Földelő Rudak Hosszának Optimalizálása és Földelési Megoldások

A villamos rendszerek biztonságos és stabil működésének alapja a hatékony földelés. Ez az eljárás kulcsfontosságú az áramütés, az elektromos tűz és a túlfeszültség elleni védelemben, valamint az áramkörök stabilitásának biztosításában. A földelés a hibafeszültségeket a földbe vezeti, ezzel minimalizálva a veszélyeket.

Miért Elengedhetetlen a Megfelelő Védőföldelés?

A földelés létfontosságú az elektromos rendszerek biztonságos üzemeltetéséhez. Elsődleges célja a hibafeszültségek biztonságos elvezetése a földbe, ami jelentősen csökkenti az áramütés és az elektromos tüzek kockázatát. Emellett a megfelelő földelési rendszer növeli az áramkörök stabilitását, biztosítja az érintésvédelmet és a túlfeszültség elleni védelmet is. Az LPS (Lightning Protection System) tervezőjének és telepítőjének különleges intézkedéseket kell tennie a veszélyes lépcsőfeszültségek elleni védelem érdekében a földelzáró hálózatok közelében, különösen, ha azokat a nyilvánosság számára hozzáférhető helyen telepítik. A földelési ellenállás értékének minden esetben a lehető legalacsonyabbnak kell lennie, különösen a robbanóanyag által veszélyeztetett szerkezetek esetében, bár a 10 Ω-os teljes földelési ellenállás ajánlott értéke konzervatívnak mondható olyan szerkezetek esetében, amelyekben közvetlen potenciálkiegyenlítést alkalmaznak.

Földelési Megoldások és Típusai

A földelés kialakítására számos módszer létezik, amelyeket az MSZ HD 60364-5-54:2012 szabvány szabályoz. Az alkalmazott földelő hálózat és földelő kivitelét alapvetően meghatározza a létesítés célja. A leggyakoribb típusok a következők:

• Szalagföldelés: Ez a típusú földelés a talajba helyezett vezetőföldelés, amely egyenletes potenciáleloszlást biztosít.
• Földelőszondás földelés: Ez egy vagy több függőleges földelő rúdból áll.
• Mélyföldelés: Különösen magas földelési ellenállású talaj esetén alkalmazzák.

Különböző Földelési Célok

A különböző célú villamos hálózatokban és rendszerekben a földelés, mint eljárás, eltérő célokat szolgál és eltérő eszközökre támaszkodik.

• Üzemi földelések: Az áramszolgáltató hálózatán belüli megfelelő üzemi viszonyok kialakítását és a hálózati feszültség földpotenciálhoz való rögzítését célozzák. Ezek lehetnek közvetlenek (merevek) vagy közvetettek, azaz megfelelően méretezett impedancián keresztül földeltek. Hazánkban a kisfeszültségű fogyasztói hálózatok mereven földeltek, és az üzemi földelő a táptranszformátor csillagpontjánál helyezkedik el.
• Érintésvédelmi (védő) földelések: A villamos fogyasztó-berendezések biztonságos használatát segítik elő. A földelő a fogyasztói csatlakozásnál helyezkedik el, és feladata az érintési feszültség korlátozása, valamint a testzárlat adott időn belüli megszüntetése.
• Villámvédelmi földelések: A villámhárító berendezést érő becsapás áramának minél rövidebb úton, minél kisebb veszélyt és potenciál-emelkedést okozva történő elvezetése a földbe.
• Túlfeszültség-védelmi földelések: A villamos berendezéseket érő légköri vagy kapcsolási eredetű túlfeszültségek elleni védelmül szolgálnak, biztosítva a (kvázi) egyenpotenciálra hozás lehetőségét a tranziens túlfeszültségek időtartományában is.
• Elektrosztatikus földelés: Speciális, paramétereiben az összes többi földeléstől eltérő, az elektrosztatikus eredetű túlfeszültségek és kisülések elleni földelés, amelynek feladatát szinte az összes egyéb célú földelő el tudja látni.
• Zavarvédelmi földelések: Elsődleges céljuk a rendszerbe sugárzásos, vezetéses, induktív vagy kapacitív úton bejutó rádiófrekvenciás - bizonyos esetekben kisfrekvenciás - zavarjelek becsatolásának csökkentése, elvezetési lehetőségének javítása, és ezáltal a zavart berendezés működőképességének megőrzése.
• Technikai földelések: Valamilyen, a fentiektől eltérő speciális cél elérését szolgálják, mint például az aktív korrózióvédelemhez tartozó földelés vagy a rádióadók földelése.

