Pagamintos elektros energijos perdavimas, paskirstymas ir naudojimas pramoninėse įmonėse turi būti atliekamas patikimai ir ekonomiškai. Visų įrengimų priežiūrą, eksploataciją ir remontą turi atlikti kvalifikuotas personalas.
Sugedus elektros įrengimo izoliacijai, įtampa patenka į tas jo dalis, kuriose normaliomis sąlygomis įtampos nėra. Todėl elektros srovė gali žmogų nutrenkti. Žmogaus kūnu tekančios srovės stiprumas priklauso nuo kūno elektrinės varžos ir prie jo prisijungusios įtampos. Todėl žmogui gali būti pavojingi ir tie įrenginiai, kurių įtampa žemės atžvilgiu yra nedidelė.
Įžeminimas suprantamas kaip elektros įrenginio laidžių dalių, kurios normaliomis veikimo sąlygomis neturi įtampos, bet įtampa jose gali atsirasti pablogėjus izoliacijai (kitaip - pasyviųjų elektros įrenginio dalių), sujungimas su įžeminimo įrenginiu. Platus įžeminimo naudojimas paaiškinamas visu pirma pakankamu patikimumu, kita vertus - santykinai paprasta sandara ir aptarnavimu, lyginant su kitomis apsaugomis.
Įžeminimas - elektros įrenginio pasyviųjų dalių sujungimas su įžeminimo įrenginiu. Įžeminimo įrenginys turi būti toks, kad jo varža būtų iš anksto apskaičiuotose ribose. Svarbu ne tik įžeminimo įrenginio varža bet ir tolygus įtampos pasiskirstymas aplink saugojamąjį aparatą ir visame elektros įrenginio užimame plote (pavyzdžiui, pastotėje).
Žmogų, prisilietusi prie aparato su sugedusia izoliacija korpuso, veikia įtampa, kurios didumas yra lygus įtampos kritimui tarp to taško, kuriame žmogus liečia aparatą, ir to taško, kuriame jo kojos liečia žemę (apie 0,8 m ilgio ruože). Žmogui artinantis prie sugedusio aparato, tarp jo pėdų taip pat atsiranda vadinamoji žingsnio įtampa.
Žemės plotas, kuriame, įžemintuvu tekant srovei, atsiranda pavojingas potencialas, vadinamas srovės nuotėkio zona. Už jos ribų galima laikyti, kad potencialas praktiškai lygus nuliui.
Dirbtiniai žemikliai - tai 35-30 mm skersmens plieniniai vamzdžiai arba kampuočiai, kurių lentynos ne plonesnės kaip 4 mm. Jie imami 2,5-3 m ilgio; į gruntą įkalami iki 3-3,5 m gylio. Įkalti į gruntą žemikliai ne mažesniame kaip 0,3 m gylyje tarp savęs sujungiami ne mažesnio kaip 48 mm2 skerspjūvio plieno juostomis.
Greta esantiems įvairių įtampų ir skirtingos paskirties įrenginiams įžeminti, išskyrus specialiosios paskirties įrenginius, reikia naudoti bendrą įžeminimo įrenginį. Siekiant užtikrinti apsauginio įžeminimo (įnulinimo) veiksmingumą būtina periodiškai kontroliuoti jo būklę Taisyklėse numatyta apimtimi.
Įžeminimo varžos matavimas
Įžemintuvo varžos matavimui galima taikyti keletą metodų, priklausomai nuo įžeminimo kontūro konfigūracijos ir kitų sąlygų. Matavimams naudojami 62% taisyklės metodas, trikampio metodas ir kiti. Neteisingai pasirinkus matavimo prietaisą, nesilaikant gamintojo pateiktos matavimo metodikos gali atsitikti, kad išmatuota varža atitiks norminę, tačiau faktinė varža iš tikrųjų bus didesnė ir įžeminimo įrenginys nevykdys savo funkcijų.
