Co je nulování?
Dnes je těžké si představit náš život bez každodenního používání všech druhů elektrických spotřebičů. Praktické použití proudu je však bez ochranných systémů nebezpečné. Mohou nastat případy, kdy ochranná zařízení (zástrčky, jističe atd.) nemusí fungovat, což má za následek poškození vnitřní izolace a zvýšené napětí na kovovém těle zařízení. K ochraně osob před možným úrazem elektrickým proudem během provozu elektrických spotřebičů a domácích spotřebičů byla vyvinuta různá ochranná opatření, včetně nulování. Tento článek byl napsán, aby čtenáři vysvětlil, jaká je zvláštnost uzemnění jako způsob ochrany elektrických sítí, v jakých případech se používá a jak se liší od ochranného uzemnění.
Uzemnění se používá k zajištění elektrické bezpečnosti systémů s vodiči PEN, PE nebo N. Patří sem sítě s pevně uzemněným neutrálem: TN-C, TN-S a TN-CS. Hlavním rozdílem v organizaci uzemnění pro tyto systémy je schéma připojení nulových ochranných a pracovních vodičů.
Nulovací systém TN-C
Systém uzemnění TN-C je v současné době považován za zastaralý, protože převládá ve starých obytných budovách. Vyznačuje se přítomností neutrálního ochranného a neutrálního pracovního vodiče PEN kombinovaného po celé délce. Používá se pro napájení v třífázových sítích. Zakázáno pro skupinové a distribuční jednofázové sítě. Tento systém je poměrně jednoduchý na organizaci, ale neposkytuje dostatečnou úroveň elektrické bezpečnosti, což znemožňuje jeho použití při výstavbě nových budov.
Nulovací systém TN-CS
Jedná se o vylepšenou verzi uzemňovacího systému TN-C pro zajištění elektrické bezpečnosti v jednofázových sítích. V místě rozvětvení třífázového vedení na jednofázové se sdružený vodič PEN rozdělí na vodiče PE a N a přivede je k jednofázovým spotřebičům. Tento nulovací systém s relativně malým nárůstem nákladů má vyšší úroveň bezpečnosti.
Nulovací systém TN-S
Je považován za nejpokročilejší a nejbezpečnější schéma nulování. Princip činnosti je založen na oddělení nulového ochranného a nulového pracovního vodiče po celé délce. Všechny kovové prvky elektroinstalace jsou připojeny k nulovému ochrannému vodiči PE. Aby se zabránilo opakovanému uzemnění, je instalována transformátorová rozvodna, která má hlavní uzemnění.
Elektrická bezpečnost při nulování
Při použití ochranného uzemňovacího obvodu je důležité počítat s tím, že proud při zkratu musí dosáhnout hodnoty dostatečné pro spuštění elektromagnetického uvolnění jističe nebo roztavení pojistkové vložky. V opačném případě bude poruchový proud volně proudit elektrickým obvodem, což povede ke zvýšení úbytku napětí na každém prvku elektrického obvodu a na všech neutralizovaných prvcích elektroinstalace na hodnotu, při které je pravděpodobnost úrazu elektrickým proudem z tělo zařízení se mnohonásobně zvětší. Ukazuje se, že spolehlivost zemnícího systému je z větší části určena spolehlivostí použitého nulového ochranného vodiče, který má proto zvýšené požadavky, viz odstavce 1.7.121 – 1.7.126 PUE-7. Pečlivě položený neutrální vodič by měl být odlišen svou barvou ve formě žlutých pruhů na zeleném pozadí. Kromě toho je nutné neustále sledovat provozuschopnost jeho stavu. Na nulový vodič je zakázáno instalovat ochranné zařízení pro elektrické instalace, které při spuštění může způsobit jeho poškození. Spojení nulových vodičů mezi sebou a ke kovovým prvkům elektrické instalace přístupné uživatelům musí zaručovat spolehlivý kontakt a musí být možné kontrolovat, viz odstavec 1.7.39, 1.7.40 PUE-7. Hodnota odporu ve šroubovém spojení s částmi elektroinstalace by neměla překročit 0,1 Ohm. Sledování odporu smyčky „fáze-nula“ se provádí ve fázi přejímacích a dodacích prací, při velkých opravách a rekonstrukcích sítě, jakož i ve lhůtách stanovených regulační a technickou dokumentací. Měření v odpojené elektroinstalaci se provádí pomocí voltmetru-ampérmetru. Kromě toho je neustále monitorována hodnota zemního odporu nulových a opakovaných zemnících vodičů a závislost doby provozu automatických zkratových ochran.
