הסיבה העיקרית לצורך בהארקה ברשתות חשמל היא בטיחות. כאשר כל חלקי המתכת של הציוד החשמלי מקורקעים, אזי, גם במקרה של בידוד שבור, לא יווצרו מתחים מסוכנים על המארז שלו, הם יימנעו על ידי מערכות הארקה אמינות.
משימות למערכות הארקה
המשימות העיקריות של מערכות אבטחה הפועלות על עיקרון ההארקה:
- בטיחות לחיי אדם, על מנת להגן מפני התחשמלות. מספק נתיב חלופי לזרם חירום כדי למנוע פגיעה במשתמש.
- הגנה על מבנים, מכונות וציוד במהלך תנאי הפסקת חשמל כך שחלקים מוליכים חשופים של הציוד לא יגיעו לפוטנציאל קטלני.
- הגנה מפני מתח יתר עקב פגיעות ברק שעלולות להוביל למתחים גבוהים מסוכנים במערכת החלוקה החשמלית או ממגע אדם לא מכוון בקווי מתח גבוה.
- ייצוב מתח. ישנם מקורות חשמל רבים. כל שנאי יכול להיחשב כמקור נפרד. חייבת להיות להם נקודת איפוס שלילית משותפת זמינה.אֵנֶרְגִיָה. כדור הארץ הוא המשטח המוליך היחיד שכזה עבור כל מקורות האנרגיה, ולכן הוא אומץ כתקן האוניברסלי להורדת זרם ומתח. ללא נקודה משותפת כזו, יהיה קשה מאוד להבטיח אבטחה במערכת החשמל כולה.
דרישות מערכת הקרקע:
- יש לו נתיב חלופי כדי לזרום זרם מסוכן.
- אין פוטנציאל מסוכן בחלקים מוליכים חשופים של הציוד.
- חייב להיות בעל עכבה נמוכה מספיק כדי לספק מספיק זרם דרך הנתיך כדי לחתוך חשמל (<0, 4 שניות).
- צריכה להיות עמידות טובה בפני קורוזיה.
- חייב להיות מסוגל לפזר זרם קצר חשמלי גבוה.
תיאור של מערכות הארקה
תהליך חיבור חלקי המתכת של מכשירים וציוד חשמליים לאדמה באמצעות מכשיר מתכת בעל התנגדות מועטה נקרא הארקה. בעת הארקה, החלקים נושאי הזרם של המכשירים מחוברים ישירות לאדמה. הארקה מספקת נתיב חזרה לזרם דליפה ולכן מגינה על ציוד מערכת החשמל מפני נזק.
כאשר מתרחשת תקלה בציוד, יש חוסר איזון בזרם בכל שלושת השלבים שלו. הארקה מפרקת את זרם התקלה לאדמה ולכן מחזירה את איזון הפעולה של המערכת. למערכות ההגנה הללו יש מספר יתרונות, כמו חיסולמתח יתר דרך פריקתו לאדמה. הארקה מבטיחה את בטיחות הציוד ומשפרת את אמינות השירות.
שיטת אפס
הארקה פירושה חיבור החלק הנושא של הציוד לאדמה. כאשר מתרחשת תקלה במערכת, נוצר פוטנציאל מסוכן על פני השטח החיצוניים של הציוד, וכל אדם או בעל חיים הנוגעים בטעות במשטח עלולים לקבל התחשמלות. איפוס משחרר זרמים מסוכנים לקרקע ולכן מנטרל את הזעזוע הזרם.
זה גם מגן על ציוד מפני פגיעות ברק ומספק נתיב פריקה מבולמי מתח ומכשירי כיבוי אחרים. זה מושג על ידי חיבור חלקי הצמח לאדמה באמצעות מוליך הארקה או אלקטרודה במגע הדוק עם האדמה, הממוקם במרחק מה מתחת לפני הקרקע.