Ir priešingai, įžeminimo faktinė varža atitiks norminę ir apsauga nuo elektros poveikio bus užtikrinta, tačiau išmatuota varža bus didesnė už norminę, o tai bus susiję su papildomomis įžemintuvo varžos sumažinimo išlaidomis. Šiuo metu Lietuvos rinkoje atsirado labai daug įvairių firmų siūlomų įžemintuvų varžos matavimo prietaisų, kurie skiriasi savo techninėmis galimybėmis ir matavimo metodikomis.
Žemiau pateiktame paveiksle pavaizduotas įžemiklio varžos matavimo praktinis pavyzdys ampermetro-voltmetro metodu.
Įžeminimo varžos matavimas ampermetro-voltmetro metodu
Naudojant atitinkamą generatorių G, kintamoji srovė (AC) teka per matavimo elektrodą H (srovinis elektrodas) ir grįžta per įžemiklį E. Įtampos kritimas U matuojamas tarp E įžemiklio ir žemės taško, turinčio nulinį potencialą. Tam tikslui naudojamas kitas pagalbinis elektrodas S, (potencialinis elektrodas).
Ypatingai svarbi yra matavimo elektrodų vienas kito atžvilgiu ir matuojamojo įžemintuvo E, padėtis. Aplink kiekvieną įžemintuvą, kuriuo teka srovė, susidaro įtakos zona, kurios forma ir mastas nežinomi. Kuo tikslesniems matavimo rezultatams gauti potencialinis elektrodas (zondas) negali būti įkalamas įžemintuvo E ir papildomo srovinio elektrodo H įtakos zonose (susidariusiose dėl srovės tekėjimo).
Todėl siekiant išvengti elektrodų potencialų persidengimo, tarp pagalbinio srovinio elektrodo ir bandomojo įžemintuvo turi būti pakankamas atstumas. Matavimų metu reikia daryti viską, kad zondo neįtakotų neveiktų srovinio elektrodo ir įžemintuvo laukai.
Matavimo elektrodų išdėstymo schemos
Praktikoje matavimo elektrodus rekomenduojama išdėstyti dviejų spindulių (V) arba vieno spindulio (vienoje linijoje) schema. Plačiausiai yra paplitusi vieno spindulio schema. Jei įžeminimo įrenginys sudarytas iš juostos, paprastai tokiu atveju srovinis elektrodas kalamas vienoje juostos pusėje, potencialinis kitoje. Dviejų spindulių metodas taikomas, kai pagalbinių elektrodų negalima išdėstyti viena linija.
Dažnai įžemintuvų varžos matavimo prietaisų gamintojai atstumus tarp įžemintuvo E ir papildomų elektrodų S bei P susieja su dydžiu D ( D įžeminimo įrenginio didžiausia įstrižainė arba vertikalaus (horizontalaus) elektrodo ilgis).
Kyoritsu kompanijos įžeminimo varžos matavimo prietaisuose taikomas klasikinis metodas (potencialų kritimo metodas), naudojant srovinius ir potencialinius elektrodus. Prietaisas KEW 4106 leidžia matuoti įžeminimo varžą taikant dviejų, trijų ir keturių laidų metodą ir papildomai grunto savitąją varžą. Keturių laidų metodas yra kiek tikslesnis, nes į matavimo rezultatą neįeina laidininkų, jungiančių prietaisą ir objektą Е(х), varža.
Kai kuriais atvejais naudojamas neelektrodinis įžeminimo varžos matavimo metodas, kuris nereikalauja atjungti įžeminimo kontūre lygiagrečiai sujungtų įžemiklių ir nereikalauja papildomų matavimo elektrodų naudojimo. Tai sutaupo laiką ir leidžia atlikti matavimus sunkiai prieinamose vietose, kuriose negalima pritaikyti kitų metodų.
Viena priemonių tokiems matavimams atlikti būtų specialių įžeminimo replių KEW 4202 arba jų modifikacijų naudojimas. Apgaubiant įžeminimo laidininką replėmis galima išmatuoti įžeminimo varžą ir laidininku į žemę tekančią srovę.
Daugumoje objektų įžeminimo elektrodai tarpusavyje yra jungiami lygiagrečiai. Tokio įžemintuvo schemą galima pakeisti kontūru, sudarytu iš varžų Rx ir Rs (čia Rs - lygiagrečiai sujungtų n-1 įžemiklių bendra varža.
