INSTALATII DE LEGARE LA PAMANT: Electrocutarile - Protectia impotriva electrocutarilor

INSTALATII DE LEGARE LA PAMANT

Instalatia de legare la pamant este ansamblul de conductoare si electrozi prin care se realizeaza legatura unor elemente dintr-o instalatie cu solul.

La exploatarea echipamentelor electrice pot sa apara defecte care sa determine aparitia unor tensiuni periculoase pe diferite parti metalice care in mod normal nu sunt sub tensiune. Pentru protectia echipamentelor si a personalului de deservire se folosesc instalatiile de legare la pamant.

Instalatiile de legare la pamant sunt elemente componente importante ale instalatilor electrice, de buna lor functionare depinzand siguranta in exploatare a instalatiei pe care o deserveste.

Accidente datorate curentului electric.

Daca intre doua puncte ale corpului omenesc se aplica o diferenta de potential, prin corp trece un curent electric. Aceasta trecere este insotita de fenomene ale caror efecte se manifesta prin socuri electrice, electrocutari si arsuri.

Electrocutarile.

Electrocutarile reprezinta actiunea curentului electric asupra sistemului nervos si muschiular si pot avea urmatoarele efecte:

contractia muschilor

oprirea respiratiei

fibrilatia inimii

pierderea temporara a auzului si vocii

pierderea cunostintei

Electrocutarile se produc prin:

atingeri directe, adica atingerea elementelor conductoare ale unei instalatii electrice aflate sub tensiune, (Fig.1, a).

atingeri indirecte, reprezinta atingerea unui element conductor care in mod normal nu este sub

tensiune, dar care, in mod accidental, poate fi pus sub tensiune (Fig.1, b).

Tensiunea la care este supus omul in cazul atingerii indirecte se numeste tensiune de atingere, U_a.

Tensiunea de pas, U_pas, este tensiunea la care este supus omul la atingerea a doua puncte de pe sol sau pardoseala (considerate la 0,8m) aflate la potentiale diferite. Tensiunea de pas poate sa para in apropierea unor prize de pamant de exploatare sau de protectie, prin care trece curentul de exploatare, sau in apropierea unui conductor aflat sub tensiune si cazut la pamant.

a) b)

0,8m

0,8m

Fig. 1 Aparitia electrocutarilor:

a) prin atingere directa, se atinge reteaua aflata sub tensiune

b) prin atingere indirecta, se atinge carcasa motorului electric care in mod normal nu este sub tensiune dar poate fi pusa sub tensiune ca urmare a unui defect.

Pentru prevenirea accidentelor electrice prin atingere directa un rol important il au normele de protectia muncii, pe baza carora omul este instruit:

sa nu atinga echipamentele aflate sub tensiune

sa foloseasca echipamentul de lucru si de protectie

sa organizeze punctul de lucru astfel incat sa nu existe pericolul

de electrocutare

Pentru prevenirea accidentelor electrice prin atingere indirecta, se folosesc diferite instalatii de protectie care sa actioneze imediat in caz de defect, limitand tensiunile de atingere la valori reduse admise de norme si sa deconecteze in timp echipamentul afectat.

Protectia impotriva electrocutarilor prin instalati de legare la pamant.

Protectia prin instalatii de legare la pamant se foloseste impotriva electrocutarilor prin atingere indirecta in instalatiile electrice cu tensiuni sub 1000V.

In cazul in care legarea la pamant de protectie reprezinta mijlocul principal de protectie impotriva electrocutarilor prin atingere indirecta, se vor lega la instalatiile de legare la pamant de protectie toate elementele conductoare care nu sunt sub tensiune dar care in mod accidental pot fi puse sub tensiune, cum sunt:

carcasele de elementele de sustinere, metalice sau din beton armat ale instalatiilor de echipamentelor electrice

partile metalice ale tablourilor si pupitrelor electrice

ingradirile de protectie, fixe sau mobile, daca nu au o legatura sigura in exploatare cu alte elemente legate la pamant

invelisurile si armaturile metalice ale cablurilor

Nu este obligatoriu sa se lege la instalatia de protectie urmatoarele elemente:

carcasele aparatelor de masura, ale releelor si ale altor aparate montat pe tablouri daca au o

legatura sigura conductoare cu elementele lor de sustinere

constructiile metalice care sustin cabluri electrice, daca aceste cabluri au invelisurile metalice legate la capete la pamant

elementele metalice nedemontabile sau acre se pot deschide daca sunt in legatura printr-o rezistenta neglijabila cu constructiile metalice legate la pamant

Daca mai multe constructii, hale, ateliere, sunt alimentate cu energie electrica de la aceeasi sursa instalatiile de legare la pamant de protectie vor fi legate intre ele.

