Αγωγοί και συνδεσμολογία των αγωγών γείωσης σε μία εγκατάσταση. Γείωση σημαίνει σύνδεση στη γη ή σ έναν αγωγό που συνδέεται στη γή.

Transcript

1 Μάθημα 3 Γείωση Περίληψη Βασικό / βασικότερο μέρος της σχεδίασης μίας εγκατάστασης είναι η προστασία αυτών που χρησιμοποιούν την εγκατάσταση από ηλεκτροπληξία / βραχυκυκλώματα / τη δυσλειτουργία της εγκατάστασης. Ένα μεγάλο μέρος του κανονισμού / το μεγαλύτερο μέρος του κανονισμού αφορά τη προστασία αυτών που χρησιμοποιούν την εγκατάσταση, από δυσλειτουργίας της εγκατάστασης. Βασικό μέσο προστασίας η γείωση της εγκατάστασης Απαραίτητα μία εγκατάσταση πρέπει να έχει γείωση. Τι είναι όμως η γείωση? Σ αυτό το μάθημα, επιχειρούμε να περιγράψουμε / να εξετάσουμε βασικές έννοιες και θέματα της γείωσης μίας εγκατάστασης, όπως: 1. Αγωγοί γείωσης στη μονοφασική εγκατάσταση. 2. Γείωση στη τριφασική εγκατάσταση 3. Συστήματα Γείωσης. 1. Σκοπός Σκοπός αυτού του μαθήματος είναι να εξετάσουμε / αναλύσουμε τις βασικές αρχές στη γείωση μίας ηλεκτρολογικής εγκατάστασης, στη βάση του κανονισμού ΕΛΟΤ 384. Έτσι, εξετάζουμε τις παρακάτω βασικές έννοιες: Έννοια της γείωσης σε μία εγκατάσταση. Αγωγοί και συνδεσμολογία των αγωγών γείωσης σε μία εγκατάσταση. Συστήματα Γείωσης 2. Βασικές Έννοες Γείωση σημαίνει σύνδεση στη γη ή σ έναν αγωγό που συνδέεται στη γή. Ένας αγωγός γείωσης είναι ένα σύστημα ή κύκλωμα που συνδέεται στη γή. Ο αγωγός γείωσης συχνά ονομάζεται και ουδέτερος 1

2 Υπάρχουν δύο είδη αγωγών γείωσης: Αγωγός προστασίας που λειτουργεί ώστε να συνδέει τα μεταλλικά μέρη μίας συσκευής που κανονικά, δεν μεταφέρουν ρεύμα, στον αγωγό γείωσης του γραμμής / εγκατάστασης ή στο αγωγό που συνδέει τη μπάρα του ουδέτερου (γείωσης) στη γή Γείωση γραμμής που συχνά ονομάζεται και ουδέτερος (Εικόνα 1). 3. Η Γείωση στο Κύκλωμα μίας Μονοφασικής Εγκατάστασης Στη προηγούμενη ενότητα, εξετάσαμε το πίνακα σε μια μονοφασική εγκατάστασης. Σ αυτή την ενότητα, εξετάζουμε το ηλεκτρικό κύκλωμα μίας μονοφασικής εγκατάστασης (Εικόνα ). Το κύκλωμα τροφοδοτείται από το δευτερεύον πηνίο ενός μετασχηματιστή που μετατρέπει τη τάση του δικτύου, δηλαδή της τάση μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας των 2,4 kv στη τάση τροφοδοσίας των 230 V για τις οικιακές εγκαταστάσεις. Το κύκλωμα μίας μονοφασικής εγκατάστασης αποτελείται από τρείς αγωγούς, έναν μηγειωμένο και δύο γειωμένους αγωγούς, δηλαδή δύο αγωγούς που συνδέονται στη γή που το δυναμικό της είναι μηδέν (0). Λίγο αναλυτικότερα, η λειτουργία του κυκλώματος είναι ως εξής. Όπως κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα, το κύκλωμα της μονοφασικής εγκατάστασης αποτελείται / απαραίτητα περιλαμβάνει: Έναν αγωγό (μαύρο περίβλημα) που λειτουργεί να μεταφέρει ρεύμα / ηλεκτρική ενέργεια από τη πηγή / το δευτερεύον πηνίο, στα διάφορα φορτία της εγκατάστασης Έναν δεύτερος αγωγός (κόκκινο) που λειτουργεί ώστε να επιστρέφει το ρεύμα μέσα από τα διάφορα φορτία της εγκατάστασης, πίσω στη πηγή τροφοδοσίας, κλείνοντας το κύκλωμα της εγκατάστασης (Εικόνα 1). Όμως, συνδέουμε το δεύτερο αγωγό που επιστρέφει το ρεύμα στη πηγή τροφοδοσίας, εκτός από τη πηγή τροφοδοσίας στη γή, σε μία σύνδεση που σχηματικά παριστάνεται στην Εικόνα. Γιατί? Σε τι βοηθάει ή προστατεύει αν γειώσουμε το δεύτερο αγωγό που επιστρέφει το ρεύμα στη πηγή τροφοδοσίας? Συστεμική Γείωση Προστατεύοντας τα Φορτία μίας Εγκατάστασης Συνδέοντας τον αγωγό που κλείνει το κύκλωμα μίας εγκατάστασης, στη γη, αυτός ο α- γωγός λειτουργεί σαν του ουδέτερος επιστρέφει το ρεύμα από τα διάφορα φορτία του 2

3 1

4

5 κυκλώματος, πίσω στη πηγή τροφοδοσίας, αλλά συνδέεται και στη γη, λειτουργεί σαν αγωγός γείωσης. Η σύνδεσή αυτού του αγωγού στη γη δεν προστατεύει αυτούς που λειτουργούν / χρησιμοποιούν την εγκατάσταση, αλλά τα φορτία της εγκατάστασης. Γειώνοντας δηλαδή τον αγωγό που επιστρέφει το ρεύμα στη πηγή τροφοδοσίας μίας μονοφασικής εγκατάστασης, λειτουργεί ώστε το ρεύμα στο κύκλωμα να επιστρέψει γρηγορότερα πίσω στη πηγή τροφοδοσίας. Έτσι δηλαδή, η γείωση του αγωγού που κλείνει ένα κύκλωμα, επιστρέφοντας το ρεύμα στο κύκλωμα, πίσω στη πηγή τροφοδοσίας, έχει μία πρακτική σημασία. Γειώνοντας αυτό τον αγωγό, το ρεύμα επιστρέφει γρηγορότερα πίσω στη πηγή τροφοδοσίας. Ο αγωγός από το τελευταίο φορτίο σε μία γραμμή πίσω στη τροφοδοσία, θα πρέπει να έχει πολύ μικρή αντίσταση, ώστε το ρεύμα να επιστρέφει γρηγορότερα στη πηγή τροφοδοσίας. Γειώνοντας αυτό τον αγωγό, εξυπηρετεί αυτόν ακριβώς το σκοπό: το ρεύμα επιστρέφει γρηγορότερα πίσω στη πηγή τροφοδοσίας. Έτσι, όταν για τον οποιοδήποτε λόγο, το ρεύμα στο κύκλωμα αυξηθεί απότομα, πέρα / πάνω το μέγιστο προβλεπόμενο ρεύμα για το κύκλωμα, διακινδυνεύοντας να κάψει τα φορτία στο κύκλωμα, η γείωση του αγωγού επιστροφής του ρεύματος στη πηγή, λειτουργεί ώστε το ρεύμα να επιστρέψει γρηγορότερα στη πηγή. Η ταχύτερη επιστροφή του ρεύματος στη πηγή, με τη σειρά της, οδηγεί / επιτρέπει να λειτουργήσει γρηγορότερα η ασφάλεια ή όποια άλλη συσκευή προστασίας, ανοίγοντας το κύκλωμα και προστατεύοντας τα φορτία, σ αυτό Η όσο το δυνατό γρηγορότερη λειτουργία της συσκευής προστασίας σ ένα εσφαλμένο ρεύμα ένα ρεύμα μεγαλύτερο από το ονομαστικό ρεύμα της γραμμής προστατεύει τα φορτία του κυκλώματος. ΑγωγόςΠροστασίας Προστατεύοντας από Ηλεκτροπληξία Το κύκλωμα της μονοφασικής εγκατάστασης, εκτός από