Ochranné uzemnění je systém, ve kterém jsou vodivé části zařízení, které nejsou normálně pod napětím, připojeny k neutrálu. Pro ochranné účely je záměrně vytvořeno spojení mezi otevřenými vodivými prvky pevně uzemněného neutrálu (v sítích třífázového proudu).
V sítích s jednofázovým proudem je kontakt proveden s pevně uzemněnou svorkou zdroje jednofázového proudu a v případě stejnosměrného proudu – s pevně uzemněným bodem zdroje proudu. Ačkoli má uzemnění vážné nevýhody, systém je stále široce používán v mnoha aplikacích pro proudovou ochranu.
Rozdíl mezi nulováním a uzemněním
Mezi uzemněním a uzemněním jsou rozdíly:
- V případě uzemnění jsou přebytečný proud a napětí, které se objeví na krytu, přesměrovány na zem. Princip nulování je založen na nulování na štítu.
- Uzemnění je účinnější z hlediska ochrany osob před úrazem elektrickým proudem.
- Uzemnění je založeno na rychlém a výrazném snížení napětí. Přesto určité (již ne nebezpečné) napětí zůstává.
- Uzemnění spočívá ve vytvoření spojení mezi kovovými částmi, ve kterých nedochází k pnutí. Princip uzemnění je založen na záměrném vytvoření zkratu při poruše izolace nebo při vstupu proudu do bezproudových částí elektroinstalace. Jakmile dojde ke zkratu, přichází ke slovu jistič, vyhoří pojistky nebo se aktivují jiná ochranná opatření.
- Uzemnění se nejčastěji používá na vedení s izolovaným neutrálem v systémech IT a TT v třífázových sítích, kde napětí nepřesahuje tisíc voltů. Uzemnění se používá při napětích více než tisíc voltů s neutrálem v libovolném režimu. Uzemnění se používá v pevně uzemněných neutrálech.
- Při nulování jsou všechny prvky elektrických spotřebičů, které nejsou ve standardním režimu pod napětím, připojeny k nule. Pokud se fáze náhodně dotkne nulových prvků, proud prudce vzroste a elektrické zařízení se vypne.
- Uzemnění nezávisí na fázích elektrických spotřebičů. Pro organizaci nulování je třeba dodržovat přísné podmínky připojení.
- V moderních domech se uzemnění používá zřídka. Tento způsob ochrany se však stále nachází ve vícepodlažních budovách, kde z nějakého důvodu není možné zorganizovat spolehlivé uzemnění. V podnicích, kde jsou zvýšené normy elektrické bezpečnosti, je hlavní metodou ochrany uzemnění.
Poznámka! Pro správné určení nulových bodů a výběr způsobu ochrany budete potřebovat pomoc kvalifikovaného elektrikáře. Můžete provést uzemnění, sestavit obvodové prvky a nainstalovat je do země vlastníma rukama.
Pracovní schéma
Jak bylo uvedeno výše, uzemnění je založeno na vyvolání zkratu po dopadu fáze na kovové tělo elektroinstalace připojené k nule. Při zvýšení proudu se aktivuje ochranný mechanismus, který přeruší napájení.
Podle norem Řádu elektroinstalace musí být v případě narušení celistvosti vedení automaticky vypnuto. Doba vypnutí je regulována – 0,4 sekundy (pro sítě 380/220V). K odpojení se používají speciální vodiče. Například v případě jednofázového zapojení se používá třetí jádro kabelu.
Pro správné nulování je důležité, aby smyčka fáze-nula měla nízký odpor. Tím je zajištěno, že se ochrana aktivuje v požadovaném časovém období.
Organizace uzemnění vyžaduje vysokou kvalifikaci, proto by takovou práci měli provádět pouze kvalifikovaní elektrikáři.
Níže uvedený diagram ukazuje, jak systém funguje:
Aplikace
Ochranné uzemnění se používá v elektrických instalacích se čtyřvodičovými elektrickými sítěmi a napětím do 1 kW v následujících případech:
- v elektrických instalacích s pevně uzemněným neutrálem v sítích TN-CS, TN-C, TN-S s vodiči typu N, PE, PEN;
- v sítích se stejnosměrným proudem a uzemněným středem zdroje;
- v sítích se střídavým proudem a třemi fázemi s uzemněnou nulou (220/127, 660/380, 380/220).
