Overenie podmienok na ochranu samočinným odpojením napájania

 

Je známe, že jedným z najdôležitejších krokov pri revízii elektrickej inštalácie je vyhodnotenie ochrany pred úrazom elektrickým prúdom. Na posúdenie ochrany pred dotykom živých častí obvykle stačí prehliadka elektrickej inštalácie, ktorou sa zistí umiestnenie zariadenia, stav zábran, celistvosť a kompletnosť krytov, izolácie apod.

 

Pri posúdení ochrany pred nebezpečným dotykom neživých častí – a osobitne pri najčastejše používanej ochrane odpojením napájania – je potrebné poznať skutočnú hodnotu impedancie poruchovej slučky, t. j. impedancie obvodu, ktorou potečie elektrický prúd pri poruche zariadenia (poruchový prúd). Tento druh ochrany a podmienky na jej správnu činnosť v systéme TN podrobne popisuje STN 33 2000-4-41:2007^*) a v článku 411.4.4 stanovuje podmienky pre charakteristiky ochranných prístrojov a impedancie poruchovej slučky vzhľadom na menovité striedavé napätie alebo menovité jednosmerné napätie krajného vodiča proti zemi.

 

Norma STN 33 2000-6:2007^**) zohľadňuje reálne situácie v sieti (zväčšenie odporu vodičov oteplením, ktoré vzniká prechodom prúdu pri poruchách) a v čl. C.61.3.6.2 uvádza, že podmienky stanovené v článku 411.4 sa považujú za splnené, ak nameraná hodnota impedancie poruchovej slučky vyhovuje nerovnosti:

 

(1)

 

kde Z_s (m) je nameraná hodnota impedancie prúdovej poruchovej slučky, ktorá začína aj končí v mieste poruchy (Ω), U₀ napätie medzi krajným vodičom a uzemneným neutrálnym vodičom (V), I_a prúd, ktorý spôsobí samočinné uvedenie do činnosti ochranného prístroja v dobe určenej v tabuľke 41.1 alebo v dobe nepresahujúcej 5 s za podmienok stanovených v 411.4 (A).

 

Na trhu je dostatok kvalitných priamoukazujúcich prístrojov, ktorými sa dá príslušná impedancia zmerať, a tak (v prípadoch, keď je zariadenie napájané jedným vedením) nie je problémom ani vyhodnotenie nameranej hodnoty.

 

V súčasnosti sa však čoraz viac prevádzkujú elektrické zariadenia, ktoré sú napájané dvomi vedeniami, resp. sa čoraz viac používajú okružné rozvody. Ide napr. o distribučné rozvody dodávateľov elektrickej energie, ale aj o priemyslové inštalácie, rozvody rozľahlejších areálov (športoviská, nákupné strediská) apod. Vyhodnocovanie nameraných hodnôt impedancie je pri takýchto zapojeniach elektrických zariadení zložitejšie a normy ani rôzne príručky pre revíznych technikov sa touto problematikou nezaoberajú. Nasledujúca časť preto obsahuje pomerne podrobný postup (doplnený príkladom), aký možno v praxi použiť pri meraní a vyhodnocovaní v takýchto prípadoch.

 

Ako už bolo naznačené, vzťah (1) možno použiť v uvedenej podobe vtedy, ak má zariadenie jeden prívod. V prípade dvoch prívodov (obr. 1) sa dá použiť iba ako nutná a nepostačujúca podmienka pre overenie impedancie poruchovej slučky z toho dôvodu, že vedenia WL1 a WL2 môžu mať rôzne veľké impedancie, t. j. Z₁ ≠ Z₂, prúd I_a sa rozdelí do jednotlivých vedení nepriamo úmerne k ich impedanciám a poistky FU1 a FU2 (ak majú rovnaké menovité hodnoty a charakteristiky) nebudú odpájať napájanie naraz, ale najprv zareagujú poistky istiace vedenie s menšou impedanciou a až potom poistky vo vedení

s väčšou impedanciou. Preto treba vzťah (1) upraviť na tvar:

 

(2)

 

a pri výpočte kontrolovať celkovú dobu, za ktorú bude zariadenie odpojené od napätia.

 

1. Impedancie oboch prívodov aj ich poistky (menovité hodnoty a charakteristiky) sú rovnaké, teda:

 

Z₁ = Z₂ a FU1 = FU2

 

Za daných podmienok platí:

 

I_a1 = I_a2 = 0,5I_a

 

Poistky budú vypínať naraz, a preto stačí do vzťahu (2) dosadiť nameranú hodnotu impedancie Z_s (m), vypočítať 0,5I_a a následne skontrolovať dobu, za ktorú jedny z poistiek prerušia obvod (vypnú).

 

V tomto prípade je však možný aj postup, že sa do vzťahu (1) dosadí za prúd I_a dvojnásobok vypínacieho prúdu (presne: prúdu, ktorý spôsobí samočinné uvedenie do činnosti ...) napr. poistiek FU1 a skontroluje sa nameraná hodnota impedancie vypínacej slučky Z_s (m).

 

Impedancie Z₁ a Z₂ možno považovať za rovnaké napr. vtedy, ak ide o dva rovnaké prívody (dĺžka, prierez, druh, uloženie). V iných prípadoch treba Z₁ a Z₂ zistiť. Meraním napr. takto:

2. Impedancie prívodov sú rôzne a ich poistky sú rovnaké, teda Z₁ ≠ Z₂ a FU1 = FU2 (bežné pri okružných rozvodoch).

Celý dej má dve štádiá a pre ich popis bude ďalej uvažované, že impedancia Z₁ je menšia ako impedancia Z₂, t. j.: Z₁ < Z₂.

a) V prvom štádiu je potrebné určiť dobu, za ktorú vypnú poistky FU1.

