Uziemienie to jedna z pierwszych koncepcji, z którymi spotykamy się podczas studiowania elektrotechniki. Konieczność wprowadzenia uziemienia ochronnego wynika z faktu, że jest to warunek konieczny dla bezpieczeństwa działanie dowolnej instalacji elektrycznej polega na wymuszonym zamknięciu wszystkich jej przewodzących elementów na ziemię.
Zasada uziemienia
Wiadomo, że pomysłowość w przeważającej większości przypadków jest prosta. Podobnie z uziemieniem. Opiera się na kilku niezwykle prostych i oczywistych przepisach.
Sprowadzają się do tego, że:
- gwarantuje to zapobieganie zarówno przebiciu izolacji na przewodzącym korpusie instalacji elektrycznej, jak i zauważalnemu spadkowi jej rezystancji;
- potencjalne uderzenie w ciało nie ma widocznych zewnętrznych znaków;
- dotykając takich części, osoba znajduje się pod wpływem wysokiego potencjału;
- uderzającym czynnikiem jest prąd, który pojawia się w momencie dotknięcia powierzchni przewodzącej i płynie przez ciało ludzkie do ziemi;
- prąd można zredukować do bezpiecznego poziomu tylko poprzez zmniejszenie RÓŻNICY potencjałów między elementem przewodzącym a uziemienie, do którego wystarczy siłą połączyć metalowe części obudowy z ziemią drutem z małym odporność.
W rezultacie podczas przebicia izolacji prąd po prostu płynie głównie do ziemi i nie przechodzi przez ludzkie ciało. Ilustruje to graficznie rysunek 1.
Dlaczego jest mały opór uziemienia
Zgodnie z prawem Ohma prąd zawsze płynie w zamkniętej pętli. W tym przypadku - od jednego bieguna elektrowni do elektrody uziemiającej przez instalację elektryczną wraz z systemem uziemienia. W takim przypadku niska rezystancja uziemienia instalacji nie gwarantuje małej rezystancji odwrotnej gałęzi rozważanego obwodu. Rzeczywiście, rezystywność gleby jest wystarczająco duża i na pierwszy rzut oka efekt przetaczania ludzkiego ciała przez elementy uziemiające nie występuje.
Mimo całej słuszności tego rozumowania, nie uwzględnia ono jednej okoliczności. W tym przypadku fakt, że ze względu na niezwykle duży, prawie nieskończony przekrój medium między uziemieniem elektrody elektrowni i instalacji elektrycznej, rezystancja odwrotnej gałęzi naszej zamkniętej pętli będzie dość mała.
To pozwala:
- system uziemienia do jakościowego wykonywania swoich funkcji ochronnych;
- zapewniają wysoką niezawodność ich wykonania ze względu na brak przerw
- znacznie oszczędzają na ułożeniu dodatkowego kabla łączącego uziemniki obiektu z elektrownią.
Cechy urządzenia uziemiającego
Uziemienie ochronne spełnia swoje funkcje jakościowo tylko wtedy, gdy występuje niewielka rezystancja przejścia między elektrodą uziemiającą, do której jest podłączone urządzenie, a ziemią.
Osiąga się to:
- duża powierzchnia styku, którą z kolei zapewnia kilka płyt sztywno połączonych przez spawanie, rysunek 2;
- poprzez pogłębienie elektrod poniżej głębokości zamarzania (rezystywność zamarzniętej gleby gwałtownie wzrasta).
Aby spełnić ten ostatni warunek, dobrze nadają się uziemniki pionowe o długości do 3 m, rysunek 3.
Ponadto rezystancja uziemienia nie może przekraczać 4 omów. O tym ostatnim decyduje fakt, że opór ludzkiego ciała wynosi co najmniej kilkaset omów, tj. dwa rzędy wielkości wyższe.