dnes je 27.5.2024

Input:

Ochrana při poruše rozvodných elektrických zařízení do 1 000 V AC

17.3.2010, , Zdroj: Verlag Dashöfer

6.3.6.4
Ochrana při poruše rozvodných elektrických zařízení do 1 000 V AC

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

Dovolené dotykové napětí v rozvodném elektrickém zařízení do 1 000 V AC

Nejvyšší dovolené meze trvalého dotykového napětí UdL jsou uvedeny v tabulce č. 1. V závislosti na velikosti předpokládaného dotykového napětí Upd jsou stanoveny doby odpojení poruchy, které určují dobu trvání předpokládaného dotykového napětí na neživých částech – viz tabulka č. 2.

Tabulka č. 1 – Dovolené meze trvalého dotykového napětí podle prostorů u rozvodného elektrického zařízení do 1 000 V:


Prostory
Dovolené meze trvalého
dotykového napětí
UdL
[V]
Normální a nebezpečné 50
Zvlášť nebezpečné 25

POZNÁMKA Ve zvlášť nepříznivých případech (práce ve vodě bez použití pomůcek, stísněné prostory) UdL = 12 V. Ve zvlášť nebezpečných prostorech a v prostorech patřících do zvlášť nepříznivých případů se obvykle výstavba a provoz distribuční soustavy neprovádí.

Tabulka č. 2 – Doby odpojení poruchy v závislosti na velikosti předpokládaného dotykového napětí Upd podle prostorů u rozvodného elektrického zařízení do 1 000 V


Předpokládané
dotykové
napětí

Upd
[V]
Doby odpojení poruchy t v závislosti
na velikosti předpokládaného dotykového
napětí
Prostory normální
a nebezpečné
t
[s]
Prostory zvlášť
nebezpečné
t
[s]
25 > 5
50 > 5 0,47
75 0,60 0,30
90 0,45 0,25
110 0,36 0,18
150 0,27 0,10
220 0,17

Způsoby ochrany při poruše v rozvodných elektrických zařízeních do 1 000 V AC

Způsoby ochrany pří poruše včetně jejího doplnění jsou:

  • ochrana izolací;

  • ochrana doplňkovou izolací;

  • ochrana pospojováním;

  • ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči;

  • ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji.

Ochrana izolací

Ochrana izolací mezi živou částí a přístupnými částmi spočívá v doplnění základní izolace izolací přídavnou. Základní izolací se dosáhne ochrany základní. Přídavnou izolací se dosáhne ochrany při poruše. Základní a přídavná izolace jako celek tvoří izolaci dvojitou.

Místo izolace dvojité lze provést izolaci zesílenou, která je současně jak ochranou základní, tak ochranou při poruše.

Podmínky pro ochranu izolací jsou uvedeny v ochraně živých částí izolací.

Ochrana doplňkovou izolací

Ochranu doplňkovou izolací je možné provést jen k doplnění ochrany při poruše v místech, kam nemají přístup laici a pracovníci seznámení.

Podmínky pro ochranu doplňkovou izolací jsou uvedeny v ochraně doplňkovou izolací.

Ochrana pospojováním

Ochranu pospojováním je možné provést jen k doplnění ochrany při poruše.

Podstata ochrany pospojováním spočívá v tom, že se vzájemně pospojují všechny neživé části a ostatní cizí vodivé části v okolí včetně vodivého stanoviště – pokud je k dispozici. Tím se zamezí vznik nebezpečného rozdílu potenciálů mezi těmito částmi. Dimenzování vodičů pro ochranu pospojováním se provede podle ČSN 33 2000-5-54 .

Ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči

Před proudovými chrániči musí být umístěny nadproudové ochranné přístroje (pojistky nebo jističe).

Ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribučních sítích se považuje za ochranu při poruše (za ochrana před dotykem neživých částí).

