Uzemnění – ELIX

výstraha: Článek je čistě informativní a nejedná se o normativní dokument. Při provádění prací souvisejících s elektřinou byste se měli řídit Pravidly elektrické instalace (PUE).

Definice

Základy – jedná se o záměrné připojení bezproudových prvků zařízení, které se v důsledku průrazu izolace mohou dostat pod napětí, se zemí. Uzemnění se skládá z uzemňovací elektrody (vodivá část nebo soubor vzájemně propojených vodivých částí, které jsou v elektrickém kontaktu se zemí přímo nebo prostřednictvím mezilehlého vodivého média) a zemnícího vodiče spojujícího uzemněné zařízení se zemnící elektrodou.

Zemnící elektrodou může být jednoduchá kovová tyč (nejčastěji ocel, méně často měď) nebo složitá sada speciálně tvarovaných prvků. Kvalita uzemnění je dána hodnotou elektrického odporu zemnícího obvodu, který lze snížit zvětšením kontaktní plochy nebo vodivosti média – použitím mnoha tyčí, zvýšením obsahu solí v zemi atd. Odpor elektrického uzemnění je zpravidla normalizován.

Hlavní zemnící svorka. Pro minimalizaci elektromagnetického rušení a zajištění elektrické bezpečnosti by mělo být uzemnění provedeno s minimálním počtem uzavřených smyček. Zajištění tohoto stavu je možné provedením tzv. hlavní zemní svorky (GGC), neboli sběrnice. Hlavní zemnící svorka by měla být umístěna co nejblíže vstupním napájecím a komunikačním kabelům a připojena k zemnící svorce (svorkám) co nejkratší možnou délkou vodiče.

Toto uspořádání zemní ochranné zóny zajišťuje nejlepší vyrovnání potenciálů a omezuje indukované napětí z průmyslového rušení, blesků a spínacích přepětí přicházejících zvenčí přes stínění komunikačních kabelů, pancéřování silových kabelů, potrubí a anténní vstupy. Ke sběrnici GZZ musí být připojeno následující:

• zemnící vodiče;
• ochranné vodiče;
• vodiče hlavního systému vyrovnání potenciálu;
• pracovní uzemňovací vodiče (je-li to nutné).

Ochranné a pracovní (technologické, logické atd.) zemnící vodiče, zemnící vodiče ochrany před bleskem atd. musí být připojeny k hlavní zemnící svorce (sběrnici) Pravidla a požadavky na zařízení GZZ jsou podrobně uvedeny v PUE.

Odkrytá vodivá část – vodivá část elektrické instalace, která je přístupná dotyku, není normálně pod napětím, ale která se může dostat pod napětí, pokud je poškozena hlavní izolace. Mezi exponované vodivé části patří kovové kryty elektrických zařízení.

Živá část – elektricky vodivá část elektrické instalace, která je během provozu pod provozním napětím.

Nepřímý dotek – elektrický kontakt lidí a zvířat s nechráněnými vodivými částmi, které jsou pod napětím, když je poškozena izolace. To znamená, že se jedná o dotyk kovového krytu elektrického zařízení, když se izolace na krytu rozpadne.

Označení

Ochranné zemnící vodiče ve všech elektrických instalacích, jakož i nulové ochranné vodiče v elektrických instalacích s napětím do 1 kV s pevně uzemněným neutrálem, včetně přípojnic, musí mít označení písmenem PE a barevné označení střídáním podélných nebo příčných pruhů stejné šířky (pro pneumatiky od 15 do 100 mm) žluté a zelené. Nulové pracovní (nulové) vodiče jsou označeny písmenem N a modrá barva. Kombinované nulové ochranné a nulové pracovní vodiče musí mít označení písmenem PEN a barevné označení: modrá po celé délce a žlutozelené pruhy na koncích.[1]

Grafické symboly používané k označení vodičů na schématech:

Písmenné označení uzemňovacího systému

První písmeno v označení uzemňovacího systému určuje povahu uzemnění napájecího zdroje:

T – přímé spojení neutrálu zdroje energie se zemí;
I – všechny živé části jsou izolovány od země.

Druhé písmeno určuje povahu uzemnění exponovaných vodivých částí elektroinstalace budovy:

T – přímé spojení otevřených vodivých částí elektroinstalace budovy se zemí, bez ohledu na povahu spojení zdroje energie se zemí;
N – přímé spojení otevřených vodivých částí elektroinstalace budovy s uzemňovacím bodem zdroje.

