/ / Zwei Hauptfunktionen einer Erdungselektrode und ihrer Installationsparameter

Zwei Hauptfunktionen einer Erdungselektrode und ihrer Installationsparameter

Zum Schutz von Personen und LV-Einrichtungen

Die Hauptfunktion einer Erdungselektrode ist der Personenschutz. Das ist es. Es ist eine Tatsache, dass wir auf der Erde leben! Freiliegende Metallteile von elektrischen Geräten müssen unbedingt geerdet werden, um Stromschläge durch indirekten Kontakt zu vermeiden, falls ein Isolationsfehler auftritt. Diese Maßnahme wurde bereits seit 1923 in den Normen festgelegt (IEC 364; NF C 15-100).

Was ist die Hauptfunktion einer Erdungselektrode im Netz

Was ist die Hauptfunktion einer Erdungselektrode im Stromversorgungssystem (Bildnachweis: stationproject.wordpress.com)

Der Fehlerstrom variiert je nach Stärkedas verwendete Erdungssystem und es werden Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass die Berührungsspannung die festgelegte Sicherheitsspannung für eine festgelegte Zeit nicht überschreitet: UL (50 V in AC). Die freiliegenden Metallteile elektrischer Geräte sind mit den Schutzleitern aus PE verbunden, die wiederum mit der Erde verbunden sind. so bilden sie die erdungsanordnung.

Die zweite Funktion einer Erdungselektrode ist um Gleichtaktstörungen außerhalb der LV-Installation zu minimieren. Ein Beispiel ist eine 50/60 Hz-Überspannung bei:

  • Ausfall des MV / LV-Transformators (siehe Abbildung 1) oder
  • Überspannung durch Blitzschlag (siehe Abbildung 2).

MV / LV-Ausfall - Das Potential des Energiesystems steigt gegenüber der Erde: U = RN × Ih Gefahr für die Ausrüstung im TT-System oder für Personen im TN-System, wenn das Gebäude nicht vollständig äquipotentiell gebunden ist.

MV / LV-Ausfall

Abbildung 1 - MV / LV-Ausfall

Blitzschlag - Das Netz ist an allen unter Spannung stehenden Leitern einer pulsierenden Überspannung ausgesetzt, die zu einem hohen EMV-Risiko führt. Erfordert die Verwendung von Blitzableitern unabhängig vom verwendeten Erdungssystem.

Blitzschlag

Abbildung 2 - Blitzschlag

In Bezug auf das Vorstehende hat NF C 13-100 in Frankreich Grenzwerte für die Erdelektrode festgelegt. Blitzschlag, MV / LV-Fehler und die Sicherheit von Personen erfordern die Verwendung niederohmiger Erdungselektroden (Ich hMV kann 1000 A erreichen und die Isolationsspannung empfindlicher Geräte beträgt 1500 V!). Dieses Problem muss insbesondere in TT-Erdungssystemen gelöst werden.

Achtung, natürlich sollten mehrere Erdungselektroden vermieden werden, es sei denn, sie sind miteinander verbunden! Die Erdungselektrode kann aus einem oder mehreren Stacheln bestehen, die in den Boden gedrückt werden, oder eine Grundgrabenschleife oder eine Kombination aus beiden.

Für eine Spitze: Rp = ρ / L

Für die Grundgrabenschleife: RFF = 2ρ / L

woher L ist die Länge der Spitze oder der Umfang der Schleife.

Die Erdungselektrode muss aus einem massiven Kupfer- oder Edelstahlleiter bestehen, um die Oxidation zu begrenzen. Der Bodenwiderstand (ρ) ist ein wichtiger Parameter, je nach Bodenfeuchtigkeit und Natur stark abweichend 1 bis 5000 Ω / m. Es ist wichtig, die „rechte“ Erde unten im Gründungsgraben um den Leiterschleifen zu legen (siehe Abbildung 3).

Erdungselektrode: Erstellen einer Schleife im Gründungsgraben

Abbildung 3 - Erdungselektrode: Erstellen einer Schleife im Fundamentgraben

Die Impedanz einer Erdelektrode variiert nuretwas zwischen 50 Hz und 500 kHz. Wenn das Gebäude mit Blitzableitern ausgestattet ist, müssen die Stababsturzlenker dreieckig mit Erdungselektroden verbunden werden.

