Topraklama ve tesisat hesaplamasının en önemli sebeplerinden biri evdeki insanları, aletleri aşırı gerilimden korumasıdır. Aniden bir eve yıldırım düşerse veya herhangi bir nedenle ağda bir güç dalgalanması olursa, ancak aynı zamanda elektrik sistemi topraklanırsa, tüm bu fazla elektrik toprağa gidecek, aksi takdirde her şeyi yok edebilecek bir patlama olacaktır. yolunda.
Elektrik koruma ekipmanı
Yaşamın her alanında, evde ve işte elektrik tüketimindeki artış, insan yaşamı için net güvenlik kuralları gerektiriyor. Çok sayıda ulusal ve uluslararası standart, elektrikli aletleri kullanırken insanların, evcil hayvanların ve eşyaların güvenliğini sağlamak için elektrik sistemlerinin yapımına ilişkin gereklilikleri düzenler.
Konut ve kamu binalarının inşaatı sırasında kurulan elektrik koruma ekipmanları, uzun yıllar güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için düzenli olarak kontrol edilmelidir. Elektrik sistemlerinde güvenlik kurallarının ihlali olumsuz sonuçlara yol açabilir: insanların yaşamını tehdit etme, mülkün tahribatı veyakablo yıkımı.
Güvenlik yönetmelikleri, canlı yüzeylerle güvenli insan teması için aşağıdaki üst sınırları belirler: kuru binalarda 36 VAC ve ıslak alanlarda 12 VAC.
Topraklama sistemi
Topraklama sistemi her bina için kesinlikle gerekli bir teknik ekipmandır, bu nedenle yeni bir tesiste kurulacak ilk elektrik tesisatı bileşenidir. Topraklama terimi, elektrik mühendisliğinde elektrik bileşenlerini bilerek toprağa bağlamak için kullanılır.
Koruyucu topraklama, bir arıza durumunda elektrikli ekipmana dokunulduğunda insanları elektrik çarpmasından korur. Direkler, çitler, su boruları veya gaz boru hatları gibi tesisler bir terminale veya topraklama çubuğuna bağlanarak koruyucu bir kablo ile bağlanmalıdır.
İşlevsel koruma sorunları
Fonksiyonel topraklama adından da anlaşılacağı gibi güvenlik sağlamaz, bunun yerine elektrik sistemlerinin ve ekipmanlarının kesintisiz çalışmasını sağlar. İşlevsel topraklama, akımları ve gürültü kaynaklarını toprak testi adaptörlerine, antenlere ve radyo dalgaları alan diğer cihazlara dağıtır.
Elektrikli ekipman ve cihazlar arasındaki ortak referans potansiyellerini belirler ve böylece özel evlerde TV veya ışık titremesi gibi çeşitli arızaları önler. Fonksiyonel topraklama asla koruyucu görevleri yerine getiremez.
Elektrik çarpmasına karşı koruma için tüm gereksinimler ulusal standartlarda bulunabilir. Koruyucu bir toprak oluşturmak hayati önem taşır ve bu nedenle her zaman işlevsellikten önce gelir.
Koruyucu cihazların nihai direnci
İnsanlar için güvenli bir sistemde, sistemdeki arıza voltajı onlar için tehlikeli olabilecek bir değere ulaştığında koruyucu cihazlar çalışmalıdır. Bu parametreyi hesaplamak için yukarıdaki voltaj limit verilerini kullanabilirsiniz, U=25 VAC ortalama değerini seçin.
Yerleşim alanlarına kurulan kaçak akım devre kesiciler, kısa devre akımı 500 mA'ya ulaşana kadar normalde toprağa açılmaz. Bu nedenle, Ohm yasasına göre, U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohm ile. Bu nedenle, insanların ve mülklerin güvenliğini yeterince korumak için, toprak 50 ohm'dan daha az bir dirence veya R toprak <50'ye sahip olmalıdır.
Elektrot güvenilirlik faktörleri
Devlet standartlarına göre, aşağıdaki elemanlar elektrot olarak kabul edilebilir:
- dikey yerleştirilmiş çelik yığınlar veya borular;
- yatay olarak döşenmiş çelik şeritler veya teller;
- gömme metal plakalar;
- Temellerin etrafına yerleştirilmiş veya temellere gömülü metal halkalar.
Su boruları ve diğer yer altı çelik mühendislik ağları (sahipleri ile anlaşma varsa).
