Uzemnění rozvodů a pospojování u technických zařízení v budovách
Rozbor uzemňování rozvodů. Ukázky návrhu zemničů až po ochranné pospojování TZB. Funkce, principy včetně realizace pospojování je podpořeno ČSN a obrázkovou formou. Doplňková ochrana pro vnitřní vodovod.
Jeden z hlavních požadavků na provedení silnoproudého rozvodu, na provoz rozvodných a elektrických zařízení je požadavek bezpečnosti osob a věcí, které přicházejí do styku s jednotlivými částmi rozvodné soustavy a rozvodného zařízení. Právě k zajištění nejvyššího stupně bezpečnosti kromě dalších opatření je vytvoření dobrého uzemnění určitých částí silnoproudého rozvodu.
Uzemněním v podstatě rozumíme úmyslné vodivé spojení určitého místa elektrického rozvodu se zemí, kde každému takovému místu je přiřazen určitý potenciál země. Uzemňovacími místy jsou především uzly elektrických zdrojů (generátorů) či transformátoru, nebo též vodivé části nebo konstrukce elektrických strojů, případně i kovové konstrukce spotřebičů.
Části uzemnění, které jsou pak uloženy v zemi, zajišťující dobré vodivé spojení se zemí se nazývají zemní elektrody (zemniče). Ta část spojení, která je mezi zemničem a uzemňovacím místem se nazývá zemní svod. Přechod ze zemniče do země je charakterizován zemním odporem (odpor všech propojených náhodných i strojených zemničů včetně paralelně připojených uzemněných vodičů), který můžeme vyjádřit jako poměr napětí zemniče (vzhledem k potenciálu země v dostatečně veliké vzdálenosti) k proudu odváděnému do země, označovanému jako zemní proud Iz (efektivní hodnota proudu tekoucího zemničem do země). Výpočet je naznačen níže:
Uz - napětí zemniče (V)
Rz - výsledný zemní odpor všech propojených náhodných i strojených zemničů včetně paralelně připojených uzemněných vodičů (např. zemních lan, středních vodičů nn plášťů kabelů (Ω)
Je třeba zdůraznit, že základním předpokladem pro výpočet zemního odporu je měrný odpor půdy (viz. ČSN 33 2000-5-54, HD 384.5.54.S1; příloha NN), který je možné změřit čtyřelektrodovou metodou, přičemž:
- Vliv kolísání měrného odporu půdy v závislosti na ročním období se uvažuje při měření měrného odporu půdy pouze do hloubky 3 m.
- Při návrhu rozsáhlých uzemňovacích soustav se počítá s měrným odporem půdy do hloubky rovnající se přibližně délce úhlopříčky uzemňovací soustavy. Hodnota tohoto měrného odporu v průběhu roku nekolísá.
Uzemnění může sloužit současně jako ochranné nebo pracovní, nebo se pracovní a ochranné uzemnění může provádět samostatně podle toho, jak to elektrické zařízení vyžaduje. Požadavky na ochrannou funkci mají vždy přednost.
Uzemnění se zřizuje pro ochranu před úrazem elektrickým proudem, pro ochranu před bleskem a přepětím nebo pro správnou funkci elektrických zařízení. Zajišťuje se zemniči náhodnými nebo strojenými. Pokud je elektrická instalace vybavena zemničem, musí tento zemnič být pomocí uzemňovacího přívodu spojen s hlavní ochrannou svorkou nebo přípojnicí.
Na hlavní ochrannou svorku nebo přípojnici v každém elektrickém zařízení musí být připojeny tyto vodiče:
- Uzemňovací přívody
- Ochranné vodiče
- Vodiče hlavního pospojování
- Uzemňovací přívody pracovního uzemnění, pokud se vyžadují.
Účinnost jakéhokoliv zemniče závisí na místních půdních podmínkách. Podle půdních podmínek a požadované hodnoty odporu uzemnění se musí zvolit jeden nebo více zemničů. Prakticky rozlišujeme tyto typy zemničů:
- Zemnící tyče nebo trubky,
- Zemnící pásky nebo dráty,
- Zemnící desky,
- Podzemní stavební sítě zabudované v základech (základové uzemnění - příklad KARI SÍTĚ),
- Kovové výztuže betonu (kromě výztuže v předpjatém betonu) uloženého v zemi (za předpokladu zajištění řádného vodivého spojení jednotlivých částí výztuže),
- Kovové pláště nebo jiné kovové obaly kabelů podle místních podmínek nebo požadavků,
- Jiná vhodná podzemní kovová díla podle místních podmínek nebo požadavků (V ČR se jako zemniče dovoluje používat vodovodního potrubí, ale pouze se souhlasem dodavatele vody).
