Ochrany neživých částí elektrických zařízení nad AC 1000 V - Ochrana před nebezpečným dotykem při poruše těchto zařízení Dotyková napětí u zařízení nad AC 1000 V Praha, 21.5.2010

Co je považováno za neživou část Za neživou část, kterou je nutno chránit proti nepřímému dotyku, je považována vodivá část elektrického zařízení, které se lze dotknout a která není při obvyklém užívání živá, ale může se stát živou v případě poruchy zařízení. Jsou to neživé vodivé části zařízení a přístrojů, které mohou po poruše izolace nebo zásahem oblouku přijít do styku se živými částmi zařízení.

Technické normy pro provedení ochrany nad AC 1000 V Dříve platné: ČSN 34 1010 z 06/1965, ČSN 33 2010 (návrh) z 07/1987, ČSN 33 2000-4-41 z 01/1996, ČSN 33 2000 -4-41 z 02/2000 (platnost normy ukončena k 1.2.2009), PNE 33 0000-1 platná od 01/1998, PNE 33 0000-1 ed.2 platná od 11/1999, PNE 33 0000-1 ed.3 platná od 03/2003 Současně platné: PNE 33 0000-1 ed.4 platná od 01/2008 Poznámka: ČSN 33 2000-4-41 ed.2 z 08/2007 a její ZMĚNA Z1 z 04/2010 - ochranu nad 1000V neobsahuje a neřeší!

Technické normy pro provedení ochrany nad AC 1000 V - související Normy na které se PNE 33 0000-1 ed.4 z hlediska ochrany nad 1000 V AC odvolává ČSN 33 32 01 ČSN EN 50341-1 (33 3300) + Změna A1 ČSN EN 50341-3 (33 3300), Změna Z2 ČSN EN 50423-3 (33 3301) ČSN IEC 479-1 (33 2010) PNE 33 0000-2 ed.4 PNE 33 0000-4 ed.2 PNE 33 0000-8 PNE 33 0000-0 (platnost od 1.5.2010) PNE 33 3301 ed.2

Prostředky ochrany před úrazem elektrickým proudem u rozvodných elektrických zařízení Nutno splnit některou z uvedených podmínek Zamezit přístup k živým i neživým částem při provozu zařízení s napětím vyšším než je mezní hodnota bezpečného napětí. Omezit proud protékající lidským tělem při dotyku s neživými částmi elektrických zařízení na úroveň, která není nebezpečná (ČSN IEC 479-1). Omezit dobu po kterou při dotyku s neživými částmi elektrických zařízení protéká proud lidským tělem.

Způsoby ochrany neživých částí elektrických rozvodných zařízení nad AC 1000 V zemněním v sítích, kde není přímo uzemněný střed (uzel) – sítě IT; zemněním s rychlým vypnutím v sítích s přímo uzemněným středem (uzlem) – sítě TT(r); zemněním s rychlým vypnutím v sítích, kde není přímo uzemněný střed (uzel) – sítě IT(r); pospojováním (k uvedení na stejný potenciál); izolací (pro případy, kdy se části zařízení musí uchopit rukou); zábranou (pro zabránění přístupu).

Stupně ochran neživých částí rozvodných elektrických zařízení – nad 1000 V AC normální (dříve základní) + doplněná (dříve zvýšená) Zemněním v sítích, kde není přímo uzemněný střed (uzel) – sítě IT + pospojováním (k uvedení na stejný potenciál). Zemněním s rychlým vypnutím v sítích s přímo uzemněným středem (uzlem) – sítě TT(r) Zemněním s rychlým vypnutím v sítích, kde není přímo uzemněný střed (uzel) – sítě IT(r) Ochrana izolací

Revizní úkony pro ověření provedení ochran neživých částí rozvodných elektrických zařízení – nad 1000 V AC Základní úkony prohlídky, zkoušení a měření pro posouzení jednotlivých druhů ochran stanovuje PNE 33 0000- 3 ed.3 v kapitole 3.4 - zejména formou odkazů na příslušné technické normy a jejich články. Posouzení splnění stanovené hodnoty dovoleného dotykového napětí pro omezené trvání průtoku UTP pro jednotlivá zařízení dle požadavků PNE 33 0000-1 ed.4 je nezbytným revizním úkonem.

Dovolené dotykové napětí UTP (napětí na lidském těle, které nesmí být překročeno) Dovolená dotyková napětí UTP pro omezené trvání průtoku proudu u elektrických zařízeních nad 1000 V AC na neživých částech zařízení závisí na velikosti nebezpečí úrazu v konkrétním prostoru a čase trvání poruch zařízení. PNE 33 0000-1 ed.4 při stanovení velikosti UTP vychází ze stejného principu jak pro elektrické stanice tak pro vedení vn, vvn, zvn.

