Metodika měření a vyhodnocování uzemnění venkovních vedení vvn a zvn

Transkript

1 Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie ČEZ Distribuce, E.ON CZ, E.ON Distribuce, PRE distribuce, ČEPS Metodika měření a vyhodnocování uzemnění venkovních vedení vvn a zvn PNE prosinec 2017 Odsouhlasení normy Obsah 1. Terminologie, symboly a definice Předmluva Spolehlivosti vedení Ovlivnění spolehlivosti vedení zpětnými přeskoky (Sdružená) Kombinovaná vedení vvn a vn Bezpečnost osob Parametry ovlivňující velikost napětí na uzemnění při zkratu Doba trvání poruchy vedení zvn a vvn s přímo uzemněným uzlem Měření uzemnění stožárů zvn a vvn Parametry uzemnění Účel měření uzemnění Projekt nového nebo modernizovaného vedení Výchozí revize nového nebo modernizovaného vedení Kontrolní měření vedení v provozu Periodická kontrola podpěrných bodů Měření rezistivity půdy Přesnost měření Rozteč měřicích elektrod Nezávislost měření na objektech uložených v zemi Korekce měření rezistivity na roční období Měření rezistivity v zimě Schlumbergerovo uspořádání elektrod Měření zemního odporu podpěrného bodu pólová metoda Vztah mezi rezistivitou půdy a zemním odporem podpěrného bodu pólová metoda 62 procent pólová metoda Pasivní metoda Měření zemní impedance systému ZE Kontrola dotykových napětí stožárů zvn a vvn Kritérium bezpečnosti Výpočet přípustného napětí UD podle normy PNE Výpočet přípustného napětí U D podle CIGRE (TB 694 červenec 2017) Výpočet skutečného dotykového napětí Ud Určení zemního odporu a dotykového napětí pomocí metody ekvivalentní tyče Zjednodušená metoda určení proudu PB při zkratu Doporučení pro snížení dotykových napětí podpěrných bodů Obecná opatření pro snížení dotykových napětí Snížení zkratového proudu Zkrácení vypínacího času Efektivní využití zemnicích lan Snížení zemního odporu podpěrného bodu Ekvipotenciální prahy zemnicí síť s řízeným potenciálem Povrchová vrstva s vysokou rezistivitou Fyzická zábrana k dosažení konstrukce PB Doporučení pro konstrukce bez strojených zemničů v oblastech s nízkou rezistivitou půdy... 23

2 5.3 Uzemnění konstrukcí dočasných vedení PŘÍLOHA A (informativní) Příklad protokolu z měření uzemnění PŘÍLOHA B (informativní) - Doporučení pro měření zemního odporu B.2 Proudové sondy pro měření proudu It PŘÍLOHA C (informativní) - Měření stožárů s rozlehlou konstrukcí (např. kotevní portál) PŘÍLOHA D (informativní) měření zemního odporu stožárů typu třídřík PŘÍLOHA E (informativní) Korekce měření rezistivity na roční období PŘÍLOHA F (informativní) PŘÍLOHA G (informativní), Stanovení náhradního poloměru uzemnění pro výpočty dotykových napětí - stožárové konstrukce typu soudek 110 kv, dunaj 110 kv PŘÍLOHA H (informativní), Příklad výpočtu dotykového napětí 400 kv portál PŘÍLOHA I (informativní), Návrhů strojených zemničů pro dosažení povoleného dotykového napětí pro konstrukci PB 400 kv - typu delta, dunaj, soudek PŘÍLOHA J (informativní), Návrhů strojených zemničů pro dosažení povoleného dotykového napětí pro konstrukci PB 400 kv - typu portál PŘÍLOHA K (informativní), Příklady návrhů strojených zemničů pro dosažení hodnoty odporu uzemnění do 15 Ω (souladu s ČSN ed.2) pro stožárové konstrukce 110 kv

3 Související normy ČSN a PNE ČSN EN ed.2 Elektrická venkovní vedení s napětím nad AC 1 kv Část 1: Obecné požadavky Společné specifikace ČSN (333070) Elektrotechnické předpisy. Kompenzace kapacitních zemních proudů v sítích vysokého napětí ČSN EN ed.3 Ochrana před úrazem elektrickým proudem - Společná hlediska pro instalaci a zařízení PNE Navrhování a stavba venkovních vedení nad AC 45 kv PNE Ochrana před úrazem elektrickým proudem v distribučních soustavách a přenosové soustavě PNE Revize a kontroly elektrických zařízení přenosové a distribuční soustavy PNE Příklady výpočtů uzemňovacích soustav v distribuční a přenosové soustavě dodavatele elektřiny Vypracování normy 1. Terminologie, symboly a definice Terminologie a použité symboly této normy vychází z normy PNE (1. Vydání z ), ČSN EN ed.2. Pro další termíny v normě používané a zde neuvedené platí definice uvedené v PNE Podpěrný bod (vedení vvn a zvn) Příhradová nebo ohraňovaná stožárová konstrukce pro vedení zvn nebo vvn, včetně základů a strojených zemničů se považuje za podpěrný bod. Norma PNE (Navrhování a stavba vedení AC nad 45 kv) uvádí podpěrný bod jako všeobecný termín pro různé typy konstrukcí, které nesou vodiče venkovního elektrického vedení 1.2 Místo dotyku (na podpěrném bodu) Část kovové konstrukce podpěrného bodu dosažitelná osobou stojící na povrchu země (nikoliv na nadzemní část betonové části základu). Pro potřeby této normy není relevantní určení přesné výšky místa dotyku, předpokládá se, že pro dotyk osob s různou výškou je na kovové dosažitelné části stejný potenciál proti bodu styku osoby se zemským povrchem. Není-li kovový povrch pro osobu stojící na zemi dosažitelný, uvažuje se za místo dotyku dosažitelné místo spojené s kovovou konstrukcí. 1.3 Pata podpěrného bodu Část podpěrného bodu od místa dotyku dolů včetně strojených zemničů, vertikálně vymezena křivkou obepínající podpěrný bod 1 m od místa dotyku. Normy ČSN EN (2013) a PNE napětí na patě podpěrného bodu uvažují jako napětí na uzemnění. 1.4 Dovolené dotykové napětí UTp - Dovolené dotykové napětí (dovolené napětí na lidském těle) závisí na době trvání poruchy t f(s) a jeho velikost pro různou dobu poruchy lze určit podle tabulky G.7 přílohy G normy PNE Dotykové napětí UT Dotykové (touch) napětí (skutečné napětí na lidském těle) pak závisí na rezistivitě půdy (která spoluurčuje velikost proudu procházejícího tělem), na přídavných odporech a na napětí na patě podpěrného bodu U d. 1.6 Napětí na kovové konstrukci spojené s uzemněním Ud Napětí libovolné velikosti mezi místem dotyku a bodem na zemském povrchu v horizontální vzdálenosti 1 m od zemského povrchu, tedy je to napětí na patě podpěrného bodu. Jedná se o napětí, které lze považovat za napětí zdroje pro proud tělem I b. Tento proud je určen impedancí (odporem) lidského těla, přídavným odporem obuvi, přídavným odporem rukavic a přídavným odporem stavebního materiálu mezi stojícím člověkem a povrchem země (asfalt, štěrk apod.). 3