ההבדל בין הארקה להארקה
אחד ההבדלים העיקריים בין הארקה להארקה הוא שבעת הארקה, החלק המוליך הנושא מחובר לאדמה, ואילו בהארקה משטח המכשירים מחובר לאדמה. הבדלים נוספים ביניהם מוסברים להלן בצורה של טבלת השוואה.
תרשים השוואה
| יסודות להשוואה | Grounding | אפס |
| הגדרה | חלק מוליך מחובר לאדמה | מארז ציוד מחובר לאדמה |
| Location | בין ציוד ניטרלי לקרקע | בין מארז הציוד לקרקע, המוצב מתחת לפני הקרקע |
| אפס פוטנציאל | אין | כן |
| Protection | הגן על ציוד רשת החשמל | הגן על אדם מפני התחשמלות |
| הנתיב | נתיב החזרה לקרקע הנוכחית מצוין | פורק אנרגיה חשמלית לאדמה |
| Types | Three (התנגדות מוצקה) | Five (צינור, לוח, הארקה של אלקטרודה, הארקה והארקה) |
| צבע חוט | שחור | ירוק |
| השתמש | לאיזון עומסים | כדי למנוע התחשמלות |
| דוגמאות | גנרטור ושנאי כוח ניטרלי מחובר לאדמה | מארז של שנאי, גנרטור, מנוע וכו' מחובר לאדמה |
TN חוטי הגנה
לסוגים אלה של מערכות הארקה יש נקודה אחת או יותר מוארקות ישירות ממקור הכוח. חלקים מוליכים חשופים של המתקן מחוברים לנקודות אלו באמצעות חוטי הגנה.
בעולםתרגול, נעשה שימוש בקוד בן שתי אותיות.
אותיות משומשות:
- T (פירוש המילה Terre בצרפתית "אדמה") - חיבור ישיר של נקודה לקרקע.
- I - אין נקודה מחוברת לאדמה עקב עכבה גבוהה.
- N - חיבור ישיר למקור ניטרלי, שבתורו מחובר לאדמה.
בהתבסס על השילוב של שלוש האותיות הללו, ישנם סוגים של מערכות הארקה: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. מה זה אומר?
במערכת הארקה TN, אחת מנקודות המקור (גנרטור או שנאי) מחוברת לאדמה. נקודה זו היא בדרך כלל נקודת הכוכב במערכת תלת פאזית. המארז של המכשיר החשמלי המחובר מחובר לאדמה דרך נקודת הארקה זו בצד המקור.
בתמונה למעלה: PE - ראשי תיבות של Protective Earth הוא מוליך המחבר חלקי מתכת חשופים של מתקן חשמלי של צרכן לאדמה. N נקרא ניטרלי. זהו המוליך המחבר את הכוכב במערכת תלת פאזית לאדמה. לפי ייעודים אלו בתרשים, ברור מיד איזו מערכת הארקה שייכת למערכת TN.
TN-S קו ניטרלי
זוהי מערכת בעלת מוליכים ניטרליים ומגן נפרדים לאורך דיאגרמת החיווט.
מוליך מגן (PE) הוא המעטפת המתכתית של הכבל שמזין את המתקן או מוליך בודד.
כל החלקים המוליכים החשופים עם המתקן מחוברים למוליך המגן הזה דרך המסוף הראשי של המתקן.
TN system-C-S
אלו סוגים של מערכות הארקה שבהן משולבות פונקציות ניטרליות והגנה למנצח מערכת אחד.
במערכת הארקה נייטרלית TN-CS, הידועה גם בשם Protective Multiple Earthing, מוליך ה-PEN מכונה כמוליך הנייטרלי והארקה המשולבים.
מוליך ה-PEN של מערכת החשמל מוארק במספר נקודות, ואלקטרודת ההארקה ממוקמת באתר ההתקנה של הצרכן או בסמוך לו.
כל החלקים המוליכים החשופים ליחידה מחוברים באמצעות מוליך PEN באמצעות מסוף ההארקה הראשי והמסוף הנייטרלי ומחוברים זה לזה.
מעגל הגנת TT
זוהי מערכת הארקה מגינה עם נקודת מקור מתח אחת.
