Uzemnění a uzemňovací přívody - úvod

6.7.1

Uzemnění a uzemňovací přívody – úvod

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

Uzemnění a ochranné vodiče v distribučních sítích do 1000 V AC

 NahoruVšeobecně

Uzemnění v rozvodném elektrickém zařízení slouží současně jako ochranné i pracovní. Pokud to vyžaduje elektrické zařízení, lze ochranné a pracovní uzemnění provádět samostatně.

Uzemnění se zřizuje pro ochranu před úrazem elektřinou, pro ochranu před bleskem a přepětím nebo pro správnou činnost elektrických zařízení. V rozvodných elektrických zařízeních se zajišťuje strojenými zemniči nebo náhodnými zemniči.

Pracovní uzemnění na ustálené napětí sítě TN v distribuční síti do 1000 V AC

V síti TN a TT se střed (uzel) vinutí zdroje (transformátoru) spojí se zemí, aby při spojení jednoho fázového vodiče se zemí nepřestoupilo jmenovité pracovní napětí v jiném fázovém vodiči dovolenou hodnotu. Podle ČSN EN 60604-1 (33 0420) a ČSN EN 60439-1 (35 7107) v síti TN s jmenovitým napětím proti zemi U₀ = 230 V je při této poruše maximální dovolená hodnota jmenovitého pracovního napětí proti zemi 300 V.

Návrh, stavba a měření uzemnění v distribuční síti do 1000 V AC

Volba parametrů a uspořádání zemničů a uzemňovacích přívodů se provede s ohledem na požadovaný zemní odpor podle požadavků na ochranu před úrazem el. proudem v sítích do a nad 1 000 V AC a pro venkovní vedení vn-zvn.. Návrh uzemnění a jeho výpočet se provádí podle dle ČSN 33 2000-5-54 , měření uzemnění se provádí dle čl. 6.

Ochranné vodiče, uzemňovací přívody a zemniče v distribučních sítích TN do 1 000 V AC

 NahoruOchranné vodiče, uzemňovací přívody a zemniče

V sítích TN jsou vodiče PEN (PE) součástí stejného vedení jako fázové (střední) vodiče. Jsou-li fázové (střední) vodiče v obložení, musí být v témže obložení i vodič PEN (PE).

Vodiče PEN (PE) v sítích TN musí mít stejnou izolaci jako vodiče fázové. Vodiče PEN (PE) se dimenzují podle požadavků ochrany. Pro uložení vodičů PEN (PE) v rozvaděčích platí ČSN EN 60439-1 (35 7107)

Dimenzování uzemňovacích přívodů a zemničů pro vodiče PEN (PE) se provádí podle ČSN 33 2000-5-54 .

Ochranné vodiče, uzemňovací přívody a zemniče v distribučních sítích TT

V sítích TT se ochranné vodiče, uzemňovací přívody a zemniče dimenzují dle ČSN 33 2000-5-54 .

 NahoruVodiče pro ochranné pospojování

Vodiče pro ochranné pospojování se dimenzují dle ČSN 33 2000-5-54 .

Uzemnění a uzemňovací přívody v distribučních sítích nad 1 000 V

 NahoruElektrické stanice Účel – Všeobecně

Tato aktualizace poskytuje kritéria pro návrh, stavbu, zkoušení a údržbu uzemnění elektrických stanic nad 1 kV tak, aby za všech podmínek zajišťovala bezpečnost lidských životů v každém místě, ke kterému mají osoby legitimní přístup. Současně tak bude zaručena i integrita zařízení připojeného k síti.

Dimenzování uzemnění pro síťový kmitočet

 NahoruVšeobecně

Návrh uzemnění musí splnit čtyři podmínky:

1. zajistit mechanickou pevnost a odolnost proti korozi,

2. odolat z hlediska oteplení nejvyššímu poruchovému proudu (obvykle získaného výpočtem),

3. zamezit poškození majetku a zařízení,

4. zajistit bezpečnost osob s ohledem na napětí na uzemnění, které se objeví při nejvyšším poruchovém proudu

Parametry rozhodující při dimenzování uzemnění tudíž jsou:

• velikost poruchového proudu

• trvání poruchy ²

• vlastnosti půdy

U zařízení s různými napěťovými hladinami musí uzemnění tyto čtyři požadavky splňovat každý napěťový systém. Současné poruchy v různých napěťových systémech není zapotřebí uvažovat.

