Koncept pracovního uzemnění a jeho funkce

Pracovní (nebo funkční/technologické) uzemnění je podle Elektroinstalačního řádu uzemnění bodu nebo bodů živých částí elektrické instalace, prováděné za účelem zajištění provozu elektroinstalace, nikoli však pro účely elektrické bezpečnosti.

Předpokládá se, že zařízení funguje spolehlivě, a pokud je funkční odpor uzemnění ≤4 Ohmy, jsou problémy s elektrickou bezpečností obecně vyloučeny.

Koncepce funkčního uzemnění (dále FE) pro napájecí sítě informačních zařízení a komunikačních systémů je popsána v následujících regulačních dokumentech:

• GOST R 50571.22-2000, bod 3.14 (707.2): „Funkční uzemnění: uzemnění pro zajištění normálního fungování zařízení, na jehož těle by na žádost vývojáře neměl být ani nejmenší elektrický potenciál (někdy to vyžaduje přítomnost samostatného elektricky nezávislého uzemňovacího vodiče).
• GOST R 50571.21-2000, článek 548.3.1: „Funkční uzemnění lze provést pomocí ochranného vodiče (vodiče PE) napájecího obvodu zařízení informačních technologií v uzemňovacím systému TN-S.

Je povoleno spojit funkční zemnící vodič (FE-vodič) a ochranný vodič (PE-vodič) do jednoho speciálního vodiče a připojit jej k hlavní zemnící sběrnici (GZSh).“

Pro správné pochopení výše uvedených definic je nutné se shodnout na významu některých slov:

• „Zpravidla“ znamená, že požadavek (podmínka, rozhodnutí) je převládající. Nedodržení je možné, ale vyžaduje silné zdůvodnění.
• „Povoleno“ znamená, že podmínka by měla být splněna pouze výjimečně z důvodu vynucených okolností.
• „Doporučeno“ – řešení je optimální, ale není nutná jeho implementace.
• „Květen“ symbolizuje legitimní možnost, jednu z několika.

Důvody pro rozšíření funkčního uzemnění

Prvním důvodem
V 90. letech S rostoucím rozšířením výpočetní techniky, jejíž výkon se neustále zvyšoval, bylo nutné zajistit její spolehlivý provoz v sítích typu TN-C.

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje pracovní schéma uzemnění pomocí vodiče PEN (kombinovaný nulový pracovní N a nulový ochranný PE):

Informace jsou přenášeny po komunikační lince mezi 2 počítači. Vezměme uzemnění rámu jako výchozí bod. Uzemnění vodičem PEN, kterým protékají provozní proudy, vede k rozdílu potenciálů mezi pouzdry zařízení. Ukazuje se, že při provozu zařízení s velkými jalovými proudy se do komunikační linky zavádějí potenciální rozdíly, zvlnění, harmonické a vysokofrekvenční rušení.

Řešením problému bylo lokální použití samostatného pracovního uzemňovacího systému, který zajistil stabilní provoz počítačů. Stojí za zmínku, že náklady na přechod na „pětivodičový“ systém typu TN-S byly výrazně vyšší.

Druhým důvodem
Rozšíření funkčního uzemnění napomohl i špatný stav ochranného uzemnění v elektrických instalacích. Při dodávce „citlivého“ elektronického zařízení bylo po zákazníkovi požadováno vytvoření samostatného uzemnění.

Třetí důvod
K rozšíření FE přispěl i vznik specifických a přísných požadavků na informační bezpečnost, speciální laboratoře a další podobná zařízení.

Základní schémata provádění funkčního uzemnění

Možnost “A” existuje a dokonce se provádí, ale je nejnebezpečnější z uvedených z hlediska elektrické bezpečnosti a bezpečnosti zařízení jako celku. Podrobná vysvětlení jsou uvedena níže.

Možnost “B” je formální přístup, provozování systému pomocí něj je zcela legální. Jedná se o kvalitní ochranné uzemnění s radiálním schématem zapojení, které se používá pro nově budovaná zařízení.

Možnost “C” – vhodné schéma pro rekonstruované objekty. Z hlediska vlivu rušení na kritická zařízení je tato možnost mnohem lepší než „B“.

Nevýhody možnosti “A”:

1. Integrita hlavního systému vyrovnání potenciálu je zničena, což vede k výskytu rozdílu potenciálu na nezávislých uzemňovacích systémech během provozu.

Důvody pro výskyt potenciálního rozdílu mohou být následující:

• Zkrat k pouzdru v síti TN-S před spuštěním ochranného systému (~110V).
• Vnější elektromagnetická pole (blízký úder blesku) v důsledku rozdílů v délkách vodičů. Někdy se měří v kV.
• Potenciál se hromadí na hlavním štítu při spuštění hromosvodu a rozdíl potenciálů dosahuje stovek kV. Více se dočtete v článku „Ochranné uzemnění. Základní a doplňkové systémy vyrovnání potenciálu.

2. Extrémně nízké mezifázové zkratové proudy vzhledem k sítím typu TN-S se všemi z toho vyplývajícími důsledky (viz obr. 3).