Písmena za N přes pomlčku určují povahu tohoto spojení – funkční způsob konstrukce nulových ochranných a nulových pracovních vodičů:

S – funkce nulových ochranných vodičů PE a nulových pracovních N vodičů zajišťují samostatné vodiče;
C – funkce nulového ochranného a nulového pracovního vodiče zajišťuje jeden společný vodič PEN.

Chyby v uzemňovacím zařízení

Nesprávné PE vodiče
Někdy se jako zemnící vodič používá vodovodní potrubí nebo topné potrubí, které však nelze použít jako zemnící vodič.[2] V potrubí mohou být nevodivé vložky (například plastové trubky), může dojít k přerušení elektrického kontaktu mezi potrubím v důsledku koroze a nakonec může být část potrubí rozebrána kvůli opravě.

Kombinace pracovní nuly a PE vodiče
Dalším častým porušením je kombinace pracovního neutrálu a PE vodiče za bodem jejich oddělení (pokud existuje) podél rozvodu energie.[3] Takové porušení může vést ke vzniku poměrně významných proudů přes PE vodič (který by v normálním stavu neměl nést proud) a také k falešným vypnutím proudového chrániče (pokud je instalován).

Nesprávné oddělení vodiče PEN
Následující způsob „vytvoření“ PE vodiče je extrémně nebezpečný: pracovní nulový vodič je identifikován přímo v zásuvce a mezi něj a PE kontakt zásuvky je umístěna propojka. Tím je vodič PE zátěže připojené k této zásuvce připojen k pracovní nule.

Nebezpečí tohoto schématu je, že se na uzemňovacím kontaktu zásuvky a následně na těle připojeného zařízení objeví fázový potenciál, pokud je splněna některá z následujících podmínek:

Přerušení (odpojení, vyhoření atd.) nulového vodiče v oblasti mezi zásuvkou a stíněním (a také dále, až po zemnící bod vodiče PEN);

Přeuspořádání fázových a nulových vodičů (fáze místo nulových vodičů a naopak) vedoucích k tomuto výstupu.

Ochranná funkce uzemnění

Princip ochranného působení

Ochranný účinek uzemnění je založen na dvou principech:

Snížení potenciálního rozdílu mezi uzemněným vodivým předmětem a jinými přirozeně uzemněnými vodivými předměty na bezpečnou hodnotu.

Výboj svodového proudu, když se uzemněný vodivý předmět dostane do kontaktu s fázovým vodičem. Ve správně navrženém systému vede vzhled svodového proudu k okamžitému provozu ochranných zařízení (zařízení na zbytkový proud – RCD).

Uzemnění je tedy nejúčinnější pouze v kombinaci s použitím proudového chrániče. V tomto případě u většiny poruch izolace potenciál na uzemněných předmětech nepřekročí nebezpečné hodnoty. Navíc bude vadná část sítě odpojena během velmi krátké doby (desetiny až setiny sekundy – doba odezvy RCD).

Provoz uzemnění při poruchách elektrického zařízení

Typickým případem poruchy elektrického zařízení je kontakt fázového napětí s kovovým tělem zařízení v důsledku poruchy izolace[4]. Je třeba poznamenat, že moderní elektrické spotřebiče, které mají pulzní sekundární napájení a jsou vybaveny třípólovou zástrčkou (jako je systémová jednotka PC), pokud nemají uzemnění, mají na skříni nebezpečný potenciál, i když jsou plně funkční.[5]

V závislosti na tom, jaká ochranná opatření jsou implementována, jsou možné následující možnosti:

Pouzdro není uzemněno, není zde žádný proudový chránič (nejnebezpečnější varianta). Tělo zařízení bude pod fázovým potenciálem a nebude to žádným způsobem detekováno. Dotknutí se takto vadného zařízení může být smrtelné.

Typy uzemňovacích systémů

V Rusku jsou požadavky na uzemnění a jeho uspořádání upraveny Pravidly elektrické instalace (PUE).

Klasifikace typů zemnících systémů je uvedena jako hlavní charakteristiky napájecí elektrické sítě. GOST R 50571.2 bere v úvahu následující uzemňovací systémy: TN-C, TN-S, TN-CS, TT, IT.

TN systém
Neutrál zdroje je pevně uzemněn, kryty elektrických zařízení jsou připojeny k neutrálnímu vodiči. Režim TN může být tří typů: TN-C, TN-S, TN-CS.

Systém TN-C
Systém TN-C (francouzsky Terre-Neutre-Combine) navrhl německý koncern AEG (AEG, Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) v roce 1913. Pracovní nulový vodič a vodič PE (ochranná zem) jsou v tomto systému spojeny do jednoho vodiče. Největší nevýhodou bylo vytváření síťového napětí (1,732 krát vyšší než fázové napětí) na krytech elektroinstalace při nouzovém přerušení nuly. Přesto dnes tento uzemňovací systém najdete v budovách v zemích bývalého SSSR.