4 POZNÁMKA: Vzhledem k vysoké hodnotě impedance těla a přídavných odporů ve srovnání s odporem uzemnění, lze uvažovat velikost tohoto napětí stejnou jako pro případ bez lidského těla. 1.7 Předpokládané dovolené napětí na uzemnění UD - Dovolené napětí na uzemnění, jako hodnota napětí na uzemnění, která zaručuje bezpečnost osoby při užití známé přídavné rezistence R a, při průchodu maximálního dovoleného proudu I B tělem člověka. V případě správného uzemnění podpěrného bodu je U d U D a I b I B. Normy ČSN EN a PNE (Příloha č.10) pro rozdíl napětí, působící jako napětí zdroje v obvodu dotyku s omezenou velikostí napětí, která zaručuje bezpečnost osoby při užití známé přídavné resistance (například boty, izolační materiál na stanovišti), používá symbol U vtp. Tento symbol je vyhrazen pro napětí, která se vyskytují v sítích s izolovaným nebo kompenzovaným uzlem, kdy doba trvání poruchy typu zemní spojení přesahuje 1s, t F > 1 s. 1.8 Nárůst potenciálu zemniče UE Napětí mezi místem dotyku a referenční zemí. 1.9 Zemní odpor podpěrného bodu Rt je to reálná část impedance, kterou prochází proud stožárem do země. Dá se rozdělit na odpor části uzemnění v prostoru paty podpěrného R t1 na němž se vyskytuje napětí U d, a zbylém odporu R t2 vůči referenčnímu místu s nulovým potenciálem. I t místo dotyku U d U D U T U Tp UE strojený zemnič 1 m vymezení prostoru paty PB Obrázek Vymezení pojmů a veličin I t R t1 Z B U Tp U T U d U D U E R a R t1 Obrázek Vymezení pojmů a veličin schéma 4

5 2. Předmluva Odpor uzemnění stožáru má vliv na bezpečnost osob (dotykové a krokové napětí), provozní spolehlivost vedení (četnost výpadků při bouřkách) a správný provoz ostatních elektrozařízení v blízkosti elektrických vedení vvn a zvn. Tato norma se zabývá: - kontrolou správné funkce uzemnění stožárových konstrukcí měřením - měřením rezistivity půdy pro správný návrh strojeným zemničů projektovaných vedení - kontrolním výpočtem dotykových napětí - doporučením pro návrh zemničů Norma uvažuje uzemnění pro přenos střídavé (AC) elektrické energie. Norma je doplněním PNE , kapitoly 6 včetně příloh G,H. Norma je aplikována jak pro výstavbu nových vedení, rekonstrukci (modernizaci) stávajících vedení tak i pro provádění oprav, úprav a rozšíření stávajícího uzemnění. 2.1 Spolehlivosti vedení Z důvodu zajištění spolehlivosti provozu vedení norma maximální hodnoty odporu uzemnění Ovlivnění spolehlivosti vedení zpětnými přeskoky PNE v článku uvádí doporučené Spolehlivý provoz vedení je mimo jiné zajištěn souborem technických prostředků proti atmosférickému přepětí způsobenému přímým úderem blesku nebo zpětným přeskokem. Tyto technické prostředky jsou především správná instalace zemnicích lan, vhodné uzemnění stožárových konstrukcí, případně instalace svodičů přepětí. Nízký zemní odpor stožáru snižuje výrazně riziko zpětného přeskoku ze stožáru na fázový vodič a následného zkratu. Rozhodujícími parametry pro vznik zpětného přeskoku při úderu blesku do stožáru jsou proud a časový průběh proudu blesku, přeskoková vzdálenost, výška stožárové konstrukce, vlnová impedance stožárové konstrukce a odpor uzemnění. Pravděpodobnost vzniku zpětných přeskoků je vyšší u vedení s nižším jmenovitým napětím z důvodu kratších přeskokových vzdáleností, tedy nejvyšší četnost zpětných přeskoků z uvažovaných napěťových hladin, je u vedení 110 kv. Pro určení četnosti zpětných přeskoků jsou vyvinuty metodiky, jejichž základ je popsán v TB CIGRE 063 (kapitola 6), Guide to procedures for estimating the lightning performance of transmission lines (Sdružená) Kombinovaná vedení vvn a vn Zvláštním případem jsou kombinovaná (sdružená) vedení vvn a vn, kdy je zpětným přeskokem ohrožena hladina vn. V případě nepříznivých půdních podmínek, kdy rezistivita půdy přesahuje v souvislém úseku vedení (1 km a více) hodnotu 500 Ωm a nelze tedy zajistit zemní odpor nižší než 15 Ω jednoduchým způsobem, doporučuje se dosáhnout vyšší spolehlivosti kombinovaných vedení s jedním zemnicím lanem v tomto úseku instalací dvou zemnicích lan. Svodiče přepětí na vedení snižují riziko zpětných přeskoků a poruchovost vedení. Lze je instalovat místo druhého zemnicího lana tam, kde se nepředpokládá výskyt osob, a v místech s vysokou rezistivitou půdy případně vysokou bouřkovou činností. Podrobnosti jsou uvedeny v PNE Pro úsek sdružených vedení je nezbytné provádět kontrolu dotykových napětí jak pro zemní spojení na napěťové hladině vn (U vtp), tak pro i zkraty na napěťové hladině vn i vvn (U D). 2.2 Bezpečnost osob Na podpěrných bodech v místech, která jsou často navštěvována lidmi, se nesmí vyskytovat nebezpečná dotykové napětí. Velikost dovoleného dotykového napětí U Tp (dovolené napětí na lidském těle) závisí na době trvání poruchy t f(s). Dotykové napětí U T (skutečné napětí na lidském těle) pak závisí na rezistivitě půdy (která spoluurčuje velikost proudu procházejícího tělem), na přídavných odporech a na napětí na patě podpěrného bodu (rozdíl potenciálu na PB a potenciálu země 1 m od paty podpěrného bodu), viz. PNE přílohy G 4.1 a G 4.2 a ČSN EN příloha G 4.2. Bezpečnost osob v okolí stožárových konstrukcí lze zajistit těmito způsoby: 5