Důležitá poznámka realizace zemničů:
- Kovové potrubí pro hořlavé kapaliny nebo plyny se jako zemnič nesmí používat (tento požadavek však nevylučuje ochranné pospojování těchto potrubí v souladu s HD 60364-4-41)
- Podzemní stavební sítě zabudované v základech a kovová výztuž betonu, které jsou používány jako zemniče, musí mezi připojovacím bodem a spodkem podzemní stavební sítě nebo kovové výztuže zajišťovat řádné propojení. Spojení musí být svařované nebo provedené vhodnými mechanickými svorkami
- Zemnič nesmí být proveden jako kovový předmět ponořený ve vodě (zemniče uložené přímo ve vodě se mohou stát příčinou nebezpečí vysychání a kontaktu osob s vodou, která je během elektrické poruchy pod napětím)
Při volbě typu a uložení hloubky zemniče se musí uvažovat s místními podmínkami a předpisy, aby se vysychání půdy a jejím promrzáním nezvýšila pravděpodobnost zvýšení zemního odporu zemniče do té míry, že by to mohlo ohrozit opatření na ochranu před úrazem elektrickým proudem (viz. výše uvedené HD 60364-4-41). Tam, kde horní vrstvy půdy jsou vodivější než vrstvy spodní, se doporučuje užít zemniče z pásků nebo drátů, které se ukládají do rýh v hloubce 60 až 80 cm. Jsou-li zemniče kladeny do kabelových rýh, musí být uloženy na dno výkopu, a to nejméně 10 cm pod kabel nebo vedle kabelu. Pro uzemnění elektrických zařízení budov, pokud se použije strojených zemničů, se zřídí především základový zemnič. Při překlenutí dilatačních spár musí být zemniče uspořádány tak, aby je dilatační síly nemohli porušit. Kovové potrubí sítě jiných rozvodů než rozvodů vody viz. víše uvedené (např. hořlavých kapalin nebo plynů, topných systémů apod.) se nesmí použít jako zemniče pro ochranné uzemnění.
Aby bylo možné spojit navzájem jednotlivé zemniče, a ty spojit s hlavní uzemňovací svorkou nebo přípojnicí a potom též s dalšími částmi, které je třeba uzemnit, vyvádějí se ze zemniče uzemňovací přívody. Uzemňovací přívod musí vyhovovat ČSN 33 2000-5-54 ustanovení 543.1 a pokud jsou uloženy v půdě, musí jeho průřez odpovídat tabulce 54.2 této normy. Spojení uzemňovacího přívodu se zemničem musí být provedeno důkladně a po elektrické stránce uspokojivým způsobem. Spojení musí být provedeno exotermickým svařením, tlakovými spoji, svorkami nebo jinými mechanickými spoji.
Zemní odpor zemničů
Největší dovolené hodnoty zemních odporů zemničů nebo zemních soustav úzce souvisejí s ochranou před nebezpečným dotykovým napětím. Závisí především na velikosti jmenovitého napětí uvažované soustavy a na způsobu ochrany před nebezpečným dotykovým napětím. Pro zařízení do 1000 V můžeme stanovit podmínku pro velikost největšího přípustného odporu uzemnění podle vztahu
R - dovolený odpor (Ω)
Ud- dovolené dotykové napětí v uvažovaném prostoru (V)
Iv - vypínací proud příslušného jistícího prvku (A)
V soustavě nn musí být uzemněn uzel zdroje a zemní odpor tohoto pracovního uzemnění nemá být větší než 5Ω. Přitom celkový zemní odpor ochranných vodičů vedení vyvedených z místa zdroje včetně uzemnění nulového bodu zdroje nesmí být větší než 2Ω.
Pro praktický návrh zemničů využíváme přibližného vyjádření zemního odporu zemniče podle níže uvedeného vztahu. Lze upozornit, že pokud je s dostatečnou věrohodností určena hodnota středního měrného odporu půdy, pak výsledek určený podle níže uvedeného vztahu je věrohodný s požadavky na velikost zemního odporu zemničů
ρ - střední měrný odpor půdy (Ωm)
l - největší rozměr zemniče (m)
k - je činitel závislý na tvaru a uložení zemniče a má tyto hodnoty:
0,25 - pro čtvercovou zemnící desku svisle uloženou
0,5 - pro zemnící desku (pás) s poměrem stran 1:8
0,8 - 0,9 - pro tyčové zemniče
2,0 - pro páskové (drátové) zemniče
0,5 - pro kruhové zemnící desky na povrchu země
0,32 - pro zemnící elektrodu tvaru polokoule
Hodnoty zemních odporů, vypočtené podle výše uvedeného vztahu, postačí pro určení počtu nebo rozměrů zemničů, za předpokladu, že známe parametry zeminy. Skutečná hodnota zemního odporu se pak ověřuje měřením na realizované zemnící soustavy.