τους δύο αγωγούς, δηλαδή τον αγωγό (μαύρο) που μεταφέρει το ρεύμα στα διάφορα φορτία της εγκατάστασης και τον αγωγό που επιστρέφει το ρεύμα στη πηγή και που συνδέεται και στη γη, έχει έναν ακόμα αγωγό γείωσης. Ο δεύτερος αυτός αγωγός γείωσης (πράσινο περίβλημα) ξεκινάει από κάθε φορτίο της εγκατάστασης και καταλήγει στη γή, συνδέοντας απευθείας, τα μεταλλικά μέρη την επιφάνεια κάθε φορτίου της εγκατάστασης στη γή (Εικόνα ). Στο πραγματικό κύκλωμα της εγκατάστασης, ο αγωγός γείωσης υλικού ξεκινάει από κάθε φορτίο και καταλήγει στη μπάρα γείωσης, στον ηλεκτρικό πίνακα της εγκατάστασης. Ο αγωγός αυτός γειώνεται συνδέεται στη γή, μέσα από τη σύνδεση της μπάρας γείωσης με τη μπάρα του ουδέτερου στο πίνακα της εγκατάστασης και μετά, τη κοινή τους σύνδεση στον αγωγό γείωσης και στο ηλεκτρόδιο γείωσης. 1

6 Έτσι, ο αγωγός γείωσης υλικού συνδέεται στη γείωση του κυκλώματος στον αγωγό επιστροφής και οι δύο μαζί συνδέονται στη γή, όπως παριστάνεται στο κύκλωμα της Εικόνας. Όμως, ο αγωγός γείωσης υλικού δεν μπορεί να συνδεθεί στο αγωγό επιστροφής, σε κανένα άλλο σημείο του κυκλώματος, παρά μόνο στο πίνακα της εγκατάστασης. Αυτό παριστάνει η σύνδεση των δύο αγωγών γείωσης στο κύκλωμα της Εικόνας. Γιατί ένας δεύτερος αγωγός γείωσης? Ενώ ο πρώτος αγωγός γείωσης προστατεύει τα φορτία της εγκατάστασης από μία δυσλειτουργία του κυκλώματος, ο δεύτερος α- γωγός γείωσης προστατεύει το άνθρωπο που χρησιμοποιεί την εγκατάσταση, από μία δυσλειτουργία του κυκλώματος. Αν δηλαδή, από μία δυσλειτουργία του κυκλώματος που τροφοδοτεί μία συσκευή ή μία δυσλειτουργία της συσκευής, ο αγωγός που μεταφέρει ρεύμα σε μία συσκευή, έρθει σε επαφή την επιφάνεια της συσκευής (Εικόνα ), τότε η επιφάνεια της συσκευής γίνεται αγωγός και ακουμπώντας επάνω σ αυτή, για να χειριστούμε τη συσκευή, το ρεύμα περνάει από την επιφάνεια της συσκευής στο σώμα μας, προκαλώντας ηλεκτροπληξία. Αυτό ακριβώς, να πάθουμε / το κίνδυνο της ηλεκτροπληξίας, αν από μία δυσλειτουργία της συσκευής, αρχίσει να περνάει ρεύμα από την επιφάνεια της συσκευής, χρησιμεύει να αποτρέψει ο αγωγός γείωσης υλικού. Ακόμα και αν ή όταν ρεύμα αρχίσει να περνάει από την επιφάνεια της συσκευής, ο αγωγός γείωσης υλικού, συνδέοντας τη μεταλλική επιφάνεια της συσκευής απευθείας στη γή, λειτουργεί ώστε να οδηγήσει αυτό το ρεύμα στο γή και όχι στο σώμα του ανθρώπινου χειριστή της συσκευής, αποτρέποντας το κίνδυνο της ηλεκτροπληξίας. Χάρη στον αγωγό γείωσης υλικού, μπορούμε να χειριστούμε μία συσκευή ακόμα και όταν περνάει ρεύμα από την επιφάνεια της συσκευής, χωρίς το κίνδυνο να πάθουμε ηλεκτροπληξία. Γιατί ο αγωγός γείωση υλικού θα οδηγεί αυτό το ρεύμα στη γή, αποτρέποντάς το να περάσει μέσα από το σώμα του ανθρώπινου χειριστή. Έχοντας δει τη λειτουργία / χρησιμότητα και τη συνδεσμολογία των δύο αγωγών γείωσης, στο κύκλωμα μίας μονοφασικής εγκατάστασης, προχωρούμε να δούμε πως οι δύο αυτοί αγωγοί συνδέονται στο πραγματικό κύκλωμα της εγκατάστασης. 