La raó principal de la necessitat de posar a terra a les xarxes elèctriques és la seguretat. Quan totes les parts metàl·liques dels equips elèctrics estiguin connectades a terra, fins i tot en el cas d'un aïllament trencat, no es crearan tensions perilloses a la seva carcassa, sinó que s'evitaran mitjançant sistemes de connexió a terra fiables.
Tasques per a sistemes de connexió a terra
Les principals tasques dels sistemes de seguretat que funcionen segons el principi de connexió a terra:
- Seguretat per a la vida humana, per protegir-se de les descàrregues elèctriques. Proporciona un camí alternatiu per al corrent d'emergència per evitar danyar l'usuari.
- Protecció d'edificis, maquinària i equips durant les condicions de fallada elèctrica perquè les parts conductores exposades de l'equip no arribin a un potencial letal.
- Protecció contra sobretensions degudes a llamps que poden provocar altes tensions perilloses al sistema de distribució elèctrica o per contacte humà inadvertit amb línies d' alta tensió.
- Estabilització de tensió. Hi ha moltes fonts d'electricitat. Cada transformador es pot considerar com una font independent. Han de tenir disponible un punt de reinici negatiu comú.energia. La terra és l'única superfície conductora d'aquest tipus per a totes les fonts d'energia, per la qual cosa s'ha adoptat com a estàndard universal per a l'eliminació de corrent i tensió. Sense aquest punt comú, seria extremadament difícil garantir la seguretat del sistema elèctric en conjunt.
Requisits del sistema terrestre:
- Ha de tenir un camí alternatiu perquè flueixi un corrent perillós.
- Cap potencial perillós a les parts conductores exposades de l'equip.
- Ha de tenir una impedància prou baixa per proporcionar prou corrent a través del fusible per tallar l'alimentació (<0, 4 segons).
- Ha de tenir una bona resistència a la corrosió.
- Ha de ser capaç de dissipar un alt corrent de curtcircuit.
Descripció dels sistemes de connexió a terra
El procés de connexió a terra de les peces metàl·liques d'aparells i equips elèctrics amb un dispositiu metàl·lic que té poca resistència s'anomena connexió a terra. Quan es posa a terra, les parts que porten corrent dels dispositius es connecten directament a terra. La connexió a terra proporciona un camí de retorn per al corrent de fuga i, per tant, protegeix l'equip del sistema elèctric dels danys.
Quan es produeix una fallada en l'equip, hi ha un desequilibri de corrent en les tres fases. La posada a terra descarrega el corrent de falla a terra i, per tant, restableix l'equilibri de funcionament del sistema. Aquests sistemes de defensa tenen diversos avantatges, com ara eliminarsobretensió mitjançant la descàrrega a terra. La connexió a terra garanteix la seguretat de l'equip i millora la fiabilitat del servei.
Mètode de reducció a zero
La posada a terra significa connectar la part de rodament de l'equip a terra. Quan es produeix una fallada en el sistema, es crea un potencial perillós a la superfície exterior de l'equip i qualsevol persona o animal que toqui accidentalment la superfície pot rebre una descàrrega elèctrica. La posada a zero descarrega corrents perilloses a terra i, per tant, neutralitza el xoc actual.
També protegeix l'equip dels llamps i proporciona un camí de descàrrega dels paracarregadors i altres dispositius d'extinció. Això s'aconsegueix connectant parts de la planta a terra amb un conductor de terra o un elèctrode en estret contacte amb el sòl, col·locat a una certa distància per sota del nivell del sòl.
La diferència entre la connexió a terra i la connexió a terra
Una de les principals diferències entre la connexió a terra i la posada a terra és que, quan es posa a terra, la part conductora que porta està connectada a terra, mentre que quan es posa a terra, la superfície dels dispositius està connectada a terra. Altres diferències entre ells s'expliquen a continuació en forma de taula de comparació.
