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1

Earthing

Earthing

 

 

Arrangeme

Arrangeme

nts

nts

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2

   Earthing arrangements - always a good 

talking point!

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3

Definitions from Part 2 BS 7671

Definitions from Part 2 BS 7671

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4

Bonding conductor

A protective conductor 

providing equipotential 

bonding

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5

Where protection against electric shock does not rely 

solely on basic insulation alone. Exposed-conductive

parts being connected to a protective conductor within 

the fixed wiring of the installation.

Class I equipment

Class I insulation

Single-layer insulation

Live part

Exposed conductive
part

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6

Class II equipment

Where protection against electric shock relies 

on the 

application of additional or supplementary 

insulation.

There is no provision for the connection of a 

protective

conductor

 to exposed metalwork.

Class II insulation

Live part

Two layers of
insulation

Exposed metalwork

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7

Double insulation

Double insulation (Class II) - Insulation 

comprising both basic insulation and 

supplementary insulation

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8

Earth

The conductive mass of Earth, whose 

electric potential at any point is 

conventionally taken as zero

 

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9

Earth Electrode

A conductor or group of conductors 

in intimate contact with, and providing 

an electrical connection to earth

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10

Earth electrode 

resistance

The resistance of an earth 

electrode to earth

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11

Earth fault current

A fault current which flows to earth

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12

Earth fault loop 

impedance

The impedance of the earth fault current 

loop starting and ending at the point of 

earth fault.

Symbol Z

Symbol Z

  

Unit 

Unit 

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13

The earth fault loop

The earth fault loop starting at the point of 

fault 

consists of:

  The circuit protective conductor (c.p.c.)

  Consumers earthing terminal and earthing conductor

  For TN systems, the metallic return path

  For TT and IT systems the earth return path

  The path through the earthed neutral point 

of the 

   transformer

  The transformer winding and phase conductor to point

   of fault

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14

Earth leakage current

A current which flows to earth, or 

to 

extraneous conductive parts, in a 

circuit 

which is electrically sound. This 

current 

may have a capacitive including 

that from 

the deliberate use of capacitors.

  

Deleted by BS 
671:2001

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15

Leakage 

 

current

Electric current in an unwanted conductive 
path under normal operating conditions

   NEW

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16

Electric current which flows in a protective
Conductor under normal operating conditions

    NEW

Protective conductor current

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17

Earthed equipotential 

zone

A zone within which exposed conductive parts and

extraneous conductive parts are maintained at 

substantially the same potential by bonding, such

that under fault conditions, the differences in potential 

simultaneously accessible exposed and extraneous-

conductive parts will not cause electric shock.

  

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18

Earthing

Connection of the exposed conductive 

parts 

of an installation to the main earthing 

terminal of that installation

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19

Direct contact (shock)

Results from

Making contact with parts of a circuit 

Making contact with parts of a circuit 

or 

or 

system which are live under normal 

system which are live under normal 

conditions

conditions

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20

Earthing

Connection of the exposed conductive 

parts of an installation to the main earthing 

terminal of that

installation

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21

Extraneous conductive 

part

A conductive part liable to introduce a 

potential, generally earth potential, and not 

forming part of the electrical installation. 

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22

Fault

A circuit condition in which current flows through an

abnormal or unintended path. This may result from an

insulation failure or a bridging of insulation. Conventionally

the impedance between live conductors or between live 

conductors and exposed or extraneous conductive parts

at the fault position is considered negligible.

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23

Functional earthing

Connection to Earth necessary for proper 

functioning of electrical equipment

Table 51A

Table 51A

Functional earthing conductors 

to be 

coloured cream

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24

Contact of persons or livestock with 

exposed-conductive parts which have 

become live under fault conditions.

Indirect contact

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25

Protective conductors

A conductor used for some measure of protection against

electric shock and intended for connecting together any

of the following parts 

•  Exposed conductive parts

  Extraneous-conductive parts

•  The main earthing terminal

•  Earth electrode(s)

 

•  The earthed point of the source, or an artificial neutral

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26

Protective conductors

Earthing conductor

main bonding 
conductor

circuit protective
conductor

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27

Shock conditions

Shock conditions

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28

Direct contact

Contact of persons or livestock with 

live parts

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29

Uo = 230V

Direct

 

contact

 

(shock)

ouch

ouch

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30

Direct Contact

 

 

Maximum shock voltage

Maximum shock voltage

No disconnection

No disconnection

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31

Protection against Direct 

contact (shock)

Insulation

Insulation

Barriers

Barriers

Enclosures

Enclosures

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32

Protection against Direct contact (shock)

Placing out of 

Placing out of 

reach

reach

Obstacles 

Obstacles 

Protection of a specialist nature

Protection of a specialist nature

 

 

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33

Uo = 230V

Indirect contact (shock)

Automatic operation of protective device 

Automatic operation of protective device 

            

            

Reduced shock risk

Reduced shock risk

   

   

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34

Protection against indirect 

contact (shock)

E

arthed

E

quipotential

B

onding

A

nd automatic

D

isconnection

O

f

S

upply

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35

Earthing 

Earthing 

Arrangements

Arrangements

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36

TT Earthing 

Arrangement

PES
cut out

P.E.S
metering

earthing 
conductor

from overhead supply

 

to earth electrode

consumer unit

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37

1st Letter

 

