Όταν η μόνωση σε ένα κύκλωμα μιας συσκευής καταστραφεί, με αποτέλεσμα να έρθει σε επαφή κάποιος ρευματοφόρος αγωγός με το μεταλλικό περίβλημα της συσκευής, τότε έχουμε κίνδυνο για το χρήστη της συσκευής λόγω έμμεσης επαφής.
Αν το περίβλημα είναι συνδεδεμένο με τον αγωγό γείωσης, τότε το ρεύμα (ακολουθεί τη διαδρομή του βρόγχου σφάλματος του επόμενου σχήματος) οδεύει μέσω αυτού μέχρι το ζυγοκιβώτιο της ΔΕΗ, όπου ο αγωγός της γείωσης συνδέεται με τον ουδέτερο.
Εφόσον το ρεύμα αυτό είναι μικρό(15-30mA) πέφτει ο ΔΔΕ, εφόσον το ρεύμα είναι πολύ μεγάλο πέφτει και η αυτόματη ασφάλεια (πριν προλάβουμε να πιάσουμε τη συσκευή)
Ο ΔΔΕ είναι κατασκευασμένος ώστε να πέφτει όταν ανιχνεύσει ρεύμα διαρροής 30 mA. Με δεδομένο ότι η τάση επαφής γίνεται επικίνδυνη όταν ξεπεράσει τα τα 50V ac, προκύπτει ότι η αντίσταση γείωσης Rγ που θα πρέπει να έχει μια εγκατάσταση είναι: Rγ=50V/0,03A=1667Ω
Παρατηρούμε ότι η τιμή αυτή προσεγγίζει την αντίσταση γείωσης του ανθρώπινου σώματος ακόμα και εάν δεν είναι στεγνό. Κατά συνέπεια ο ΔΔΕ θα πέσει ακόμα και με πολύ κακή γείωση.
Δηλαδή ο ΔΔΕ θα πέσει και είναι <<αδιάφορο>> σε εισαγωγικά το εάν έχουμε χαμηλή αντίσταση γείωσης στην εγκατάσταση (πάντα βέβαια <1667Ω).
Σε ποιες περιπτώσεις επιβάλλει το πρότυπο την μέτρηση της αντίστασης γείωσης;
Με βάση τις απαιτήσεις του προτύπου ΕΛΟΤHD 384:
-Αν το δίκτυο της ΔΕΗ που τροφοδοτεί την εγκατάσταση έχει σύστημα σύνδεσης των γειώσεων ΤΝ-S (ουδετερογείωση), τότε με βάση το πρότυπο δεν προκύπτει απαίτηση μέτρησης της αντίστασης γείωσης.
Στα δίκτυα ΤΝ-C-S όλα τα ηλεκτρόδια γείωσης των εγκαταστάσεων, του δικτύου διανομής χαμηλής τάσης και του ουδέτερου κόμβου του υποσταθμού είναι συνδεδεμένα στον αγωγό ΡΕΝ και λειτουργούν παράλληλα. Στα δίκτυα αυτά σε περίπτωση επαφής φάσεως με μεταλλικό μέρος συσκευής ή της εγκατάστασης, το ρεύμα σφάλματος δεν περνά από το ηλεκτρόδιο γείωσης της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Στο σφάλμα αυτό το ηλεκτρόδιο γείωσης λειτουργεί για τη μείωση της τάσης επαφής που εμφανίζεται στο σημείο σύνδεσης ως προς γη.
Για αυτό το λόγο, στο μέχρι σήμερα ισχύον πρότυπο ΕΛΟΤ HD384 δεν τίθεται σαφής απαίτηση μέτρησης της αντίστασης γείωσης για τις εγκαταστάσεις αυτές, αλλά προβλέπονται μετρήσεις βρόγχου σφάλματος για να διαπιστωθεί αν τα μέτρα προστασίας που έχουν ληφθεί, διακόπτουν την τροφοδότηση σε χρόνο μικρότερο από 0,4 sec σε περίπτωση σφάλματος στα τερματικά κυκλώματα (π.χ πρίζες)
Όμως ας μην προκύψουν βιαστικά συμπεράσματα, ότι η γείωση των εγκαταστάσεων αυτών δεν είναι και τόσο αναγκαία, γιατί στην πράξη τα πράγματα δεν είναι και τόσο ωραία.