6 - krátkým vypínacím časem poruchového proudu - způsobem uzemnění podpěrného bodu - izolací okolí stožárové konstrukce nebo oplocením Kromě dotykového napětí může být nebezpečné i krokové napětí v okolí stožárové konstrukce. Riziko nebezpečnosti klesá snížením napěťového spádu v závislosti na vzdálenosti od paty stožáru a velikosti přídavných odporů (obuvi). Projektová dokumentace v příslušném stupni nového nebo zmodernizovaného (vyšší přenosové parametry) venkovního vedení musí obsahovat návrh uzemnění stožárové konstrukce a dále musí obsahovat výpočet, který dokládá velikost dotykových napětí v místech, která jsou podle PNE ( ) často navštěvována lidmi Parametry ovlivňující velikost napětí na uzemnění při zkratu Velikost napětí na patě podpěrného bodu (na uzemnění při) zkratu je dána zejména velikostí proudu procházejícího podpěrným bodem do země a velikostí zemního odporu stožáru. Velikost proudu stožárem pak závisí na celkovém zkratovém proudu a jeho rozdělení mezi zemnicí lana a stožár. Toto rozdělení je určeno geometrií a elektrickými parametry vedení vyjádřené redukčním činitelem r a poměrem zemního odporu stožáru vůči impedanci soustavy uzemnění složeného z uzemnění okolních stožárů (rozvoden) propojených zemnicími lany. Význam podrobného výpočtu dotykových napětí tedy narůstá s rostoucí velikostí zkratových proudů Doba trvání poruchy vedení zvn a vvn s přímo uzemněným uzlem V případě zkratu dochází na vedení zvn nebo vvn k působení automatických ochran. Pro výpočty působení dotykových napětí (nikoliv pro dimenzování zařízení) lze pro základní zapojení sítě uvažovat mezní dobu trvání poruchového proudu 0,2 s. Pro výpočty dotykových napětí lze pro vedení zvn dobu vypnutí základní ochrany uvažovat 0,1 s pro vedení vvn pak 0,2 s. Tyto mezní doby platí v případě správného působení primárních ochran. K působení záložních ochran dochází ze statistického hlediska s velmi nízkou četností, proto při výpočtech doby působení dotykových napětí nemá smysl uvažovat dobu působení záložních ochran. Pokud provozovatel vedení pro výpočet dotykových napětí určí delší dobu trvání poruchy, je třeba toto ve výpočtu respektovat. 3. Měření uzemnění stožárů zvn a vvn Měřením uzemnění zařízení nad 45 kv se zabývá norma PNE , příloha H. Cílem normy PNE je předepsat metodiku měření stožárů vvn a zvn pro zajištění správných výsledků měření, protože výsledky měření v minulosti neposkytovaly mnohdy správné hodnoty a měřicí skupiny prováděly při měření řadu chyb, které zásadně ovlivnily výsledky měření. Dodržením metodiky zde uvedené se tyto chyby eliminují. Oproti předchozím normám se zavádí měření důležitého parametru zemní impedance soustavy všech zemničů propojených zemnicími lany Z E. 3.1 Parametry uzemnění Pro posouzení kvality uzemnění jsou důležité parametry: zemní odpor podpěrného bodu R t zemní odpor strojeného zemniče R zn rezistivita půdy E zemní impedance soustavy zemničů propojených zemnicími lany Z E Zemní odpor podpěrného bodu Rt, je reálná část impedance, kterou prochází proud stožárem do země. Skládá se z dílčích odporů jednotlivých zemničů přirozených či strojených a z odporu zeminy především v blízkosti povrchu zemniče. Zemní odpor může být též v literatuře nazýván odporem uzemnění. Jeho velikost určuje spolehlivost vedení při úderu blesku do stožárové konstrukce nebo zemnících lan a významně ovlivňuje velikost dotykového napětí Rezistivita půdy v okolí stožárové konstrukce ρe Je to elektrický odpor válce půdy s průřezem 1 m 2 a délkou 1 m v podélném směru. Jednotka je Ωm. Velikost rezistivity půdy vyjadřuje elektrické vlastnosti půdy pro uzemnění stožáru Zemní impedance soustavy zemničů propojených zemnicími lany ZE Je to impedance celého systému uzemnění stožárů a rozvoden propojených zemnicími lany včetně odporu 6

7 měřeného stožáru R t vůči referenční zemi. Tato impedance je měřena jako podíl napětí z měřicího zdroje aplikovaného mezi bod vybraného stožáru a referenční zem a proudu tohoto zdroje. Velikost impedance Z E významně ovlivňuje velikost dotykového napětí Zemní odpor strojených zemničů Rzn, Je to elektrický odpor strojených zemničů, které jsou připojeny nad zemí k podpěrnému bodu. Pro měření lze strojený zemnič od podpěrného bodu odpojit nebo změřit bez odpojení vhodnou metodou měření. 3.2 Účel měření uzemnění Měření uzemnění musí být součástí revizní zprávy před předáním vedení do provozu. Měřením uzemnění se prokáže, že uzemnění splňuje požadavky kladené na spolehlivost a bezpečnost vedení. Výsledky měření se použijí pro výpočty dotykových a krokových napětí. Měřením na provozovaných vedeních se pak kontroluje funkce strojených zemničů zejména s ohledem na jejich stárnutí. Kromě toho má měření uzemnění vedení diagnostický význam, kdy lze měřením kontrolovat korozi stožárových konstrukcí a připojení zemnicích lan ke stožáru. Tabulka 3.1 uvádí roli jednotlivých parametrů uzemnění vzhledem k účelu měření. Tabulka 3.1, Výčet doporučených měřených parametrů uzemnění s účelem měření R t (Ω) ρ E (Ωm) Z E (Ω) R zn (Ω) Projekt nového nebo modernizovaného ne ano ne ne vedení Výchozí revize nového nebo ano ano* ano ano modernizovaného vedení Kontrolní měření vedení v provozu ano ano ano ano Periodická kontrola podpěrných bodů** ano ano ne ano *není nutné, bylo-li již změřeno a nejsou-li pochybnosti o správnosti hodnoty ** měří se individuálně vybraný podpěrný bod Projekt nového nebo modernizovaného vedení Pro správné projektování uzemnění stožárových konstrukcí je znalost velikosti rezistivity půdy ρ E zásadní podmínkou. V případě, kdy rezistivita půdy je významně větší než rezistivita betonu (ρ E > 500 Ωm), je zemní odpor vedení určen zejména rezistivitou půdy. Při nízké rezistivitě půdy, je velikost zemního odporu významně ovlivněna vodivostí betonu. Na základě změřené rezistivity půdy lze zvažovat opatření na zajištění bezpečnosti osob v místech, která jsou podle PNE ( ) a PNE často navštěvována lidmi (tedy jedná se o místa, která nejsou odlehlá) a nebo opatření na zajištění spolehlivosti vedení Výchozí revize nového nebo modernizovaného vedení Při výchozí revizi nového vedení se měří hodnota zemního odporu R t podpěrného bodu, hodnota odporu strojených zemničů R E a hodnota impedance Z E pro daný podpěrný bod. Účelem je ověřit zda hodnota R t je v souladu s normou PNE , zjistit výchozí hodnoty R zn strojených zemničů a zda zemnicí lana jsou řádně propojeny s konstrukcí stožáru (Z E). Naměřené parametry pak lze využít pro výpočetní kontrolu dotykových a krokových napětí pro místa, která nelze považovat za místa odlehlá. Jako kontrolní měření lze provést i měření rezistivity půdy E Kontrolní měření vedení v provozu Je nutné provést vždy, jsou-li pochybnosti o výsledcích měření podle nebo nebo nejsou-li výsledky k dispozici nebo vznikne-li potřeba provozovatele provést měření. Měří se pouze vybrané podpěrné body podle požadavku provozovatele Periodická kontrola podpěrných bodů Systém uzemnění podpěrných bodů (strojené zemniče) stejně jako samotné kovové konstrukce podléhají korozivním účinkům prostředí a odpor uzemnění podpěrného bodu se s časem mění. V místech často 7