-  Method of earthing for 

suppliers network

2nd Letter

-

Method of earthing at consumers 

installation

T  =   Direct connection to earth at one or 
more points

T  =   Direct connection to earth

 

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38

Frequently used types of  

earth electrode

plate

lattice

rod

Regulation 542-

Regulation 542-

02-01

02-01

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39

Earth electrodes recognised by BS 7671

Earth electrodes recognised by BS 7671

The following types of earth electrode are recognised by the 

Regulations:

Regulation 542-02-01

Earth rods or pipes

Earth tapes or wires

Earth plates

Underground structural metalwork embedded in 

foundations

Welded metal reinforcement of concrete (except 

pre-stressed concrete) embedded in earth

Lead sheaths and other metal coverings of cables 

where not precluded by regulation 542-02-05

Other suitable underground metalwork

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40

Installation of earth electrodes

When installing earth electrodes the following 

precautions should be observed

Regulation 542-02-02

Remember climatic conditions could affect 

electrode resistance

The type and embedded depth of an earth 

electrode shall be sufficient to avoid soil 

drying and freezing

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41

Earth electrode 

resistance

The graph illustrates the relationship between 

electrode resistance and buried depth for a ‘rod 

type’ electrode. The deeper the rod, the closer to 

the water table it becomes, resulting in lower 

resistance

Typical value of resistance of

 ‘rod type’ electrode buried to

 a depth of 1 metre (60  

approx.)

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42

Reducing earth electrode resistance

Reducing earth electrode resistance

Under certain circumstances the value of 

electrode resistance may be excessively high 

and steps must be taken to reduce its value. 

The following methods may be adopted:

• 

      

use of extendable rods

 

•    use of additional rods

 

•    soil conditioning agents (temporary 
measure)  

     

   

•    electrodes  buried to a greater 
depth

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43

Use of additional rods to reduce 

resistance

 

Distance (m)

 

Depth (m)

 

As a ‘rule of thumb’,  the distance between 

adjacent earth rods should not be less than the 

buried depth.

Earthing 

conductor

 

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44

Problems associated with the TT 

system

 Vulnerable to mechanical damage

 Vulnerable to corrosion

 

 

High resistance as compared 

High resistance as compared 

to TN systems

to TN systems

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46

Use of the residual current device

Regulation 413-02-19

Preferred method of protection against 

indirect contact, by means of residual 

current device.

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47

Calculating touch voltage

Maximum permitted touch voltage = 50V unless 

special location. (max 25V)

Regulation 413-02-20

 

 

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48

The following condition must be 

fulfilled:

 

R

R

A.

A.

I

I

n

n

 

 

 

 

50V.

50V.

 

Where:

 

     

R

R

A

A

  is the sum of the earth electrode and protective 

      conductors connecting it to the exposed-conductive parts

 

I.

I.

n

n

  is the current causing automatic operation 

of the r.c.d.

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49

REMEMBER

50V

 

 max, or

25V

 max

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50

Load

Load

Exposed

Exposed

metalwork

metalwork

Test resistor

Test resistor

Test button

Test button

Search coil

Search coil

Toroid

Toroid

 

 

Operating 

Operating 

coil

coil

 

 

The residual

 current 

 current 

device

device

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51

The R.C.D under healthy circuit 
conditions

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52

The R.C.D under earth fault 
conditions

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53

Protection and the TT system

Remember!

 The earth fault loop impedance for a TT system 

may be too high to allow circuit breakers and fuses to 

operate under phase to earth fault conditions. 

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54

Solution

 

 

R.C.D.

 

 

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55

TN-S Earthing Arrangement

Separate neutral and earth conductors

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56

1st Letter -

  

Method of earthing for suppliers 

network

2nd Letter -

  

Method of earthing at 

consumers installation

T  =   Direct connection to earth at one or 

more points

N =   Consumers exposed metalwork 

directly connected to the earthed neutral 

point of the  supply 

3rd  Letter -

  

Relationship between phase & 

neutral conductors on suppliers network

 S =  Separate neutral and earth conductors 

at consumers  

          installation   

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57

Fig. 7 

PES

consumer

The circuit arrangement for the TN-S 

system

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58

PES

consumer

The TN-S system under fault 

conditions

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59

TN-C-S Earthing Arrangement

combined neutral and earth conductors

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1st Letter -

  

Method of earthing for suppliers 

network

2nd Letter -

  

Method of earthing at 

consumers installation

T  =   Direct connection to earth at one or 

more points

N =   Consumers exposed metalwork 

directly connected to the earthed neutral 

point of the  supply 

3rd  Letter -

  

Relationship between phase & 

neutral conductors on suppliers network

C =   Combined neutral and earth on 

suppliers side 

4th  Letter -

  

Arrangement of earth  and 

neutral conductors at consumers installation

 S =  Separate neutral and earth 

conductors at consumers installation

   

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61

PES

consumer

PEN conductor

The circuit arrangement for the TN-C-S system

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62

The TN-C-S system under fault 

conditions


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