11. INSTALAII DE LEGARE

LA PMNT

11.1.CONSIDERAII GENERALE

Prin legare la pmnt se nelege stabilirea n mod voit a unui contact electric cu pmntul. Scopurile legrii la pmnt sunt urmtoarele:

protecia vieii oamenilor:

protecia personalului de deservire sau a altor persoane care ating pri metalice din instalaiile electrice care n mod normal nu sunt sub tensiune, dar care pot intra accidental sub tensiune;

protecia personalului care execut lucrri de reparaii i revizii (cuitele de legare la pmnt, scurtcircuitoarele mobile);

protecia persoanelor mpotriva curenilor de trsnet;

realizarea unor condiii cerute de exploatarea corect a instalaiilor electrice:

stabilizarea potenialelor unor puncte fa de pmnt (de exemplu, legarea la pmnt a punctului neutru);

realizarea unor circuite de ntoarcere prin pmnt a curenilor normali de lucru (de exemplu, traciunea electric);

crearea unor circuite de impedan corespunztoare necesare funcionrii unor protecii etc.

Dei este posibil ca pentru fiecare dintre aceste funciuni s se realizeze cte o instalaie de legare la pmnt separat, la noi n ar i n multe alte ri o singur instalaie de legare la pmnt este folosit n comun pentru realizarea funciunilor de mai sus.

Evident c, o astfel de instalaie trebuie s corespund tuturor condiiilor impuse de fiecare funciune n parte.

De regul, condiiile cele mai severe le impune funciunea de protecie a vieii oamenilor mpotriva accidentelor prin electrocutare.

n cele ce urmeaz, ne vom ocupa, n principal, de aceast prim funciune a unei instalaii de legare la pmnt.

11.1.1.TIPURI DE REELE

n funcie de tratarea neutrului, reelele electice se mpart n dou mari categorii:

reele cu neutrul izolat (simbol I), din care fac parte:

reele cu neutrul izolat (nelegat la pmnt);

reele cu neutrul legat la pmnt prin bobin de stingere (compensare);

reele cu neutrul legat la pmnt (simbol T, de la franuzescul (Terre(), din care fac parte:

reele cu neutrul legat la pmnt prin rezisten;

reele cu neutrul legat efectiv la pmnt.

Pentru protecia mpotriva accidentelor prin electrocutare n instalaiile electrice se folosesc dou metode de baz de protecie:

legarea la pmnt de protecie (simbol T);

legarea la conductorul de nul de protecie (simbol N).

Ca urmare, putem discuta despre urmtoarele tipuri de instalaii electrice, prin prisma celor dou aspecte de mai sus:

instalaii tip IT = reele cu neutrul izolat (I), n care metoda de protecie de baz este legarea la pmnt (T);

instalaii tip TT = reele cu neutrul legat la pmnt (T), n care metoda de protecie de baz este legarea la pmnt (T);

instalaii tip TN = reele cu neutrul legat la pmnt (T), n care metoda de protecie este legarea la nul (N).

Observaie: nu se realizeaz reele tip IN.

Reelele electrice de nalt tensiune (Un ( 1000V) pot fi din categoria cu neutrul izolat sau din categoria cu neutrul legat la pmnt. n toate aceste reele metoda de baz de protecie mpotriva accidentelor prin electrocutare este legarea la pmnt de protecie (deci pot fi reele tip IT sau TT).

Reelele electrice de joas tensiune (Un ( 1000V) pot fi, de asemenea, din cele dou categorii n cele ce privete tratarea neutrului, dar metodele de baz de protecie difer. n cazul reelelor de joas tensiune cu neutrul izolat se folosete ca metod de protecie de baz legarea la pmnt de protecie (deci, reele tip IT ). n schimb, n reelele de joas tensiune cu neutrul legat efectiv la pmnt metoda de protecie de baz este, de regul, legarea la conductorul de nul de protecie (deci, reele tip TN).