Földelő Rúd Telepítésének Folyamata

A földelő rudak megfelelő telepítése kulcsfontosságú a földelés hatékonysága szempontjából.

Helyszín Kiválasztása

A földelő rúd elhelyezésénél fontos figyelembe venni a talaj típusát, mivel annak fajlagos ellenállása befolyásolja a hatékonyságot. A száraz, homokos talaj kevésbé alkalmas, ilyenkor több földelő rúd telepítésére vagy egyéb kiegészítő megoldásokra lehet szükség. Az LPS tervezőjének és az LPS telepítőjének megfelelő típusú földelőelektródákat kell választania, és biztonságos távolságra kell elhelyeznie azokat a szerkezet be- és kijárataitól, valamint a talajban lévő külső vezető részektől, például kábelektől, fémcsatornáktól.

Ásás és Előkészítés

A földelő rúd minimum 1,5-3 méter mélyre kerül, attól függően, hogy milyen ellenállású a talaj. Az elhelyezés előtt javasolt egy kisebb árok ásása vagy a függőleges rés beágyazása. A földelő rúd teljes hossza nem lehet kevesebb 240 cm-nél, és ami a legfontosabb, hacsak nincs megfelelően védve a talajrúd felső vége, a talajrúd felső vége vízszintesen vagy a talaj alatt legyen.

Rúd Beverése

A rudat megfelelő mélységbe kell ütni (legalább 1,5-3 méter), hogy hatékony földelési ellenállást érjünk el. Ehhez speciális földelő kalapács vagy gépi beverő eszköz is használható. Gépi telepítéssel, megfelelő talajviszonyok esetén, már 10-12 méteres rúd is telepíthető.

Földelő Vezeték Csatlakoztatása

A bevert rúdhoz földelő vezeték csatlakozik, amelyet megfelelő földelő kapoccsal rögzítenek. A kötéseket korrózióálló csatlakozókkal kell biztosítani, hogy hosszú távon is megbízható kapcsolatot nyújtsanak. Mivel a külső rúdrendszer szalagjai és függőleges rúdjai az antennatorony ütközőtalpbetonjába merített acéllal vannak összekötve, nemesfémből kell készülniük, például rézkötésű acélból, rozsdamentes acélból vagy tömör rézből. A bemutatott beépítésnél rézkötésű acél anyagokat alkalmaztunk.

Ellenőrzés és Mérés

A telepítés után meg kell mérni a földelési ellenállást, hogy megfelel-e az előírásoknak (10 ohm alatti értéknek kell lennie). Valójában a földelési ellenállás határozza meg, hogy a földelő rúd állapota megfelel-e a szabványnak a földelés után, és a földelő rúd földelési ellenállása nem azonos különböző betemetési mélységek esetén. Ha az ellenállás túl magas, további földelő rudak telepítése vagy más földelési megoldások szükségesek. Számos mérési technikát részletesen ismertet az IEEE Std 81-1983. A Wenner-féle négytűs módszer a leggyakrabban használt technika. Ennek során négy szondát vezetnek a földbe egy egyenes mentén, egymástól egyenlő távolságra, b mélységig.

