Uzemnění zařízení – způsoby ochrany elektrických instalací různého účelu

Uzemnění je povinným prvkem souboru opatření k ochraně osob před nebezpečnými účinky elektrického proudu snížením dotykového napětí na bezpečnou hodnotu. Uzemnění se provádí připojením pouzdra elektroinstalace k zemní smyčce.

Alexandr Šiškov
Konzultant v závodě North Aurora
Čas na čtení:

V souladu s požadavky Pravidel elektrické instalace (ELR) musí být každý elektrický spotřebič s provozním napětím 42 V AC nebo DC napětí 110 V nebo vyšším uzemněn. Tyto požadavky jsou povinné pro všechny organizace a jednotlivce zabývající se podnikatelskou činností.

Hlavním úkolem uzemnění je chránit osoby a zvířata před úrazem elektrickým proudem jak při běžném provozu elektrického zařízení, tak v případě poškození izolace. Uzemnění zajišťuje ochranu elektrického zařízení při poruchách, úderech blesku a chrání zařízení před elektromagnetickým rušením.

Při poruše jakéhokoli elektrického zařízení existuje riziko, že se napětí objeví v těch částech zařízení, kde by nemělo být: na krytu, upevňovacích prvcích a dalších částech. Uzemnění zahrnuje připojení částí zařízení, které za normálních provozních podmínek zařízení nejsou připojeny k vedení proudu, k zemi.

Uzemnění se provádí pomocí zemnící elektrody (zařízení, které zajišťuje přímý kontakt se zemí) a zemnicího vodiče.

Zemnicí elektroda je vodivý (převážně kovový) prvek (elektroda) libovolného profilu a provedení. Může to být kovový kolík, trubka, pásek, deska atd. Konfigurace zemních elektrod (délka, umístění elektrod) a jejich počet závisí na parametrech zařízení a schopnosti půdy absorbovat elektrický proud.

Zemnící elektroda zajišťuje, že přebytečný proud vznikající z fáze vstupující do tělesa elektroinstalace teče do země.

Hlavní charakteristiky uzemňovacího zařízení a zeminy

Hlavním indikátorem uzemňovacího zařízení je odpor. Právě tento parametr je zodpovědný za schopnost uzemnění plnit své funkce a určuje jeho kvalitu.

Zemnící odpor závisí na ploše zemnících elektrod v kontaktu s půdou a na elektrickém odporu půdy.

Při návrhu zemnících zařízení je třeba vzít v úvahu také napětí na zemnící elektrodě, potenciály zemních bodů v zóně šíření a jejich změnu v závislosti na vzdálenosti od zemnící elektrody.

Úroveň schopnosti půdy absorbovat elektrický proud určuje její elektrický odpor – to je naměřená hodnota, která závisí na složení a hustotě půdy, vlhkosti a teplotě. Čím menší odpor půda má, tím efektivněji bude odebírat proud ze zemnící elektrody. Slaniska nebo vlhké hlíny jsou půdy s nejnižší odolností. Suchý písek má vysokou odolnost, takže písčité půdy jsou méně vodivé pro proud.

Čím větší je kontaktní plocha zemnící elektrody se zemí, tím větší je plocha pro průchod proudu do země. Kontaktní plochu lze zvětšit zvětšením velikosti elektrod nebo jejich počtu (víceelektrodová zemnící elektroda).

Klasifikace ochranných uzemňovacích systémů

Ochranné uzemnění, prováděné za účelem elektrické bezpečnosti a souladu s požadavky Elektrotechnických předpisů, zajišťuje ochranu osob a elektrických zařízení před účinky nebezpečných napětí a proudů, které se mohou vyskytnout při nehodách a poruchách zařízení, jakož i při údery blesku.

Uzemňovací systémy se obvykle dělí na umělé a přirozené. Roli přirozeného uzemnění plní části kovových konstrukcí objektu, které mají přímý stálý kontakt se zemí (ochranné obaly kabelů uložených v zemi, potrubí pažnic studní apod.). Umělé uzemnění je speciálně vybavená nezávislá konstrukce, která je instalována v zemi, aby plnila ochrannou funkci.

K označení ochranných systémů (k jejich označení) se používají písmena latinské abecedy:

• T – uzemnění
• N – neutrální
• Já – izolovaný
• C – obecný
• S – oddělené

Běžně přijímaná označení umožňují určit, jaký způsob ochrany zdroje proudu se v daném systému používá a jaká schémata ochranného uzemnění pro zařízení může spotřebitel použít.