Ochranné pospojování TZB
V každé elektrické instalaci, ve které je použito ochranné pospojování, musí být hlavní ochranná svorka nebo přípojnice, se kterou musí být spojeny:
- Vodiče ochranného pospojování,
- Uzemňovací přívody,
- Ochranné vodiče,
- Uzemňovací přívody pracovního uzemnění, pokud to přichází v úvahu.
Není nutné spojovat každý jednotlivý ochranný vodič s hlavní ochrannou svorkou nebo přípojnicí, pokud jsou s touto svorkou nebo přípojnicí spojeny prostřednictvím jiných ochranných vodičů. Hlavní uzemňovací svorku nebo přípojnici budovy je možno zpravidla použít i pro účely pracovního uzemnění. Pro účely informační technologie se potom považuje za připojovací bod k uzemňovací soustavě. Každý vodič spojený s hlavní uzemňovací svorkou nebo přípojnicí musí mít možnost samostatného odpojení. Toto spojení musí být spolehlivé a rozpojitelné pouze pomocí nástroje.
Ochranné vodiče
Průřez každého ochranného vodiče musí splňovat podmínky pro automatické odpojení od zdroje požadované ČSN 33 2000-5-54 čl. 411 HD 60364-4-41 a musí být schopný vydržet předpokládaný poruchový proud. Průřez ochranného vodiče musí být např. zvolen podle níže uvedené tabulky (tab.1).
Tab.1
Průřez žádného ochranného vodiče, který není součástí kabelu nebo který není ve společném obložení s vodiči vedení (fázovými vodiči) nesmí být menší než
- 2,5 mm2 Cu nebo 16 mm2 Al, pokud je chráněn před mechanickým poškozením,
- 4 mm2 Cu nebo 16 mm2 Al, pokud není chráněn před mechanickým poškozením
Vodič PEN - dříve nulovací vodič (vodič, který v sobě sdružuje funkce ochranného - PE a středního vodiče - N) může být používán pouze v pevných instalacích a z důvodu mechanické pevnosti nesmí mít průřez menší než 10 mm2 mědi nebo 16 mm2 hliníku. Vodič PEN musí mít izolaci na jmenovité napětí sítě.
Průřez vodičů ochranného pospojování určených pro pospojování v souladu s 411.3.1.2 HD 60364-4-41, které jsou spojeny s hlavní uzemňovací svorkou v souladu s 542.4 ČSN 33 2000-5-54 nesmí být menší než:
- 6 mm2 mědi nebo
- 16 mm2 hliníku nebo
- 50 mm2 oceli.
Jako ochranné vodiče se nesmějí použít zábradlí, žebříky, ploty, nosné napínací dráty a především ne předměty, u nichž je nebezpečí jejich odejmutí, odstranění, zničení nebo zániku. Náhodné ochranné vodiče se nesmějí použít zároveň jako pracovní (PEN; PEM-připravuje se, zřejmě jako PEN; PEL-uzemňovací). Vodiče ochranného pospojování jsou ochranné vodiče, které spojují neživé a cizí vodivé části za účelem vyrovnání potenciálu.
Vodiče hlavního pospojování spolu navzájem spojují:
- Další ochranné vodiče,
- Uzemňovací přívod,
- Hlavní uzemňovací svorku nebo přípojnici,
- Cizí vodivé části, kterými jsou:
- Kovová potrubí uvnitř budovy pro zásobování plynem, vodou apod.,
- Kovové konstrukční části, ústřední topení,
- Hlavní kovové armatury železobetonových konstrukcí, a to pouze, pokud je to možné (za účelem pospojování však nelze zasahovat do konstrukce budovy).
Vodiče doplňujícího pospojování spolu navzájem spojují neživé části a cizí vodivé části upevněných zařízení, které jsou současně přístupné dotyku (vzdálenost mezi nimi je menší než 2,5 m) nebo ty části, které je nutno navzájem spojit podle požadavků příslušných norem (např. v koupelnách).
Minimální průřezy vodičů doplňujícího pospojování:
- Spojující dvě neživé části nesmějí být menší než průřez nejmenšího ochranného vodiče připojeného na neživé části,
- Spojujícího neživé části a cizí vodivé části (např. vodovodní potrubí) nesmějí být menší než je polovina průřezu odpovídajícího ochranného vodiče.
