Uzemňování venkovních vedení vn, vvn a zvn

6.7.17

Uzemňování venkovních vedení vn, vvn a zvn

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

 NahoruÚčel

Tato kapitola poskytuje kritéria pro návrh, zřizování a zkoušení uzemňovací soustavy tak, aby za všech podmínek fungovala a zajišťovala kroková a dotyková napětí v přípustných mezích.

Uzemňovací soustavy se mohou stát nezbytnými v závislosti na návrhu vedení, typu podpěrných bodů a místních podmínkách.

Projektová specifikace musí zahrnovat následující podklady pro dimenzování uzemňovacích soustav a zemnicích lan:

• hodnoty maximálního jednofázového zkratového proudu v závislosti na místě zkratu pro celou délku vedení;

• příspěvky zkratových proudů 3 I ₀ do místa zkratu z obou konců vedení v závislosti na místě zkratu pro celou délku vedení;

• doby trvání zkratu (v závislosti na místě zkratu).

Dimenzování uzemňovacích soustav síťového kmitočtu

 NahoruVšeobecně

Návrh uzemňovacích soustav musí splňovat pět podmínek:

1. Zajistit mechanickou pevnost a odolnost proti korozi.

2. Zajistit odolnost, z hlediska oteplení, vůči nejvyššímu poruchovému proudu, určenému výpočtem.

3. Zamezit poškození majetku a zařízení.

4. Zajistit bezpečnost osob s ohledem na napětí na uzemňovací soustavě, které se objeví při zemním spojení.

5. Zajistit určitou spolehlivost vedení.

Parametry, vztahující se k dimenzování uzemňovacích soustav, jsou:

• velikost poruchového proudu;

• trvání poruchy;

  POZNÁMKA Výše uvedené parametry závisejí zejména na způsobu uzemnění středu sítě.

• vlastnosti půdy.

Je-li venkovní vedení provedeno se dvěma nebo více různými napěťovými hladinami systémů, musí být těchto pět požadavků splněno pro každou napěťovou hladinu. Současné poruchy v různých napěťových systémech není zapotřebí uvažovat.

Podpěrné body z vodivého materiálu jsou z principu uzemněny svými částmi v zemi, ale mohou být vyžadována dodatečná opatření pro uzemnění.

Podpěrné body z nevodivého materiálu není třeba zemnit.

V případě silových vedení se zemnicími lany po celé délce vedení musí být stanovena impedance uzemnění včetně vlivu zemnicích lan.

Dimenzování s ohledem na korozi a mechanickou pevnost

 NahoruZemniče

Zemniče, které jsou v přímém kontaktu se zemí, musí 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.

Mechanická pevnost a koroze určují minimální rozměry zemničů, udané v G.2 ČSN EN 50341-1 . Pokud je použit jiný materiál, např. nerezavějící ocel, pak tento materiál a jeho rozměry musejí vyhovovat požadavkům a) a b) v 6.2.1 ČSN EN 50341-1 .

Použití hliníku a jeho slitin pro zemniče a vodiče pospojování pod úrovní země není dovoleno.

POZNÁMKA Je přípustné používat ocelovou výztuž, uloženou v betonových základech, a ocelové piloty jako součást uzemňovací soustavy.

 NahoruUzemňovací přívody a vodiče pospojování

Minimální průřezy s ohledem na mechanické a elektrické vlastnosti jsou:

měď 16 mm² ;

hliník 35 mm² ;

ocel 50 mm².

POZNÁMKA Pro uzemnění se mohou použít také vodiče, složené z různých materiálů za podmínky, že jejich odpor je ekvivalentní s výše uvedenými příklady. Zemniče a vodiče pospojování z oceli vyžadují ochranu proti korozi.

Dimenzování s ohledem na tepelnou odolnost

 NahoruVšeobecně

Protože velikosti poruchových proudů jsou určovány spíš elektrickou sítí než venkovním vedením, jejich hodnoty musí být poskytnuty rozvodnou společností.

Poznámka 1 V některých případech by měly být při dimenzování příslušné uzemňovací soustavy uvažovány ustálené nulové proudové složky.
Poznámka 2 Pro účely návrhu mají proudy, uvažované při výpočtu dimenzí vodičů, brát v úvahu možnost budoucího růstu.