Systém TN-S
Pro nahrazení podmíněně nebezpečného systému TN-C byl ve 1930. letech vyvinut systém TN-S (francouzsky Terre-Neutre-Separe), ve kterém byla pracovní a ochranná nula oddělena přímo v rozvodně a zemní elektroda byla spíše složitá struktura kovových armatur. Pokud tedy byla pracovní nula přerušena uprostřed vedení, pouzdra elektroinstalace nepřijímala síťové napětí. Později takový systém uzemnění umožnil vyvinout diferenciální jističe a proudové jističe schopné snímat malé proudy. Jejich práce je dodnes založena na Kirchhoffových zákonech, podle kterých se proud protékající fázovým vodičem musí číselně rovnat proudu protékajícímu pracovní nulou.

Můžete také pozorovat systém TN-CS, kde k oddělení nul dochází uprostřed vedení, ale pokud se nulový vodič přeruší před bodem oddělení, pouzdra budou pod napětím sítě, což bude představovat ohrožení života pokud se dotknete.

systém TN-CS
V systému TN-CS má trafostanice přímé spojení živých částí se zemí. Všechny exponované vodivé části elektroinstalace objektu jsou přímo napojeny na zemnící bod trafostanice. K zajištění tohoto spojení je v úseku mezi trafostanicí a elektroinstalacemi objektu v hlavní části elektrického obvodu použit kombinovaný nulový ochranný a pracovní vodič (PEN), samostatný nulový ochranný vodič (PE); použitý.

TT systém
V systému TT má trafostanice přímé spojení živých částí se zemí. Všechny otevřené vodivé části elektroinstalace budovy mají přímé spojení se zemí přes zemnící elektrodu, elektricky nezávislou na neutrální zemnící elektrodě trafostanice.

IT systém
Neutrál zdroje je izolován nebo uzemněn prostřednictvím zařízení nebo zařízení, která mají vysoký odpor, jsou pevně uzemněny kryty elektrického zařízení. IT systém se používá zpravidla v elektroinstalacích budov a staveb pro speciální účely.

ZÁVĚRY

Jako obecná doporučení pro výběr konkrétní sítě lze uvést následující:
1. Sítě TN-C a TN-CS by se neměly používat z důvodu nízké úrovně elektrické a požární bezpečnosti, jakož i možnosti výrazného elektromagnetického rušení.
2. Sítě TN-S se doporučují pro statické (nezměnitelné) instalace, kdy je síť navržena „jednou provždy“.
3. Sítě CT by se měly používat pro dočasné, rozšiřitelné a vyměnitelné elektrické instalace.
4. Sítě IT by se měly používat v případech, kdy je nezbytné nepřerušované napájení.

Mohou nastat případy, kdy by ve stejné síti měly být použity dva nebo tři režimy. Například když je celá síť napájena přes síť TN-S a její část přes oddělovací transformátor přes IT síť.

Shrneme-li výše uvedené, poznamenáváme, že žádný ze způsobů uzemnění neutrální a otevřené vodivé části není univerzální. V každém konkrétním případě je nutné provést ekonomické srovnání a vycházet z následujících kritérií: elektrická bezpečnost, požární bezpečnost, úroveň nepřetržitého napájení, technologie výroby, elektromagnetická kompatibilita, dostupnost kvalifikovaného personálu, možnost následného rozšíření a změna sítě.

POZNÁMKY

[1] bod 1.1.29 PUE
[2] ustanovení 1.7.122 a 1.7.123 PUE
[3] 1.7.135 PUE
[4] U jiných typů poruch je uzemnění méně účinné, a proto zde není diskutováno.
[5] V obvodu pulzního sekundárního zdroje jsou vstupní průchozí nebo klasické kondenzátory zapojené jak mezi napájecí vodiče, tak (v případě kovového pouzdra a třípólové zástrčky) mezi každý napájecí vodič a těleso zařízení, v tomto případě představují dělič napětí, udělující pouzdru potenciál přibližně rovný polovině napájecího napětí. Tento potenciál je obvykle přítomen, i když je zařízení vypnuto prostředky, které má k dispozici. Přítomnost potenciálu na pouzdru lze ověřit pomocí neonové sondy.

V článku jsou použity materiály z Wikipedie,
a webové stránky časopisu Electrical Engineering News.

Související materiály:

• Čtyřvodičové schéma zapojení pro napájení a zátěž
• Měření střídavého odporu
• RLC měření. Ekvivalentní režim
• Charakteristická impedance
• Ztrátová tečna