2019-10-10 Jordforbindelse

Sektionens oktobermøde fandt sted hos Radius Elnet A/S i Virum, hvor 16 medlemmer og 18 inviterede gæs­ter hørte Ernst Boye Nielsen fra ERNEL fortælle om jordforbindelser og potentialudligning.

Ernst Boye Nielsen var medstifter og direktør i DESITEK A/S fra 1988 til 2012 hvor han lod sig pensionere, men samtidig stiftede eget konsulentfirma ERNEL.

Jord, jordingsanlæg og jordforbindelse eller blot ”jording”, har gennem tiderne været genstand for megen dis­kus­sion og interesse, helt fra opfindelsen af lynaflederanlæg for mere end 250 år side, gennem udviklingen af elforsyningen, elektroniske styringer og til den moderne elektroniske IT-kommunikation i dag.

Jorden er en elektrisk leder. Sammenlignet med en metallisk leder, hvor strømmen ledes af fri elektroner, er jorden en meget dårlig leder. Jordklodens meget store tværsnit kompenserer dog i nogen grad for den dår­lige ledeevne.

Første gang vi ser et jordingsanlæg er ca. år 1760 udviklet af Benjamin Franklin. Ideen om, at lynbe­skyt­tel­sens effektivitet var afhængig af et godt jordingsanlæg blev almindelig, og det var opfattelsen, at jord­elek­tro­der­ne skulle dybt ned i vandledende lag for at være effektive. At et ”godt” jordingsanlæg kunne påvirke lynstrømmen og mindske skaderne har desværre været en almindelig opfattelse, men det kan afvises. Ef­fek­tiv jordspyds dybde for lynstrøm er kun ca. 5 meter, hvis det da ikke er klippe.

Sikkerheden og beskyttelsen mod farlige berøringsspændinger for personer og dyr, var i elektricitetens barn­dom meget simpel, og baseret på ”effektiv” jordforbindelse, hvor strømmen blev afbrudt af en smeltesikring. Ekstrabeskyttelse ved direkte jording hed det. Ohms lov siger imidlertid, at man ikke kan drive en større strøm end modstanden og spændingen tillader. Kun hjælpeapparater og brugsgenstande skulle ekstra­be­skyt­tes. Tavler var ikke omfattet.

En anden måde at ekstrabeskytte på, var ved nulling. Det betød, at man anvendte nullen gennem for­sy­nings­nettet som beskyttelses- og jordleder, det vi i dag kalder en PEN-leder. Det sikrede en lavere fejl­im­pe­dans eller modstand i fejlkredsen, der gjorde det lettere at få udløst smeltesikringer. Der var ved denne løs­ning særlige regler for potentialudligning hos forbrugerne. Ved 115 V og 2 Ohm kan man føre en strøm på maks. 57,5 A; det kan en 20 A sikring føre i flere timer.

I dag, i de nye bekendtgørelser og standarder for elektriske anlæg og installationer, herunder elektriske ba­ner, inden for det europæiske område, er der ingen krav på en fikseret maksimal overgangsmodstand til neutral jord. Der er derimod specifikke krav på maks. berøringsspænding og jordpotentialestigning (Earth Potential Rise eller blot EPR) med reference til fejltiden. Man skal derfor kende fejlstrømmen og tiden for afbrydelse, og ud fra de data kan man så beregne og fastlægge kravet til jordingen.

PE-ledere skal i dag fremføres i alle nye elektriske installationer, og der skal anvendes fejlstrømsafbrydere, eller maksimalafbrydere med fejlstrømsudkobling. Det er udløsestrømmen og den tilladelige berørings­spæn­ding og tiden for afbrydelse, der er dimensionerende.

Før kabellægningen af højspændingsnettet var både 10 kV og 20 kV luftledninger fremført på landet uden jord­tråde. Man anvendte slukkespoler og drev nettene med stående jordfejl. Det var farligt, hvis man fik end­nu en jordfejl i nettet samtidigt og med geografisk afstand; så var det reelt en kortslutningsstrøm gennem jor­den. Der er eksempler på, at det tog livet af husdyr i stalde, der var placeret mellem fejlstederne.

I højspændingsluflledningsnettet er der i dag fremført skærmledere (jordtråde) og højspændingskabler har kabel­skærme, som er jordforbundet. Det meste af en evt. fejlstrøm ledes således direkte tilbage til system­jordingspunktet, og ikke over neutral jord. Hvis man fremfører en blank jordleder sammen med høj­spæn­dings­kablet, får man samme effekt som ved de gamle olie-papir blykabler, og det definerer man i standarder i dag som ”global jording”, hvilket betyder, at der går så lidt strøm gennem jorden, at det er ufarligt for men­ne­sker og dyr.