Ochranu proudovým chráničem lze též použít k doplnění ochrany při poruše. Ochrana při poruše je v tomto případě tvořena ochranou automatickým odpojením od zdroje použitím nadproudových ochranných přístrojů, ochrana proudovým chráničem je použita k jejímu doplnění. Nadproudové ochranné přístroje umístěné v obvodu před proudovým chráničem, musí odpovídat ČSN 33 2000-4-43 a ČSN 33 2000-4-473.

Použije-li se proudových chráničů v distribučních sítích, pak obvykle se použije proudových chráničů s nastavitelným jmenovitým reziduálním vybavovacím proudem až několik ampér a se stavitelnou dobou odpojení poruchy, která je až několik sekund.

Ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji

Ochrana automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji v distribučních sítích se považuje za ochranu při poruše. Nadproudové ochranné přístroje (pojistky, jističe) musí splňovat podmínky pro použití ochrany pro sítě TN a pro sítě TT a dále musí odpovídat ČSN 33 2000-4-43 a ČSN 33 2000-4-473.

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje v sítích TN

Hlavní ochrana při poruše (ochrana před dotykem neživých částí) rozvodných elektrických zařízení v sítích TN je provedena automatickým odpojením od zdroje.

Distribuční sítě jsou obvykle typu TN-C. V těchto sítích zastává funkci jak ochranného vodiče tak středního vodiče jediný vodič – vodič PEN. V těchto distribučních sítích je ochrana při poruše (ochrana před dotykem neživých částí) provedena automatickým odpojením od zdroje použitím nadproudových ochranných přístrojů.

Ve výjimečných případech je možné použít distribuční síť typu TN-C-S (část distribuční sítě je typu TN-C, další část distribuční sítě je typu TN-S). V tomto případě je v rozváděči distribuční síť TN-C převedena na distribuční síť TN-S. V tomto rozváděči se vodič PEN rozdělí na střední vodič N a ochranný vodič PE. V rozváděči musí mít jak ochranný vodič PE tak střední vodič N svoje samostatné svorky nebo přípojnice. V místě rozdělení musí být vodič PEN připojen ke svorce nebo přípojnici určené pro připojení ochranného vodiče PE. Pouze v místě rozdělení je střední vodič N spojen s ochranným vodičem PE (tím i s vodičem PEN). Za místem rozdělení není přípustné střední vodič N a ochranný vodič PE spojovat. Pouze za místem rozdělení lze provést ochranu automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči.

POZNÁMKY :

  1. Doporučuje se však v místě rozdělení spojit vodič PE s uzemňovací soustavou nebo se samostatným zemničem.

  2. Doporučuje se používat distribuční sítě TN—S jen v případě, kdy se použije ochrana při poruše podle čl. 3.3.2.4 ČSN 33 2000-4-47.

  3. Příklady distribučních sítí TN jsou uvedeny v příloze č. 1 a 2.

Všechny neživé části distribuční sítě TN musí být spojeny s vodiči PEN (PE) a jejich prostřednictvím se středem (uzlem) vinutí zdroje, který musí být vždy uzemněn. Uzemnění středu (uzlu) vinutí zdroje (transformátoru apod.), které se nazývá hlavním bodem uzemnění distribuční sítě, se provede podle podmínek uzemnění uzlu.

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje nadproudovými ochrannými přístroji v síti TN

Charakteristiky nadproudových ochranných přístrojů a impedance obvodů musí být takové, aby v případě poruchy o zanedbatelné impedanci, která může vzniknout kdekoliv v distribuční síti TN mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičem PEN (PE), došlo k automatickému odpojení příslušné části distribuční sítě od zdroje napájení v předepsaném čase do 30 s. Vzniklá trvalá a předpokládaná dotyková napětí musí vyhovovat dovoleným dotykovým napětím. Nadproudové ochranné přístroje odpojují v případě poruchy zdroj napájení té části distribuční sítě, pro kterou zajišťují ochranu při poruše (ochranu před dotykem neživých částí).

