9 10

Proiectarea instalaiilor de legare la pmnt

1. Noiuni generale

Instalaia de legare la pmnt este un ansamblu format din conductoarele de legare la pmnt i priza de pmnt prin care se realizeaz legturi cu pmntul.

n funcie de rolul lor, instalaiile de legare la pmnt sunt de urmtoarele categorii:

a) Instalaii de legare la pmnt de protecie mpotriva electrocutrilor. La priza de pmnt se leag toate elementelor conductoare ale unei instalaii electrice care nu fac parte din circuitele curenilor de lucru i care n funcionare normal nu sunt sub tensiune, dar care pot ajunge accidental sub tensiune;

b) Instalaii de legare la pmnt de exploatare sunt destinate legrii la pmnt a unor elemente care fac parte din circuitele curenilor normali de lucru (de exemplu legarea la pmnt a nulului transformatorului de for);

c) Instalaii de legare la pmnt de protecie mpotriva supratensiunilor atmosferice i de comutaie. La priza de pmnt se racordeaz elementele de protecie mpotriva supratensiunilor atmosferice i de comutaie (paratrsnete, descrctoare, electoare, fire de gard ale liniilor electrice);

d) Instalaii de legare la pmnt pentru asigurarea condiiilor de funcionare a proteciilor prin relee mpotriva defectelor cu punere la pmnt respectiv de mas;

e) Instalaii de legare la pmnt folosite n comun - realizeaz simultan funciile de protecie i de exploatare. Folosirea n comun a unei prize de pmnt pentru legri la pmnt de protecie mpotriva electrocutrilor i pentru legri la pmnt ale paratrsnetelor este admis numai dac rezistena ei de dispersie este mai mic dect 1 .

Prin atingerea direct se nelege atingerea de ctre om nemijlocit sau prin intermediul unui element conductor a prilor active ale unei instalaii electrice.

Prin atingerea indirect se nelege atingerea de ctre om a unor pri intrate accidental sub tensiune datorit unui defect electric.

Zon de potenial nul (pmnt de referin) este zon n care tensiunea ntre dou puncte ale suprafeei solului este mai mic de 0,3% pe metru din tensiunea total a prizei, la trecerea curentului de defect prin aceasta.

Prin punerea la pmnt se nelege atingerea accidental ntre o parte activ i pmnt sau o parte conductoare n contact cu pmntul.

Prin punerea la mas se nelege atingerea accidental ntre o parte activ i mas. Prin zon cu circulaie frecvent se nelege zona nengrdit care se afl la o

distan mai mic sau egal cu 15 m de drumuri, osele, ngrdirile locuinelor, unitilor industriale sau agricole, accesibil i altor persoane dect cele care fac parte din personalul de exploatare.

Prin zon cu circulaie redus se nelege zona ngrdit n care are acces numai personalul special instruit, precum i zona aflat la distan mai mare cu 15m de drumuri, osele, locuine sau ngrdirile acestora.

Curentul de defect, Id este curentul electric care apare accidental n urma unui defect i care se nchide prin pmnt la locul de defect.

Curentul de punere la pmnt prin priz Ip este acea parte a curentului de defect, care trece prin electrozii prizei de pmnt considerat.

Rezistivitatea a solului este o mrime caracteristic a solului i reprezint rezistena electric ntre dou fee opuse ale unui cub din solul respectiv aflat n condiii naturale i avnd laturile egale cu unitatea de lungime.

Tensiunea prizei de pmnt tensiunea ce apare ntre priza de pmnt i zona de

potenial nul la trecerea unui curent Ip prin priza de pmnt (fig.1). ppp IR=U (1)

unde: Rp este rezistena de dispersie a prizei de pmnt

Fig. 1. Definirea tensiunii prizei Up, a tensiunii de atingere Ua i a tensiunii de pas Upas.

11 12

Tensiunea de atingere Ua este tensiunea la care este supus omul aflat la o distan de 0,8 m de obiectul atins, cnd obiectul atins este legat la priza de pmnt, iar prin priz trece curentul Ip (fig.1).

Tensiunea de pas Upas este tensiunea care apare ntre tlpile unui om, cnd distana ntre ele este 0,8 m, iar prin priza de pmnt trece curentul Ip (fig.1).

Coeficientul de atingere ka se definete ca valoarea raportului dintre tensiunea de atingere dintr-un punct de pe teritoriul staiei i tensiunea prizei.

p

k

p

aa U

U1

UU

=k = ; (2)

Coeficientul de pas kpas se definete ca valoarea raportului dintre tensiunea de pas dintr-un punct de pe teritoriul staiei i tensiunea prizei

p

k2k1

p

paspas U

UUU

U=k

= (3)

n care: Uk reprezint potenialul punctului k pentru care se determin

coeficientul de atingere; Up - tensiunea prizei de pmnt; Uk1 i Uk2 - potenialele punctelor k1 i k2 pentru care se calculeaz

coeficientul de pas. Rezistena de dispersie (de contact) a prizei de pmnt este raportul dintre

tensiunea prizei de pmnt i curentul de punere la pmnt ce trece prin priz.

p

pp I

U=R (4)

Timpul de deconectare reprezint durata ntre producerea defectului i deconectarea circuitului defect de la sursa de alimentare cu energie electric.

Proiectarea unei instalaii de legare la pmnt nseamn: Stabilirea configuraiei prizelor de pmnt astfel nct tensiunile de atingere

i de pas s fie sub limitele maxime admise; Verificarea la stabilitatea termic a prizelor de pmnt; Stabilirea seciunilor conductoarelor de legtur dintre elementele

instalaiilor i priz de pmnt, astfel nct s fie ndeplinite condiiile de stabilitate termic n regim de defect a acestor conductoare.

2. Staii de conexiuni i de transformare exterioare

Instalaia de legare la pmnt este format din: - prizele de pmnt naturale; - priza de pmnt artificial;

- instalaia de dirijare a distribuiei potenialelor; - conductoarele de legare la pmnt (principale, de ramificaie i de legare la

prizele de pmnt). Prizele de pmnt naturale i legturile la acestea sunt alctuite din: armturile

metalice ale construciilor de beton armat, stlpii, fundaiile cadrelor i ale aparatelor; construciile metalice permanente; conductele metalice de ap; nveliurile metalice ale cablurilor ngropate; evile pentru forare.

