Jordtag taget ur luften

Inledningsvis vill jag våga påstå att jordningssystem är något av det enklaste och samtidigt absolut mest komplexa vi kan utforska inom eltekniken. Det är därför naturligt att det råder en del missuppfattningar kring jordningssystem och dess ingående delar och komponenter. Jag ska dock göra ett tappert försök att hjälpa dig se genom dessa missförstånd och bättre förstå vad det egentligen är vi pratar om när vi pratar om just jordtag.

 

 

Vi börjar med vad ett ”jordtag” är. Dessvärre är inte termen definierad för jordningssystem i dagsläget. Det finns en definition för kablar i IEV , men denna definition beskriver egentligen vad vi i Sverige vanligtvis kallar ”följelina”, alltså den oisolerade ledare som förläggs parallellt med kablar i våra högspända lokalnät. Det är inte detta vi egentligen syftar till när vi använder begreppet i dagligt tal. Ska vi söka efter en definition för det vi menar med jordtag ska vi söka i lista 195 i IEV och här återfinns i dagsläget ingen definition.

Det vi syftar till är snarare ett ”tag av jord” och det är då precis vad det låter som! Ett jordtag är alltså den omkringliggande jordmassa som omger en jordelektrod. En analogi som enklare beskriver det hela vore om vi skulle föreställa oss att stammen från ett träd som går ner en bit i marken är jordelektroden och rotsystemet skulle vara själva jordtaget. Varför omkringliggande jordmassor får en betydelse är för att dessa massor utför ett elektriskt motstånd om jag skulle lägga en spänning mellan min jordelektrod och sann jordpotential. Med ett elektriskt motstånd får vi också ett spänningsfall om det går en ström genom. Och med detta kan vi lättare definiera jordtaget! Jordtaget är nämligen den massa över vilken jag har ett märkbart spänningsfall mellan elektroden och jordskorpan.

 

Bilden nedan visar hur ett jordtag principiellt fungerar. De röda linjerna symboliserar, de så kallade ekvipotentiallinjerna, alltså en gräns där den elektriska potentialen är densamma längs med hela linjen. Skulle vi lägga en spänning på elektroden så skulle utkanten av jordtaget vara den punkt där spänningen i marken skulle vara nära nog lika med ”0”. Varför ett jordtag beter sig på just detta vis kan enklast förklaras med en annan analogi.

 

 

Föreställ dig att du har en elektrisk ledare genom vilken du ska belasta en ström med hjälp av en spänning på 100V. Föreställ dig sedan att denna ledare är formad som änden på en solid trumpet, alltså en ledares vars dimension ökar desto längre ut mot kanten du kommer. Med en ökande dimension så är det också naturligt om dess resistans minskar för varje centimeter. Det krävs alltså en längre och längre sträcka av ledaren för att få lika stort spänningsfall som jag hade i början av min ledare. Till slut är resistansen så låg att spänningsfallet längst ut är så litet att det är försumbart. När jag väl kommit till den punkt då min ledares dimension är så stor att spänningsfallet som sker är försumbart, då är jag också vid utkanten av mitt jordtag.

 

 

Jordelektroden i sin tur, det som ofta misstas för att vara jordtaget, är självaste metalldelen som placeras i jordskorpan. Jordtaget kan bestå av stänger eller oisolerade ledare som placeras i marken. Men det kan också utgöras av en så kallad ”fundamentjordelektrod”, alltså ett ledande metallnät som utgör en del av fundamentet av en byggnad. Metallnätet kan bestå av elektriskt förbundna armeringsjärn eller ett kopparnät ingjutet i betongen.

 

Det får dock tilläggas att fundamentjordelektroder inte alltid fungerar så väl med svenska byggmetoder då vi i Sverige ofta lägger cellplast mellan makadamen och betongplattan för att isolera från markkylan. Samma cellplast innebär också att vi får ett högt motstånd mellan vårt betongfundament och jordskorpan.

 

 

Ja, varför anordnar vi jordtag? Svaret på denna fråga varierar stort beroende på vilken typ av kraftsystem vi använder oss av, men också beroende på vilken funktion vi är ute efter. Frågan ställs i regel i samband med när vi ska installera reservkraft eller anordna någon annan form av lokal produktion som kräver det. För dessa ändamål är det enklare att förklara då vi generellt ansluter mot ett så kallat TN-system.

 

För att vi ska sägas ha ett TN-system så krävs det att vi har direktjordat kraftsystemets neutralpunkt. I vanliga fall så anordnas detta av nätägaren vid lågspänningsserviser. Vid högspänningsservis får samma direktjordning anordnas på egen hand i den egna anläggningen, om ett TN-system önskas. De tär nämligen en bart ett krav att allmän distribution ska vara utfört som ett TN-system. För egna system kan man överväga andra alternativ.

 

Men förutsatt att vi har en ordinarie lågspänningsservis och ska installera reservkraft så kan det inte förväntas att jordförbindelsen via elnätet är intakt om kraften bryts av okänd anledning. Ett exempel då detta kan inträffa är vid oavsiktlig avgrävning av kabeln eller vid planerade ombyggnationer i elnätet. För att anläggningen då fortsatt ska kunna betraktas som ett TN-system då reservkraften ska användas krävs alltså att en egen jordförbindelse anordnas.