כל החלקים המוליכים החשופים עם התקנה המחוברים לאלקטרודת הארקה אינם תלויים חשמלית במקור ההארקה.
מערכת בידוד IT
מערכת הארקה מגן ללא חיבור ישיר בין חלקים חיים לאדמה.
כל החלקים המוליכים החשופים עם התקנה המחוברים לאלקטרודת הארקה.
המקור מחובר לאדמה באמצעות עכבת מערכת שהוכנסה בכוונה, או מבודד מהארקה.
עיצובים של מערכות הגנה
חיבור בין מכשירי חשמל והתקנים עם פלטת הארקה או אלקטרודה דרך חוט עבה עם התנגדות נמוכה כדי להבטיחבטיחות נקראת הארקה או הארקה.
מערכת ההארקה או ההארקה ברשת החשמל פועלת כאמצעי בטיחות להגנה על חיי אדם כמו גם על ציוד. המטרה העיקרית היא לספק מסלול חלופי לזרימות מסוכנות כדי למנוע תאונות עקב התחשמלות ונזק לציוד.
חלקי מתכת של הציוד מקורקעים או מחוברים לאדמה, ואם מסיבה כלשהי כשל בידוד הציוד, מתחים גבוהים שעלולים להיות בציפוי החיצוני של הציוד יהיו בעלי נתיב פריקה לאדמה. אם הציוד אינו מוארק, מתח מסוכן זה יכול להיות מועבר לכל מי שנוגע בו, וכתוצאה מכך להתחשמלות. המעגל הושלם והפתיל מופעל מיד אם החוט החי נוגע במארז הארקה.
ישנן מספר דרכים לבצע את מערכת ההארקה של מתקנים חשמליים, כגון הארקה של חוט או פס, לוח או מוט, הארקה באמצעות הארקה או באמצעות אספקת מים. השיטות הנפוצות ביותר הן איפוס והגדרת הוספה.
שטיח קרקע
מחצלת קרקע נעשית על ידי חיבור מספר מוטות דרך חוטי נחושת. זה מקטין את ההתנגדות הכוללת של המעגל. מערכות הארקה חשמליות אלו עוזרות להגביל את פוטנציאל ההארקה. מחצלת הקרקע משמשת בעיקר במקום בו יש לבדוק זרם גדולנזק.
בעת עיצוב מחצלת אדמה, הדרישות הבאות נלקחות בחשבון:
- במקרה של תקלה, אסור שהמתח יהיה מסוכן לאדם בעת נגיעה במשטח המוליך של הציוד של מערכת החשמל.
- זרם הקצר DC שיכול לזרום לתוך שטיח האדמה חייב להיות גדול למדי כדי שממסר ההגנה יפעל.
- התנגדות הקרקע נמוכה כך שזרם דליפה יכול לזרום דרכה.
- העיצוב של מחצלת הקרקע צריך להיות כזה שמתח הצעדים יהיה נמוך מהערך המותר, אשר יהיה תלוי בעמידות הקרקע הנדרשת כדי לבודד את ההתקנה הפגומה מבני אדם ובעלי חיים.
הגנה מפני זרם יתר של אלקטרודה
עם מערכת הארקה זו של בניין, כל חוט, מוט, צינור או צרור מוליכים מונחים בצורה אופקית או אנכית באדמה ליד חפץ המגן. במערכות הפצה, אלקטרודת האדמה עשויה להיות מורכבת ממוט באורך של כמטר וממוקם אנכית באדמה. התחנות נעשות באמצעות מחצלת קרקע, לא מוטות בודדים.
מעגל הגנת זרם צינור
זוהי מערכת הארקה של התקנה חשמלית הנפוצה והטובה ביותר בהשוואה למערכות אחרות המתאימות לאותם תנאי אדמה ולחות. בשיטה זו, פלדה מגולוונת וצינור מחורר באורך וקוטר מחושבים מונחים אנכית על אדמה רטובה כל הזמן, כמומוצג להלן. גודל הצינור תלוי בזרם הנוכחי ובסוג האדמה.