Alle Leiter, die möglicherweise zur Übertragung von Blitzströmen erforderlich sind, müssen vorhanden sein Flachleiter, um den Selbstinduktionsfaktor und den Hauteffekt zu reduzieren und folglich der Abfall der linearen Spannung (siehe Abbildung 3).


Berechnung

Dauerwiderstand eines Dirigenten

Dauerwiderstand eines Dirigenten ist RC = ρ l / s d.h. RC = 1,7 mΩ Für ein 10 m langer zylindrischer Kupferleiter mit einem 100 mm2 Kreuzung. Mit zunehmender Frequenz verstärkt der Skin-Effekt diesen Widerstand.

Dies liegt daran, dass Hochfrequenzströme an den Kanten des Leiters über eine Tiefe von 10 ° C konzentriert sind δ = (π f μ σ)-1/2 die mit der Frequenz abnimmt. δ ist als Hauttiefe bekannt.

Für kupfer:

  • (50 Hz) = 9,3 mm
  • (1 MHz) = 65,8 µm
  • (10 MHz) = 21 µm.

Der reale Querschnitt des Leiters nimmt dadurch ab. Das Verhältnis zwischen RHF und RC ist für einen zylindrischen Leiter mit a angegeben Radius r durch:

Das Verhältnis zwischen RHF und RC ist für einen zylindrischen Leiter mit einem Radius r angegeben

Diese Formel gilt nur, wenn die Radius r des Dirigenten ist größer als der Hauttiefe δ. Unser Kupferleiter ist so, dass:

  • bei 50 Hz: RHF = RC = 1,7 mΩ
  • bei 1 MHz: RHF = 43,1 × RC = 73 mΩ
  • bei 10 MHz: RHF = 135 × RC = 230 mΩ.

Die Selbstinduktivität L (μH) eines Leiters

Die Selbstinduktivität L (μH) eines Leiters einer Länge l ist:

  • Für einen zylindrischen Leiter:
    Die Selbstinduktivität L (μH) für einen zylindrischen Leiter
  • Für einen Leiter mit rechteckigem Querschnitt:
    Die Selbstinduktivität L (μH) für einen Leiter mit rechteckigem Querschnitt

Dabei werden l, d (Durchmesser), δ, w (Breite), e (Dicke) in Metern ausgedrückt.


Impedanz der Leiter abhängig von ihrer Geometrie und Frequenz

Impedanz der Leiter abhängig von ihrer Geometrie und Frequenz

Impedanz der Leiter abhängig von ihrer Geometrie und Frequenz


Selbstinduktivität und Impedanz eines 10 m langen Kupferleiters mit einem Querschnitt von 100 mm2, abhängig von seiner Geometrie.

(*) In der Tabelle ist die Selbstinduktivität des zylindrischen Leiters bei 50 Hz angegeben. In HF der Begriff 100 μrδ wird vernachlässigbar und L ≈ 14,35 μH wird wie der Leiter mit rechteckigem Querschnitt frequenzunabhängig. Beachten Sie schließlich, dass bei HF die Impedanz Z = 2π × f × L im Vergleich zum Widerstand R überwiegtHF.

Es ist wichtig für diese Leiter so kurz wie möglich sein!!

Nehmen wir das Beispiel eines LV-Überspannungsableiters, der die Gleichtaktspannung begrenzen soll 1,5 kV. Wenn es zwischen der Schutzphase und dem Erdungsstreifen durch ein angeschlossen wird 1 m langer Leiter mit kreisförmigem Querschnitt, a 5 kA Strom und ein 8 μs steigende Flankewird die folgende Spannung entwickelt:

Stromspannung

Somit eine Gesamtüberspannung von 2.1 kV ist gefährlich, da viele Geräte eine Stoßspannungsfestigkeit von 1,5 kV haben. Die Lösung besteht darin, die Anwendung direkt an die Klemmen des Blitzableiters anzuschließen (siehe Abbildung 4).

Optimaler Anschluss eines Blitzableiters

Abbildung 4 - Optimaler Anschluss eines Blitzableiters

[TP]

Blitzschutz- und Erdungssystem für Gebäude

Referenz // Zusammenleben von hohen und niedrigen Strömen von R. Calvas und J. Delaballe

Bemerkungen: