Zemnící elektroda je hlavním prvkem uzemňovacího zařízení. Zemnící elektroda je jedna zemnící elektroda nebo skupina elektrod (zemní smyčka), která je v elektrickém kontaktu se zemí.

Funkčnost zemnící elektrody je dána především zemním odporem, který musí být minimálně nízký. K tomu se používají různé metody, včetně hlubokého uzemnění.

Hluboká zemnící elektroda

Použití hluboké zemnící elektrody může výrazně snížit plochu, kterou zabírá zemnící elektroda na povrchu, a také zvýšit její účinnost (snížit odpor uzemnění), protože elektroda (elektrody) takové zemnící elektrody je umístěna ve vrstvách půdy s nižší měrný odpor než v povrchových vrstvách (kvůli vyšší vlhkosti a hustotě půdy).

Tento způsob konstrukce zemnící elektrody nebyl v minulosti často používán pro složitost instalace, která vyžadovala použití speciálního stavebního zařízení – vrtné soupravy.

V dnešní době, s rozšířeným používáním modulárního uzemnění, se instalace hlubinných zemnících elektrod stala jednoduchou a rychlou bez použití speciálního vybavení. Jednoduchost umožňuje práci ve sklepech.

Přirozené uzemnění

Přirozené uzemňovací elektrody jsou kovové konstrukce, které mají kontakt se zemí a lze je použít k uzemnění.
Jako přirozené uzemňovací vodiče se používají například následující:

  • kovové konstrukce a armování železobetonových konstrukcí budov a konstrukcí v kontaktu se zemí
  • potrubí podzemní vody a jiných kovových potrubí, jakož i plášťové trubky

Přirozené zemnící vodiče musí být spojeny s objektem alespoň dvěma zemnicími vodiči připojenými k takovému uzemňovacímu vodiči v různých místech.

Jako přirozené uzemňovací vodiče nelze použít následující:

  • potrubí pro hořlavé kapaliny, hořlavé nebo výbušné plyny
  • potrubí potažené izolací na ochranu proti korozi
  • rozvody kanalizace a ústředního topení

V případech, kdy přirozené zemnící vodiče chybí nebo mají příliš vysoký zemnící odpor, se používají umělé zemnící vodiče.

Umělá zemnící elektroda

Umělé zemnící elektrody jsou kovové konstrukce instalované v zemi, speciálně navržené pro účely uzemnění.

Jako umělé uzemňovací vodiče se používají:

  • vertikálně uložené ocelové trubky, úhlová ocel, kovové tyče atd.
  • vodorovně položené ocelové pásy v zemi, kruhová ocel atd.

K ochraně zemnící elektrody před korozí se používají elektrody pozinkované nebo poměděné (lépe). Příkladem systému umělého uzemnění na bázi poměděných elektrod je modulární uzemnění ZANDZ.

READ
Jak správně vyplnit praskliny ve zdi?

Potřeba elektrického propojení zemnící smyčky ochrany před bleskem instalované přímo na budově se zemnící smyčkou pro elektroinstalace je předepsána v aktuálních regulačních dokumentech (PUE). Citujeme doslovně: „Uzemňovací zařízení pro ochranné uzemnění elektrických instalací budov a staveb a ochranu před bleskem kategorie 2 a 3 těchto budov a staveb by měla být zpravidla společná.“ Nejběžnější jsou 2. a 3. kategorie, do 1. kategorie patří výbušné předměty, na které jsou kladeny zvýšené požadavky na ochranu před bleskem. Přítomnost fráze „zpravidla“ však implikuje možnost výjimek.

Moderní kancelářské a nyní obytné budovy obsahují mnoho systémů podpory života. Je obtížné si představit absenci ventilačních systémů, hasicích systémů, video dohledu, kontroly přístupu atd. Návrháři takových systémů se přirozeně obávají, že „jemná“ elektronika selže v důsledku blesku. Zároveň mezi odborníky vyvstávají určité pochybnosti o proveditelnosti spojení obrysů dvou typů uzemnění a vyvstává touha „v mezích zákona“ navrhnout elektricky nepropojené uzemnění. Je tento přístup možný a skutečně zlepší bezpečnost elektronických zařízení?

Proč je nutné kombinovat zemní smyčky?

Při úderu blesku do hromosvodu dojde ke krátkému elektrickému impulsu o napětí až stovek kilovoltů. Při takto vysokém napětí může dojít k průrazu mezery mezi hromosvodem a kovovými konstrukcemi domu včetně elektrických kabelů. Důsledkem toho bude vznik nekontrolovatelných proudů, které mohou vést k požáru, selhání elektroniky a dokonce i zničení prvků infrastruktury (např. plastového vodovodního potrubí). Zkušení elektrikáři říkají: “Dej blesku cestu, jinak si ho najde sám.” Proto je povinné elektrické uzemnění.

Ze stejného důvodu PUE doporučuje elektricky kombinovat nejen uzemnění umístěná ve stejné budově, ale také uzemnění geograficky blízkých objektů. Tento koncept se týká objektů, jejichž uzemnění je tak blízko, že mezi nimi není žádná zóna nulového potenciálu. Spojení několika uzemnění do jednoho se provádí v souladu s normami PUE-7, bod 1.7.55, spojením zemnících vodičů s elektrickými vodiči v počtu nejméně dvou kusů. Kromě toho mohou být vodiče buď přirozené (například kovové prvky konstrukce budovy) nebo umělé (dráty, pevné přípojnice atd.).

Jedno společné nebo samostatné uzemňovací zařízení?

Zemnící vodiče pro elektroinstalace a ochranu před bleskem mají různé požadavky a tato okolnost může způsobit určité problémy. Zemnící elektroda pro ochranu před bleskem musí v krátké době vybít do země velký elektrický náboj. Současně je podle „Pokynů k ochraně před bleskem RD 34.21.122-87“ konstrukce zemnící elektrody standardizována. Pro hromosvod jsou podle tohoto návodu nutné minimálně dva svislé nebo radiálně vodorovné zemnící vodiče, s výjimkou hromosvodu kategorie 1, kdy jsou potřeba tři takové kolíky. Proto jsou nejběžnější možností uzemnění hromosvodu dva nebo tři kolíky, každý o délce asi 3 m, spojené kovovým pásem zapuštěným alespoň 50 cm do země. Při použití dílů vyráběných společností ZANDZ je taková zemnící elektroda odolná a snadno se instaluje.

READ
K čemu je modulární přepínač?

Uzemnění pro elektroinstalaci je úplně jiná věc. V normálním případě by neměla překročit 30 Ohmů a pro řadu aplikací popsaných v pokynech oddělení, například pro mobilní komunikační zařízení – 4 Ohmy nebo ještě méně. Takovými uzemňovacími elektrodami jsou kolíky dlouhé více než 10 m nebo i kovové desky umístěné ve velkých hloubkách (až 40 m), kde půda ani v zimě nezamrzá. Vytvořit takový hromosvod se dvěma nebo více prvky zakopanými v desítkách metrů je příliš nákladné.

Pokud parametry půdy a požadavky na odolnost umožňují jediné uzemnění v objektu pro hromosvody a uzemnění elektroinstalace, nic tomu nebrání. V ostatních případech se pro hromosvod a elektroinstalaci vyrábějí různé zemnící smyčky, které však musí být elektricky zapojeny, nejlépe v zemi. Výjimkou je použití některých speciálních zařízení, která jsou obzvláště citlivá na rušení. Například zařízení pro záznam zvuku. Takové zařízení vyžaduje samostatné, tzv. technologické uzemňovací zařízení, které je přímo uvedeno v návodu. V tomto případě je vyrobeno samostatné uzemňovací zařízení, které je připojeno k systému vyrovnání potenciálu budovy přes hlavní zemnící sběrnici. A pokud takové připojení není stanoveno v návodu k obsluze zařízení, jsou přijata zvláštní opatření, aby se zabránilo tomu, aby se lidé současně dotýkali uvedeného zařízení a kovových částí budovy.