La dimensionarea instalaiei de legare la pmnt se interzice a se lua n considerare urmtoarele elemente: conductele prin care trec fluide combustibile; elementele care nu prezint o seciune suficient de mare; elementele care prin demontarea lor n timpul operaiilor de exploatare i ntreinere, ar putea ntrerupe circuitul de protecie.

Seciunea echivalent minim a armturilor fiecrui element de beton armat sau metalic folosit drept priz natural de pmnt sau conductor de legare la pmnt, trebuie s fie de 100 mm2 oel.

Toate elementele care constituie prize de pmnt naturale se vor lega la reeaua conductoarelor principale de legare la pmnt.

n staia exterioar, aceste conductoare sunt alctuite din electrozii orizontali destinai dirijrii distribuiei potenialelor.

Priza de pmnt artificial se realizeaz cu electrozi verticali, distribuii uniform pe un contur, aflat la o distan minim de 1m fa de gardul staiei i legai ntre ei prin electrozi orizontali.

Fig. 2. Instalaia de legare la pmnt a unei staii exterioare

Electrozii verticali, de regul, se execut din eav de oel cu diametrul 2 2 1/2 i cu o lungime l = 2 ... 3 m.

Adncimea de ngropare a electrozilor verticali trebuie s fie h 0,8 m, considerat de la captul superior al electrodului pn la suprafaa solului. La

13 14

aceeai rezistivitate, cu ct adncimea de ngropare va fi mai mare, cu att coeficienii de pas de la marginea prizei vor fi mai mici, iar rezistena de dispersie de trecere la pmnt n general va scdea.

Distana ntre doi electrozi se admite a 2l. n condiii speciale aceast distan se poate micora, dar ea nu poate fi mai mic dect a = l. Cu ct distana a dintre electrozii prizei de pmnt este mai mare cu att coeficienii de ecranare vor fi mai mari, ceea ce determin la acelai numr de electrozi, o rezistena de dispersie rezultant mai mic.

Electrozii orizontali, care leag ntre ei electrozii verticali, formnd o centur n jurul staiei, se vor executa din profil band sau rotund. Pentru instalaiile i echipamentele electrice de nalt tensiune, seciunea minim a electrozilor din oel pentru prizele de pmnt artificiale este de 150 mm2, indiferent de modul de protejare a oelului sau de agresivitatea solului. n cazul n care se folosesc electrozi orizontali de seciune dreptunghiular, grosimea acestora trebuie s fie de cel puin 4 mm. Adncimea de ngropare a electrozilor va fi de preferin 0,8 - 1,0 m, avndu-se n vedere faptul c prin mrirea adncimii de ngropare rezistena prizei de pmnt se micoreaz i este mai puin influenat de condiiile atmosferice; de asemenea, se micoreaz i coeficienii de pas la marginea prizei.

Instalaiei de dirijare a potenialelor se realizeaz n interiorul conturului prizei artificiale la o distan de cel puin 1,5 m de aceasta, cu scopul micorrii tensiunilor de atingere i de pas n incinta staiei.

Aceast instalaie va cuprinde urmtoarele elemente: reeaua electrozilor pentru dirijarea distribuiei potenialelor, care are i

rolul unei reele a conductoarelor principale de legare la pmnt; prizele de pmnt naturale i celelalte elemente legate pentru egalizarea

potenialelor n staie; conductoarele de ramificaie pentru racordarea la conductoarele principale

de legare la pmnt. Electrozii orizontali pentru dirijarea potenialelor se vor dispune sub forma

unor benzi paralele la o distan de circa 0,6 m de echipamente, astfel nct s treac prin zonele de deservire ale acestora.

Electrozii destinai micorrii tensiunilor de atingere vor fi ngropai n stratul superficial al solului, la o adncime de cel mult 0,6 m. Aceti electrozi fac parte din instalaia de legare la pmnt, constituind totodat i reeaua conductoarelor principale de legare la pmnt.

Reeaua conductoarelor principale de legare la pmnt se leg pe de o parte la priza de pmnt artificial, pe de alt parte la aceast reea, prin intermediul conductoarelor de ramificaie, se leag obiectele n jurul crora se dorete micorarea tensiunilor de atingere i de pas.

Prizele de pmnt orizontale de dirijare a distribuiei potenialelor se vor executa cu electrozi din oel zincat de seciune dreptunghiular sau circular, avnd seciunile impuse prizelor de pmnt (conform STAS 12604/5-90).

O micorare mai accentuat a coeficienilor de atingere n apropierea unor anumite obiecte se va obine prin ngroparea unor electrozi orizontali suplimentari la adncimi variind ntre 0,1 m i 0,4 m la o distan de cca. 0,8 m (cel mult 1m) fa de obiect. Aceti electrozii se vor dispune dup un contur n form de inel, ptrat, dreptunghi sau sub forma unor benzi paralele.

O micorare mai accentuat a tensiunilor de pas la marginea prizei artificiale, se va obine prin electrozi suplimentari cu o adncime de ngropare cresctoare pn la cel mult 1,2 m. Aceti electrozii suplimentari se vor racorda, de asemenea, la priza de pmnt complex a staiei.

n jurul cldirilor aflate n incinta staiei exterioare va fi prevzut la o distan de circa 0,8 m de fundaie, un contur de electrozi legai cu restul instalaiei.

La acest contur se vor racorda conductoarele principale de legare la pmnt din interiorul cldirii, precum i armturile metalice din stlpii i fundaiile de beton armat ale cldirii.

De regul, ngrdirile care delimiteaz incinta unei staii nu vor fi racordate la instalaia de legare la pmnt. n cazul n care se constat n afara incintei tensiuni de atingere care depesc valorile maxime admise, se vor executa prize suplimentare de dirijare a distribuiei potenialelor. Acestea vor fi legate numai cu ngrdirea staiei i nu se leag la instalaia de legare la pmnt din incint.

Pentru legarea aparatelor electrice i a elementelor de susinere la conductoarele principale de legare la pmnt, se vor folosi, de regul, dou conductoare de ramificaie pentru fiecare aparat sau cadru ale cror seciuni nsumate s corespund condiiilor de stabilitate termic (fig.2). Aceste conductoare de ramificaie se vor racorda la dou benzi de dirijare n vederea reducerii coeficientului de atingere i de pas.

