Ochrana při poruše rozvodných elektrických zařízení do 1 000 V AC

6.3.6.4

Ochrana při poruše rozvodných elektrických zařízení do 1 000 V AC

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

Dovolené dotykové napětí v rozvodném elektrickém zařízení do 1 000 V AC

Nejvyšší dovolené meze trvalého dotykového napětí U_dL jsou uvedeny v tabulce č. 1. V závislosti na velikosti předpokládaného dotykového napětí U_pd jsou stanoveny doby odpojení poruchy, které určují dobu trvání předpokládaného dotykového napětí na neživých částech – viz tabulka č. 2.

Tabulka č. 1 – Dovolené meze trvalého dotykového napětí podle prostorů u rozvodného elektrického zařízení do 1 000 V:

POZNÁMKA Ve zvlášť nepříznivých případech (práce ve vodě bez použití pomůcek, stísněné prostory) U_dL = 12 V. Ve zvlášť nebezpečných prostorech a v prostorech patřících do zvlášť nepříznivých případů se obvykle výstavba a provoz distribuční soustavy neprovádí.

Tabulka č. 2 – Doby odpojení poruchy v závislosti na velikosti předpokládaného dotykového napětí U_pd podle prostorů u rozvodného elektrického zařízení do 1 000 V

Způsoby ochrany při poruše v rozvodných elektrických zařízeních do 1 000 V AC

Způsoby ochrany pří poruše včetně jejího doplnění jsou:

• ochrana izolací;

• ochrana doplňkovou izolací;

• ochrana pospojováním;

• ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči;

• ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji.

 NahoruOchrana izolací

Ochrana izolací mezi živou částí a přístupnými částmi spočívá v doplnění základní izolace izolací přídavnou. Základní izolací se dosáhne ochrany základní. Přídavnou izolací se dosáhne ochrany při poruše. Základní a přídavná izolace jako celek tvoří izolaci dvojitou.

Místo izolace dvojité lze provést izolaci zesílenou, která je současně jak ochranou základní, tak ochranou při poruše.

Podmínky pro ochranu izolací jsou uvedeny v ochraně živých částí izolací.

 NahoruOchrana doplňkovou izolací

Ochranu doplňkovou izolací je možné provést jen k doplnění ochrany při poruše v místech, kam nemají přístup laici a pracovníci seznámení.

Podmínky pro ochranu doplňkovou izolací jsou uvedeny v ochraně doplňkovou izolací.

 NahoruOchrana pospojováním

Ochranu pospojováním je možné provést jen k doplnění ochrany při poruše.

Podstata ochrany pospojováním spočívá v tom, že se vzájemně pospojují všechny neživé části a ostatní cizí vodivé části v okolí včetně vodivého stanoviště – pokud je k dispozici. Tím se zamezí vznik nebezpečného rozdílu potenciálů mezi těmito částmi. Dimenzování vodičů pro ochranu pospojováním se provede podle ČSN 33 2000-5-54 .

Ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči

Před proudovými chrániči musí být umístěny nadproudové ochranné přístroje (pojistky nebo jističe).

Ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribučních sítích se považuje za ochranu při poruše (za ochrana před dotykem neživých částí).

Ochranu proudovým chráničem lze též použít k doplnění ochrany při poruše. Ochrana při poruše je v tomto případě tvořena ochranou automatickým odpojením od zdroje použitím nadproudových ochranných přístrojů, ochrana proudovým chráničem je použita k jejímu doplnění. Nadproudové ochranné přístroje umístěné v obvodu před proudovým chráničem, musí odpovídat ČSN 33 2000-4-43 a ČSN 33 2000-4-473.

Použije-li se proudových chráničů v distribučních sítích, pak obvykle se použije proudových chráničů s nastavitelným jmenovitým reziduálním vybavovacím proudem až několik ampér a se stavitelnou dobou odpojení poruchy, která je až několik sekund.

Ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji

Ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji v distribučních sítích se považuje za ochranu při poruše. Nadproudové ochranné přístroje (pojistky, jističe) musí splňovat podmínky pro použití ochrany pro sítě TN a pro sítě TT a dále musí odpovídat ČSN 33 2000-4-43 a ČSN 33 2000-4-473.

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje v sítích TN

Hlavní ochrana při poruše (ochrana před dotykem neživých částí) rozvodných elektrických zařízení v sítích TN je provedena automatickým odpojením od zdroje.

Distribuční sítě jsou obvykle typu TN-C. V těchto sítích zastává funkci jak ochranného vodiče tak středního vodiče jediný vodič – vodič PEN. V těchto distribučních sítích je ochrana při poruše (ochrana před dotykem neživých částí) provedena automatickým odpojením od zdroje použitím nadproudových ochranných přístrojů.