Kroková napětí Pro kroková napětí normy ČSN 33 3201 a ČSN EN 50341-1 povolené hodnoty nestanovují. Dovolené hodnoty krokových napětí jsou vyšší než povolená dotyková napětí – proto pokud konkrétní uzemňovací soustava splňuje požadavky na dotyková napětí lze předpokládat, že se obecně nevyskytnou žádná nebezpečná kroková napětí

Dovolené dotykové napětí UTP pro omezené trvání průtoku proudu (při dotyku holá ruka – bosá noha, bez přídavných odporů a průtoku více než 5 s lze použít 75 V )

Graf udává závislost dotykového napětí UTP na době trvání poruchy t F – bez přídavných rezistancí. Je uvažována proudová dráha „holá ruka – bosá noha“. V elektrických zařízeních nad 1000 V AC jsou dovolena celková dotyková napětí USTP = 75 V, nebo vyšší při splnění určitých požadavků a za určitých podmínek. Z dotykového napětí UT a impedance lidského těla ZB (pro proudovou dráhu „jedna holá ruka – obě bosé nohy paralelně“ je ZB = 1650 Ω ) lze určit proud protékající lidským tělem IB . IB = UT / ZB = 75V / 1650Ω = 0,045 A = 45 mA Podle ČSN 33 3201 tab. C1 může proud menší než 50 mA protékat lidským tělem po dobu t F >> 10 s (viz též ČSN IEC 479-1 (33 2010) Účinky proudu na člověka a domácí zvířectvo – Část 1: Obecná hlediska).

Dovolené dotykové napětí UTP (pro kroková napětí není nutné stanovit dovolené hodnoty) Elektrické stanice Doba trvání s tF ≥ 5 tF < 5 a) Rozvodná zařízení dodavatele elektřiny, se kterými mohou přijít do styku laici a pracovníci seznámení včetně distribučních transformoven vn/nn se společným uzemněním vn a nn Dovolené dotykové napětí UTP V 75 viz obr. 2 a 3 PNE a Příloha C – ČSN 33 3201 b) Zařízení elektrických stanic vn, vvn, zvn v prostorách vnitřních i venkovních mimo distribuční transformovny vn/nn 150 Příloha C - ČSN 33 3201 -obr.C2. 2 x UTP podle tabulky 9 PNE

Meze dotykových napětí v různých místech (křivky ukazují působení progresivně rostoucích doplňkových odporů)

Meze dotykových napětí v různých místech z hlediska působení doplňkových odporů Křivka UD1: R a= 0  (bez doplňkových odporů) Křivka UD2: R a= 1 750 , Ra1 = 1 000 , E = 500 m Křivka UD3: R a= 4 000 , Ra1 = 1 000 , E = 2 000 m Křivka UD4: R a= 7 000 , Ra1 = 1 000 , E = 4 000 m Popis typických míst, odpovídajících výše uvedeným příkladům a křivkám UD1 až UD4 se stal podkladem pro stanovení hodnot dovolených dotykových napětí UTP pro venkovní vedení vn. R a = doplňkový odpor (rezistance) Ra1 = odpor obuvi (1000 Ω odpovídá průměrné hodnotě pro staré a vlhké boty) Ra2 = odpor přechodu mezi podrážkou a zemí E = rezistivita půdy v povrchové vrstvě

Dovolené dotykové napětí UTP (pro kroková napětí není nutné stanovit dovolené hodnoty) Venkovní vedení vn Doba trvání poruchy s t F ≥ 1 t F < 1 a) Venkovní vedení v místech jako jsou hřiště, plavecké bazény, kempy, rekreační plochy a podobná místa, kde se mohou shromažďovat lidé s bosýma nohama Dovolené dotykové napětí UTP V 75 viz obr. 5 PNE a ČSN EN 50341-1 čl. 6.2.4.3, obr.6.2 (křivka UD1), tab.G8 b) Venkovní vedení ve městech, obcích, v místech zastavěných nedaleko měst a obcí – místa kde lze rozumně předpokládat, že lidé jsou obuti 150 viz obr. 5 PNE a ČSN EN 50341-1 čl. 6.2.4.3, obr.6.2 (křivka UD2) c) Venkovní vedení v místech odlehlých (místa odlehlá – viz dále) a místech, která nejsou volně přístupná Dovolené dotykové napětí UTP (nutno vypočítat ) V viz čl. 5.4.2.5.4 PNE a ČSN EN 50341-1 čl. 6.2.4.2