11.1.2PRINCIPALELE PRI COMPONENTE ALE UNEI INSTALAII DE LEGARE LA PMNT I REZISTENA ACESTORA

O instalaie de legare la pmnt poate fi considerat ca fiind format din dou pri principale:

priza de pmnt, compus din:

electrozi metalici ngropai n sol (de regul, din oel);

solul din jurul electrozilor;

reeaua de legare la priza de pmnt, compus din totalitatea electrozilor metalici prin care se realizeaz legtura ntre prile metalice ale echipamentelor care trebuie legate la pmnt i priza de pmnt; este realizat n mod uzual din conductor de oel lat.

Un curent care se scurge n pmnt printr-o instalaie de legare la pmnt parcurge prile metalice (reeaua de legare la priz i electrozii metalici ngropai) i volumul de sol din jurul electrozilor.

Solul este considerat un conductor cu o rezistivitate ( mult mai mare dect a prii metalice a instalaiei de legare la pmnt : (sol /(oel ( 108(1012 . Ca urmare, la trecerea curentului electric, rezistena opus de instalaia de legare la pmnt este practic concentrat n volumul de sol din jurul electrozilor.

Deoarece din electrozii metalici curentul se disperseaz n sol, rezistena opus de acesta la trecerea curentului este denumit i (rezisten de dispersie(.

11.1.3.POTENIALUL SOLULUI N ZONA UNEI PRIZE DE PMNT LA TRECEREA UNUI CURENT ELECTRIC PRIN PRIZ

La trecerea unui curent (pe care o s-l notm de aici ncolo cu Ip) prin electrozii prizei i apoi prin volumul de sol din jurul acestora, solul din zona prizei va cpta poteniale diferite de zero.

Fig.11.1 Curba distribuiei de potenial

Pentru cazul simplu al unui singur electrod implantat n pmnt valorile potenialului pmntului din jurul acestuia sunt reprezentate calitativ n diagrama de mai sus (fig.11.1), numit i (plnia( de potenial.11.1.4. MODURI N CARE SE POT PRODUCE ACCIDENTELE PRIN ELECTROCUTARE Prin atingere direct a unui conductor aflat n mod normal sub tensiune. Msurile de protecie constau n mprejmuiri, supranlri i prin instruirea personalului s respecte regulile de lucru n instalaiile electrice sub tensiune.

Prin atingere indirect, adic prin atingerea unor pri metalice care n mod normal nu sunt sub tensiune, dar care n mod accidental pot intra sub tensiune.Pentru a ilustra dou dintre cazurile de astfel de electrocutri s revenim la curba distribuiei de potenial n jurul unei prize, la scurgerea unui curent prin ea, n pmnt (fig.11.2).

nainte de a aborda problema electrocutrilor prin atingere indirect, s remarcm c potenialul cel mai nalt se atinge n zona electrozilor ngropai n pmnt. Diferena de potenial ntre aceste puncte i solul aflat la distan suficient de mare (unde V=0) se numete tensiune pe priz:

(11.1)

n cazul trecerii unui curent Ip prin priz, toate prile metalice legate la priza de pmnt vor avea acest tensiune.

11.1.5. COMBATEREA PERICOLULUI TENSIUNII DE ATINGERE I A TENSIUNII DE PAS

(Electrocutare prin tensiune de atingere. S presupunem c un om se afl n apropierea unui echipament electric n timpul unui defect care are drept consecin trecerea unui curent prin instalaia de legare la pmnt. Dac el atinge cu mna carcasa metalic a echipamentului, legat la priza de pmnt, atunci va fi supus unei diferene de potenial numit tensiune de atingere (a se vedea figura 11.2):

(11.2)

Se observ c, Ua < Up. Se noteaz cu ka coeficientul de atingere:

(11.3)

(Electrocutare prin tensiune de pas. Tensiunea de pas este diferena de potenial ce apare ntre cele dou tlpi ale unui om care pete ntr-o zon n care se afl amplasat o priz de pmnt, n cazul scurgerii prin aceasta a unui curent n pmnt (vezi figura 11.2):

