Uzemnenie elektrických zariadení nad 1 kV AC
Uzemnenie ako bezpečnostný systém
Uzemnenie elektrických zariadení nad 1 kV AC patrí medzi kľúčové oblasti bezpečnosti elektrických inštalácií. Správny návrh uzemňovacej sústavy a následné vyhodnotenie majú zásadný význam najmä z pohľadu ochrany osôb pred nebezpečnými účinkami elektrického prúdu pri poruche.
Požiadavky na návrh a realizáciu uzemňovacích sústav elektrických inštalácií s menovitým napätím nad 1 kV AC rieši norma STN EN 50522:2023. Tá stanovuje zásady, ktoré je potrebné zohľadniť pri návrhu uzemňovacej sústavy tak, aby bola zaistená ochrana osôb v normálnej prevádzke aj pri poruchových stavoch.
Pri posudzovaní projektovej technickej dokumentácie, konštrukčnej dokumentácie, ako aj pri vykonávaní úradných skúšok sa v praxi opakovane stretávame s nedostatkami v návrhu uzemňovacích sústav elektrických zariadení nad 1 kV AC. Najčastejšie ide o nesprávne alebo neúplné preukázanie splnenia požiadaviek na dovolené dotykové napätie.
Základné vstupné veličiny pri návrhu uzemnenia
Pri návrhu uzemňovacej sústavy elektrických zariadení nad 1 kV AC je nevyhnutné vychádzať najmä z týchto parametrov:
- veľkosť zemného poruchového prúdu,
- čas trvania poruchy,
- elektrické vlastnosti pôdy,
- spôsob uzemnenia neutrálneho bodu napájacej sústavy.
Uvedené parametre zásadné ovplyvňujú veľkosť dotykového napätia UT a dovoleného dotykového napätia UTP. Z tohto dôvodu je potrebné už v projektovej fáze poznať parametre siete, do ktorej bude zariadenie pripojené.
Typológia sietí
Pri návrhu uzemňovacej sústavy je potrebné zohľadniť spôsob uzemnenia neutrálneho bodu napájacej sústavy, keďže priamo ovplyvňuje veľkosť a trvanie zemného poruchového prúdu.
Základné typy VN sietí podľa spôsobu uzemnenia sú:
- sieť s izolovaným neutrálnym bodom – neutrálny bod zdroja nie je spojený so zemou. Takéto siete sa používajú najmä v prevádzkach na napájanie koncových zariadení.
- sieť s rezonančne uzemneným neutrálnym bodom – neutrálny bod zdroja je uzemnený cez zhášaciu tlmivku, ktorá kompenzuje kapacitnú zložku siete. Takýto typ siete sa bežne používa v distribučných sieťach.
- sieť s uzemneným neutrálnym bodom cez nízku impedanciu – neutrálny bod zdroja je pripojený k zemi tak, aby pri zemnej poruche vznikol dostatočne veľký zemný poruchový prúd. Tento typ siete sa používa najmä v káblových distribučných sieťach.
Dovolené dotykové napätie
Dovolené dotykové napätie UTP je medzná hodnota dotykového napätia UT, ktoré závisí od času trvania poruchy.
Napätie na uzemňovacej sústave UE vzniká ako úbytok napätia pri prechode prúdu tečúceho do zeme IE cez impedanciu uzemnenia ZE.
Pri návrhu nestačí posúdiť iba samotný odpor uzemňovacej sústavy. Rozhodujúce je overiť, či pri poruche nedôjde k prekročeniu dovoleného dotykového napätia UTP. Práve táto požiadavka býva v praxi často zanedbaná alebo nesprávne vyhodnotená.
Osobitnú pozornosť je potrebné venovať transformačným staniciam 22/0,4 kV, kde sa spravidla používa spoločná uzemňovacia sústava pre VN aj NN časť. V takomto prípade sa potenciál uzemňovacej sústavy môže prostredníctvom vodiča PEN preniesť aj do nízkonapäťovej sústavy smerom k odberateľovi.
Hodnota odporu uzemňovacej sústavy do 2 Ω pri transformačných staniciach VN/NN nemusí byť vždy postačujúca
V praxi sa často stretávame s predpokladom, že celkový odpor uzemňovacej sústavy transformačnej stanice VN/NN má mať hodnotu maximálne 2 Ω podľa STN 33 2000-4-41. Táto hodnota sa síce v praxi používa, no nemožno ju považovať za všeobecne záväznú alebo automaticky postačujúcu pre každý prípad.
Rozhodujúce je, či navrhnutá uzemňovacia sústava zabezpečí splnenie požiadaviek v súlade s STN 33 2000-4-41 ale aj v súlade s STN EN 50522 na dovolené dotykové napätie pri reálnych poruchových parametroch siete.
Správny návrh uzemňovacej sústavy musí vždy vychádzať z konkrétnych podmienok danej inštalácie.
Inými slovami, samotné dosiahnutie maximálneho odporu uzemnenia 2 Ω podľa STN 33 2000-4-41 v prípade transformačných staníc VN/NN ešte neznamená, že uzemňovacia sústava je z hľadiska ochrany osôb vyhovujúca.
Záver
Pri návrhu a vyhodnotení uzemnenia elektrických zariadení nad 1 kV AC je kľúčové preukázať, že uzemňovacia sústava zabezpečí ochranu osôb pred nebezpečným dotykovým napätím počas poruchového stavu.
Veľkosť zemného poruchového prúdu, čas trvania poruchy, spôsob uzemnenia neutrálneho bodu siete a vlastnosti pôdy patria medzi rozhodujúce vstupné parametre, ktoré musia byť pri návrhu uzemňovacej sústavy zohľadnené.
Osobitnú pozornosť si vyžadujú transformačné stanice so spoločnou uzemňovacou sústavou VN a NN, kde môže dôjsť pri zemnom spojení k zavlečeniu napätia uzemňovacej sústavy UE do nízkonapäťovej strany. Práve v týchto prípadoch je dôsledné vyhodnotenie dovoleného dotykového napätia nevyhnutné.
Správne navrhnutá a overená uzemňovacia sústava je preto nielen technickou požiadavkou, ale predovšetkým základným predpokladom bezpečnej prevádzky elektrických zariadení.