Ve výjimečných případech je možné použít distribuční síť typu TN-C-S (část distribuční sítě je typu TN-C, další část distribuční sítě je typu TN-S). V tomto případě je v rozváděči distribuční síť TN-C převedena na distribuční síť TN-S. V tomto rozváděči se vodič PEN rozdělí na střední vodič N a ochranný vodič PE. V rozváděči musí mít jak ochranný vodič PE tak střední vodič N svoje samostatné svorky nebo přípojnice. V místě rozdělení musí být vodič PEN připojen ke svorce nebo přípojnici určené pro připojení ochranného vodiče PE. Pouze v místě rozdělení je střední vodič N spojen s ochranným vodičem PE (tím i s vodičem PEN). Za místem rozdělení není přípustné střední vodič N a ochranný vodič PE spojovat. Pouze za místem rozdělení lze provést ochranu automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči.

POZNÁMKY :

1. Doporučuje se však v místě rozdělení spojit vodič PE s uzemňovací soustavou nebo se samostatným zemničem.

2. Doporučuje se používat distribuční sítě TN—S jen v případě, kdy se použije ochrana při poruše podle čl. 3.3.2.4 ČSN 33 2000-4-47.

3. Příklady distribučních sítí TN jsou uvedeny v příloze č. 1 a 2.

Všechny neživé části distribuční sítě TN musí být spojeny s vodiči PEN (PE) a jejich prostřednictvím se středem (uzlem) vinutí zdroje, který musí být vždy uzemněn. Uzemnění středu (uzlu) vinutí zdroje (transformátoru apod.), které se nazývá hlavním bodem uzemnění distribuční sítě, se provede podle podmínek uzemnění uzlu.

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji v síti TN

Charakteristiky nadproudových ochranných přístrojů a impedance obvodů musí být takové, aby v případě poruchy o zanedbatelné impedanci, která může vzniknout kdekoliv v distribuční síti TN mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičem PEN (PE), došlo k automatickému odpojení příslušné části distribuční sítě od zdroje napájení v předepsaném čase do 30 s. Vzniklá trvalá a předpokládaná dotyková napětí musí vyhovovat dovoleným dotykovým napětím. Nadproudové ochranné přístroje odpojují v případě poruchy zdroj napájení té části distribuční sítě, pro kterou zajišťují ochranu při poruše (ochranu před dotykem neživých částí).

Přitom musí být splněna tato podmínka:

Z_S· I_a ≤ c· U₀

Pro uvedený výpočet platí obdobné podmínky jako pro výpočet minimálních zkratových proudů podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) . (Teploty vodičů jsou uvažovány na konci zkratu, konfigurace soustavy je uvažována taková, aby v místě poruchy (zkratu) vedla k minimálnímu zkratovému proudu.)

V dokumentaci distribuční sítě TN musí být prokázáno (např. výpočtem), že impedance poruchové smyčky na koncích vývodů z transformovny vn/nn (případně v dalších místech) splňuje podmínky tohoto článku.

POZNÁMKA 1

Nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky Z_{S max} se z hlediska parametrů nadproudových ochranných přístrojů určí pro čas trvání poruchy t = 30 s dle následujícího vztahu:

I_a Proud zajišťující v případě poruchy automatické působení nadproudového ochranného přístroje v čase t = 30 s, určí se z charakteristik nadproudových ochranných přístrojů

Tato nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky ZS max nesmí být na konci jištěného obvodu ani v žádném jiném jeho místě překročena.

POZNÁMKA 2

Stanovení impedance poruchové smyčky Z_S pro síť TN-C z hlediska parametrů (impedancí) vedení výpočtem:

Odbočující vedení (mezi body B, C – viz obrázek) má délku l, impedance poruchové smyčky ZS je stanovena pro konec odbočujícího vedení (pro bod C).

Pro jednoduché případy (krátká vedení s velkými průřezy vodičů apod.) lze použít jednoduššího vzorce:

Z_S = l· k· (Z’_L + Z’_PEN) + Z_V

Vypočtená hodnota impedance poruchové smyčky Z_S nesmí překročit hodnotu Z_{S max}

(V případě, že odbočující vedení má délku l = l_max, má impedance poruchové smyčky Z_S právě hodnotu Z_{S max}.)

Z hlediska impedance poruchové smyčky v síti TN-C lze za konkrétním mnadproudovým ochranným přístrojem (pojistkou, jističem) stanovit výpočtem maximální dovolenou délku odbočujícího vedení l_max (viz obrázek).Odbočující vedení má délku l = l_max a vzniklá porucha na konci vedení (v bodě C)je vypnuta v čase t = 30 s. (Poruchou se v tomto případě rozumí zkrat (spojení o zanedbatelné impedanci) mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičemPEN v bodě C.)

Maximální dovolená délka l_max odbočujícího vedení (mezi body B, C):

Pro jednoduché případy (krátká vedení s velkými průřezy vodičů apod.) lze pro výpočet l_max použít jednoduššího vzorce:

V uvedených vztazích je:

Impedance na jednotku délky vodiče Z’ se určí dle ČSN EN 60909-0 (33 3022) , ČSN IEC 909-2 (33 3024) a dalších souvisejících technických norem nebo dle údajů výrobců.