Gràfic de comparació
| Nocions bàsiques per a la comparació | Connexió a terra | Reducció a zero |
| Definició | Peça conductora connectada a terra | Caixa d'equip connectada a terra |
| Ubicació | Entre equip neutre i terra | Entre la caixa de l'equip i el terra, que es col·loca sota la superfície terrestre |
| Potencial zero | No té | Sí |
| Protecció | Protegir els equips de la xarxa elèctrica | Protegiu una persona de descàrregues elèctriques |
| El camí | El camí de retorn al terreny actual està indicat | Descarrega energia elèctrica a terra |
| Tipus | Tres (resistència sòlida) | Cinc (tuba, placa, terra d'elèctrodes, terra i terra) |
| Color del cable | Negre | Verd |
| Utilitzar | Per a l'equilibri de càrrega | Per evitar descàrregues elèctriques |
| Exemples | Neutre del generador i del transformador de potència connectat a terra | Carcassa del transformador, generador, motor, etc. connectat a terra |
Cables de protecció TN
Aquest tipus de sistemes de connexió a terra tenen un o més punts connectats a terra directament des de la font d'alimentació. Les parts conductores exposades de la instal·lació es connecten a aquests punts mitjançant cables protectors.
Al mónpràctica, s'utilitza un codi de dues lletres.
Lletres utilitzades:
- T (la paraula francesa Terre significa "terra") - una connexió directa d'un punt a terra.
- I: cap punt connectat a terra a causa de l' alta impedància.
- N - connexió directa al neutre de la font, que al seu torn està connectada a terra.
A partir de la combinació d'aquestes tres lletres, hi ha tipus de sistemes de connexió a terra: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Què vol dir això?
En un sistema de presa de terra TN, un dels punts d'origen (generador o transformador) està connectat a terra. Aquest punt sol ser el punt estrella en un sistema trifàsic. El xassís del dispositiu elèctric connectat està connectat a terra a través d'aquest punt de terra al costat de la font.
A la imatge de d alt: PE - Acrònim de Protective Earth és un conductor que connecta a terra les parts metàl·liques exposades de la instal·lació elèctrica d'un consumidor. N s'anomena neutre. Aquest és el conductor que connecta l'estrella a terra en un sistema trifàsic. Amb aquestes designacions al diagrama, queda clar immediatament quin sistema de connexió a terra pertany al sistema TN.
Línia neutra TN-S
Aquest és un sistema que té conductors neutres i de protecció separats al llarg del diagrama de cablejat.
El conductor de protecció (PE) és la funda metàl·lica del cable que alimenta la instal·lació o un sol conductor.
Totes les peces conductores exposades amb la instal·lació es connecten a aquest conductor de protecció a través del terminal principal de la instal·lació.
Sistema TN-C-S
Són tipus de sistemes de presa de terra en què les funcions neutre i de protecció es combinen en un sol conductor del sistema.
Al sistema de terra neutre TN-CS, també conegut com a presa de terra múltiple de protecció, el conductor PEN es coneix com a conductor neutre i terra combinat.
El conductor PEN del sistema d'alimentació està connectat a terra en diversos punts i l'elèctrode de terra es troba al lloc d'instal·lació del consumidor o a prop.
Totes les parts conductores exposades a la unitat estan connectades per un conductor PEN mitjançant el terminal de terra principal i el terminal neutre i estan connectades entre si.
Circuit de protecció TT
Aquest és un sistema de protecció de terra amb un sol punt d'alimentació.
Totes les peces conductores exposades amb instal·lació connectades a l'elèctrode de terra són elèctricament independents de la font de terra.
Sistema d'aïllament IT
Sistema de protecció de terra sense connexió directa entre les parts actives i la terra.
Totes les peces conductores exposades amb instal·lació connectades a un elèctrode de terra.
La font està connectada a terra mitjançant una impedància del sistema introduïda deliberadament o aïllada de terra.
Disseny de sistemes de protecció
Connexió entre aparells elèctrics i dispositius amb una placa de terra o un elèctrode mitjançant un cable gruixut amb baixa resistència per garantirla seguretat s'anomena connexió a terra o connexió a terra.
El sistema de connexió a terra de la xarxa elèctrica funciona com a mesura de seguretat per protegir la vida humana i els equips. L'objectiu principal és proporcionar una ruta alternativa per als fluxos perillosos per evitar accidents per descàrrega elèctrica i danys a l'equip.
Les parts metàl·liques de l'equip estan posades a terra o connectades a terra, i si per qualsevol motiu falla l'aïllament de l'equip, les altes tensions que puguin estar presents en el recobriment extern de l'equip tindran un camí de descàrrega a terra. Si l'equip no està connectat a terra, aquesta tensió perillosa es pot transmetre a qualsevol persona que el toqui, provocant una descàrrega elèctrica. El circuit s'ha completat i el fusible s'activa immediatament si el cable actiu toca la caixa de terra.
