STŘEDNÍ ŠKOLA ELEKTROTECHNICKÁ, OSTRAVA, NA JÍZDÁRNĚ 30, p. o.
ROZVODNÁ ZAŘÍZENÍ
Ing. Petr VAVŘIŇÁK Učební texty pro kurz ELEKTRIKÁŘ
2014
OBSAH: 1.
2.
ELEKTRICKÉ ROZVODNÉ SÍTĚ ......................................................................................... 5 1.1.
Požadavky kladené na elektrické sítě ................................................................................. 5
1.2.
Dělení elektrických sítí ...................................................................................................... 5
1.3.
Názvy rozvodných soustav ................................................................................................ 7
VÝPOČET ELEKTRICKÝCH SÍTÍ NN A VN ..................................................................... 10 2.1.
Dimenzování vodičů ........................................................................................................ 10
2.2.
Výpočet ss sítí ................................................................................................................. 13
2.2.1.
Základní podmínky výpočtu ................................................................................. 13
2.2.2.
Výpočet vedení napájeného z jedné strany ........................................................... 13
2.2.3.
Řešení vedení s odbočkami .................................................................................. 15
2.2.4.
Vedení napájené ze dvou stran ............................................................................. 16
2.3.
2.3.1.
Základní podmínky výpočtu ................................................................................. 16
2.3.2.
Výpočtové metody střídavých vedení ................................................................... 17
2.3.3.
Výpočet vedení napájeného z jedné strany ........................................................... 17
2.3.4.
Výpočet vedení napájeného ze dvou stran ............................................................ 18
2.3.5.
Výpočet střídavých vedení při nesymetrickém zatížení ......................................... 18
2.4.
3.
4.
5.
Výpočet st sítí nn a vn ..................................................................................................... 16
Výpočet st sítí vvn ........................................................................................................... 18
2.4.1.
Náhrada pomocí T článku .................................................................................... 19
2.4.2.
Náhrada pomocí Π článku .................................................................................... 19
PROBLÉMY PŘENOSU ELEKTRICKÉ ENENRGIE ......................................................... 20 3.1.
Korona ............................................................................................................................ 20
3.2.
Ferantiho jev ................................................................................................................... 20
3.3.
Ztráty dielektrickou hysterezí .......................................................................................... 20
3.4.
Stabilita sítě ..................................................................................................................... 21
PORUCHOVÉ STAVY NA VEDENÍ................................................................................... 22 4.1.
Zkraty.............................................................................................................................. 22
4.2.
Zemní spojení.................................................................................................................. 24
4.3.
Přepětí ............................................................................................................................. 25
OCHRANA PŘED BLESKEM ............................................................................................. 26 5.1.
Bleskový výboj a jeho účinky .......................................................................................... 26
5.2.
Ochrana před bleskem ..................................................................................................... 27
5.2.1.
Základní pojmy .................................................................................................... 27
5.2.2.
Zóny ochrany před bleskem (LPZ) ....................................................................... 28
5.2.3.
Riziko a řízení rizika ............................................................................................ 28
5.2.4.
Hladiny ochrany před bleskem (LPL) ................................................................... 29
5.2.5.
LPS - systém ochrany před bleskem ..................................................................... 29
5.2.5.1.
Vnější systém ochrany - hromosvod ..................................................................... 30
5.2.5.1.1. Rozdělení hromosvodů:........................................................................................ 30 5.2.5.1.2. Jímací soustava .................................................................................................... 30 5.2.5.1.3. Svod .................................................................................................................... 32 5.2.5.1.4. Uzemňovací soustava ........................................................................................... 33 5.2.5.2.
Vnitřní systém ochrany ........................................................................................ 33
5.2.5.2.1. Ekvipotencionální pospojování proti blesku (vyrovnání potenciálu) ..................... 34 5.2.5.2.2. Elektrická izolace od hromosvodu ........................................................................ 35
6.
5.2.6.
Materiál pro hromosvody: .................................................................................... 35
5.2.7.
Zlepšování zemního odporu zemniče ................................................................... 37
5.2.8.
Revize hromosvodů.............................................................................................. 37
5.2.9.
Ochrana proti přepětí ........................................................................................... 37
5.2.9.1.
Typ 1 - hrubá ochrana (T1, 1. stupeň, třída B) ...................................................... 37
5.2.9.2.
Typ 2 – střední ochrana (T2, 2. stupeň, třída C) .................................................... 38
5.2.9.3.
Typ 3 – jemná ochrana (T3, 3. stupeň, třída D)..................................................... 38
OCHRANA PŘED NEBEZPEČNÝM DOTYKEM .............................................................. 40 6.1.
Třídy elektrických předmětů ............................................................................................ 40
6.2.
Druhy izolací ................................................................................................................... 40
6.3.
Rozdělení prostorů z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem .............................. 40
6.4.
Definice živých a neživých částí ...................................................................................... 41
6.5.
Všeobecné zásady pro ochranu před nebezpečnými účinky elektrického proudu .............. 42
6.5.1.
Ochranné opatření se musí skládat: ...................................................................... 42
6.5.2.
Ochranná opatření se zajišťují: ............................................................................. 42
6.5.2.1.
Automatické odpojení od zdroje ........................................................................... 42
6.5.2.2.
Dvojitá nebo zesílená izolace ............................................................................... 44
6.5.2.3.
Elektrické oddělení .............................................................................................. 44
6.5.2.4.
Ochrana malým napětím SELV a PELV............................................................... 45
6.5.2.5.
Ochrana izolací .................................................................................................... 45
6.5.2.6.
Ochrana kryty nebo přepážkami ........................................................................... 45
6.5.2.7.
Ochrana zábranou (zábrany) ................................................................................. 47
6.5.2.8.
Ochrana polohou (umístění mimo dosah) ............................................................. 47
6.5.2.9.
Doplňková ochrana .............................................................................................. 47
6.5.2.10. Ochranná opatření, která se uplatňují pouze, jestliže provoz instalace je řízený osobou znalou nebo je pod jejím dozorem ............................................................ 48 7.
ELEKTRICKÁ INSTALACE VE ZVLÁŠTNÍCH PŘÍPADECH .......................................... 49 7.1.
Elektrická zařízení v umývacím prostoru ČSN 33 2130 ed. 2........................................... 49
7.2.
Předpisy pro prozatímní elektrická zařízení ČSN 34 1090 ............................................... 49
7.2.1.
Základní pojmy .................................................................................................... 49
7.2.2.
Základní ustanovení ............................................................................................. 49
7.2.3.
Zkoušení prozatímního elektrického zařízení........................................................ 50
7.2.4.
Prozatímní zařízení na staveništích a demolicích (ČSN 33 2000 - 7 - 704 ed. 2) ... 50
7.2.5.
Prozatímní elektrická zařízení v průmyslových závodech ..................................... 53
7.2.6.
Prozatímní zařízení na výstavách poutích a zábavných podnicích ......................... 54
1. ELEKTRICKÉ ROZVODNÉ SÍTĚ Velkou výhodou elektrické energie je její schopnost přenosu na velké vzdálenosti. Úkolem rozvodů je pak přenést tuto energii s co nejmenšími ztrátami od výroben až po koncové spotřebitele. Pro snížení ztrát se využívají vyšší napěťové soustavy, zlepšuje se účiník a hledají se nové druhy vodičů.
1.1. Požadavky kladené na elektrické sítě Mezi hlavní požadavky kladené na elektrické sítě patří: - bezpečný provoz - provozní spolehlivost - přehlednost - možnost rychlého odstranění poruch - hospodárnost provozu - možnost rozšiřování elektrických rozvodů a jejich modernizace - unifikace jednotlivých částí rozvodu Při některých konkrétních odběrech se při návrhu sítě musí přihlížet i k dalším specifickým požadavkům (např. důlní rozvody).
1.2. Dělení elektrických sítí El. rozvodné soustavy se dělí podle několika hledisek: Podle druhu proudu na: - přenosové soustavy střídavého proudu – v současné době se používají prakticky výhradně střídavé třífázové rozvody - přenosové soustavy stejnosměrného proudu – používají se jen pro přenos velkých výkonů na velké vzdálenosti nebo pro propojení sítí s různým kmitočtem Podle velikosti jmenovitého napětí na: - nízké napětí nn 230 / 400 V - vysoké napětí vn 3, 6, 10, 22, 35 kV - velmi vysoké napětí vvn (110), 220 kV - zvlášť vysoké napětí zvn 400, (750) kV Podle účelu použití na: - nadřazené sítě - 400 kV – slouží k přenosu el. en. mezi centry výroby a spotřeby v celostátním měřítku - přenosové sítě - (110), 220 kV – přenášejí velké výkony z výroben do nadřazené soustavy - distribuční sítě - 22, 35 kV – přenášejí el. en z elektráren nebo rozvoden do míst spotřeby - průmyslové sítě - 3, 6, 10 kV – přenášejí el. en. ve velkých továrnách - sekundární sítě - 3 x 230 / 400 V – slouží k dodávce el. en. do domácností Podle spojení uzlu se zemí na: - soustavy s přímo uzemněným uzlem – je dimenzovaná na fázové napětí, při zemním spojení se musí soustava ihned vypnout. Používá se v sítích nízkého napětí kvůli bezpečnosti a u vvn pro menší náklady spojené s kratšími izolátory
5
-
soustava s uzlem nepřímo spojeným se zemí – spojení je realizováno přes reaktor (tlumivku). Výhodou je, že v případě zemního spojení jedné fáze prochází tlumivkou indukční proud a ten kompenzuje kapacitní proud v místě zemního spojení, oblouk uhasne a síť může zůstat v provozu.
-
soustava s izolovaným uzlem – izolace je dimenzován na sdružené napětí, neboť při zemním spojení jedné fáze má sice uzel proti zemi napětí fázové, ale ostatní dvě fáze mají proti zemi napětí sdružená. Výhodou opět je, že v případě zemního spojení jedné fáze se může soustava provozovat dál.
Podle uspořádání sítí na: - vedení napájené z jedné strany – nejednodušší, nejlevnější, nevýhodou je kolísání napětí na konci vedení. Používá se pouze tam, kde se nemusí být 100% jistota dodávky el. en.
-
paprskové sítě – vznikají spojením několika vedení napájených z jedné strany. Nevýhodou je, že v případě zkratu se odpojí celá část sítě za zkratem, dále zde stoupají úbytky napětí na vedení a opět dochází ke kolísání napětí na koncích. Použití je stejné jako předchozí – pro zvýšení bezpečnosti dodávky el. en. se paprskové sítě doplňují propojením jednotlivých větví.
-
průběžné sítě – tento typ sítí je přehledný, ale vzhledem ke své konfiguraci musí mít větší průřezy vodičů z napájecí rozvodny, používají se například pro průmyslové rozvody při napájení spotřebičů s velkým příkonem a stálým provozem.
6
-
vedení napájené ze dvou stran – jsou spolehlivější v dodávce el. en., napětí kolísá méně, jsou zapotřebí menší průřezy vodičů, ale jsou kladeny větší nároky na ochrany vedení.
-
okružní sítě – speciální druh vedení napájeného ze dvou stran, výhodou je, že při zkratu na libovolném úseku dojde k jeho odpojení a zbytek sítě zůstává v provozu.
-
mřížové sítě – jsou napájeny paralelně spolupracujícími transformátory v uzlech sítě (dva, tři i více). Mají vysokou spolehlivost dodávky el. en., jsou na nich malé úbytky napětí a malé kolísání napětí. Dají se při zvýšení spotřeby snadno doplnit o další napájecí bod. Nevýhodou jsou vyšší náklady na výstavbu a složité ochrany proti zkratům a přetížení. Používají se v hustě zastavěných místech s velkým odběrem el. en.
Podle parametrů vedení - sítě s prostorově soustředěnými parametry (sítě nn a vn) – jedná se o tzv. krátká vedení u kterých respektujeme činný odpor R a indukčnost L (u střídavých sítí). - sítě s prostorově rozloženými parametry (sítě vvn a zvn) – jedná se o tzv. dlouhá vedení u kterých respektujeme činný odpor R, indukčnost L a kapacitu C, u sítí s napětím 400 kV navíc musíme počítat i se svodovou vodivostí G.
1.3. Názvy rozvodných soustav Pro charakteristiku druhů sítí se používá písmenový kód, který má tento význam: první písmeno – vyjadřuje vztah sítě a uzemnění: T – bezprostřední spojení jednoho bodu sítě se zemí I – oddělení všech živých částí od země druhé písmeno – vyjadřuje vztah neživých částí rozvodu a uzemnění: T – nepřímé spojení neživých částí se zemí
7
N – přímé spojení neživých částí s uzemněným bodem sítě (zpravidla střed, uzel zdroje, transformátoru) další písmeno (na) - vyjadřuje uspořádání středních a ochranných vodičů: C – funkce středního a ochranného vodiče je sloučena v jediném vodiči (PEN vodič) S – funkce ochranného vodiče (PE vodič) je zajišťována vodičem vedeným odděleně od středního vodiče (N vodič). Sítě TN elektrická síť, ve které stanovený bod pracovního obvodu, zpravidla střed zdroje transformátoru, má bezprostřední uzemnění a všechny neživé kovové části (kostry) elektrického zařízení musí být spojeny s uzemněným bodem prostřednictvím ochranných vodičů. Sítě TN-C V pevných instalacích může funkci jak ochranného vodiče, tak i středního vodiče zastávat jeden vodič (vodič PEN). Vodiče PEN se nesmějí jistit. Charakteristiky ochranných přístrojů a impedance obvodů musí být takové, aby došlo v případě poruchy, která může vzniknout kdekoliv v instalaci mezi fázovým vodičem a ochranným vodičem nebo neživou části, k samočinnému odpojení zdroje v předepsaném čase, tzv. ochrana samočinným odpojením od zdroje. Sítě TN-S V budovách s vlastním transformátorem se používá síť TN-S, kde se oddělení vodičů N a PE provede již v hlavním rozváděči u transformátoru. Vodiče PE a N jsou v celé instalaci vedeny izolovaně odděleně a v žádném případě nesmí dojít v instalaci k jejich spojení. Sítě TN-C-S Trojfázová síť s uzemněným středním bodem – uzlem transformátoru. V první části PEN vodič současně plní funkci středního i ochranného vodiče. Ve druhé části od bodu A je PEN vodič rozdělen na ochranný PE a střední vodič N. Ochrana neživých části před nebezpečným dotykem vodičem PE. je zajišťována Rozdělení vodiče PEN na PE a N v místě A je prakticky prováděno např. v při rozšiřování elektroinstalace v bytech v domovní rozvodnici. Podle požadavku ČSN 33 2000-5-54 musí být průřez vodiče PEN minimálně 10 mm2 Cu. Pro slabší průřezy, tj. do 6 2 mm včetně musí být použity samostatné vodiče PE a N. 8
Nejmenší průřez jakéhokoli hliníkového vodiče je 10 mm2, nejmenší průřez hliníkového vodiče PEN je 16 mm2. Vodiče PE a N jsou ob bodu A vedeny odděleně a v žádném bodě instalace už nesmí dojít k jejich spojení. Přizemnění bodu rozdělení (A) je zaručena spolehlivá funkce ochrany samočinným odpojením s proudovým chráničem i v případě přerušení vodiče PEN. Sítě TT Tyto sítě jsou také nazývány sítě s uzemněným nulovým bodem – uzlem (používají se u elektrických zařízení vn a v omezené míře i u elektrických zařízení nn). Je to elektrická síť, ve které určitý bod pracovního obvodu, zpravidla střed zdroje (transformátoru), má bezprostřední uzemnění a neživá vodivá části (kostry) elektrického zařízení jsou spojena s pomocí zemniče se zemí. Podstata ochrany zemněním s uzemněným uzlem spočívá v odpojení vadné části elektrického zařízení použitím země ke zpětnému vedení poruchového proudu k uzlu transformátoru. Této ochrany se u elektrického zařízení nn téměř nepoužívá, jelikož u spotřebičů s vyšším výkonem při použití nadproudových jistících prvků by ochranné uzemnění mělo mít hodnoty blízké nule, což v praxi nelze provést. Sítě IT Tyto sítě se také nazývají sítě s izolovaným nulovým bodem - uzlem transformátoru. Používají se u elektrického zařízení nn a vn. U elektrického zařízení nn se využívá těchto sítí například v dolech, v hutích apod. Elektrická síť, ve které nejsou bezprostředně uzemněny body pracovního obvodu, avšak ve které jsou neživá kovové tělesa elektrického zařízení uzemněna. Síť IT musí být izolována od země nebo spojena se zemí přes dostatečně vysokou impedanci. V sítích vn se používá kompenzační tlumivka (Petersonova cívka). Toto spojení může být provedeno v uzlu nebo v umělém středu zdroje. Žádný pracovní vodič nesmí být přímo spojen se zemí. Podstata ochrany spočívá v tom, že při jednopólovém zemním spojení nevznikne nebezpečné dotykové napětí, ale dojde ke vzniku zemního proudu, který může být v některých případech příčinou závažných provozních poruch. Zemní proudy způsobují v síti přepětí, elektrické výboje a jiskření. Při dvoupólovém spojení se zemí zajistí odpojení alespoň jedné izolačně vadné části nebo zamezí vzniku nebezpečného dotykového napětí. Tento způsob ochrany lze použít jen v samostatně napájených sítích IT, v objektech s vlastním generátorem nebo transformátorem s oddělovacím vinutím.