V Rusku jsou nejrozšířenější následující základní uzemňovací systémy:

• TN-C je systém, ve kterém jsou nulové pracovní N a ochranné vodiče PE po celé trase spojeny do společné sběrnice PEN
• TN-S je uzemňovací systém, ve kterém jsou nulové pracovní a ochranné vodiče položeny odděleně
• TN-CS – na určitém úseku trasy jsou nulové pracovní a ochranné vodiče kombinovány a po celé zbývající délce (od určitého místa) jsou položeny samostatně

V ruských podnicích lze zřídka nalézt následující systémy:

• TT – zemnící systém, ve kterém jsou nulové pracovní a ochranné vodiče uzemněny samostatně
• IT – neutrál je izolován od země nebo uzemněn pomocí speciálního zařízení. Tato možnost minimalizuje pravděpodobnost jiskření, proto je relevantní při napájení zařízení, kde je nutné zajistit maximální úroveň bezpečnosti (například při připojování elektrických zařízení v těžebních podnicích).

Uzemňovací zařízení

Nejčastěji se používají vertikální uzemňovací elektrody, protože se snáze zakopávají do země. Když je hloubka elektrod v zimě (když zem zamrzá) mělká, odpor uzemnění velmi vzroste, tzn. jeho hlavní charakteristika se zhoršuje.

Jako elektrody se obvykle používají ocelové trubky, tvarovky, tyče, úhelníky a další válcované výrobky velké délky. Při výběru zemnící elektrody je nutné vzít v úvahu odolnost zařízení proti korozi a schopnost odolávat vysokým proudům.

Průřez ocelového úhelníku nebo obdélníkového profilu musí být minimálně 150 mm2 s minimální tloušťkou stěny 5 mm. Pokud se jako zemnící elektroda použije kruhová tyč, její nejmenší průměr musí být alespoň 18 mm. Pokud je použita ocelová trubka, její minimální průměr musí být alespoň 32 mm a tloušťka její stěny musí být alespoň 3,5 mm.

Požadavky na uzemnění elektrických instalací do 1 kV

Správně zkonstruovaný zemnící systém dokáže neutralizovat nadměrný potenciál jakékoli energie a poskytuje spolehlivou ochranu proti účinkům elektrického proudu.

Uzemnění elektroinstalace je spolehlivé elektrické spojení mezi kryty chráněného zařízení a zemí. Ochranné uzemnění je organizováno tak, aby chránilo osoby pracující se zařízením před náhodným úrazem elektrickým proudem.

V souladu s požadavky Řádu elektroinstalace (ELR) musí být kryty elektrických zařízení a jiná technická zařízení a přístroje připojeny k přirozeným nebo umělým zemnicím vodičům. Použití hotových konstrukcí (ochranné obaly pro kabely uložené v zemi, trubky pažnic studní atd.) výrazně zjednodušuje a zlevňuje řešení problematiky uzemnění.

Při výběru přirozených zemnících vodičů existuje řada omezení – pro tyto účely nelze použít následující předměty:

• plynovody a ropovody
• potrubí s antikorozní izolací
• kanalizační potrubí
• potrubí ústředního topení
• Odpor proudění

Proud procházející zemní elektrodou překonává odpor nazývaný odpor zemnící elektrody proti šíření proudu nebo jednoduše odpor šíření. Hlavním požadavkem na uzemňovací systémy je jejich schopnost vytvořit spolehlivý řetězec pro proudění nouzových proudových nábojů do země.

Podle PUE by odpor šíření pro průmyslová zařízení neměl být větší než 4 ohmy. K dosažení těchto hodnot odporu jsou přijata speciální opatření, a to:

• zvětšit oblast kontaktu mezi povrchem uzemňovacího zařízení a zemí
• zlepšit kvalitu kontaktu mezi prvky uzemňovacího zařízení a spojovacími přípojnicemi
• zlepšit vodivé vlastnosti půdy zvlhčením nebo zvýšením obsahu soli

RCD a zemnící systém

Nejčastějším problémem, který vzniká při provozu průmyslových elektrických zařízení, je porušení celistvosti izolace a fázový zkrat na kovovém plášti. Pokud není kovové pouzdro zařízení uzemněno a není zde žádné proudové chrániče (RCD), pak při náhodném dotyku hrozí člověku vážná rána.

Zemnící systém a RCD se vzájemně doplňují a odstraňují možné problémy v jednom z nich.