Hi ha diverses maneres de realitzar el sistema de posada a terra d'instal·lacions elèctriques, com ara posar a terra un cable o una cinta, una placa o una vareta, posar a terra mitjançant una presa de terra o mitjançant el subministrament d'aigua. Els mètodes més habituals són la posada a zero i la configuració d'inserció.
Estora de terra
Una estora de terra es fa connectant diverses barres a través de cables de coure. Això redueix la resistència global del circuit. Aquests sistemes elèctrics de connexió a terra ajuden a limitar el potencial de terra. La catifa de terra s'utilitza principalment al lloc on s'ha de provar un gran correntdanys.
Quan es dissenya una catifa de terra, es tenen en compte els requisits següents:
- En cas d'un mal funcionament, la tensió no ha de ser perillós per a una persona en tocar la superfície conductora de l'equip del sistema elèctric.
- El corrent de curtcircuit de CC que pot fluir a la catifa de terra ha de ser bastant gran perquè el relé de protecció funcioni.
- La resistència del sòl és baixa, de manera que el corrent de fuga pot fluir a través d'ella.
- El disseny de la catifa de terra ha de ser tal que la tensió de pas sigui inferior al valor permès, que dependrà de la resistivitat del sòl necessària per aïllar la instal·lació defectuosa dels humans i dels animals.
Protecció de sobreintensitat d'elèctrodes
Amb aquest sistema de connexió a terra de l'edifici, qualsevol cable, vareta, canonada o feix de conductors es col·loca horitzontalment o verticalment al terra al costat de l'objecte protector. En els sistemes de distribució, l'elèctrode de terra pot consistir en una vareta d'aproximadament 1 metre de llarg i col·locada verticalment a terra. Les subestacions es fan amb una estora de terra, no amb barres individuals.
Circuit de protecció de corrent de canonada
Aquest és el sistema de connexió a terra de la instal·lació elèctrica més comú i millor en comparació amb altres sistemes adequats per a les mateixes condicions de terra i humitat. En aquest mètode, l'acer galvanitzat i un tub perforat amb una longitud i un diàmetre calculats es col·loquen verticalment sobre un sòl constantment humit, commostrat a continuació. La mida de la canonada depèn del corrent actual i del tipus de sòl.
Normalment, la mida de la canonada per a un sistema de connexió a terra d'una casa és de 40 mm de diàmetre i 2,5 metres de llarg per a sòls normals, o més llarg per a sòls secs i pedregosos. La profunditat a la qual s'ha d'enterrar la canonada depèn del contingut d'humitat del sòl. Normalment, la canonada es troba a 3,75 metres de profunditat. La part inferior de la canonada està envoltada de petits trossos de coca o carbó vegetal a una distància d'uns 15 cm.
S'utilitzen nivells alternatius de carbó i sal per augmentar la superfície efectiva de terra i reduir així l'arrossegament. Un altre tub amb un diàmetre de 19 mm i una longitud mínima d'1,25 metres es connecta a la part superior del tub GI mitjançant un reductor. A l'estiu, la humitat del sòl disminueix, la qual cosa comporta un augment de la resistència de la terra.
Així s'està treballant en una base de formigó de ciment per mantenir l'aigua disponible a l'estiu i disposar de terrenys amb els paràmetres de protecció necessaris. A través d'un embut connectat a una canonada de 19 mm de diàmetre es poden afegir 3 o 4 galledes d'aigua. Un cable de terra GI o una tira de cable GI amb una secció transversal suficient per eliminar el corrent amb seguretat es transporta a una canonada GI de 12 mm de diàmetre a una profunditat d'uns 60 cm des del terra.
Placa de connexió a terra
En aquest dispositiu de sistema de presa de terra, la placa de terra de 60 cm × 60 cm × 3 m de coure i 60 cm × 60 cm × 6 mm de ferro galvanitzat està submergida a terra amb una superfície vertical a una profunditat d'almenys. A 3 m del nivell del terra
La placa protectora s'insereix a les capes auxiliars de carbó vegetal i sal amb un gruix mínim de 15 cm. El cable de terra (filferro GI o de coure) està subjectat amb força a la placa de terra.