Sítě 380/220 jsou povoleny ve všech konstrukcích, kde je povinné uzemnění elektrických instalací. U obytných prostor se suchou podlahou není nutné vybavovat uzemnění.
Elektrická zařízení 220/127 se používají ve specializovaných prostorách, kde je zvýšené nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Taková ochrana je nezbytná ve venkovních podmínkách, kde kovové konstrukce, kterých se pracovníci dotýkají, musí být uzemněny.
Kontrola účinnosti nulování
Chcete-li zkontrolovat, jak efektivní je uzemnění, musíte změřit odpor smyčky fáze-nula v bodě nejvzdálenějším od zdroje napájení. To umožní zkontrolovat ochranu v případě vystavení krytu proudu.
Odpor se měří pomocí speciálního zařízení. Měřicí přístroje jsou vybaveny dvěma sondami. Jedna sonda je nasměrována do fáze, druhá do neutralizované elektroinstalace.
Na základě výsledků měření je stanovena úroveň odporu ve fázové a nulové smyčce. Ze získaných výsledků se vypočítá jednofázový poruchový proud pomocí Ohmova zákona. Vypočtená hodnota jednofázového poruchového proudu musí být rovna nebo větší než vybavovací proud ochranného zařízení.
Předpokládejme, že je připojen jistič, který chrání elektrický obvod před přetížením a zkratem. Provozní proud je 100 ampér. Podle výsledků měření je odpor fázové a nulové smyčky 2 Ohmy a fázové napětí v síti je 220 Voltů. Vypočítáme jednofázový poruchový proud na základě Ohmova zákona:
I = U/R = 220 Voltů/2 Ohmy = 110 A.
Protože vypočtený zkratový proud převyšuje okamžitý vypínací proud jističe, docházíme k závěru, že ochranné uzemnění je účinné. V opačném případě by bylo nutné vyměnit jistič za zařízení s nižším provozním proudem. Dalším řešením problému je snížení odporu smyčky fáze-nula.
Často se při provádění výpočtů provozní proud stroje násobí faktorem spolehlivosti (KN) nebo faktorem bezpečnosti. Důvodem je, že cutoff není vždy roven specifikovanému indikátoru, to znamená, že je možná určitá chyba. Proto použití koeficientu umožňuje získat spolehlivější výsledek. U starého zařízení se Kn pohybuje od 1,25 do 1,4. Pro nová zařízení se používá koeficient 1,1, protože takové stroje pracují s větší přesností.
Nebezpečí nulování v bytě
Napěťové rázy jsou nebezpečné jak pro lidi, tak pro domácí spotřebiče v bytech. V bytových domech bude jeden z bytů přijímat nízké napětí a druhý vysoké napětí. Pokud dojde k přerušení nulového vodiče v bytové zásuvce, při příštím zapnutí elektrické instalace (například kotle) dostane osoba elektrický šok.
Nulování je zvláště nebezpečné ve dvouvodičovém systému. Například při provádění elektroinstalačních prací může elektrikář nahradit nulový vodič fázovým vodičem. V elektrických panelech nejsou tyto vodiče vždy označeny určitou barvou. Pokud dojde k výměně, elektrické zařízení bude pod napětím.
Podle norem Pravidel pro instalaci elektrických instalací na úrovni domácností není uzemnění povoleno pro použití pro domácí účely právě z důvodu jeho bezpečnosti. Uzemnění je účinné pouze pro ochranu velkých průmyslových objektů. Navzdory zákazu se však někteří lidé rozhodnou nainstalovat nulování ve svých vlastních domech. K tomu dochází buď kvůli nedostatku jiných metod řešení problému, nebo kvůli nedostatečným znalostem o tomto tématu.
Nulování v bytě je technicky proveditelné, ale účinnost takové ochrany je nepředvídatelná, stejně jako možné negativní důsledky. Dále zvážíme řadu situací, které nastanou, když je v bytě uzemnění.