Celkové dovolené dotykové napětí USTP (V) Venkovní vedení v místech odlehlých Celková dovolená dotyková napětí USTP v obvodu „lidské tělo + přídavné rezistance“ vypočítaná dle rezistivity půdy v povrchové vrstvě pro dráhu proudu „jedna holá ruka – obě nohy paralelně (obuty)“ Křivka grafu Celkové dovolené dotykové napětí USTP (V) Rezistivita půdy v povrchové vrstvě E (Ωm) Doplňkový odpor – rezistance (Ω) R a = Ra1 + Ra2 UD2 150 V 500 Ωm 1750 Ω 180 V 1000 Ωm 2500 Ω UD3 250 V 2000 Ωm 4000 Ω 320 V 3000 Ωm 5500 Ω UD4 390 V 4000 Ωm 7000 Ω

Výpočet celkového dotykového napětí USTP v obvodu „lidské tělo + přídavné rezistance“ je řešen dle ČSN 33 3201 přílohy C. Impedance lidského těla ZB a přídavné rezistance Ra1 + Ra2 jsou zapojeny v sérii a připojeny na napětí USTP . Vlivem napětí USTP vzniká v obvodu proud IB , který na impedanci ZB vyvolává úbytek napětí UTP , což je dotykové napětí na lidském těle. Další úbytky napětí vyvolává proud IB na rezistancích Ra1 a Ra2 . Pokud nejsou uvažovány přídavné rezistance je USTP rovno UTP .

Zjišťování měrného odporu (rezistivity) půdy v povrchové vrstvě Měření přídavné rezistance (odporu) přechodu mezi podrážkou bot a zemí Ra2 a výpočet rezistivity půdy (měrného odporu) v povrchové vrstvě E E = Ra2 / k k = 1,5 (m -1) Měření rezistivity půdy metodou Wennerovou metodou (uspořádáním elektrod a = 0,5 m)

Odlehlá místa ve smyslu ČSN EN 50341-3 a ČSN EN 50423-3 Odlehlými místy - okolí podpěrných bodů kde se lidé vyskytují zřídka se rozumí: a) místa v nezastavěných prostorách (např. pole) ve vzdálenosti větší než 10 m od okraje komunikací třídy I až III; b) místa dále než 50 m od soustředěné občanské a bytové zástavby; c) místa dále než 25 m od jednotlivých osamělých budov a továrních objektů mimo soustředěnou zástavbu; d) místa dále než 50 m od okraje volných rekreačních a sportovních ploch mimo soustředěnou zástavbu (např. areálu zdraví, jednoduchých hřišť, parkových ploch ap.); e) polní a lesní cesty.

Dovolené dotykové napětí UTP (pro kroková napětí není nutné stanovit dovolené hodnoty) Venkovní vedení vvn, zvn Dle ČSN EN 50341-1 + ZMĚNA A1 a ČSN EN 50341-3, Změna 2 PNE 33 0000-0

Měření dotykových napětí (měřící metody viz PNE 33 0000-1, čl. 6.3.5) Měření dotykových napětí se požaduje: v elektrických stanicích s napětím 110 kV a vyšším (vvn, zvn); v průmyslových závodech, na jejichž území je vybudována elektrická stanice s napětím 110 kV a vyšším (vvn, zvn); v ostatních elektrických zařízeních vvn (zvn) pokud jsou tam předepsány hodnoty dotykových napětí a nelze je prokázat jiným způsobem – např. výpočtem; v případech doporučených PNE 33 0000-1( např. u venkovních vedení vn, kde nelze dodržet hodnoty uzemnění) .

Opatření pro dodržení dovolených dotykových napětí Zpracovaný návrh uzemňovací soustavy vycházející ze zásad norem ČSN 33 3201 a ČSN EN 50341-1, zásad zapracovaných v PNE 33 0000-1 ed.4, část 5 Kontrola provedených uzemnění na místě realizace a dokumentace uzemňovacích soustav Pravidelná údržba uzemňovacích soustav v rámci Řádu preventivní údržby

Opatření pro dodržení dovolených dotykových napětí Společné uzemnění pro elektrické zařízení vn a nn v distribuční stanici RB UTP (dovolené dotykové napětí) RB ≤ _______ IE (zemní proud na straně vn) Odpor uzemnění zemniče RE ve venkovních a kabelových sítích vn (dovolené dotykové napětí UTP neb celkové dovolené UTP dotykové napětí USTP ) RE ≤ k _______ k - součinitel dle tvaru zemniče (k=1,5, k=2, k=3, k=5)