8 navštěvovanými lidmi nebo pro zajištění bezpečnosti osob se provádí periodická kontrola uzemnění podpěrných bodů stejně tak jako v místech, kde vysoká hodnota zemního odporu ovlivňuje spolehlivost vedení. Doba periody je určena v Řádu preventivní údržby a nesmí být delší než je uvedeno v PNE Nový i stávající příhradový stožár bez strojených zemničů v neobydlené, odlehlé oblasti není nutné z hlediska bezpečnosti kontrolovat. V případě, že příhradový stožár v odlehlé oblasti extravilánu z důvodu nespecifikované výstavby, zástavby apod. ztratí statut umístění v odlehlém místě, (viz PNE ) musí se uvažovat s vhodným dodatečným ochranným opatřením. Bude-li ochranným opatřením zvoleno ekvipotenciální spojení se zemí, tedy rozložením potenciálu v podobě obvodových zemničů, musí se zemnící soustava těchto obvodových zemničů pravidelně v rámci údržby měřit. Pro nový i stávající příhradový stožár v místě, které není podle PNE místem odlehlým se v případě volby ochranného opatření strojeným zemničem, musí se funkce strojených zemničů pravidelně v rámci údržby kontrolovat měřením. Měří se celkový zemní odpor zemniče, zemní odpor strojeného zemniče zvlášť, v případně zřízených ekvipotenciálních kruhů se měří rozložení spádu napětí kolem stožáru minimálně do vzdálenosti 1 m vně od okraje nejvzdálenějšího ekvipotenciálního prahu. Je nepřípustné připojování strojených zemničů na konstrukci příhradového stožáru v zemi pod úrovní terénu. V takovém případě je odpojení zemniče od konstrukce stožáru neproveditelné. Dostatečným připojením konstrukce příhradového stožáru (jednoho dříku) s uzemněním je minimálně dvěma přívody k zemniči. Je vhodné přívod k zemniči opatřit štítkem s trvale vyznačenou výchozí hodnotou zemního odporu zemniče pro následná okamžitá posouzení stavu zemnící soustavy po periodickém měření v rámci ŘPÚ. 3.3 Měření rezistivity půdy Základní metodou pro měření rezistivity půdy je Wennerova metoda. Tato metoda využívá čtyř elektrod na povrchu země rozmístěných v řadě rovnoměrně s rozestupem a (obrázek 3.1). K vnějším elektrodám se připojí zdroj střídavého proudu, a na vnitřních elektrodách se měří napětí U. Kmitočet zdroje by v případě měření provozovaných vedení neměl být 50 Hz a stejně tak i přístroj pro měření napětí by měl mít selektivní filtr pro měření napětí pouze příslušného kmitočtu. V případě ideálních bodových elektrod a homogennosti země, lze z teorie elektromagnetického pole odvodit, že rezistivita půdy je ρ = 2 π a U / I (1) I A U V A B C D ρ 1 ρ 2 a a a ρ 3 Obrázek Schéma konfigurace obvodu pro měření rezistivity půdy Wennerovou metodu Přesnost měření Pro přesnost měření je zcela nezbytné, aby vzdálenost (rozteč elektrod) byla rovnoměrná. Měřící skupina je povinna používat pomůcku pro měření vzdálenosti (metr nebo délkový etalon) Rozteč měřicích elektrod Rozteč elektrod a se volí s ohledem na hloubky vrstvy půdy. Aby se pokryla rezistivita půdy v různých hloubkách, je třeba provést měření opakovaně s různou roztečí elektrod. Měření se provádí pro vzdálenost elektrod 1 m, 3 m, 5 m a více, lze i 10 m (ale vždy v souladu s návodem přístroje). Elektrody se rozmístí kolmo k ose vedení, umožňují-li to místní podmínky. Výsledná rezistivita půdy ρ E se pak z dílčích rezistivit ρ 1, ρ 2 a ρ 3 určí z následujícího vzorce, případně dle doporučení výrobce konkrétního měřicího přístroje a jeho doprovodné 8

9 výrobní dokumentace. 3 ρ = ρ 1 ρ 2 ρ 3 (2) V protokolech z měření je nutné uvést jak dílčí rezistivity, tak rezistivitu výslednou, protože rozdílné dílčí rezistivity mohou referovat o vrstvách půdy s různou rezistivitou. Pro kontrolní a periodická měření (Tabulka 3.1) lze rezistivitu půdy stanovit z jednoho dílčího měření pro rozteč elektrod minimálně 3 m. Měření se provádí v souladu s uživatelskou příručkou měřícího přístroje Měření rezistivity ve dvou kolmých směrech Velikost dílčích rezistivit ρ 1, ρ 2 a ρ 3 se může výrazně lišit buď z důvodu chyby měření nebo z důvodu vícevrstvého složení půdy v hloubkách odpovídající rezistivitám ρ 1, ρ 2 a ρ 3. V případě horizontálního uspořádání vrstev by pak opakované měření s novým uspořádáním elektrod, které je kolmé na to původní, přineslo potvrzení změřených hodnot. Takto lze ověřit, zda rozdíly mezi dílčími hodnotami rezistivity jsou nahodilou chybou měření nebo výsledek měření odráží půdní složení Nezávislost měření na objektech uložených v zemi Elektrody by měly být zaraženy v horizontální vzdálenosti od jakéhokoliv objektu v zemi (od stožáru, uzemňovacího pásku, apod.) a od náhlé změny terénu minimálně na vzdálenost rozteče elektrod. Tedy je-li rozteč elektrod 3 m, je třeba dodržet minimální vzdálenost 3 m od paty stožáru Korekce měření rezistivity na roční období Norma PNE předepisuje přepočet naměřených hodnot rezistivity půdy v závislosti na ročním období a vlhkosti. V protokolech z měření se současně uvede naměřená i korigovaná hodnota rezistivity půdy včetně specifikace konkrétních klimatických podmínek panujících při měření. Rezistivita půdy se nekoriguje pro větší hloubku než 3 m. Další doporučení ohledně korekce na roční období je v příloze D Měření rezistivity v zimě Rezistivita půdy se nesmí měřit v období zmrzlé půdy Schlumbergerovo uspořádání elektrod Toto uspořádání elektrod (viz. obrázek 3.2) umožňuje rychlejší postup při měření dílčích rezistivit. Rozteč vnitřních (napěťových) elektrod zůstává stejná (a = 1 m), posouvají se pouze elektrody vnější (proudové), b = 1m (3m, 5m). Z tohoto důvodu je měření rychlejší než v případě základní Wennerovy metody. Výpočetní vztah (3) naměřené rezistivity je však složitější, proto se doporučuje používat tuto metodu pouze v případě s přístrojem provádějící automatické vyhodnocení měření. I A U A B C D V ρ 1 ρ 2 b a b ρ 3 Obrázek Schéma konfigurace obvodu pro měření rezistivity půdy Schlumbergovou metodou 9