50 ohm'dan düşük dirençli güvenilir topraklama üç faktöre bağlıdır:
- Kara görünümü.
- Tip ve toprak direnci.
- Toprak hattı direnci.
Topraklama cihazının hesaplanması, toprağın özdirencinin belirlenmesi ile başlamalıdır. Elektrotların şekline bağlıdır. Toprak direnci r (Yunanca Rho harfi) ohm metre olarak ifade edilir. Bu, kesiti ve yüksekliği 1 m olan 1 m'lik bir topraklama silindirinin2 teorik direncine karşılık gelir. Ohm-m'de toprak direnci örnekleri:
- bataklık toprak 1'den 30'a;
- 20'den 100'e kadar gevşek toprak;
- humus 10'dan 150'ye;
- kuvars kumu 200'den 3000'e;
- 1500'den 3000'e kadar yumuşak kireçtaşı;
- çimenli toprak 100'den 300'e;
- bitkisiz kayalık arazi - 5.
Topraklama cihazının kurulumu
Toprak döngüsü, çelik elektrotlardan ve bağlantı şeritlerinden oluşan bir yapıdan monte edilir. Cihaz toprağa daldırıldıktan sonra evin elektrik panosuna tel veya benzeri bir metal şerit ile bağlanır. Toprak nemi yapının yerleşim seviyesini etkiler.
İnşaat demiri uzunluğu ile yer altı suyu seviyesi arasında ters bir ilişki vardır. Şantiyeden maksimum mesafe 1 m ila 10 m arasında değişmektedir. Topraklama hesabı için elektrotlar, toprak donma çizgisinin altındaki toprağa girmelidir. Kulübeler için devre metal ürünler kullanılarak monte edilir: borular, düz takviye, çelik açı, I-kiriş.
Şekilleri zemine derin giriş için uyarlanmalıdır, donatının kesit alanı 1,5 cm'den fazladır2. Takviye, doğrudan sitenin gerçek konumuna ve koruyucu bir cihazın monte edilme olasılığına bağlı olan bir sıraya veya çeşitli şekillerde yerleştirilir. Nesnenin çevresi etrafındaki şema sıklıkla kullanılır, ancak üçgen topraklama modeli hala en yaygın olanıdır.
Koruyucu sistemin mevcut malzeme kullanılarak bağımsız olarak yapılabilmesine rağmen, birçok ev üreticisi fabrika kitleri satın alır. Ucuz olmasalar da kurulumu kolaydır ve kullanımları dayanıklıdır. Tipik olarak, böyle bir kit, montaj için dişli bir bağlantı ile donatılmış 1 m uzunluğunda bakır kaplı elektrotlardan oluşur.
Toplam galibiyet serisi hesaplama
Topraklama şeridinin tam delik sayısını ve boyutlarını hesaplamak için genel bir kural yoktur, ancak kaçak akımın deşarjı kesinlikle malzemenin kesit alanına bağlıdır, bu nedenle herhangi bir ekipman için, topraklama şeridinin boyutu bu şeridin taşıyacağı akım üzerinden hesaplanır.
Toprak döngüsünü hesaplamak için önce kaçak akım hesaplanır ve şerit boyutu belirlenir.
Transformatör gibi çoğu elektrikli ekipman için,dizel jeneratör vb. için nötr topraklama şeridinin boyutu, bu ekipmanın nötr akımını kaldırabilecek şekilde olmalıdır.
Örneğin, 100kVA'lık bir transformatör için toplam yük akımı yaklaşık 140A'dır.
Bağlı şerit en az 70A (nötr akım) taşıyabilmelidir, bu da akımı taşımak için 25x3mm'lik bir şeridin yeterli olduğu anlamına gelir.
Kasayı topraklamak için daha küçük bir şerit kullanılır, bu, her nesne için yedek koruma olarak 2 toprak çukuru kullanılması şartıyla 35 A akım taşıyabilir. Bir şerit, devrenin bütünlüğünü bozan korozyon nedeniyle kullanılamaz hale gelirse, kaçak akım diğer sistemden geçerek koruma sağlar.
Koruma borularının sayısının hesaplanması
Tek bir elektrot çubuğunun veya tüpünün topraklama direnci şuna göre hesaplanır:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Nerede:
ρ=Toprak direnci (ohmmetre), L=Elektrot uzunluğu (metre), D=Elektrot çapı (metre).