Se admite legarea directa la priza de pamant de protectie a instalatiei de paratraznet, cu conditia ca rezistenta de dispersie sa fie mai mica de 1 ohm iar sectiunile conductoarelor si electrozilor sa fie cele indicate in tabelul de mai sus.

La folosirea in comun a unei prize de pamant, conductoarele de legatura la pamant a instalatiei de paratraznet vor fi separate fata de celelalte categorii de instalatii pana la priza de pamant.

Valoarea curentului care trece prin corpul omenesc, la atingerea unui element sub tensiune, depinde de tipul retelei la care este racordat elementul respectiv. La calculul curentului trebuie sa se tina seama ca o electrocutare poate avea loc numai la atingerea simultana a doua elemente bune conductoare de electricitate intre care exista o diferenta de potential:

de exemplu, atingerea a doua elemente care fac parte din circuitele curentilor de lucru(doua conductoare neizolate, doua borne ale unui tablou).

Pot exista situatii cand omul atinge numai un element al retelei si pamantul. In acest caz determinarea curentului se face tinand seama nu numai de rezistenta omului ci si de rezistenta de scurgere la pamant care se poate considera aproximativ 257W

La retelele de curent continuu nu intervine capacitatea retelei. Curentii capacitivi din retelele de curent alternativ sunt atat de mari incat practic ei determina curentul prin corpul omenesc.

Retele legate la pamant

Retelele trifazate legate la pamant au punctul neutru al sursei de alimentare legat la pamant printr-o instalatie de legare la pamant de exploatare, cu rezistenta de trecere, R_o.

R

S

T

R_h I_p I_h

R_o R_p

Fig. 4 Retea legata la pamant.

Circulatia curentilor in cazul unui defect de izolatie la un utilaj

In cazul unui defect al izolatiei fata de carcasa se stabileste un curent prin urmatorul traseu: rezistenta r_c1 al fazei defecte, prin rezistenta legaturii la pamant de protectie, R_h si rezistenta legaturii la pamant de exploatare, R_o si se inchide la sursa de alimentare a retelei. (Fig. 7.4)

Curentul de defect se calculeaza cu relatia:

U_f

I_sc =

r_c1 + R₀ + (R_p.R_h)/( R_p+R_h)

Tinand seama ca R_p este mult mai mica decat R_h iar r_c1 decat R₀, R_p aceste valori se pot neglija astfel incat curentul prin instalatia de protectie va avea valoarea:

U_f

I_p=

R₀+R_h

La acest tip de retele se poate inlatura pericolul de electrocutare daca intre legarea la pamant de exploatare si legarea la pamant de protectie este o legatura electrica cu rezistenta mica.

In cazul retelelor legate la pamant rezistenta de dispersie a instalatiei de legare la pamant nu va depasi 4 ohmi.

Instalatia de legare la pamant trebuie astfel realizata incat sa ne se depaseasca valori admise ale tensiunii de pas si tensiunii de atingere. Daca nu pot fi indeplinite aceste conditii atunci se va aplica protectia prin legare la conductorul de nul.

Se pot considera urmatoarele valori pentru curentul prin instalatia de protectie:

I_p = 1,25 I_d,

daca se foloseste intreruptor automat cu protectie diferentiala

I_p = K I_d,

daca protectia maximala se realizeaza numai cu sigurante

K = 3,5, daca I_siguranta < 50A

K = 2, daca I_siguranta > 63A

Realizarea instalatiilor de legare la pamant de protectie

Instalatiile de legare la pamant de protectie se realizeaza in scopul dirijarii in pamant, in conditii de siguranta a curentilor de defect datorita deteriorarii izolatiei sau curentilor proveniti din descarcarile electrice.

Instalatia de legare la pamant se compune din:

priza de pamant

piesele de separatie

conductoarele de legatura

Prizele de pamant naturale

Prizele de pamant naturale sunt constituite din elementele

conductoare ale unor constructii care se folosesc in alte scopuri, dar care indeplinesc si conditia de a fi folosite ca electrozi avand un contact bun si pe o suprafata mare cu pamantul.