Přitom musí být splněna tato podmínka:

ZS· Iac· U0

     
kde ZS je impedance poruchové smyčky zahrnující zdroj, fázový vodič k místu poruchy a vodiče PEN nebo vodiče PE (případně další paralelní cesty v distribuční síti) mezi místem poruchy a zdrojem při teplotách v okamžiku vypnutí poruchy (na konci zkratu),
Ia proud zajišťující automatické působení nadproudového ochranného přístroje v případě poruchy v předepsaném čase do 30 s,
c koeficient podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) pro síť 230/400 V : c = 0,95,
U0 jmenovité napětí distribuční sítě TN proti zemi.

Pro uvedený výpočet platí obdobné podmínky jako pro výpočet minimálních zkratových proudů podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) . (Teploty vodičů jsou uvažovány na konci zkratu, konfigurace soustavy je uvažována taková, aby v místě poruchy (zkratu) vedla k minimálnímu zkratovému proudu.)

V dokumentaci distribuční sítě TN musí být prokázáno (např. výpočtem), že impedance poruchové smyčky na koncích vývodů z transformovny vn/nn (případně v dalších místech) splňuje podmínky tohoto článku.

POZNÁMKA 1

Nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky ZS max se z hlediska parametrů nadproudových ochranných přístrojů určí pro čas trvání poruchy t = 30 s dle následujícího vztahu:

Ia Proud zajišťující v případě poruchy automatické působení nadproudového ochranného přístroje v čase t = 30 s, určí se z charakteristik nadproudových ochranných přístrojů

Tato nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky ZS max nesmí být na konci jištěného obvodu ani v žádném jiném jeho místě překročena.

POZNÁMKA 2

Stanovení impedance poruchové smyčky ZS pro síť TN-C z hlediska parametrů (impedancí) vedení výpočtem:

Odbočující vedení (mezi body B, C – viz obrázek) má délku l, impedance poruchové smyčky ZS je stanovena pro konec odbočujícího vedení (pro bod C).

Pro jednoduché případy (krátká vedení s velkými průřezy vodičů apod.) lze použít jednoduššího vzorce:

ZS = l· k· (Z’L + Z’PEN) + ZV

Vypočtená hodnota impedance poruchové smyčky ZS nesmí překročit hodnotu ZS max

(V případě, že odbočující vedení má délku l = lmax, má impedance poruchové smyčky ZS právě hodnotu ZS max.)

Z hlediska impedance poruchové smyčky v síti TN-C lze za konkrétním mnadproudovým ochranným přístrojem (pojistkou, jističem) stanovit výpočtem maximální dovolenou délku odbočujícího vedení lmax (viz obrázek).Odbočující vedení má délku l = lmax a vzniklá porucha na konci vedení (v bodě C)je vypnuta v čase t = 30 s. (Poruchou se v tomto případě rozumí zkrat (spojení o zanedbatelné impedanci) mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičemPEN v bodě C.)

Maximální dovolená délka lmax odbočujícího vedení (mezi body B, C):

Pro jednoduché případy (krátká vedení s velkými průřezy vodičů apod.) lze pro výpočet lmax použít jednoduššího vzorce:

V uvedených vztazích je:

