ATEKO 2008
ZEMNÍCÍ SOUSTAVY V PROST EDÍ S VLIVEM BLUDNÝCH PROUD Ing. Bohumil Ku era JEKU s.r.o., Limuzská 8, 100 00 Praha 10 –Strašnice WWW.JEKU.CZ,
[email protected] +420 272 702 597, +272 011 090, +420 602 425 204
ATEKO 2008
2
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
Anotace: ednáška se zabývá návrhem zemnících soustav v pros edí s výskytem bludných proud . Popsán je postup p i návrhu zemnící soustavy a volb ochranných opat ení p ed vlivy bludných proud . S ohledem na nový soubor norem SN EN 62305 mají doporu ení pro navrhování zemnících soustav však platnost širší a lze je využít p i všech b žných ešeních zemnících soustav.
1. Úvod Tato p ednáška byla p vodn p ipravena s respektováním norem SN 33 2000-5-54 (1996) a SN 33 2000-4-41 (2000) a dále s ohledem na zavedené postupy p i navrhování ochrany staveb p ed ú inky bludných proud . V minulých dvou letech byly však tyto normy podrobeny zásadním revizím a jejich nová vydání (edice 2) byla dopln na o novou pr ezovou normu SN EN 62305-1 až-4 (2006) nahrazující normu SN 34 1390. Soubor norem SN EN 62305 pak dopl uje velmi obsáhlá norma SN 33 3201 (2002). Z hlediska ochrany staveb p ed ú inky bludných proud došlo k posunutí termínu vydání revidovaných rezortních p edpis SR5/7(S) a TP 124; nejen ze shora uvedených d vod probíhá v sou asné dob ke korekcím návrhu jak služební rukov ti SR5/7(S) v p sobnosti SŽDC, tak TP 124 v p sobnosti MD R.
2. Sou asný stav p i návrhu ochranných opat ení proti ú ink m bludných proud . V roce 2007 na konferenci ATEKO byla p ednesena podrobná p ednáška o novele shora citovaných edpis pro ochranu betonových konstrukcí p ed ú inky bludných proud . P edm tem diskutované revize jsou p edpisy s plným názvem:
Služební rukov SR 5/7(S) Ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud staveb železni ního spodku, p edpoklad vydání p elom roku 2008/2009. Materiál již není vydáván eskými drahami, ale SŽDC s.o.
Technické podmínky TP 124 Základní ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud na mostní objekty a ostatní betonové konstrukce pozemních komunikací, p edpoklad vydání p elom roku 2008/2009. Materiál vydává MD R, jako doposud. Na každý z t chto materiál navazují metodiky pro m ení vlivu bludných proud (SR-DEM a MPDEM), s datem vydání shodným nebo blízkým. Oba tyto materiály jsou již v zásad uzav eny a p ipraveny k edici. Z hlediska obsahu všech dot ených materiál platí rozsah p ednášky prezentovaný v roce 2007 pod hlavi kou ATEKO zejména z hlediska princip ešení beze zm ny. Snaha o plnou kompatibilitu obou materiál nebyla zcela úsp šná a tak se oba materiály v kone né podob v drobnostech odlišují. Rozdíly jsou p edevším dány rozdílem používaných konstrukcí jednotlivých staveb. Zatímco SR 5/7(S) je p ísn ur ená pro stavby SŽDC, materiál TP 124 je mnohem otev en jší a zahrnuje i širší problematiku, tj. nap . dotýká se metra, tramvajových drah, eší i nemostní objekty. Z hlediska SN EN 50162 se jedná o materiál univerzáln jší, by se nejedná o rozdíly zásadní. V tomto smyslu se technické podmínky TP 124 dotýkají také zemnících soustav. Další související p edpisy, které je nutno respektovat p i navrhování ochrany staveb p ed ú inky bludných proud jsou zejména: • SN EN 50162 „Ochrana p ed korozí bludnými proudy ze stejnosm rných proudových soustav“ • SN 03 8350 a SN 03 8372 (pro ostatní pozemní stavby mimo rezort dopravy neexistoval žádný závazný p edpis, nyní SN EN 50162)
ATEKO 2008
3 • • • • • • • • • • • •
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
SN EN 50 122-2 Trak ní za ízení – Pevná trak ní za ízení, ást 2: Ochranná opat ení proti ink m bludných proud SN 34 1500 P edpisy pro elektrická trak ní za ízení SN 737507 Projektování tunel pozemních komunikací SN 737508 Železni ní tunely SN 33 2000-4-41 Elektrotechnické p edpisy - Elektrická za ízení - ást 4: Bezpe nost - Kapitola 41: Ochrana p ed úrazem elektrickým proudem SN 33 2000-4-41 – ed 2 Elektrické instalace nízkého nap tí - ást 4-41: Ochranná opat ení pro zajišt ní bezpe nosti - Ochrana p ed úrazem elektrickým proudem SN 33 2000-5-54 Elektrotechnické p edpisy. Elektrická za ízení. ást 5: Výb r a stavba elektrických za ízení. Kapitola 54: Uzemn ní a ochranné vodi e SN 33 2000-5-54 – ed 2 Elektrotechnické p edpisy. Elektrická za ízení. ást 5: Výb r a stavba elektrických za ízení. Kapitola 54: Uzemn ní a ochranné vodi e SN 33 3201 Elektrické instalace nad AC 1 kV SN EN 62305-3 Ochrana p ed bleskem - ást 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpe í života Podmínky pro z izování staveb a jiných objekt nebo za ízení v ochranném pásmu metra (p edpis DP Metro) Další rezortní p edpisy, technické podmínky apod.