Pot fi folosite ca prize de pamant naturale:

elementele metalice ale constructiilor in contact cu pamantul,

direct sau prin fundatii de beton, ca: stalpi si alte elemente metalice imbinate prin sudura sau suruburi, armaturi metalice ale constructiilor din beton armat aflate in contact cu pamantul.

coloanele de adancime ale sondelor

conducte metalice ingropate in pamant pentru apa sau alte fluide

necombustibile, cu conditia ca elementele izolate sa fie suntate cu legaturi conductoare din Cu sectiunea de cel putin 6 mm² sau OL de cel putin 100mm² Acestea se pot folosi drept prize de pamant naturale cu conditia respectarii urmatoarelor:

prezinta continuitate electrica perfecta

asigura in exploatare rezistenta la solicitari mecanice si chimice

satisfac conditii de stabilitate termica

indeplinesc conditii de grosime si sectiune din tabelul 7.6

asigura legarea la pamant si in cazul defectarii unei portiuni

sunt usor accesibile

Este interzis folosirea drept priza de pamant naturala a

conductelor tehnologice care transporta materiale combustibile.

In cazul in care valoarea prizei de pamant naturale nu corespunde cu valoarea impusa aceasta se completeaza cu o priza de pamant artificiala.

Avantajele prizelor de pamant naturale:

permit trecerea unor curenti mari de defect

au o durata de functionare lunga (practic egala cu a constructiei)

au o rezistenta mare la coroziune

rezistenta mecanica mare si siguranta in exploatare

materiale si manopera putine

realizeaza o egalizare a potentialelor intre toate partile metalice

Prize de pamant artificiale

Prize de pamant artificiale sunt construite din elemente metalice ingropate in pamant numai pentru a realiza legatura cu pamantul. Sunt formate din electrozi metalici (din teava sau profil din otel zincat), montati in pamant in pozitie verticala sau orizontala si conductoare metalice din otel care unesc acesti electrozi. Pot fi prize orizontale, daca electrozii se monteaza in pozitie orizontala si pana la 1m adancime si prize verticale cand electrozii se monteaza vertical la adancimi de 1 - 5m.

d a

L>1500

L>1500 a) b)

h h

Fig. 3 Electrozi pentru prize de pamant verticale

a) din teava de otel; b) din otel cornier

La realizarea prizelor este bine sa se respecte urmatoarele:

Este interzisa folosirea electrozilor din aluminiu, funie de otel sau a celor asamblati prin legaturi neconductoare sau care au acoperiri izolante.

Electrozii nu trebuie sa fie acoperiti cu vopsea, gudron etc.

Electrozii se vor monta in stratul de pamant cel mai bun conductor, fara pietre, batandu-se cu grija pamantul dupa ingroparea electrodului.

Distanta dintre electrozi trebuie sa fie mai mare de 5m pentru electrozii orizontali si mai mare decat dublul lungimii pentru electrozii verticali.

In solurile agresive sau cu rezistivitate mare se recomanda imbracarea electrozilor intr-un strat gros de bentonita.

In jurul cladirilor electrozii se vor ingropa la cel putin 2m de pereti.

Distanta de la partea superioara a electrodului pana la suprafata solului va fi de minim 0,5m

Conductoarele de legatura intre electrozi se monteaza fie ingropat cand pot fi considerate ca si electrozi orizontali, fie aparent.

Conductoarele principale vor trece prin toate incaperile cu echipament de protejat, pe cat posibil in circuit inchis si se vor lega la priza de pamant prin conductoare protejate mecanic pe o portiune aparenta pana la 1,5m deasupra solului.

Conductoarele de ramificatie vor lega fiecare echipament in parte la conductorul principal.

Legaturile intre elementele instalatiei se face preferabil prin

sudura. Daca se face prin suruburi acestea se asigura cu piulite si se cositoresc suprafetele de contact.

La realizarea prizelor de pamant se parcurg urmatoarele etape:

Electrozii utilizati la realizarea prizelor de pamant se pregatesc

In atelierele de specialitate. Ei se ascut la un capat iar la celalalt capat, dupa caz, se va fixa o bucata de platbanda.

Se traseaza conturul pe care se va realiza priza de pamant

Se sapa santul in care se va plasa priza de pamant. Acesta, din motive

de inghet va trebui sa aiba o adancime de minim 0,8m. Latimea se recomanda sa fie de 0,5m pentru usurinta montajului.

