Uzemnění, ochranné vodiče a vodiče ochranného pospojování
K nové ČSN 33 2000-5-54
Ing. Michal Kříž, IN-EL, spol. s r. o.
Vysvětlivky k textu převzaté normy
Norma ČSN 33 2000-5-54 je částí souboru norem ČSN 33 2000 (Elektrické instalace nízkého napětí), do které jsou zapracovány harmonizační dokumenty HD 384, popř. HD 60364, převzetím souboru mezinárodních norem IEC 60364.
Uvedená norma předepisuje požadavky na uzemnění a pospojování elektrických instalací především z hlediska bezpečnosti jejích uživatelů v souvislosti s používáním elektrických zařízení. Pro řádné zajištění ochrany citlivých elektronických zařízení před elektromagnetickým rušením v budově je třeba splňovat ještě požadavky těchto norem:
- ČSN EN 50310 (třídicí znak 36 9072) Použití společné soustavy pospojování a zemnění v budovách vybavených zařízením informační techniky a
- soubor ČSN EN 50174 (třídicí znak 36 9071) Informační technika – Instalace kabelových rozvodů, zejména část 2 s názvem Plánování instalace a postupy instalace v budovách.
Zodpovědně vytvořenou ochranu před následky atmosférických výbojů je třeba zajistit pospojováním a uzemněním podle souboru ČSN EN 62305 (třídicí znak 34 1390) Ochrana před bleskem.
Hlediska uzemnění před účinky elektrostatiky jsou uvedena v ČSN 33 2030 Elektrostatika – Směrnice pro vyloučení nebezpečí od statické elektřiny. To se týká především elektrických instalací do 1 000 V.
Požadavky na uzemnění zařízení nad 1 000 V jsou obsaženy v ČSN 33 3201.
Maximální hodnoty odporů uzemnění předepisují normy z hlediska:
- ochrany před úrazem elektrickým proudem v sítích do 1 000 V – ČSN 33 2000-4-41 ed. 3,
- vlivu poruchy v síti nad 1 000 V na síť do 1 000 V – ČSN 33 2000-4-442,
- ochrany před úrazem elektrickým proudem v sítích vn – ČSN 33 3201.
Zřízení uzemnění
Uzemnění se zřizuje z těchto důvodů:
- pro ochranu před úrazem elektrickým proudem,
- pro ochranu před bleskem a přepětím,
- pro správnou funkci elektrických zařízení.
Uzemnění se zajišťuje náhodnými nebo strojenými zemniči. Je-li instalace vybavena zemničem (obr. 1), musí být příslušný zemnič spojen uzemňovacím přívodem s hlavní ochrannou svorkou nebo přípojnicí.
Typy zemničů:
- zemnicí tyče nebo trubky,
- zemnicí pásky nebo dráty,
- podzemní stavební sítě zabudované v základech (základové uzemnění),
- kovové výztuže betonu (kromě výztuže v předpjatém betonu) uloženého v zemi,
- kovové pláště nebo jiné kovové obaly kabelů podle místních podmínek nebo požadavků,
- jiná vhodná podzemní kovová díla podle místních podmínek.
Elektrolytická koroze při použití různých materiálů pro uzemnění
Elektrolytickou korozi je třeba brát v úvahu nejen při použití různých materiálů zemničů, ale také vyskytují-li se v okruhu zemničů v půdě kovové části s výrazně odlišným elektrochemickým potenciálem, než má materiál zemničů. Proto se měď jako materiál zemničů používá v ČR jen výjimečně, a to při:
- použití katodické ochrany k eliminaci makročlánku,
- dodržení dostatečné vzájemné vzdálenosti měděných a ocelových zemničů.
Hlavní ochranná svorka nebo přípojnice
V každé elektrické instalaci, kde je použito ochranné pospojování, musí být ochranná svorka nebo přípojnice, se kterou musí být spojeny:
- vodiče ochranného pospojování,
- uzemňovací přívody,
- ochranné vodiče,
- uzemňovací přívody pracovního uzemnění (je-li instalace vybavena zemničem).
Je-li instalace vybavena zemničem, musí být tento zemnič spojen uzemňovacím přívodem s hlavní ochrannou svorkou nebo přípojnicí.
Ochranné vodiče
Průřez každého ochranného vodiče musí splňovat podmínky pro automatické odpojení od zdroje požadované normou IEC 60364-4-41 (ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41 Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem) a ochranný vodič takového průřezu musí být schopen vydržet předpokládaný poruchový proud.
Ochranné vodiče musí vyhovovat podmínce pro průřez podle vzorce (1) nebo vyhovovat hodnotám uvedeným v tab. 1.