R’ rezistance vodiče na jednotku délky

X’ reaktance vodiče na jednotku délky

Teplota vodiče na konci zkratu (poruchy) se určí dle ČSN IEC 942 (34 7025). V běžných případech, při prvním přiblížení, lze uvažovat, že teplota vodiče na konci zkratu je 80 °C. Z toho vyplývá, že rezistance vodiče na jednotku délky při teplotě na konci zkratu má hodnotu:

V případě, že výpočtem určená maximální dovolená délka odbočujícího vedení je nedostačující a odbočující vedení je nutno prodloužit beze změny jeho průřezu a beze změny týkající se jeho nadproudových ochranných přístrojů, pak je nutno osadit před místo C (nebo ve výjimečném případě přímo do místa C) další nadproudové ochranné přístroje s nižším proudem I_a (pro t = 30 s) než mají předchozí nadproudové ochranné přístroje a výpočet opakovat. Tímto způsobem je možné vypočtenou délku odbočujícího vedení určenou z hlediska impedance poruchové smyčky stále prodlužovat.

POZNÁMKA 3

Z charakteristik nadproudových ochranných přístrojů distribuční sítě TN vyplývá, že pro určení proudu I_a zajišťujícího v případě poruchy automatické působení nadproudového ochranného přístroje v čase t = 30 s, lze použít dosti zjednodušující podmínku:

I_a = 3,5 x I_a (jedná se o velmi přibližný vztah, který lze použít pouze pro odhady)

I_n jmenovitý proud nadproudového ochranného přístroje

Jestliže podmínky nelze splnit použitím nadproudových ochranných přístrojů, lze ochranu při poruše zajistit použitím proudových chráničů.

V případech, kdy může dojít k poruše, při které dojde ke spojením fázového vodiče se zemí nebo s uzemněnými cizími částmi, například u venkovních vedení, a kdy by mohl ochranný vodič a neživé části s ním spojené dosáhnout napětí proti zemi vyšší, než je smluvená hodnota 50 V, musí být splněna následující podmínka:

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribuční síti TN

 NahoruDistribuční sítě TN-C

Ochrana proudovými chrániči v sítích TN-C není možná.

 NahoruDistribuční sítě TN-S

Vznikne-li v distribuční síti TN-S za proudovým chráničem porucha (zkrat) mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičem PE, musí proudový chránič automaticky odpojit zdroj napájení příslušné části distribuční sítě v čase do 30 s (viz též čl. 3.3.2.4 ČSN 33 2000-4-43). Vzniklá trvalá a předpokládaná dotyková napětí musí vyhovovat čl. 3.3.1 ČSN 33 2000-4-43. Proudové chrániče odpojují při svém působení jen poruchou postiženou část distribuční sítě TN-S. Z této podmínky vyplývá, že proudové chrániče umístěné v distribuční síti, musí být selektivní též vůči ochranným přístrojům, umístěným za předávacím místem odběrného zařízení.

Přitom musí být splněny následující podmínky:

1. Z_S· I_∆n ≤ c· U₀

        

   kde	ZS	je impedance poruchové smyčky zahrnující impedanci zdroje, fázového vodiče k místu poruchy a vodiče PE (případně vodiče PEN) mezi místem poruchy a zdrojem při teplotách na konci poruchy (zkratu)
   I∆n	jmenovitý reziduální vybavovací proud proudového chrániče zajišťující automatické odpojení v předepsaném čase do 30 s
   c	koeficient podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) , pro síť 230/400 V: c = 0,95
   U0	jmenovité napětí distribuční sítě TN-S proti zemi

2. Vodiče PE a střední vodiče N za proudovým chráničem nesmí být navzájem spojeny.

3. Vodič PE za proudovým chráničem se spojí s vodičem PE před proudovým chráničem. V případě, že před proudovým chráničem je síť TN-C, pak vodič PE za proudovým chráničem se spojí s vodičem PEN před proudovým chráničem.

Pro uvedený výpočet platí obdobné podmínky jako pro výpočet minimálních zkratových proudů podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) .

POZNÁMKA – Při použití proudových chráničů pro ochranu při poruše lze rovněž určit nejvyšší dovolenou impedanci poruchové smyčky a maximální dovolenou délku vedení obdobně jako v poznámkách. (Při výpočtech se ve vzorcích nahradí proud I_a proudem I_Dn, čas vypnutí poruchy je určen nastavením vypínacího času proudového chrániče.) V případě použití proudových chráničů je velikost proudu I_Dn jen několik ampér. Z tohoto důvodu má nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky velmi vysokou hodnotu. Maximální dovolená délka vedení z hlediska impedance poruchové smyčky vychází rovněž velmi vysoká. Tyto hodnoty jsou obvykle vyhovující pro většinu běžných případů.

Vazba sítí TN-C a TT prostřednictvím proudového chrániče

Jsou-li k tomu technické nebo ekonomické důvody, je možné umístit na konec distribuční sítě TN-C proudový chránič a distribuční síť za tímto chráničem provozovat jako síť TT. V části za proudovým chráničem musí být dodrženy následující podmínky:

1. Musí být splněny podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribuční síti TT

2. Žádná neživá část včetně…