Elektrické uzemnění

Obvod s několika elektricky propojenými zeměmi zajišťuje splnění různých, někdy protichůdných požadavků na uzemňovací zařízení. Podle PUE musí být uzemnění, stejně jako mnoho jiných kovových prvků budovy, stejně jako zařízení v ní instalované, spojeno systémem vyrovnání potenciálu. Vyrovnání potenciálu se týká elektrického spojení vodivých částí k dosažení stejného potenciálu. Existují hlavní a doplňkové systémy vyrovnání potenciálu. Zemnící spoje jsou připojeny k hlavnímu systému vyrovnání potenciálu, to znamená, že jsou vzájemně propojeny přes hlavní zemnící sběrnici. Vodiče připojující uzemnění k této sběrnici musí být zapojeny podle radiálního principu, to znamená, že jedna větev z uvedené sběrnice vede pouze k jedné zemi.

Pro zajištění bezpečného provozu celého systému je velmi důležité použít co nejspolehlivější spojení mezi uzemněním a hlavní zemnící sběrnicí, které nezničí blesk. Chcete-li to provést, musíte dodržovat normy PUE a GOST R 50571.5.54-2013 „Nízkonapěťové elektrické instalace. Část 5-54. Uzemňovací zařízení, ochranné vodiče a vodiče ochranného vyrovnání potenciálu“ s ohledem na průřez vodičů systému vyrovnání potenciálu a jejich vzájemné propojení.

READ
K čemu se používá cement třídy 500?

Ani velmi kvalitní systém vyrovnání potenciálu však nemůže zaručit absenci napěťových rázů v síti při úderu blesku do budovy. Spolu s dobře navrženými zemnícími smyčkami vás tedy od problémů ušetří zařízení na ochranu proti přepětí (SPD). Taková ochrana je vícestupňová a selektivní povahy. To znamená, že na zařízení musí být instalována sada přepěťových ochran, jejichž výběr prvků není snadný úkol ani pro zkušeného odborníka. Naštěstí jsou k dispozici hotové sady SPD pro typické aplikace.

Závěry

Doporučení PUE o elektrickém připojení všech zemnících smyček v budově je oprávněné a při správné implementaci nejenže neohrožuje složitá elektronická zařízení, ale naopak je chrání. V případě, že je zařízení citlivé na rušení bleskem a vyžaduje vlastní samostatnou zemnící elektrodu, lze nainstalovat samostatné procesní uzemnění v souladu s manuálem dodaným se zařízením. Systém vyrovnání potenciálu, který kombinuje různé zemnící smyčky, musí zajistit spolehlivé elektrické připojení a do značné míry určuje celkovou úroveň elektrické bezpečnosti v zařízení, proto je třeba mu věnovat zvláštní pozornost.

Existují dva typy uzemnění: umělé a přirozené. Roli přirozeného uzemnění plní části kovových konstrukcí objektu, které jsou neustále umístěny v zemi: výztuž základů, zásobování vodou, plášťové trubky atd. Umělé uzemnění je samostatná nezávislá konstrukce namontovaná v zemi. Téměř každý dodavatel se při instalaci uzemnění potýká s otázkou, které uzemnění je lepší: umělé nebo přirozené?

Abychom na tuto otázku odpověděli, podívejme se na regulační dokumenty, konkrétně na odstavce 1.7.54 a 1.7.109 „Pravidel pro výstavbu elektrických instalací“ (PUE). Zde vidíme odpověď: pro uzemnění jsou vhodné přírodní i umělé zemnící elektrody. Pojďme zjistit, v jakých případech je správnější použít jednu nebo druhou metodu? Podívejme se na každou možnost podrobněji.