A Földelők Fajtái és Anyagai

Elvileg rendkívül széles a földelők választéka, hiszen minden vezetőanyagból készült, talajjal érintkező tárgy földelőként viselkedik. A leggyakrabban alkalmazott földelők anyagai általában tüzihorganyzott vasból, korrózióálló acélból vagy rézből készülnek, illetve ezek kombinációjából. Fontos szempont az anyagválasztáskor a korrózió: célszerű a talajfajta ismeretében (agresszív, szennyezett stb.) megválasztani az anyagot. A rézbevonatú acélt általában föld alatti rudak készítésére és esetenként rácsok földelésére használják, különösen ott, ahol a lopás problémát jelent. További probléma a galvanikus áramok okozta elektrokémiai korrózió. A betonban lévő acél körülbelül ugyanolyan galvanikus potenciállal rendelkezik az elektrokémiai sorozatban, mint a réz a talajban. A réznek belsőleg össze kell kötnie az acélt.

Földelési Hibák és Azok Elkerülése

A földelési hibák komoly kockázatokat rejthetnek magukban, ezért fontos azokat megelőzni.

• Túl magas ellenállás: Száraz vagy sziklás talajban további földelő részek beépítése szükséges. Ha csökkenteni szeretné a földelési ellenállást, amikor a földelő rúd földelt, akkor hosszabb földelő rudat kell használnia, vagy kettőnél több földelő rudat kell használnia.
• Rossz csatlakozások: Nem megfelelő bilincsek vagy rozsdásodás csökkentheti a hatékonyságot. Gyártási tűrés - 3%.
• Nem megfelelő telepítési mélység: A sekélyre helyezett földelő rúd nem biztosít elegendő kapcsolatot a talajjal.

Milyen Esetekben Szükséges Szakember?

A földelő rendszerek kialakítása komoly szaktudást igényel, mivel rossz kivitelezés esetén nem biztosít megfelelő védelmet. Amennyiben új földelés telepítésére vagy a meglévő rendszer felülvizsgálatára van szükség, érdemes szakemberhez fordulni.

A Talaj Fajlagos Ellenállása és Annak Befolyásoló Tényezői

A földeléseket általában akkor tekintik hatékonynak, ha kicsi a szétterjedési ellenállásuk, illetve kicsi a földelési ellenállásuk. Ez általában akkor teljesül, ha elegendően nagy felülettel bír a földelő és megfelelően kicsi a talaj fajlagos ellenállása. Míg a földelő méreteit - bizonyos határok között - mi magunk választhatjuk meg, a talaj fajlagos ellenállása többé-kevésbé adott, melyet több tényező is befolyásol.

A talaj fajtája elsődlegesen meghatározza a fajlagos ellenállást: humusztól a márványig sorolva a talajokat 10^1-től a 10^6 Ωm-ig terjed a skála. Jelentős mértékben függ minden esetben a talaj nedvességtartalmától a fajlagos ellenállás, melynek nem elhanyagolható a hőmérséklettől való függése sem.

Hatékonyság Növelése

Elsősorban a száraz, köves vagy sziklás talajokban rendkívül nehéz megfelelő földelési ellenállást elérni a hagyományos módon. Hatékonyságnövelő anyagok és eszközök alkalmazása javasolt. Manapság két megoldás, illetve ezek kombinációja használatos: az adalékanyagok használata vagy a vegyi anyaggal töltött földelőrudak telepítése.

Adalékanyagok

Az adalékanyagok általában két módon működnek: egyfelől jó vezetőképességüket és halmazállapotukat kihasználva megnövelik a földelő felületét, jó vezető kontaktust biztosítva a talajjal, másfelől ezen anyagok egy része szinte benyomul a talaj réseibe, kapillárisaiba, jól vezető áramutakat biztosítva. Az adalékanyagok döntő többségét iszap formájában juttatják a fúrt lyukba, de előfordul olyan megoldás is, ahol a fém földelő szondát gyárilag látják el vezetőképes, nagy felületű és egyben korrózióvédő bevonattal, és a telepítés után a talaj tömörítésével érik el a megfelelő kapcsolatot a talaj és a földelő burkolata között.

