Föld alatti áramok, föld feletti potenciálkülönbségek II.

2006/9. lapszám | netadmin |  5816 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Föld alatti áramok, föld feletti potenciálkülönbségek II. Kisfeszültségű hálózatok A közcélú, kisfeszültségű hálózatok négyvezetősek, TN-C-rendszerek. A hálózatok csillagponti vezetői a teljes hálózaton PEN-vezetők. A hálózatok nagy galvanikus ...

Föld alatti áramok, föld feletti potenciálkülönbségek II.

Kisfeszültségű hálózatok
A közcélú, kisfeszültségű hálózatok négyvezetősek, TN-C-rendszerek. A hálózatok csillagponti vezetői a teljes hálózaton PEN-vezetők. A hálózatok nagy galvanikus kiterjedése miatt szükséges, hogy a PEN-vezetők potenciálrögzítés céljából tervszerűen és meghatározott távolságonként földelve legyenek. Ennek megfelelően a PEN-vezetők - a közép-, kisfeszültségű transzformátorállomások, mint táppontok PEN-sínjein kívül - legalább a következő helyeken hatásosan földeltek:
. a kisfeszültségű szabadvezeték-hálózatok első és utolsó oszlopain,
. a szabadvezeték-hálózatokon legalább 300-350 méterenként (megjegyzés: a 22+ 0,4 kV-os közös oszlopsoros hálózatokon a PEN-vezetők minden oszlopon földeltek),
. a kisfeszültségű kábelhálózatok kábelei minden indítási- és végponton (elosztószekrényben, PEN-sínen),
. a TN-rendszerű fogyasztói hálózatok betáplálásainál a csatlakozóvezeték betápláló N-vezetőjének a fogyasztói hálózat földelőrendszerével vagy érintésvédelmi célú földelésével történő összekötése által.
Egy N-vezetőn folyó áram értéke a hálózati fázisáramok vektori eredője. Ez a megállapítás a közcélú, kisfeszültségű hálózatokra már csak jó közelítéssel és általában igaz. Mi a helyzet kisfeszültségű hálózatok PEN-vezetőin folyó áramokkal?
A helyzet valójában elég bonyolult. A hálózatok nagy galvanikus kiterjedése miatt a PEN-vezetők távoli helyeket és potenciálokat hidalnak át, valamint sok közép-, kisfeszültségű transzformátorállomás üzemel számos csillagponti és egyéb földeléssel, amelyek áramokat bocsátanak a talajba, megváltoztatva annak potenciálját. Ez önmagában is áramot indít a PEN- vezetőkön. A közép-, kisfeszültségű transzformátorállomások által táplált kisfeszültségű szabadvezeték-hálózatok végpontjai általában több helyen közös oszlopokra futnak össze. Ott a PEN-vezetők akkor is össze vannak kötve egymással, ha az egyes hálózatrészek (áramkörök) egyébként egymástól függetlenül üzemelnek. A kisfeszültségű kábelhálózatok hálózatképe általában olyan íves kialakítás, hogy a kábelek gerincvezetéki szakaszai transzformátorállomásokat kötnek össze (a fázisokra nézve üzemszerűen kijelölt bontási ponttal). Ezáltal a kábelhálózatok PEN-vezetői összekötik a transzformátorállomások PEN-sínjeit. A hálózatok PEN-vezetői a fázisvezetőkkel azonos keresztmetszetekkel létesülnek (régebben a szabvány megengedte egy keresztmetszeti lépcsővel kisebb PEN-vezető alkalmazását is). Mivel a hálózatokon többségükben egyfázisú fogyasztói berendezések üzemelnek, ezért a hálózatok fázisáramai nem szimmetrikusak, ami miatt a PEN-vezetőkön gyakorlatilag állandóan folyik áram.
Ez az áram a PEN-vezetőkön feszültségesést okoz. Ha egy transzformátorállomás PEN-sínjét nulla potenciálúnak tekintjük, akkor a transzformátorállomásról táplált hálózatok PEN-vezetőinek potenciálja a tápponttól távolodva egyre nő, ami a PEN-vezetők potenciálrögzítő földelésein keresztül áramot hajt a föld felé. Ez okból a PEN-vezetők áramának egy része kilép a talajba, a környezetbe, és ott folyik tovább. Úgy is felfogható, hogy a földeléseken keresztül a PEN-vezetőkkel több ponton is párhuzamosan kapcsolódik a föld, emiatt a talaj vezeti a PEN-vezetők áramának egy részét. A PEN-vezetők föld felé, majd földben folyó árama az ott található vezetőképes szerkezeteken és azok föld feletti villamos kapcsolatain minden lehetséges áramutat igénybe vesz. Ha csak egy kisfeszültségű hálózat lenne, akkor a PEN- vezetőből a föld felé kilépő áram a hálózat csillagpontja felé tartana, és ott záródna, azonban több összefüggő hálózat esetében a PEN-vezetőkből a földbe lépő áramok nem azonos nagyságúak és nem azonos fázishelyzetűek, így az áramok részben a többi PEN-vezető földelési pontjai felé is folynak, és az áramkép a hálózatokat terhelő fogyasztói áramok függvényében állandóan változik. Ezek az áramirányok a hálózatok nyomvonalaitól függetlenek, a talajban folyva gyengíthetik és erősíthetik is egymás hatását. A felsorolt okok miatt a kisfeszültségű hálózatokkal lefedett területeken gyakorlatilag állandóan jelen levő földáramokkal kell számolni. A hálózatok PEN-vezetőinek jellemző potenciálemelkedése 1-2 V értékű, ami egyfázisú, lökésszerű terhelőáramok felléptekor természetszerűleg ennek akár többszöröse is lehet. A kisfeszültségű hálózatok üzemi állapotán kívül meg kell vizsgálni azt is, hogy milyen földáramok jelenhetnek meg hibák fellépte esetén a hálózatok környezetében.
A kisfeszültségű hálózatok leggyakoribb hibája a fázisnulla- (FN) zárlat. A hiba oka a volframszálas izzó bekapcsoláskor zárlatot okozó izzószáltól kezdve vezeték-kötéshibákig igen változatos lehet. A hiba felléptekor kialakuló zárlati áram nagyságát egyidejűleg több műszaki tényező befolyásolja, de a hiba felléptének helyén aktuális hurokimpedancia határozza meg. Ennek függvényében a zárlati áram értéke pár száz ampertől akár 6 kA-ig is terjedhet. FN-zárlat esetén a kisfeszültségű hálózat PEN- vezetője a zárlati hurok része, és rajta - a fázisvezetővel azonos keresztmetszetet feltételezve - ugyanakkora zárlati feszültségesés lépne fel, mint amekkora a fázisvezetőn fellép. Ennek értéke 115 V lenne (a fázisfeszültség fele), ha villamosan nem lennének jelen a PEN-vezetőn a potenciálrögzítő földelések, valamint a TN-rendszerű fogyasztói hálózatok földelőrendszerei az EPH-rendszerekbe bevont egyéb földelt szerkezetekkel együtt. Ezeken a földeléseken keresztül a zárlat időtartama alatt összességében számottevő áram tud folyni a földön keresztül a hálózat csillagpontja felé. Hogy a föld felé folyó áram a zárlati áram hányadrészét képezi, azt messzemenően az adott villamos körülmények határozzák meg. Az előbbiek értelmében amenynyiben a kisfeszültségű hálózatokon vagy a róluk ellátott fogyasztói hálózatokon bárhol FN-zárlat lép fel, az a hálózat PEN-vezetőjének és a villamosan rá csatlakozó szerkezeteknek a potenciálugrásával jár, ugyanakkor a PEN-vezetőre csatlakozó földeléseken áram folyik a földbe, majd a talajon keresztül a hálózat csillagpontja, a transzformátorállomás felé. Ez az áramimpulzus - hasonlóan az előzőekben tárgyaltakhoz - minden föld alatti és föld feletti, PEN-vezetővel párhuzamos áramutat igénybe vesz.