9
2. VÝPOČET ELEKTRICKÝCH SÍTÍ NN A VN 2.1. Dimenzování vodičů Nároky na elektrická vedení jsou velmi obsáhlá a často i protichůdná. Požadují se nízké pořizovací náklady, nízké provozní náklady a na druhé straně vysoká přenosová schopnost. spolehlivost, odolnost vůči vlivům okolí, bezpečnost provozu, hospodárnost atd. Průřez vodičů elektrického vedení musí být takový, aby vyhovoval celé řadě hledisek: proudové zatížení vodiče s ohledem na oteplení, dovolený úbytek napětí, odolnost vůči zkratovým proudům, mechanická odolnost, hospodárnost a bezpečnost provozu (správná funkce elektrických ochran). Proudové zatížení vodičů Výpočtové proudy jednotlivých spotřebičů jsou určeny vztahy, které vychází z výpočtového zatížení jednotlivých spotřebičů. Toto zatížení Pp [kW] vychází z instalovaného výkonu daného spotřebiče a z předpokládaného součinitele náročnosti Pp = Pi . β Pro výpočtové proudy pak platí vztahy: 1000 Pp Trojfázové spotřebiče I p 3 U s cos 1000 Pp Pro jednofázové spotřebiče I p U f cos 1000 Pp Pro stejnosměrné spotřebiče I p U Dimenzování průřezu vodiče na dovolený proud vychází z dovoleného otepleni vodiče. Průchodem elektrického proudu vodiči dochází ke ztrátám a tím k vývinu tepla. Teplo, které se vyvine ve vodiči je přímo úměrné odporu vodiče a druhé mocnině protékajícího proudu. V ustáleném stavu se musí toto teplo převést povrchem vodiče do okolí. Teplo přenášené do okolí je přímo úměrné teplotnímu rozdílu mezi povrchem vodiče (izolace) a okolím Δυ a nepřímo úměrné tepelnému odporu T mezi vodičem (vodivým jádrem kabelu) a vzdálenějším okolím (již vodičem neovlivňovaným). Pro tepelné ztráty tedy platí: P R I 2 T Teplota vodiče nebo jádra kabelu nesmí překročit určitou maximální hodnotu, která závisí na materiálu izolace, na spojovacím materiálu vodiče atd. Oteplení vodiče tedy nesmí přesáhnout hodnotu dovoleného oteplení Δυmax = υmax – υokolí. Pro max maximální hodnotu proudu kterým může být vodič zatěžován pak platí vztah: I , kde R R T je elektrický odpor vodiče na jednotku délky a T je tepelný odpor vodiče na jednotku Dovolený úbytek napětí Vodiče a kabely musí být dimenzovány tak, aby při předpokládaném zatížen í nezpůsobily nedovolený pokles napětí. Konkrétní požadavky jsou uvedeny v různých technických normách (běžně se počítá s úbytkem napětí do 5% jmenovitého napětí). Hodnota úbytku napětí je rovna rozdílu hodnot napětí na začátku vedení a hodnoty napětí na konci vedení U = U1 — U2. Výpočet úbytku napětí je možno provést při znalosti výpočtového proudu daných spotřebičů a příslušné konfigurace sítě. Pro tento výpočet je také nutno provést úvahu o respektování jednotlivých parametrů vedení. Ve většině výpočtů se totiž některé parametry vodičů Základní výpočtové schéma
10
I
S
U1
U2
Z sp
l
Stejnosměrné sítě Při řešení úbytku napětí stejnosměrných vedení je nutno považovat zátěžnou impedanci Z sp pouze za činný odpor Rsp rovněž vedení má pouze činný odpor R. Stejnosměrné vedení je dvouvodičové, úbytek napětí se vytváří v obou napájecích vodičích. Pro úbytek napětí stejnosměrného vedení za předpokladu konstantního průřezu a materiálu vodiče platí vztah: l Ip U 2 R k l I p 2 , kde ΔU je úbytek napětí ve voltech, Rk odpor vedení na jeden S kilometr, l je délka jedné větve napájecího vedení, Ip je výpočtový proud, ρ je rezistivita vedení a S je průřez vedení. Z hodnoty dovoleného úbytku napětí je pak možno vypočítat průřez (pro dráty) nebo dovolenou l Ip U DOV hodnotu odporu na jednotku délky pro lana: S 2 , resp. R k . 2 l Ip U DOV Střídavé sítě U střídavých sítí je možno také vycházet z náhradního schématu, zátěžná impedance vedení má však v tomto případě komplexní charakter. Reálnou část impedance tvoří činný odpor R sp, imaginární část pak induktivní reaktance XLsp. Charakter této zátěžné impedance určuje posuv proudu vůči napětí na konci vedení. Rovněž vedení má svou impedanci, musíme respektovat činný odpor vedení R i indukčnost vedení L. Pro impedanci vedení pak platí vztah Z = R + jωL = R + jXL. Ve většině případů se impedance vedení uvádí na kilometr délky vedení. Střídavé sítě jsou jednofázové nebo třífázové. V případě jednofázových sítí se počítá s fázovým napětím a podobně jako u sítí stejnosměrných se jedná o dvouvodičové sítě. Úbytek napětí vzniká v každé větvi vedení. U trojfázových síti se rovněž vychází z jednofázového modelu, ve kterém jsou znázorněná fázová napětí. U symetrických trojfázového sítí je ovšem součet okamžitých hodnot proudu všech tří fází roven nule a středním vodičem teoreticky neprotéká proud. Úbytek napětí proto vzniká pouze v jedné větvi (fázový vodič). X.I U střídavých obvodů je ovšem nutno vycházet ze skutečnosti, že průběhy U 1f U proudu a napětí jsou časově proměnné (sinusové) a je tedy nutno brát v úvahu, R.I jednotlivé časové posunutí. Tato posunutí vyjadřují tzv. fázorové diagramy. Pro výpočtové schéma platí fázorový diagram dle obrázku. Z uvedeného U 2f fázorového diagramu vyplývá, že úbytek napětí má jak reálnou tak i jalovou složku. Při řešení úbytku napětí na vedeních nn a vn, kde zátěžný úhel β je velmi malý je většinou brána v úvahu pouze reálná složka úbytku napětí. Pro fázovou hodnotu úbytku napětí trojfázového střídavého vedení pak platí vztah ΔUf = R . I . cosφ + X . I . sinφ = Rk . l . I . cosφ + Xk . l . I . sinφ (pro jednofázové vedení je nutné délku vedení násobit dvěma) Úhel α ve fázorovém diagramu představuje tzv. úhel vedení a je dán poměrem X I induktivní reaktance a činného odporu vedení arctg L . R 11
Odolnost vůči zkratovým proudům Vedeni musí odolat jak dynamickým, tak i tepelným účinkům zkratových proudů, které v daném místě připadají v úvahu. Dynamické síly vznikají elektromagnetickým působením proudů v sousedních vodičích. Největší silový ráz způsobuje tzv. nárazový zkratový proud (IKM). Je to v podstatě první amplituda zkratového proudu po vzniku zkratu za předpokladu maximální stejnosměrné složky.
I 2KM 10 7 , kde k1 a je koeficient tvaru vodiče (respektuje rozloženi proudů), k2 je koeficient respektující uspořádání vodičů a fázový posuv proudů, a je vzdálenost vodičů a I KM je nárazový zkratový proud. Tepelné účinky zkratového proudu mohou působit nepříznivě hlavně na izolaci vodičů. Zkratový proud způsobí velké oteplení, během krátké doby trvání zkratu nemůže být toto teplo odvedeno do okolí a proto se zvyšuje teplota vodičů. Tepelné účinky zkratového proudu se posuzují podle tzv. ekvivalentního oteplovacího proudu (IKE), což je fiktivní hodnota střídavého proudu stálé velikosti, která za dobu působení zkratu má stejné tepelné účinky jako skutečný zkratový proud. Pro minimální průřez kabelu platí s ohledem na tepelné účinky zkratového proudu vztah I tK , kde IKE je ekvivalentní oteplovací proud, t K je doba trvání zkratu a K je S MIN KE K koeficient. který respektuje teplotu jádra kabelu před a po zkratu. Velikost zkratového proudu v elektrických rozvodech může být významně ovlivněna jištěním. Správně dimenzované jištění přeruší zkratový proud dříve než dosáhne své maximální možné hodnoty. Mechanická odolnost Některé druhy vedení jsou mechanicky namáhány při montáži nebo i při samotném provozu, zejména venkovní vedení. Výpočet mechaniky vedení je většinou prováděn u venkovních vedení vn a vvn. Tam se počítá minimální průřez vodiče s ohledem na jeho hmotnost a povětrnostní vlivy (vítr, námraza). Dále jsou zde prováděny mechanické výpočty stožárů a jejich základů. V oblasti průmyslových sítí je mechanická odolnost zohledňována stanovením minimálních průřezů pro jednotlivé druhy vodičů a jejich uložení. Hodnoty těchto minimálních průřezů jsou stanoveny v příslušných normách. Hospodárnost průřezu Vodiče mají být dimenzovány tak, aby byly zatěžovány hospodárným proudem. Pořizovací náklady i náklady na provoz a údržbu by měly být optimální. Definování jednotlivých činitelů této optimalizace je dosti složité. Činitele můžeme rozdělit na technické a ekonomické. Technické činitele můžeme určit měřením a výpočtem. Ekonomické činitele mají návaznost na ceny materiálů, energie atd. Síla mezi vodiči vztažená na jeden metr vodiče je dána vztahem: FK k1 k 2 2
Tabulka součinitele druhu a materiálu vedení k Materiál jádra vodiče Druh vedení Cu Al Holé přípojnice 0,006 0,014 Kabely od 25 mm2 výše do 10kV 0,007 0,0168 Chráněné vodiče a kabely o průřezu 16 mm2 0,006 0,0129 2 Chráněné vodiče, kabely do 10 mm , 1 kV nebo vodiče 0,0053 0,009 v instalačních trubkách Výpočet hospodárného průřezu je možno např. vypočítat ze vztahu: S k I p T , kde k je součinitel popisující druh a materiál vedení (viz tabulka), I p je výpočtový proud a T je doby plných
12
2 A A [hod rok-1], kde A je energie ztrát, která se vypočte ze vztahu: T t 0,2 0,8 Pp t Pp t přenesená vedením za rok [kWh], t je počet provozních hodin připojeného zařízení za rok a Pp je přenášený výpočtový výkon [kW].
Bezpečnost provozu Kritérium bezpečnosti provozu je hlavním kritériem pro dimenzováni vodičů (i když je v tomto výčtu uvedeno na posledním místě). Jedná se o správné působení ochrany před nebezpečným dotykem (ČSN 332000-4-41). Impedance poruchové smyčky musí splňovat vztah: Zs I A U 0 , kde Zs je impedance poruchové smyčky zahrnující zdroj, fázový vodič až k místu poruchy a ochranný vodič mezi místem poruchy a zdrojem, I A je proud zajišťující samočinné působení odpojovacího ochranného prvku v době stanovené normou a U0 je jmenovité napětí proti zemi. Při ochraně nulováním (rychlým odpojením od zdroje) je nutno průřez vedení dimenzovat tak, aby impedance poruchové smyčky nepřesáhla hodnotu dle předešlého vztahu.
2.2. Výpočet ss sítí 2.2.1. Základní podmínky výpočtu Při výpočtech elektrických stejnosměrných sítí bude uvažován pouze jeden parametr vedení a to činný odpor R. Jedná se o případ dvouvodičového vedení (úbytek napětí se vytváří v obou vodičích). Při výpočtu budou respektovány následující zjednodušující předpoklady: - materiály i průřezy jednotlivých vodičů jsou stejné, - odebíraný výkon nezávisí na úbytku napětí, - určení odběrových proudů spotřebičů z příkonu se provádí za předpokladu jmenovitých napětí. Pro počítanou síť jsou dány: - konfigurace sítě s odběrovými výkony nebo proudy - jmenovité napětí, - dovolený úbytek napětí. Výpočtem je pak nutno stanovit: - průřez vedení, - maximální úbytek napětí, - výkonové ztráty. 2.2.2. Výpočet vedení napájeného z jedné strany Na základním schématu vedení napájeného z jedné strany s několika odběry si vysvětlíme metody výpočtu sítí. U tohoto typu vedení je jasné, že místo maximálního úbytku napětí je vždy na konci vedení. l1
l2
l3
ln
S1
S2
S3
Sn
I1
I2
I3
I n-1
Uma x
In
(lx jsou délky jednotlivých úseků vedení, Sx jsou průřezy jednotlivých úseků vedení a Ix jsou jednotlivé proudové odběry)
13
Pro maximální hodnotu úbytku napětí platí vztahy:
U max R 1 I1 R 2 I 2 R 3 I 3 R n I n
2l 2l1 2l 2l I1 2 I 2 3 I 3 n I n S1 S2 S3 Sn
n
lk Ik k 1 S k
U max 2
Což jsou základní rovnice pro výpočet úbytku napětí u stejnosměrných sítí. Metoda konstantního průřezu Tato metoda, je pro výpočet sítí (nejen stejnosměrných) používána nejčastěji. Základní pravidlo této metody je obsaženo v jejím názvu, tedy S = konstanta. Pro maximální hodnotu úbytku napětí lze předchozí vztahy upravit na tvar: n 2 n l k I k , kde výraz l k I k M k se označuje jako tzv. proudový moment a dá se S k 1 k 1 jak vyplývá ze základního schéma vedení vypočítat dvojím způsobem:
U max n
M k l k I k l1 I1 I 2 I 3 I n l 2 I 2 I 3 I n l 3 I 3 I n l n I n k 1 n
M k l k I k l1 I1 l1 l 2 I 2 l1 l 2 l 3 I 3 l1 l 2 l 3 l n I n k 1
První způsob vyjádření je jako součet součinů jednotlivých úseků a součtu proudů, které tečou těmito úseky. Druhý způsob vyjádření je jako součet součinu proudů jednotlivých odběrů a vzdáleností těchto odběrů od začátku vedení. Výpočet průřezu vedení pak vychází z hodnoty dovoleného úbytku napětí: 2 S M k , je-li dovolený úbytek napětí udán v procentech napětí zdroje pak se vztah upraví U dov 2 na tvar: S Mk . u % U Z vypočtené hodnoty průřezu vodiče se zvolí nebližší vyšší průřez z řady průřezů daného výrobci vedení. Pro výkonové ztráty platí: P
2 n l k I 2k S k 1
Metoda konstantního průřezu je velmi jednoduchá metoda výpočtu, ale její nevýhodou je, že na celé vedení je vypočítán jeden průřez vodiče, který není po celé délce (zvláště na konci vedení) proudově využit. Tuto nevýhodu lze kompenzovat několikerým použitím této metody, takže na koncích vedení a na odbočkách je vypočtena jiná hodnota průřezu vedení, odpovídající procházenému proudu. Metoda konstantní proudové hustoty Jak vyplývá z názvu této metody, je v každém úseku vedení stejná proudová hustota σ, tedy: I I I I 1 2 3 n konstanta S1 S 2 S3 Sn Pro maximální hodnotu úbytku napětí pak platí: n
n lk I k 2 l k 2 L , kde L je celková délka vedení. k 1 S k k 1
U max 2
14
Pro výslednou proudovou hustotu pak platí:
U dov 2L
Průřez každého úseku vedení je jiný podle hodnoty proudu, který daným úsekem vedení protéká: I Sk k n n l Pro výkonové ztráty platí: P 2 k I 2k 2 l k I k 2 M k k 1 S k k 1 Vedení navržené podle této metody má ve všech úsecích ideální proudové využití průřezu a proto vznikají minimální výkonové ztráty, ale nevýhodou je technické řešení, neboť každý úsek vedení by měl jiný průřez. To vyžaduje jištění každého úseku vedení zvlášť a množství použitých druhů instalačního materiálu. Aby byl v praxi využit efekt minima výkonových ztrát, musely by být jednotlivé proudové odběry konstantní. 2.2.3. Řešení vedení s odbočkami Při řešení tohoto typu vedení se obvykle několikrát aplikuje metoda konstantního průřezu. Základem této metody je stanovení tzv. kmenového vedení. V každém místě odbočení (postupuje se od konce vedení) se stanoví, která odbočka má větší hodnotu úbytku napětí. Protože se předpokládá metoda konstantního průřezu, stanoví se, která větev má větší hodnotu proudového momentu M k. Větev, která má větší hodnotu proudového momentu, se zachová, větev s menší hodnotou proudového momentu se nahradí odběrem v místě odbočení. Hodnota odběrného proudu (výkonu) je rovna součtu všech odběrných proudů (výkonů) větve, která se nahrazuje. (Výsledný proudový odběr řešené sítě se po redukci větví nesmí změnit) Tak se získá tzv. kmenové vedení, což je vedení napájené s jedné strany s několika odběry. Toto kmenové vedení se pak řeší stejným postupem jako vedení napájené z jedné strany bez odbočky. Vypočte se průřez kmenového vedení. Odbočky se mohou dimenzovat stejným průřezem, ale většinou se odbočky dimenzují zvlášť. Vypočte se skutečná hodnota úbytku napětí v místě odbočení ΔUk. Pro danou odbočku se pak vypočte hodnota dovoleného úbytku napětí ΔUdov odbočky = ΔUdov - ΔUk a na tuto hodnotu dovoleného úbytku napětí se pak dimenzuje daná odbočka. V případě sítě na obrázku se stanoví proudový moment mezi body BC a BD a určí se kmenové vedení. B A D Například proudový moment úseku vedení I1 I2 I5 I6 BD je větší I3 než proudový moment úseku vedení BC, pak je kmenové I4 C vedení tvořeno body ABD a v místě odbočení B se odbočka BC nahradí odběrem daným součtem všech proudů této větve (I3 + I4). B A D
I1
I2
I 3+ I 4
I5
I6
15
2.2.4. Vedení napájené ze dvou stran V případě takového typu vedení je nutno nejdříve určit místo maximálního úbytku napětí. Pro jeho určení je nutno vypočítat napájecí proudy. Předpokladem je opět hodnota konstantního průřezu a dále se předpokládá stejné napětí obou napáječů. Pro odvození vztahů pro výpočet napájecích proudů bude použito jednoduché schéma vedení napájeného ze dvou stran se třemi odběry. X l1 l2 l3 l4 A B IA
IB I1
I2
I3
Pro úbytek napětí v bodě X (stejná hodnota musí být od napáječe A i B za předpokladu stejných l l l l U x 1 I A 2 I A I1 4 I B 3 I B I 3 napájecích napětí) platí následující vztah: S S S S l1 I A l 2 I A l 2 I 1 l 4 I B l 3 I B l 3 I 3 Zároveň platí, že součet všech odebíraných proudů je roven součtu proudů od jednotlivých napáječů: I A I B I1 I 2 I 3 Po úpravě platí pro napájecí proud IA a analogicky pro napájecí proud IB následující vztahy: n
I l I 2 l 3 l 4 I1 l 2 l 3 l 4 IA 3 4 l1 l 2 l 3 l 4 napáječe B a L je celková délka vedení.