La placa de coure i el cable de coure no s'utilitzen habitualment en circuits de protecció a causa del seu cost més elevat.
Connexió a terra mitjançant subministrament d'aigua
En aquest tipus, el cable GI o de coure es connecta a la xarxa de fontaneria amb un cable de connexió d'acer que s'uneix al cable de coure com es mostra a continuació.
La fontaneria està feta de metall i es troba sota la superfície de la terra, és a dir, connectada directament a terra. El flux de corrent a través del cable GI o de coure es posa a terra directament a través de la fontaneria.
Càlcul de la resistència del bucle de terra
La resistència d'una sola tira d'una vareta enterrada a terra és:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (2 x L x L / A x t)), on:
ρ - estabilitat del sòl (Ω ohm), L - longitud de la tira o del conductor (cm), w - amplada de la banda o diàmetre del conductor (cm), t - profunditat d'enterrament (cm).
Exemple: calculeu la resistència de la banda de terra. Cable amb un diàmetre de 36 mm i una longitud de 262 metres a una profunditat de 500 mm a terra, la resistència de terra és de 65 ohms.
R és la resistència de la barra de terra en W.
r - Resistència de terra (ohmímetre)=65 ohm.
Mesura l - longitud de la vareta (cm)=262 m=26200 cm.
d -diàmetre interior de la vareta (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - profunditat de la tira o de la vareta oculta (cm)=500 mm=50 cm.
Fixa de terra/resistència del conductor (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (log (2 x L x L / Pes))
Resistència de la tira de terra/conductor (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Fixa de terra/resistència del conductor (R) =1,7 Ohm.
La regla general es pot utilitzar per calcular el nombre de varetes de terra.
Es pot calcular la resistència aproximada dels elèctrodes de la barra/del tub utilitzant la resistència dels elèctrodes de la barra/del tub:
R=K x ρ / L on:
ρ - resistència de terra en ohmímetre, L - longitud de l'elèctrode al mesurador, d - diàmetre de l'elèctrode al mesurador, K=0,75 si 25 <L / d <100.
K=1 si 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L si 600 <L / d <300.
Nombre d'elèctrodes, si trobeu la fórmula R (d)=(1, 5 / N) x R, on:
R (d) - resistència necessària.
R - resistència d'un sol elèctrode
N: el nombre d'elèctrodes instal·lats en paral·lel a una distància de 3 a 4 metres.
Exemple: calculeu la resistència de la canonada de terra i el nombre d'elèctrodes per obtenir una resistència d'1 ohm, resistivitat del sòl a partir de ρ=40, longitud=2,5 metres, diàmetre de la canonada=38 mm.
L/d=2,5/0,038=65,78, per tant K=0,75.
Resistència dels elèctrodes de canonada R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Un elèctrode - resistència - 12 ohms.
Per obtenir una resistència d'1 ohm, el nombre total d'elèctrodes necessaris=(1,5 × 12) / 1=18
Factors que afecten la resistència de terra
El codi
NEC requereix una longitud mínima de l'elèctrode de terra de 2,5 metres per al contacte a terra. Però hi ha alguns factors que afecten la resistència de terra del sistema de protecció:
- Longitud/profunditat de l'elèctrode de terra. La duplicació de la longitud redueix la resistència superficial fins a un 40%.
- Diàmetre de l'elèctrode de terra. La duplicació del diàmetre de l'elèctrode de terra redueix la resistència de terra només un 10%.
- Nombre d'elèctrodes de terra. Per millorar l'eficiència, s'instal·len elèctrodes addicionals a la profunditat dels elèctrodes de terra principals.
Construcció de sistemes elèctrics de protecció d'un edifici residencial
Les estructures de terra són actualment el mètode preferit de connexió a terra, especialment per a xarxes elèctriques. L'electricitat sempre segueix el camí de menor resistència i desvia el corrent màxim del circuit cap a fosses de terra dissenyades per reduir la resistència, idealment fins a 1 ohm.
Per aconseguir aquest objectiu:
- S'excava una àrea d'1,5 m x 1,5 m a una profunditat de 3 m. El forat està mig ple amb una barreja de pols de carbó, sorra i sal.
- GI de 500 mm x 500 mm x 10 mm es col·loca al mig.
- Establiu connexions entre la placa de terra per al sistema de connexió a terra de la casa privada.