(11.4)

Analog, se definete coeficientul de pas:

(11.5)

Situaia cea mai grav apare atunci cnd omul atinge cu o mn o carcas a unui echipament intrat accidental sub tensiune (Up), iar cu cealalt mn ine, de exemplu, un cablu derulat de lungime mare, care la cellalt capt este n contact cu pmntul aflat la distana de priz:

(11.6)

(Valorile maxime admise normate pentru tensiunea de atingere i tensiunea de pas. Aa cum s-a prezentat n capitolul anterior, n Romnia, metodologiile folosite pentru dimensionarea instalaiilor prin care se asigur protecia mpotriva accidentelor prin electrocutare, se bazeaz pe respectarea unor valori limit nu pentru curenii ce trec prin corpul omenesc, ci pentru tensiunile accidentale la care acesta poate fi supus.

Curentul electric este periculos chiar atunci cnd nu trece prin corpul omenesc. Arcul electric produs de un curent poate provoca orbiri sau arsuri ca urmare a metalului topit pe care l mprtie.

La trecerea curentului prin corpul omenesc prin intermediul sistemului nervos sunt afectate musculatura, sistemul respirator, sistemul circulator i se pot produce arsuri ale esuturilor. Deci, efectele specifice electrocutrii sunt produse de trecerea unui curent prin corpul omenesc.

Curentul ce trece prin corpul omenesc (Ih) este raportul dintre diferena de potenial ce poate s apar ntre dou pri ale corpului omenesc (i care depinde de modul de producere al electrocutrii) i rezistena corpului omenesc (Rh).

n calcule se iau valori acoperitoare, mult mai mici dect cele reale:

Rh = 1000 ( pentru cazul electrocutrilor prin atingere direct;

Rh = 3000 ( pentru cazul electrocutrilor prin atingere indirect.

Pe baza celor artate mai sus privind curenii maximi admisibili i valorile de calcul ale rezistenei corpului omenesc s-au calculat valori admisibile pentru tensiunile accidentale la care poate fi supus un om ntr-o instalaie electric. Ca urmare, normele prevd valori maxime admise pentru tensiunile de atingere i de pas n funcie de:

tensiunea nominal a instalaiei: joas tensiune sau nalt tensiune;

durata defectului condiionat de modalitile de eliminare a defectelor;

zona de amplasare a instalaiei electrice.

Aceste valori sunt prezentate n tabelele 11.1 i 11.2.

Tabelul 11.1

Valorile maxime admise pentru tensiunile de atigere i de pas n cazul unui defect la instalaii de joas tensiune [V], conform 1.RE - Ip - 30 -90

Nr.Categoria Zona de amplasareDurata ntreruperii defectului (s)

crt.reeleia instalaiei electrice( 3 ( 3

1de curentla suprafa6550

alternativn subteran la exploatri miniere2424

2de curentla suprafa12065

continuun subteran la exploatri miniere2424

11.2. REALIZAREA PRIZEI DE PMNT I A REELEI DE LEGARE LA PRIZ A ECHIPAMENTULUI ELECTRIC

Prizele de pmnt se pot clasifica, pe baza anumitor criterii, n mai multe categorii. Astfel, dup scopul pentru care au fost introdui electrozii n sol prizele, pot fi:

prize naturale constituite din elemente conductive ale unor construcii sau instalaii destinate altor scopuri i care sunt n contact permanent cu pmntul, putnd fi folosite n acelai timp i pentru trecerea curenilor n pmnt;

prize artificiale constituite din electrozi implantai n pmnt anume n scopul asigurrii trecerii curenilor spre pmnt.

Dup numrul i tipul electrozilor folosii, prizele artificiale se clasific n:

prize simple constituite din cte un singur electrod;

prize multiple constituite din cel puin doi electrozi legai ntre ei prin elemente conductoare de legtur;

prize complexe constituite dintr-un ansamblu de electrozi verticali i orizontali legai ntre ei.

