Ing. Michal Kříž, IN-EL, spol. s r. o. Nové vydání ČSN 33 2000-4-41 – impedance smyčky V únoru tohoto roku byla nově vydána ČSN 33 2000-4-41:2000 Elektrotechnické předpisy. Elektrická zařízení. Část 4: Bezpečnost. Kapitola 41: Ochrana před úrazem elektrickým proudem (eqv HD 384.4.41 S2:1996, mod IEC 364-4-41:1992). Platí od 1. března 2000. Podnětem k vydání této normy, byla potřeba uvést normu do souladu s evropským harmonizačním dokumentem HD 384.4.41 S2:1996, který byl, stejně jako ČSN 33 2000-4-41:1996, vydán na základě mezinárodní normy IEC 364-4-41:1992, avšak o něco později než naše norma. Předmětem tohoto článku není informovat o všech změnách a úpravách oproti předchozímu vydání této normy. O těch se ostatně diskutovalo v rámci odborných seminářů a věnovala se jim i první internetová konference iiSEL v minulém roce. Zde se dotkneme otázek výpočtu a měření impedance smyčky, protože právě tyto otázky, přestože se o nich již diskutovalo, po vydání nové normy opět vyvstávají. Co je pravděpodobnou příčinou?
Přestože se v nově vydané normě základní ustanovení týkající se výpočtu nezměnilo – stále pro velikost impedance smyčky Zs platí podmínka Zs × Ia Ł Uo – upřesňuje se nově výklad impedance smyčky. Tento výklad však přinesl již na podzim roku 1998, kdy změna ČSN 33 2000-4-41:1996 byla již v podstatě projednána, předpis ESČ 33.02.98. A nyní elektrotechnik dostal do ruky novou normu, a po prvním přečtení shledává určité rozdíly v tom, co norma požaduje od projektanta a co má naměřit revizní technik. To se také, podle jeho názoru, neshoduje s tím, co uvádí zmíněný předpis ESČ. Rozeberme si to tedy
Projektant má ověřit, že jím navržené obvody vyhovují podmínce pro velikost impedance smyčky stanovené výpočtem. Tato impedance smyčky se v normě označuje Zsv a platí pro ni Zsv Ł 0,8 Uo/Ia. Revizní technik má zjistit, že jím naměřená impedance, která se označuje Zsm, jako impedance stanovená měřením, nemá překročit hodnotu Zsm Ł (2/3)Uo/Ia. Každý nyní na první pohled vidí, že na projektanta, resp. na jím navržené obvody, nejsou kladeny tak přísné požadavky jako na revizního technika, lépe řečeno, na obvody, které změří. Hodnota 0,8 je větší než 2/3. Takže projektant může navrhnout i obvody, které před uvedením do provozu neprojdou následnou kontrolou měřením, vykonanou revizním technikem. Uklidněme se však
Udělali jsme (celkem běžnou) chybu, že jsme vysvětlující poznámky k impedanci smyčky nepřečetli dále. Tam se totiž uvádí, že Zsv je vypočtená hodnota Zs z rezistancí a reaktancí vodičů..., ale POZOR! při maximální provozní teplotě vodičů. Jaký to má na vypočtenou impedanci vliv? Na reaktanci provozní teplota vliv mít zřejmě nebude. S tou v běžných případech průřezů stejně nepočítáme. Ale na rezistanci (jinak též činný odpor) zvýšení teploty vliv mít bude. Jaký? Rezistance, a tím vlastně i impedance, na vedení z mědi i hliníku, při provozní teplotě, kterou uvažujeme 70 °C, oproti běžné teplotě, již předpokládáme 20 °C, stoupne o 20 %. (Můžeme si to spočítat. Teplotní součinitel odporu je, jak pro měď, tak pro hliník, přibližně 0,004 na 1 °C, takže na 50 °C připadá zvýšení odporu 0,2, tj. 20 %.) A nyní k tomu, jaká bude impedance smyčky za studeného stavu, když za teplého stavu je o 20 % vyšší. To znamená, že Zsv = 1,2 · Zs. Po dosazení do vztahu pro Zsv dostaneme 1,2 × Zs = Zsv Ł 0,8 Uo/Ia a odtud musí impedance smyčky za studeného stavu být Zs Ł (0,8/1,2) Uo/Ia a to je Zs = Zsm Ł (2/3) Uo/Ia Znamená to, že projektant by neměl být v běžných případech v rozporu s měřeními, která uskuteční revizní technik. A jak je to v případech jiných než běžných?