Det ska dock särskilt påpekas att jordtaget i reservraftsdrift inte har den funktion det har för fall då matningen sker via det allmänna distributionsnätet. Vid ordinarie drift med matning från distributionsnätet så finns i regel ett bakomliggande högspänningssystem. Vid fel i ett sådant system skulle det kunna få förödande konsekvenser om inte jordningen fanns med i matningen och anslöts till skyddsutjämningen i byggnaden som försörjs. Men för reservkraftsfallet finns ingen sådan risk. Istället utgör jordförbindelsen här två funktioner. Dels har vi kvar ett TN-system om matningen bryts och dels så säkerställer vi att det inte skapas elektrostatiska uppladdningar i det lokala systemet som på sikt riskerar att skada isoleringen i ledarna i anläggningen som i förlängningen kan utgöra en risk för brand. Möjligtvis kan vi återkomma till denna fråga i ett kommande nummer.

 

 

Jordtag kan anordnas på många olika vis och allt beror återigen på vilken typ av system vi försöker åstadkomma och därmed vilken funktion vi önskar av vårt jordtag.

Om vi återgår till fallet då vi vill anordna ett lokalt jordtag för att bibehålla ett TN-system vid reservkraftsdrift så råder det en missuppfattning om att djupjordtag (lodrätta jordtag) inte får överstiga ett värde om 100Ω och att ytjordtag (horisontella jordtag) inte får överstiga 50Ω. Men detta är en missuppfattning som inte har någon grund i det formella regelverket för hur våra anläggningar ska vara utförda för att uppfylla god elsäkerhetsteknisk praxis.

 

Det finns en vana av att referera till en av kommentarerna som fanns i SEK Handbok 444:

 

 

SEK Handbok 444 - Elinstallationsreglerna, utgåva 1 (ersatt av utgåva 2.1)

 

Kring denna kommentar råder det många missförstånd. Läser vi noga så är detta inte formulerat som ett krav utan som något man bör uppfylla för att säkerställa att jordtagets värde är av så god mekanisk kvalité att det inte kan förväntas att det kommer försämras över tid. Det är alltså en fråga om jordtagets mekaniska kvalité, inte en fråga om jordtagets elektriska övergångsmotstånd egentligen.

 

Kommentaren ovan är borttagen ur den aktuella utgåvan (2.1) av SEK Handbok 444 – Elinstallationsreglerna. Skälet till att kommentaren valdes att tas bort var missförstånd stycket lett till. Motsvarande skrivning finns dock ännu kvar i ”Högspänningsguiden”, den avslutande delen av SEK Handbok 438 - Högspänningshandboken. Men samma gäller här, det avslutande kapitlet är jämförbart med kommentarerna i SEK Handbok 444 – Elinstallationsreglerna.

 

Men märk väl, kommentaren är inte felaktig i sig – däremot så är den alltför ofta missförstådd. Kommentaren utgör först och främst ingen normerande del av standarden. Inom standard är det viktigt att vi skiljer på vad som är ”normativt”, alltså en del som utgör en fordran  för att standarden ska vara uppfylld, och det som är ”informativt”, alltså en del som beskriver sätt genom vilka man kan sägas ha uppfyllt fordringarna i standarden. När det kommer till kommentarer i SEK’s handböcker så utgör de inte en officiell del av standarden och kan därför närmast betraktas som informativa. Men de har ändå en viktig funktion genom att de vägleder oss i hur vi ska utföra våra anläggningar i praktiken för att standarden ska vara uppfylld. Se dessa som en tillförlitlig vägledning.

 

 

Om du väl anordnat ett jordtag så kan det generellt sägas att vi vill försöka uppnå en så stor kontaktyta som är möjligt mellan jordelektroden och den omkringliggande jordmassan med syfte att få ner övergångsmotståndet, alltså det motstånd som uppstår mellan just elektroden och den omkringliggande jordmassan.

 

Det enklaste sättet att uppnå detta är i regel inte att använda sig av längre spett. Istället bör man överväga att placera fler spett bredvid varandra. 1 styck 6 meters spett har i regel högre motstånd än 3 stycken 2 meter långa spett var det senare alternativet i regel också är det enklaste. Vill man få större effekt (läs; lägre övergångsmotstånd) kan de olika spetten även placeras med någon meters avstånd för att undvika att de befinner sig inom samma jordtagsmassa.

Är det så att höga motstånd uppstått som en konsekvens av att jordarten helt enkelt har hög resistivitet så kan samma principer tillämpas, men i särskilt berg bör man överväga att gjuta bentonitlera runt jordtaget för att försäkra att elektroden får en stor kontaktyta inuti borrhålet.

 

Slutligen följer en allmän uppmaning om att noggrannare läsa in sig i vilka delar som är faktiska fordringar eller vilka delar som är något vi gör bara för att någon sagt det.