ipome me si stru postup p i navrhování ochranných opat ení na stavbách v prost edí s vlivem bludných proud . • Investor v souladu se stavebním zákonem, resp. SN EN 50162 a TP 124 stanoví požadavek na zahrnutí ochrany stavby proti korozi do celkového ešení stavby. • Generální projektant v rámci zpracování dokumentace ve stupni pro územní ízení zajistí zpracování podrobného pr zkumu ve smyslu TP 124, l.4.2.1, resp. SN 03 8370, l.14. • V p ípad , že podrobný pr zkum prokáže existenci potenciálních zdroj bludných proud , zajistí ed dalším stupn m zpracování projektové dokumentace základní korozní pr zkum, v opa ném ípad se základní pr zkum nezpracovává, ochranná opat ení se nenavrhují. • Základní korozní pr zkum v etn vyhodnocení je základním podkladem pro zpracování projektové dokumentace stavby ve stupni dokumentace pro stavební povolení. • V p ípad , že stavba se nachází v lokalit , kde byl stanoven stupe ochranných opat ení .4 nebo .5, zpracovává specializované pracovišt spole s projektantem stavby samostatnou ást projektové dokumentace. Pro ú ely stavebního povolení se zpracuje stru ný dokument, který rekapituluje výsledky základního korozního pr zkumu a stupe ochranných opat ení (p ípadn jej doplní k p edloženým výsledk m) a stanoví zásady pro návrh ochranných opat ení pr ezov p es všechny dot ené profese tak, aby stavební ešení bylo definováno jižve stupni PD pro stavební povolení. • V rámci zpracování projektové dokumentace pro výb r dodavatele nebo pro realizaci stavby m že být tato PD rozpracována do detail a dopln na požadavky na instalaci diagnostiky koroze výztuže a na ení vlivu bludných proud . Tato PD však již nemusí být vypracována v p ípadech, kdy stupe ochranných opat ení a postavení zdroj bludných proud (výsledky základního korozního pr zkumu) vyžadují pouze dopdržení základních princip tak, že si je projektanti staveb a ostatní specialisté zahrnou do PD sami.
3. Sou asný stav p i návrhu zemnících soustav. Požadavky na navrhování zemnících soustav nejsou, resp. nebyly striktn definovány normou. Byly definovány požadavky na parametry uzemn ní (2 , 5 , 15 , i 20 ), provedení zemnící soustavy bylo definováno obecn jako strojený, i obvodový zemni . Norma SN 33 2000-5-54 z roku 1996 tyto pom ry upravila v tom smyslu, že up ednostnila, by ne zcela transparentn , používání základových zemni . Mj. jiné také definovala omezující podmínky pro dimenzování základových zemni .