Zemin hesaplaması (örnek):
Toprak izolasyon çubuğunun direncini hesaplayın. 4 metre uzunluğa ve 12.2 mm çapa, 500 ohm özgül ağırlığa sahiptir.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
Tek bir çubuk veya tüp elektrotun topraklama direnci şu şekilde hesaplanır:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Nerede:
ρ=Toprak direnci (ohmmetre), L=Elektrot uzunluğu (cm), D=Elektrot çapı (cm).
Tanımtopraklama yapısı
Bir elektrik tesisatının topraklamasının hesaplanması, 100 mm çapında, 3 metre uzunluğunda topraklama borularının sayısının belirlenmesiyle başlar. Sistem 1 saniye için 50 KA arıza akımına ve 72.44 ohm toprak direncine sahiptir.
Toprak elektrotunun yüzeyindeki akım yoğunluğu:
Haşhaş. izin verilen akım yoğunluğu I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Haşhaş. izin verilen akım yoğunluğu=7,57 × 1000 / (√72.44X1)=889.419 A / m2
Bir çapın yüzey alanı 100 mm'dir. 3m boru=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Haşhaş. bir topraklama borusu tarafından dağıtılan akım=Akım yoğunluğu x Elektrot yüzey alanı.
Maks. bir topraklama borusu tarafından dağıtılan akım=889.419x 0.942=838A, Gereken topraklama borusu sayısı=Arıza akımı / Maks.
Gereken topraklama borusu sayısı=50000/838=60 parça.
Toprak boru direnci (yalıtımlı) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Toprak borusu direnci (yalıtımlı) R=100 × 72.44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Boru
60 toprak parçasının toplam direnci=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Topraklama şeridi direnci
Topraklama şeridi direnci (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
Döngü topraklama hesaplama örneği aşağıda verilmiştir.
12 mm genişliğinde, 2200 metre uzunluğunda bir şerit hesaplayın,200 mm derinlikte toprağa gömülü, toprak direnci 72.44 ohm'dur.
Topraklama şeridi direnci (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
60 adet topraklama borusunun yukarıdaki toplam direncinden (Rp)=0.133 ohm. Ve bu, kaba zemin şeridinden kaynaklanmaktadır. Burada net toprak direnci=(RpxRe) / (Rp + Re)
Net direnç=(0.133 × 0.05) / (0.133 + 0.05)=0.036 Ohm
Toprak empedansı ve grup başına elektrot sayısı (paralel bağlantı). Gerekli toprak direncini sağlamak için bir elektrotun yetersiz kaldığı durumlarda, birden fazla elektrot kullanılmalıdır. Elektrotların ayrılması yaklaşık 4 m olmalıdır Paralel elektrotların birleşik direnci, elektrotun sayısı ve konfigürasyonu gibi çeşitli faktörlerin karmaşık bir fonksiyonudur. Çeşitli konfigürasyonlarda bir grup elektrotun toplam direnci:
Ra=R (1 + λa / n), nerede a=ρ / 2X3.14xRxS
Nerede: S=Ayar mili (metre) arasındaki mesafe.
λ=Aşağıdaki tabloda gösterilen faktör.
n=Elektrot sayısı.
ρ=Toprak direnci (Ohmmetre).
R=Yalıtımdaki tek bir çubuğun direnci (Ω).
| Hattaki paralel elektrotlar için faktörler | |
| Elektrot sayısı (n) | Faktör (λ) |
| 2 | 1, 0 |
| 3 | 1, 66 |
| 4 | 2, 15 |
| 5 | 2, 54 |
| 6 | 2, 87 |
| 7 | 3.15 |
| 8 | 3, 39 |
| 9 | 3, 61 |
| 10 | 3, 8 |
Bir binanın çevresi gibi içi boş bir karenin etrafına eşit aralıklarla yerleştirilmiş elektrotların topraklamasını hesaplamak için, yukarıdaki denklemler aşağıdaki tablodan alınan λ değeriyle kullanılır. Eşkenar üçgen veya L oluşumunda bulunan üç çubuk için, λ=1, 66 değeri
| İçi boş kare elektrotlar için faktörler | |
| Elektrot sayısı (n) | Faktör (λ) |
| 2 | 2, 71 |
| 3 | 4, 51 |
| 4 | 5, 48 |
| 5 | 6, 13 |
| 6 | 6, 63 |
| 7 | 7, 03 |
| 8 | 7, 36 |
| 9 | 7, 65 |
| 10 | 7, 9 |
| 12 | 8, 3 |
| 14 | 8, 6 |
| 16 | 8, 9 |
| 18 | 9, 2 |
| 20 | 9, 4 |
İçi boş kareler için döngü koruyucu topraklamanın hesaplanması, toplam elektrot sayısı (N)=(4n-1) formülüne göre yapılır. Temel kural, ek elektrotlardan tam olarak yararlanmak için paralel çubukların en az iki kat uzun aralıklarla yerleştirilmesi gerektiğidir.