Replių generatorinė apvija CT1 uždarame kontūre generuoja kintamąją įtampą E ir kontūru prateka srovė I. Jos dydis nustatomas pagal žinomą formulę: I=E/R. Ši srovė fiksuojama replių matavimo apvija CT2. Nustatyti bendrą įžeminimo varžą įžeminimo kontūrui su dideliu įžemiklių skaičiumi galima atliekant daug matavimų.
Matuojant labai svarbus matavimo taško parinkimas. Daugeliu atvejų geriausius matavimo rezultatus galima būtų gauti naudojant tiesiogiai apgaubiančias įžeminimo elektrodą reples. Jei įžeminimo sistemos matavimo vieta yra pasirinkta netinkamai (blogai), galite gauti, pavyzdžiui, tik apsauginės grandinės varžą, bet ne objekto įžemintuvo.
Įžeminimo įrenginių varžos turi būti užtikrinamos, kai sąlygos yra nepalankiausios ir savitoji grunto varža didžiausia, t.y. sausiausiu metų laiku - vasarą arba šalčiausiu - žiemą.
| Elektrodų tipas | Elektrodų ilgis | kpersk. |
|---|---|---|
| Mažiau kaip 6 tarpusavyje sujungti vertikalūs elektrodai | 2,5-5 m | 1,4 |
| Daugiau kaip 6 elektrodai | 2,5-5 m | 1,2 |
| Giluminis įžemintuvas | Virš 5 m |
Matuojant įžeminimo varžas kitu metų laiku, rezultatus reikia perskaičiuoti pagal sezono koeficientų reikšmes: įžemintuvų, sudarytų iš mažiau kaip 6 tarpusavyje sujungtų 2,5-5 m ilgio vertikalių elektrodų, kpersk. =1,4; kai elektrodų yra daugiau kaip 6, kpersk. =1,2; kai elektrodų ilgis viršija 5m (gilusis įžemintuvas), kpersk.
Grunto savitosios varžos ρ matavimas atliekamas jo geofizinėms savybėms nustatyti, optimizuoti įžemintuvo konstrukcijai ir jo įrengimo vietai. Grunto savybės veikia žemėje klojamų komunikacijų - vamzdžių, kabelių ir kt. - korozijos spartą.
Savitosios varžos matavimams atlikti gali būti naudojami įvairūs metodai, tarp jų dviejų ir keturių taškų schemos. Pastarasis dar vadinamas vienodų atstumų arba Wenner metodu. Pagal dviejų taškų schemos metodą yra tiesiog matuojama varža tarp dviejų taškų (bandomojo elektrodo ir įžemintuvo), vėliau perskaičiuojant ją į grunto savitąją varžą.
Grunto savitosios varžos matavimas
Matuojant grunto savitąją varžą, tiesia linija vienodu atstumu a (a = EH(C)/3) vienas nuo kito įkalami 4 pagalbiniai elektrodai. Elektrodų įkalimo gylis ne didesnis kaip 1/20 atstumo "a". Į kraštinius (srovinius) elektrodus iš šaltinio paduodama matavimo srovė I. Tuomet tarp vidurinių elektrodų ES ir S(P) atsiranda įtampos kritimas ΔU.
Kuo didesnė a vertė, tuo didesnis srovinių elektrodų elektrinio lauko apimamas žemės tūris. Dėl to keičiant atstumą a galima gauti grunto savitosios varžos priklausomybę nuo atstumo tarp elektrodų. Matavimų metu naudojant ρ priklausomybę nuo atstumo tarp elektrodų galima spręsti apie grunto savitąsias varžas įvairiame gylyje.
Parenkant geriausią įžeminimo įrenginio vietą, būtina nustatyti grunto sritį su mažiausia savitąja varža. Todėl reikia vadovautis tiek prietaiso parodymais, tiek intuicija, pvz., įžemintuvo aikštelei rinkti ne smėlio, bet priemolio gruntą. Taip pat būtina įvertinti grunto sluoksnio su mažiausia savitąja varža gylį. Tam tikslui būtina atlikti 10-15 matavimų tinkleliu.