Έτσι κρίνεται σκόπιμο και προτείνεται να γίνεται μια μέτρηση και σε αυτές τις εγκαταστάσεις για να διαπιστώνεται το επίπεδο της προστασίας σε περίπτωση διακοπής του αγωγού ΡΕΝ (ουδετέρου) από την πλευρά της τροφοδότησης.
Για αυτό το λόγο, στο μέχρι σήμερα ισχύον πρότυπο ΕΛΟΤ HD384 δεν τίθεται σαφής απαίτηση μέτρησης της αντίστασης γείωσης για τις εγκαταστάσεις αυτές, αλλά προβλέπονται μετρήσεις βρόγχου σφάλματος για να διαπιστωθεί αν τα μέτρα προστασίας που έχουν ληφθεί, διακόπτουν την τροφοδότηση σε χρόνο μικρότερο από 0,4 sec σε περίπτωση σφάλματος στα τερματικά κυκλώματα (π.χ πρίζες)
Όμως ας μην προκύψουν βιαστικά συμπεράσματα, ότι η γείωση των εγκαταστάσεων αυτών δεν είναι και τόσο αναγκαία, γιατί στην πράξη τα πράγματα δεν είναι και τόσο ωραία.
Έτσι κρίνεται σκόπιμο και προτείνεται να γίνεται μια μέτρηση και σε αυτές τις εγκαταστάσεις για να διαπιστώνεται το επίπεδο της προστασίας σε περίπτωση διακοπής του αγωγού ΡΕΝ (ουδετέρου) από την πλευρά της τροφοδότησης.
Γενικά το ισχύον πρότυπο ΕΛΟΤ HD384 δεν προβλέπει την περίπτωση της βλάβης που μπορεί να προκύψει στον ΡΕΝ και έτσι δεν θέτει σαφείς απαιτήσεις για τη μέτρηση της αντίστασης γείωσης, ούτε συγκεκριμένες απαιτήσεις για την απαιτούμενη τιμή της στα δίκτυα ΤΝ
-Αν το δίκτυο της ΔΕΗ που τροφοδοτεί την εγκατάσταση έχει σύστημα σύνδεσης των γειώσεων ΤΤ (άμεση γείωση), τότε όπως προκύπτει από την παράγραφο 612.6.2 υπάρχει απαίτηση μέτρησης της αντίστασης γείωσης και το πρότυπο αποδέχεται μόνο τον τρόπο μέτρησης με βοηθητικά ηλεκτρόδια.
Στην ίδια παράγραφο αναφέρεται ότι εάν η μέτρηση αυτή λόγω της θέσης της εγκατάστασης δεν είναι πρακτικά εφικτή, μπορεί να γίνεται μέτρηση του βρόγχου σφάλματος.
Για αυτές τις εγκαταστάσεις ΤΤ, με βάση την παράγραφο 413.1.4.3 του προτύπου, η τάση επαφής σε αγώγιμα μέρη δεν πρέπει να ξεπερνά τα 50V σε περίπτωση σφάλματος και να διακόπτεται σε τουλάχιστον 5sec.
Τι θα συμβεί αν διακοπεί ο ουδέτερος της ΔΕΗ πριν το μετρητή της ΔΕΗ σε μια περιοχή που εφαρμόζεται η ουδετερογείωση.
Το ρεύμα (βλέπε επόμενο σχήμα) θα ακολουθήσει τη διαδρομή φάση-->κατανάλωση-->ουδέτερος κόμβος μετρητή-->αγωγός προστασίας-->μεταλλικά μέρη της εγκατάστασης.