Drept conductoare de ramificaie (de coborre de la aparate sau cadre) se pot folosi armturile metalice sau corpul metalic al elementelor respective de susinere, asigurndu-se continuitatea electric necesar.

n vederea asigurrii stabilitii termice la scurtcircuit se pot prevedea unele conductoare suplimentare de coborre, care au rolul de a mri seciunea.

Dac un aparat sau cadru are doi sau mai muli stlpi de susinere, pentru legarea la conductorul principal, sunt suficiente, numai dou legturi de ramificaie dispuse la doi dintre stlpii respectivi cu condiia ca armturile metalice ale acestora s aib o legtur electric ntre ele.

3. Staii i posturi de transformare interioare

n staiile electrice de transformarea interioare, pentru respectarea limitelor maxime admise cu privire la tensiunile de atingere i de pas (STAS 2612-87 i STAS 12604/4-89), se vor lua urmtoarele msuri:

se folosesc prizele de pmnt naturale; se realizeaz o priz de pmnt artificial;

15 16

se realizeaz o instalaie de egalizarea potenialelor n interiorul cldirii; se realizeaz o instalaie de dirijare a distribuiei potenialelor n

exteriorul cldirii; se realizeaz izolarea amplasamentelor att n interior, ct i n exterior.

Priza de pmnt artificial i instalaia de dirijare a distribuiei potenialelor n exteriorul cldiri se realizeaz n modul artat n figura 3 i prezentat n cele ce urmeaz:

n exteriorul cldirii, la o distan de 0,3 m de fundaie i la adncimea de 0,2 m - 0,3 m fa de suprafaa solului se va realiza un contur din oel lat sau oel rotund, n jurul cldirii, destinat micorrii tensiunii de atingere. Un al doilea contur, destinat aceluiai scop, se va realiza n jurul cldirii la o distan de 0,8 m de fundaie i la o adncime de 0,4 - 0,6 m. La o distan de 1,5 - 2,0 m de fundaia cldirii, se realizeaz o priz vertical respectiv un contur din electrozii orizontali care leag ntre ei electrozi verticali distribuii uniform pe contur, realizat identic ca la staiile exterioare.

Fig. 3. Instalaiei de legare la pmnt pentru o staie electric interioar.

Electrozii verticali se vor confeciona, de regul, din eav de oel, cu diametrul 2 - 2 1/2 i cu o lungime l = 2 ... 3 m.

Ei se vor ngropa la o adncime h = 0,8 - 1,0 m, considerat de la suprafaa solului. Distan dintre electrozii verticali, trebuie s fie a 2l. n condiii speciale se poate micora aceast distan, ns ea nu poate fi mai mic dect a = l. Electrozii orizontali (conductoarele de legtur dintre electrozii verticali) se confecioneaz din oel lat. Adncimea de ngropare a acestor electrozi va fi de 0,8 - 1,0 m i vor fi sudai la captul superior al electrozilor verticali. La o distan de 1,5 m de conturul prizelor verticale i la o adncime de 1 m se va realiza un ultim contur din oel lat sau rotund, destinat micorrii tensiunii de pas.

Toate contururile indicate mai sus se vor lega ntre ele pe direcia diagonalelor i pe patru direcii perpendiculare pe laturile acestor contururi.

n interiorul cldirii, de-a lungul pereilor, se amplaseaz conductoarele principale de legare la pmnt, care, de regul, formeaz circuite nchise.

La conductoarele principale de legare la pmnt, prin ramificaii separate, se leag:

carcasele echipamentelor i utilajelor fixe i mobile ale instalaiilor electrice, inclusiv elementele de susinere ale acestora (metalice sau din beton armat);

ngrdirile de protecie (plase, ui pline, bariere) att cele fixe, ct i cele mobile ori demontabile dac au montate pe acestea aparataj i/sau circuite electrice i, dac nu au un contact electric de rezisten electric neglijabil cu alte elemente racordate la instalaia de legare la pmnt;

elementele metalice, inclusiv armturile metalice ale construciilor de beton armat, din cldirea n care sunt amplasate instalaiile electrice de nalt tensiune i care nu pot fi atinse de persoanele din interiorul sau exteriorul ncperii respective (scri, rame de ui i ferestre, conducte metalice etc.);

suporturile de fixare ale lanurilor la intrrile conductoarelor n cldiri, precum i armturile metalice ale trecerilor izolante prin perei, plcile din materiale electroizolante destinate traversrilor de conductoare prin perei vor fi ncadrate (individual sau n comun) cu cte o ram metalic legat la pmnt;

armturile, ecranele i nveliurile metalice ale tuturor cablurilor electrice (de energie, comand-control, telemecanic etc.), inclusiv ale celor cu nveli exterior din PVC, cu excepia acelora la care din considerente de funcionare este interzis o astfel de legare la pmnt;

construciile (stelajele) metalice de susinere a cablurilor electrice; dac diferite elemente ale construciei stelajului de cabluri (console, scrie, longeroane etc.) sunt legate galvanic ntre ele (respectiv, se asigur continuitatea electric prin sudur sau piese metalice de mbinare), legarea la pmnt se va putea face numai la extremitile construciei; nveliurile metalice ale cablurilor vor fi legate la pmnt la capete, iar la cutiile de mbinare i derivaie se vor realiza continuitatea electric a armturilor i a nveliurilor metalice ale cablurilor;

bornele speciale pentru legarea la pmnt de protecie a transformatoarelor de msur, descrctoarelor i a eclatoarelor de orice tip; aceste borne vor fi marcate cu semnul de legare la pmnt de protecie;

prizele de pmnt naturale, precum i diferitele elemente metalice existente n vederea egalizrii potenialelor.

Conductoarele principale se vor racorda la priza artificial de pmnt prin cel puin dou legturi separate.

17 18

Pentru micorarea tensiunilor de atingere i de pas n exteriorul cldirii respectiv pentru creterea coeficienilor de amplasament a i pas, se va realiza n jurul acesteia un trotuar din dale de beton sau din asfalt, avnd limea de cel puin 1 m.