10 R t (Ω) PNE ρ = π U (b a 2 )2 a I U πb 2 I a (3) 3.4 Měření zemního odporu podpěrného bodu Měření zemního odporu podpěrného bodu vvn a zvn se v principu provádí tak, že přes měřený zemnič (stožár) se z měřicího zdroje přivádí do země proud a měří se pomocí vhodné proudové sondy proud zemničem a napětí zemniče proti referenční vzdálené zemi. V praxi se používala a používá metoda, kdy při vyšších kmitočtech se předpokládala eliminace proudu do zemnicích lan vlivem induktivní reaktance zemnicích lan, a neměřil se proud zemničem, ale měřil se jednoduše pouze proud ze zdroje. Tuto metodu lze použít pouze tehdy, kdy se měří závislost odporu na kmitočtu a tato závislost se ustálí (konverguje) k měřené hodnotě (obrázek 3.3). Mezní kmitočet ovšem nelze předem určit, bez přístrojového vybavení umožňující měření v širokém kmitočtovém spektru tedy nelze měření správně vyhodnotit. Měření lze provést při vypnutém i provozovaném vedení Pokud se měří za provozu vedení, pro minimalizaci vlivu interference 50 Hz do měřicích kabelů, se používá zdroj napětí s jiným kmitočtem. Výhodné je použít zdroj s možností nastavení kmitočtů, protože naměřená hodnota zemního odporu by měla být kmitočtově ustálená (nezávislá na kmitočtu), viz. obrázek 3.3. Počáteční kmitočtová nestabilita se projevuje obvykle v podmínkách s vysokou rezistivitou půdy a tím pádem malým proudem ze zdroje měření. Někdy je též kmitočtová nestabilita projevem jiných rušivých vlivů, z nichž některé mohou mít diagnostický význam (koroze konstrukce). Pokud přístroj umožňuje automatické měření s různými kmitočty zdroje, měla by se taková měření provést. Pro měření zemního odporu je základní metodou 4-pólová metoda s proudovými sondami např. cívkami Rogowského nebo sondami pro měření proudu na jiném fyzikálním principu v určeném frekvenční rozsah. Při měření se dodržují postupy uváděné v manuálu měřicího přístroje Závislost zemního odporu na kmitočtu PB 762, V413 Rt - s proudovými sondami Rt - bez proudových sond f (Hz) Obrázek Příklad závislosti měření zemního odporu na kmitočtu pólová metoda Schéma základní metody je na obrázku 3.4. Ze zkušebního zdroje napětí, který bývá součástí měřicího přístroje, se injektuje proud o kmitočtu v rozmezí Hz (násobky 50 Hz se připouští pouze v případě vypnutého vedení) do proudového okruhu tvořeného kontaktním bodem na stožáru E, konstrukcí zemniče, zemí, vzdálenou sondou H. Zároveň se měří proudovými sondami, proud zemničem It (Část proudu zkušebního zdroje Iem se uzavírá přes zemnicí lana a sousední stožáry). Proud uzavírající se tímto obvodem vytvoří napěťový spád Uem mezi uzemněním E (ES) a vzdálenou referenční zemí (S). Vzdálenost měřicích sond je v souladu s návodem přístroje měření určené pro měření uzemnění podpěrných bodů vvn a zvn. Minimální vzdálenost měřicích sond H, S je 40 m, pro vedení 400 kv je doporučená vzdálenost 80 m 100 m. 10

11 Zemní odpor R t (Ω) PNE zdroj napětí V U em Im A I t Měření proudu Referenční zem injektovaného proudu H S ES E Referenční zem m nejméně 40 m m nejméně 40 m Obrázek Schéma zapojení obvodu pro měření zemního odporu základní 4-pólovou metodou Poměr mezi tímto napětím a součtem velikostí všech proudů protékajících zemničem do země určí zemní odpor (reálná převažující část impedance zemniče). Rt = Uem / It (4) Vztah mezi rezistivitou půdy a zemním odporem podpěrného bodu Zemní odpor podpěrného bodu (jak příhradová, tak i ohraňovaná konstrukce) je silně závislý na rezistivitě půdy. Výsledky měření rezistivity půdy a zemního odporu v místě uzemnění by měly být ve vzájemném souladu. Proto se měření rezistivity doporučuje provést vždy při měření zemního odporu R t. Analyticky se vzájemný vztah obou veličin formuluje obtížně, závisí na provedení stožáru a použitém materiálu (beton). Tato norma uvádí obvyklý vztah (závislost) získaný při praktických měřeních v obrázku 3.7. Obvyklý vztah (závislost) mezi zemním odporem včetně případných strojených zemničů (stožárové konstrukce) a rezistivitou půdy se nachází v oblasti vymezené křivkami grafu (šrafovaná plocha). Při vyšších hodnotách rezistivity hodnotu zemního odporu snižují strojené zemniče Rezistivita (Ωm) 11

12 Zemní odpor R t (Ω) Rezistivita (Ωm) Obrázek Obvyklý vztah (závislost) mezi zemním odporem (stožárové konstrukce) a rezistivitou půdy Nesoulad s výše uvedeným obrázkem může znamenat - chybu měření - vysoký odpor konstrukce stožáru (koroze) - složité geologické podmínky (vícevrstvá půda ve složitém uspořádání) - při malých rezistivitách půdy se uplatnňuje výrazněji rezistivita betonu pólová metoda 62 procent Schéma 4-pólové metody 62 procent je na obrázku 3.6. Použití této metody je vynuceno zejména prostorovým omezením měření danými objekty v terénů (komunikace, budovy, neprostupná vegetace), které brání použití základní metody. Teorie této metody doporučuje umístění napěťové sondy do vzdálenosti 62 % vzdálenosti proudové sondy. Pro kontrolu správnosti měření se doporučuje změnit umístění napěťové sondy a měření zopakovat. Výsledná hodnota je aritmetickým průměrem opakovaných měření. zemní lano proudová sonda zdroj napětí V H S ES E napěťová sonda m (0.62x) A Měření proudu m (x) Obrázek Schéma zapojení obvodu pro měření zemního odporu 4-pólovou metodou 62 procent 12

