJELO TIJEKOM ELEKTRIČNOG UDARA PRI NAPONU DODIRA I KORAKA • • •

Točniji model ljudskog stopala Konduktivni metalni disk s otporom rasprostiranja Rrs Uzajamni otpor između stopala Rms na udaljenosti dms Rms 

Ruk  Rč  2( Rrs  Rms )

z 2d ms

Struja kroz tijelo čovjeka iznosi:

I čk  I čd

Uk Ruk

Uk  Rud

Rud  Rč  0,5( Rrs  Rms )