ATEKO 2008
4
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
V norm SN 33 2000-5-54 (1996) Elektrická za ízení, ást 5: Výb r a stavba elektrických za ízení, Kapitola 54: Uzemn ní a ochranné vodi e se uvádí: l.542.1N2: Požadované parametry: - zemní odpor - p ípustné nap tí na uzem ovací soustav - p ípustné dotykové a krokové nap tí - proudová zatížitelnost - mechanická pevnost a korozní odolnost l.542.1N2.5.2: i m rném odporu pod 50 m a v lokalitách s vlivem BP volí pr ezy úm rn v tší dle výsledk korozního pr zkumu dle SN 03 8372. l.542.1.3 Musí se provést opat ení, aby se zabránilo nebezpe í poškození jiných kovových ástí elektrolytickou korozí. S poznámkou: musí se respektovat možnost vlivu koroze na ocel a aplikovat katodická ochrana. l.542.2 Zemni e: - ty ové nebo trubkové - páskové nebo drátové - deskové (nedoporu ují se) - základové … kovové výztuže v betonu l.542.1N2.4.1 stanovuje proudovou zatížitelnost zemni e v p a v betonu. Pro dobu 1 s je dovolená proudová hustota vystupující z betonového zákrytu ve stysku se zeminou 1100 A/m 2. l.542.1.N2.4.3 Pro ur ování pr ezu zemni p i Ik = 1s se použije výpo et S= ( (I2.t))/k (k= pro Cu 159 až176, a pro Fe 58 až64)
Zm nou norem v letech 2006 až 2007 dochází k p eskupení ustanovení týkajících se požadavk na uzemn ní a p epracování požadavk na zemnící soustavy. Ustanovení z SN 332000-5-54 shora uvedená v edici 2 jsou p eskupená a nejsou tak p ehledn zpracována jako v norm p vodní. V norm se objevují ustanovení týkající se požadavk na využití základových zemni – tedy výztuže v betonu. V úvodní stati normy je již zakotven odkaz na provedení uzemn ní dle SN EN 62305. V norm jsou uvedeny vzorce pro výpo ty základních typ zemni –pro ty ový, kruhový, páskový a ížový. Norma SN 33 3201 Elektrické instalace nad 1 kV je velmi obsáhlá a zabývá se problematikou instalací systém nad 1 kV z r zných hledisek. Problematice uzemn ní je v nován podstatný prostor, a to jak v úvodní ásti, tak v kapitole 9. Rozpracována je kapitola dimenzování zemni . Zajímavé je, že metody výpo tu uzemn ní v p ílohách K, L a M jsou odlišné od shora uvedené normy. Uvedené výpo ty více odpovídají výsledk m úkol publikovaných v našich podmínkách (EGÚ Brno). V p íloze R jsou krátce zmín ny požadavky na využití výztuže v betonu pro zemn ní. Nov a nejpodrobn ji, ale také nejmén kvalifikovan jsou požadavky na uzemn ní uvedeny v norm SN EN 62305-3. Temto t etí díl normy se snaží podrobn zabývat problematikou ešení zemnících soustav. V textu se však vyskytuje ada špatných p eklad a technicky nep ijatelných ustanovení minimáln pro naše podmínky. edevším norma nev domky navazuje ma shora uvedené rezortní p edpisy v ásti požadavk na prova ení výztuže. Správn up ednost uje založení zemnících soustav do betonu a využití výztuže pro tyto ú ely ( l.4.3 a
ATEKO 2008
5
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
íloha E.4.3, E.5.4.). Speciální pozornost si zasluhuje p íloha E.5.6.2. Tato p íloha, která by mohla být i z hlediska koroze významná, zanáší v ad ustanovení do problematiky zmatek a polopravdy, které je t eba uvést na pravou mítru. Týká se zejména korozních vztah mezi strojenými a základovými zemni i a volby materiál zemni . V norm (ale i v norm SN 33 3201) se propagují m né zemni e s omezením daným národní poznámkou upozor ující na cenu m di, uvádí se výroky typu „potenciál mezi m dí v zemi a železobetonem je pravd podobn 1V“. K této norm se p ipravuje v sou asné dob technická informace TNI 34 1390, která, bohužel, do takto komplexn ešené a složité problematiky zanáší chaos a celou normu deformuje sm rem k preferenci ur itých systém , i dokonce výrobk . V sou asné dob není zcela z ejmé, jakou dostane materiál podobu, je však ur itá nad je, že do TNI se poda í implementovat základní požadavky a postupy pro návrh zemnících soustav s využitím základových zemni a definováním požadavk na prova ování výztuže tak, jak budou uvedeny i v rezortních edpisech TP 124 a SR 5/7(S).