13 pólová metoda Tato metoda je alternativou metody 62 procent pro jednodušší měřicí přístroje. Její typické využití je pro měření zemních odporů zemničů odpojených od zemnicího lana navazujících obvodů nebo pro měření s vyšším kmitočtem (1 5 khz). Její přesnost je horší než u základní metody měření a její použití lze zdůvodnit pouze tehdy, není-li k dispozici přístroj, který umožňuje 4-pólové připojení měření. Schéma tří-pólové metody je na obrázku 3.7. proudová sonda zdroj napětí V H S napěťová E sonda m (0.62x) A zemní lano m (x) Obrázek Schéma zapojení obvodu pro měření zemního odporu 3-pólovou metodou Při této metodě jsou měřený zemnič, napěťová elektroda a proudová elektroda na jedné lince ve stejném směru od měřeného zemniče. Optimálně by elektrody měly být umístěny ve směru kolmém k vedení. Poměr vzdáleností napěťové elektrody a proudové elektrody od středu měřeného uzemnění by měl být 0.62:1. Tyto vzdálenosti by měly být dostatečně velké vzhledem k rozsahu měřeného zemniče. V normě PNE , čl. H.4.3 je určeno, že vzdálenost napěťové sondy musí být alespoň 2.5x rozsah zemniče, minimálně však 25 m. Vzdálenost proudové sondy musí být alespoň 4x rozsah zemniče, minimálně však 40 m. V normě PNE jsou určeny hodnoty vzdáleností a I a a U na 40 m a 25 m, jestliže výrobce měřicího přístroje neurčí jinak. Dále je stanoveno, že se mají kromě základního měření udělat ještě dvě měření s upravenou vzdáleností a U o +6 m a o -6 m. Je-li základní vzdálenost a I (L) jiná, je nutné provést 3 měření: a U = 0,52a I, a U = 0,62a I, a U = 0,72a I. Za výsledek se bere průměr Pasivní metoda Pasivní metoda měření zemního odporu nevyžaduje měřicí zdroj napětí, měří se proud 50 Hz procházející PB do země a napětí na uzemnění odvozené od průchodu tohoto proudu do země proti vzdálené zemi (sonda S). Zdrojem tohoto proudu je zejména indukce do zemnicích lan. Pasivní metoda se používá pro kontrolu měření jinými metodami nebo pro případ, že nelze připojit zdroj z měřicího přístroje nebo proud z tohoto zdroje je příliš malý. Tato situace může nastat zejména v případě, kdy napětí U S-ES je tak velké, že by mohlo přístroj poškodit. V praxi se to vyskytuje u velmi zatížených vedení s vysokým zemním odporem. V Měření proudu S ES napěťová sonda m Obrázek Schéma zapojení obvodu pro měření pasivní metodou 13

14 3.5 Měření zemní impedance systému ZE Zapojení měřicího obvodu je obdobné jako při měření zemního odporu stožáru základní metodou (obrázek 3.8), neprovádí se měření proudovými sondami, ale měří se celkový proud ze zdroje do soustavy zemničů (stožárů) propojené zemnicími lany I H-E. Z E = U em / I m (5) Norma ČSN EN ed.2 (Příloha H 4.3, odstavec c) měření zemního odporu a impedance) a PNE uvádí pro měření Z E jiný vzorec. Vzorec v této ČSN normě je navržený pro proudovou metodu měření, kdy se ze vzdáleného zdroje přes fázové vodiče injektuje do uzemnění velký proud (> 50 A) síťového kmitočtu. Referenční zem injektovaného proudu zdroj napětí V U I m em H S ES E A Referenční zem m nejméně 40 m m nejméně 40 m Obrázek Schéma zapojení obvodu pro měření ZES 4-pólovou metodou Velikost impedance je kmitočtově závislá, zjišťuje se její velikost pro kmitočet 50 Hz. Jsou-li všechna vedení stožárové konstrukce vypnuta, stačí provést jedno měření Z ES (50 Hz). Je-li aspoň jedno vedení v provozu, je nutné použít injektovaný proud minimálně o dvou kmitočtech f 1 < 50 Hz a f 2 > 50 Hz a výsledek zjistit proložením (interpolací) impedancí Z f1, Z f2. ZE = Zf1 + ((50-f1)/(f2-f1))*(Zf2 Zf1) (6) Příklad přepočtu pro měření v tabulce 3.2 pro měřící kmitočty 41 a 73 Hz bude: Z E = 0,26 + ((50-41)/(73-41))*(0,34 0,26) = 0,28 Ω Tabulka Interpolace měření zemní impedance systému uzemnění f(hz) Z(Ω) 0,26 0,34 0,79 1,35 1,43 2,52 3,58 4,11 4,61 4,89 5,19 5,43 5,56 14

15 Přípustné napětí na patě PB (V) PNE Kontrola dotykových napětí stožárů zvn a vvn Tento odstavec navazuje na normu PNE Rozvíjí zde uveden případ pro stožár soudek a zobecňuje pro výpočet dotykových napětí stožárů VVN a ZVN. 4.1 Kritérium bezpečnosti Aby byla zajištěna bezpečnost osob při poruše (zkratu) na podpěrném bodu, musí být splněno bezpečnostní kritérium. Tedy napětí vzniklé průchodem proudu podpěrným bodem U d musí být menší než přípustné napětí na patě podpěrného bodu U D. U d < U D (7) Algoritmus, který ze změřených parametrů uzemnění, tedy R t, Z E a ρ E určí napětí na patě podpěrného bodu a provede jeho porovnání s dovoleným dotykovým napětím bude z hlediska terminologie nazýván kontrola dotykových napětí výpočtem. 4.2 Výpočet přípustného napětí UD podle normy PNE Zajištění bezpečnosti osob se dosahuje navozením technických podmínek takových, aby napětí na patě podpěrného bodu nepřesahovalo přípustnou mez U D. S využitím PNE lze pro určení maximální možné hodnoty U D použít jednoduchý vztah (8) nebo graf na obrázku 6.1 (ČSN EN ed.2). U D (t F) = U Tp (t F) + (R a1 + R a2) I B = U Tp (t F) + Ra U Tp (t F) / Z B = U Tp (t F) (1 + R a / Z B) (8) Uvažuje se R a1 = 1000 Ω a Ra2 = 1,5 ρ E t F - doba trvání poruchy Parametr ρ E lze získat měřením. U Tp (t F) - impedance těla se určí pomocí tabulky G.7 v PNE v příloze G Z B (U Tp) - impedance těla se určí pomocí tabulky G.6 v PNE v příloze G Škálu hodnot U D pro různé t F ukazuje graf na obrázku tf=0.5 s tf=0.2 s tf=0.1 s rezistivita půdy (Ωm) Obrázek Přípustné napětí U D na patě podpěrného bodu v závislosti na rezistivitě půdy 15