lmax [km] Maximální dovolená délka odbočujícího vedení z hlediska impedance poruchové smyčky (délka vedení mezi body B, C).
l [km] Délka odbočujícího vedení (délka vedení mezi body B, C – obecně).
ZS [Ω] Impedance poruchové smyčky určená z hlediska parametrů (impedancí) vedení, která je v tomto případě stanovena pro konec odbočujícího vedení (pro bod C).
c Koeficient pro výpočet minimálního zkratového proudu, c = 0,95
U0 [V] Jmenovité napětí distribuční sítě TN-C proti zemi (obvykle U0 = 230 V).
Ia [A] Proud zajišťující automatické působení nadproudového ochranného přístroje v čase t = 30 s. Proud Ia se určí z charakteristiky nadproudového ochranného přístroje, který jistí odbočující vedení (vedení mezi body B, C). (Ve výjimečném případě, kdy tento přístroj (jistič) nezajišťuje vypnutí poruchy v čase 30 s, ale v čase obvykle mnohem kratším, určí se proud Ia pro daný kratší čas z uvedené charakteristiky.)
ZV [Ω] Impedance poruchové smyčky (určená pro bod B) zahrnující impedanci zdroje a celkovou impedanci vedení mezi bodem A a bodem B. Impedance ZV se určí jejím změřením v bodě B (podle článku 6.4) nebo výpočtem pro bod B (viz ČSN EN 60909-0 (33 022), tato aktualizace a další související technické normy).
k Koeficient respektující ve výpočtu nezahrnuté impedance (např.: impedance přípojnic v rozvaděčích, impedance jisticích prvků, impedance svorek apod.). Koeficient má obvykle hodnotu: k = 1,0 až 1,2
Z’(1) [Ω/km] Sousledná impedance na jednotku délky odbočujícího vedení (vedení mezi body B, C) při teplotě vodiče na konci zkratu (poruchy).
Z’(0) [Ω/km] Netočivá impedance na jednotku délky odbočujícího vedení (vedení mezi body B, C) při teplotě vodiče na konci zkratu (poruchy).
Z’L [Ω/km] Impedance na jednotku délky fázového vodiče odbočujícího vedení (vedení mezi body B, C) při teplotě vodiče na konci zkratu (poruchy).
Z’PEN [Ω/km] Impedance na jednotku délky vodiče PEN odbočujícího vedení (vedení mezi body B, C) při teplotě vodiče na konci zkratu (poruchy).

Impedance na jednotku délky vodiče Z’ se určí dle ČSN EN 60909-0 (33 3022) , ČSN IEC 909-2 (33 3024) a dalších souvisejících technických norem nebo dle údajů výrobců.

(v absolutní hodnotě, v běžných případech
lze takto určenou hodnotu dosazovat
přímo do uvedených vztahů)
Z’ = R’ + jX’ (v komplexní formě)

R’ rezistance vodiče na jednotku délky

X’ reaktance vodiče na jednotku délky

Teplota vodiče na konci zkratu (poruchy) se určí dle ČSN IEC 942 (34 7025). V běžných případech, při prvním přiblížení, lze uvažovat, že teplota vodiče na konci zkratu je 80 °C. Z toho vyplývá, že rezistance vodiče na jednotku délky při teplotě na konci zkratu má hodnotu:

 
R’80 = 1,24· R’20 R’80 rezistance vodiče na jednotku délky při teplotě 80 °C
R’20 rezistance vodiče na jednotku délky při teplotě 20 °C

V případě, že výpočtem určená maximální dovolená délka odbočujícího vedení je nedostačující a odbočující vedení je nutno prodloužit beze změny jeho průřezu a beze změny týkající se jeho nadproudových ochranných přístrojů, pak je nutno osadit před místo C (nebo ve výjimečném případě přímo do místa C) další nadproudové ochranné přístroje s nižším proudem Ia (pro t = 30 s) než mají předchozí nadproudové ochranné přístroje a výpočet opakovat. Tímto způsobem je možné vypočtenou délku odbočujícího vedení určenou z hlediska impedance poruchové smyčky stále prodlužovat.

POZNÁMKA 3

Z charakteristik nadproudových ochranných přístrojů distribuční sítě TN vyplývá, že pro určení proudu Ia zajišťujícího v případě poruchy automatické působení nadproudového ochranného přístroje v čase t = 30 s, lze použít dosti zjednodušující podmínku:

Ia = 3,5 x Ia (jedná se o velmi přibližný vztah, který lze použít pouze pro odhady)

In jmenovitý proud nadproudového ochranného přístroje

Jestliže podmínky nelze splnit použitím nadproudových ochranných přístrojů, lze ochranu při poruše zajistit použitím proudových chráničů.