Σε αυτή την περίπτωση δύο πράγματα μπορούν να συμβούν
α) Αν η αντίσταση γείωσης είναι πολύ μικρή, το περισσότερο ρεύμα φτάνοντας στον ουδέτερο κόμβο του μετρητή θα οδηγηθεί προς τη γη και ένα πολύ μικρότερο στον αγωγό προστασίας
Έτσι θα έχουμε λειτουργία της εγκατάστασης με φάση και γη και ταυτόχρονη εμφάνιση μικρής τάσης στα μεταλλικά μέρη. Επειδή μεσολαβεί η αντίσταση των καταναλώσεων, η οποιαδήποτε μικρή αντίσταση γείωσης δεν συντελεί στο κάψιμο των ασφαλειών.
β) Αν η αντίσταση γείωσης είναι πολύ μεγάλη , το περισσότερο ρεύμα φτάνοντας στον ουδέτερο κόμβο του μετρητή θα οδηγηθεί προς τον αγωγό προστασίας, θα έχουμε μικρή πτώση τάσης στην κατανάλωση και μόνιμη επικίνδυνη τάση στα μεταλλικά μέρη.
Δηλαδή οι συσκευές θα λειτουργούν κανονικά με φάση και αγωγό προστασίας και αμέσως όλοι οι αγωγοί ουδετέρου και προστασίας αποκτούν το ίδιο δυναμικό της φάσης (περίπου 230V). Έτσι όταν ακουμπήσουμε το μεταλλικό περίβλημα μιας συσκευής θα βρεθούμε σε τάση 230V.
Για να αποφευχθεί αυτό θα πρέπει η αντίσταση γείωσης να έχει πολύ χαμηλή τιμή.
Με την ύπαρξη χαμηλής αντίστασης γείωσης όλες οι καταναλώσεις τροφοδοτούνται με φάση, ο ουδέτερος προσπαθεί να κλείσει κύκλωμα μέσω του ηλεκτροδίου γείωσης και η προστασία από ηλεκτροπληξία εξαρτάται από την αντίσταση του ηλεκτροδίου γείωσης.
Τότε το ρεύμα λειτουργίας ρέοντας μέσα από το ηλεκτρόδιο γείωσης, δημιουργεί τάση επαφής σε όλα τα μεταλλικά μέρη της εγκατάστασης και βέβαια των ηλεκτρικών συσκευών. Η τάση αυτή εξαρτάται από την αντίσταση του ηλεκτροδίου και από το μέγεθος του διερχόμενου ρεύματος μέσω αυτού.
Όσο η τάση αυτή παραμένει σε χαμηλά επίπεδα, εντοπίζεται σαν φαινόμενο να τσιμπάνε οι βρύσες. Αν αφεθεί η τάση αυτή μπορεί να εξελιχθεί σε πολύ επικίνδυνη (>50V).
Σε περίπτωση πολύ μεγάλης αντίστασης γείωσης μπορεί να μην προστατέψει ο ΔΔΕ γιατί μπορεί να μην διαπιστώσει ρεύμα σφάλματος. Ούτε τα κύρια μέτρα προστασίας (ασφάλειες) μπορούν να προσφέρουν προστασία όσο το ρεύμα είναι μικρότερο από το ρεύμα απόζευξής τους.
Άρα σε αυτή την περίπτωση το μόνο που θα μας σώσει είναι η πολύ μικρή αντίσταση γείωσης..ή ένας επιτηρητής τάσης αλλά αυτό είναι ένα άλλο θέμα.
Το ερώτημα που τίθεται σε περίπτωση πλήρους διακοπής του ΡΕΝ είναι, με ποιες αντιστάσεις γείωσης και με ποιο ρεύμα μέσω του ηλεκτροδίου γείωσης προς γη αρχίζει να γίνεται επικίνδυνη μια εγκατάσταση .
Απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα δίνει ο παρακάτω πίνακας.
Από τον πίνακα προκύπτει ξεκάθαρα ότι η επικινδυνότητα γίνεται μεγαλύτερη όσο αυξάνεται το ρεύμα προς γη (το οποίο σε αυτές τις περιπτώσεις εξαρτάται κυρίως από τις καταναλώσεις) και όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση γείωσης του ηλεκτροδίου.