Tyto požadavky se nevztahují na dočasná uzemnění na pracovištích a místech rozpojení.

Korozivní odolnost a mechanická pevnost

 NahoruZemniče

Zemniče, které jsou v přímém kontaktu se zemí, mají být z materiálu odolného proti korozi (chemickému nebo biologickému napadení, oxidaci, tvorbě elektrolytických článků, elektrolýze, atd.). Musí odolávat mechanickým vlivům při instalaci, stejně jako těm, které se objeví při normálním provozu. Ocel vloženou do betonových základů a ocelové piloty nebo jiné přirozené zemniče lze použít jako součást uzemňovací soustavy. Mechanická pevnost a koroze určují minimální rozměry zemničů, udané v příloze A. Pokud je užit jiný materiál, např. nerez ocel, pak tento materiál a jeho rozměry mají vyhovovat požadavkům a) a b).

 NahoruUzemňovací přívody

Minimální průřezy s ohledem na mechanickou a korozivní odolnost jsou:

měď 16 mm² (ale viz též přílohu F, F.4 ČSN 33 3201 )

hliník 35 mm²

ocel 50 mm²

 NahoruVodiče pro vyrovnání potenciálů

Doporučuje se, aby dimenzování vodičů pro vyrovnání potenciálů bylo ve shodě s požadavky na uzemňovací přívody.

Poznámka – Ocelová pospojování a přívody uzemňovací soustavy vyžadují ochranu proti korozi.

 NahoruDimenzování s ohledem na tepelnou odolnost

Proudy, které je zapotřebí uvažovat u uzemňovacích přívodů a zemničů, jsou uvedeny v tabulce č. 1.

 NahoruVšeobecně

Poznámka 1 – V některých případech musí být při dimenzování příslušné uzemňovací soustavy uvažovány ustálené proudy netočivé složkové soustavy.
Poznámka 2 – Při návrhu mají proudy uvažované při výpočtu velikosti vodičů brát v úvahu možnost budoucího růstu.

Poruchový proud se často v uzemňovacím systému dále dělí, je tedy vhodné dimenzovat každý zemnič pouze na část poruchového proudu. Při rozdělení zkratového proudu z uzemňovacího přívodu do dvou větví se předpokládá (s ohledem na nerovnoměrnost) zatížení jedné větve 60 % z celkového zkratového proudu. Při dělení do čtyř větví 30 % zkratového proudu v jedné větvi.

Konečná teplota užitá při návrhu (odkazy v příloze B ČSN 33 3201 ) má být volena tak, aby se předešlo snížení pevnosti materiálu a zabránilo poškození okolních materiálů, např. betonu nebo izolace. Tato aktualizace neudává žádný přípustný růst teploty půdy obklopující elektrody zemniče, protože zkušenosti ukázaly, že růst teploty není obvykle významný.

Při stanovení trvání poruchy viz čl. 2.4.1 a PNE 38 4065.

Tabulka 1 – Hodnoty proudů pro návrh uzemňovacích soustav:

 NahoruVýpočet proudového dimenzování

Výpočet průřezu uzemňovacích přívodů nebo zemničů, který závisí na velikosti a trvání poruchového proudu, je dán v normativní příloze B ČSN 33 3201 . Rozlišuje se mezi trváním poruchy kratším než 5 s (adiabatický růst teploty) a větším než 5 s. Při volbě konečné teploty je zapotřebí brát v úvahu materiál a okolí. Přesto však je zapotřebí brát v úvahu minimální průřezy.

Poznámka – Je zapotřebí brát v úvahu přenosovou schopnost užitých spojů (především šroubových).

Dimenzování s ohledem na dotyková a kroková napětí Dovolené hodnoty

Příčinou ohrožení je proud procházející lidským tělem. ČSN IEC 479-1 (33 2010) udává účinky proudu protékajícího lidským tělem v závislosti na jeho velikosti a trvání. Pro praxi je výhodnější vycházet z dotykových napětí. Meze dotykových napětí proti zemi jsou udány na obrázku 1, křivka představuje napětí, která se mohou objevit na lidském těle při dotyku holou rukou proti bosé noze. Při výpočtu nebyly uvažovány žádné přídavné odpory.