בדרך כלל, גודל הצינור למערכת הארקת בית הוא קוטר של 40 מ"מ ואורך של 2.5 מטרים עבור אדמה רגילה, או ארוך יותר עבור אדמה יבשה ואבני. העומק שבו יש לקבור את הצינור תלוי בתכולת הלחות של הקרקע. בדרך כלל, הצינור ממוקם בעומק 3.75 מטרים. תחתית הצינור מוקפת חתיכות קטנות של קולה או פחם במרחק של כ-15 ס"מ.
רמות חלופיות של פחם ומלח משמשות להגדלת שטח הקרקע האפקטיבי ובכך להפחית את הגרר. צינור נוסף בקוטר 19 מ מ ואורך מינימלי של 1.25 מטר מחובר בחלק העליון של צינור ה-GI באמצעות מפחית. בקיץ, הלחות בקרקע יורדת, מה שמוביל לעלייה בעמידות האדמה.
לכן, מתבצעת עבודה על בסיס בטון בטון כדי לשמור על מים זמינים בקיץ ולהקים קרקע עם פרמטרי ההגנה הדרושים. דרך משפך המחובר לצינור בקוטר 19 מ"מ ניתן להוסיף 3 או 4 דליים של מים. חוט הארקה של GI או רצועה של חוט GI עם חתך מספיק להסרה בטוחה של זרם מועבר לתוך צינור GI בקוטר 12 מ"מ בעומק של כ-60 ס"מ מהקרקע.
הארקת צלחת
בהתקן מערכת הארקה זה, לוח ההארקה של 60 ס"מ × 60 ס"מ × 3 מ' נחושת ו-60 ס"מ × 60 ס"מ × 6 מ"מ ברזל מגולוון טבול באדמה עם משטח אנכי בעומק של לפחות 3 מ' ממפלס הקרקע
לוחית המגן מוכנסת לשכבות העזר של פחם ומלח בעובי מינימלי של 15 ס מ. חוט ההארקה (GI או חוט נחושת) מוברג בחוזקה ללוחית ההארקה.
פלטת נחושת וחוטי נחושת אינם בשימוש נפוץ במעגלי הגנה בגלל העלות הגבוהה שלהם.
חיבור קרקע דרך אספקת מים
בסוג זה, חוט ה-GI או הנחושת מחוברים לרשת האינסטלציה באמצעות חוט חיבור פלדה שמחובר למוליך הנחושת כפי שמוצג להלן.
הצנרת עשויה מתכת וממוקמת מתחת לפני האדמה, כלומר מחוברת ישירות לאדמה. זרימת הזרם דרך חוט ה-GI או הנחושת מקורקעת ישירות דרך הצנרת.
חישוב התנגדות לולאת הארקה
ההתנגדות של רצועה יחידה של מוט קבור באדמה היא:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (לוגה (2 x L x L / W x t)), כאשר:
ρ - יציבות קרקע (Ω אוהם), L - אורך פס או מוליך (ס"מ), w - רוחב רצועה או קוטר מוליך (ס"מ), t - עומק קבורה (ס"מ).
דוגמה: חשב את ההתנגדות של רצועת הקרקע. חוט בקוטר 36 מ"מ ואורך 262 מטר בעומק 500 מ"מ באדמה, התנגדות האדמה היא 65 אוהם.
R היא ההתנגדות של מוט הקרקע ב-W.
r - התנגדות קרקע (אוהםמטר)=65 אוהם.
מדידה l - אורך המוט (ס"מ)=262 מ'=26200 ס"מ.
d -קוטר פנימי של מוט (ס"מ)=36 מ"מ=3.6 ס"מ.
h - רצועה נסתרת / עומק מוט (ס"מ)=500 מ"מ=50 ס"מ.
התנגדות פס-קרקע/מוליך (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (לוגה (2 x L x L / Wt))
התנגדות פס הארקה/מוליך (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
התנגדות פס-קרקע/מוליך (R) =1.7 Ohm.