Kromě uvedených podmínek musí průřez vodičů doplňujícího pospojování vyhovovat podmínce, že na tomto vodiči nesmí při poruše vzniknout napětí vyšší než je dovolené dotykové napětí. Proto pro normální prostory a střídavé sítě platí
Ia - vypínací proud ochranného prvku v A
50 V - dovolené dotykové napětí v prostorách normálních (v prostorách se zvýšeným nebezpečím úrazu elektrickým proudem, tj. v prostorách z hlediska úrazu elektrickým proudem zvlášť nebezpečných je to 25 V)
Pokud je vodovodní potrubí součástí soustavy pospojování, musí být přemostěn také vodoměr. Průřez vodiče pro přemostění vodoměru, který propojuje potrubí před a za vodoměrem, musí odpovídat průřezu takového ochranného vodiče, pro jehož účel slouží. Slouží-li potrubí jako doplňující pospojování (např. v koupelnách), musí průřez vodiče pro přemostění vodoměru odpovídat průřezu ochranného vodiče spojujícího dvě neživé části, nesmí však být menší než:
- 2,5 mm2, pokud je chráněn před mechanickým poškozením,
- 4 mm2, pokud před mechanickým poškozením chráněn není.
Totéž platí i pro vodiče doplňujícího pospojování spojujícího neživé části a cizí vodivé části, tzn. že nesmějí mít průřez menší, než je polovina průřezu odpovídajícího ochranného vodiče, přičemž je třeba dodržet výše uvedené průřezy ochranného vodiče.
Slouží-li potrubí jako hlavní pospojování, musí průřez vodiče přemostění odpovídat průřezu vodiče hlavního pospojování, tzn. že přinejmenším přichází v úvahu průřez 6 mm2 Cu, popř. 50 mm2 ocelového vodiče.
Obdobným způsobem je nutné provést propojení v případě, že se na potrubí pracuje a část ho je vyjmuta nebo je potrubí přerušeno. Pokud je část kovového potrubí trvale nahrazena potrubím z plastu, je nutné toto propojení ponechat trvale.
Na níže uvedeném obrázku je znázorněna uzemňovací soustava, ochranných vodičů a vodičů ochranného pospojování jak bylo pojednáno v tomto příspěvku:
M - neživá část (vodivá část zařízení, které se lze dotknout a která není živá, ale může se stát živou v případě poruchy základní izolace)
C - cizí vodivá část (vodivá část, která není součástí elektrické instalace a která může přivést elektrický potenciál, obvykle elektrický potenciál lokální země)
C1 - vodovodní potrubí, kovové, přívod z venku
C2 - odpadní vodovodní potrubí, kovové, odpad ven
C3 - plynové potrubí s izolační vložkou, kovové, přívod z venku
C4 - klimatizace
C5 - systém vytápění
C6 - vodovodní potrubí kovové, např. v koupelně
C7 - cizí vodivé části v dosahu ruky od neživých částí
B - hlavní ochranná (uzemňovací) svorka (přípojnice)
T - zemnič
T1 - základový zemnič
T2 - zemnič pro LPŚ, pokud je třeba
LPŚ - soustava ochrany před bleskem
PE - přípojnice pro ochranné vodiče
1 - ochranný vodič
2 - vodič ochranného pospojování
3 - vodič doplňujícího pospojování
4 - svod hromosvodu
5 - uzemňovací přívod
Doplňková ochrana - doplňující ochranné pospojování vnitřních vodovodních systémů
V bytových koupelnách se často používá místní doplňující ochranné pospojování v souladu s požadavky ČSN 33 2000-7-701 ed. 2 čl. 701.415.2. Jde v podstatě o propojení všech nechráněných vodivých předmětů a všech neživých vodivých částí upevněných zařízení uvnitř místnosti s koupací vanou a nebo se sprchou ochranným vodičem. Tato ochrana je ve smyslu uvedené normy povinná tehdy, je-li reálné, že některý z vodivých předmětů by mohl být na potenciálu země, například těleso nebo armatury ústředního topení, kovové rozvody vody či plynu, kovové odpady nebo rozvody pro klimatizaci. Samotná kovová vana se za takový předmět nepovažuje, pokud je uložena izolovaně od ostatních stavebních či jiných kovových součástí. Stejně tak kovová zárubeň dveří se k takovým předmětům nepočítá, navíc je v zóně 3, což uvažovanou skutečnost potvrzuje.