4. Volba uzem ovací soustavy i návrhu zemnící soustavy je nutno splnit ustanovení shora uvedených norem. P i návrhu, který vyžaduje odlišné ešení (nap . p i návrhu zemnící soustavy v podmínkách zvýšené agresivity) se doporu uje využít dostupnou literaturu1. Tato ešení však je nutno korigovat s ohledem na soubor norem SN EN 62305. Je t eba si uv domit, že dle tohoto souboru norem se na uzem ovací soustavu nahlíží jako na sou ást Farradayovy klece z hlediska ochrany vnit ního prostoru pro ú ely vyrovnání potenciálu. Z pohledu této normy je využití výztuže v betonu klasifikováno jako významné opat ení p ispívající k celému komplexu ochrany proti p ep tí. V tomto smyslu se trochu vymyká požadavek na prova ení výztuže v rastru 1x1 m ve všech svislých a vodorovných st nách… Uzem ovací soustava je tvo ena vodorovnými páskovými a drátovými vodi i, základovým zemni em – tedy výztuží v betonu nebo založením strojeného zemni e do vyrovnávacího (podkladního betonu) a jejich kombinací. V ad p ípad lze využít i zemni e náhodné. Je t eba upozornit, že shora citované normy p ipouští pro využití uzemn ní liniových za ízení –je navrženo tuto snahu omezit ustanovením v TNI 34 1390. Shodné omezení bylo zakotveno do návrhu podnikové normy Pražské energetiky (PRE) pro uzemn ní. Pro návrh zemnící soustavy je nutno vycházet jednak z uvedené SN EN 62305, kdy uzem ovací soustava je chápána jako sou ást hromosvodu, p esn ji LPS (Lightning protection system – vn jší hromosvodová ochrana), ale také z požadavk na bezpe nost osob vyplývající z poruchových stav a p echodových jev . Nesta í tedy jen ur it správn t ídu LPS dle SN EN 62305, ale i dle jiných norem je t eba vyhodnotit výkon za ízení, které je t eba uzemnit a vzdálenosti mezi za ízením a uzemn ním. D vodem je dimenzování pr ez zemnící soustavy a dotyková nap tí na uzlu zdroj nebo nyní „ochranných“p ípojnic. Samoz ejm p i návrhu zemnící soustavy je nutno respektovat napájecí soustavu, ve které se pohybujeme – distribu ní soustavu energetiky, napájecí systém dráhy apod. Spodní stavby a jejich zp sob založení zpravidla poskytují dostatek možností, jak zemnící soustavu ešit. Jedná se zejména o: - záporové pažení - železobetonové vany a desky - železobetonové piloty - vyrovnávací beton pod základovou deskou - milánské st ny - mikropiloty - nelze využívat trvalé ani do asné zemní kotvy - nelze využívat samotné ocelové prvky (strojené zemni e) v ochranných pásmech drah ani jiná liniová za ízení
1
Nap . Uzem ování elektrických za ízení, A.Ko vara, Elektro, sv.26, 1995, apod.
ATEKO 2008
6
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
5. Postup p i návrhu zemnící soustavy v podmínkách s vlivem bludných proud . Postup p i ešení ochrany stavby p ed ú inky bludných proud byl podrobn analyzován na konferenci ATEKO v roce 2007 v rámci informace o novele p edpis SR 5/7(S) a TP 124 „Revize p edpis pro navrhování ochranných opat ení proti ú ink m bludných proud TP 124, SR5/7(S) a metodiky m ení DEM“. Postup p i ešení ochrany stavby p ed ú inky bludných proud je uveden shora. Pro návrh zemnící soustavy je nezbytné dodržet tyto kroky (zajiš uje projektant): - seznámit se s výsledky ZKP - pokud je stanoven stupe ochranných opat ení do st. opat ení 3, není nezbytné navrhovat speciální zemnící systémy, není však na škodu volit systém s vyšší životností (s p ihlédnutím k SN EN 62305) - pokud je stanoven stupe ochranných opat ení .4 nebo 5 je nutno navrhnout zemnící soustavu se zvýšenou životností - je nutno se seznámit s ešením spodní stavby a založením - navrhnout systém zpravidla využívající stavební prvky, p ípadn s dopln ním strojených zemni - provést kontrolní výpo et - zpracovat do výkresové a textové ásti - m ení v terénu –ov ení kvality zemnící soustavy –díl í a celkové m ení
Z hlediska postupu zpracování PD se postupuje takto: Dokumentace pro územní ízení. Projektant uzemn ní a hromosvodu do projektu uvede na základ dostupných podklad edpokládané principy ešení uzemn ní a hromosvodu a dále p edpokládané za azení stavby do t ídy LPS asto jen odhad). Projekt pro stavební povolení. V PD se uvedou principy ešení, rozsah zemnící soustavy, volba systému svod a vazbu na hromosvod. Na základ stanovené t ídy LPS dle SN EN 62305 projektant navrhuje uzemn ní (a hromosvod). Podkladem pro ešení jsou stavební výkresy založení stavby, dispozice, ezy budovou, výkresy nebo popis plášt a ešení st echy, pokud jsou tyto podklady k dispozici. Projektant uzemn ní a hromosvodu seznámí na základ koordina ních porad zejména projektanta stavby, architekta a statika s návrhem koncepce ešení a požadavku na využití ur itých ástí staveb pro ú ely ešení zemnící soustavy a hromosvodu tak, aby v dalším stupni PD již bylo možno spole vypracovat detaily zasahující do stavebního ešení. P i návrhu zemnící soustavy projektant zohlední požadavky na ochranu p ed korozí vyplývající z SN EN 50162. i návrhu zemnící soustavy v ochranném pásmu drah se tato skute nost vyzna í, ve výkrese se uvede ochranné pásmo dráhy a ešení se p izp sobí požadavk m dot eného správce dráhy. ešení je nutno v rámci tohoto stupn PD projednat. Dokumentace pro výb r zhotovitele. V dokumentaci pro výb r zhotovitele je nutno rozd lit ešení (hromosvodu a) uzemn ní do jednotlivých ástí projektu stavby. Požadavky na využití výztuže a její prova ení musí být zahrnuty do ásti statiky. Požadavky na stavební úpravy vyplývající nap . z požadavku na pr chod st ešní krytinou nebo kotvení svod do plášt stavby i využití ocelových konstrukcí oplášt ní stavby je nutno zahrnout do stavební ásti (zejména požadavky na svary, nýty, pr chodky, vývody z výztuže apod). Pro správnou specifikaci je nezbytná meziprofesní spolupráce.