V případech, kdy může dojít k poruše, při které dojde ke spojením fázového vodiče se zemí nebo s uzemněnými cizími částmi, například u venkovních vedení, a kdy by mohl ochranný vodič a neživé části s ním spojené dosáhnout napětí proti zemi vyšší, než je smluvená hodnota 50 V, musí být splněna následující podmínka:

   
kde RB je celkový odpor uzemnění vodičů PEN (PE) včetně odporu uzemněného středu (uzlu) zdroje (transformovny),
REC nejmenší odpor spojení se zemí cizích vodivých částí (nespojených s vodičem PEN (PE)), kterými může procházet proud při poruše mezi fází a zemí,
U0 jmenovité napětí sítě proti zemi (obvykle U0 = 230 V)

Podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribuční síti TN

Distribuční sítě TN-C

Ochrana proudovými chrániči v sítích TN-C není možná.

Distribuční sítě TN-S

Vznikne-li v distribuční síti TN-S za proudovým chráničem porucha (zkrat) mezi fázovým vodičem a neživou částí nebo vodičem PE, musí proudový chránič automaticky odpojit zdroj napájení příslušné části distribuční sítě v čase do 30 s (viz též čl. 3.3.2.4 ČSN 33 2000-4-43). Vzniklá trvalá a předpokládaná dotyková napětí musí vyhovovat čl. 3.3.1 ČSN 33 2000-4-43. Proudové chrániče odpojují při svém působení jen poruchou postiženou část distribuční sítě TN-S. Z této podmínky vyplývá, že proudové chrániče umístěné v distribuční síti, musí být selektivní též vůči ochranným přístrojům, umístěným za předávacím místem odběrného zařízení.

Přitom musí být splněny následující podmínky:

  1. ZS· I∆nc· U0

         
    kde ZS je impedance poruchové smyčky zahrnující impedanci zdroje, fázového vodiče k místu poruchy a vodiče PE (případně vodiče PEN) mezi místem poruchy a zdrojem při teplotách na konci poruchy (zkratu)
    I∆n jmenovitý reziduální vybavovací proud proudového chrániče zajišťující automatické odpojení v předepsaném čase do 30 s
    c koeficient podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) , pro síť 230/400 V: c = 0,95
    U0 jmenovité napětí distribuční sítě TN-S proti zemi
  2. Vodiče PE a střední vodiče N za proudovým chráničem nesmí být navzájem spojeny.
  3. Vodič PE za proudovým chráničem se spojí s vodičem PE před proudovým chráničem. V případě, že před proudovým chráničem je síť TN-C, pak vodič PE za proudovým chráničem se spojí s vodičem PEN před proudovým chráničem.

Pro uvedený výpočet platí obdobné podmínky jako pro výpočet minimálních zkratových proudů podle ČSN EN 60909-0 (33 3022) .

POZNÁMKA – Při použití proudových chráničů pro ochranu při poruše lze rovněž určit nejvyšší dovolenou impedanci poruchové smyčky a maximální dovolenou délku vedení obdobně jako v poznámkách. (Při výpočtech se ve vzorcích nahradí proud Ia proudem IDn, čas vypnutí poruchy je určen nastavením vypínacího času proudového chrániče.) V případě použití proudových chráničů je velikost proudu IDn jen několik ampér. Z tohoto důvodu má nejvyšší dovolená impedance poruchové smyčky velmi vysokou hodnotu. Maximální dovolená délka vedení z hlediska impedance poruchové smyčky vychází rovněž velmi vysoká. Tyto hodnoty jsou obvykle vyhovující pro většinu běžných případů.

Vazba sítí TN-C a TT prostřednictvím proudového chrániče

Jsou-li k tomu technické nebo ekonomické důvody, je možné umístit na konec distribuční sítě TN-C proudový chránič a distribuční síť za tímto chráničem provozovat jako síť TT. V části za proudovým chráničem musí být dodrženy následující podmínky:

  1. Musí být splněny podmínky pro použití ochrany automatickým odpojením od zdroje proudovými chrániči v distribuční síti TT

  2. Žádná neživá část včetně

Nahrávám...
Nahrávám...