Poruchový proud se často v soustavě zemničů dále dělí, je tedy možné dimenzovat každý zemnič pouze na část poruchového proudu.

Konečná teplota, použitá v návrhu, na niž se odkazuje v následujícím článku, musí být volena tak, aby se předešlo snížení pevnosti materiálu a zabránilo poškození okolních materiálů, například betonu nebo izolačních materiálů.

 NahoruVýpočet proudové zatížitelnosti

Tato aktualizace neudává žádný přípustný vzrůst teploty půdy, obklopující zemniče, protože zkušenosti ukázaly, že vzrůst teploty půdy není obvykle významný.

Výpočet průřezu uzemňovacích přívodů nebo zemničů v závislosti na velikosti a době trvání poruchového proudu je uveden v čl. G.3 ČSN EN 50341-1 . Rozlišuje se mezi dobou trvání poruchy kratší než 5 s (adiabatický růst teploty) a delší než 5 s. Konečná teplota musí být zvolena s ohledem na materiál a okolní prostředí.

Minimální průřezy však musí být dodrženy.

Dimenzování s ohledem na bezpečnost osob

 NahoruDovolené hodnoty

Příčinou ohrožení je proud procházející lidským tělem. IEC 60479-1 udává účinky proudu protékajícího lidským tělem v závislosti na jeho velikosti a trvání. Pro praxi je výhodnější vycházet z dotykových napětí. Meze dotykových napětí jsou uvedeny v obrázku 2. Křivka, U _D1, udává hodnotu napětí, které se může objevit na lidském těle při dotyku holou rukou proti bosé noze. Při sestrojení této křivky nebyly uvažovány žádné doplňkové odpory.

Nicméně je dovoleno použít výpočty podle G.4 ČSN 33 3201 , které berou v úvahu doplňkové odpory, jako je obuv nebo ochranné materiály s vysokou rezistivitou.

Každé zemní spojení je odpojováno automaticky nebo ručně. Neomezeně dlouho trvající dotyková napětí jako následek zemních spojení tudíž nevznikají.

Pro kroková napětí tato aktualizace povolené hodnoty nestanovuje.

Poznámka Povolené hodnoty krokových napětí jsou poněkud vyšší než povolená dotyková napětí; proto pokud nějaká uzemňovací soustava splňuje požadavky na dotyková napětí, lze předpokládat, že se ve většině případů nevyskytnou žádná nebezpečná kroková napětí.

Při stanovení doby trvání poruchy se uvažuje správná funkce ochran a vypínačů.

Hodnoty dovolených dotykových napětí U _Tp jsou uvedeny v tabulce G.4 ČSN EN 50341-1 . Hodnoty pro doby trvání zkratu t _F, které nejsou v této tabulce uvedeny, lze získat interpolací. Hodnoty rozdílu napětí U _D, působícího jako napětí zdroje s omezenou hodnotou v dotýkaném obvodu, která zaručuje bezpečnost osoby, používající známé doplňkové odpory, lze stanovit výpočetním postupem podle G.4.2 ČSN EN 50341-1 .

 NahoruOpatření pro dodržení dovolených dotykových napětí

Obrázek č. 1 – Návrh uzemňovací soustavy s ohledem na dovolené dotykové napětí:

Všechny následující vysvětlující poznámky se týkají obrázku 1.

1. Pro dřevěné nebo jiné nevodivé sloupy nebo stožáry bez jakýchkoli vodivých částí vůči zemi; zemní spojení se v praxi nevyskytují, a proto nejsou žádné požadavky na uzemnění.

2. Týká se stožárů v místech volně přístupných lidem, o kterých se může předpokládat, že zde lidé mohou pobývat buď po relativně dlouhou dobu (několik hodin během dne) během několika týdnů, nebo po krátkou dobu, ale velmi často (mnohokrát za den) například blízko obytných oblastí nebo hřišť. Těmito stožáry je nutné se zabývat podrobněji. Netýká se stožárů v místech, která jsou pouze příležitostně navštěvovaná, jako jsou lesy, volná krajina atd.

3. U stožárů v místech, která nejsou volně přístupná nebo kde se lidé vyskytují zřídka, se za předpokladu, že vedení je vybaveno ochranou s automatickým vypnutím, nemusejí dotyková napětí uvažovat.