I k 1
k
L
l kB , kde lkB je délka vedení k-tého odběru od
n
I k l kA I1 l1 I 2 l1 l 2 I 3 l1 l 2 l 3 k 1 , kde lkA je délka vedení k-tého odběru od IB l1 l 2 l 3 l 4 L napáječe A. Po výpočtu napájecích proudů se určí rozložení proudů v síti. Odběr, do kterého se stékají proudy z obou stran je místem maximálního úbytku napětí. V tomto bodě se vedení rozdělí na dvě vedení a počítá se jako vedení napájené z jedné strany. I
2.3. Výpočet st sítí nn a vn
R
L
2.3.1. Základní podmínky výpočtu U
U
1f 2f Při výpočtu střídavých vedení nn a vn budou respektovány parametry vedení R a L. Vedení bude tedy nahrazeno podélnou impedancí Z. V případě trojfázového vedení bude uvažován symetrický provoz. Poměry v každé fázi budou stejné, pouze elektricky pootočené o 120° resp. 240°. Proto je možno použít jednofázový model vedení. Napětí U1f a U2f na modelu vedení jsou napětí fázová. Pro tato napětí platí vztah: U1f = U2f + ΔUf = U2f + ZI = U2f + (R + jX).(I.cosφ ± I.sinφ), kde znaménko -je pro induktivní zátěž a znaménko + pro kapacitní zátěž. pro úbytek napětí pro induktivní (častější) zátěž platí:
16
ΔUf = (R + jX).(Ič – Ij) = (RIč + XIj) + j(XIč – RIj), z tohoto vztahu vyplívá, že úbytek napětí má svou reálnou i imaginární složku a je to patrné i z fázorového diagramu. Úhel α je tzv. úhel vedení a jeho tangenta je rovna X/R, což je poměr induktivní reaktance a odporu vedení. Je-li α = φ je hodnota jalové složky úbytku napětí ΔUj rovna nule. Úhel β je tzv. zátěžný úhel a u běžných vedení nn a vn je jeho hodnota velmi malá (do 3°), při praktických výpočtech se tedy jalová složka úbytku napětí zanedbává a vztah pro úbytek napětí se zjednoduší na tvar: ΔUf = (R.Ič + X.Ij) = R.I.cosφ + X.I.sinφ = ΔU1 + ΔU2, kde první část úbytku napětí ΔU1 je závislý na průřezu (obsahuje odpor R) a druhá část ΔU 2 je v podstatě na průřezu nezávislá. Průřez se pak dá vypočíst úpravou vztahu pro dovolený úbytek napětí: ΔU 1 = ΔUdov l ΔU2 = ΔUdov – X.Ij = ΔUdov – X.I.sinφ = R.I.cosφ = ρ. .I cosφ S S l I cos U1 2.3.2. Výpočtové metody střídavých vedení Na střídavá vedení je možno aplikovat stejné výpočtové metody jako na vedení stejnosměrná. Jednofázová vedení jsou dvouvodičová (úbytek napětí vzniká v obou vodičích). V případě trojfázových vedení je uvažován symetrický provoz (nulovým vodičem neprotéká žádný proud) a úbytek napětí pak vzniká pouze na fázových vodičích. 2.3.3. Výpočet vedení napájeného z jedné strany Většinou se aplikuje metoda konstantního průřezu. R 1+ jX 1
R 2+ jX 2
I1č - jI1j
R n+ jX n
I2č - jI2j
In-1č - jI n-1j
Inč - jInj
Pro první část fázového úbytku napětí ΔU1 platí:
n l k I k cos k , kde lk je délka k-tého úseku vedení, Ik je proud v k-tém úseku vedení, S k 1 cosφk je účiník v k-tém úseku vedení. Pro průřez vedení pak platí: U1
n l k I k cos k (pro jednofázové -dvouvodičové vedení platí stejný vztah, pouze čitatel U1 k 1 je násoben dvěma). Metoda konstantní proudové hustoty Pro tuto metodu platí následující základní vztah pro první část fázového úbytku ΔU1
S
n
U1 l k cos k k 1
Další výpočet je shodný s výpočtem stejnosměrných sítí.
17
2.3.4. Výpočet vedení napájeného ze dvou stran Opět se předpokládá aplikace metody konstantního průřezu. X l1 l2 l3 A
l4
IA
B IB
I1
I2
I3
Pro napájecí proudy platí: n
IA
I k Z kB k 1
Z AB
n
a IB
I k 1
k
Z kA
Z AB
, kde ZAB je impedance vedení mezi oběma napáječi.
Za předpokladu, že napětí napájecích zdrojů jsou ve fázi zjednoduší se vztahy pro napájecí proudy na: n
IA
I k l kB
n
I
k
l kA
a IB L L Další řešení je opět analogické s řešením stejnosměrné sítě. k 1
k 1
2.3.5. Výpočet střídavých vedení při nesymetrickém zatížení Nesymetrické zatížení má za následek proud v nulovém vodiči. Úbytek napětí tak vzniká ve vodiřích fázových, ale i ve vodiči středním. ΔUf = ΔUfáz – ΔUstř, kde ΔUf je fázová hodnota úbytku napětí, ΔUfáz je úbytek napětí na fázovém vodiči a ΔUstř je úbytek napětí na středním vodiči. Je tedy nutno dimenzovat jak fázové vodiče tak i střední vodič a najít optimální poměr mezi nimi. Pro určení tohoto poměru se vychází z činitele nesymetrie η, který je dán poměrem proudu středního vodiče I0 a sousledné složky proudu v jednotlivých fázích I1 (resp. střední hodnoty I I M0 fázových proudů I): 0 100 0 100 100 . Hodnota činitele nesymetrie η se v praxi I1 I M fáz odhaduje podle druhu sítě a charakteru zátěže a průřez středního vodiče se volí stejný jako průřez vodičů fázových (sítě TN-C), nebo o jeden stupeň nižší (TN-S). Teoreticky odvozené vztahy průřezů jednotlivých fázových vodičů S fáz a vodiče středního Sstř:
Sf
1 a Sstř M fáz 1 3 1 . M fáz 1 U f U f 100 10 10 3
2.4. Výpočet st sítí vvn Při řešení vedení vvn je nutno respektovat všechny čtyři parametry elektrických vedení - činný odpor, indukčnost, kapacitu a svodovou vodivost. Tyto parametry při řešení elektrických sítí NN a VN zjednodušeně považujeme za prostorově soustředěné tj. výsledné hodnoty těchto parametrů nahradíme jedním fyzikálním prvkem (viz obrázek vedení). Pro řešení vedení můžeme využít teorii čtyřpólů, kdy vedení představuje pasivní, lineární, souměrný čtyřpól. Jeho základní rovnice jsou: U1 = A . U2 + B. I2 I 1 = C . U2 + D . I 2 18
kde A, B, C a D jsou tzv. Blondelovy konstanty. Pro přesná řešení vedení nelze ovšem zjednodušovat vedení na náhradní schéma s prostorově soustředěnými parametry, ale je nutno respektovat prostorově rozložené parametry vedení a výpočet vedení vvn se tak stává velice složitým. Pro výpočet vedení vvn proto využíváme přibližné metody výpočtu pracující s tzv. náhradními články. Při tomto řešení uvažujeme soustředěné parametry vedení do několika náhradních impedancí a admitancí. Parametry vedení se pak vhodným způsobem zapojují. Rozlišujeme dva základní náhradní články T článek a Π článek. Každý náhradní článek má jiné hodnoty Blondelových konstant, odvozených z podélné impedance vedení ZK a příčné admitance YK, pro které platí: ZK = (RK + j LK ) [Ω.km-1 ]; YK = (GK + j CK ) [S.km-1 ], kde. RK, LK, CK a GK parametry vedení vztažené na 1 km délky 2.4.1. Náhrada pomocí T článku Příčná admitance je umístěna do středu vedení. Podélná impedance je rozdělena na dvě poloviny a umístěna na začátek a konec vedení. Odvozením z rovnic pro součet napětí a proudů dle Kirchhoffových zákonůa jejich vzájemným porovnáním dostaneme Blondelovy konstanty pro T článek:
Z K YK l 2 [-]; 2 Z Y l2 [Ω]; C YK l [S] B Z K l 1 K K 4
A D 1
2.4.2. Náhrada pomocí Π článku Příčná admitance je rozdělena na dvě poloviny umístěna na začátek a konec vedení. Podélná impedance je umístěna do středu vedení. Odvozením z rovnic pro součet napětí proudů dle Kirchhofových zákonů a jejich vzájemným porovnáním dostaneme Blondelovy konstanty pro Π článek:
A D 1
a
a
Z Y l2 Z K YK l 2 [S] [-]; B Z K l [Ω]; C YK l 1 K K 2 4
19
3. PROBLÉMY PŘENOSU ELEKTRICKÉ ENENRGIE Problémy přenosu el. en. jsou způsobeny především koronou, Ferantiovým jevem, ztrátami dielektrickou hysterezí, či stabilitou soustav.
3.1. Korona Je to neúplně samostatný doutnavý výboj bledě fialové až narůžovělé barvy doprovázený někdy zvukovými efekty. Vzniká v okolí vodiče překročí-li intenzita elektrického pole dostatečnou hodnotu pro její vznik. Napětí, při kterém koróna vzniká, se nazývá kritické napětí koróny. Jeho velikost závisí na počasí, vlhkosti vzduchu, drsnosti povrchu vodiče, poloměru vodičů a na jejich vzájemné vzdálenosti. Kromě činných ztrát způsobuje koróna rušení telekomunikačních zařízení. Velikost ztrát korónou lze zmenšit použitím svazkových vodičů.
3.2. Ferantiho jev Jedná se o jev, kdy napětí na konci vedení je větší než na jeho začátku. Nastává u dlouhých nezatížených vedení (stav naprázdno) nebo jen málo zatížených vedení vvn a zvn. Jedná se o formu provozního přepětí. Pro odvození velikosti přepětí vycházíme vzhledem k délce vedení z T článku. Protože při chodu vedení naprázdno není na konci připojen odběr, je U 2 = 0. Proto můžeme zanedbat pravou část podélné impedance, na které je nulový úbytek napětí (ΔUF2 = 0). Na příčné admitanci Y1 je tedy přímo napětí U2F. Vzhledem k tomu. že zanedbáváme činnou složku příčné admitance (G = 0), protéká při chodu vedení naprázdno příčnou větví čistě kapacitní proud Ic, který současně protéká levou částí podélné impedance. Platí tedy, že I1 = Ic a vedením protéká pouze tzv. nabíjecí proud vedení Ic. Protože pravou část T článku nemusíme uvažovat, lze náhradní schéma vedení upravit a nakreslit z něj fázorový diagram.
Z fázorového diagramu je vidět, že napětí na konci vedení je větší než na jeho začátku. Na vedení tedy vznikne místo úbytku přírůstek napětí (záporný úbytek napětí).
3.3. Ztráty dielektrickou hysterezí Jsou to ztráty, které se vyskytují u kabelů při střídavém proudu, jsou důsledkem polarizace izolantu. Velikost těchto ztát závisí na složení izolace, teplotě.
20
3.4. Stabilita sítě Elektrizační soustava musí mít schopnost být v rovnovážném stavu a vrátit se do něj i po poruše, která by tento stav změnila. Za rovnovážný stav se považuje za zachování synchronního tedy paralelního chodu všech synchronních strojů, které jsou připojeny k elektrizační soustavě. Schopnost elektrizační soustavy udržet se v synchronním chodu s jinou soustavou i při pomalu rostoucím činném výkonu až do meze statické stability nazýváme statická stabilita. Dynamická stabilita je pak schopnost soustavy přejít znovu do synchronního chodu s jinou soustavou i po přechodném ději (vypnutí vedení, zkratu atd.). Stabilita tedy limituje délku vedení a přenášený výkon mezi dvěmi soustavami.
21
4. PORUCHOVÉ STAVY NA VEDENÍ Při každém poruchovém stavu dochází ke změnám provozních parametrů a tím k přechodovému jevu. Mezi poruchové jevy na vedení se řadí zkraty, zemní spojení a přepětí.
4.1. Zkraty Zkrat – náhodné nebo úmyslné spojení přes zanedbatelný odpor nebo impedanci dvou nebo více bodů obvodu, které mají při normálním provozu různá napětí. Zkratem tedy rozumíme vodivé spojení fází mezi sebou nebo spojení jedné fáze se zemí (pouze v soustavě s uzemněným uzlem). V místě poruchy dojde tedy k mimořádnému zmenšení napětí, případně k jeho poklesu na nulu a zároveň do místa poruchy tečou zkratové proudy ze všech zdrojů soustavy. Podle jejich výkonu a vzdáleností tak vzrůstají úbytky napětí směrem do zdrojů k místu zkratu, pokles napětí se projeví v celé soustavě. Nejvíce je ohroženo místo zkratu, protože jím protéká výsledný zkratový proud. Rozdělení zkratů – podle působení zkratu v jednotlivých fázích rozdělujeme zkraty na souměrné (všechny tři vodiče jsou shodně postiženy a vedou stejný zkratový proud) a nesouměrné. Souměrné - třífázový zkrat nebo třífázový zemní zkrat - nastává při kovovém dotyku všech tří fází navzájem resp. všech tří fází navzájem a zemně. Tento druh zkratu se nejčastěji vyskytuje v kabelových sítích (oblouk vzniklý při jakémkoliv zkratu snadno poruší izolaci mezi všemi fázemi) a vede často k nejvyšším hodnotám předpokládaného zkratového proudu. Nesouměrné - dvoufázový zkrat izolovaný - vzniká při prostém spojení dvou různých fází
- dvoufázový zkrat zemní - vzniká při spojení dvou různých fází a země - jednofázový zkrat - vzniká při spojení jedné fáze se zemí u soustavy s uzemněným uzlem (způsobuje největší rušení sdělovacích vedení). Příčiny zkratu – hlavními příčinami zkratů jsou nedokonalá izolace, stárnutí izolace, stárnutí a přetěžování vodičů, popraskané izolátory, poddimenzování zařízení, vadné elektrické zařízení, přepětí, úder blesku. Účinky zkratu – tepelné a dynamické namáhaní vedení, zhoršení možnosti přerušení proudu výkonovými vypínači, ohrožení stability soustavy, přepětí a indukovaná napětí na vedení Časový průběh zkratového proudu Souměrný zkratový proud-vzniká jen v tom případě, že nastane zkrat v maximu sinusového průběhu napětí. Zkratový proud má indukční charakter a je zpožděn za napětím o 90° a vzniká v nule proudového sinusového průběhu. Zkrat se projeví pouze vzrůstem proudu na zkratovou hodnotu, 22
prvá amplituda je největší a časem se zmenšuje na ustavený zkratový proud. Souměrný zkratový proud má průmyslový kmitočet. Při třífázovém zkratu vzniká souměrný zkrat jen v jedné fázi.