Az adalékanyagok önmagukban általában jó vezetőképességgel bírnak, és a talajba kerülve nedvességet szívnak magukba. Összetételük változó, általában a gyártók csak a fontosabb komponenseket adják meg, az arányokat nem. A ma is használatos és elfogadható anyagok közül talán a szén, illetve a grafit a legismertebb. Ilyen például a tengerentúli HARGER cég Ultrafill nevű anyaga. Szintén sokan ismerik a bentonitot, vagy az abból készült keverékeket, mint például az Earthrite (DULMISON). (A bentonit sok helyen előforduló természetes agyagásvány, amely nedvesség hatására duzzad, és ennek révén fejti ki hatását.) Japán cégek vezetővé tett betont ajánlanak (pl. San-earth), amely óvja a földelő elektródot, megnövelve ezzel mellesleg az élettartamot is. Számos cég alumíniumszilikátot vagy hasonló vegyületet alkalmazva ígér biztos eredményt. (Idetartozik a hazai piacon is megjelent Eritech GEM (ERICO), illetve a PowerFill (LORESCO)). A GEM megjelölést többen is használják - angol betűszó, eredeti jelentése: földelést javító anyag. A felsorolt anyagok többnyire higroszkópos jellegűek, és nem okoznak káros talajszennyezést.

Bármelyik adalékanyagot használjuk is, feltétlenül tisztázni kell hatását a földelő anyagára, valamint esetleges reakcióit szennyezett vagy agresszív talaj esetén. Dacára a bő választéknak még ma is előfordul a konyhasó (nátrium-klorid) alkalmazása, sőt ajánlása is. Mindenkit lebeszélünk erről a megoldásról: lehet, hogy olcsónak és egyszerűen kivitelezhetőnek tűnik, de erősen környezetszennyező anyagról van szó, amely agresszív, és jelentősen csökkenteni fogja a földelő élettartamát is. Minden esetben csak olyan anyagot használjunk, amelynek ismerjük a tulajdonságait, és rendelkezésre áll a terméklapja is.

Töltött Rudak

Külön kell említenünk a kémiai anyagokkal töltött rudakat: ezek olyan töltettel rendelkeznek, amely higroszkópos, és az atmoszférával folyamatosan kapcsolatban állva nedvességet vesz fel, amely beoldva a töltet anyagát a csőelektród perforált alsó részén a talajba jut, jelentősen javítva annak ionos vezetőképességét. Bár első látásra drága megoldásnak tűnik ez a módszer, de a szakirodalomban szerepel olyan mérési eredmény, ahol az azonos felületű réz rúdhoz képest tized részére csökkent a földelési ellenállás. A különféle földelés-hatékonyság növelő eljárások, anyagok - ha kellő körültekintéssel alkalmazzuk azokat - jó eredményt hozhatnak, indokolt esetben. Feltétlenül figyelembe kell venni a környezeti adottságokat (talaj, szennyezések, már meglévő földelők stb.), hogy ne idézzünk elő elektrokémiai jellegű problémákat.

Földelési Rendszerek Ellenállásának Meghatározása

Schwarz a következő egyenletsort dolgozta ki a földelőrendszer teljes ellenállásának meghatározására egy homogén talajban, amely vízszintes (rács) és függőleges (rudak) elektródokból áll. A Schwarz-egyenletek kiterjesztették az elfogadott egyenleteket egy egyenes vízszintes vezetékre, amely a keresztező vezetőkből álló rács R1 földellenállását és egy földbe ágyazott gömböt ábrázol, amely a földelő rudakat, R2. k1, k2- az együtthatók.

Az 1. görbe a h mélységhez y1 = - 0.04x + 1.41, míg a 2. görbe a mélységhez y2 = - 0.05x + 1.20 egyenletekkel írható le.

tags: #a #fodeles #rud #hossza