Elektrotların ayrılması uzunluklarından çok daha büyükse ve yalnızca birkaç elektrot paralel ise, o zaman ortaya çıkan toprak direnci, direnç için olağan denklem kullanılarak hesaplanabilir. Pratikte, etkin toprak direnci genellikle hesaplanandan daha yüksek olacaktır.
Tipik olarak, 4 elektrotlu bir dizi 2,5-3 kat iyileştirme sağlayabilir.
8 elektrotlu bir dizi genellikle belki 5-6 kat iyileştirme sağlar. Orijinal topraklama çubuğunun direnci ikinci hat için %40, üçüncü hat için %60, dördüncü hat için %66 azalacaktır.
Elektrot hesaplama örneği
Her biri 4m aralıklarla 200 birim paralel ve kare şeklinde bağlıysa bir toprak çubuğunun toplam direncini hesaplama. topraklama çubuğu 4metre ve 12.2 mm çap, 500 ohm yüzey direnci. İlk olarak, tek bir topraklama çubuğunun direnci hesaplanır: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohm.
Sonra, paralel olarak 200 birim miktarındaki topraklama çubuğunun toplam direnci: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0.146 Ra (paralel çizgi)=136.23x (1 + 10 × 0.146 / 200)=1,67 Ohm.
Topraklama çubuğu içi boş bir alana bağlıysa 200=(4N-1), Ra (boş bir karede)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Zemin Hesaplayıcı
Gördüğünüz gibi, topraklamanın hesaplanması çok karmaşık bir işlemdir, yalnızca karmaşık yazılım sistemlerine sahip eğitimli mühendislerin kullanabileceği birçok faktör ve karmaşık ampirik formüller kullanır.
Kullanıcı, örneğin Allcalc gibi çevrimiçi hizmetleri kullanarak yalnızca kaba bir hesaplama yapabilir. Daha doğru hesaplamalar için yine de tasarım organizasyonuyla iletişime geçmeniz gerekiyor.
Allcalc çevrimiçi hesaplayıcı, dikey bir zeminden oluşan iki katmanlı bir toprakta koruyucu topraklamayı hızlı ve doğru bir şekilde hesaplamanıza yardımcı olacaktır.
Sistem parametrelerinin hesaplanması:
- Toprağın üst tabakası oldukça nemli kumdur.
- İklim katsayısı- 1.
- Toprağın alt tabakası oldukça nemli kumdur.
- Dikey topraklama sayısı - 1.
- Üst toprak derinliği H (m) - 1.
- Dikey kesit uzunluğu, L1 (m) - 5.
- Yatay kesit derinliği h2 (m)- 0.7.
- Bağlantı şeridi uzunluğu, L3 (m) - 1.
- Dikey bölümün çapı, D (m) - 0.025.
- Yatay bölme rafının genişliği, b (m) - 0.04.
- Elektriksel toprak direnci (ohm/m) - 61.755.
- Bir dikey bölümün direnci (Ohm) - 12.589.
- Yatay bölümün uzunluğu (m) - 1.0000.
Yatay topraklama direnci (Ohm) - 202.07.
Koruyucu toprak direncinin hesaplanması tamamlandı. Elektrik akımının yayılmasına karşı toplam direnç (Ohm) - 11.850.
Toprak, bir elektrik sistemindeki birçok voltaj kaynağı için ortak bir referans noktası sağlar. Topraklamanın bir insanı güvende tutmaya yardımcı olmasının nedenlerinden biri, dünyanın dünyadaki en büyük iletken olması ve fazla elektriğin her zaman en az direnç yolunu seçmesidir. Bir kişi evdeki elektrik sistemini topraklayarak akımın toprağa girmesine izin verir, bu da hem kendisinin hem de başkalarının hayatını kurtarır.
Evde doğru şekilde topraklanmış bir elektrik sistemi olmadan, kullanıcı sadece ev aletlerini değil, hayatını da riske atar. Bu nedenle her evde sadece bir topraklama ağı oluşturmak değil, aynı zamanda özel ölçüm aletleri kullanarak performansını yıllık olarak izlemek de gereklidir.