Složky souměrného zkratového proudu (f = 50 Hz): - rázová - exponenciální obálka -1 - přechodná - exponenciální obálka - 2 - ustálená - konstantní amplituda -3 Hodnoty - souměrný zkratový proud Iks - efektivní hodnota součtu ustálené, přechodné a rázové složky - rázový zkratový proud I "kT - efektivní hodnota proudu v období trvání rázové složky t 0 3 Tk" - počáteční rázový zkratový proud I "k 0 - hodnota I "kT v okamžiku vzniku zkratu (t=0) - přechodný zkratový proud I 'kT - efektivní hodnota proudu v období od zániku rázové složky do zániku přechodné složky t 3 Tk" 3 Tk' - počáteční přechodný zkratový proud I 'k 0 - hodnota
I 'kT v okamžiku vzniku zkratu (t=0) - ustálený zkratový proud Iku - po zániku přechodných složek t 3 Tk' b) nesouměrný zkratový proud – ke zkratu dojde v okamžiku, kdy sinusový průběh napětí prochází nulou a proto zkratový proud by měl začínat ze své maximální hodnoty, ale z důvodu magnetické setrvačnosti k tomu nedojde a vznikne přechodový jev a tím vzniká také ss složka zkratového proudu. Složky nesouměrného zkratového proudu: - rázová - exponenciální obálka 23
- přechodná - exponenciální obálka - stejnosměrná - exponenciální obálka - ustálená - konstantní amplituda Hodnoty - nesouměrný zkratový proud Ikns - efektivní hodnota součtu ustálené, přechodné, rázové a stejnosměrné složky proudu - nárazový zkratový proud Ikm - amplituda první půlperiody při maximální stejnosměrné složce - stejnosměrná složka I ka - je vynucená spojitým průběhem proudu - počáteční stejnosměrná složka Ika0 - stejnosměrná složka proudu v čase t = 0 - přechodová složka je tím menší, čím je generátor více vzdálen od místa zkratu. Ekvivalentní oteplovací zkratový proud I ke - je to ekvivalentní hodnota stálého fiktivního proudu, který za dobu trvání zkratu vyvine stejné teplo jako proud zkratový. Vypínací zkratový proud - je to hodnota střídavé složky zkratového proudu v době,kdy se zkrat vypíná. Dynamické účinky zkratu se omezují rychlým odpojením zkratu, volbou mechanicky odolného zařízení, zvětšením vzdálenosti fázových vodičů vedení, zmenšením vzdálenosti podpěr přípojnic Tepelné účinky zkratu se omezují rychlým odpojením zkratu, volbou izolace, menším zatěžováním vodičů. V rozvodnách a v rozvaděčích se účinky zkratu omezují podélným dělením přípojnic, rozdělením výkonů transformátoru potřebného pro celý přenášený výkon na několik menších jednotek z menším výkonem. Přímé omezení zkratových proudů se provádí tzv. reaktory, což jsou tlumivky bez železného jádra navinuté jednožilovými kabely o velkém průřezu a zalité kvůli dynamickým silám do betonu.
4.2. Zemní spojení K zemnímu spojení dochází v izolované soustavě při spojení jedné fáze se zemí. Podle doby trvání dělíme zemní spojení na: - mžikové – doba trvání do 0,5 sekund - krátkodobé – doba trvání do 5 minut - přerušované – mžikové nebo krátkodobé, které se několikrát za sebou opakuje - trvalé – doba trvání až několik hodin (do zásahu obsluhy) Normální stav Při bezporuchovém stavu má každý fázový vodič proti zemi kapacitu C, kterou vlivem fázového napětí prochází kapacitní proud IC = Uf .ω.C. Protože předpokládáme souměrnou síť a stejné kapacity, je fázorový součet kapacitních proudů roven nule. Poruchový stav Při poruše má země potenciál postižené fáze L3, tzn. mezi L3 a zemí je nulové napětí. Napětí nepoškozených fází L1 a L2 proti zemi proto vzroste na sdruženou hodnotu. Kapacitami „zdravých“ fází protékají kapacitní proudy I C1. 24
IC1 =Us . ω .C =
3 . Uf . ω .C =
3 . IC
Oba proudy IC1 se fázorově sčítají a místem zemního spojení protéká proud IC2. IC2 =
3 . IC1 =
3 .
3 . IC = 3 . I C
Vypínání kapacitního zemního proudu IC2 je obtížné. Při obloukovém zemním spojení způsobuje IC2 opalování vodičů, přerušované zemní spojení a přepětí. V místě zemního spojení vzniká krokové napětí. Kapacitní proud IC2 je tím větší, čím je síť (délka vedení) rozsáhlejší. Proto se sítě s neuzemněným uzlem nevytváří příliš rozsáhlé, aby zemní proud nebyl větší než 10A. V případě potřeby se rozsáhlejší sítě provozují rozděleně.
4.3. Přepětí O přepětí mluvíme tehdy je-li napětí dvakrát tak velké jako jmenovité napětí dané sítě. Přepětí se dělí na provozní, která mohou být dočasná nebo spínací a atmosfěrická. Provozní přepětí mohou být způsobeny především zemním spojením, přerušovaným zemním spojením, vypínáním zkratů,vypínáním velkých induktivních proudů, zapínáním a vypínáním velkých kapacitních proudů nebo dlouhým vedením naprázdno (Ferantiův jev). Atmosfěrická přepětí mají příčinu v úderu blesku do vedení nebo jeho blízkosti. Přepětí se také rozdělují podle jejich průběhů na: - přepětí dočasná definovaná frekvencí 10 Hz < f < 500 Hz a dobou 0,03 s ≤ T ≤ 3600 s - přepětí pomalá (s dlouhým čelem) definovaná časy 20 μs < T1 < 5000 μs a T2 ≤ 20 ms - přepětí rychlá (s krátkým čelem) definovaná časy 0,1 μs < T1 < 20 μs a T2 ≤ 300 μs - přepětí velmi rychlá definovaná časy 3 ns < T1 < 100 ns a T ≤ 3 ms a frekvencemi 0,3 MHz < f1 < 100 MHz a 30 kHz < f2 < 300 kHz
25
5. OCHRANA PŘED BLESKEM 5.1. Bleskový výboj a jeho účinky Blesk je součástí atmosférické aktivity Země, přičemž výboj blesku je zkratovým řešením dané situace. Blesk je silný přírodní elektrostatický výboj provázený emisí světla. Elektrický proud o hodnotě okolo 30 000 A procházející kanálem výboje rychle zahřívá okolní vzduch (až na cca 25 000 °C) a ten díky své expanzi a následnému smrštěním při ochlazení vytvoří akustickou vlnu charakteristický zvuk hromu. Běžný bouřkový mrak vzniká ve výšce asi 2 až 5 km, uvnitř mraku dochází k vertikálnímu proudění částic o rychlosti do 100 km.h-1 a dochází k teplotním změnám a tím k vytváření vodních kapek a ledových krystalů. Jejich vzájemným pohybem a třením pak ke vzniku elektrostatického náboje v oblaku s tím, že kladně nabité krystaly mají tendenci stoupat nahoru a vytváří kladný náboj na vrcholu mraku a záporně nabité kroupy a vodní kapky padají do středních a spodních vrstev mraku, čímž vzniká oblast se záporným nábojem. Můžou tak při zvýšení elektrického pole nad hodnotu elektrické pevnosti vzduchového dielektrika vzniknout blesky (čárové) mezi jednotlivými mraky či mezi částmi jednoho mraku (jde o většinu blesků). Jak se bouřka pohybuje nad krajinou, vytváří na zemi pod sebou pomocí elektrostatické indukce náboj opačné polarity. A opět, pokud elektrické pole mezi zemí a bouřkovým mrakem dosáhne hodnot, při kterých už elektrická pevnost vzduchu nestačí, udeří blesk. Jedná se o blesk mezi mrakem a zemí, ale může vzniknout i blesk mezi zemí a mrakem. Negativní výboj mezi oblakem a zemí převládá, rovněž škody způsobené tímto typem blesku jsou oproti ostatním podstatnější. Při výboji blesku dochází nejdříve k tvorbě kanálu mezi oblakem a zemí tzv. vyhledávacím výbojem o průměru asi 10m směrem od oblaku s postupujícím vysoce ionizovaným plasmovým jádrem o průměru asi 1 cm. Tento zaměřující hlavní výboj probíhá rychlostí až 300 km.s-1. Po připlížení na několik desítek až jednotek metrů k zemi vzniká mezi výbojem a zvýšeným místem na zemi (špičky stromů, výškové budovy ap.) elektrické pole natolik silné, že překoná elektrickou pevnost vzduchu a dochází k přímému elektrickému výboji. Vyhledávací výboj vlastně přitáhne proti sobě vstřícný výboj od země, který se setká s vůdčím výbojem a uzavře elektrický oblouk. Ten trvá, dokud nedojde ke snížení náboje mezi oblakem a zemí a tzv. přetržení blesku, což trvá asi 10 až 100 mikrosekund. Časový průběh pozitivního výboje mezi oblakem a zemí je asi desetkrát pomalejší. Po přetržení blesku dochází k přelití náboje v oblaku - znamená to, že v již vytvořeném ionizovaném bleskovém kanálu dochází k dalším, slabším, tzv. následným výbojům s prodlevou mezi jednotlivými výboji v řádu desítek milisekund. Těchto výbojů může být i několik desítek, takže celkový výboj blesku může trvat i několik sekund. Kulový blesk zářící koule o průměru 10 až 30 cm znají lidé již notně dlouhou dobu, avšak jeho vznik nebyl dosud nikdy uspokojivě vysvětlen. John Gilman z University of California v Los Angeles se domnívá, že ho tvoří atomy, jejichž valenční elektrony jsou excitovány do orbitálů s velmi vysokými kvantovými čísly. Průměr takového atomu může být i několik centimetrů, což způsobuje jejich snadnou polarizovatelnost. Proto mezi nimi mohou působit mimořádně silné van der Waalsovy síly, které by celý kulový blesk udržely pohromadě. Takový pozoruhodný jev by pak mohl být iniciován úderem blesku do určité hmoty, se specifikými vlastnostmi. Zatím jde o pouhou hypotézu a sama existence atomů s tak excitovanými elektrony (tzv. Rydbergovy atomy) je sporná. Eliášův oheň nebo také Oheň svatého Eliáše je akustický a optický jev vyvolaný vybitím statické elektřiny při silných bouřích (tzv. hrotový výboj). Dochází k němu na vyvýšených místech, hrotech, vrcholcích stromů apod., projevuje se modrým světelkováním objektu kde dochází k vybití statické elektřiny. Někdy z něj může vzniknout vstřícný výboj pro blesk.
26
Přímý (blízký) úder blesku do hromosvodu budovy, do bezprostředního okolí budovy, kovové konstrukce, nebo do elektricky vodivých inženýrských sítí. Vzdálený úder blesku - vzdálenými údery se rozumí úder blesku do vzdálených objektů, úder blesku do vedení vysokého napětí, popřípadě výboj mrak – mrak v bezprostředním okolí uvažovaného objektu.
5.2. Ochrana před bleskem S účinností od 1. února 2009 vstupuje v platnost soubor norem ČSN EN 62305, které nahrazují do té doby platnou normu ČSN 34 1390. Problematika ochrany před bleskem je rozložena do pěti částí normy ČSN EN 62305: ČSN EN 62305-1 Ochrana před bleskem - část 1: Obecné principy - popisuje používané názvosloví, škody způsobené bleskem a způsoby jak ke škodám dochází ČSN EN 62305-2 Ochrana před bleskem - část 2: Řízeni rizika - zabývá se řízením rizika, stanovením potřebného stupně ochrany a výběrem vhodných opatření ČSN EN 62306-3 Ochrana před bleskem - část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života obsahuje způsoby provedení ochranných opatření pro snížení hmotných škod a nebezpečí života ČSN EN 62305-4 Ochrana před bleskem - část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách zabývá se způsoby, jak ochránit elektritcké a elektronické systémy umístěné ve stavbách ČSN EN 62305-5 Ochrana před bleskem - část 5: Inženýrské sítě (norma teprve bude vydána) - bude řešit omezení poškození inženýrských sítí připojených ke stavbě (hlavně el. vedení) 5.2.1. Základní pojmy Hmotná Škoda - škoda na stavbě (nebo jejím obsahu) nebo inženýrské síti následkem mechanických, tepelných, chemických a výbušných účinků blesku; LEMP - elektromagnetický impulz vyvolaný bleskem (lightning electromagnetic impulse) elektromagnetické účinky bleskového proudu; LPZ - zóna ochrany před bleskem (lightning protection zone) - zóna, ve které je definováno elektromagnetické prostředí (hranice zón LPZ nemusí nutně být hmotná hranice budovy - stěny, podlaha, strop). LPL - hladina ochrany před bleskem (lightning protection level) - číslo vztažené k souboru hodnot parametrů bleskového proudu, odpovídající pravděpodobnosti, že příslušné maximální a minimální návrhové hodnoty nebudou u blesků vyskytujících se v přírodě překročeny (používá se pro návrh ochranných opatření podle odpovídajícího souboru parametrů bleskového proudu). LPS - systém ochrany před bleskem (lightning protection system) - kompletní systém používaný pro snížení hmotných škod způsobených údery blesku do stavby. Sestává se z vnějšího a z vnitřního systému ochrany před bleskem. Vnější systém ochrany před bleskem (hromosvod) - skládá se z jímací soustavy, soustavy svodů a uzemňovací soustavy; Vnitřní systém ochrany před bleskem - skládá se z ekvipotenciálního pospojování proti blesku a/nebo elektrické izolace vnějšího systému ochrany před bleskem. Náhodná součást LPS - vodivá součást, která nabyla nainstalovaná pro ochranu před bleskem, ale která byla dodatečně použita k LPS (náhodný jímač, náhodný svod, náhodný zemnič) Třída LPS - číslo, které uvádí zatřídění LPS podle hladiny ochrany před bleskem, pro kterou je navržen LMPS - systém ochranných opatření před LEMP - kompletní systém ochranných opatření pro vnitřní systém ochrany před elektromagnetickými účinky bleskového proudu 27
Riziko R- hodnota pravděpodobných průměrných ročních ztrát (lidských a na majetku) způsobených bleskem vztažená k celkové hodnotě chráněného objektu (lidí a majetku); Magnetické stínění - uzavřené kovové mřížové nebo souvislé stíněni obklopující chráněný objekt nebo jeho část, používané pro snížení poruchovosti elektrických a elektronických systémů. SPD - přepěťové ochranné zařízení - zařízení, určené k omezení přechodných přepětí a ke svedení impulsních proudů (obsahuje alespoň jeden nelineární prvek) 5.2.2. Zóny ochrany před bleskem (LPZ) S ohledem na ohrožení bleskem jsou definovány následující LPZ: LPZ 0A zóna, kde je ohrožení přímým úderem blesku a plným elektromagnetickým polem blesku. Vnitřní systémy mohou být vystaveny plnému nebo dílčímu impulznímu bleskovému proudu; LPZ 0B zóna chráněná proti přímým úderům blesku, ale ve které je hrozba plného elektromagnetického pole blesku. Vnitřní systémy mohou být vystaveny dílčím impulzním proudům blesku; LPZ 1 zóna, kde je impulzní proud omezen rozdělením proudu a SPD na rozhraní. Prostorové stínění může zeslabit elektromagnetické pole blesku; LPZ 2 – N zóna, kde může být impulzní proud dále omezen rozdělením proudu a dalšími SPD na rozhraní. Další prostorové stínění může být použito pro další zeslabení el.mag. pole blesku. 5.2.3. Riziko a řízení rizika Riziko R -je hodnota pravděpodobných průměrných ročních ztrát. Pro každý typ ztrát, jenž mohou nastat ve stavbě nebo v inženýrské síti, může být oceněno odpovídající riziko. Rizika oceňovaná ve stavbě mohou být následující: R1 - riziko ztrát na lidských životech; R2 - riziko ztrát na veřejných službách; R3 - riziko ztrát na kulturním dědictví; R4 - riziko ztrát ekonomických hodnot Rizika oceňovaná v inženýrské síti mohou být následující: R‘2 - riziko ztrát na veřejných službách; R‘4 - riziko ztrát ekonomických hodnot Každé riziko je součet všech součástí rizika. Při výpočtu rizika se mohou součásti rizika seskupovat podle příčiny poškození a typu škody. Přípustné riziko Za stanovení hodnoty přípustného rizika je zodpovědný kompetentní orgán. Tam, kde údery blesku zahnují ztráty na lidských životech nebo ztráty sociálních nebo kulturních jsou typické hodnoty přípustného RT uvedeny v následující tabulce. Typické hodnoty přípustného rizika RT Typy ztrát RT Ztráty na lidských životech nebo trvalé úrazy Ztráta veřejné služby Ztráta kultumlho dědictví
10-5 10-3 10-3
28
Obecná rovnice ocenění rizika pro chráněný objekt Rx = N · P · L, kde N je počet nebezpečných událostí za rok (hustota úderů blesku do země a charakteristiky chráněného objektu, jeho okolí a půdy), P je pravděpodobnost poškození stavby (vlastnosti chráněného objektu, ochranná opatření) a L jsou následné ztráty (přítomnost osob, typ služeb v objektu, hodnota zboží, opatření pro omezení velkosti ztrát) Pokud je vpočtené riziko R ≤ RT není ochrana před bleskem nutná. Pokud je R> RT musí se přijmout ochranná opatřeni pro sníženi na R ≤ RT pro všechna rizika, kterým je objekt podroben. 5.2.4. Hladiny ochrany před bleskem (LPL) Tato norma stanoví 4 hladiny ochrany před bleskem (I až IV). Pro každou LPL je stanoven soubor minimálních a maximálních parametrů blesku. Pravděpodobnost výskytu blesku s parametry, které odpovídají LPL I, je menši než 2%, a proto v této normě tato ochrana není popsána. Klasifikace budov Hladina LPL I II III IV
Druh objektu budovy s vysoce náročnou výrobou, energetické zdroje, chemická výroba, budovy s prostředím s nebezpečím výbuchu, nemocnice, automobilky, banky supermarkety, muzea, školy, rodinné domy s nadstandardní výbavou rodinné domy, administrativní budovy, obytné budovy, zemědělské stavby budovy stojící v ochranném prostoru jiných objektů (bez vlastního hromosvodu), obyčejné sklady apod.