Když fáze narazí na tělo elektrického zařízení a poté na zemnící vodič, nouzový proud bezpečně proudí do země. Současně proudový chránič okamžitě odpojí vedení a elektroinstalaci, čímž eliminuje možnost úrazu elektrickým proudem.

Ochrana strojů a elektrického zařízení obchodů

Nikdy nemůžete vyloučit riziko náhodného fázového kontaktu s tělem obráběcích strojů a elektrických zařízení obchodů. K uzemnění průmyslových elektrických zařízení v dílnách se používá obvod systému vyrovnání potenciálu (PES) – jedná se o prvek uzemňovacího zařízení, což je obvod vodivých prvků pro připojení skříní zařízení za účelem dosažení stejných potenciálů.

Systém vyrovnání potenciálu se skládá z kovových vodičů, které spojují všechny kovové části elektrické instalace, aby se vyrovnaly jejich potenciály a zabránilo se mezi nimi vzniku nebezpečného napětí. Průřez vodičů musí být alespoň polovina největšího průřezu ochranného vodiče elektrické instalace, pokud průřez vodiče pro vyrovnání potenciálu nepřesahuje 25 mm2 u mědi nebo jí ekvivalentu z jiných materiálů. . Vodiče musí být položeny tak, aby bylo zajištěno spolehlivé spojení všech kovových částí elektroinstalace.

Při uzemnění typického strojního zařízení je také důležité určit, kde bude na rámu zařízení umístěno trvalé uzemnění, a určit, jaká zařízení se používají k ochraně nebezpečných částí zařízení. Zvážení těchto problémů by měl provádět elektrikář na plný úvazek, který má informace o umístění prvků uzemňovacího zařízení.

Pravidla pro uzemnění elektromotorů průmyslových zařízení

Všechny elektromotory také podléhají povinnému ochrannému uzemnění. Dodatečné uzemnění není nutné pouze v případě, že je kryt motoru instalován na kovové plošině přímo spojené se zemí.

Upozornění: Je přísně zakázáno zapojovat několik jednotek do série v uzemňovacím řetězci, protože v tomto případě, pokud dojde k přerušení vodiče na jednom místě, všechny motory v dílně zůstanou bez uzemnění.

Pro vytvoření systému uzemnění musí být v napájecím napájecím kabelu zajištěna přídavná měděná sběrnice, jejíž jeden konec je připojen k odpovídající svorce rozvodné skříně elektromotoru a druhý k tělu uzemněné napájecí skříně.

Průřez vodičů použitých při instalaci uzemňovacího systému pro elektromotory musí odpovídat požadavkům PUE.

Uzemnění svařovací techniky

Uzemnění zajišťuje bezpečný provoz svařovacího zařízení a chrání před úrazem elektrickým proudem.

Podle požadavků PUE musí být uzemněno nejen tělo svařovacího stroje, ale také jedna ze svorek sekundárního vinutí transformátoru. Tato svorka je příslušně označena a je vybavena zařízením pro upevnění zemnicí sběrnice vysunuté z ochranného obvodu. Připojení k uzemnění musí být individuální; zahrnutí svařovacího zařízení do uzemňovacího obvodu je zakázáno.

Hodnota přechodového odporu pro svářecí zařízení by neměla překročit 10 Ohmů. Pro zvýšení elektrické vodivosti uzemňovací konstrukce je nutné zvětšit kontaktní plochu povrchu v kontaktu se zemí.

Ochranné uzemnění mobilních jednotek

Uzemnění nestacionárního elektrického zařízení vybaveného autonomním napájením a majícího izolovaný neutrál má řadu nuancí. Vzhledem k tomu, že splnění požadavků na přechodový odpor může být v tomto případě obtížné, pravidla pro elektrické instalace umožňují zvýšení indikátoru na mezní hodnotu 25 Ohmů.

Tento typ ultrazvuku lze použít pro instalace se sníženým jiskřením a pro mobilní jednotky, které mají vlastní uzemňovací spínače.

Mobilní instalace s vlastním pohonem vyžadují pravidelné monitorování poškození kontejnmentu, protože taková zařízení mají izolovaný neutrál a zvýšené riziko třecích spojů.

Mobilní instalace napájené ze stacionární elektrické sítě musí být prováděny ze zdroje s pevně uzemněným neutrálem pomocí systémů TN-S nebo TN-CS.

Uzemnění transformátorů a transformátorů proudu

Opatření pro uzemnění transformátoru umožňují organizovat bezpečné podmínky pro provoz zařízení a práci lidí spojených s údržbou kabelového systému.