4. Η Γείωση στο Πραγματικό Κύκλωμα μίας Μονοφασικής Εγκατάστασης Ο μετασχηματιστής από τη τάση 2,4 μεταφοράς ενέργειας στα 240 γειώνεται. Το κύκλωμα από το μετασχηματιστή, αποτελείται από τρία καλώδια, το μη γειωμένο καλώδιο που μεταφέρει ρεύμα από τη πηγή στα φορτία, το καλώδιο γείωσης που στη μονοφασική εγκατάσταση, μεταφέριε το ρεύμα από τα φορτία πίσω στη πηγή και το καλώδιο γείωσης υλικού. 2

7 Στο πίνακα της εγκατάστασης, ο ουδέτερος (γείωση) και το καλώδιο γείωσης υλικού (πράσινο) συνδέονται μεταξύ τους και στη γή ώε εξής (Εικόνα ). Ο ουδέτερος γείωση συνδέεται στη μπάρα του ουδέτερου. Η γείωση υλικού συνδέεται στη μπάρα της γείωσης, στο πίνακα της εγκατάστασης. Από τη κατασκευή του, ο πίνακας, έχει μία ταινία χαλκού που συνδέει τη μπάρα της γείωσης στη μπάρα του ουδέτερου Οι κανόνες για τη γείωση κάθε γραμμής / κυκλώματος μίας εγκατάστασης συνοψίζονται ως εξής: Κάθε κύκλωμα 240 αποτελείται από ένα μη γειωμένο αγωγό (μάυρο ή κοκκινο) και κελινει με τον αγωγό γείωσης (ουδέτρο) που κλείνει το κύκλωμα Κάθε κύκλωμα 240 Έχει ένα ακόμα καλώδιο που είναι η γείωση υλικού που δεν διαρεέται από ρεύμα. Αυτό το καλώδιο συνήθως αναφέρεται ως πράσινη γειωση, γιατι το εξωτερικό καλυμα του καλωδίου είναι συνήθως πράσινο Η λευκή γείωση και η γείωση υλικού (πράσινου) δεν επιτρέπεται να συνδέονται σε κανένα σημείο του κυκλώματος, εκτός από το πίνακα της εγκατάστασης μπορεί δηλαδή να συνδέονται μόνον στο πίνακα της εγκατάστασης. Είδη Μεταλλικών Εγκαταστάσεων Γείωσης Κάποιοι παράγραφοι του κανονισμού καθορίζουν τύπους μεταλικού εξοπλισμού που μπορούμε να συνδέουμε και να χρησιμοποιούμε, για ένα σύστημα γείωσης. Από αυτά, μόνον μετελικοί υπόγειοι σωλήνες νερού και ground rods are χρησιμοποιούνται για τη γείωση οικιακών εγκαταστάσεων. Χρειαζόμαστε έναν αγωγό γείωσης που τα χαρακτηριστικά του υπολογίστονται στη βάση του κανοονισμού Συνδέουμε τον αγωγό γείωσης στο μεταλικό σωλήνα νερού στο 5 ft (1.5 m) από το σημείο της εισόδου του στο κτίριο και πριν το μετρητή. Συνδέουμε τον αγωγό γείωσης στο σωλήνε του νερού χρησιμοποιώντας a pipe clamp listed for the purpose (FIGURE 3-24). Εγκαθιστούμε bonding jumpers γύρω από το μετρητή νερού, το θερμοσίφωνα και άλλες συσκευές, γιατί η συνέχεια της διαδρομής γείωσης και η ένωση / σύνδεσή της στους ε- σωτερικούς σωλήνες νερού δεν μπορεί να βασίζεται μόνον στο μετρητή