Pro omezení úrazu elektrickým proudem se v případě přerušení nulového vodiče doporučuje provádět opakované uzemnění s odporem nejvýše 30 Ohmů každých 200 m vedení a podpěr, k čemuž se převážně používají přirozené zemnící elektrody.
2. Normalizace nulování
Technické požadavky na organizaci ochranných uzemňovacích systémů jsou definovány následujícími dokumenty:
- Pravidla elektrické instalace (PUE), kapitola 1.7,
- GOST R 50571.5.54-2013 (klauzule 543),
- GOST 12.1.030-81 (bod 7).
Nulovací mechanismus je založen na automatickém vypnutí poškozené části sítě, jehož doba by neměla překročit hodnoty podle odstavce 1.7.79 PUE-7.
Nejdelší přípustná ochranná doba automatického vypnutí pro systém TN
| Jmenovité fázové napětí Uo, B | Doba vypnutí, s |
| 127 | 0,8 |
| 220 | 0,4 |
| 380 | 0,2 |
| více 380 | 0,1 |
Nulový pracovní a ochranný vodič musí mít dostatečný odpor ke spuštění ochrany. Aktivní a indukční odpory vodičů tvoří celkový odpor smyčky fáze-nula. Činný odpor vodičů závisí na jejich délce, měrném odporu materiálu a průřezu. U vodičů z mědi a oceli se rozlišují indukční reaktance. U ocelového drátu jsou nepřímo závislé na hustotě proudu a poměru obvodu k ploše průřezu vodiče. Indukční reaktance ocelových vodičů je vyšší než u měděných vodičů. Odstavec 1.7.126 PUE-7 stanoví nejmenší průřezy ochranných vodičů pro případy, kdy jsou vyrobeny ze stejného materiálu jako fázové vodiče. Průřezy ochranných vodičů z jiných materiálů musí být vodivostí ekvivalentní uvedeným.
Nejmenší průřezy ochranných vodičů
| Průřez fázových vodičů, mm2 | Minimální průřez ochranných vodičů, mm2 |
| S ≤ 16 | S |
| 16 35 | S / 2 |
Dvouvodičové vedení, skládající se z pracovního a ochranného vodiče, tvoří jeden velký závit, jehož vzájemný indukční odpor (doporučená hodnota pro výpočty je 0,6 Ohm/km) závisí na délce vedení, průměru vodičů. a vzdálenost mezi nimi. Zemnící odpor neutrálu zdroje energie by neměl překročit 2, 4 a 8 ohmů při lineárních napětích 660, 380 a 220 V třífázového zdroje proudu, viz odstavec 1.7.101 PUE-7. Zvýšení zkratového proudu se dosáhne snížením odporu transformátoru a smyčky, k čemuž se používá zapojení do trojúhelníku. Vinutí výkonných transformátorů už mají malý odpor. Nižšího odporu zemnících vodičů je dosaženo jejich krátkým a jednoduchým vedením, zvětšením průřezu vodičů, nahrazením ocelových vodičů vodiči vyrobenými z neželezných kovů s nízkým indukčním odporem. Nejvyšší odpor nulového ochranného vodiče by neměl překročit dvojnásobek odporu fázového vodiče. Zmenšením vzdálenosti mezi nimi se sníží vnější indukční reaktance. Snížení odporu opakovaných zemnících vodičů a jejich přiblížení k zátěžovým uzlům pomáhá snížit proudovou sílu na neutralizovaných částech zařízení. Připojení všech uzemněných kovových konstrukcí budovy k nulovému vodiči zvyšuje potenciál povrchu podlahy, na kterém člověk stojí, a tím výrazně snižuje napětí jeho dotyku na hodnotu přibližně rovnou 0,1 až 0,01 Uз.