Pentru micorarea tensiunii de atingere n interiorul cldirii n zonele de circulaie i de deservire vor fi prevzute covorae electroizolante din cauciuc.

4. Proiectarea prizei de pmnt artificiale i a instalaiei de dirijare a distribuiei potenialelor

Prin instalaia de legare la pmnt trebuie s se asigure, c n cazul unui defect n cadrul instalaiilor de nalt tensiune (peste 1000V), tensiunile de atingere i de pas nu depesc valorile maxime admisibile indicate n tabelul 1.

Staiile i posturile de transformare exterioare ngrdite se ncadreaz n categoria instalaiilor electrice cu circulaie redus (n incint), iar zonele din exteriorul acestora sunt ncadrate, fie n categoria instalaiilor electrice din zone cu circulaie frecvent, fie n categoria instalaiilor electrice din zone cu circulaie redus, n funcie de distana fa de marginea drumurilor, oselelor sau a ngrdirilor locuinelor.

Pentru incinta staiile de conexiuni i de transformare exterioare, tensiunile de atingere i de pas maxime sunt date n tabelul 1.

Tabelul 1. Tensiunile maxime admise de atingere i de pas

Zone de amplasare

Tensiunea maxim admis de atingere i de pas pentru timpul de ntrerupere la protecia de baz de:

0,2 s 0,3 s 0,4 s 0,5 s 0,6 s 0,7 s 0,8-1,2 s1,2- 3 s > 3 s

a) circulaie frecvent

125

100

85

80

75

70

65

65

50 50

b) circulaie redus, fr mijloace ind. de protecie izolante

250

200

165

150

140

130

125

125

125

c) circulaie redus cu folosirea mijloacelor individuale de protecie izolante

500

400

330

300

280

260

250

250

250

n conformitate cu STAS 2612-1987 (12604/2-87) tensiunile de atingere i de pas la instalaiile de nalt tensiune, n condiiile n care timpii de eliminare a defectului prin protecia de baz sunt tb 0,4 s, sunt stabilite considernd curentul

maxim admis prin corpul omului Ih, n funcie de timpul de declanare n caz de defect.

n tabelul 2 se dau limitele maxime ale curenilor prin corpul omului, considerate n calcule pentru concepia i stabilirea sistemelor de protecie mpotriva electrocutrilor i care pot fi folosite la dimensionarea instalaiilor de legare la pmnt pentru timpii de ntrerupere la protecia de baz tb 0,4 s.

Tabelul 2. Limitele maxime admise de calcul ale curenilor prin corpul omului Ih (mA) pentru tb 0,4 s

Nr.crt.

Felul curentului

Nr. sistemelor de eliminare a defectului

Timpul de ntrerupere la protecia tb , 0,1 0,2 0,3 0,4

1. c.a. - un sistem 115 60 50 35 2. c.c. - un sistem - 115 90 80 n cazul proteciei mpotriva electrocutrilor prin atingere indirect, limita de

calcul maxim admis a impedanei totale a corpului omului Zh (se poate considera egal cu rezistena ohmic a corpului Rh) unde Zh Rh = 3000 .

4.1. Calculul rezistenei de dispersie a prizelor de pmnt

Pentru executarea unei prize de pmnt de o anumit rezisten, este necesar s se efectueze un calcul prealabil, urmnd ca dup executarea prizei s se verifice prin msurri directe concordana ntre valoarea real i cea rezultat din calcul.

Totdeauna se vor folosi n primul rnd prizele naturale. Prizele de pmnt artificiale se vor folosi numai pentru completarea prizelor naturale i pentru dirijarea distribuiei potenialelor. Prevederea prizelor artificiale trebuie s fie justificat n proiect.

Proiectantul prii de construcii va da toate datele necesare pentru asigurarea continuitii armturilor metalice i accesibilitatea lor pentru execuia legturii. Proiectantul prii tehnologice va da detalii pentru accesibilitatea construciilor metalice, pentru utilizarea lor drept prize de pmnt naturale i conductoare de legtur.

Rezistenele prizelor de pmnt, de care trebuie s se in seama la executarea prizelor de pmnt, sunt:

- rezistena echivalent a prizelor de pmnt naturale, Rpn; - rezistena echivalent a prizelor de pmnt artificiale, Rpa; - rezistena echivalent a prizelor de pmnt pentru dirijarea distribuiei

potenialelor, Rpd; - rezistena de dispersie Rsc a sistemelor constituite din conductoarele de

protecie ale LEA racordate la instalaia de legare la pmnt de la capete i la prizele de pmnt ale stlpilor LEA, Rps;

- rezistena de dispersie, rezultant a altor prize aflate n incinta (platforma) respectiv, Rv, conductoarele de legtur avnd impedana Zo.

19 20

Rezistenele Rpa i Rpd se vor determina lundu-se n considerare coeficienii respectivi de utilizare.

Relaia de calcul pentru rezistena unei prize de pmnt complexe este urmtoarea:

ovscpdpnpa

p

Z+R1+

R1+

R1+

R1+

R1

1=R (5)

Rezistena prizei artificiale, reprezint rezistena echivalent a prizelor de pmnt artificiale singulare etc.

n=k

1=k pk

kpa

ru

1=R (6)

unde: rpk este rezistena prizei singulare de rang k; uk - coeficientul de utilizare a prizei singulare de rang k. La prizele cu electrozi identici, relaia devine:

un

r=R ppa

(7)

unde: rp este rezistena unei prize singulare; u - coeficientul de utilizare; n - numrul de electrozi folosii.

Rezistena prizei de pmnt artificiale este:

popt

poptpa RR

RR=R

+

(8)

unde: Rpt este rezistena de dispersie a prizei multiple verticale (constituit din

electrozii verticali); Rpo - rezistena de dispersie a prizei multiple orizontale (constituit din electrozii

orizontali de legtur dintre electrozii verticali).

Tabelul 3 Valorile coeficieni de utilizare u

Nr. crt.