Zařazení budovy do příslušné LPL závisí na konkrétní situaci Maximální hodnoty parametrů blesku pro různé hladiny ochrany před bleskem se používají pro návrh komponentů ochrany před bleskem (např. průřezu vodičů, tlouštky kovových stínění, proudové zatížitelnosti SPD, dostatečné vzdálenosti proti nebezpečnému jiskření). Minimální hodnoty vrcholové hodnoty bleskového proudu se používají pro stanovování poloměru valící se koule při určováni zóny ochrany před bleskem LPZ 0 B, která nemůže být zasažena přímým úderem. Minimální hodnoty parametrů blesku a příslušné poloměry valících se koulí odpovídající LPL Kritéria zachycení
LPL
Označení
Jednotka
I
II
III
IV
Minimální vrcholový proud
I
kA
3
5
10
16
Poloměr valící se koule
r
m
20
30
45
60
Oka mřížové soustavy
axb
mx m
5x5
10x10
15 x15
20 x20
5.2.5. LPS - systém ochrany před bleskem Sestává se z vnějšího a z vnitřního systému ochrany před bleskem.
29
5.2.5.1. Vnější systém ochrany - hromosvod Úkolem hromosvodu je ochrana objektu před tepelnými a mechanickými účinky blesku, jeho funkce spočívá v zachycení přímého úderu blesku do objektu jímací soustavou, v bezpečném svedení bleskového proudu do uzemňovací soustavy pomocí svodu, a v rozvedení bleskového proudu v zemi pomocí soustavy uzemňovací. Hromosvod je tedy tvořen jímací soustavou, svody a uzemněním. Hromosvod se musí zřizovat na stavbách a zařízeních, kde by blesk mohl způsobit: - ohrožení života nebo zdraví (bytový dům, stavba pro shromaždování většího počtu osob, stavba pro obchod, zdravotnictví a školství, stavby veřejných ubytovacích zařízení nebo většího poctu zvířat, - poruchu s rozsáhlými důsledky (elektrárna, plynárna, vodárna, budova pro spojová zařízení, nádraží), - výbuch (výrobna a sklad výbušných a hořlavých látek, kapalin a plynů) - škody na kulturních, popřípadě jiných hodnotách (obrazárna, knihovna, archiv, muzeum, památkově chráněná budova), - přenesení požáru stavby na sousední stavby, které musí být dle předchozích odstavců chráněny, - ohrožení stavby, u které je zvýšené nebezpečí zásahu bleskem v důsledku jejího umístění na návrší nebo vyčnívá-li nad okolí (tovární komín, věž, rozhledna). 5.2.5.1.1. Rozdělení hromosvodů: Podle umístění rozlišujeme hromosvody umístěné na chráněných objektech, tzv. neizolované neboli neoddálené hromosvody, patří sem hřebenová soustava, mřížová soustava šityčový hromosvod a hromosvody umístěné mimo chráněný objekt tzv. izolované neboli oddálené hromosvody, sem patří stožárový hromosvod, závěsový hromosvod nebo klecový hromosvod. Podle stupně poskytované ochrany dělíme hromosvody na normální a zesílené (mají větší počet jímacích zařízení, svodů i uzemnění a jsou vhodné především pro objekty s nebezpečím požáru nebo výbuchu). 5.2.5.1.2. Jímací soustava Pravděpodobnost, že bleskový proud vnikne do stavby, bude podstatně snížena, vhodným návrhem jímací soustavy, ta bývá tvořena tyčemi, mřížovými vodiči, závěsnými lany nebo jejich kombinací. Umísťuje se na rozích, exponovaných místech a hranách střech objektů. Pro návrh jímací soustavy se používají tyto tři metody: - Metoda valící se koule je nejuniverzálnější projekční metodou, která je doporučena pro geometricky komplikované příklady. Poloměr valící se koule simuluje vstřícný výboj ze země nebo z jímací soustavy proti vůdčímu výboji, který sestupuje z mraku. - Metoda mřížové soustavy muže být použita univerzálně nezávisle na výšce a tvaru střechy objektu, ale nejvhodnější je pro rovné střechy. Jímací soustava musí být umístěna pokud možno na vnějších hranách objektu. Kovová atika muže být použita jako náhodný jímač, splňuje-li podmínky dimenzování. - Metoda ochranného úhlu je odvozena od metody valící se koule a je vhodná pro budovy s jednoduchými tvary. Ochranný úhel tyčového jímače je závislý na třídě LPS a na výšce chráněného objektu. Jímací vedení, jímací tyče, oka a dráty by měly být navrženy tak, aby všechna zařízení a konstrukční části, které jsou součástí chráněného objektu, ležely v ochranném prostoru jímací soustavy. 30
Podle způsobu konstrukce jímacího zařízení se právě rozdělují hromosvody ať už umístěné na objektu či mimo něj. Hřebenová soustava - provádí se vedením po hřebenech sedlových střech, které mají převýšení větší než 1 m. Vedení je na podpěrách a může být doplněno jímacími tyčemi nebo pomocnými jímači, které jsou provedeny z drátu přečnívající nad chráněný objekt alespoň 30 cm. Mřížová soustava - je tvořena vedením na podpěrách, provádí se na rovných nebo pultových střechách, tvoří oka o rozměrech maximálně dle hladiny LPL (viz tabulka LPL). Hromosvod tyčový na jehlanových střechách nebo na úzkých vysokých objektech - je tvořen jímacími tyčemi, jímací tyče tvoří rovněž ochranné pásmo hromosvodu, které činí 112˚. Tyče jsou obvykle ocelové v ohni pozinkované a opatřené v dolní části stříškou. Hromosvod závěsný – u delších objektů je nad objektem zavěšené uzemněné lano upevněné na stožárech. U některých objektů se natáhne ještě cvičné lano nebo vytvoří hvězdicový hromosvod. Hromosvod stožárový - je tvořen stožárem, který stojí mimo chráněný objekt tento uzemněný stožár vytváří ochranné pásmo 112˚. Hromosvod klecový- je tvořen vedením ve tvaru klece s oky nejvýš 20 x 20 m, tato mříž se nikde nedotýká objektu je n chráněný objekt obklopuje.
Jímací soustava se umisťuje v případě nehořlavých střech přímo na povrch střechy, v případě střech z lehce hořlavého materiálu ve vzdálenosti minimálně 10 cm nad povrchem střechy (u doškových střech 15 cm) Za tzv. náhodný jímač se může považovat: - kovové oplechování chráněné stavby, pokud bude zajištěno trvalé elektrické propojení mezi různými díly (např. pájením natvrdo, svařením, lisováním, šroubováním nebo nýtováním) a pokud tloušťka oplechování není menší než je povoleno: - tam kde není nutné předcházet propálení oplechování nebo uvažovat vznícení lehce hořlavých materiálů pod obložením je to např. pro pozinkovanou ocel a měď 0,5 mm nebo pro hliník 0,65 mm, - tam kde je nutné provádět opatření proti propálení nebo nedovolenému zahřátí v bodu úderu je to např. pro pozinkovanou ocel 4 mm, pro měď 5 mm nebo pro hliník 7 mm - nejsou potaženy izolační hmotou - kovové součásti střešní konstrukce (nosník, vzájemně spojené armování atd.) pod nekovovou krytinou v případě, že tyto součásti nepatří k chráněnému objektu; kovové díly, jako např. ozdoby, zábradlí, rýny, potrubí, krytí parapetů atd., jejichž průřez není menší než průřez, který je dle norem stanoven pro jímací soustavu; - kovová potrubí a nádrže, jenž obsahují lehce hořlavé nebo výbušné látky, pokud jsou vyrobeny z materiálů, jehož minimální tloušťka odpovídá požadavkům této normy. V tomto případě nesmí být těsnění přírub řešeno nevodivým materiálem, pokud nejsou příruby vodivě spojeny.
31
5.2.5.1.3. Svod Svod je elektricky vodivé spojení mezi jímací soustavou a uzemňovací soustavou. Svody by měly svést bleskové proudy do uzemňovací soustavy tak, aby na budově nevznikly škody nedovoleným vysokým oteplením svodu. Počet svodů je závislý na třídě LPS (I, II, III, IV) a je určen podle obvodu střešních hran objektu. Aby se snížila pravděpodobnost škod způsobených bleskem, který proteče hromosvodem, je nutno svody umístit tak, aby spojovaly místo úderu se zemí: - více paralelními cestami - délka bleskového proudu byla co nejkratší - bylo provedeno vyrovnání potenciálu mezi vodivými součástmi objektu budovy Je-li navržen neoddálený hromosvod, musí být použity v každém případě minimálně dva svody. Měly by být rozmístěny po obvodu chráněného objektu s ohledem na architektonické a praktické požadavky chráněné budovy a měly by být rozmístěny pravidelně. Vzdálenost mezi svody je udána v následující tabulce: Třída LPS
Vzdálenost mezi svody [m]
I
10
II
10
III
15
IV
20
Svody musí být rozmístěny pokud možno tak, aby bylo vytvořeno přímé pokračování jímací soustavy. Musí být instalovány přímo a svisle, aby bylo vytvořeno co nejkratší spojení se zemí. Svody neoddáleného LPS smí být instalovány: - je-li stěna z nehořlavého materiálu, smí se svody umisťovat na stěně nebo do stěny - je-li stěna z lehce hořlavého materiálu, smí se svody umisťovat na stěně, pokud zvýšení teploty způsobené průchodem bleskového proudu není nebezpečné s ohledem na materiál stěny - je-li stěna z lehce hořlavého materiálu a zvýšení teploty je nebezpečné, musí být svody umístěny tak, aby vzdálenost mezi svody a stěnou byla minimálně 10 cm (součásti pro uchycení svodů se stěny mohou dotýkat) Jako náhodné svody je možno použít: - kovové instalace pokud: - je trvalé elektrické spojení mezi různými součástmi - jejich rozměry odpovídají minimálně uvedeným hodnotám normovaných svodů - kovový nebo elektricky spojený železobetonový skelet budovy - vzájemně spojené armování betonu - součásti fasády, profilové lišty a kovové spodní konstrukce fasády za předpokladu, že jejich rozměry odpovídají požadavkům kladeným na svody Zkušební spojka (svorka) Každý svod (kromě náhodných svodů) by měl být spojen s uzemňovací soustavou pomocí tzv. zkušební spojky (svorky). Umisťuje se ve výšce 1,8 až 2 m nad zemí u svodů na povrhu případně 0,6 m nad zemí (v krabici) u svodů pod povrchem. Svody musí být očíslovány a jedna část zkušební svorky musí být z nekorodujícího materiálu. Pro účely měření musí být možno spojku pomocí nářadí rozpojit.
32
5.2.5.1.4. Uzemňovací soustava Důležitá kritéria pro uzemňovací soustavu jsou rozměry a tvar. Úkolem uzemňovací soustavy je rozdělení bleskového proudu do země a zmenšení nebezpečných přepětí. Zemní odpor zemniče by měl být co nejnižší, pokud možno do 10 Ω Uzemňovací soustavy začínají za zkušební spojkou a jsou rozděleny na dva základní typy dle uspořádání zemničů: - Uspořádání typu A - skládá se z vodorovného nebo svislého zemniče, který se instaluje vně chráněné stavby a který je spojen s každým svodem. Pokud je použit tento typ uzemnění, nesmí být celkový počet zemničů nižší než dva. Horní konec zemniče musí být minimálně 50 cm pod povrchem a musí být pokud možno co nejrovnoměrněji rozdělen, aby se v zemi snížily účinky elektrické vazby. - Uspořádání typu B - se sestává buď z obvodového zemniče vně chráněného objektu, jenž má minimálně 80% své celkové délky v zemině (ukládá se přednostně do hloubky minimálně 0,5 m v zemi a ve vzdálenosti asi 1 m od vnějších zdí objektu) nebo ze základového zemniče (umisťuje se přímo do betonového základu a může být i mřížový). Tyto zemniče se doporučují pro skalnaté podloží, pro stavby s větším množstvím elektronických systémů nebo s vysokým nebezpečím požáru. Vedení od zkušební svorky k zemniči (tzv. zemnící vedení) má být bez spojů. Spoje mezi zemnícím vedením a zemniči (popřípadě mezi částmi zemniče) musí být vždy chráněny proti korozi. Každý zemnič se musí ukládat tak, aby bylo možno provést během montáže jeho revizi. Hloubka uložení a typ zemniče se musí volit tak, aby se minimalizovaly vlivy koroze, vysušování a zamrzání půdy a dohodnutý zemní odpor zemniče zůstal stálý. Jako náhodné zemniče se mohou použít vzájemně spojená armování v základovém betonu nebo jiné vhodné podzemní konstrukce.
5.2.5.2. Vnitřní systém ochrany Vnitrní LPS musí zabránit nebezpečnému jiskření uvnitř chráněného objektu, která mohou být způsobena průchodem bleskového proudu nejen ve vnějším LPS, ale také v jiných vodivých částech objektu. Nebezpečným jiskřením mezi rozdílnými částmi muže být zabráněno: - ekvipotencionálním pospojováním (vyrovnáním potenciálu) - elektrickým odizolováním mezi částmi Vnitrní ochranu před bleskem tedy tvoří souhrn opatření ke snížení účinků elektromagnetických impulzů způsobených bleskovým proudem (LEMP) uvnitř chráněného objektu, resp. zařízení. Mezi tato opatření vnitřní ochrany patří vyrovnání potenciálu, odstínění budov, místností a prostorů, odstranění nebezpečných přiblížení a souběhu a vyrovnání potenciálu, jehož nedílnou součástí je i účinná ochrana proti přepětí. Svodiče bleskových proudů a přepětí, připojují silová elektrická zařízení k ekvipotenciální přípojnici nepřímo pres jiskřiště a varistory a přepětí omezují. 33
5.2.5.2.1. Ekvipotencionální pospojování proti blesku (vyrovnání potenciálu) Vyrovnání potenciálu bleskových proudu bude dosaženo, budou-li do LPS zapojeny: - kovové konstrukce stavby - kovové instalace - vnější vodivé části a vedení, která jsou připojena k objektu - elektrické a elektronické systémy uvnitř chráněného objektu Vzájemné spojení se může provádět buď vodiči pospojování (popř. náhodným pospojováním) nebo kde přímé pospojování není možné použijeme přepěťové ochranné zařízení (SPD).