Dup adncimea de ngropare a electrozilor, prizele artificiale pot fi:

prize de suprafa care au electrozii, de regul, orizontali ngropai la o adncime de cel mult 1,2 m;

prize de adncime care au electrozii (predominant verticali) ngropai pn la 4 m adncime;

prize de mare adncime sunt prize cu electrozi verticali ngropai la adncimi mai mari de 4 m; ele se execut prin forare i, de regul, evile metalice folosite pentru forare rmn n pmnt pe post de electrozi ai prizei.

Este evident c, ori de cte ori este posibil, trebuie folosite n primul rnd prizele naturale. Acestea pot fi constituite din:

stlpii metalici, stlpii din beton armat, fundaiile din beton armat ale construciilor; aceste elemente constituie prize foarte sigure n exploatare deoarece au o durat lung de funcionare, rezistene de dispersie reduse, nu necesit verificri periodice, nu se corodeaz, betonul din jurul armturilor are o rezistivitate chiar mai mic dect a solului (din cauza capilaritii); este necesar ns realizarea continuitii electrice a armturilor (se face prin sudur);

conductele metalice de ap i alte fluide necombustibile, arm(turile metalice exterioare ale cablurilor electrice, evile metalice pentru forare; la toate acestea trebuie s se ia msuri pentru asigurarea continuitii lor electrice.

Dac nu se dispune de priz natural sau dac rezistena de dispersie a acesteia este insuficient pentru asigurarea condiiilor cerute, trebuie realizat priza artificial, ale crei elemente componente sunt prevzute special pentru trecerea curenilor spre pmnt, fiind interzis folosirea lor n alte scopuri.

Pentru executarea acestor prize se folosesc electrozi din oel i, numai n cazuri speciale, electrozi din cupru. Nu se folosesc funii de oel i nici electrozi de aluminiu. Primele se corodeaz foarte repede, iar electrozii de aluminiu au rezisten mecanic redus i, n plus, se acoper cu un strat superificial de oxid, care este izolant.

innd seama de rezistena de dispersie cerut i de terenul disponibil pentru instalaia de legare la pmnt, electrozii band sunt folosii adeseori i n form poligonal, inelar, de raze, n zig-zag sau n reea.

n fiecare caz n parte trebuie avut n vedere influena reciproc a diferitelor elemente din care se compune priza de pmnt, influena geoelectric a solului, costul materialelor i a manoperei pentru executarea prizei respective.

Dac electrozii unei prize multiple sunt amplasai la o distan de peste 40 m, repartiia curentului ce trece din electrod n pmnt se face uniform n toate direciile.

n marea majoritate a cazurilor, n practic nu se poate respecta distana de 40 m ntre electrozi. Dac aceast distan este mai mic, prizele se influeneaz reciproc nefavorabil n ceea ce privete trecerea curenilor n pmnt, liniile de curent abtndu-se de la forma lor radial. Acest fenomen mrete rezistena real a prizei multiple n comparaie cu valoarea rezistenei sale echivalente teoretice (calculat pentru electrozi care nu se influeneaz).

Alegerea tipului cel mai indicat de priz de pmnt, innd seama de optimizarea instalaiei de legare la pmnt, prezint adeseori, contrar aparenelor, anumite dificulti.

11.2.1. PRIZA ARTIFICIAL PENTRU STAII EXTERIOARE

Priza artificial pentru staii exterioare se realizez dintr-o priz format din electrozi verticali (priza vertical), o priz din electrozi orizontali (priza orizontal) i o priz de dirijare a potenialelor (fig 11.8).

Prizele vertical i cea orizontal se realizeaz prin amplasarea electrozilor verticali, respectiv, orizontali, pe un contur situat pe teritoriul staiei la circa 1,5 m de gard n interior. Electrozii verticali sunt, de regul, din eav de oel cu diametrul de 2" - 2 1(2" (50 - 65 mm), cu lungimea lv = 3 m. Adncimea de ngropare a captului superior al electrozilor este cuprins ntre 0,8 - 1,0 m.