ATEKO 2008
7
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
V projektu uzemn ní a hromosvodu budou specifikovány zejména strojené zemni e, napojení na vývody ze železobetonových konstrukcí, zakon ení vývod z uzemn ní a hromosvod , p echod na hromosvodovou soustavu na st eše, strojené svody a jíma e a za ízení související. Projekt pro provedení stavby. V rámci realiza ní dokumentace je nezbytná meziprofesní kooperace. Zejména, navrhuje-li se prova ení výztuže z jakéhokoliv d vodu, je nutné, aby si projektant uzemn ní a hromosvodu vyžádal výkresy výztuže spodní stavby a v n kterých p ípadech i nadzemních ástí a do nich vyzna il (skicou, p ehledovou kresbou) principy prova ení výztuže. Principy prova ení výztuže lze navrhnout pouze na základ seznámení projektanta uzemn ní a hromosvodu s výkresy výztuže (statikem). Podkladem je rozložení výztužných prvk a jejich profil, místa stykování výztuže, informace o použití p edpínací výztuže. Je zakázáno používat p edpínací výztuže pro ú ely uzemn ní nebo hromosvodu, resp. svod . Z hlediska požadavk na pospojení a vyrovnání potenciálu lze p edpínací výztuže zahrnout pouze výjime ných ípadech a pouze postupem stanoveným normou, pokud to systém p edpínání umožní. K p edpínací výztuži samotné je však zakázáno cokoli p ipojovat, zejména ji sva ovat. Návrh prova ení výztuže p ipravený projektantem uzemn ní (a hromosvodu) schvaluje a p ípadn koriguje statik. Detaily související se zásahem do stavební ásti projektu uvede projektant uzemn ní hromosvodu ve své dokumentaci a zárove je p edá k dalšímu zapracování projektantovi stavby. Pozn.: Detaily dotýkající se stavební ásti (pr chodky, prova ení apod.) nezahrnuté do stavební ásti PD nebudou s velkou pravd podobnosti stavbou provedeny.
6. Technické ešení zemnící soustavy Jak užbylo uvedeno shora z d vodu korozního namáhání se navrhují zemnící soustavy se zvýšenou životností. Možností je ada. Byla jižzmín na možnost volby nerezových strojených zemni , jedna z b žn aplikovaných metod je zdvojení zemnících pásk nebo zvýšené zinkování. Vhodnou volbou náhodných zemni lze zvolit nap íklad záporové pažení jako systém uzemn ní s velkou životností. Všeobecn up ednos ovaným systémem je však volba základových zemni , tj. využití výztuže v betonu nebu založení strojeného zemni e do vyrovnávacího betonu. O vlastnostech výztuže v betonu jako zemni e jižbyla publikována ada prací (zejména EGÚ Brno v osmdesátých letech 20 století). V poslední dob je vhodné odkázat na publikovanou p ednášku z roku 2006 „Limity pro použití anorganických povlak p i ochran kovových úložných za ízení proti korozi“, Josef Polák, Otakar lupek, 15. Workshop PS, 2006. Princip ochrany zemni e spo ívá ve využití pasiva ních schopností železa v alkalickém prost edí betonu. Zjednodušen lze uvést, že ochranná pasiva ní vrstva na výztuži v alkalickém prost edí s dostate vysokým pH (12) vytvá í ochrannou bariéru p ed snadným korozním rozpoušt ním oceli. Diskuse je vedena pouze v efektivnosti zemnící soustavy ve vztahu k volb využití té které ásti spodní stavby. P ednáška up ednost uje ukládání výztuže nebo zemni do mén kvalitních beton s ohledem na vodot snost beton . Zkoušky na konkrétní stavb umíst né t sn nad metrem tuto filozofii z hlediska m rného odporu betonu áste potvrzují, nebo skute byla prokázána rozdílná velikost m rného odporu vyrovnávacího betonu, betonu základové desky (tj. u betonu s dostate nou vodot sností a pevností) a nap íklad betonu s krystaliza ní p ísadou. Na obrázku je uvedena závislost m rného odporu betonu od doby betonáže po dobu jednoho roku. Nejnižší hodnoty náleží vyrovnávacímu (podkladnímu) betonu, hodnoty st ední náleží betonu s krystalizací a hodnoty nejvyšší náleží betonu nad betonem s krystalizací; s postupujícím asem (zráním betonu) se tento rný odpor betonu nad krystalizací zv tšil ažnad hodnotu m rného odporu betonu s krystalizací.