Numrul electrozilor

Distana a dintre electrozii

verticali n raport cu

lungimea l a electrozilor

Coeficientul de utilizare

Electrozi verticali aezai liniar

Electrozi verticali amplasai pe un contur

(circuit nchis) priza

vertical u1

priza orizontal

u2

priza vertical

u1

priza orizontal

u2 1 2 3 4 5 6 7

1

2 3 4 5 6

10 20 40 60 100

a = l

0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,50

- - -

0,80 0,80 0,77 0,75 0,60 0,60 0,20 0,20

- -

- 0,75 0,65 0,62 0,60 0,55 0,50 0,40 0,38 0,35

- 0,50 0,45 0,42 0,40 0,33 0,25 0,20 0,20 0,19

2

2 3 4 5 6

10 20 40 60 100

a = 2l

0,90 0,85 0,82 0,80 0,78 0,75 0,70

- - -

0,90 0,90 0,88 0,85 0,80 0,75 0,56 0,40

- -

- 0,80 0,75 0,72 0,70 0,66 0,61 0,55 0,52 0,50

- 0,60 0,55 0,52 0,50 0,44 0,30 0,29 0,27 0,24

3

2 3 4 5 6

10 20 40 60 100

a = 31

0,95 0,90 0,88 0,85 0,82 0,80 0,75

- - -

0,95 0,90 0,85 0,82 0,80 0,75 0,68 0,54

- -

- 0,90 0,85 0,82 0,80 0,75 0,70 0,65 0,62 0,60

- 0,75 0,70 0,68 0,65 0,56 0,45 0,39 0,36 0,33

21 22

Tabelul 4. Calculul rezistenelor pentru prize simple verticale conform STAS 12604/5-90

Felul electrodului prizei simple verticale

Formula de calcul a rezistenei de dispersie a prizelor simple verticale

1 2 1 eav cu partea

superioar la nivelul suprafeei solului i diametrul evii mult mai mic dect lungimea ei, d l

dl

lrpv

4lg366,0 =

2 eav ngropat la adncimea t:

t = q +l/2

+

+

=ltlt

dl

lrpt 4

4lg212lg366,0

3 Bar cu seciunea dreptunghiular:

- la nivelul solului; - ngropat la

adncimea t: t = q + l/2

bl

lrpv

8lg366,0 =

+

+

=ltlt

bl

lrpt 4

4lg214lg366,0

Plac de form neregulat ngropat la adncimea t:

t = q +b/2

+

+

=

St

S

pSrpt

24arcsin21

8

Plac ptrat ngropat la adncimea:

t = q +a/2

++

+

= 2

2211

1arcsin637,01222,0qD

rpt

Plac circular ngropat la adncimea:

t = q + D/2

+

+

= 241

1arcsin637,0125,0

DtD

rpt

Tabelul 5. Calculul rezistenelor pentru prizele orizontale, conform STAS 12604/5-90

Nr. crt.

Felul electrodului prizei simple orizontale

Formula de calcul a rezistenei de dispersie

a prizelor simple orizontale

1 2

2eav (sau profil rotund) ngropat orizontal la adncimea q d

ll

rp2lg732,00

=

3eav (sau profil rotund) aezat orizontal la nivelul suprafeei solului qd

ll

rpq2

lg366,0 =

4

Bar cu seciune dreptunghiular aezat: - la suprafa;

bl

lrp

4lg732,00

=

- la adncimea q; bql

lrpq

22lg366,0 =

5

Electrod inelar cu seciune circular aezat orizontal: - la suprafa; d

ll

rp2lg732,00

=

- la adncimea q; qdl

lrpq

=

24lg366,0

6

Electrod inelar cu seciune dreptunghiular aezat: - la suprafa; b

ll

rp

=16lg732,00

- la adncimea q; qdl

lrpq

=

28lg366,0

7 Plac aezat pe suprafaa solului Srp

= 44,00

8 Plac circular aezat pe suprafaa solului Drp 20

=

9

Electrod semisferic ngropat, cu o suprafa circular (baz) la nivelul suprafeei solului

Drp

=0

n care:

23 24

rpo este rezistena de dispersie a prizei simple la suprafaa solului; rpq - rezistena de dispersie a prizei simple la adncimea q; rpv - rezistena de dispersie a prizei verticale simple avnd partea superioar la

nivelul suprafeei solului; rpt - rezistena de dispersie a prizei verticale simple avnd partea superioar la

adncimea q; - rezistivitatea de calcul a solului, n m; d - diametrul electrodului, n m; b - limea barei, n m; a - latura plcii ptrate, n m; l - lungimea electrodului, n m; S - suprafaa plcii, n m2; D - diametrul plcii, n m; q - distana de la partea superioar a electrodului pn la suprafaa solului, n m.

n toate relaiile de mai sus reprezint rezistivitatea de calcul a solului, care

este diferit de rezistivitatea msurat mas. Pentru obinerea rezistivitii de calcul , se nmulete rezistivitatea mas cu coeficientul de variaie dat n tabelul 5, n funcie de starea de umiditate a pmntului i de adncimea de ngropare a electrozilor: mas= (9)

Dac se iau n consideraie coeficienii de variaie pentru obinerea valorii maxime a lui nu este necesar s se execute msurarea rezistivitii solului numai n perioada de var secetoas.

Tabelul 6. Coeficienii de variaie a rezistivitii solului

Nr. crt.

Adncimea de ngropare a

electrozilor h (m)

Starea solului n momentul msurrii Foarte umed Cu umiditate

mijlocie Uscat

1 2 3 4

0,3

25 26

A+dtLln

21

kk=k

1

21s

pas (17)

n relaia (17) i numai pentru n 3: ki = 0,65 +0,172 n, iar (18)

( )

a 1n1+...+

3a1+

2a1+

t+a1+

2t11=k

22s (19)

( )!n!nLa

l=A2n

2n

1 12

ln 223

1

(20)

n care: a reprezint distanta ntre doi electrozi paraleli (m);

l - lungimea unui singur electrod (m) (lungimea mare a dreptunghiului n care se nscrie reeaua de dirijare);

n - numrul de electrozi paraleli; L - lungimea nsumat a electrozilor paraleli care alctuiesc priza orizontal (m); L = n l; t1- adncimea de ngropare a electrozilor paraleli (m);

d - diametrul unui electrod; n cazul electrozilor alctuii din band d = b/2, unde b este limea benzii (m);

t2 - adncimea de ngropare a electrozilor orizontali de pe conturul extrem al prizei de pmnt artificiale.