S ≥ √(I2 t)/k (1)
Není-li ochranný vodič ze stejného materiálu jako vodič vedení, použijí se k výpočtu odpovídajícího průřezu ochranného vodiče přepočítávací součinitele:
(k1/k2) · S (2)
(k1/k2) · 16 (3)
(k1/k2) · (S/2) (4)
kde k1 je hodnota k pro vodič vedení, k2 hodnota k pro ochranný vodič.
Pro k platí:
(5)
Příklady hodnot k jsou uvedeny v tab. 2.
kde Qc je objemová tepelná kapacita materiálu vodiče (J/°C) při 20 °C, β reciproční hodnota teplotního součinitele rezistivity při 0 °C pro vodič (°C), ρ20 elektrická rezistivita materiálu vodiče při 20 °C (Ω·mm), θi počáteční teplota vodiče (°C), θf konečná teplota vodiče (°C). Průřez 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, je-li ochranný vodič chráněn před mechanickým poškozením,
- 4 mm2 Cu nebo 16 mm2 Al, není-li ochranný vodič chráněn před mechanickým poškozením.
Ochranné vodiče mohou být provedeny jako:
- vodiče v mnohožilových kabelech,
- izolované nebo holé vodiče ve společném obložení s pracovními vodiči,
- upevněné holé nebo izolované vodiče,
- kovové pláště kabelů, stínění kabelů, pancéřování kabelů, drátěné pletivo, koncentrické vodiče, kovové instalační trubky a některé vodivé předměty
- nebo kombinace uvedených vodičů.
Vodiče PEN
Vodič PEN (Protective Earthing and Neutral conductor, ochranný zemnicí a nulový vodič – soustava AC) může být používán pouze v pevných instalacích. Pro mechanickou pevnost nesmí být jeho průřez menší než 10 mm2 Cu nebo 16 mm2 Al.
V normě je doplněna národní poznámka: „Při volbě průřezu vodiče hlavního pospojování je třeba zvážit, zda v případě poruchy některého vodiče PEN nenahrazuje hlavní pospojování jeho funkci. Potom je třeba vodič hlavního pospojování dimenzovat jako vodič PEN.“
V neměřených částech pevných instalací připojených na sítě TN je přípustné použít vodič PEN za předpokladu, že:
a) průřezy všech vodičů odboček k elektroměru a od elektroměru jsou shodné a nejsou menší než 6 mm2 Cu nebo 10 mm2 Al,
b) vodiče PEN lze rozdělit na PE a N v nejbližším vhodném místě rozvodu za elektroměrem (např. v bytové rozvodnici apod.).
Jsou-li počínaje určitým bodem instalace funkce nulového a ochranného vodiče zajišťovány samostatnými vodiči, není dovoleno spojovat nulový vodič s žádnou jinou uzemněnou částí instalace (např. s ochranným vodičem vyvedeným z vodiče PEN).
Je však dovoleno, aby se jeden vodič PEN rozdělil na více než na jeden nulový a jeden ochranný vodič. Pro ochranné vodiče a pro nulové vodiče mohou být určeny samostatné svorky nebo samostatné přípojnice. V tom případě musí být vodič PEN spojen se svorkou nebo přípojnicí určenou pro ochranný vodič. Jako vodiče PEN, PEL (Protective Earthing and Line conductor, vodič ochranného uzemnění a zároveň vodič vedení – soustava DC) nebo PEM (Protective Earthing and Mid-point conductor, ochranný zemnicí a střední vodič – soustava DC) se nesmí používat cizí vodivé části.
Vodiče ochranného pospojování
Vodiče ochranného pospojování pro připojení k hlavní uzemňovací svorce nesmí být menší než:
- 6 mm2 Cu,
- 16 mm2 Al,
- 50 mm2 Fe (ocel).
Obr. 1. Základový zemnič zajišťuje uzemnění
Obr. 2. Příklad průřezů ochranných vodičů
Obr. 3. Příklad pospojování s použitím přípojnice hlavního pospojování
Obr. 4. Ukázka rozložení potenciálů okolo zemniče délky 9 m, na jehož levý konec je přivedeno napětí 120 V
Obr. 5. Příklad uspořádání společné sítě pospojování pro zařízení informační techniky v budově
Tab. 1. Průřez ochranného vodiče vzhledem k průřezu vodiče vedení
Tab. 2. Příklad hodnot k pro izolované ochranné vodiče, které nejsou součástí kabelu a nejsou ani ve společném obložení s vodiči vedení (fázovými vodiči)
Tab. 3. Značení svorek zařízení pro určité vybrané vodiče