Fogyasztási helyek földelőrendszerei, EPH és védővezetős érintésvédelmi rendszerei
A kisfeszültségű hálózatokról ellátott fogyasztói hálózatok földelőrendszerrel vagy - egyszerűbb esetben - érintésvédelmi célú földeléssel rendelkeznek.
Nagyobb épület esetében mindenképpen földelőrendszerben kell gondolkodni, mivel az épület alatti talaj azonos potenciáljának biztosítása sokkal lényegesebb szempont, mint a földelés szétterjedési ellenállásának tényleges értéke. Ezért tekint el a szabvány a földelési ellenállás méréssel történő igazolásától a betonalap-földeléssel rendelkező épületek esetében. Egy hosszabb épület esetében például bizonyosra vehető, hogy egy vagy két földelés nem képes érdemben befolyásolni az épület alatti talaj potenciálját. A TN-rendszerű fogyasztói hálózatok földelőrendszerei vagy érintésvédelmi célú földelései össze vannak kötve a betápláló csatlakozóvezetékek N-vezetőivel, így a kisfeszültségű hálózatok PEN-vezetőjére csatlakoznak. Emiatt a hálózat PEN-vezetőjén bármely okból megjelenő potenciálemelkedés a földelőrendszeren is megjelenik, és viszont. A TT-rendszerű fogyasztói hálózatok földelőrendszerei potenciáljukban függetlenek a kisfeszültségű hálózatok PEN-vezetőitől (nem is szabad létrejönnie vezetőképes kapcsolatnak).
Ily módon ezek a földelőrendszerek ténylegesen földpotenciálúnak tekinthetők mindaddig, amíg rajtuk keresztül áram nem folyik a föld felé, vagy az előzőkben tárgyalt okok valamelyike folytán olyan értékű áram nem folyik a talajban, ami a teljes környezet földpotenciálját és így a földelőrendszer potenciálját is hosszabb-rövidebb időre befolyásolni képes. Mindez nincs közvetlen kapcsolatban a fogyasztási helyek védett tereinek határain belül értelmezett villamos biztonság fogalmával. Amennyiben a fő egyenpotenciálú összeköttetések rendszere (az EPH), és a közvetett érintés elleni védelem (védővezetős érintésvédelem) kialakítása szabványos, úgy rendeltetésszerűen működő érintésvédelmi lekapcsolást végző védelmi eszközök mellett gyakorlatilag nem következhet be villamos baleset. A földelőrendszer potenciálja képezi a teljes védett tér alappotenciálját, mind az EPH-ba kötött szerkezetek, mind a PE-vezetők erre a potenciálra vannak csatlakoztatva, és az egész potenciáltér csak együtt képes változni, "mozogni". A vonatkozó szabványelőírás alapján minden távoli potenciált képviselő vezetőképes szerkezetet - az épületbe lépés pontján - csatlakoztatni kell az épület földelőrendszerére (egyenpotenciálra hozás céljából).
Azt azonban figyelembe kell venni, hogy bármely két - szándékos és tartós módon villamos kapcsolatba nem hozott - fogyasztói hálózat földelőrendszerei között potenciálkülönbségek vannak vagy léphetnek fel, egymás számára távoli potenciálok. Ez független attól, hogy TN- vagy TT-rendszerű fogyasztói hálózatok földelőrendszereiről van szó. Ezért amenynyiben két, önálló földelőrendszerrel rendelkező fogyasztói hálózat (pl. épület) földelőrendszerei között villamosan vezetőképes kapcsolatot hozunk létre, akkor azon az előzőkben már felvázolt okok miatt áram fog folyni. Ha ez az összekötés szükséges, akkor ez a villamos kapcsolat a környezetben előforduló, földáramokat okozó hatásoknak megfelelő áramterhelhetőségű legyen, ellenkező esetben a vezetőképes kapcsolat (pl. egy koaxiális kábel árnyékoló harisnyája) nem csatlakoztatható mindkét földelőrendszerhez, mert bármikor könnyen károsodhat, eléghet.