Ekvipotenciální pospojování proti blesku pro kovové instalace - V případě oddáleného vnějšího LPS se musí ekvipotenciální vyrovnání proti blesku provádět jen na úrovni terénu. - Pro neoddálené LPS se musí ekvipotenciální pospojování proti blesku instalovat na následujících místech: - ve sklepech nebo přibližně v úrovni terénu.Vodiče pospojování se musí připojit k přípojnici pospojování, která je konstruována a instalována tak, aby byla lehce přístupná za účelem revize. Přípojnice pospojování se musí spojit s uzemňovací soustavou. U velkých budov (např. nad 20 m) se může instalovat více přípojnic pospojování, za předpokladu vzájemného spojení. - tam, kde požadavky na izolaci nejsou splněny. Ekvipotenciální pospojování se musí provádět pokud možno co nejkratším a nejpřímějším způsobem. Minimální rozměry vodičů spojujících různé přípojnice pospojování a vodičů spojujících přípojnice pospojování k uzemňovací soustavě pro všechny třídy LPS jsou: - měď 11 mm2 - hliník 22 mm2 - ocel 50 mm2. Minimální rozměry vodičů spojujících vnitřní kovové instalace k přípojnici pospojování pro všechny třídy LPS jsou: - měď 5 mm2 - hliník 8 mm2 - ocel 16 mm2. 34
Ekvipotenciální pospojování proti blesku pro vnitřní systémy V případě, že jsou vodiče vnitřních systémů stíněny nebo uloženy v kovovém kanálu, považuje se za dostatečné, pokud se provede pospojování stínění nebo kanálů. Vodiče vnitřních systémů, které nejsou ani stíněny, ani uloženy v kovovém kanálu, se musí propojit přes SPD. Vodiče PE nebo PEN v sítích TN se musí k LPS připojit buď přímo, nebo přes SPD. 5.2.5.2.2. Elektrická izolace od hromosvodu Elektrické izolace mezi jímací soustavou nebo svody na jedné straně a chráněnými kovovými instalacemi rovněž i elektrickými zařízeními, signálními a telekomunikačními zařízeními uvnitř objektu na straně druhé muže být dosaženo dostatečné vzdálenosti d mezi těmito díly, která je vetší než dostatečná vzdálenost s danou vzorcem:
kc l , kde ki je koeficient závislý na zvolené třídě LPS, kc je koeficient závislý na km bleskovém proudu, který protéká svody, km je koeficient závislý na materiálu elektrické izolace a l je délka v metrech podél jímací soustavy nebo délka svodu od bodu, u kterého by měla být zajištěna dostatečná vzdálenost, až k nejbližšímu vyrovnání potenciálu Pro vedení nebo vnější vodivé části, které vedou do objektu, je vždy u vstupu do objektu nutno zajistit vyrovnání potenciálu bleskového proudu. Dostatečnou vzdálenost není nutno dodržet u objektu s kovovým nebo elektricky vzájemně propojeným ocelovým armováním. Hodnoty koeficientu ki: Hodnoty koeficientu km s ki
Třída LPS
ki
I
0,08
II
0,06
III, IV
0,04
Materiál
km
vzduch
1
beton, cihla
0,5
Hodnoty koeficientu kc Typ jímací soustavy
Počet svodů
samostatný jímač dráty nebo lana mřížová soustava mřížová soustava
kc Zemnič typu A
Zemnič typu B
1 2
1 0,66
1 0,5 (1)
4 a více 4 a více spojeny vodorovným okružním vedením
0,44
0,25
0,44
0,5
5.2.6. Materiál pro hromosvody: Materiál a jeho rozměry se musí volit s ohledem na odolnost proti korozi nejen chráněné stavby, ale i LPS. Používá se pozinkovaná (pokadmiovaná) ocel, měď nebo legované hliníky, případně nerezová ocel, používají se lana, dráty, pásky, trubky nebo desky. V následujících tabulkách jsou tvary a minimální průřezy vodičů jímací soustavy, jímacích tyčí a svodů a materiály, tvary a minimální rozměry zemničů:
35
36
5.2.7. Zlepšování zemního odporu zemniče Zemní odpor zemniče (odpor mezi zemí a zemním vedením) se zlepšuje přidáním počtu vodičů, vzájemným spojením zemničů, okružním vedením, obložením vodiče vodivou půdou (entomitem), prodloužením zemniče, apod. 5.2.8. Revize hromosvodů Účelem revize jsou zjištění zda LPS odpovídá projektu dle této normy, zda jsou všechny součásti LPS v dobrém technickém stavu, mohou plnit navrhované funkce a nejsou zkorodovány a zda všechny nově přidané inženýrské sítě nebo konstrukce jsou začleněny do stávajícího LPS. Revize se provádějí už během stavby, aby bylo možno zrevidovat uložený zemnič, poté po konečné instalaci LPS, dále periodicky, v intervalech stanovených s ohledem na vlastnosti chráněné stavby (korozní problémy nebo třída LPS), dále po změnách nebo opravách a nebo po úderu blesku. Během periodických revizí se důkladně kontroluje především koroze částí jímací soustavy, vodičů, spojů a zemničů (měří se přechodový odpor mezi jednotlivými částmi LPS - < 1 Ω), zjišťuje se hodnota odporu uzemňovací soustavy (< 10 Ω) a kontroluje se stav spojů na ekvipotenciálním pospojování a uchycení. Pravidelné revize se provádějí dle následující tabulky: Třída LPS
Vizuální kontrola
Revize
I, II
1 rok
2 roky
III, IV
2 roky
4 roky
5.2.9. Ochrana proti přepětí Ochrana před přepětím je širší pojem než jen vnitřní ochrana před bleskem. Zahrnuje navíc i ochranu před přepětími jiného než atmosférického původu. Koncepce ochrany před spínacím přepětím (SEMP) vychází z návrhu vnitřní ochrany před bleskem a musí se kontrolovat, zda vyhovuje jejím požadavkům. Doporučuje se třístupňová ochrana rozvodu nízkého napětí v objektech, přičemž každý stupeň musí přepětí zmenšit na předepsanou hodnotu. Jednotlivé stupně SPD (přepěťových ochran) se instalují na rozhraní zón bleskové ochrany LPZ. Typ 1 (třída B) mezi zóny LPZ 0 a LPZ 1, typ 2 (třída C) mezi zóny LPZ 1 a LPZ 2 a typ 3 (třída D) mezi zónu LPZ 2 a konečné zařízení. 5.2.9.1.
Typ 1 - hrubá ochrana (T1, 1. stupeň, třída B)
Tuto ochranu zajišťují svodiče bleskových proudů, které zachytí největší díl přepěťové vlny a které jsou schopny bez poškození svádět bleskové proudy nebo jejich podstatné části. Svodiče bleskových proudů jsou konstruovány na bázi jiskřiště. Podle konstrukčního provedení je možno je rozdělit na tzv. „otevřená“ nebo „uzavřená“. Tvar elektrod, jejich materiál a vzduchová mezera mezi elektrodami určují ochrannou úroveň, svodovou schopnost a vlastnosti charakterizující chování jiskřiště při zhášení následných proudů. Otevřená jiskřiště vynikají velmi vysokými svodovými schopnostmi, až Iimp = 50 kA (Iimp = impulsní - bleskový proud je definován zkušebním proudem s tvarem vlny 10/350 μs. svodiče bleskového proudu ho musí bez vlastního poškození nejméně dvakrát spolehlivě odvést). Jejich základním nedostatkem je však vyšlehování žhavého plazmatu z pouzdra přepěťového ochranného zařízení, při jejich aktivaci bleskovým proudem. Tato skutečnost komplikuje významným způsobem projekční přípravu (konstrukci rozváděčů) vzhledem k požární bezpečnosti. Konstrukce uzavřených jiskřišť má tento nedostatek dostatečným způsobem vyřešen, ovšem za cenu snížení parametru samočinně zhášeného následného proudu. Instalují se především do 37
hlavního rozváděče (instalaci svodičů bleskových proudů v elektroměrovém rozváděči musí schválit příslušné energetické společnosti). 5.2.9.2.
Typ 2 – střední ochrana (T2, 2. stupeň, třída C)
Tuto ochranu zajišťují svodiče přepětí konstruované na bázi varistoru, které bez poškození svádějí atmosférická přepětí nebo přepětí od spínacích pochodů v síti. Při odpovídajících podmínkách mohou být instalovány bez předřazeného 1. stupně i do hlavního rozváděče. Varistory jsou prvky, jejichž hodnota elektrického odporu se prudce snižuje s přibývajícím napětím. Používají se především v ochranných obvodech proti přepětí, nebo jako krátkodobě vysoce zatížitelné odpory k absorpci energie v nejrůznějších oblastech elektrotechniky a elektroniky. Varistory se vyrábějí hlavně slinutím karbidu křemičitého za použití různých pojiv, nebo oxidu zinečnatého s přidáním různých oxidů kovů. Čelní strany varistorů se pokovují a opatřují drátovými nebo páskovými přívody. Elektrické hodnoty jsou dány především použitými materiály a jejich zrnitostí a rozměry tělesa. Moderní technologické postupy, používané v současné době k jejich výrobě, umožňují vyrábět přepěťové ochranné zařízení s použitím varistorů až do svodových schopností Iimp = 20 kA. Nespornými přednostmi je především jejich nízká cena, kratší odezva a průběh jejich V-A charakteristiky. Ve většině případů se instalují za svodiče bleskových proudů, které sníží přepětí a omezí energii přepěťové vlny. Instalují se tedy nejčastěji do podružného rozváděče. 5.2.9.3.
Typ 3 – jemná ochrana (T3, 3. stupeň, třída D)
Aby byla zajištěna skutečně spolehlivá ochrana, je potřeba, aby předchozí typy 1 a 2 doplnil poslední stupeň - typ 3. Základním prvkem jemné ochrany jsou varistory a supresorové diody. Supresorové diody jsou rychlé Zenerovy diody s extrémně vysokou strmostí pracovní V-A charakteristiky. Vynikají rychlou odezvou na příchozí přepěťový impuls, který trvá řádově ns. Tato ochrana se doporučuje instalovat těsně před chráněné spotřebiče bez dlouhého elektrického vedení od ochrany ke spotřebiči. V případě, že by za posledním stupněm bylo dlouhé vedení ke spotřebiči, mohlo by se ve vodičích zvýšit napětí (např. indukcí) nad přijatelnou úroveň. Je-li délka vedení mezi typy T2 a T3 menší než 5 metrů, není nutno typ T3 použít. Ochranu dostatečně zajistí svodič přepětí typu T2. Pro méně náročné aplikace se používá jednoduchá přepěťová ochrana vestavěná do zásuvky, prodlužovacího přívodu, elektroinstalačních krabic nebo elektrokanálu. Pro náročnější aplikace je tato přepěťová ochrana doplněna o vysokofrekvenční filtr. Tato kombinovaná ochrana je umístěna do zásuvkových adaptérů. Tyto ochrany mají velice rychlou odezvu (řádově v ns), potlačují vf rušení v pásmu 150 kHz až 30 MHz a jsou schopny svádět pulzní proudy až 10 kA. Ochrana kombinovaná s vysokofrekvenčním odrušením se doporučuje k zařízení s řídícím procesorem a pamětí (napěťovým pulzem nebo při pulzem způsobeném restartu zařízení nebo vysokofrekvenčním rušením může dojít k nevratným ztrátám). Jedná se především o počítače pracující v reálném čase (řízení výroby, chod bank), ústředny MaR, EZS, EPS, diagnostické a měřící přístroje, analytické přístroje ve zdravotnictví apod. Při použití zásuvek s vestavenou přepěťovou ochranou (typ 3) - tzv.chráněné zásuvky můžeme použít několik způsobů zapojení: - základní způsob - instalace přepěťové ochrany ke každému zařízení které chceme ochránit, například použitím chráněných zásuvek. Jedná se o nejúčinnější způsob ochrany proti přepětí.
- instalace zásuvek do hnízd - v případech, kdy jsou vedle sebe instalovány tři a více zásuvky (dvojzásuvky), použijeme chráněné zásuvky do krajních pozic, pak i zásuvky mezi chráněnými zásuvkami lze považovat za chráněné. U skupiny na konci zásuvkového obvodu instalujeme chráněnou zásuvku pouze ze strany přívodu.
38
- ochrana zásuvkových okruhů - v případech, kdy vedení zásuvkového obvodu není taženo tzv. nebezpečnými místy (viz dále) je možno cca 3 až 5 metrů délky vedení zásuvkového obvodu za chráněnou zásuvkou považovat za chráněné.
Ve druhém a třetím způsobu jsou zásuvky chráněné před přepětím indukovaným na vedení i před přepětím přivedeným po vedení z rozváděče, nejsou však chráněny před spínacím přepětím od spotřebičů zapojených v sousedních zásuvkách bez ochranného modulu. Dokonalou ochranu proti přepětí zajišťuje proto pouze zapojení dle základního způsobu. Mezi nejčastěji používané kombinované ochrany (typ 3 a vf filtr) jsou zásuvkové adaptéry určené pro připojení televizí napojených z anténních svodů nebo satelitních rozvodů a počítačů napojených na ISDN (Integrated Services Digital Network) linku nebo ethernetový rozvod domu.
Za nebezpečná místa považujeme taková místa, kde je zvýšené nebezpečí vzniku indukovaného přepětí, což jsou zejména místa v blízkosti: - hromosvodů - okapů, nebo jiných vertikálních kovových prvků (voda, plyn, armatury apod.) - vertikálních vedení, tzv. stoupaček - nechráněných kabelů a vedení nn- kabelů a vedení vn
39
6. OCHRANA PŘED NEBEZPEČNÝM DOTYKEM 6.1. Třídy elektrických předmětů Elektrický předmět třídy I - předmět. který‘ má všude alespoň základní izolaci a ochrannou svorku nebo ochranný kontakt je-li zařízen na odpojitelné připojení k sítí pomocí pohyblivého přívodu, je opatřen přívodkou s ochranným kontaktem nebo neoddělitelným přívodem, který obsahuje ochranný vodič a je ukončen vidlicí s ochranným kontaktem. Místo připojení ochranného vodiče musí být označeno značkou Elektrický předmět třídy II - předmět, který všude má dvojitou nebo zesílenou izolaci a nemá zařízení k připojení ochranného vodiče. Takovýto předmět se označuje značkou Elektrický předmět třídy III - předmět, který je určen pro připojení na zdroj malého napětí a který nemá žádné vnitřní ani vnější obvody s napětím větším než je malé bezpečné. Lze jej připojit k bezpečnému napětí SELV nebo PELV. Takový předmět se označuje značkou
6.2. Druhy izolací Základní izolace - musí být navržena pro jmenovité izolační napětí, které je pro obvod stanoveno, přičemž je nutno brát v úvahu přepětí, které muže v zařízení nastat. Toto přepětí může vyvolat nutnost zvýšení jmenovitého izolačního napětí předmětu. Základní izolace musí vytvořit předpoklady pro spolehlivou funkci zařízení a pro správnou funkci ochran před úrazem elektrickým proudem. Přídavná izolace - nezávislá izolace, která je přidána k základní izolaci, aby zajistila ochranu před úrazem elektrickým proudem v případě poruchy základní izolace. Musí být konstruována alespoň pro stejná elektrická namáhání, jaká jsou stanovena pro základní izolaci. Dvojitá izolace - izolace obsahující základní a přídavnou izolaci. Musí zajišťovat, aby jakákoliv porucha v základní izolaci nebo přídavné izolaci nezhoršovala vlastnosti zbývající části dvojité izolace. Zesílená izolace - jeden izolační systém, konstruovaný pro jmenovité izolační napětí stanovené pro obvody, jejichž povrchové cesty se rovnají alespoň součtu povrchových cest pro základní izolaci a pro přídavnou izolaci.
6.3. Rozdělení prostorů z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem Z hlediska velikosti nebezpečí úrazu elektrickým proudem. které může vzniknout při provozu elektrického zařízení s ohledem na vnější vlivy a jejich působení se prostory člení na normální, nebezpečné a zvlášť nebezpečné. Prostory normální - jsou takové, v nichž používání elektrického zařízení je považováno za bezpečné, protože působením vnějších vlivů nedochází ke zvýšení nebezpečí elektrického úrazu, pokud elektrická zařízení a jejich používání odpovídají ustanovením, která se jich týkají. Jsou to prostory s normálními vnějšími vlivy. Prostory nebezpečné - jsou takové, kde působením vnějších vlivů je bud‘ přechodné nebo stálé nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Jsou to zejména prostory s teplotou, která dosahuje 60°C, vlhké, s atmosférickými vlivy, s nebezpečím koroze , s elektrostatickým nábojem, elektromagnetickým zářením a unikajícími proudy, s ohrožením bouřkovou činností, pokud je zařízení vystaveno častému nebo trvalému dotyku, s nebezpečím poškození rostlinstvem nebo živočichy, se středními rázy a vibracemi, vystavené střednímu nebo silnému větru.
40
Prostory zvlášť nebezpečné - jsou takové, ve kterých působením zvláštních okolností, vnějších vlivů (případně i jejich kombinací) dochází ke zvýšení nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Jsou to zejména prostory mokré s tryskající vodou, práce ve vodě, (ostatní mokré prostory mohou být posuzovány jako nebezpečné, pokud se zařízením nemanipulují osoby bez elektrotechnické kvalifikace), v kotlích a kovových nádržích, s nebezpečím trvalé koroze, se silnými rázy a vibracemi, s nebezpečím požáru hořlavých kapalin, pokud jsou kapaliny vodivé. Dále je třeba určit, zda se v takových prostorech nebezpečí úrazu mimořádně zvyšuje nepříznivými poměry, nebo kde se pracuje ve zvlášť ztížených podmínkách (např. ve vodě, v kovových nádržích a podobných těsných prostorách s kovovými hmotami). Meze bezpečných malých napětí s ohledem na členění prostorů Bezpečné malé napětí [V] Prostory Při dotyku částí střídavé stejnosměrné živých 50 100 Normální neživých 50 120 živých 25 60 Nebezpečné neživých 50 120 živých 12 25 Zvlášť nebezpečné neživých 25 60 Dovolené meze trvalého dotykového napětí podle prostorů u zařízení do 1000V Dovolené meze trvalého dotyk. napětí Prostory střídavé stejnosměrné Normální i nebezpečné 50 120 Zvlášť nebezpečné 25 60 Ve zvlášť nepříznivých případech 12 25 (práce ve vodě bez použití pomůcek, stísněné prostory)
6.4. Definice živých a neživých částí Z hlediska úrazu elektrickým proudem se u každého elektrického zařízení vyskytují části živé a neživé. Živé části elektrického zařízení jsou určeny k vedení elektrického proudu, jsou tedy pod napětím při normálním provozu i při poruše. Neživé části elektrického zařízení jsou vodivé části , které neslouží k vedení elektrického proudu, ři normálním provozu jsou tedy bez napětí, ale při poruše se na nich může napětí objevit. K úrazu elektrickým proudem může dojít při dotyku nebo nebezpečném přiblížení se (na tzv. přeskokovou vzdálenost) k živým částem, nebo k neživým částem elektrického zařízení, které jsou při poruše pod napětím.