Pro konkrétní případy je možné použít výpočty podle přílohy C ČSN 33 3201 , které berou v úvahu přídavné odpory, např. obuvi a vysoce odporových povrchových materiálů.

Každá zemní porucha je odpojována automaticky nebo ručně. Neomezeně trvající dotyková napětí jako následek zemních poruch tudíž nevznikají. Pro kroková napětí není nutné stanovit dovolené hodnoty.

Poznámka – Dovolené hodnoty krokových napětí jsou poněkud vyšší, než u dotykových napětí; proto pokud nějaká uzemňovací soustava splňuje požadavky na dotyková napětí, lze předpokládat, že se obecně nevyskytnou žádná nebezpečná kroková napětí.

Při stanovení trvání poruchy se uvažují vypínací časy ochran a spínačů při jejich správné činnosti.

 NahoruOpatření pro dodržení dovolených dotykových napětí

Základní návrh uzemňovací soustavy vychází z užití prvních tří požadavků (mechanická pevnost a odolnost proti korozi, tepelná odolnost vůči nejvyššímu poruchovému proudu, zamezení škodám na majetku a zařízení). Tento návrh je třeba posoudit z hlediska dotykových napětí. Obecný přístup ukazuje vývojový diagram na obrázku 4. Některé příklady přístupu ve zvláštních případech, závislé na zpětné cestě poruchového proudu jsou uvedeny v příloze Q ČSN 33 3201 .

Jako hodnoty dovolených dotykových napětí se užijí hodnoty U_Tp v obrázku 1. Přídavné odpory lze uvažovat podle přílohy C ČSN 33 3201 . Tyto dovolené hodnoty U_Tp se považují za splněné, když je buď:

• splněna jedna z podmínek:

  • C 1: uvažovaná instalace se stane součástí celkové uzemňovací soustavy.

  • C 2: Nárůst potenciálu země, určený měřením nebo výpočtem, nepřekročí dvojnásobek hodnot dovoleného dotykového napětí podle obrázku 1.

nebo

• jsou provedena příslušná specifikovaná opatření M v příloze D ČSN 33 3201 v souladu s velikostí vzrůstu zemního potenciálu a trvání poruchy.

Pokud nejsou splněny podmínky C 1 a C 2 ani přípustná zvláštní opatření M, pak je zapotřebí ověřit dodržení dovolených dotykových napětí U_Tp obvykle měřením.

Poznámka – Jako alternativa k použití podmínek C a přípustným zvláštním opatřením M (v příloze D) mohou být hodnoty dotykových napětí kontrolovány provozním měřením.

Zavlečená napětí mají být vždy kontrolována odděleně.

Nárůst zemního potenciálu a dotyková napětí uzemňovacího systému mohou být vypočtena z dostupných dat (měrný odpor půdy, zemní impedance existujícího uzemnění, viz příloha K ČSN 33 3201 ). Při výpočtu mohou být uvažovány všechny zemniče a ostatní uzemňovací systémy s dostatečnou přenosovou proudovou schopností, které jsou spolehlivě připojeny k dotyčnému uzemňovacímu systému. To se týká především připojených nadzemních zemnících lan, vodičů uložených v zemi a kabelů se zemnícím účinkem.Týká se to též uzemňovacích systémů, které jsou vodivě připojeny k dotyčnému uzemňovacímu systému stíněním nebo plášti kabelů, PEN vodiči nebo jiným způsobem.

Pro ověření výpočtem mohou být uvažovány pomocí obr. K3 ČSN 33 3201 všechny kabely se zemnícím účinkem, pokud neleží ve více než čtyřech trasách. Tyto kabely mohou patřit k různým napěťovým systémům.

Poznámka – Při více než čtyřech trasách nesmí být zanedbána jejich vzájemná impedance, proto z existujících tras je třeba vybrat pouze čtyři. Pokud leží několik kabelů v určité trase, lze uvažovat pouze s jednou délkou.

Pro určení vzrůstu zemního potenciálu a…