ניתן להשתמש בכלל האצבע כדי לחשב את מספר מוט הקרקע.
ניתן לחשב התנגדות משוערת של אלקטרודות מוט/צינור באמצעות ההתנגדות של אלקטרודות מוט/צינור:
R=K x ρ / L שבו:
ρ - התנגדות אדמה באוהםמטר, L - אורך האלקטרודה במד, d - קוטר האלקטרודה במונה, K=0.75 אם 25 <L / d <100.
K=1 אם 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L אם 600 <L / d <300.
מספר אלקטרודות, אם אתה מוצא את הנוסחה R (d)=(1, 5 / N) x R, כאשר:
R (ד) - התנגדות נדרשת.
R - התנגדות אלקטרודה אחת
N - מספר האלקטרודות המותקנות במקביל במרחק של 3 עד 4 מטרים.
דוגמה: חשב את ההתנגדות של צינור ההארקה ומספר האלקטרודות כדי לקבל התנגדות של 1 אוהם, התנגדות קרקע מ-ρ=40, אורך=2.5 מטר, קוטר צינור=38 מ מ.
L / d=2.5 / 0.038=65.78 אז K=0.75.
התנגדות של אלקטרודות צינור R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
אלקטרודה אחת - התנגדות - 12 אוהם.
כדי להשיג התנגדות של 1 אוהם, המספר הכולל של האלקטרודות הנדרש=(1.5 × 12) / 1=18
גורמים המשפיעים על התנגדות כדור הארץ
קוד NEC דורש אורך מינימלי של אלקטרודת הארקה של 2.5 מטרים למגע עם קרקע. אבל יש כמה גורמים שמשפיעים על התנגדות הקרקע של מערכת המיגון:
- אורך/עומק האלקטרודה הארקה. הכפלת האורך מפחיתה את התנגדות פני השטח בעד 40%.
- קוטר האלקטרודה הארקה. הכפלת קוטר האלקטרודה הארקה מפחיתה את התנגדות ההארקה רק ב-10%.
- מספר אלקטרודות הארקה. כדי לשפר את היעילות, אלקטרודות נוספות מותקנות בעומק האלקטרודות הראשיות הארקה.
בניית מערכות חשמל מגן של בניין מגורים
מבני אדמה הם כיום השיטה המועדפת להארקה, במיוחד עבור רשתות חשמל. חשמל תמיד עוקב אחר הנתיב של ההתנגדות הקטנה ביותר ומפנה את הזרם המרבי מהמעגל לבורות הארקה שנועדו להפחית התנגדות, באופן אידיאלי עד 1 אוהם.
כדי להשיג מטרה זו:
- 1.5m x 1.5m שטח נחפר לעומק של 3m. החור מלא למחצה בתערובת של אבקת פחם, חול ומלח.
- צלחת GI 500 מ"מ x 500 מ"מ x 10 מ"מ ממוקמת באמצע.
- יצירת חיבורים בין לוחית הארקה עבור מערכת הארקה של בית פרטי.
- אחרחלק מהבור מלא בתערובת של פחם, חול, מלח.
- ניתן להשתמש בשני פסי GI בגודל 30 מ"מ על 10 מ"מ כדי לחבר את לוחית ההארקה למשטח, אך עדיף צינור GI בגודל 2.5 אינץ' עם אוגן בחלק העליון.
- בנוסף, ניתן לכסות את חלקו העליון של הצינור במתקן מיוחד למניעת כניסת לכלוך ואבק ולסתום את צינור הקרקע.
התקנה של מערכת ההארקה והיתרונות:
- אבקת פחם היא מוליך מצוין ומונעת קורוזיה של חלקי מתכת.
- מלח מתמוסס במים, ומגביר מאוד את המוליכות.
- חול מאפשר למים לעבור דרך החור.
כדי לבדוק את יעילות הבור, ודא שהפרש המתח בין הבור לרשת החשמל הוא פחות מ-2 וולט.