Földeltnek tekinthető, de EPH-rendszerhez nem csatlakoztatott szerkezetek
Vannak olyan földeltnek tekinthető, kiterjedt fémszerkezetek, amelyek EPH-rendszerbe történő csatlakoztatását a szabvány azért nem írja elő, mert környezetében nincs vele egyidejűleg megérinthető, védővezetővel védett villamos készüléktest. Ugyanakkor ez a földelt szerkezet tulajdonképpen a (villamos szempontból) védett térben helyezkedik el. Ilyen eset például egy nagyobb kiterjedésű fémkerítés, ami ott van a családi ház udvarán, a telekhatáron.
Gondolnánk, hogy amikor egy szép tavaszi napon a háziasszony kitelepül az udvarra vasalni, akkor potenciális villamos baleseti veszélyhelyzetnek teszi ki magát? Pedig így van, mert a vasaló és a kerítés egyidejű megérintésével két, egymáshoz képest idegen, távoli potenciált hidal át, amelyek között tulajdonképpen bármelyik pillanatban megjelenhet egy olyan értékű potenciálkülönbség, ami villamos baleset okozásához elegendő lehet. Az EPH-rendszerbe be nem vont fémkerítés ugyanis az épület, mint TN-rendszerű fogyasztói hálózat földelőrendszeréhez képest távoli földpotenciál, tehát idegen potenciál. További "érdekesség" a dologban, hogy vasaláshoz használt, igényes kivitelű kapcsolós hoszszabbító kétsarkú kapcsolójának még kikapcsolt helyzetétől függetlenül a vasaló testén ott van az épület földelőrendszerének, azaz tulajdonképpen a kisfeszültségű hálózat PEN-vezetőjének potenciálja.
Ez is rámutat, hogy sokkal körültekintőbben, vagy inkább szigorúbban kell eljárni az EPH-csatlakoztatásokat vonatkozásában.

Fogyasztói hálózatok védővezetői és nullavezetői
A fogyasztói hálózatok PE-vezetői előírás szerint a fő földelősínről indulnak, ami közvetlenül a fogyasztói hálózat földelőrendszerére van csatlakoztatva.
TN-rendszer esetén a fő földelősín PEN-sínként történő kialakítása ad valóban korrekt megoldást. Ekkor innen van leágaztatva az N- és a PE-vezető is. Ettől kezdve a fogyasztói hálózat ötvezetős (TN C/S-rendszer).
TT-rendszer esetén a PE-vezető a fő földelősínről indul, az N-vezető pedig a vele kapcsolatban nem levő N-kapocsból vagy sínről. Ekkor a PE-vezető a földelőrendszer potenciáljával rendelkezik, míg az N-vezető a kisfeszültségű hálózat PEN-vezetőjének potenciálját képviseli.
Sem TN-S-rendszerben, sem TT-rendszerben nincs okunk "fogdosni" az N-vezetőt, hiszen az erősáramú hálózat egyik üzemi vezetőjéről van szó. Rendeltetésszerűen csak a PE-vezető érinthető meg. Ne feledjük, TT-rendszerben az N-vezető távoli földpotenciál, idegen potenciál, aminek érintése akár veszélyes is lehet!
Ádám Zoltán

---