I na to norma pamatuje. Uvádí se v ní totiž, že bezpečnostní součinitele nemusejí být použity v případě, že se použijí přesnější výpočtové nebo měřicí metody, popř. jejich kombinace. Bude-li tedy projektant uvažovat obvod, jehož provozní teplota je např. 150° C, musí tomu přizpůsobit i ověření impedance smyčky. Také revizní technik by měl korigovat své měření s ohledem na teplotu, jestliže měří při teplotě vedení výrazně odlišné od 20 °C, pro niž je rezistivita vodivých materiálů udávána. (Rezistivita se zvyšuje o 4 % na každých 10 °C). Rovněž, měří-li se impedance obvodu, jehož provozní teplota je extrémně vysoká, je třeba vzít tuto skutečnost patřičně v úvahu. Uvedené otázky však nebudeme dále rozebírat a zabíhat do přílišných podrobností. Pro úplnost zde uvedeme, že norma, která dosti přesně řeší výpočet zkratových proudů v síti nn, a tedy i jednofázových zkratů, potřebných pro posouzení smyčky, je ČSN IEC 781. Vztahy normy a předpisu ESČ
Stručný předpis ESČ 33.02.98 se již v době svého vzniku odvolával na platnou normu ČSN IEC 1200-53:1998, podle níž určil hodnoty impedancí smyček i jejich délky, podle jištění a průřezu použitých vodičů. To je v souladu s ČSN 33 2000-4-41:2000, která též uvádí, že bezpečnostní součinitele nemusejí být použity, postupuje-li se podle ČSN IEC 1200-53:1998. Ani v tomto případě nebudeme zabíhat do podrobností, ty si každý může v normě prostudovat. Chci pouze upozornit na to, že na základě uvedené normy se počítá, že impedance smyčky, a to ve studeném stavu, musí vyhovovat vztahu Zs Ł (2/3) × 0,8 Uo/Ia Tímto vztahem jsou pro většinu případů stanoveny přísnější podmínky než předchozími vztahy, podle ČSN 33 2000-4-41:2000, které využívají příslušných bezpečnostních součinitelů. Navíc je zde součinitel 0,8, který respektuje úbytek napětí na vstupu do uvažovaného obvodu v okamžiku, kdy je v něm porucha. Opět zde nebudeme podrobněji rozebírat uvedený předpis ESČ ani ČSN IEC 1200-53:1998. Je však třeba zde upozornit na to, že v objektech, které jsou vzdálenější od transformátoru, je nutné ověřit i to, zda jsou splněny podmínky pro použití součinitele 0,8, tzn. že již na vstupu do obvodu nebo objektu není impedance smyčky příliš velká. Jinak je nutné použít součinitel nižší než 0,8. V praxi se to týká zejména případů, kdy je obvod jištěn jističem s charakteristikou D. Rekapitulace
ČSN 33 2000-4-41:2000 umožňuje kontrolovat impedanci smyčky stanovenou výpočtem: ZsyŁ 0,8 Uo/Ia (impedance Zsv je však vyšší než za studeného stavu, v důsledku provozního oteplení vedení, s kterým je nutné počítat) nebo měřením: Zsm Ł (2/3) Uo/Ia. Kromě toho je možné impedanci smyčky ověřit na základě přesnější výpočtové nebo měřicí metody nebo podle ČSN IEC 1200-53:1998. Podle ní se impedance smyčky (v běžných případech, a to za studeného stavu) považuje za vyhovující, splňuje-li vztah Zs Ł (2/3) × 0,8 Uo/Ia, tzn. je-li tato impedance Zs Ł 0,53 Uo/Ia (tj. menší než asi polovina impedance, podle základního vztahu v normě Uo/Ia). Uvedenou problematikou se již zabývá i literatura (např. [4]); poměrně podrobný rozbor je možné nalézt v archivu konferencí na internetových adresách http://www.in-el.cz a http://www.iisel.com (placený přístup na přístupové heslo; v rámci diskusního fóra byly rozebrány též další otázky ochrany před úrazem elektrickým proudem) nebo na CD-ROM s iiSEL, které prodává nakladatelství IN-EL. |