Kontaktinės jungtys - elektros įrenginio mazgai, kuriuos sudaro du arba daugiau mechaniškai nejudamai ir elektriškai įvairios konstrukcijos junginiais sujungti laidininkai, skirti užtikrinti nepertraukiamą elektros grandinę. Jungties konstrukcija turi atitikti sujungiamųjų laidų kiekį ir jų skersmenį bei medžiagą.
Atliekant nurodytų jungčių tikrinimą, jungtys padaužomos plaktuku ir apžiūrima, ar nėra įtrūkių arba visiškai nutrūkusių jungčių bei kitokių defektų. Išardomiems sujungimams matuojama kontaktų pereinamoji varža, t.y. varža laidžių paviršių sąlyčio vietoje, kuri turi būti ne didesnė kaip 0,05 W.
Įžemintuvų ir įžeminamų elementų, taip pat natūraliųjų įžemintuvų ir įžeminimo įrenginių kontaktinių jungčių pereinamųjų varžų matavimams gali būti naudojami ommetrai, tilteliai, ampermetro-voltmetro metodas, specialūs pereinamųjų kontaktų matuokliai. Įžeminimo sistemos kontaktų pereinamųjų varžų matavimus galima atlikti ir su Kyoritsu firmos gaminamais matavimo prietaisais, kurie turi matavimo funkciją „Continuity".
Apsauginis išjungimas
Pagrindinė apsaugos nuo elektros poveikio techninė priemonė iki 1000 V įtampos TN, TT ir IT sistemų tinkle šiuo metu yra apsauginis išjungimas. Automatinio maitinimo išjungimo sistema sudaroma iš PE laidininko, jungiančio įrenginio pasyviąsias dalis su maitinimo šaltinio neutrale (TN tinklo sistema) arba įžemintuvu (IT, TT tinklo sistema) ir apsaugos aparato - automatinio jungiklio, saugiklio, srovės skirtuminės apsaugos įtaiso RCD ar kitokio. Patikimam tokios sudėtinės sistemos darbui reikia, kad abu šie elementai būtų tarpusavyje suderinti ir veiktų, užtikrindami nepavojingą žmogui srovės dydžio ir jos trukmės derinį.
Lietuvoje iki 1000 V įtampos elektros įrenginiuose plačiausiai naudojami TN sistemos tinklai. Šiame tinkle automatinio maitinimo išjungimo principas yra gana paprastas: elektros įrenginio izoliacijos pramušimą tarp fazinio laido ir įnulintų pasyviųjų dalių paversti vienfaziu trumpuoju jungimu. Tam tikslui dirbtinai sudaroma grandinė trumpojo jungimo srovėms pratekėti nuo korpuso į įžemintą transformatoriaus (generatoriaus) neutralę.
Pilnutine fazinio ir apsauginio laidininkų grandinės varža (ZS) laikoma pilnutinės srovės šaltinio fazinės apvijos, pilnutinės fazinio laidininko nuo srovės šaltinio iki pažaidos vietos ir pilnutinės apsauginio arba / ir apsauginio nulinio laidininkų nuo pažaidos vietos iki srovės šaltinio varžų, taip pat varžų, susidarančių trumpojo jungimo vietoje ir aparatų kontaktuose, suma.
Pilnutinė grandinės varža, vadinasi, ir trumpojo jungimo srovė priklauso nuo grandinės ilgio, nuo laidininko skerspjūvio, nuo įžeminimo laidininko nuotolio fazinio laidininko atžvilgiu ir nuo įžeminimo laidininko medžiagos.
Fazinio ir apsauginio laidininkų grandines pilnutinės varžos arba trumpojo jungimo į korpusą matavimų tikslas - patikrinti apsaugos įtaisų laiko suveikties parametrus įvykus elektros įrenginyje trumpajam jungimui į korpusą arba į nulinį laidą.