Not. Dac n este numr impar, n locul expresiei

!n

1

2 se va considera !+n

1

21

Coeficienii de pas pentru punctele aflate la o anumit distan n exteriorul zonei ocupate de prizele de pmnt nu pot fi calculai cu relaia 17.

Indiferent de modul real de distribuie a electrozilor orizontali ai prizei de dirijarea distribuiei potenialelor, pentru calcule, folosindu-se relaiile 16 20, se va considera o reea cu electrozii orizontali dispui pe latura mare a prizei de dirijarea distribuiei potenialelor. Astfel lungimea electrodului va fi l egal cu latura mare a reelei de dirijare, iar pentru distana a ntre electrozi paraleli se va considera distana medie dintre electrozii din distribuirea real. Se va ine seama c relaiile 16 20 sunt valabile pentru o reea de dirijare ideal cu electrozi orizontali paraleli cu latura mare, iar distana a dintre acetia este egal (o constant). Calculele astfel efectuate dau rezultate cu o aproximaie acceptat.

n cazul n care n afar de electrozii orizontali paraleli exist i ali electrozi orizontali care dau prizei forma unei plase (n cazurile reale se adaug conductoarele de ramificaie i prizele naturale) existente care determin configuraia unei reele buclate (unui caroiaj), relaiile 16 i 17 devin:

2A+dtLln

21

0,7=k2a

(21)

i

2A+dtLln

21

kk=k2

ispas (22)

Pentru cazul staiilor de tip interior, se poate aplica urmtoarea metod de calcul al coeficienilor de pas la periferia prizei de pmnt artificiale.

Se asimileaz priza de pmnt artificial mpreun cu cldirea n care se afl staia electric, cu o priz de pmnt n form de plac dreptunghiular aezat pe suprafaa solului i avnd dimensiunile egale cu ale prizei de pmnt artificiale.

Coeficientul de pas, n acest caz, poate fi calculat cu relaia:

m2pas lDS 9=k (23)

unde: S este suprafaa ocupat de priza n form de plac (m2); D - diagonala prizei n form de plac (m); lm - lungimea pasului (m). Se consider lm 0,8 m. Aceast relaie corespunde unei adncimi de ngropare a electrozilor de dirijare t

= 0,3 - 0,4 m. Pentru adncimi de ngropare mai mari se va considera un coeficient de corecie K. Astfel, relaia 23 devine:

2pas DS 7,K=k 2 (24)

K = 1 pentru t = 0,30 ... 0,4 m; K = 0,7 pentru t = 0,5 m; K = 0,5 pentru t = 0,8 m; K = 0,4 pentru t = 1 m. Pentru determinarea potenialelor Uk ale punctelor de pe suprafaa solului, aflate

la distana D fa de marginea prizei de pmnt complexe (a staiei exterioare sau interioare), se va asimila aceasta din urm cu o priz dintr-o plac; suprafaa plcii S se consider egal cu aceea a terenului cuprins n conturul marginal (exterior) al prizei respective. Potenialele Uk se vor determina cu relaia:

27 28

2U=U pk (24)

unde: Up reprezint tensiunea total a instalaiei de legare la pmnt (Up = Ip Rp); a - termenul care ine seama de distana D n raport cu ntinderea prizei;

DR 2+D

Rarctg=2

(25)

R - raza plcii circulare, care are o suprafa echivalent S.

'S=R (26)

De exemplu: dac D = R, rezult 31arctg=

i deci:

pkp

k U31=U;

62U

=U

(27)

n situaiile n care la verificrile prin msurri, efectuate nainte de punerea sub

tensiune a liniei respective, se constat coeficienii de atingere i de pas mai mari dect cei indicai mai sus, n vederea micorrii tensiunilor de atingere i de pas se va aplica o izolare a amplasamentului prin acoperirea cu balast sau asfalt a zonei n care s-a constatat depirea tensiunii maxime de atingere i de pas.

4.3. Izolarea amplasamentelor

Izolarea amplasamentelor se va aplica n cazul n care valorile 'aU i 'pasU rezultate n urma dirijrii distribuiei potenialelor, depesc valorile tensiunilor de atingere Ua i Upas maxime admise de STAS 12604/4-89.

Rezistena de izolare a amplasamentelor Rd (k) trebuie s prezinte urmtoarele valori:

- n instalaiile interioare:

1

U'U 3Ra

ad , ns nu mai puin de 50 k; (28)

- n instalaiile exterioare, considernd materialele de izolare n condiii de umiditate excesiv:

1

U'U 6Ra

ad (29)

La alegerea materialelor de acoperire cu rezistivitate mare, pentru instalaiile exterioare, se va folosi relaia:

3d 102551+

600h

2=R

(30)

n care: Rd este rezistena izolrii amplasamentului (k); - rezistivitatea materialului izolant n condiii de umiditate (m); h - grosimea stratului de izolare (cm); - raportul dintre rezistivitatea materialului de izolare i rezistivitatea

solului ;

'= (31)

Ca material pentru izolarea amplasamentului se pot folosi: - piatra spart (balast) de granulaie mare ( 3 cm) curat, fr pmnt,

ntr-un strat de cel puin 15 cm (h = 15 - 20 cm); se poate considera n calcule (pentru stare umed) =50104 cm, rezultnd o rezisten Rd 6000 i o tensiune de atingere i de pas:

a

aa

U=U i pas

paspas

'U=U unde a = 2 i pas = 5 (pas = 4a - 3)

- dale de beton; n acest caz, se pot considera n calcule:

3'U=U aa i 9

'U=U paspas unde a = 3 i pas = 9

- un strat de asfalt cu grosimea de 2-4 cm; n acest caz se pot considera n calcule:

5'U=U aa i 17

'U=U paspas unde a = 5 i pas = 17

Dup cum rezult de mai sus (a se vedea STAS 12604/5-90), coeficientul de

izolare a amplasamentului a este egal cu: a = 2 i pas = 5 n cazul balastului cu piatr spart de 15 cm (grosime a

stratului); a = 3 i pas = 9 n cazul dalelor de beton; a = 5 i pas = 17 n cazul asfaltului de 2 cm grosime.