Jestliže jsou kovové vodovodní baterie připojeny na potrubí z plasu, není zapotřebí je připojovat k doplňujícímu pospojování. Kovové vodovodní baterie připojené na potrubí z plastu se nepovažují za kovové předměty náchylné k přivedení potenciálu. Doplňující ochranné pospojování se doporučuje zřídit vně nebo uvnitř místnosti s koupací vanou nebo sprchou, ovšem nejlépe na vstupu cizích vodivých částí do místnosti.
Průřez vodiče doplňujícího pospojování musí být v souladu s požadavky 543.1.3 HD 60364-5-54. Je nutné ovšem v každém případě dodržet, aby vodiče doplňujícího pospojování spojující dvě neživé části neměly průřez menší, než je průřez nejmenšího ochranného vodiče připojeného na neživé části.
za cizí vodivé části v prostoru koupleny či sprchy se považují např.:
- Kovové vodovodní potrubí a kovové potrubí odpadů,
- Kovové části vytápění a kovové části klimatizačního zařízení a úpravy vzduchu,
- Kovové části plynovodu,
- Přístupné kovové stavební prvky,
- Ostatní vodivé předměty, které jsou náchylné k přivedení potenciálu.
Je třeba doplnit, že například kovové potrubí opatřené povlakem z nevodivého plastu, není nutno k doplňujícímu ochrannému pospojování připojovat, pokud na něm nejsou přístupné vodivé prvky, nebo toto potrubí není připojeno k přístupným vodivým zařízením.
V případě, že v objektu není hlavní ochranné pospojování provedeno, připojí se k doplňujícímu ochrannému pospojování tyto cizí vodivé části vstupující do místnosti s vanou nebo sprchou:
- Kovové části vodovodu a odpadu,
- Kovové části vytápění a kovové části klimatizačního zařízení,
- Kovové části plynovodu.
Kovové koupací vany a kovové sprchové vany se nepovažují za předměty náchylné k přivedení potenciálu za předpokladu, že jsou izolovaně od stavebních a jiných vodivých předmětů, které by samy mohly přivést potenciál. Kde toto není zaručeno, musí se kovové koupací vany a kovové sprchové vany začlenit do doplňkového pospojování. Jestliže je například vodovod i odpad z plastu a vana není uložena přímo na vodivé stavební konstrukci, nepovažuje se vana za předmět náchylný k přivedení potenciálu, a tudíž se nemusí taktéž spojovat s místním doplňujícím pospojováním.
U dlouhého plastového vodovodního potrubí mohou nastat určité pochybnosti, zda je zajištěno izolační oddělení od kovového vodovodu. Doporučuje se, aby plastové rozvody například 3/4 palce byly dlouhé alespoň 2 m.
Místní doplňující pospojování musí spojit s ochranným vodičem všechny nechráněné cizí vodivé části a všechny neživé vodivé části upevněných elektrických zařízení uvnitř místnosti, i když v koupelně není zásuvka 230 V. Norma ČSN 33 2000-7-701 ed.2:2007 nepodává podrobný výčet předmětů, které je třeba připojit na místní doplňující pospojování. Požadavek vyrovnání potenciálů místním doplňujícím pospojováním je třeba uplatnit i tehdy, není li zřejmé, které předměty jsou náchylné k přivedení cizího potenciálu. Jestliže vzniknou pochybnosti o účinnosti doplňujícího ochranného pospojování, musí se ověřit, zda odpor mezi neživými částmi současně přístupnými dotyku a cizími vodivými částmi splňuje podmínku danou vztahem (4), který uvádí ČSN 33 2000-4-41 ed.2:2007.
Použitá literatura:
1. ČSN 33 2000-5-54, HD 384.5.54.S1 Elektrická zařízení, Část 5: Výběr a stavba elektrických zařízení; Kapitola 54: Uzemnění a ochranné vodiče
2. ČSN 33 2000-5-54 ed. 2 Elektrická instalace nízkého napětí, Část 5-54: Výběr a stavba elektrických zařízení - Uzemnění, ochranné vodiče aq vodiče ochranného pospojování
3. Fencl,F.: Elektrický rozvod a rozvodná zařízení, ČVUT, Praha 2009
4. Kříž,M.: Příručka pro zkoušky elektrotechniků, IN-EL, Praha, 2007
Partneři projektu TZB-info 2010 - Regenerace bytových domů
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
The report is focused on analysis earthing of mains and earthing like unit including building services engineering. Safety function of earthing, requirements, practic application and realisation supported by ČSN (Czech Technical Standard). It shows earth electrode project and bonding protection of services engineering in buildings. Function, principles including bonding realisation is supported by Czech Technical Standard and pictures. Report is supplemented description of additional protection – complementing bonding protection internal water supply systems.