Rýže. 3. Schéma toku zkratového proudu do těla zařízení při použití nezávislého funkčního uzemnění v síti TN

FE nemá spojovací bod s hlavním vypínačem a neutrálem a zkratové proudy budou činit pouze desítky ampérů. Situaci zhoršuje absence ochranného vypínacího zařízení v okruhu. Maximální zkratový proud bude 36,6 A:

Doba vypnutí bude 30-120 sekund a po celou tuto dobu bude na krytu přes prvky krytu přítomno téměř fázové napětí a bude protékat velký proud, který může vést k požáru. Pokud existují stroje se jmenovitým provozním proudem vyšším než 32 A, obvod se vůbec nevypne.

Opakujeme: použití možnosti „A“ pro sítě typu TN-S je extrémně nebezpečné.

F – síťový filtr, FZ – zemnící filtr.

Možnost “D” demonstruje spojení FE a GZSh pomocí svodiče vyrovnání potenciálu. Tato možnost má problém: bude fungovat pouze v případě, že se potenciál nahromadí při výbojích blesku, kdy je rozdíl napětí dostatečný ke spuštění svodiče (600-900V). V ostatních případech zůstává integrita hlavního systému vyrovnávání potenciálu elektrické instalace narušena a není zajištěna elektrická bezpečnost během primární poruchy.

Možnost “E” navrženo s ohledem na instalaci zemnícího tlumivkového filtru do mezery vodiče pro vyrovnání potenciálu (např. „Kvazar F-XXXRE“, výrobce Polygon Group of Companies).

Možnosti “F”, “G”, “H” ukazují konstrukci FE s postupným zlepšováním úrovně ochrany kritických elektrických zařízení před rušením bez problémů s elektrickou bezpečností.

Funkční uzemnění ve zdravotnických zařízeních

Funkční uzemnění vůči zdravotnickému zařízení se provádí pro zajištění normálního stabilního provozu vysoce citlivých elektrických zařízení při napájení z oddělovacího transformátoru nebo v souladu s technickými požadavky pro určité typy zařízení.

Oběžník č. 24/2009 uvádí, že při absenci zvláštních požadavků výrobců zařízení by celkový odpor proti proudovému šíření zemnícího zařízení neměl překročit 2 Ohmy.

Požadavek na připojení na hlavní zemnící sběrnici: „. Instalace samostatných zemnících vodičů pro ochranné a/nebo funkční uzemnění zdravotnických zařízení nepřipojených na hlavní zemnící systém v budovách se zdravotnickými prostory není povolena. “.

Vzájemné ovlivnění různých systémů uzemnění jednotlivých prostor za přítomnosti komunikace prostřednictvím vodivých částí třetích stran

Jako příklad zvažte následující situaci:

K dispozici jsou 2 místnosti s elektrickým vybavením, v každé je instalován další systém vyrovnání potenciálu. Místnost číslo 1 je připojena k systému ochranného uzemnění (PE) a má zátěž generující hluk. Místnost č. 2 obsahuje kritická elektrická zařízení a je napojena na FE systém.

Obrázek ukazuje, že mezi dvěma uzemňovacími systémy se v důsledku vodivých částí třetích stran (v tomto případě topného systému) vytvoří „parazitní“ spojení s odporem RSP.

V důsledku toho část unikajícího proudu protéká FE vodiči IУ2. Je poměrně obtížné vypočítat velikost tohoto proudu. Na jedné straně jsou FE vodiče vyrobeny z měděného drátu s dobrou vodivostí a nízkým odporem. Na druhou stranu vodovodní potrubí a další vodivé části jiných výrobců mohou mít celkem významný průřez, který kompenzuje špatnou vodivost železa. Proto IУ2 = 0,5*IУ přijatelný reálný poměr.
Je nemožné zbavit se alespoň jednoho vodiče „A“, „B“ nebo „C“ z důvodu bezpečnosti zařízení a elektrické bezpečnosti personálu.
Případně můžete výrazně zvětšit průřez vodiče „D“, což úměrně sníží svodový proud IУ2. Ale jak víte, bude to znamenat značné náklady.

Záměrné elektrické připojení jakéhokoli bodu v síti, elektroinstalace nebo elektronického zařízení s uzemňovacím zařízením (GD) je pracovní uzemnění. Pokud jde o elektrické instalace, existují dva hlavní typy uzemnění: funkční (pracovní) a ochranné. Někdy existují takové typy jako měřicí, kontrolní a přístrojové.

Pracovní nebo funkční uzemnění

Jaká je definice pojmu uzemnění se dočtete v odstavci č. 1.7.30 PUE (pravidla elektroinstalace) Pracovní uzemnění je spojení jednoho nebo více bodů živých částí elektrické instalace, které slouží k zajištění nepřerušeného provoz zařízení a částečná ochrana personálu.

Je určen k vyloučení nebezpečí úrazu elektrickým proudem nebo k minimalizaci škod způsobených takovým vystavením. Tento ochranný mechanismus je určen pro použití v rozvodech třífázových proudů.