νερου και σε παρόμοιο εξοπλισμό. Εγκαθιστούμε πρόσθετο ηλεκτρόδιο γείωσης, αν χρειάζεται. Όταν η γείωση βασίζεται / χρησιμοποιεί τους υπόγειους σωλήνες νερού, τότε συνήθως απιτέιται η χρήση πρόσθετου ηλεκτρόδιοπυ γείωσης. Συνήθως, το ηλεκτρόδιο γείωσης είναι από χαλκό ή επικάλυψη χαλκού steel χαλύβδινος ground rod a minimum of 5/8 in. (16 mm) in diameter and at least 8 ft (2.4 m) long. Ο κανονισμός δίνει λεπτομερείς οδηγίες για την εγκατάσταση των ηλεκτροδίων γείωσης που μπορεί να συν δεονται στο σύστημα γείωσης με διαφορετικούς τρόπους. 3

8 5. Η Γείωση σε μία Τριφασική Εγκατάσταση Η ιδέα και η συνδεσμολογία της γείωσης / αγωγών γείωσης σε μία τριφασική εγκατάσταση είναι ανάλογη με τη γείωση στη μονοφασική εγκατάσταση. Δύο αγωγοί γείωσης, αλλά τρείς μη γειωμένοι αγωγοί που μεταφέρουν ρεύμα στα φορτία και αντιστοιχούν στις τρείς φάσης της εγκατάστασης. Στη τριφασική εγκατάσταση, οι δύο αγωγοί γείωσης είναι: Ο ουδέτερος (Εικόνα ). Γι αυτό πολλές φορές, ο αγωγός γείωσης σε μία εγκατάσταση λέγεται / ταυτίζεται με τον ουδέτερο αγωγό της εγκατάστασης. Ο αγωγός γείωσης υλικού που όπως και στη μονοφασική εγκατάσταση συνδέει τη μεταλλική επιφάνεια κάθε φορτίου στη γή (Εικόνα ), δηλαδή στη μπάρα γείωσης στο πίνακα της εγκατάστασης και μέσα από αυτή, στη γη. Η λειτουργία των δύο αγωγών είναι όπως στη μονοφασική εγκατάσταση: η γείωση του ουδέτερου λειτουργεί να προστατεύει τα φορτία της εγκατάστασης, λειτουργώντας ώστε ο ουδέτερος να επιστρέφει γρηγορότερα το ρεύμα πίσω στη πηγή. Έτσι, η συσκευή προστασίας της εγκατάστασης θα λειτουργήσει γρηγορότερα, αν το ρεύμα στη γραμμή αυξηθεί πέρα το προβλεπόμενο ρεύμα, για αυτή τη γραμμή. Ο αγωγός γείωσης υλικού προστατεύει τον άνθρωπο, αν για κάποιο λόγο, ο αγωγός φάσης της συσκευής έρθει σε επαφή με τη μεταλλική επιφάνεια της συσκευής και μεταφέρει ρεύμα στην επιφάνεια της συσκευής. Τότε, ο αγωγός προστασίας υλικού θα οδηγήσει / θα προκαλέσει αυτό το ρεύμα να μεταφερθεί στη γη και όχι μέσα από το σώμα μας, αν επιχειρήσουμε να ακουμπήσουμε την επιφάνεια της συσκευής. 6. Συστήματα Γείωσης Στις προηγούμενες ενότητες, είδαμε τη λειτουργία και τη συνδεσμολογία των αγωγών γείωσης σε μία εγκατάσταση. Στη συνδεσμολογία των αγωγών, υπάρχουν / μπορεί να υπάρξουν διαφοροποιήσεις που οδηγούν σε διαφορετικά συστήματα γείωσης. Έτσι, ανάλογα με την συνδεσμολογία των αγωγών γείωσης, σε μία εγκατάσταση, μπορούμε να έχουμε τρία διαφορετικά συστήματα γείωσης το ΤΝ, το ΤΤ και το ΙΤ. Σύστημα Γείωσης ΤΝ Στο σύστημα γείωσης ΤΝ, ο αγωγός γείωσης της γραμμής και ο αγωγός προστασίας συνδέονται στη γη, μέσα από ένα κοινό αγωγό γείωσης (Εικόνα ). Το σύστημα σύνδεσης των γειώσεων ΤΝ με γειωμένο τον ουδέτερο, ονομάζεται και ουδετέρωση. 4