ההתנגדות לבור חייבת להישמר בפחות מ-1 אוהם, מרחק של עד 15 מ' מהמוליך המגן.
בולע חשמלי
הלם חשמלי (הלם אלקטרו) מתרחש כאשר שני חלקים בגופו של אדם באים במגע עם מוליכים חשמליים במעגל בעל פוטנציאלים שונים ויוצר הבדל פוטנציאל בכל הגוף. לגוף האדם יש התנגדות, וכאשר הוא מחובר בין שני מוליכים בפוטנציאלים שונים, נוצר מעגל דרך הגוף וזרם יזרום. כאשר אדם יוצר קשר עם מוליך אחד בלבד, לא נוצר מעגל ושום דבר לא קורה. כאשר אדם בא במגע עם מוליכים של המעגל, לא משנה איזה מתח יש בו, תמידקיימת אפשרות לפציעת התחשמלות.
הערכת סכנת ברקים עבור בנייני מגורים
בתים מסוימים נוטים למשוך ברק יותר מאחרים. הם גדלים בהתאם לגובה הבניין ולקרבה לבתים אחרים. קרבה מוגדרת כפי שלושה מהמרחק מגובה הבית.
כדי לקבוע עד כמה בניין מגורים פגיע לפגיעות ברק, אתה יכול להשתמש בנתונים הבאים:
- סיכון נמוך. מגורים פרטיים חד מפלסיים בסמיכות לבתים אחרים באותו גובה.
- סיכון בינוני. בית פרטי דו-מפלסי מוקף בבתים בעלי גבהים דומים או מוקף בבתים בגבהים נמוכים יותר.
- סיכון גבוה. בתים מבודדים שאינם מוקפים במבנים אחרים, בתים דו-קומתיים או בתים בגובה נמוך יותר.
ללא קשר לסבירות לפגיעת ברק, שימוש נכון ברכיבים חשובים להגנת ברקים יעזור להגן על כל בית מפני נזק כזה. בבניין מגורים נדרשות מערכות הגנה מפני ברקים והארקה, כך שמכת הברק מוסטת לקרקע. המערכת כוללת בדרך כלל מוט הארקה עם חיבור נחושת המותקן באדמה.
בעת התקנת ערכת הגנה מפני ברקים בבית, אנא פעל לפי הדרישות הבאות:
- אלקטרודות הארקה חייבות להיות לפחות חצי באורך 12 מ"מ ואורך 2.5 מ'.
- חיבורי נחושת מומלץ.
- אם באתר המערכת יש אדמה סלעית או קווים תת-קרקעיים הנדסיים, אסור להשתמשאלקטרודה אנכית, יש צורך רק במוליך האופקי.
- הוא חייב להיות שקוע לפחות 50 ס"מ מהקרקע ולהימשך לפחות 2.5 מטרים מהבית.
- מערכות הארקה ביתיות פרטיות חייבות להיות מחוברות באמצעות אותו גודל מוליך.
- מחברים לכל מערכות צנרת המתכת התת-קרקעית, כגון צינורות מים או גז, חייבים להיות ממוקמים בטווח של 8 מטרים מהבית.
- אם כל המערכות כבר היו מחוברות לפני התקנת מיגון ברקים, כל מה שנדרש הוא לקשור את האלקטרודה הקרובה ביותר למערכת האינסטלציה.
כל האנשים החיים או עובדים במבני מגורים, מבני ציבור נמצאים כל הזמן בקשר הדוק עם מערכות וציוד חשמליים ויש להגן עליהם בצורה מהימנה מפני תופעות מסוכנות שעלולות להיווצר עקב קצר חשמלי או מתחים גבוהים מאוד מפריקת ברק.
כדי להשיג הגנה זו, יש לתכנן ולהתקין מערכות הארקה לרשת החשמל בהתאם לדרישות הלאומיות הסטנדרטיות. עם הפיתוח של חומרים חשמליים, הדרישות לאמינות של התקני הגנה הולכות וגדלות.