Uzemnění v zásuvkách
V některých případech se navrhuje chránit elektrické spotřebiče přeskočením vývodu zásuvky pracovní nuly na ochranný kontakt. Takové akce jsou v rozporu s článkem 1.7.132 PUE, protože zahrnují použití nulového vodiče dvouvodičové elektrické sítě jako pracovní i ochranné nuly současně.
Na vstupu do obytných prostor je nejčastěji zařízení určené pro spínání fáze a nuly (dvoupólové zařízení nebo tzv. paketizér). Přepínání nuly použité jako ochranný vodič není povoleno. Jinými slovy, je zakázáno používat jako ochranu vodič, jehož elektrický obvod obsahuje spínací zařízení.
Nebezpečí ochrany pomocí propojky v zásuvce spočívá v tom, že v případě poškození neutrálu (bez ohledu na oblast) se pouzdra elektrických instalací dostanou pod fázové napětí. Pokud se nulový vodič přeruší, napájecí přijímač přestane fungovat. V tomto případě se zdá, že drát je bez napětí, což vyvolává unáhlené akce se všemi z toho vyplývajícími důsledky.
Poznámka! Když se nulová čára zlomí, jakékoli zařízení v bytě nebo soukromém domě se stává zdrojem nebezpečí.
Fáze a nula jsou obrácené
Při provádění elektroinstalačních prací ve dvouvodičové stoupačce vlastníma rukama existuje značná pravděpodobnost záměny mezi nulou a fází.
V domech s dvouvodičovým systémem nemají kabelová jádra charakteristické rysy. Při práci s dráty v podlahovém panelu může elektrikář jednoduše udělat chybu smícháním fáze a nuly. V důsledku toho se skříně elektrických instalací dostanou pod fázové napětí.
Nulové vyhoření
Zero break (nulové vyhoření) se často vyskytuje v budovách se špatnou elektroinstalací. Nejčastěji byla elektroinstalace v takových domech navržena na základě 2 kilowattů na bytovou jednotku. Elektroinstalace v domech starého typu dnes nejen fyzicky dosloužila, ale nedokáže uspokojit ani zvýšený počet domácích spotřebičů.
Při porušení nulového vedení vzniká nerovnováha v trafostanici, ze které je bytový dům napájen. Nesouosost je možná v obecném elektrickém panelu budovy nebo v podlahovém panelu domu. Důsledkem toho bude náhodný pokles napětí v některých bytech a zvýšení v jiných.
Nízké napětí škodí některým typům elektrických spotřebičů, včetně klimatizací, ledniček, digestoří a dalších zařízení vybavených elektromotory. Vysoké napětí je nebezpečné pro všechny typy elektrických instalací.
Alternativa k nulování
V subsystému TN-S se uzemnění ochranného vodiče PE provádí pouze v jedné oblasti – na uzemňovacím obvodu trafostanice nebo elektrického generátoru. V tomto okamžiku je vodič PEN oddělen a pak se ochrana a pracovní nula nikde nesetkávají.
V takovém schématu napájení se uzemnění a uzemnění organicky vzájemně ovlivňují a vytvářejí podmínky pro vysokou elektrickou bezpečnost. V systémech, kde je nulový vodič izolován (IT, TT), se však uzemnění nepoužívá. Elektrická zařízení pracující v systému TT a IT jsou uzemněna vlastními obvody. Vzhledem k tomu, že systém IT zahrnuje napájení pouze konkrétním spotřebitelům, nemá smysl uvažovat o tomto způsobu organizace ochrany v obytných budovách. Jedinou alternativou k nesprávnému a tedy nebezpečnému nulování PE sběrnice je systém TT. Takový systém je obzvláště relevantní, protože přechod na technicky vyspělé systémy TN-S, TN-CS je technicky a finančně náročný pro domy, jejichž stáří přesahuje 20 – 25 let.
Elektrická síť postavená podle standardu TT je navržena tak, aby poskytovala vysoce kvalitní ochranu proti částem bez proudu pod napětím. Veškeré práce na organizaci uzemnění musí být prováděny v souladu s normami uvedenými v odstavci 1.7.39 Pravidel elektrické instalace.