9 Σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ 384, στο σύστημα ΤΝ με ουδετέρωση, όλα τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης πρέπει να συνδέονται, μέσω των αγωγών προστασίας, προς το κύριο ακροδέκτη ή ζυγό γείωσης, ο οποίος και συνδέεται με τον ουδέτερο αγωγό του δικτύου τροφοδοσίας. Ο ουδέτερος αγωγός είναι γειωμένος στο μετασχηματιστή ή στο σταθμό παραγωγής (γεννήτρια) του συστήματος τροφοδοσίας. Ειδικότερα, διακρίνουμε τρείς μορφές συνδεσμολογίας του συστήματος ΤΝ, ανάλογα με τη σχέση του αγωγού γείωσης της γραμμής με τον αγωγό προστασίας: Σύστημα ΤΝ-S, όπου ο ουδέτερος και ο αγωγός προστασίας είναι χωριστοί σε ολόκληρο το σύστημα και συνδέονται μεταξύ τους και στη γή, μόνον στο πίνακα της εγκατάστασης. Σύστημα ΤΝ-C, όπου οι λειτουργίες αγωγού γείωσης της γραμμής και αγωγού προστασίας συνδυάζονται σ έναν μόνο αγωγό σε ολόκληρο το σύστημα Σύστημα ΤΝ-C-S, όπου συνπάρχουν και τα δύο συστήματα σύνδεσης των γειώσεων TN-C και TN-S, αλλά πάντοτε το σύστημα ΤΝ-C πρέπει να βρίσκεται προς τη πηγή και το σύστημαtn-s προς τα φορτία της εγκατάστασης. Σύστημα Γείωσης Συνδέσεων ΤΤ Τα συστήματα τροφοδοσίας που εφαρμόζεται το σύστημα γειώσεων ΤΤ, έχουν τον ουδέτερο αγωγό απευθείας γειωμένο, ενώ τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη μίας ηλεκτρικής εγκατάστασης είναι επίσης απευθείας συνδεμένα με τη γη, μέσα από ηλεκτρόδια γείωσης, ανεξάρτητα από αυτά που γειώνεται το δίκτυο. Στο σύστημα σύνδεσης των γειώσεων ΤΤ που ονομάζεται και άμεση γείωση, σε περίπτωση σφάλματος της μόνωσης, μεταξύ μίας φάσης και ενός εκτεθειμένου αγώγιμου μέρους, η πορεία του ρεύματος σφάλματος περιλαμβάνει και ένα μέρος της διαδρομής εντός της γης. Έτσι, στη συνολική διαδρομή του ρεύματος σφάλματος, περιλαμβάνονται και οι αντιστάσεις γείωσης, με συνέπεια η τιμή του ρεύματος να είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη του στερεού βραχυκυκλώματος, χωρίς όμως να διασφαλίζεται ότι δεν είναι δυνατή η εμφάνιση επικίνδυνων τάσεων επαφής. Σύστημα Γείωσης Συνδέσεων ΙΤ Στο σύστημα τροφοδοσίας με το σύστημα γειώσεων ΙΤ, όλα τα ενεργά μέρη μίας εγκατάστασης είναι απομονωμένα από τη γή, ενώ τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης, είναι γειωμένα είτε ατομικά, είτε κατά ομάδες ή όλα μαζί. Ανάλογα με το πώς είναι γειωμένα τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης, αν δηλαδή είναι γειωμένα όλα μαζί, τότε το σύστημα μοιάζει με το ΤΝ. Αν τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης είναι γειωμένα ατομικά ή κατά ομάδες, τότε το σύστημα μοιάζει με το ΤΤ. 5