Možnost 1. Přirozené uzemnění

Pokud se rozhodnete použít systém přirozeného uzemnění, musíte vědět o mnoha faktorech: o typu základu objektu, jeho materiálu a také o agresivitě půdy. Část PUE 1.7.109 nastiňuje možnosti návrhu zařízení, které lze použít jako zemnící vodič. Nejběžnější z nich je základ. Existuje několik typů základů: pásové, sloupové, pilotové a deskové. Volba základny závisí na hustotě půdy, seismické aktivitě, topografii povrchu, hladině podzemní vody a hloubce zamrznutí půdy. Používané materiály jsou: armatura, beton, cihla, dřevo, suť, azbestocementové nebo kovové trubky. Podrobné informace o nadaci naleznete v regulační dokumentaci (SNB 5.01.01-99 Základy a zakládání budov a staveb). Když se tedy rozhodnete použít základ jako zemnící elektrodu, musíte se ujistit, že má elektricky připojené kovové části.

READ
Co je mechanická vrtačka?

Všechny prvky systému přirozeného uzemnění musí být spojeny do společného obvodu a v kontaktu se zemí, aby odváděly proudy přímo nebo betonem. Vybraná zemnící elektroda musí také splňovat požadavky PUE týkající se plochy průřezu vodiče (tabulka 1.7.4). Při provozu přirozené zemnící elektrody nesmí být dovoleno zničení její struktury nebo narušení provozu zařízení s ní spojených.

Kanalizační potrubí a potrubí ústředního topení, stejně jako potrubí pro hořlavé a výbušné směsi, nejsou povoleny jako zemnící vodič. Trubky snadno korodují kov a přerušují elektrický kontakt. Tento typ uzemnění je jistě ekonomičtější: nevyžaduje náklady na materiál, instalaci a demontáž uzemňovacího zařízení, ale během jeho dlouhodobého provozu bude oprava poškozených oblastí stát ne méně než instalace samostatného uzemnění.

Přirozené uzemnění

Možnost 2. Umělá zemnicí elektroda

Jedná se o soubor elektrod instalovaných v zemi a připojených k elektrickému zařízení pomocí zemnicího vodiče. Jako elektrodové materiály se používá poměděná ocel, pozinkovaná ocel nebo železné kovy:

Poměděná ocel má nejvyšší elektrickou vodivost a přilnavost k různým materiálům. Vazba mezi mědí a ocelí je pevnější než u zinku, a proto jsou poměděné tyče pevnější než tyče pozinkované. Měď je elektrochemicky méně aktivní než zinek a ocel, což zvyšuje životnost až na 100 let.

Pozinkovaná ocel je korozivzdorný materiál s nízkým odporem. Elektrody vyrobené z tohoto kovu jsou vysoce odolné vůči kyselému prostředí s průměrnou životností 30 let.

Železné kovy mají vysokou mechanickou pevnost, ale při použití v agresivním půdním prostředí se rychle ničí, tvoří rez a korozi. A v důsledku toho získáme vysoký proudový odpor, který představuje nebezpečí pro lidský život.

Rozměry vodičů musí odpovídat požadavkům GOST R 50571.5.54-2013. Mnoho možností instalace uzemňovacího zařízení pomáhá zajistit požadovanou kontaktní plochu povrchu zemnící elektrody se zemí, což zase umožňuje ovlivnit hodnotu odporu proti šíření proudu. Výhodou umělé zemnící elektrody je, že ji lze instalovat hluboko do země, kde je měrný odpor nižší kvůli spodní vodě, která stéká dolů. Tím je zajištěna stabilita konečného odporu.

Umělá zemnící elektroda

Umělá zemnící elektroda

Shrňme: jako uzemňovací vodič si můžete vybrat kteroukoli z výše popsaných možností, hlavní věcí je zodpovědně přistupovat k tomuto problému. Pro bezpečnost vašeho domova a dlouhou životnost zvolte uzemňovací zařízení s antikorozním povlakem vyrobené v souladu s regulačními směrnicemi. Zavolejte nebo napište do našeho Technického centra a my vybereme potřebnou zemnící sadu pro vaše zařízení.