Σε περίπτωση γραμμής που ασφαλίζεται με αυτοματάκι Β10Α για να πέσει σε χρόνο μικρότερο από 5 sec θα πρέπει να διαρρέεται από ρεύμα 2,5*10Α=25Α.
Η αντίσταση γείωσης για να συμβεί αυτό θα πρέπει να είναι τουλάχιστον Rγ+Rαγωγών=V/I=50V/25A, άρα Rγ=1,5Ω
Ομοίως για αυτοματάκι Β20 θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 0,8Ω, για αυτοματάκι C10 θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,02Ω και για αυτοματάκι C20, 0,54Ω.
Επίσης από τον προηγούμενο πίνακα βλέπουμε ότι:
- Σε μια εγκατάσταση σε δίκτυο ΤΝ το ηλεκτρόδιο γείωσής της με 5 Ω αντίσταση δεν παρέχει ασφάλεια σε περίπτωση διακοπής του ΡΕΝ γιατί όταν συμβεί να ρέει ρεύμα προς το ηλεκτρόδιο μεγαλύτερο από 9,3Α τότε η τάση επαφής ξεπερνά τα 50V σύμφωνα με τη σχέση: V=I*(Rγ+Rαγωγών)=9,3*(5+0,5)=51,15V
- Για τους ίδιους λόγους σε μια εγκατάσταση σε δίκτυο ΤΝ το ηλεκτρόδιο γείωσης με τιμή αντίστασης 20Ω δεν παρέχει ασφάλεια σε περίπτωση διακοπής του ΡΕΝ γιατί όταν συμβεί να ρέει ρεύμα προς το ηλεκτρόδιο μεγαλύτερο από 2,5 Α τότε η τάση επαφής ξεπερνά τα 50V σύμφωνα με τη σχέση: V=I*(Rγ+Rαγωγών)=2,5*(20+0,5)=51,25V
Συμπέρασμα: Πόσα Ωμ πρέπει να είναι η αντίσταση γείωσης για να προσφέρει ουσιαστική προστασία σε περίπτωση διακοπής του ΡΕΝ;
Η απάντηση είναι 0 Ωμ, αλλά επειδή δεν μπορεί να γίνει αυτό, όσο λιγότερα τόσο ασφαλέστερη θα είναι η ηλεκτρική εγκατάσταση.
Η ακριβέστερη απάντηση πρέπει να είναι, τόσα όσα χρειάζονται για να εξασφαλίζεται η σωστή λειτουργία των μέτρων προστασίας που έχει ορίσει η νομοθεσία και που έχουν επιλεγεί στην εγκατάσταση με την μετρούμενη γείωση.
Διακοπή ουδετέρου σε τριφασική ουδετερωμένη εγκατάσταση
Αν διακοπεί ο ουδέτερος σε μια τριφασική εγκατάσταση, στις τριφασικές καταναλώσεις που λειτουργούν χωρίς ουδέτερο δεν θα υπάρχει πρόβλημα και θα συνεχιστεί η λειτουργία τους κανονικά αν έχουμε συμμετρικά φορτία ανά φάση.
Το πρόβλημα όμως θα παρατηρηθεί στις μονοφασικές καταναλώσεις όταν η ανά φάση κατανομή των φορτίων που βρίσκονται σε λειτουργία διαφοροποιείται σε ισχύ.
Στη φάση που έχουμε τον μικρότερο αριθμό λυχνιών, αυτές κινδυνεύουν να καούν αφού θα βρεθούν σε υπέρταση. Όταν καταστραφούν τα μικρά φορτία της μιας φάσης, αυτή η φάση θα απομονωθεί οπότε τα φορτία των άλλων δύο φάσεων θα τεθούν αυτόματα σε σειρά στην πολική τάση η οποία θα κατανεμηθεί στα δύο τμήματα και η ανά κατανάλωση τάση θα περιορισθεί, οπότε θα μειωθεί και η ένταση του φωτισμού.