41
6.5. Všeobecné zásady pro ochranu před nebezpečnými účinky elektrického proudu (ČSN 33 2000 4-41 ed. 2 Elektrické instalace nízkého napětí -Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem) Tato norma stanoví požadavky na provedení elektrických instalací tak, aby provoz elektrických zařízení, která se připojí k instalaci dle této normy, byl bezpečný. 6.5.1. Ochranné opatření se musí skládat: -
z opatření pro zajištění základní ochrany (nebezpečné živé části nesmějí být za normálních podmínek přístupné - dříve „ochrana před dotykem živých částí“) a nezávislého opatření pro zajištění ochrany při poruše (přístupné vodivé části nesmějí být nebezpečné ani za normálních podmínek ani za podmínek jedné poruchy – dříve „ochrana před dotykem neživých částí“), nebo
-
ze zvýšené ochrany, která zajišťuje jak ochranu základní, tak ochranu při poruše.
Doplňková ochrana je specifikována jako součást ochranných opatření za určitých podmínek vnějších vlivů, na určitých zvláštních místech a ve zvláštních objektech dle odpovídající části norem ČSN 33 2000-7-7xx. 6.5.2. Ochranná opatření se zajišťují: -
automatickým odpojením od zdroje;
-
dvojitou nebo zesílenou izolací;
-
elektrickým oddělením pro napájení jednoho spotřebiče;
-
malým napětím (SELV a PELV).
-
v instalacích, které jsou přístupné jen osobám znalým nebo poučeným nebo osobám pod jejich dozorem, je možné použít i ochrany zábranou nebo polohou
Je-li instalace pod dozorem znalých nebo poučených osob, aby v ní nebylo možné provést neautorizované změny, mohou být použity ochranná opatření: -
nevodivým okolím;
-
neuzemněným pospojováním;
-
elektrickým oddělením pro napájení více než jednoho spotřebiče.
6.5.2.1.
Automatické odpojení od zdroje
je ochrana, u které je: a) základní ochrana zajištěna alespoň jedním z těchto způsobů: -
základní izolací
-
přepážkami
-
kryty
42
-
zábranou nebo polohou - pouze v instalacích, které jsou ovládány osobami znalými nebo poučenými.
b) ochrana při poruše je zajištěna ochranným pospojováním a automatickým odpojením v případě poruchy. Kde je to určeno, musí být použita ještě ochrana proudovým chráničem s vybavovacím reziduálním proudem, který nepřekročí 30 mA. Požadavky na ochranu při poruše Ochranné uzemnění Neživé části se musí spojit s ochranným vodičem a toto spojení musí splňovat přesně stanovené podmínky odpovídající způsobu uzemnění sítě. Každý obvod musí mít ochranný vodič připojený k uzemňovací svorce. Ochranné pospojování Každá budova musí mít v ochranném pospojování zahrnutý ochranný vodič, uzemňovací přívod a další vodivé části: -
kovová potrubí uvnitř budovy (plyn, voda, …);
-
konstrukční kovové části, pokud jsou při normálním použití dosažitelné;
-
kovové ústřední topení a klimatizace;
-
kovová výztuž betonu, jestliže je přístupná a spolehlivě propojená;
-
jakékoliv vodivé pláště telekomunikačních kabelů (je však nutné zohlednit požadavky majitele nebo operátora těchto kabelů).
Automatické odpojení v případě poruchy Maximální doby odpojení pro koncové obvody nepřekračující 32 A jsou stanoveny na 0,4 s při střídavém napětí do 230 V a 0,2 s při střídavém napětí od 230 V do 400 V. Výjimku tvoří distribuční sítě s dobou odpojení do 5 s. Pokud není možné dosáhnout automatického odpojení ve výše uvedených časech, musí se provést doplňující pospojování. Doplňková ochrana Ve střídavé síti se musí doplňková ochrana proudovými chrániči s vybavovacím proudem do 30 mA provést (v síti TN-C se proudový chránič nesmí používat): -
u zásuvek, jejichž jmenovitý proud nepřesahuje 20 A a které jsou užívány laiky a jsou určeny pro všeobecné použití
-
u mobilních zařízení, která jsou určena pro venkovní použití, jejichž jmenovitý proud nepřesahuje 32 A.
Výjimkou mohou být zásuvky, které jsou určeny pro použití pod dozorem osoby znalé nebo poučené, nebo zásuvky pro připojení speciálního druhu zařízení, jehož nežádoucí vypnutí by mohlo způsobit značné škody (kancelářská technika, výpočetní technika, …). 43
Podmínky uzemnění v síti TN Odpor uzemnění nulového bodu (uzlu) zdroje nebo pracovně uzemněného místa zdroje nemá být větší než 5 Ω (ve ztížených půdních podmínkách je dovolen odpor uzemnění až do 15 Ω). Celkový odpor uzemnění vodičů PEN odcházejících vedení z transformovny včetně uzemněného středu (uzlu) zdroje, nemá však být pro sítě o jmenovitém napětí U 0 = 230V větší než 2 Ω. Pro zajištění včasného odpojení musí pro impedanci poruchové smyčky platit:
kde Zs je impedance poruchové smyčky, Ia je proud vyvolávající ve stanoveném čase automatické odpojení, U0 je jmenovité napětí vodiče vedení vůči zemi a koeficient 1,5 zahrnuje součinitel oteplení vedení, součinitel zahrnující impedance ve spojích, napěťový součinitel zatížené sítě a další. 6.5.2.2.
Dvojitá nebo zesílená izolace
Je ochranné opatření, u něhož: a) základní ochrana je zajištěna základní izolací, ochrana při poruše přídavnou izolací, nebo b) základní ochrana i ochrana při poruše jsou zajištěny zesílenou izolací. Pokud se má toto ochranné opatření uplatnit jako jediné ochranné opatření, musí se ověřit, že obvod nebo část instalace bude během normálního provozu pod účinnou kontrolou tak, aby nebyla provedena žádná změna snižující účinnost tohoto ochranného opatření. Tato ochranné opatření se proto nesmí uplatňovat v žádném obvodě, jenž obsahuje zásuvku nebo, ve kterém by uživatel mohl bez oprávnění měnit jednotlivé elektrické předměty. Elektrické zařízení musí být typově zkoušené a označené jako: -
elektrické zařízení, které má dvojitou nebo zesílenou izolaci (zařízení třídy ochrany II);
-
elektrické zařízení uvedené v příslušné předmětové normě jako ekvivalentní k zařízení třídy ochrany II.
Elektrické zařízení připravené k provozu, jehož vodivé části jsou od živých částí odděleny pouze základní izolací, musí být uzavřena v izolačním krytu zajišťujícím stupeň ochrany minimálně IPXXB nebo IP2X. 6.5.2.3.
Elektrické oddělení
Je opatření, u něhož je: -
základní ochrana zajištěna základní izolací živých částí nebo přepážkami a kryty;
-
ochrana při poruše je zajištěna jednoduchým oddělením odděleného obvodu od ostatních obvodů a od země.
44
6.5.2.4.
Ochrana malým napětím SELV a PELV
Je ochranné opatření, u něhož základní ochrana a ochrana při poruše je zajištěna, pokud jmenovité napětí nemůže překročit horní mez napěťového pásma I tj. 50 V AC a 120 V DC a jsou splněny následující požadavky: -
Zdroje pro SELV a PELV mohou být: -
bezpečnostní ochranné transformátory (ČSN EN 61558-2-6)
-
proudový zdroj zajišťující rovnocenný stupeň bezpečnosti k bezpečnostnímu ochrannému transformátoru (např. motorgenerátor s vinutím zajišťujícím rovnocenné oddělení);
-
elektrochemický zdroj (např. baterie) nebo jiný zdroj nezávislý na obvodu s vyšším napětím (např. generátor poháněný vznětovým motorem).
-
Obvody SELV a PELV musí mít: -
základní izolaci mezi živými částmi a ostatními obvody SELV a PELV a
-
ochranné oddělení od živých částí obvodů, které nejsou SELV nebo PELV (je zajišťováno dvojitou nebo zesílenou izolací popř. základní izolací a ochranným stíněním odpovídajícím nejvyššímu napětí obvodů).
-
Obvody SELV musí mít základní izolaci mezi živými částmi a zemí.
-
Obvody PELV a/nebo neživé části zařízení napájených z obvodů PELV mohou být uzemněny.
-
-
Vidlice a zásuvky v sítích SELV a PELV musí splňovat: -
vidlice nesmí být možné zasunout do zásuvek sítí o jiném napětí;
-
zásuvky musí vylučovat použití vidlice pro jiné napětí;
-
vidlice a zásuvky v sítích SELV nesmějí mít kontakt pro ochranný vodič.
Neživé části obvodů SELV se nesmějí spojovat se zemí nebo s ochrannými vodiči nebo s neživými částmi jiného obvodu.
6.5.2.5.
Ochrana izolací
-
Živé části musí být úplně pokryty izolací, kterou lze odstranit pouze jejím zničením.
-
Jedná se o základní izolaci
6.5.2.6. -
Ochrana kryty nebo přepážkami
Kryty nebo přepážky jsou konstrukční opatření zabraňující dotyku živých částí. Odstranění těchto krytů musí být možno pouze pomocí klíče nebo nástroje, nebo až po samočinném odpojení živých částí přičemž k připojení smí dojít až po nasazení krytu, nebo se pod krytem musí nacházet další kryt zabraňující nahodilému dotyku se stupněm krytí alespoň IP2X.
45
Vodorovný horní povrch krytů nebo přepážek, které jsou snadno přístupné musí zajišťovat
-
krytí aspoň IP 4X. Mezinárodním označení tzv IP kód (IP = International Protection = mezinárodní ochrana, někdy též ingress protection) blíže viz ČSN EN 60034-5. I P XX XX Stupeň ochrany před dotykem nebezpečných částí a před vniknutím cizích pevných těles (0 – 6) Stupeň ochrany před vniknutím vody (0 – 8) Přídavné písmeno (nepovinné) – stupeň ochrany před nebezpečným dotykem (A, B, C, D) Doplňkové písmeno (nepovinné) – doplňková informace (H, M, S, W) První číslice 0 1 2 3 4 5 6
Stupeň ochrany před nebezpečným dotykem vniknutím cizích předmětů bez ochrany bez ochrany dlaní velkých (>50 mm) prstem malých (>12,5 mm) nástrojem (>2,5 mm) drobných (>2,5 mm) nástrojem, drátem (>1 mm) velmi drobných (>1 mm) jakoukoliv pomůckou prachu částečně jakoukoliv pomůckou prachu úplně
Druhá číslice
Stupeň ochrany před vniknutím vody
0
bez ochrany
1
Chráněno proti kapající vodě (při ekvivalentu deště 3–5 mm padající vody za minutu v průběhu 10 minut).
2
Chráněno proti kapající vodě pod sklonem 15°.
3
Chráněno proti stříkající vodě pod úhlem 60° vertikálně (v množství 10 litrů za minutu a při tlaku 80–100kN/m2 po dobu 5 minut).
4
Chráněno proti stříkající vodě z jakéhokoli směru
5
Chráněno proti tryskající vodě (voda míří tryskou o průměru 6,3 mm ve všech úhlech při průtoku 12,5 litrů za minutu při tlaku 30 kN/m2 po dobu 3 minuty ze vzdálenosti 3 metry).
6
Chráněno proti vlnobití (voda míří tryskou o průměru 12,5 mm ve všech úhlech při průtoku 100 litrů za minutu při tlaku 100 kN/m2 po 3 minuty ze vzdálenosti 3 metry).
7
Chráněno proti ponoření do vody (ponoření na 30 minut do hloubky 1 metr). 46
Chráněno proti potopení do vody. Zařízení je schopné nepřetržitého potopení do vody za podmínek, které určí výrobce zařízení.
8 Přídavné písmeno A B C D Doplňkové písmeno H M S W
6.5.2.7.
Stupeň ochrany před nebezpečným dotykem Chráněno před dotykem hřbetem ruky. Chráněno před dotykem prstem. Chráněno před dotykem nástrojem. Chráněno před dotykem drátem. Doplňková informace: Zařízení vysokého napětí Zkoušeny škodlivé účinky vniklé vody jsou-li pohyblivé části (rotor) v pohybu. Zkoušeny škodlivé účinky vniklé vody jsou-li pohyblivé části (rotor) v klidu. vhodné pro použití za stanovených povětrnostních podmínek; krytí je dosaženo dodatečnými ochrannými vlastnostmi nebo metodami.
Ochrana zábranou (zábrany)
Zábrany musí bránit: a) neúmyslnému přiblížení těla k živým částem a b) nahodilému dotyku živých částí pod napětím v běžném provozu. Zábrany mohou být odstraněny bez použití klíče nebo nástroje, ale musí se zajistit tak, aby se zabránilo jejich neúmyslnému odstranění. Zábrany zajišťují pouze základní ochranu a jsou určena pro uplatnění v instalacích, které jsou ovládány osobami znalými nebo poučenými, nebo které jsou pod dozorem těchto osob. 6.5.2.8.
Ochrana polohou (umístění mimo dosah)
Části současně přístupné dotyku s rozdílným potenciálem nesmějí být v dosahu rukou. O dvou částech se předpokládá, že nejsou přístupné dotyku, jestliže jsou od sebe dále než 2,5 m. Ve směru nahoru je to také 2,5 m. V provozech, kde je běžně manipulováno s objemnými nebo dlouhými vodivými předměty, se musí požadované vzdálenosti přizpůsobit rozměrům těchto předmětů. Ochrana polohou zajišťuje pouze základní ochranu a je určena pro uplatnění v instalacích, které jsou ovládány jen osobami znalými nebo poučenými, nebo které jsou pod dozorem těchto osob. 6.5.2.9.
Doplňková ochrana
Proudové chrániče Použití proudových chráničů s vybavovacím reziduálním proudem nepřekračujícím 30 mA se ve střídavých sítích považuje za doplňkovou ochranu v případě selhání opatření základní ochrany
47
a/nebo ochrany při poruše nebo při neopatrnosti uživatelů. Použití takovéto doplňkové ochrany nezbavuje nutnosti uplatnit jedno z ochranných opatřeních popsaných výše. Doplňující ochranné pospojování Toto ochranné pospojování musí zahrnovat všechny neživé části upevněných zařízení současně přístupné dotyku a cizí vodivé části včetně hlavních kovových armatur železobetonu (je-li přístupné). Ochranné pospojování musí být spojeno s ochrannými vodiči všech zařízení včetně zásuvek. 6.5.2.10. Ochranná opatření, která se uplatňují pouze, jestliže provoz instalace je řízený osobou znalou nebo je pod jejím dozorem Nevodivé okolí = neživé části jsou uspořádány tak, aby se osoby za běžných podmínek nemohly současně dotýkat dvou neživých částí, nebo neživé části a kterékoliv cizí vodivé části, v případě, že tyto části mohou mít v případě poruchy základní izolace živých částí různý potenciál. V prostorech s nevodivým okolím nesmí být žádný ochranný vodič. Tyto požadavky jsou splněny, pokud má prostor izolační podlahu a stěny. Odpor izolačních podlah a stěn nesmí být v žádném bodě měření za podmínek stanovených v ČSN 33 2000-6 menší než: -
50 kΩ pro jmenovité napětí instalace do 500 V,
-
100 kΩ pro jmenovité napětí instalace nad 500V.
Ochrana neuzemněným místním pospojováním Vodiče pospojování musí vzájemně spojovat všechny neživé části a cizí vodivé části, které jsou současně přístupné dotyku. Soustava místního pospojování nesmí být v elektrickém spojení se zemí ani přímo ani prostřednictvím neživých nebo cizích vodivých částí. Elektrické oddělení pro napájení více než jednoho spotřebiče Účelem tohoto opatření je, aby se při dotyku neživých částí, které by v důsledku poruchy základní izolace obvodu mohly být pod napětím, zabránilo vzniku proudů způsobujících úraz. Neživé části odděleného obvodu se musí navzájem spojovat izolovanými vodiči neuzemněného pospojování. Takové vodiče se nesmějí spojovat s ochrannými vodiči nebo neživými částmi jiných obvodů nebo s cizími vodivými částmi.
48
7. ELEKTRICKÁ INSTALACE VE ZVLÁŠTNÍCH PŘÍPADECH 7.1. Elektrická zařízení v umývacím prostoru ČSN 33 2130 ed. 2 Umístění zásuvek a spínačů musí být podle obrázku, přičemž je navíc potřeba splnit tyto požadavky: a) zásuvky a spínače mohou být umístěny pouze vně umývacího prostoru. Jsou-li níže než 1,2 m nad podlahou, musí být umístěny alespoň 20 cm od umývacího prostoru. Jsou-li výše, mohou být umístěny těsně u něj. b) zásuvky a spínače mohou být umístěny v umývacím prostoru pouze tehdy, pokud jsou součástí zařízení, bylo na ně v souladu se zákonem Č. 22/1997 Sb. vydáno ES prohlášení o shodě a v montážním návodu je výslovně uvedeno, že zařízení je určené do umývacího prostoru; c) krytí elektrických přístrojů a svítidel a provedení instalace musí odpovídat vnějším vlivům v místnosti, ve které je umývací prostor instalován. Pokud je umyvadlo (umývací dřez) těsně zabudováno do pracovní desky plynule navazující na stěnu za tímto umývacím prostorem, potom tato deska ruší existenci umývacího prostoru pod ní. Za součást umyvadla se nepovažuje okolí umyvadla určené pouze pro odkládání věcí, i když toto okolí spolu s umyvadlem tvoří jeden celek. Zásuvky a spínače mohou být umístěny do umývacího prostoru pouze tehdy, jsou-li součástí zařízení, které je výrobcem určeno k montáži do umývacího prostoru. V montážním návodu to ale musí být výslovně uvedeno!