For 30 år siden anvendte man separate uafhængige jordforbindelser til forskellige elinstallationer og udstyr inden for samme installation. EDB-jord, elektronikjord, funktionsjord og beskyttelsesjord – listen er lang. For­målet var at undgå interferens, der kunne eller gav forstyrrende støj. Ved lyn kunne det give meget store potentialforskelle mellem de systemer, der var tilsluttet adskilte jordelektroder, og så blev de transiente strøm­me koblet gennem elektronikken over forsyningsnettet. Det tog livet af mange EDB-anlæg og små tele­fon­centraler.

I 1989 blev et dansk forslag til nye bestemmelser for elektriske installationer udgivet. Her blev poten­ti­al­ud­lig­ning i alle bygninger med installationer nævnt med et krav til at, hvis der var eller kunne opstå samtidig be­rø­ring af udsatte ledende dele og fremmede ledende dele i en installation, så skulle disse af hensyn til per­son­be­skyttelsen forbindes til samme jordingsanlæg.

I 1990 udkom den første IEC standard for lynbeskyttelse.

I 1993 får vi nye installationsbestemmelser, og her er begrebet ekstrabeskyttelse erstattet med begrebet ”be­skyt­telse mod indirekte berøring”, og nu skulle alle forsyningsnet, installationer, incl. hoved-, gruppe-, og for­de­lingstavler være beskyttet mod indirekte berøring. Beskyttelsen kunne være forstærket, dobbelt isolation eller jordforbindelse og anvendelse af fejlstrømsafbrydere. Kun for hovedstrømskredse tillod man en af­bry­del­sestid på op til 5 sek., forudsat at spændingsfaldet i beskyttelseslederen var maks. 50 V eller mindre. Hvis ikke skulle der udføres supplerende potentialudligning.

Også kravet om potentialudligning, både hoved- og supplerende potentialudligning gav anledning til en mas­se diskussioner. Fordelene var at risikoen for stød under fejl blev reduceret, men når der var ekstrabeskyttet ved nulling gav det anledning til problemer med nulstrømme der vagabonderede.

Vindmøller var ikke ekstrabeskyttet i starten, men krav til 10 Ohm kom i forbindelse med lynbeskyttelse. Der var frygt for, at fundamentsjord ville ødelægge betonfundamenter, men da strømmen jo altid løber den nær­meste vej, blev konklusionen, at tilsigtet forbindelse til og mellem armering i betonfundamenter gav mindre ska­der end de utilsigtede.

Specielt for landbrug med intensivt dyrehold er der i de nye standarder skærpede krav til potentialudligning, også omfattende armering indstøbt i præfabrikerede betonelementer.

Ernst Boye Nielsen kom herefter ind på der særlige forhold der er gældende ved elektriske baner.

Gældende for både AC- og DC-systemer skal alle ledende dele inden for kørelednings-og strømaftagerzone beskyttelsjordes. For DC-systemer skal der foretages en indirekte forbindelse over en kortslutningsenhed til returskinne. For at minimere vagabonderende returstrømme, må man ikke forbinde returstrømkredsen til jor­dings­anlæg for andre systemer uden for banen. Det skal sikre, at skinnepotentiale er så tæt på jordpotentiale som muligt og under den tilladte grænseværdi.

Jævnstrømsbaner er ikke direkte jordet, men systemjordet som et åbent system med isoleret retur­strøms­kreds. Man forsøger at holde skinnerne så isolerede som muligt for at minimere andelen af vagabonderende strømme, som kan forårsage tæringsskader på metalliske konstruktioner.

De konstruktioner og installationer, der fører et andet systems potentiale ind i de nærførte områder parallelt med banerne, de såkaldte BPU-områder (Bane Potential Udlignings-områder), skal forsøges holdt isoleret fra de nærførte potentialer.

Der var herefter mulighed for spørgsmål. Sektionens formand takkede Ernst Boye Nielsen for et levende foredrag og overrakte Ernst et par gode flasker vin. Aftenen afsluttedes med sandwich og sodavand i Radius Elnets kantine.

Der kan i øvrigt henvises til en artikel af Ernst Boye Nielsen om emnet ”jordforbindelser og potentialudligning – fundamentsjord og ”global jording” er fremtiden” i  Elteknik nr. 7/8 august 2019.

Peter Andersen