Hlavní části konstrukce

Systém je zařízení s jednoduchou konstrukcí skládající se z následujících prvků:

• dva železné kolíky;
• pneumatiky nebo dráty o průřezu větším než 4 mm 2, které jsou barevně odlišeny ve formě podélných žlutých a zelených pruhů.

Kolíky jsou rámem používaným k připojení zemnících svorek zařízení k odpovídající sběrnici a fungují jako vodiče elektrické energie. Zpravidla se zapírají do země do hloubky 2 až 3 metrů. Spolu se sběrnicí tvoří čepy tzv. kovový spoj.

Kovové lepení je povinným prvkem umístěným v každé obytné budově, což je železná svařovaná konstrukce spojující horní konce zemnících elektrod k sobě. Ta je odvedena do vstupního panelu domu pro další rozvody do bytů.

V souladu s dodatkem 3 bodem 26 pravidel PTEEP pro technický provoz spotřebitelských elektrických instalací se měření odporu kovových spojů provádí s následující frekvencí:

• více než jednou za 1 let pro nosné konstrukce venkovních vedení (OHL) s napětím nad 12 kV a více než jednou za 1 let pro venkovní vedení do 1 kV;
• více než jednou za 1 let v souladu s harmonogramem plánované preventivní údržby (PPR).

K provedení měření se používají zemnící svorky elektroinstalace a nejvzdálenější zemnící smyčka. Odpor se kontroluje na každém úseku vedení a hodnota tohoto parametru na každém úseku by neměla být větší než 0,1 Ohm.

Cíle a principy fungování

Pracovní uzemnění se používá ke snížení úrovně napětí, které prochází mezi tělem zařízení vystaveného proudu v důsledku nehody, a zemí na hodnotu, která je pro člověka bezpečná.

V případě správné funkce bude proud, který prochází osobou, bezpečný, protože napětí při kontaktu je minimální. Za těchto okolností dojde vlivem zemnícího vodiče k vybití drtivé většiny elektrické energie do země.

Uzemňovací systémy

V praxi se používají tři typy systémů:

V souladu s mezinárodní klasifikací jsou uzemňovací systémy označeny velkými písmeny. První písmeno určuje povahu zdroje energie a druhé charakter uzemnění otevřených částí elektrických instalací. Písmena ve zkratkách systému jsou dešifrována takto::

• T – připojeno k zemi, to znamená uzemněné;
• N – připojeno k neutrálu zdroje energie, to znamená, že nulování bylo dokončeno;
• I – izolovaný.

V každém systému jsou nulové vodiče, jejichž hodnoty jsou uvedeny v GOST R 50462−92. Mezi takové vodiče patří:

• N – nulová pracovní (neutrální);
• PE – nulová ochrana;
• PEN je kombinovaná verze nulového a ochranného vodiče.

V systému TN je neutrál zdroje napájení pevně uzemněn a k připojení otevřených vodivých částí elektrického vedení se k němu používají ochranné neutrální vodiče.

Takový neutrál se nazývá tiše nahrazený, protože pro jeho připojení není použita tlumivka pro potlačení oblouku, ale zemnící smyčka namontovaná v těsné blízkosti transformovny (TS).

V rámci systému TN byly vyvinuty tři subsystémy:

TN-C subsystém

Jedná se o obvod, kde v rámci jednoho vodiče existuje kombinace nulového pracovního a nulového ochranného vodiče v celém systému. Svědčí o tom označení C: kombinovaný/kombinovaný. V takovém systému se PE vodič neprodává samostatně, takže v domech s takovým systémem neexistuje individuální uzemnění v bytových zásuvkách.

Výhody:

• snadnost implementace;
• ekonomiku.

Omezení:

• nedostatek nezávislého ochranného uzemnění;
• neschopnost vyrovnat potenciály v koupelně;
• zastaralý standard.

Subsystém TN-CS

Jedná se o obvod, kde jsou nulový pracovní a ochranný vodič sloučeny v rámci jednoho vodiče, ale v rámci určité oblasti – obvykle od zdroje energie ke vstupu do budovy. V této fázi je možné rozdělit vodiče na dvě nezávislé sběrnice N a PE, ale pak bude nutné opětovné uzemnění.

Výhody:

• široký rozsah použití;
• jednoduchost technické realizace;
• snadný upgrade při přechodu ze subsystému TN-C.

• modernizace stoupaček přístupových kabelů;
• nebezpečí pro elektrické spotřebiče v důsledku zlomeného vodiče PEN.

TT systém

V systému TT je nulový vodič uzemněn stejným způsobem jako v systému TN-C a nechráněné vodivé části vedení jsou připojeny k zemnicí elektrodě, která je na nulovém vodiči elektricky nezávislá.

Podobný systém je implementován v mobilních obytných a komerčních zařízeních: přívěsy, stání a tak dále. Hlavní věcí je zajistit vysoce kvalitní opětovné uzemnění v podobě modulární konstrukce pinů.