3. Aplikace nulování
Uzemnění se provádí u průmyslových objektů, často se zdrojem energie (generátorem nebo transformátorem) umístěným v objektu, pro zajištění bezpečného provozu elektroinstalací pro různé účely a zvýšení odolnosti proti hluku při jejich provozu. Podle požadavků odstavce 1.7.101 PES-7 by mělo být uzemnění elektrických instalací provedeno: – při napětí 380 V a vyšším střídavém proudu a 440 V a vyšším stejnosměrném proudu – ve všech elektrických instalacích; – při jmenovitých napětích nad 42 V, ale pod 380 V AC a nad 110 V, ale pod 440 V DC – pouze v prostorách se zvýšeným nebezpečím, zvláště nebezpečným a ve venkovních instalacích. Všechna elektrická zařízení průmyslových objektů jsou připojena ke společnému zemnícímu obvodu a vzájemně propojena kovovou zemnící sběrnicí. Úplný seznam dílů podléhajících nulování je uveden v kapitole 1.7 Pravidel elektrické instalace (PUE-7). K dispozici je také seznam elektrických zařízení, jejichž záměrné nulování není nutné. Pro elektrickou ochranu obytných budov se uzemnění prakticky nepoužívá. V nových budovách je uzemnění organizováno centrálně. Moderní elektrické spotřebiče mají tříkolíkovou zástrčku. Jeden z kontaktů je připojen k pouzdru. Uzemnění pro jeden byt se skládá z připojení krytů a částí domácích spotřebičů k zemnicím vodičům. V tomto případě není potřeba nulování. Staré obytné budovy, obvykle připojené přes systém TNC, nemusí mít uzemnění vůbec. Modernizaci elektrických sítí takových domů by měla provádět specializovaná elektrotechnická firma. Často se však samotní obyvatelé takových domů uchýlí k uspořádání uzemnění, které je v tomto případě zakázáno, což není vůbec bezpečný způsob elektrické ochrany pro obytný sektor. Požadavky na organizaci ochranného uzemňovacího systému, jak již bylo zmíněno, jsou definovány v regulačních dokumentech. V procesu zavádění této metody ochrany elektrických sítí však často dochází k chybám, které narušují její zamýšlený účel. Je mylný názor, že je lepší uzemnit na obvodu odděleném od nulového vodiče, a to z důvodu nedostatečného odporu dlouhého vodiče PEN od elektrického spotřebiče k zemnící elektrodě rozvodny. Ve skutečnosti se však ukazuje, že zemnící odpor je mnohem větší než u dlouhého drátu. Pokud se fáze dotkne takto uzemněného instalačního tělesa, může být zkratový proud nedostatečný ke spuštění automatických prostředků ochrany elektrické sítě. V tomto případě dosáhne napětí na krytu hodnoty, která je pro uživatele nebezpečná. Ani při použití jističe s malým jmenovitým výkonem není možné zajistit požadovaný čas PUE pro automatické odpojení poškozeného vedení od sítě.
4. Rozdíl mezi uzemněním a uzemněním
Z hlediska svého účelu jsou uzemnění a uzemnění do značné míry podobné – chrání uživatele elektroinstalace před úrazem elektrickým proudem. Metody a principy organizace takové ochrany jsou však různé. Zajištění elektrické bezpečnosti sítí pomocí uzemňovacího systému je podrobně diskutováno v předchozích částech článku. Působení ochranného uzemnění je založeno na nuceném spojení elektrických instalací se zemí za účelem snížení dotykového napětí na bezpečnou hodnotu. Přebytečný proud vstupující do tělesa elektroinstalace je sveden přímo do země (přes zemnící část). Jako zemnící vodič je instalován zemnící obvod trojúhelníkové konfigurace, jehož odpor by měl být menší než v jiných částech obvodu. Rozdíl mezi uzemněním a uzemněním je následující:
- ve způsobu zajištění ochrany elektrických sítí: uzemnění – sníží dotykové napětí, uzemnění – odpojí poškozenou elektroinstalaci od sítě, což prakticky eliminuje úraz elektrickým proudem a z tohoto pohledu je účinnějším prostředkem ochrany pro použití v průmyslové podniky. Pokud však mluvíme o spolehlivosti ochrany během provozu, uzemnění je horší než uzemnění kvůli větší pravděpodobnosti poškození integrity nulového vodiče a možné změně odporu smyčky fáze-nula.
- aplikační systémy: uzemnění se používá výhradně k ochraně sítí s izolovaným neutrálem (soustavy TT a IT), uzemnění – v sítích s pevně uzemněným neutrálem TN-C, TN-S a TN-CS, kde jsou vodiče PEN, PE nebo N současnost.
- podle typu uspořádání: z hlediska jednoduchosti a dostupnosti uspořádání je uzemnění složitější a pracnější způsob ochrany, vyžadující technické znalosti a dovednosti pro správné určení způsobu a průměrného bodu uzemnění. V případě ochranného uzemnění jsou jednotlivé části sběrače proudu spojeny se zemí, pro které stačí aplikovat pokyny pro elektrické spotřebiče.
5. Závěr
Úlohu uzemnění při práci s elektroinstalací v průmyslových podnicích lze jen stěží přeceňovat. Odpojením poškozené instalace od sítě v případě poruchy izolace je uzemnění spolehlivým způsobem, jak ochránit osobu před možným úrazem elektrickým proudem. Pro účinné zajištění elektrické bezpečnosti je nutné přísně dodržovat návrh prvků uzemňovacího systému s uvažovanými normami a také pečlivé a neustálé sledování jejich stavu. Použití uzemnění nebo uzemnění závisí na požadovaném způsobu zajištění ochrany pro různé systémy elektrické sítě.