Electrozii orizontali sunt, de regul, realizai din oel lat sau rotund i prin intermediul lor se realizeaz legtura ntre electrozii verticali, la captul superior al acestora. Rezult c adncimea de ngropare a electrozilor orizontali este tot h = 0,8 - 1,0 m.

Lungimea unui electrod orizontal lo constituie totodat i distana dintre doi electrozi verticali. n mod frecvent, lo = (2 sau 3) x lv, respectiv lo= 6 sau 9 m; mult mai rar se folosete lo = 1 x lv = 3 m. Seciunea acestor electrozi trebuie s asigure, n caz de defect, trecerea unui curent egal cu jumtate (conductoarele formeaz un contur nchis) din curentul maxim de scurtcircuit care poate s parcurg prile metalice ale instalaiei de legare la pmnt (Isc).

Ca urmare:

(11.7)

Priza de dirijare a potenialelor se execut din electrozi orizontali ngropai la adcimi de ordinul h = 0,4 - 0,6 m. Electrozii se dispun sub form de benzi paralele cu latura mai lung a staiei i vor trece prin zonele de deservire a echipamentelor din staie la o distan de circa 0,6 m de acestea. Distana medie ntre dou benzi poate fi de ordinul 5 -10 m. De la conturul pe care sunt amplasate prizele vertical i orizontal pn la prima band a prizei de dirijare se las o distan de circa 3,5 m (vezi fig. 11.8).

Priza de dirijare a potenialelor se leag la conturul prizelor vertical i orizontal n mai multe puncte. Seciunea minim a acestor electrozi orizontali, din oel lat sau rotund, trebuie s respecte, de asemenea, condiia (11.7).

Fig 11.8. Exemplu de priz artificial complex pentru o staie exterioarn jurul cldirilor aflate n incinta staiei, n jurul fundaiilor pentru transformatoare, se prevede un contur de dirijare aflat la circa 0,8 m de fundaii.

n anumite situaii, poate fi necesar executarea unui contur de dirijare i n jurul mprejmuirii staiei, n exterior, contur care ns se leag numai la mprejmuire (gard). De regul, gardul nu se va lega la priza de pmnt.

Trebuie remarcat faptul c benzile paralele ale prizei de dirijare a potenialelor servesc i drept conductoare principale de legare la priza de pmnt a echipamentelor din staie. Aceste echipamente se vor lega prin conductoare de ramificaie la dou benzi vecine. Conductoarele de ramificaie trebuie s aib o seciune care s respecte condiia (11.8) deoarece este posibil ca ele s fie parcurse de ntreg curentul de scurtcircuit. Conductoarele de coborre de la stlpii care au montate pe ei paratrsnete se vor lega la aceste benzi n trei puncte (vezi fig.11.8).11.2.2. PRIZA ARTIFICIAL PENTRU STAII INTERIOAREPriza artificial pentru staii interioare se compune din aceleai prize ca i o staie exterioar.

Prizele vertical i orizontal se execut la fel ca n cazul staiilor exterioare, din acelai fel de electrozi, ns de aceast dat pe un contur aflat n jurul fundaiei cldirii la o distan de 1,5 - 2,0 m. Adncimea de ngropare este tot de 0,8 - 1,0 m. Seciunea electrozilor orizontali trebuie s respecte condiia (11.7).

Priza de dirijare este realizat din trei contururi concentrice cu conturul prizelor vertical i orizontal: dou contururi n interiorul acestuia i unul n exterior (vezi fig.11.9). Evident, toate aceste prize se leag ntre ele. Pentru legarea la pmnt a aparatelor din staie, n interiorul cldirii se execut un contur nchis de conductoare principale de legare la priz la care urmeaz s fie legate echipamentele din staie. Seciunea acestor conductoare trebuie s respecte condiia (11.7). Acest contur se va racorda la priz prin cel puin dou legturi.