4. Jestliže lze předpokládat, že výskyt lidí bude řídký, potom pravděpodobnost jejich současného výskytu a automaticky vypínané poruchy může být považována za zanedbatelnou a návrh uzemnění může být proto považován za vyhovující.

5. Podrobný výklad viz H.4.3 ČSN EN 50341-1 .

6. Viz obrázek 2. Je-li zvýšení potenciálu země nižší než 2 U _D, s ohledem na příslušné okolnosti 1, 2, 3 a 4, pak je možno považovat návrh za přijatelný. Dotykové napětí ve většině takových případů je pouze zlomkem zvýšení potenciálu země, jak je podrobně vysvětleno v G.4.1 ČSN EN 50341-1 .

7. Viz G.4 ČSN EN 50341-1 .

8. Viz obrázek 2, křivka U _D1, napětí je stejné jako povolené dotykové napětí U _TP.

9. Není-li splněna podmínka, uvedená v poznámce (7), pak musí být provedena taková opatření pro snížení dotykového napětí, aby požadavky byly splněny.

POZNÁMKA Tato opatření mohou být například zakopané kruhy pro řízení rozložení potenciálu, odizolování stožáru, zvýšení odporu vrchní vrstvy zeminy atd.

Zavlečené potenciály mají být vždy kontrolovány samostatným výpočtem.

 NahoruMeze dotykových napětí v různých místech

Obrázek 2 ukazuje meze dotykového napětí (rozdílů napětí), která se mohou objevit na lidském těle v různých typických lokalitách. Křivky U _D2, U _D3 a U _D4 ukazují působení progresivně rostoucích doplňkových odporů.

Obrázek č. 2 – Příklady mezí dotykového napětí (rozdílu napětí U _D) jako funkce doby trvání poruchového proudu t _F

Rozdíl napětí U _D, který působí jako napěťový zdroj v obvodu, ve kterém se dotýká osoba neživých částí, s hodnotou, zaručující bezpečnost osoby při existenci doplňkových odporů R _a – je popsán v G.4.2 ČSN 33 3201. Křivky na obrázku 2 platí pro:

Křivka U_D1: R_a = 0 Ω (příklad 1)

Křivka U_D2: R_a = 1 750 Ω, R_a1 = 1 000 Ω, ρE = 500 m (příklad 2)

Křivka U_D3: R_a = 4 000 Ω, R_a1 = 1 000 Ω, ρE = 2 000 m (příklad 3)

Křivka U_D4: R_a = 7 000 Ω, R_a1 = 1 000 Ω, ρE = 4 000 m (příklad 4)

Popis typických míst, odpovídajících výše uvedeným příkladům 1 až 4 a křivkám U _D1 až U _D4 v obrázku 2:

• Příklad 1. Křivka U _D1.

Místa, jako jsou hřiště, plavecké bazény, kempy, rekreační plochy a podobná místa, kde se mohou shromažďovat lidé s bosýma nohama. Uvažuje se pouze odpor lidského těla bez jakýchkoliv doplňkových odporů.

• Příklad 2. Křivka U _D2.

Místa, kde se může rozumně předpokládat, že lidé jsou obuti, jako jsou chodníky veřejných cest, parkoviště apod. Je uvažován doplňkový odpor 1 750 Ω.

• Příklad 3. Křivka U _D3.

Místa, kde se může rozumně předpokládat, že lidé jsou obuti a rezistivita půdy je vysoká, např. 2 000 m. Bere se v úvahu doplňkový odpor 4 000 Ω.

• Příklad 4. Křivka U _D4.

Místa, kde se může rozumně předpokládat, že lidé jsou obuti a rezistivita půdy je velmi vysoká, např. 4 000 m. Bere se v úvahu doplňkový odpor 7 000 Ω.

 NahoruOkolí podpěrných bodů, kde se lidé vyskytují zřídka

Za okolí podpěrných bodů, která nejsou často navštěvována lidmi ve smyslu poznámky (2), se považují:

1. místa v nezastavěných prostorách (např. pole) ve vzdálenosti větší než 10 m od okraje dálnic, silnic a místních komunikací;

2. …