 

Postup:

(3)

 

Z vypínacej charakteristiky poistiek FU1 sa zistí doba t_v1, za ktorú poistky FU1 vypnú.

 

b) V druhom štádiu je fázový vodič prívodu WL1 odpojený a poruchový prúd prechádza z miesta napájania cez fázový vodič prívodu WL2, cez miesto poruchy a oba vodiče PEN (vodič PEN prívodu WL1 a vodič PEN prívodu WL2) späť do miesta napájania.

 

Z nameraných a vypočítaných hodnôt a na základe predpokladov, že

 

Z_1PEN = Z1L = 0,5Z₁

 

a podobne:

 

Z_2PEN = Z_2L = 0,5_Z2

 

kde

 

Z_1L a Z_2L sú impedancie fázových vodičov prívodov WL1 a WL2, Z_1PEN a Z_2PEN impedancie vodičov PEN prívodov WL1 a WL2

 

možno vypočítať impedanciu poruchovej slučky v tomto štádiu odpájania:

 

(4)

 

Jej dosadením do vzťahu (2) sa určí prúd I_a pre druhé štádium odpájania a z vypínacej charakteristiky poistiek FU2 sa zistí maximálna doba t_v2, za ktorú poistky FU2 odpoja napájanie. (Skutočná doba bude závisieť aj od prúdu prechádzajúceho poistkami FU2 v prvom štádiu odpájania.)

 

Maximálna doba t_v, za ktorú bude elektrické zariadenie odpojené od napätia, je súčtom obidvoch dôb odpojenia, teda t_v = t_v1 + t_v2, a musí vyhovovať podmienkam stanoveným v STN 33 2000-4-41 čl. 411.3.2. Prípady, keď Z₁ = Z₂ a FU1 ≠ FU2 alebo Z₁ ≠ Z₂ a FU1 ≠ FU2, sa riešia analogicky.

 

V týchto súvislostiach je nevyhnutné upozorniť na to, že pri prívodoch väčších dimenzií alebo pri kratších prívodoch môžu mať rozvodné skrine (RIS, PRIS), ktoré sú v nich zapojené, väčší vplyv na impedanciu prívodu (a tým aj na impedanciu poruchovej slučky), ako má vlastné (napr. káblové) vedenie. Jedna takáto rozvodná skriňa prispieva k impedancii prívodu (a aj poruchovej slučky) obvykle štrnástimi odpormi spojov (na fázovom vodiči: vodič–káblové oko 2×, kontakty poistiek 4×, skrutkové spoje na držiakoch poistiek 4×; na vodiči PEN: vodič–káblové oko 2×, skrutkové spoje na prípojnici PEN 2×). Každý z týchto odporov môže mať hodnotu až 10 mΩ (v starších alebo zle udržiavaných inštaláciách aj viac) a s touto skutočnosťou treba pri projektovaní počítať.

 

Rozvodná skriňa je zapojená v okružnom trojfázovom rozvode, ktorého obe vedenia sú istené poistkami PHN1gG 250 A. Doba, za ktorú má byť zariadenie odpojené od napätia, nesmie presiahnuť 5 s. Hodnoty príslušných impedancií sú:

 

Z_s (m) = 0,05 Ω; Z_e = 0,02 Ω; Z₂ = 0,3 Ω.

 

Z charakteristiky poistiek (obr. 2) sa zistí pre dobu vypnutia nepresahujúci 5 s vypínací prúd I_a = 1 100 A.

 

Zo vzťahu (1) sa overí splnenie nutnej a nepostačujúcej podmienky (na základe toho, čo je uvedené v bode 1, sa do vzťahu dosadí dvojnásobok vypínacieho prúdu):

 

(rovnice)

 

Nutná a nepostačujúca podmienka je splnená a možno kontrolovať celkovú dobu, za ktorú bude zariadenie R1 odpojené od napätia. Vypočíta sa impedancia vedenia WL1:

 

(rovnice)

 

Zo vzťahu (2) sa vypočíta prúd I_a:

 

(rovnice)

 

Zo vzťahu (3) sa vypočíta prúd I_a1:

 

(rovnice)

 

a z vypínacej charakteristiky sa pre prúd I_a1 zistí doba vypnutia t_v1 = 161 ms.

 

Druhé štádium odpájania: Impedancia poruchovej slučky sa vypočíta zo vzťahu (4):

 

(rovnice)

 

Dosadením do vzťahu (2) sa vypočíta prúd I_a v tomto štádiu odpájania:

 

(rovnice)

 

Z vypínacej charakteristiky poistiek sa pre tento prúd zistí doba vypnutia t_v2 = 16 s.

 

Maximálna doba, za ktorú bude elektrické zariadenie odpojené od napätia, je: t_v = t_v1 + t_v2 = 0,16 + 16 = 16,16 s, čo je nevyhovujúca hodnota.

 

Príspevok poukázal na zložitosť posudzovania ochrany elektrického zariadenia pred nebezpečným dotykom neživých častí vtedy, keď je zariadenie napájané dvomi vedeniami alebo je zapojené v okružnom rozvode. Príspevok ďalej naznačil, ako je možné v takýchto prípadoch postupovať.

 

 

^*) pozn. redakce: Slovenská norma STN 33 2000-4-41:2007 i česká norma ČSN 33 2000-4-41 ed. 2:2007 jsou identickým převzetím mezinárodní normy IEC 60364-4-41:2005.

^**) pozn. redakce: Slovenská norma STN 33 2000-6:2007 i česká norma ČSN 33 2000-6:2007 jsou identickým převzetím mezinárodní normy IEC 60364-6:2006.