Se bat electrozii. Aceasta operatiune se poate face manual dar si mecanic cu ciocane electrice, pneumatice sau mecanice.

Conectarea electrozilor se face cu conductoare metalice, platbanda,prin sudura. Pentru usurinta sudurii banda lata din otel se aseaza in pozitie verticala.

Dupa terminarea operatiunilor de conectare dintre conductoarele de legatura si electrozi sau intre conductoare si echipamentele care se leaga la pamant, se intocmeste schita reala a modului cum s-a realizat priza si se intocmeste procesul-verbal de lucrari ascunse.

Se astupa santul cu pamant acordandu-se atentie tasarii

pamantului. Aceasta operatie este importanta atat pentru rezistivitatea solului cat si pentru evitarea aerarii solului.

Se masoara priza de pamant cu aparatul pentru masurarea

prizei de pamant. Daca valoarea este mai mare decat valoarea normata, priza se va completa cu electrozi pana la obtinerea valorii normate.

Utilizarea electrozilor din placi se va evita pe cat posibil.

Conductorul principal de legare la pamant al echipamentelor va fi legat la priza de pamant prin cel putin doua legaturi distincte.

Calculul prizelor de pamant

La dimensionarea prizelor de pamant trebuie sa se tina seama de mai multi factori, cum ar fi: rezistivitatea solului, tipul si caracterul solului, materialul si forma din care sunt confectionati electrozii si elementele metalice ale prizelor etc.

In continuare vom prezenta formulele de calcul pentru cateva tipuri de prize. In practica, prizele se determina prin calcul si apoi, dupa realizarea practica, se masoara facandu-se o corelare intre cele doua valori.

Prize orizontale

Teava asezata orizontal la nivelul suprafetei solului.

r_p = 0,732r/l.log2l/d   

Teava asezata orizontal la adancimea q fata de suprafata solului.

r_p = 0,366. r/l.log2l²/q.d, care se poate aproxima

r_p = 2. r/l,    pentru l = 10.25m si d 0,016m

Placa asezata pe suprafata solului

r_p = 0,44.r S

unde:

r_p - rezistenta de dispersie a prizei simple, in W

q - rezistivitatea de calcul a solului, in Wm, din tabele

d - diametrul electrodului, in m

l - lungimea electrodului, in m

S - suprafata placii, in m²

q - adancimea de ingropare, in m

Prize verticale

Teava cu partea superioara la nivelul suprafetei solului si diametrul tevii mult mai mic decat lungimea

R_p= 0,366.r/l.log(4l/d),   

R_p = 0,9.r/l , formula simplificata pentru l = 1.6m

Teava ingropata la adancimea h = q + l/2

R_p = 0,366. log(2l/d)+1/2log(4h+l)/(4h-l) q/l   

Bara cu sectiunea dreptunghiulara la nivelul suprafetei solului

R_p = 0,366.r/l.log(8l/b),

Placa patrata ingropata la adancimea h = q + l/2

R_p = 0,25 r/a   

unde:

r, rezistivitatea de calcul a solului, in Wm

l, lungimea electrodului, in m

b, latimea bazei, in m

d, diametrul exterior al tevii, in m

q, distanta de la partea superioara a electrodului la suprafata solului

S, aria unei suprafete a placii, in mm²

a, latura placii patrate, in m

r_p, rezistenta de dispersie a prizei simple, in W

Proiectarea prizelor de pamant se face pe baza unor calcule laborioase si nu face obiectul strict al acestei carti. Pentru aprofundare se pot consulta normativele si cartile de specialitate specificate in bibliografie. Am prezentat in acest capitol calculul catorva tipuri de prize pentru a avea o imagine generala. Oricum la realizarea practica a prizelor de pamant, la cladirile existente sau la cladirile noi exista proiecte de executie cat si normativele specializate in vigoare. Important este pentru executant sa respecte aceste proiecte si normative si sa posede cunostinte tehnice de un anumit nivel.

Pentru dimensionarea rapida a prizelor de pamant se pot folosi graficele din figurile ce urmeaza, considerand r Wcm

l

Fig. 4 Rezistenta unei

prize de pamant simple

cu un electrod vertical   

F 0 1 2 3 l, m

b

m

2 3 4 5 6 7 r_p, W