ATEKO 2008
8
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
Obr. 1 M rný odpor betonu v r zných vrstvách a provedení
Jednalo se o m ení m rného odporu betonu na stavb paláce T šnov v Karlín . Do jednotlivých vrstev betonu byly umíst ny sondy pro m ení Wennerovou metodou s vyvedeným snímáním hodnot do m icí sk ín . Pro zemnící soustavu byly využity výztuže ve velmi kvalitním betonu pilot a základové desky. Hodnoty zemního odporu zemnící soustavy dosahovaly hodnot:
ATEKO 2008
9 Tab. 1 –Výsleky m
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
ní zemního odporu metodou vzdálené zem jednotlivých pilot
pilota . 99 100 108 89 97 73
Zemní odpor ] 0,93 1,25 0,82 0,56 1,01 1,08
Jedná se o typické hodnoty dosahované u v tšiny založených pilot s m rným odporem p dy do 100 ohm.m i více
Tab. 2 –M ení zemního odporu metodou vzdálené zem berlínských st n
pažnice . pažnice 1 pažnice 2
Zemní odpor ] 1,53 0,89
Pozn.1: Zemním odporem se rozumí m ení vývodu z výztuže pilot nebo jedné pažnice v i zemi metodou vzdálené zem dle SN 33 2000-5-54 v p vodním zn ní, resp. SN 33 3201. P esn ji je metoda popsána nap . v publikaci „Uzemn ní a jeho m ení“, V.Novotný, SNTL 1973 Pozn.2: Zjišt né hodnoty m rného odporu p dy se nachází v závislosti na m ené ekvivalentní hloubce 0,75 až7,5m v intervalu 43,7 až51,2 Ωm.
Podobné výsledky jsou dosahovány na všech stavbách, kde jsou pro ú ely zemnící soustavy využity výztuže základové desky. Praxe prokazuje, že založení zemnící soustavy do vyrovnávacího betonu nebo základové desky nemá z hlediska kone né hodnoty zemního odporu podstatný význam. Naopak je prokázáno, že b žný vyrovnávací beton není navrhován s požadavkem na speciální pevnost nebo kvalitu. Trhliny a deformace se p ipouští, kvalita betonu umož uje trvale zvýšenou nebo trvalou vlhkost v celé tlouš ce vyrovnávacího (podkladního) betonu. P es tyto nevýhody je samoz ejm výhodné pro ú ely zvýšené ochrany zemnící soustavy proti korozi (p ed ú inky bludných proud ) využívat i tento beton. Zejména je tato varianta ípadná pro systémy uzemn ní zakládané pod vodot sné systémy izolací.
Obr.2. Stanovení zemního odporu m ížové soustavy
ATEKO 2008
10
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
Zastavme se stru u návrhu m ížové soustavy. asto jsou vedeny diskuse, jaká hustota m íže je pot ebná. Z hlediska zemního odporu dle shora uvedených obrázk a výpo p evzatých nap . z publikace „Uzem ování elektrických za ízení“ A.Ko vara, STRO-M, svazek 26, knižnice elektro, 1995 vyplývá, že optimální m íždosáhneme rastrem p ibližn 20x20 m. Zahuš ování sít jižnemá vliv na kvalitu uzemn ní, rozhodujícím ukazatelem není hustota sít , ale její celková plocha. Zahušt ní sít však m že být požadováno nap . z d vodu zvýšené životnosti soustavy nebo dimenzování povrchu zemni e. Podle nové SN EN 62305 je optimální zemnící soustava s rozte í ok 10x10 m. Budeme tedy prodražovat náklady na uzemn ní tém na dvojnásobek s efektem v kvalit uzemn ní o cca 8% - ovšem pod záminkou princip Farradayovy klece. O požadavku normy lze jist s úsp chem pochybovat. Na druhou stranu p i volb systému základových zemni je tato diskuse nadbyte ná a dotýká se problematiky jen definovaným rozsahem prova ení výztuže. i využití základových zemni postupujeme dle citované publikace „Uzem ování elektrických za ízení“. Základní výpo ty jsou uvedeny na dalších obrázcích. Jednotlivé konstanty jsou uvedeny v nomogramech v citované publikaci.