Uzemnění je úmyslné elektrické spojení pevně uzemněného nulového bodu transformátoru nebo generátoru v jednofázových, třífázových stejnosměrných sítích s otevřenými vodivými povrchy elektrických instalací a zařízení, které v normálním stavu nejsou pod napětím.
Uzemnění se provádí za účelem zajištění elektrické bezpečnosti elektrických zařízení v průmyslové výrobě.
V každodenním životě je tato metoda elektrické ochrany podle nových předpisů PUE uvedených v bodě 1.7.132 zakázána.
Domácí elektrická síť je jednofázová, protože domácí elektrospotřebiče jsou napájeny z běžných zásuvek, kde je fáze a pracovní nula, které nelze kombinovat s ochranným vodičem, což činí kryt uzemněným.
Aplikace ve výrobě
Uzemnění se používá k zajištění rychlé doby odezvy (ne více než 0,4 s) ochranných spínačů a pojistek ve výrobě, pokud se na pouzdře objeví život ohrožující napětí.
Zároveň je zajištěna i požární bezpečnost – v případě použití pouze uzemnění, vzhledem k jeho většímu odporu než u nulového vodiče, nemusí být svodový proud dostatečný k rychlému spuštění pojistek určených pro vysoké zatěžovací proudy.
Tyto hodnoty svodového proudu a doba potřebná k aktivaci ochrany však mohou být dostatečné k tomu, aby se izolace vodičů uvnitř zařízení vznítila a způsobila požár.
Pomocí uzemnění je tedy zaručeno dosažení krátkodobého zkratového proudu, který nemá čas zahřát kabeláž, ale způsobí aktivaci ochranných zařízení. Je nutné si uvědomit, že v tomto případě se uzemnění a uzemnění používají společně, protože zařízení je uzemněno společným uzemňovacím obvodem podniku, který má mnoho uzemňovacích zařízení.
Kromě toho je dodávka elektřiny do výroby prováděna z několika vstupů, což zaručuje vyváženost fází a chrání systém proti přerušení nulového vodiče.
Neoprávněné nulování je smrtelně nebezpečné!
Často se stává, že při modernizaci starého elektrického vedení v bytě s přechodem na nový třívodičový systém s ochranným PE vodičem někteří „špatní odborníci“ tvrdí, že uzemnění je nulování, a doporučují nulování PE sběrnice, pokud se v bytovém domě používá starý systém TN-C.
Tato rada je smrtelně nebezpečná z několika důvodů:
- Když je neutrál přerušen, elektrické spotřebiče připojené k síti po přerušení, napájené z různých fází, vytvoří na zbývajícím nulovém vodiči vyrovnanou průměrnou hodnotu napětí. Protože připojenou zátěž nelze náhodně vyvážit, napětí vytvořeného nulového vodiče se bude lišit od nuly, a proto může být potenciál, který se objeví na pouzdrech elektrických spotřebičů v důsledku neutralizace, velmi nebezpečný.
- V případě oprav v elektrickém rozvaděči v podlaze se může stát, že dojde k záměně vstupních vodičů do bytu. V takovém případě budou všechny kovové kryty domácích spotřebičů pod fázovým napětím a jistič nebude fungovat, protože elektrické spotřebiče nebudou uzemněny a uzemnění PE vodiče bude představovat smrtelný potenciál. Ani proudový chránič nepomůže, protože nekontroluje proudy v PE vodiči.
- V řádně provedeném elektroinstalačním projektu v domě je sběrnice PE připojena k systému vyrovnání potenciálů (PES), zejména v koupelně, kde musí být připojeny všechny kovové povrchy a komunikace. Pokud je sběrnice PE neoprávněně uzemněna a připojena k PES, bude nulový vodič znovu uzemněn k tomuto systému, což je hrubé porušení, které ohrožuje bezpečnost sousedů. Pokud uzemněná sběrnice PE není připojena, PES nebude moci plnit ochranné funkce, protože tělesa kotle a pračky v koupelně budou připojena k nulovému vodiči, a nikoli k zemi.
Pokrok v elektrotechnice
Dříve se uzemnění aktivně používalo v každodenním životě pro elektrickou bezpečnost elektrických sporáků. V takových domech se však zvláštní pozornost věnovala nulovému vodiči, každý podlahový panel měl opakované uzemnění, takže uzemnění nepředstavovalo nebezpečí v důsledku přerušení nulového vodiče. Dodávka elektřiny v té době probíhala podle systému TN-C, kde nulový vodič současně plnil funkce ochranného vodiče.