- Altrespart de la fossa s'omple amb una barreja de carbó, sorra i sal.
- Es poden utilitzar dues tires GI de 30 mm x 10 mm per connectar la placa de terra a la superfície, però es prefereix una canonada GI de 2,5" amb una brida a la part superior.
- A més, la part superior de la canonada es pot cobrir amb un dispositiu especial per evitar que la brutícia i la pols entrin i obstrueixin la canonada de terra.
La placa
Instal·lació del sistema de connexió a terra i avantatges:
- El carbó en pols és un excel·lent conductor i prevé la corrosió de les peces metàl·liques.
- La sal es dissol a l'aigua, augmentant molt la conductivitat.
- La sorra permet que l'aigua passi pel forat.
Per comprovar l'eficiència de la fossa, assegureu-vos que la diferència de tensió entre la fossa i el neutre de la xarxa sigui inferior a 2 volts.
La resistència de la fossa s'ha de mantenir a menys d'1 ohm, a una distància de fins a 15 m del conductor de protecció.
Descàrrega elèctrica
La descàrrega elèctrica (electroshock) es produeix quan dues parts del cos d'una persona entren en contacte amb conductors elèctrics en un circuit que té potencials diferents i crea una diferència de potencial a tot el cos. El cos humà té resistència, i quan està connectat entre dos conductors a diferents potencials, es forma un circuit a través del cos i el corrent fluirà. Quan una persona només contacta amb un conductor, no es forma cap circuit i no passa res. Quan una persona entra en contacte amb els conductors del circuit, sense importar la tensió que hi hagi, semprehi ha la possibilitat de lesions per descàrrega elèctrica.
Avaluació del risc de llamps per a edificis residencials
Algunes cases tenen més probabilitats d'atreure els llamps que d' altres. Augmenten en funció de l'alçada de l'edifici i de la proximitat a altres habitatges. La proximitat es defineix com el triple de la distància des de l'alçada de la casa.
Per determinar la vulnerabilitat d'un edifici residencial als llamps, podeu utilitzar les dades següents:
- Risc baix. Habitatges privades d'un nivell molt a prop d' altres cases de la mateixa alçada.
- Risc mitjà. Casa privada de dos nivells envoltada de cases d' altures similars o envoltada de cases de menors altures.
- Risc alt. Cases aïllades que no estiguin envoltades d' altres estructures, cases de dos pisos o cases de menor alçada.
Independentment de la probabilitat que caigui un llamp, l'ús adequat de components importants de protecció contra llamps ajudarà a protegir qualsevol llar d'aquests danys. Els sistemes de protecció contra llamps i de connexió a terra són necessaris en un edifici residencial perquè el llamp es desviï cap a terra. El sistema normalment inclou una barra de terra amb una connexió de coure que s'instal·la a terra.
Quan instal·leu un esquema de protecció contra llamps a una casa, seguiu els requisits següents:
- Els elèctrodes de terra han de tenir almenys la meitat de 12 mm de llarg i 2,5 m de llarg.
- Connexions de coure recomanades.
- Si el lloc del sistema té sòls pedregosos o línies subterrànies d'enginyeria, està prohibit utilitzarelèctrode vertical, només cal el conductor horitzontal.
- Ha d'estar encastat com a mínim a 50 cm del terra i allargar-se almenys 2,5 m de la casa.
- Els sistemes de connexió a terra de la llar privada s'han d'interconnectar amb el mateix conductor de mida.
- Els connectors per a tots els sistemes de canonades metàl·liques subterrànies, com ara les canonades d'aigua o de gas, s'han d'ubicar a 8 m de la casa.
- Si tots els sistemes ja estaven connectats abans d'instal·lar la protecció contra llamps, només cal que lligueu l'elèctrode més proper al sistema de fontaneria.
Totes les persones que viuen o treballen en edificis públics residencials estan constantment en contacte estret amb sistemes i equips elèctrics i han d'estar protegits de manera fiable dels fenòmens perillosos que es puguin produir a causa de curtcircuits o tensions molt altes per descàrrega d'un llamp.
Per aconseguir aquesta protecció, els sistemes de connexió a terra de la xarxa elèctrica s'han de dissenyar i instal·lar d'acord amb els requisits nacionals estàndard. Amb el desenvolupament de materials elèctrics, els requisits per a la fiabilitat dels dispositius de protecció augmenten.