Obr.3. P íklady výpo
základových zemni
pro r zná uspo ádání spodních staveb.
ATEKO 2008
11
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
i opakovaných praktických p íkladech v praxi dojdeme k záv ru, že detailní odlišnosti založení na výsledný zemní odpor nemají až tak zásadní vliv. Zásadním ovliv ujícícm faktorem je m rný odpor p dy v r zných vrstvách a rozm r stavby.Obecn však platí, že p i volb základových zemni je dosahována velká životnost zemnící soustavy a p edevším velmi dobrá kvalita takové soustavy. i zemnící soustav dle obrázku 3 vpravo je nutno jednotlivé dí í zemni e doplnit vhodným propojením strojeným zemni em, nebo vodi i pospojení – tj. nap . zemnícími pásky uloženými v nezbytném ípad i nad systémem izolací, avšak dob e propojenými s výztuží spodní stavby. Na dalších obrázcích jsou uvedeny praktické p íklady založení zemnící soustavy. Vlevo je patrné záporové pažení, které lze využít i pro ú ely zemnící soustavy, na dn stavební jámy je vyrovnávací beton s p ipravenými vývody z výztuže z pilot. Na pravé stran obrázku je p íklad provedení armokoše piloty s vývodem z výztuže pro ú ely uzemn ní.
Obr.4. P íklady praktického ešení zemnící soustavy.
ATEKO 2008
12
Obr.5. P íklad ešení uzemn ní v silni ním tunelu.
Obr.6. P íklad provedení vývodu z prova ené výztuže
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
ATEKO 2008
13
JEKU s.r.o.
www.jeku.cz
Vývody z prova ené výztuže je nutno používat typové a schválené – nap . dle TP 124. V sou asné dob jsou zavedeny vývody pro venkovní použití nebo pohledové ešení z nerezové desky a erné výztuže tak, aby bylo možno vývod p iva it b žným zp sobem na stavb . Na obrázku 6 je uveden p íklad vývodu ve sloupu ur ený jak pro kontrolní m ení vlivu bludných proud , tak pro kontroloní m ení prova ení výztuže ve sloupu a pro ú ely p izem ovacího bodu.
UPOZORN NÍ: V praxi se lze ojedin le setkat s ešením, kdy zemnící soustava je bu : -
-
odd lena od spodní stavby a železobetonové konstrukci se vyhýbá z d vodu ochrany p ed ú inky bludných proud . Toto ešení je opodstatn né jen ve speciálních p ípadech, a to zejména, pokud je spodní stavba vybavena systémem vodot sných izolací. Je-li taková stavba vybavena systémem pilot s vetknutou výztuží do základové desky, nemá ešení opodstatn ní, využije se výztuže pilot a prova ení výztuže pilot v základové desce. rozd lena ást uzemn ní od ásti pospojení na vn jší stran staveb – tj. svody jsou pospojeny p es pr razky. Toto ešení zcela pozbývá smyslu s ohledem na související ustanovení norem SN 33 2000-4-41 a nem že být ú inné, pouze m že vést ke zhoršení pom ve stavb p i p echodových jevech a ú incích blesku. V sou ané dob jsou ob nestandardní ešení eliminována ustanoveními SN EN 62305 a bude v ad speciálních p ípad (stavby na metru apod.) velmi komplikované se s návrhem uspo ádání zemnící soustavy vypo ádat.
7. Požadavky na prova ování výztuže
ATEKO 2008
JEKU s.r.o.