29 30

4.4. Verificarea condiiilor de stabilitate termic a prizelor de pmnt

n calculele de verificare la stabilitatea termic a prizelor de pmnt, se va avea n vedere ca densitatea de curent j maxim admis la suprafaa electrozilor s fie astfel determinat, nct temperatura pe aceast suprafa s nu depeasc max = 950C. De asemenea, se va urmri s nu apar o cretere de temperatur = max - 0 mai mare de 600C.

n cazul unui regim termic de scurt durat de ordinul secundelor, se va ndeplini urmtoarea condiie de stabilitate termic:

t=J

(32)

unde: J reprezint densitatea de curent la suprafaa prizei (A/m2);

- cldura specific medie a pmntului

30 mCsW ;

Dac nu dispunem de valori msurate se poate considera n calcule valoare:

306

mCsW10 1,7=

(33)

- creterea de temperatur (0C). Se va considera: = max - 0 = 600C - rezistivitatea solului (m); t - durata regimului termic (s). Criteriul de verificare la regimul termic de scurt durat l va putea constitui i

tensiunea total a prizei de pmnt Up = Rp Ip (n V). n acest caz, tensiunea de verificare devine:

t

SRU pp

(34)

n care: S este suprafaa n contact cu solul, pe care trebuie s o prezinte electrozii prizei de pmnt pentru trecerea curentului de punere la pmnt (m2).

n cazul prizelor de pmnt complexe, pentru un calcul acoperitor la determinarea suprafeelor efectiv necesare se vor considera coeficienii respectivi de utilizare.

De exemplu, pentru prizele complexe din electrozi verticali i orizontali va rezult:

tISu+Su=S poovv (35)

unde: Sv i So reprezint suma suprafeelor laterale ale electrozilor verticali i ale celor

orizontali; uv i u0 - coeficienii de utilizare a prizelor verticale i a celor orizontale. n cazul unui regim termic cu timp limitat, de ordinul minutelor, se vor

considera valorile din tabelul 7 n funcie de rezistivitatea solului, pentru o tensiune total: Up = 125 V (36)

Tabelul 7. Duratele maxime admise Rezistivitatea

solului, m

Durata maxim admis n minute, t Priza vertical din evi

L=1,5...3m; d 2`` ; d = 60 mm Priz orizontal

din oel lat sau rotund 50 100 30 100 200 60 200 400 120 300 600 180

Tensiunea Up maxim ce se poate admite pentru un anumit timp (t), diferit, ns mai mic dect cel indicat n tabelul 7 se va obine din relaia:

'p tt125U (37)

n cazul unui regim termic cu un timp nelimitat, trebuie s fie ndeplinit urmtoarea condiie de stabilitate termic:

2Up (38)

unde: Up este tensiunea total a prizei (V); (Up = Rp Ip); - rezistivitatea solului (m); - conductivitatea medie a pmntului (W/0Cm); Dac nu se dispune de valori msurate, se poate considera n calcule: = 1,2

W/0C - creterea de temperatur (0C). Se poate considera = 60 0C n cazul n care satisfacerea condiiilor de stabilitate termic a prizelor de

pmnt duce la cheltuieli mari, se accept depirea densitilor de curent maxime admise, numai dac se iau msurile necesare de verificare a bunei stri a prizelor de pmnt dup fiecare defect cu punere la pmnt.

31 32

Seciunile conductoarelor de legtur dintre electrozii prizei de pmnt se vor determina astfel, nct s se satisfac condiiile de stabilitate termic.

Dac aceste conductoare nu sunt folosite i drept electrozi ai prizei de pmnt, se va avea n vedere ca densitatea de curent maxim prin conductoare s fie astfel determinat, nct temperatura lor s nu depeasc valoarea de 200 0C n medii cu pericol de incendiu i 300 0C, dac nu exist un asemenea pericol.

Dac electrozii sunt dispui pe un contur nchis, n calculele privind verificarea la stabilitate termic se poate considera curentul:

2I=I d (39)

unde: Id este intensitatea curentului de defect care trece prin conductoarele

instalaiei de legare la pmnt respective. Conductoarele de legtur dintre electrozii prizei de pmnt vor fi considerate i

electrozi ai prizei de pmnt, dac ndeplinesc condiiile menionate la astfel de electrozi i nu sunt acoperii cu vopsea sau alte materiale izolante.

Indiferent de rezultatul calculelor privind verificarea la stabilitate termic, seciunile conductoarelor de legtur dintre electrozii prizei trebuie s fie cel puin egale cu valorile minime indicate n STAS 12604/5-89 pentru electrozii prizei.

4.5. Conductoare utilizate pentru executarea instalaiilor de legare la pmnt

Conductoarele folosite pentru executarea instalaiilor de legare la pmnt vor fi din oel sau cupru. Conductoarele din aluminiu sunt admise numai dac fac parte dintr-un cablu cu nveli protector i mpotriva solicitrilor mecanice.

Alegerea conductoarelor se va face inndu-se seama de urmtoarele condiii: - s prezinte o rezisten electric ct mai mic posibil, pentru a nu mri

rezistena ntregii instalaii de legare la pmnt; - s fie rezistente la solicitri mecanice i la coroziune; - s suporte n permanen curenii electrici posibili, fr ca temperatura lor

s depeasc valoarea de 200 0C n medii cu pericol de incendiu i de 300 0C dac nu exist acest pericol.

Conductoarele nengropate i neizolate pot fi protejate mpotriva corodrii prin vopsire. Conductoarele speciale, destinate legrii la pmnt, vor fi vopsite n culoare neagr.

Drept conductoare pentru executarea instalaiei de legare la pmnt se vor folosi n primul rnd construciile metalice ale cldirilor n care se afl instalaia electric respectiv sau construcii metalice fixe, cum sunt:

- construciile metalice utilizate n producie (cile de rulare ale macaralelor, galeriile, platformele, casele ascensoarelor, corpurile aparatelor de ridicat);

- prile de susinere si carcasele instalaiilor de distribuie (de exemplu, cutiile din oel n care sunt nchise instalaiile electrice cu bare);

- evile de forare, la planeele metalice ale construciilor hidrotehnice, evile din oel pentru conductoarele instalaiilor electrice;

- funiile din oel de suspensie pentru conductoare i cabluri, cu verificrile rezistenei lor mecanice n condiiile trecerii unui curent de defect prin aceste funii;

- armturile metalice ale construciilor de beton armat. - Elementele de mai sus se pot utiliza drept conductoare de legare la

pmnt, numai dac ndeplinesc condiiile: - prezint continuitate electric de rezisten neglijabil i sigur n

exploatare; - se pot prevedea msuri astfel nct n caz de deteriorare a unor poriuni,

legarea la pmnt s fie totui asigurat; - se ndeplinesc condiiile privind seciunile minime admise; - n cazul folosirii armturilor metalice ale construciilor de beton armat se

prevd n mod special locuri de racord uor accesibile i sunt executate sudurile necesare pe toat ntinderea armturilor, pentru a asigura continuitatea electric.