Případy, kdy lze od kontroly velikosti dotykových napětí upustit – venkovní vedení vn, vvn, zvn Předpoklad – rychlé automatické vypínání poruchy od zdroje - hlavní ochranou v čase do 1 s, záložní ochranou do 5 s a splnění opatření: místa často navštěvovaná lidmi – povrch terénu v okolí podpěrného bodu je izolován trvanlivou izolační vrstvou do vzdálenosti 1,5 m od kovové konstrukce, zemniče nesmějí přesahovat okraj této vrstvy. Nebo je-li provedeno ohrazení podpěrného bodu nevodivým plotem; místa odlehlá, která nejsou často navštěvována lidmi – nezasahují-li uložené zemniče do vzdálenosti větší jak 15 m od přístupných částí podpěrného bodu; u venkovních vedení vn – za rovnocenné opatření se považuje zřízení ekvipotenciálních kruhů, řízení potenciálu okolo stožáru

Opatření v sítích s kompenzací zemních kapacitních proudů – sítě IT V sítích, kde není zajištěno rychlé automatické vypínání poruchy a kde dotyková napětí jsou vyšší než povolené hodnoty, má být přijato některé z uvedených opatření pro zajištění, že výskyt déle trvajícího zemního spojení na podpěrném bodu je nepravděpodobný nebo že jeho trvání je omezeno na krátkou dobu: - použití tyčových izolátorů nebo izolátorů s pevným jádrem (neprůrazných); - použití izolátorů u kterých je možno stav izolace vizuálně kontrolovat; - použití zařízení pro detekci zemního spojení a odpojení vedení v případě zemního spojení.

Případy, kdy lze od kontroly velikosti dotykových napětí upustit – kdy se vznik nebezpečných dotykových napětí nepředpokládá U elektrických zařízení v oblastech se souvislou zástavbou napájených z kabelové sítě vn kabely s vodivými, oboustranně uzemněnými plášti o celkové délce nad 1 km a s maximálním proudem zemního spojení nebo jednofázového zkratu do 1500 A (celková uzemňovací soustava). Poznámka: ČSN 33 2000-5-54 ed.2, čl. NA.15.3: „U společné uzemňovací soustavy větší než 10 000 m2 tvořené vzájemně propojenými náhodnými i strojenými zemniči se zemní odpor neměří.

V případech, kdy lze od kontroly velikosti dotykových napětí upustit nelze však pominout - zejména u venkovních vedení vn, vvn, zvn - požadavky na uzemňování pro ochranu před účinky blesku – viz ČSN EN 50341-3 (33 3300), Změna Z2 a ČSN EN 50423-3 (33 3301), PNE 33 0000-8.

Stupně ochran neživých částí rozvodných elektrických zařízení Z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem v prostorách s elektrickým zařízením se rozlišují dva stupně ochrany: normální ochrana ( dříve základní ochrana); doplněná ochrana (dříve zvýšená ochrana). Doplněná ochrana se dosáhne rozšířením normální ochrany o některý druh doplňkové ochrany nebo o opatření zvyšující účinnost normální ochrany.

Stupně ochrany neživých částí podle způsobu uchopení rukou a členění prostorů Volba stupně ochran Prostory Napětí Stupeň ochrany Části zařízení se nemusí uchopit rukou Části zařízení se musí uchopit rukou Normální i nebezpečné do 1000V AC normální Požaduje se zhotovení z izolantu pokud PNE 33 0000-1 v čl. 3.5.2 nestanoví jinak. Zvlášť nebezpečné doplněná nad 1000V AC

Základní stanovení prostor pro různé druhy rozvodných zařízení z hlediska působení vnějších vlivů PNE 33 0000-2 Stanovení základních charakteristik vnějších vlivů působících na rozvodná zařízení distribuční a přenosové soustavy ed. 4 (platnost od 1.1.2010) PŘÍLOHA 2 Vyhodnocení vnějších vlivů na rozvodná zařízení a zařízení pomocných provozů umístěných ve vnitřních prostorách. PŘÍLOHA 3 Vyhodnocení vnějších vlivů na rozvodná zařízení umístěná ve venkovním prostoru a prostorách pod přístřeškem

Děkuji za pozornost Václav M a c h á č e k

Adresa pro objednání norem PNE ÚJV Řež a.s. Divize ENERGOPROJEKT PRAHA, Odd.08508 Ing. Jaroslav B á r t a Vyskočilova 3/741, P.O.Box 158 140 21 P r a h a 4 tel: 241 006 737 fax: 241 006 789 e-mail: barta@egp.cz