14
www.jeku.cz
Ve stavebnictvbí v R se používá výhradn žebírková výztuž z oceli t ídy 10.505.0 nebo 10.505.1 se zaru itelnou sva itelnosti výztuže. Podmínky pro sva ování výztuže jsou definovány p edpisem a normou2. Výztuž sva uje dle t chto p edpis výhradn osoba s kvalifikací pro sva ování výztuže. Pro ú ely elektrického definovaného pospojení a vyrovnání potenciálu a pro ú ely ochrany p ed ú inky ed bludnými proudy se použije svar definovaný jako „pomocný bodový svar“, který je nenosným svarem ve smyslu normy3, o velikosti 3 až 4 mm a dosahuje maximáln poloviny pr ru sva ovaného prvku. Svar a technologie sva ování nesmí ohrozit vlastnosti sva ované oceli (nesmí dojít k tepelnému p etvá ení) a nesmí být oslaben pr ez sva ovaného prvku. Nejedná se o sva ování se statickou únosností. Požadavky na prova ení výztuže se koordinují s požadavky na ochranu proti p ep tí a nebezpe nému dotyku a dále z hlediska ochrany proti ú ink m bludných proud 4. Pro využití výztuže ve funkci náhodných svod a základových zemni se definuje prova ení se schopností pr chodu pro zkratové nebo bleskové proudy. V takových p ípadech se vybrané výztužné prvky prova í v místech stykování (p esahu) svary celkové délky 100 mm, p ípadn se doplní p íložkami. P íložky se použijí p i sva ování kolmých výztužných prvk nebo v p ípadech, kdy statik požaduje posílení únosnosti místa svaru. Místo prova ování je vždy nutno projednat se statikem; statik požadavek zohlední ujednáním o využití ur ených prvk výztuže nebo zesílením místa (prvku) se svarem. V p ípad nutnosti doplní do místa svaru další vázanou vložku. Ve spolupráci se statikem se volí provedení svar pro ú ely náhodných svod a zemni dle následujícího obrázku: eplátovaný spoj p esahem
1-svar, w- ší ka svaru, a-tlouš ka ko ene svaru, d-jmenovitý pr spoje, a 0,3d
r ten ího ze spojovaných prut , lo-celková délka
Za pomocné bodové svary pro ú el elektrického definovaného pospojení výztuže se považují svary: - u k ižujících se výztuží: bodový svar ∅ 3-4 mm (dl. 5mm) - u výztuže spojené s ocelovou deskou: koutový oboustranný svar a = 4 mm, dl.10mm Pozn.1: Doporu uje se postupovat dle technických podmínek MD R TP 193.
2
SN ISO 17660-1, zejména Technické podmínky MD R TP 193 (2008) SN ISO 17660-1 Sva ování –Sva ování výztuže do betonu – ást 1 –nosné svary, ást 2 –nenosné svary, SN EN 288, SN EN 1011 Doporu ení pro sva ování kovových materiál m , ást 1 –Všeobecná sm rnice pro obloukové sva ování ást 2 - Obloukové sva ování feritických ocelí, SN EN ISO 2560 –Sva ovací materiály –Obalené elektrody pro ru ní obloukové 4 SN 33 2000-4-41, SN 32 2000-5-54, SN 34 1500, SN EN 50122-1, SN EN 50162 3
ATEKO 2008
JEKU s.r.o.
15
www.jeku.cz
Svorkování žebírkové výztuže v podmínkách R pro ú ely elektricky definovaného spojení z d vodu nerovnosti povrchu výztuže a svorek a pasiva ních schopností železa v betonu lze p ipustit pouze p i garanci trvalého plošného stykování svorek (nelze p es žebírka výztuže) (tj. s vylou ením elektrického odporu oxida ních vrstev a vlivu pasiva ní vrstvy oceli v betonu na stykovaných plochách) –nedoporu uje se. Lisované styky lze považovat za elektricky definované pouze budou-li provedeny technologií ur enou k lisování výztužných prvk a na prvcích bez korozního povlaku (tj. s vylou ením elektrického odporu oxida ních vrstev a vlivu pasiva ní vrstvy oceli v betonu na stykovaných plochách) – používá se pouze ve speciálních výjime ných p ípadech. Sva ování termickými svary pro spojování m ných vodi a výztužných prvk lze provád t pouze mimo stavbu a po kontrole provedení svaru sva enec p iva it k prova ované výztuži. Termické svary pro stykování zemnících pásk je výhodné používat, pokud bude prokázána kvalita termických svar . Povlakovaná výztužse nesva uje. Nerezová výztuže se nesva uje, pokud je to nezbytn v ochranné atmosfé e.
nutné, použije se výhradn
systém sva ování
Sva ování provádí výhradn osoby s odpovídající kvalifikací. Pozn.2: Vázanou výztužnelze považovat ze elektricky definovan pospojenou a nelze ji využít pro ú ely náhodných svod a zemni . Pozn.3: Doporu uje se, aby m ená hodnota p i kontrole kvality prova ení výztuže dle l. 4.3 normy byla nižší než 0,1 . M ení se provádí vhodnými p ístroji a vhodnou metodou.
8. Záv r Cílem p ednášky je ve stru nosti seznámit s principy ešení a navrhování zemnících soustav v podmínkách s vlivem bludných proud s d razem na využití základových zemni . ednáška reaguje na zm nu zejména evropských norem a zejména na zavedený soubor norem SN EN 62305. Z textu je patrné, že na projektanta, ale i na dodavatele zemnících soustav jsou kladeny velmi vysoké nároky na v domosti nejen v oblasti profese elektro, ale i v oblasti stavebnictví, statiky a korozního inženýrství. íklady praktického ešení a výsledky m ení realizovaných zemnících soustav jednozna ukazují na výhodnost ešení základových zemni .