Se interzice folosirea drept conductor de legare la priza de pmnt a nveliurilor metalice ale tuburilor de protecie din instalaiile electrice, a mantalelor de plumb i a armturilor de oel ale cablurilor.

n cazul folosirii elementelor menionate mai sus drept conductoare de legare la pmnt principale, legarea conductoarelor de ramificaie la ele se poate executa fie direct, fie prin intermediul unor conductoare intermediare (comune), care trebuie s aib ns seciunea cel puin egal cu cea indicat pentru conductoarele principale i care s constituie pe ct posibil circuite nchise.

Legturile de ramificaie la conductoarele principale de legare la pmnt se vor executa pentru fiecare element legat la pmnt n parte; este interzis legarea n serie a dou sau a mai multor elemente i apoi legarea la conductorul principal.

Pentru verificarea la stabilitate termic a seciunii conductoarelor de legare la pmnt (conductoarelor principale de legare la pmnt, a conductoarelor de ramificaie i a celor de legtur la prizele de pmnt), se considera urmtorii cureni I (care de fapt pot trece prin aceste conductoare):

- pentru conductoarele principale, dac formeaz un circuit nchis:

2

I=I d

- pentru conductoarele principale, dac nu formeaz un circuit nchis: I = Id

33 34

- pentru conductoarele de ramificaie: I = Id - pentru conductoarele de legtur la priza de pmnt:

2

I=I d

unde: Id este curentul de defect care trece prin instalaia de legare la pmnt.

n cazul reelelor legate la pmnt Id se ia egal cu valoarea curentului de scurtcircuit monofazat, care trece prin instalaia de legare la pmnt. Timpul se consider cel al proteciei de rezerv; dac aceasta nu exist, se ia timpul treptei a II-a, a proteciei de baz (0.4 1 s).

n cazul reelelor izolate fa de pmnt, se va considera Id egal cu valoarea curentului de scurtcircuit bifazat cu punere la pmnt.

n tabelul 8 se dau curenii maximi admii n conductoarele de legare la pmnt pentru seciuni pn la 200 mm.

Tabelul 8. Curenii maximi admii n conductoarele de legare la pmnt

Seciunea Curentul maxim admis de durat, A Curentul maxim admis pentru Oel Cupru Aluminiu Oel Cupru Aluminiu

16 25 35 50 70 100 200

- - -

150 180 240 420

150 200 280 480 590 780 1380

- 160 200 250 320 430 760

- - -

3300 4700 6700 13500

2500 4000 5500 8000 11500 15000 32500

- 2700 3700 5300 7400 10500 21000

Not: 1. Pentru 300 0C valorile se vor nmuli cu 1,2. 2. Conductoarele de aluminiu sunt admise numai dac sunt protejate n

tuburi de protecie metalice sau fac parte dintr-un cablu cu nveli protector mpotriva solicitrilor mecanice.

Pentru cazurile care nu se ncadreaz n tabelul 8 seciunea conductoarelor se va stabili cu relaia:

j

Is m (mm2)

unde: Im este curentul de defect mediu echivalent (A); fm tI=I

n care: I reprezint valoarea efectiv a curentului de defect stabilizat (A); tf - timpul fictiv de trecere a curentului de defect (s);

j - densitatea de curent admis (A/mm2) pentru timpul de 1s; se vor considera urmtoarele valori pentru 200 0C:

- pentru oel: j = 70 A/mm2; - pentru cupru: j = 160 A/mm2; - pentru aluminiu: j = 100 A/mm2; - pentru oel aluminiu: j = 100 A/mm2; Indiferent de rezultatele calculelor pentru dimensionarea conductoarelor de legare

la pmnt, seciunile vor fi cel puin egale cu cele indicate n tabelele 9, 10 i 11. Tabelul 9. Seciunea minim a conductoarelor principale de legare la pmnt i a acelora dintre conductoarele principale i prizele de pmnt, mm2

Conductorul ngropat Montat

aparent sau n canal

Neprotejat Protejat n eav de oel

- Conductor de oel protejat mpotriva coroziunii, cu grosimea de cel puin 4 mm

150*)

-

-

- Conductor de oel protejat mpotriva coroziunii, cu grosimea de cel puin 3 mm

-

-

100

- Funie din oel zincat - - 95 - Cupru masiv 25 25 25 - Funie de cupru 35 25 25

) n cazul instalaiilor i echipamentelor electrice de joas tensiune, se admite seciunea minim de 100 mm2.

Tabelul 10. Seciunea minim a conductoarelor de ramificaie, mm2

Conductorul ngropat n pmnt Montat aparent sau

n canal - Conductor de oel protejat mpotriva coroziunii, cu grosimea de cel puin 3 mm 100 50

- Funie din oel zincat - 50 - Cupru 25 16

Tabelul 11. Seciunile minime ale conductoarelor de legare la pmnt (principale sau

de ramificaie) montate n acelai tub de protecie cu conductoarele de lucru, mm2

Seciunea conductorului de lucru

Cu Al

2,5 4

4 6

6 10

10 16

16 25

Seciunea minim a conductorului de legare la pmnt din cupru unifilar

sau multifilar

Cu 4 6 6 10 16

35 36

n cazul cablurilor, pentru seciuni ale conductoarelor de lucru pn la 16 mm2 inclusiv, seciunea conductorului de protecie nglobat n acelai cablu va avea o valoare egal cu seciunea conductoarelor de lucru.

n cazul proteciei prin legare la nul, seciunea minim a conductoarelor de protecie se va determina n conformitate cu condiiile indicate n STAS 12604/5-90 privind instalaiile de protecie prin legare la nul.