7.2. Předpisy pro prozatímní elektrická zařízení ČSN 34 1090 7.2.1. Základní pojmy Zařízení staveniště jsou objekty a zařízení obvykle dočasného charakteru, které v době provádění stavby převážně slouží provozním, sociálním a správním účelům dodavatelů stavby a které se zpravidla po skončení stavby ruší. Staveniště je prostor určený projektem organizace výstavby jednoho nebo více objektů, které tvoří stavbu. Staveništěm se rozumějí i prostory určené pro skládky materiálu, zemin apod., pokud slouží přímo stavbě. Prozatímní elektrická zařízení jsou taková, která z důvodů předpokládané krátké doby trvání není ekonomicky nutné provádět tak důkladně jako zařízení určená k trvalému užívání. 7.2.2. Základní ustanovení Obecná ustanovení - pro všechny druhy prozatímních elektrických zařízení platí tato obecná ustanovení: - zařízení smí zřizovat pouze odborník - pracovník znalý s vyšší kvalifikací, 49
- zařízení musí být na vhodném místě, přístupném všem zaměstnancům opatřeno hlavním vypínačem označeným tabulkou (dle ČSN ISO 3864 01 - 8010) a nápisem „Vypni v nebezpečí“, přičemž vedoucí pracovník musí všechny zaměstnance na tento spínač upozornit (v době noční práce musí být tento spínač osvětlen), - zařízení se musí v době mimo provoz vypínat a to i v pracovní době. - zařízení je zakázáno zřizovat v prostředí s nebezpečím výbuchu a požáru snadno zápalných látek a v domácnostech a zemědělských objektech. Zřizování - prozatímní elektrické zařízení se může zřídit u krátkodobých nebo účelových zařízení, pokud po dobu jeho trvání bude zajištěna ochrana osob a věcí. Každé prozatímní zařízení musí být ihned odstraněno nebo nahrazeno definitivním, jakmile zanikl důvod pro jeho zřízení. Odpovědnost - za bezpečný stav prozatímního zařízení od jeho vzniku do demontáže zodpovídá provozovatel. Jiná zařízení - prozatímní elektrické zařízení musí být navrženo a provedeno tak, aby nebyl rušen provoz sdělovacích a radiokomunikačních zařízení. Montáž prozatímního zařízení - prozatímní zařízení smějí zřizovat podle platné dokumentace jen odborníci s předepsanou elektrotechnickou kvalifikací. Demontáž - provozovatel je povinen na vlastní náklad zajistit úplnou demontáž prozatímního zařízení, jakmile se toto zařízení stane provozně bezúčelné. Obytné a zemědělské objekty občanské výstavby - v domácnostech a v objektech zemědělských (s výjimkou nutného osvět lení při výmlatu na dočasných výmlatištích) se prozatímní elektrická zařízení zřizovat nesmějí. Rozdělení - prozatímní elektrická zařízení se dělí na: - prozatímní zařízení na staveništi a demolicích, - prozatímní zařízení v průmyslových a výrobních závodech, na výzkumných, vývojových a podobných pracovištích, - prozatímní zařízení na výstavách poutích a zábavných podnicích, - krátkodobá prozatímní zařízení (nejdéle na 3 dny), - prozatímní zařízení potřebná pro natáčení filmu a televizní přenosy. 7.2.3. Zkoušení prozatímního elektrického zařízení Každé prozatímní elektrické zařízení musí splňovat nařízení dle ČSN 33 2000 4-41 ed 2 na ochranu před úrazem elektrickým proudem a musí být před připojením přezkoušeno a musí být provedena revize. Izolační odpor naměřený na venkovních vedeních za vlhkého počasí přepočtený na 1 km délky nesmí pro zařízení do 1 kV poklesnout pod 24 kΩ (do 10 kV pod 0,8 MΩ a do 22 kV pod 1,6 MΩ). 7.2.4. Prozatímní zařízení na staveništích a demolicích (ČSN 33 2000 - 7 - 704 ed. 2) Obecná ustanovení- pro všechny prozatímní elektrická zařízení na staveništích a demolicích platí tato obecná ustanovení: pro prozatímní zařízení na jakýchkoliv stavbách platí všechna ustanovení ostatních elektrotechnických předpisů. zařízení vn ani nn nesmí být přístupné veřejnosti (stačí označit předepsanou výstražnou tau1kou, která je umístěna na všech směrech kudy je k nim přístup) z hlediska bezpečnosti se elektrická zařízení v tak zvaných hlavních staveništních objektech nepovažují za prozatímní elektrická zařízení a platí pro ně ustanovení ostatních elektrotechnických předpisů ČSN a technických norem. Pro elektrická zařízení v těchto objektech je nutno volit hospodárné řešení elektrické instalace a použít pokud možno elektroinstalačního materiálu a vodičů, které vyhovují pro opakovanou montáž. Hlavními staveništními objekty jsou: 50
objekty sloužící jako pracoviště pro větší počet osob (dílny, montovny apod.), objekty obsahující důležitá nebo nákladná výrobní zařízení (drtírny, betonárny, kompresorovny, výrobny panelů apod.), objekty sloužící ke skladování materiálu velkých hodnot nebo ve velkém množství, elektrické provozovny, elektrická zařízení v provizorních sociálních zařízeních (ubytovny, jídelny, umývárny apod.). pokud tyto objekty budou po skončení stavebních prací na staveništi sloužit jako definitivní, doporučuje se řešit jejich elektrické zařízení již se zřetelem k jejich konečnému určení a použití tak, aby je bylo možno upravit a doplnit na zařízení sloužící pro definitivní účely. v ostatních objektech a pracovištích staveniště lze zřizovat podle potřeby prozatímní elektrická zařízení. prozatímní zařízení musí být pod pravidelným dohledem pověřeného pracovníka znalého s vyšší kvalifikací. Pravidelným dohledem se zde rozumí častá a pečlivá kontrola celého prozatímního zařízení za provozu, okamžitá oprava zjištěných závad (četnost kontrol stanoví prokazatelně organizace před uvedením prozatímního zařízení do provozu). Napojení na veřejnou rozvodnou síť - před zřizováním prozatímního zařízení a jeho připojením na veřejnou rozvodnou síť je nutno předem dohodnout místo a způsob připojení s dodavatelem elektrické energie a je ho možné připojit až po výchozí revizi. Vypínání v době mimo provoz - každé prozatímní zařízení nebo jeho část se musí vypínat nejen v době pracovního klidu, nýbrž i v pracovní době, pokud jej není z provozních nebo bezpečnostních důvodů zapotřebí (v prostorech se zvýšeným nebezpečím požáru musí být vypínač umístěn vně objektu). Elektrická vedení (zejména pohyblivá) nemají být v době, kdy nejsou používána pod napětím. Pojízdné pracovní stroje (např. míchačky) připojené pohyblivým přívodem musí být při přemisťování vždy odpojeny od sítě. Elektrické spotřebiče, které jsou na pevný rozvod připojovány zásuvkami, musí být v době pracovního klidu odpojeny vysunutím vidlic ze zásuvek. Rozvodnice jakéhokoliv druhu a účelu musí být z bezpečnostních důvodů uzamčeny i za provozu nebo uzavřeny tak, aby k jejich otevření bylo nutno použít nářadí, přístupný musí zůstat jen hlavní vypínač). Bezpečnost - ochrana před úrazem elektrickým proudem je provedena samočinným odpojením od zdroje, přičemž navíc musí zásuvky a trvale zapojená ruční elektrická zařízení se jmenovitým proudem do 32 A včetně musí být buď chráněny proudovým chráničem, jehož jmenovitý vybavovací reziduální proud nepřekročí 30 mA, nebo musí být napájeny malým napětím SELV či PELV, nebo jsou napájena oddělovacím ochranným transformátorem. Obvody s proudem vyšším než 32 A se vybaví proudovým chráničem s vybavovacím reziduálním proudem 500 mA. Obsluha - pracovníci pracující na staveništi musí být prokazatelně poučeni o nebezpečí, které by mohlo hrozit z neopatrného a nešetrného zacházení s prozatímním zařízením a musí být poučeni o umístění hlavního vypínače. Za to že je hlavní vypínač je za provozu volně přístupný a schopen vypínání zodpovídá vždy provozovatel zařízení. Poškozené nebo vadné zařízení nesmí být ponecháno dále v provozu a musí být zajištěno před opětovným zapnutím (závady smí odstraňovat pouze odborník s příslušnou elektrotechnickou kvalifikací) Provedení - pro prozatímní elektrická zařízení se doporučuje: prozatímní elektrické zařízení se musí zřizovat se zřetelem k druhu pracovního prostoru, ke stupni a druhu nebezpečí a podle vnějších vlivů. Musí se též přihlížet k druhu provozu a stupni mechanického namáhání zařízení a k stupni kvalifikace osazenstva. zejména se musí používat vodičů, spojovacího materiálu, armatur, přístrojů, spínacích, řídicích a regulačních, odpovídajících prostředí pracoviště. Svorkovnice na strojích, přístrojích a spotřebičích musí být vždy tak upraveny tak, aby vyhovovaly předpisům pro příslušný vnější vliv. vodiče a ostatní součásti elektrického zařízení musí být chráněny před mechanickým a jiným poškozením polohou nebo jiným opatřením.
51
spoje se musí zajistit tak, aby připojovací svorky byly odlehčeny od tahu vodičů a aby vodiče byly zajištěny proti nežádoucímu rozpojení. Transformovny a náhradní zdroje - pro účely staveništního zařízení se doporučuje zajistit dodávku elektrické energie z definitivních transformoven (v předstihu postavených). Kde to není možné, použije se náhradních transformačních jednotek (pojízdné transformovny), nebo u staveb menšího rozsahu se předpokládá napojení prozatímního zařízení na stávající rozvodnou sít‘. V době výpadku veřejné rozvodné sítě, nebo u staveb malých, kde by nebylo hospodárné a časově únosné zajišťovat elektrickou přípojku je možné k zajištění dodávky elektrické energie používat na náhradní zdroje (generátory poháněné naftovými nebo benzinovými motory). Stavba vedení - holé vodiče do 1000 V se umisťují alespoň 5 m nad zemí (je-li vedení 3 až 5 m nad zemí je nutno ochranu před nahodilým dotykem zajistit vhodným krytem, je-li vedení do 3 m chrání se před úmyslným dotykem vhodným krytem, holé vodiče nad zemědělskými plochami musí být 6 m). Všechna rozvodná vedení na stavbách musí být umístěna a řešena tak, aby nenastalo nebezpečí z příčiny nebezpečného dotykového napětí u osob pracujících na stavbě, zvláště na lešeních a aby nebyla dána možnost zavlečení nebezpečných dotykových napětí na kovové konstrukce. V dosahu jeřábu nesmí být žádné vzdušné holé vedení, může zde být vedení provedeno pouze závěsnými nebo zemními kabely, ale obsluha jeřábu musí být s prostorovou situací kabelů seznámena. Trasy kabelů uložených v zemi se volí tak, aby nebyly přejížděny mechanismy a vozidly, kde je to však nezbytné, musí se zabezpečit zvláštní ochrana těchto kabelů před mechanickým poškozením. Při volbě trasy má být přihlédnuto k budoucí zástavbě území a k případné možnosti využití trasy jako definitivní. Pokládat na trasy kabelů těžké předměty nebo hmoty se nedovoluje. Na staveništích všeho druhuje zakázáno kladení pohyblivých šňůr na vozovky. Osvětlení - pro účely montáže přidružené stavební výroby lze uvažovat měrný příkon 12 W/m2 (při průměrném osvětlení 60 Lx). K přechodnému výstražnému osvětlení u výkopů, nebo lešení se použije elektrického osvětlení na bezpečné napětí do 24 V. Svítidla musí být namontovány na nehořlavé a tepelně izolující podložce, nebo upevněny aspoň 20 mm od hořlavé stěny. Vodiče napájecí svítidla se nikde nesmějí dotýkat hořlavých stěn. Pojízdné pracovní stroje (transportéry, míchačky, cirkulárky apod.) - lze připojit na zásuvky pevného rozvodu pohyblivým kabelem, který musí být typu H07 RN-F nebo rovnocenným kabelem odolným proti oděru a vodě. Přenosné elektrické ruční nářadí (elektrické vrtačky, frézy, brusky apod.) - se doporučuje napájet bezpečným napětím. Není-li to z nějakého důvodu možné, smějí se spotřebiče držené v ruce připojit na zásuvky pevného rozvodu nn, jen je-li o bezpečnost obsluhy postaráno vhodnými opatřeními (použitím spotřebičů s dvojitou izolací, oddělením spotřebiče od pevného rozvodu nn izolačním transformátorem, apod.), přičemž spolehlivost spotřebičů musí být kontrolována ve stanovených lhůtách. Přístroje pro odpojování a spínání - každý hlavní i každý podružný rozváděč musí obsahovat přístroje pro spínání a odpojování přívodu napájení. Na přívodech ke všem elektrickým spotřebičům, u nichž by pro odstranění nebezpečí mohlo být nutné odpojení všech vodičů pod napětím, musí být instalována zařízení pro nouzové vypínání. Přístroje pro odpojování silového přívodu musí být možno zajistit ve vypnuté poloze (například visacím zámkem, nebo umístěním uvnitř uzamykatelného krytu). Rozvaděče - napájení všech elektrických zařízení, která se používají na staveništích či demolicích musí být zabezpečeno pomocí staveništních rozváděčů. Ty musí obsahovat nadproudovou ochranu, zařízení zajišťující ochranu před nebezpečným dotykem neživých částí a zásuvky pokud jsou požadovány. Skříně rozvaděčů a rozvodnic v žádném případě nesmějí být zapuštěny do hořlavé podložky a musí být chráněny před zatékáním vody - krytí neméně IP23.
52
Ochrana před účinky blesku - pro ochranu před účinky atmosférické elektřiny je nutno i prozatímní zařízení na staveništích či demolicích opatřit hromosvody (ČSN EN 62305). Pokud jsou v rámci zařízení staveniště projektovány a dodávány kovové konstrukce (kovové lešení, jeřáby, velké kovové nádrže apod.), musí být v každém případě uzemněny. 7.2.5. Prozatímní elektrická zařízení v průmyslových závodech Prozatímní zařízení je zde dovoleno zřizovat jedině v případech nezbytné nutnosti, např. při prozatímním postavení nebo přemístění strojů, při prozatímním napájení strojů, při poruše na přívodu, při zkoušce strojů před odesláním (funkční a záběhové zkoušky) a pro krátkodobé osvětlení pracoviště. Mohou být zřízena jen s písemným souhlasem vedení závodu, v němž má být zřízeno a to po dobu co nejkratší, nejvýše půl roku. Zřizovat prozatímní zařízení v prostorách mokrých nebo s chemickým působením se nedoporučuje, v prostorách s nebezpečím požáru nebo výbuchu se zakazuje. Prozatímní zařízení musí být odstraněno ihned, jakmile pominul důvod pro jeho zřízení (za odstranění zodpovídá vedení závodu nebo pověřená osoba, která má předpokládanou elektrotechnickou kvalifikaci. Zřízené prozatímní zařízení musí být pod pravidelným dohledem odborníka s elektrotechnickou kvalifikací. před prvním zapnutím je povinen ten kdo prozatímní zařízení zprovoznil (pracovník znalý s vyšší kvalifikací) prokazatelně poučit vedoucího dílny i ostatní zaměstnance o snížení bezpečnosti a také o nutnosti odpojení celého prozatímního zařízení při poruchách nebo při skončení každé pracovní směny. Zřízené prozatímní zařízení musí mít vždy vypínač, kterým lze celé zařízení spolehlivě vypnout, přičemž vypínač musí být výrazně označen červeným kruhem a výstražnou tabulkou s nápisem „Vypni v nebezpečí“ a musí být snadno přístupný a musí o něm být informováno celé osazenstvo pracoviště. Pro výstavbu prozatímního zařízení musí být použito vodičů i přístrojů podle vnějších vlivů a povahy práce, a to buď vodičů nebo rovnocennou uloženou v instalačních trubkách nebo jiných vodičů se stejnou mechanickou pevností, aspoň částečně ochráněných před mechanickým poškozením polohou nebo jiným zvláštním opatřením. Vodiče i přístroje se musí před použitím bedlivě prohlédnout, zda jsou, v dobrém stavu. Připojení větších zařízení je nutno provést na rozváděč s vypínači a jistícími a chránícími prvky. Všechny svorkovnice i spoje vodičů musí být zakryté a spoje mimo rozvaděč musí být navíc zajištěny proti samovolnému rozpojení. 53
7.2.6. Prozatímní zařízení na výstavách poutích a zábavných podnicích Rozvodná vedení nn v nechráněných venkovních prostorách musí být provedena vodiči H07VV nebo H07RN popřípadě podobnými. Vodiče musí být alespoň 3 m nad zemí a v místech, kde projíždějí vozidla alespoň 6 m nad zemí. Oplášťované kabely nebo vodiče s dvojitou izolací je možno uložit i na zem, ale musí se chránit před mechanickým poškozením.
54