V trafostanicích (TS) musí být uzemněny všechny kovové části elektrického zařízení, které nejsou nominálně pod napětím (skříň transformátoru, příruby izolátoru, rámy spínačů zátěže atd.). Uzemnění transformátoru navíc zahrnuje připojení všech nosných kovových konstrukcí, ocelových rámů atd. k zemnícímu systému.

Na rozdíl od napěťových transformátorů, kde je uzemněn pouze samotný transformátor, zajišťuje uzemnění proudových transformátorů navíc samostatné uzemnění jejich sekundárních vinutí.

Jako zemnící vodiče se obvykle používají ocelové tyče o průměru minimálně 12 mm zapuštěné do země. Jejich délka musí být nejméně 4 m (pro ocelové rohy nebo trubky – od 2,5 metru).

Uzemnění a nulování – jaký je rozdíl?

Uzemnění a uzemnění jsou způsoby ochrany před úrazem elektrickým proudem. Mají však některé rozdíly:

Uzemnění slouží k odstavení elektroinstalace v případě zkratu. K tomu jsou elektricky vodivé části zařízení, se kterými může přijít operátor do kontaktu, připojeny k neutrálnímu jádru v elektrickém panelu.

Uzemnění poskytuje rychlejší ochranu proti zkratu než uzemnění, ale tento způsob ochrany lze použít pouze v systémech s pevně uzemněným neutrálem. Uzemnění je účinnější v místnostech s vysokou vlhkostí, protože poskytuje rychlejší odvod proudu do země.

Myšlenkou uzemnění je přeměnit síťové napětí, které náhodně vstoupí do krytu (například v důsledku poškození izolace) na jednofázový zkrat. Princip instalace uzemnění je podobný jako u zemnícího obvodu, pouze v tomto případě je kontakt na tělese elektroinstalace připojený k „země“ připojen k neutrálnímu jádru.

Při uspořádání ochranného uzemnění je třeba dodržovat řadu pravidel. Nejprve musíte správně nainstalovat elektrický obvod. Za druhé, je důležité vybrat dráty moudře. V opačném případě může dojít ke spálení kontaktu vodiče a vznícení izolace.

Organizace ochranného uzemnění – nuance

V zimě má půda tendenci promrzat. Hloubka promrznutí závisí na mnoha faktorech, jako jsou klimatické podmínky, typ půdy, nadmořská výška atd. Při zamrzání půdy se výrazně zvyšuje odpor zemnící elektrody. Pro kompenzaci tohoto jevu se zemní elektroda vyrábí se zvýšením počtu elektrod.

Pro každou elektroinstalaci je třeba zvolit uzemnění individuálně s přihlédnutím k řadě faktorů: minimální odpor obvodu, hloubka zašroubování zemnících elektrod, jejich počet, typy atd. Všechna tato opatření umožňují nejen chránit lidi, ale také chránit drahé vybavení.

Čím nižší elektrický odpor půda má, tím účinněji bude absorbovat proud ze zemnící elektrody. Velmi nízkou odolnost poskytuje spodní voda – uzemnění v takových případech je nejkvalitnější a nejspolehlivější.

Sledování stavu ochranných uzemňovacích zařízení

Pokud zemnící zařízení časem ztratí správný kontakt se zemí, systém bude pod napětím a představuje nebezpečí. Pokud dochází k silné korozi a jsou pozorovány praskliny v uzemňovací elektrodě, může to také vést k tragédii. Aby uzemňovací zařízení správně fungovalo, je nutné jej pravidelně kontrolovat, kontrolovat, testovat a měřit.

Podle PUE závisí frekvence testování stávajících uzemňovacích systémů na třídě samotného testu. Vizuální kontroly uzemňovacích konstrukcí by proto měly být prováděny alespoň jednou za 6 měsíců. Nejméně jednou za 12 let se na podezřelých místech provádí selektivní otevírání půdy k posouzení stavu uzemňovacích zařízení.

Při vizuální kontrole se kontrolují kontakty se zařízením, kontakt se zemí, upevnění vodičů a přítomnost stop koroze. Posuzuje se vliv na vodiče vnějšího prostředí, přítomnost nebo nepřítomnost ohřevu.

Podle odborníků mohou ocelové konstrukce každých 10 let ztratit až 2,5 mm tloušťky v zemi, takže pokud je zemnící elektroda vyrobena z běžné 5 mm pásové oceli, bude koroze více než 50%. V tomto případě bude elektroda vyžadovat výměnu.