TN sistemoje esant 230V fazinei įtampai apsauginio įtaiso suveikties laikas turi būti iki 0.4s (nepavojingose patalpose, kuriose leistinoji prisilietimo įtampa Uc ≤ 50V), arba 0.2s (pavojingose ir labai pavojingose patalpose, lauko sąlygomis, kuriose Uc ≤ 25V). Kilnojamųjų imtuvų, prijungtų prie ne didesnės kaip 32 A srovės kištukinių lizdų, ribinė išjungimo trukmė turi būti t £ 0,2 sekundės.
Šiuo metu Lietuvos rinkoje fazinio ir apsauginio laidininkų grandinės parametrams matuoti siūloma daugybė prietaisų, besiskiriančių jautrumu, matavimų ribomis, papildomų funkcijų kiekiu, matmenų, maitinimo tipu, srovės rūšimi, galimybe matavimų rezultatus įrašyti į atmintį ir gautus duomenis apdoroti kompiuteriu.
Renkant prietaisą matavimams būtina atsižvelgti į paties prietaiso galimybes ir fazinio bei apsauginio laidininkų grandinės pobūdį. Kai kurie prietaisai matuoja tik grandinės aktyviąją varžą ir netinka galingoms grandinėms, turinčioms didelę induktyviąją varžą; jų konstrukcija gana paprasta, jie nebrangūs. Kitais prietaisais galimi grandinės fazė-fazė L-L, fazė-apsauginis laidininkas L-PE ir N-PE varžų matavimai. N-PE matavimams naudojamas prietaiso vidaus šaltinis. Gauta maža kelių omų vertės varža rodo, kad yra TN tinklo sistema.
Matavimai atliekami prijungus naujus vartotojus ar pasikeitus schemai. Pagal susiklosčiusią praktiką matavimai atliekami praėjus trims paroms nuo įtampos prijungimo objektui arba pakeitus schemą. Eksploatuojant fazė-nulis grandinės varža matuojama įmonės techninio vadovo nurodymu.
Atliekant matavimus reikia žinoti, kad trumpojo jungimo srovės matavimai turi apimti tik laidininkų PE ar PEN varžas, o ne kitas laidžiąsias dalis. Matavimo metu tikrinamas tinklas turi būti normalios eksploatacijos būsenos. Įprastinėmis sąlygomis apkrovos įtakos grandinės fazė-nulis varžos dydžiui galima neįvertinti.
Grandinė fazinis-apsauginis laidininkas TN skirstomajame tinkle susidaro įvykus maitinančiojo tinklo fazės susijungimui į elektros įrenginio korpusą. Tokios avarijos atveju, kad susidariusi trumpojo jungimo srovė užtikrintų nustatytą ribinę išjungimo trukmę, apsaugos veikumo sąlygą laiduoja be priekaištų sumontuoti ir parinkti fazinių, nulinių, apsauginių ar apsauginių nulinių laidininkų skerspjūviai bei apsaugos aparatai.
Didžiausių leistinų grandinės „ fazinis - apsauginis laidininkas" varžų Zs arba apsaugos aparato suveikimo srovių Ia santrauka pagal IEC 898/EN60898 standartą, priklausomai nuo naudojamos maksimalios apsaugos priemonės, pateikta 2 lentelėje.
Kištukinio lizdo apsaugai naudojamas 16A gG tipo saugiklis. Kaip buvo minėta anksčiau, kilnojamųjų imtuvų, prijungtų prie ne didesnės kaip 32 A srovės kištukinių lizdų, ribinė išjungimo trukmė turi būti t £ 0,2 sekundės.
Tuomet iš 2 lentelės randama, kad grandinės „ fazinis - apsauginis laidininkas" pilnutinė maksimali leistinoji varža yra 1,8 Ω. Kadangi išmatuota pilnutinė varža (1,14 Ω) yra mažesnė, nei leistinoji (1,8 Ω), sieninis kištukinis lizdas yra apsaugotas, nes saugiklis suveiks per 0.2 sekundes.
Кyoritsu firmos dauguma gaminamų prietaisų fazinio ir apsauginio laidininkų grandinės parametrams matuoti turi RCD suveikties blokavimo funkciją ATT (Anti Trip Technology), t.y. bandymams naudoja mažą srovę (15 mA), kuri nesukelia srovės skirtuminės apsaugos įtaisų suveikties.