Fig.11.9. Exemplu de priz artificial complex pentru o staie interioar

11.2.3. PRIZELE POSTURILOR DE TRANSFORMARE INTERIOARE

Prizele posturilor de transformare interioare se bazeaz mult pe prizele naturale constituite din fundaiile cldirii. La acestea se adaug o priz artificial realizat din electrozi orizontali care constituie de fapt elementele de legtur ntre prizele naturale ale postului.

Dac este nevoie, se poate realiza o priz artificial asemntoare cu cea a staiilor interioare.

11.2.4. PRIZA ARTIFICIAL A STLPILOR LEAPriza artificial a stlpilor LEA se realizeaz din electrozi orizontali amplasai sub form de contururi concentrice cu stlpul (1 - 3 contururi), sub form inelar sau ptratic, cu patru raze.

De la caz la caz, la extremitile razelor se pot amplasa electrozi verticali.

11.2.5. CONDUCTOARELE DE LEGARE LA PRIZ

Conductoarele de legare la priz pot fi la rndul lor naturale sau artificale. Se pot folosi drept conductoare de legare la priza de pmnt urmtoarele elemente conductoare amplasate pe teren n alte scopuri:

armturile metalice ale construciilor de beton armat;

evile de forare, evile din oel pentru protecia conductoarelor electrice;

prile de susinere i carcasele instalaiilor de distribuie;

cile de rulare ale macaralelor, ale ascensoarelor etc.

Aceste elemente se pot folosi drept conductoare de legare la priz dac li s-a asigurat continuitatea electric i s-a verificat seciunea lor la trecerea curenilor de defect.

Conductoarele artificiale de legare la priz se realizeaz din oel lat. Cele amplasate aparent se vopsesc n negru.

Mai trebuie remarcat faptul c fiecare element care trebuie legat la priz este necesar s aib legtur proprie la conductoarele principale de legare la priz. Aceast legtur trebuie dimensionat astfel nct s suporte trecerea ntregului curent de defect.

Seciunea legturii se poate calcula cu relaia:

(11.8)

.

Ip

Rd

x

Vx

V

V = 0

PAGE 185

_1042970123.unknown

_1052554753.unknown

_1052555146.doc

Potenialul piciorului 2

Vpicior 2

Rezistena de dispersie a prizei notat cu Rp

V

Ip

Tensiunea de atingere

Ua = Vmn - Vpicior=kaUp

Potenialul minii = tensiunea pe priz

Vmn Up

Potenialul piciorului Vpicior

Potenialul piciorului 1 Vpicior 1

Tensiunea de pas

Upas = Vpicior1 - Vpicior2 = kpas Up

Fig.11.2. Electrocutarea prin tensiuni de atingere i de pas

_1042970129.doc

h = 1,0-1,2 m

h =0,9-1,0 m m

h =0,4-0,6 m

conductor principal de legare la pmnt

contururi orizontale de dirijare a potenialelor

lo

h = 0,2 m

aparat electric legat la priz

zid cldire

electrozi verticali

electrozi

orizontali

0,3 m

0,8 m

1,5-2m

3,0-3,5 m

_1042970130.unknown

_1042970125.doc

mprejmuire

lo

fundaie de stlp cu paratrsnet

corp cldire comand sau/i staie interioar

1,5 m

1,5 m

h=0,4 - 0,6 m

contur priz de dirijare a potenialelor

benzi de dirijare a potenialelor care servesc i drept conductoare principale de legare la priza aparatelor

aparat electric legat la priz prin dou conductoare

fundaie transformator

contur de dirijare exterior mprejmuirii h=1,0-1,2 m

electrozi orizontali electrozi verticali

mpreun formeaz conturul prinicpal al prizeih = 0,8 - 1,0 m

a

3,5 m

_947622662.unknown

_947623089.unknown

_947345938.unknown

_947622326.unknown

_947345778.unknown