Elektrická instalace zařízení a elektrických instalací byla upravena šestým vydáním elektroinstalačního řádu, který obecně zakazoval používání elektrických zařízení bez uzemnění.
Pokroky v elektrotechnice však vedly k opuštění starého systému kvůli mnoha nedostatkům, z nichž některé byly popsány výše.
V současné době platí nové normy PUE sedmého vydání, které vyžadují, aby napájení bytových budov a organizací bylo prováděno pomocí nových systémů TN-S, TN-CS.
Použití uzemnění v napájecím zdroji
Podle nových norem PUE nahrazuje uzemnění v napájecím systému TN-CS neutrální uzemnění u domácích elektrických spotřebičů, ale nevylučuje ho z ochranného procesu v globálním měřítku, protože neutrální uzemnění ochranné sběrnice PE se vyskytuje na vstupním distribučním zařízení (IDD) bytového domu.
V tomto případě je kombinovaný vodič PEN připojen k hlavní uzemňovací sběrnici (MGB), která má opakované uzemnění.
Přestože je nulový vodič připojen přímo k hlavní uzemňovací sběrnici, což je zároveň sběrnice PE, která má kontakt s kovovými pouzdry domácích elektrických spotřebičů prostřednictvím ochranného vodiče, liší se takové uzemnění nulového vodiče od pouhého připojení nulového vodiče PEN k uzemňovací svorce elektrického zařízení v bytě.
Rozdíl je v tom, že v tomto případě je nulový vodič znovu uzemněn v rozváděči, což lze teoreticky považovat za neutralizaci uzemňovacího zařízení a k němu připojené sběrnice PE. To se však neříká obecně; tento proces se nazývá rozdělení vodiče PEN na PE (ochranný vodič) a N (pracovní nula) v místě opětovného uzemnění.
Alternativa k nulování
V systému TN-S dochází k uzemnění ochranného vodiče PE pouze v jednom bodě – na uzemňovacím obvodu transformátorové stanice nebo generátoru, kde je vodič PEN rozdělen, a poté se ochranný vodič a pracovní nula nikde neprotínají.
Ve výše popsaných schématech napájení se uzemnění a neutralizace vzájemně doplňují a zajišťují tak elektrickou bezpečnost, ale v systémech s izolovaným neutrálem (IT), stejně jako v systému TT, se neutralizace vůbec nepoužívá.
Elektrická zařízení napájená dle předpisů IT nebo TT jsou uzemněna pomocí vlastních obvodů. Vzhledem k tomu, že režim IT napájí specifická zařízení, je vhodné podrobněji zvážit pouze systém TT jako jedinou alternativu k neoprávněnému a nesprávnému uzemnění sběrnice PE, protože přechod na nové systémy napájení (TN-S, TN-CS) je pro mnoho domů starších dvaceti let velkým problémem.
Elektrická síť vyrobená podle schématu TT bude schopna spolehlivě zajistit elektrickou ochranu před poškozením a bude mnohem bezpečnější než neoprávněné uzemnění, pokud bude splňovat normu PUE 1.7.39.
Při modernizaci domácí elektroinstalace je tato metoda zajištění bezpečnosti spolehlivější než uzemnění PE sběrnice nebo její úplné ponechání nezapojené a čekání na modernizaci elektrické sítě celého bytového domu.
Uzemnění v soukromém domě
Není zakázáno oddělovat PEN v soukromém domě, pokud jsou splněny následující normy PUE:
V tomto případě se pro kombinovaný neutrální vodič provádí opakované uzemnění plus neutralizace pro sběrnici ochranného vodiče PE.
Na základě výše uvedeného lze usoudit, že správně provedené uzemnění je důležitým článkem pro zajištění elektrické bezpečnosti a spolu s uzemněním umožňuje dodávat elektřinu pomocí levnějšího systému TN-CS.
Rozdíl v ceně ve srovnání s TN-S spočívá v tom, že oddělení PEN probíhá na vstupu do domu a není nutné táhnout PE vodič k trafostanici. Je však také třeba si uvědomit, že ignorování norem a zákazů PUE může vést k fatálním následkům, pokud svévolně provedete uzemnění PE vodiče nebo kovových krytů zařízení.
Veškeré samostatné elektroinstalační práce musí být koordinovány s dodavatelem energie a ten musí také provádět kontrolní měření a kontroly, aby se zajistilo správné provedení prací.