Όταν λοιπόν διακρίνουμε το φαινόμενο να καίγονται οι λαμπτήρες που τροφοδοτούνται από μια φάση και να μειώνεται η ένταση του φωτισμού στους υπόλοιπους λαμπτήρες , θα πρέπει να αναζητήσουμε το πρόβλημα στη διακοπή του ουδετέρου.
Αυτό συνέβη και στα Χανιά όταν σε μεγάλη εγκατάσταση κόπηκε ο ουδέτερος αγωγός στον υποσταθμό της ΔΕΗ, χωρίς να υπάρχουν γειώσεις σε επαφή με τον ουδέτερο που βρίσκονταν προς την πλευρά των καταναλώσεων. Αντίθετα αν κοπεί ο ουδέτερος πέρα από την παροχή μας και έχουμε γείωση μικρής αντίστασης, το πρόβλημα είναι μικρότερο κατά ένα τμήμα που θα λειτουργεί δια της γείωσης. (Η συγκεκριμένη απάντηση δόθηκε από τον κο Μιλτιάδη Κάπο).
Παρακάτω γίνεται γίνεται μια προσπάθεια προσομοίωσης από τον Κο Γιώργο Σαρρή, ηλεκτρολογικών συνθηκών στο τι μπορεί να συμβεί σε μια μονοφασική εγκατάσταση σε δίκτυο ΤΝ (ουδετέρωσης) αν διακοπεί ο ΡΕΝ κοντά στον μετρητή;
Κάνοντας διπλό κλικ στο σύνδεσμο ανοίγει ένα υπολογιστικό φύλλο EXCEL.
Θέτοντας τιμές στις ηλεκτρικές καταναλώσεις σε W και στην αντίσταση ηλεκτροδίου γείωσης της εγκατάστασης (Rηλεκτρ) σε Ω, υπολογίζεται η πιθανή τάση επαφής που μπορεί να εμφανιστεί στα μεταλλικά μέρη των συσκευών αλλά και των μεταλλικών σωληνώσεων της εγκατάστασης που συνδέονται στον αγωγό ΡΕ (γείωσης) αν προκύψει διακοπή του ΡΕΝ στο δίκτυο διανομής κοντά στον μετρητή της εγκατάστασης.
Διαπιστώνεται εύκολα ότι ο κίνδυνος για ηλεκτροπληξία εξαρτάται από την αντίσταση του ηλεκτροδίου γείωσης και από τις ηλεκτρικές καταναλώσεις που προσπαθούν να τροφοδοτηθούν στην εγκατάσταση. Στο υπολογιστικό φύλλο σαν επικίνδυνο όριο για την τάση επαφής για τον άνθρωπο έχουν τεθεί τα 50V, όμως πρέπει να επισημανθεί ότι για τα ζώα η τάση αυτή είναι 25V.
Σε περίπτωση επαφής ανθρώπου ή ζώου με την τάση αυτή, το ρεύμα που δημιουργείται δεν ενεργοποιεί την διάταξη διαφορικού ρεύματος γιατί η διάταξη το ''βλέπει'' σαν κανονικό ρεύμα κατανάλωσης.
Διαπιστώνεται εύκολα ότι ο κίνδυνος για ηλεκτροπληξία εξαρτάται από την αντίσταση του ηλεκτροδίου γείωσης και από τις ηλεκτρικές καταναλώσεις που προσπαθούν να τροφοδοτηθούν στην εγκατάσταση. Στο υπολογιστικό φύλλο σαν επικίνδυνο όριο για την τάση επαφής για τον άνθρωπο έχουν τεθεί τα 50V, όμως πρέπει να επισημανθεί ότι για τα ζώα η τάση αυτή είναι 25V.
Διαπιστώνεται τελικά ότι μια καλή (μικρής αντίστασης) γείωση εγκατάστασης είναι το αποτελεσματικό μέτρο προστασίας από ηλεκτροπληξία και για αυτή την περίπτωση.