16 4.2.1 Výpočet přípustného napětí UD podle CIGRE (TB 694 červenec 2017) Mezinárodní organizace CIGRE pro výpočet U D (t F) doporučuje následující vztah, který vychází z normy IEEE Standard Pro dotyková napětí U D (t F) = (Z B + R a1 + 1,5 ρ E ) k t F (9) Pro kroková napětí U D (t F) = (Z B + R a1 + 6 ρ E ) k t F (10) R a1 - přídavná impedance obuvi (obvykle se uvažuje 1000 Ω) Z B - impedance těla (uvažuje se 1000 Ω) t F - doba trvání poruchy k - je konstanta, jejíž velikost je závislá na hmotnosti člověka (IEEE Standard ), fyzikálně je to proud, při němž dochází k fibrilaci srdce s maximálně 0,5 % četnostní výskytu. k = 0,067 A pro váhu 50 kg, k = 0,091 A pro váhu 70 kg Pro případě dvouvrstvého uspořádání půdy v místě vetknutí konstrukce, s vrchní rezistivitou půdy (ρ T) a spodní rezistivitou půdy (ρ B) se používá ekvivalentní rezistivita ρ E s využitím následujících vztahů: (11) Pro ρ T > ρ B, tedy případ s povrchovou úpravou půdy štěrkem nebo asfaltem Pro ρ T < ρ B konstanta d t je šířka vrchní povrchové vrstvy konstanta r je L/ π, kde L je rozměr odpovídající délce hrany čtvercového uspořádání vetknutí kovové konstrukce do základu. 16

17 4.3 Výpočet skutečného dotykového napětí Ud Podle normy ČSN EN ed. 2 se nemusí provádět kontrola uzemnění pro místa odlehlá a pro místa kde platí U E < 2 U D. Při nesplnění této podmínky se provádí výpočet U d a posuzuje se podle kritéria (7). Přísnější požadavek je provádět kontrolu skutečného dotykového napětí U d, které musí splňovat kritérium bezpečnosti (7) pro místa často navštěvovaná lidmi, vždy. Kontrola dotykového napětí výpočtem se provádí a) při projektu nového vedení b) změní-li se PB z místa odlehlého na místo často navštěvované lidmi. Pro napětí na uzemnění podpěrného bodu proti referenční zemi platí U E = I t. R t (12) Kde I t je proud procházející stožárovou konstrukcí do země a R t je zemní odpor podpěrného bodu. Velikost proudu při zkratu I t lze nejpřesněji určit matematickým modelem, který obsahuje elektrické parametry vedení, základní parametry zdrojů a hodnoty odporů uzemnění R t. Tyto modely je možno sestavovat více či méně dostupných softwarových nástrojích, jako jsou Matlab-Simulink, EMTP-RV, ATP-EMTP apod. Napětí na patě stožáru U d se správně a přesně určí s využitím matematického software, který umožňuje modelovat prostorové rozložení potenciálu v půdě. Buď lze využít specializované programy pro výpočet uzemnění nebo obecné matematické nástroje jako je COMSOL Multiphysics. Pro rychlý orientační výpočet U d lze využít vzorec 13 a tabulku 4.1 a vzorec (13) U d = U E / a (13) a náhradní poloměr uzemnění stožáru Pro výpočet a lze použit následující vztah, za předpokladu, že jsou k dispozici naměřené parametry R t a ρ E. a = 4.L.( L - délka zemniče (m) R t zemní odpor (Ω) ρ E rezistivita půdy (Ωm) 1 2πLR t ) (14) e ρe Pakliže nejsou k dispozici hodnoty R t, tabulka 4.2 uvádí přibližné doporučené hodnoty. Uvádí se dva případy, kdy se uvažují různé vlastnosti betonového základu (rezistivita). Tabulka Doporučené hodnoty parametru a Rezistivita Parametr a (-) půdy ρ E (Ωm) pro betonový základ starší 20 let pro nový betonový základ do stáří 20 let < 50 1,8 1,4-1, ,6 4,0 1,9 2, ,0-6,4 2,7-4, ,4 7,8 4,6-6, ,8-9,2 6,9 8, ,2-10,1 8,8 10, ,1 10, ,6 10, ,95 10, ,1 11,1 > ,2 11,2 17

18 4.3.1 Určení zemního odporu a dotykového napětí pomocí metody ekvivalentní tyče Pro výpočty lze použít i metodu vycházející z výpočtu zemního odporu R t pomocí jednoduché metody ekvivalentní tyče. Uzemnění se nahradí tyčí s průměrem d a délkou L. Obrázek Náhrada uzemnění tyčí Velikost zemního odporu tyče jednoduché geometrie je: R t = ρ E 4L ln 2πL d (15) Uvažujeme-li soustavu pravidelně (periodicky) rozmístěných pilot (obrázek 4.3), potom se velikost zemního odporu R c určí ze vztahu (16). r 0 n n a 2 r0 sin n Obrázek Soustava tyčí výpočet zemního odporu R c n 1 R 1 1 (16) n 2 2r0 n k 1 sin k n 1 Ekvivalentní poloměr uzemnění a soustavy tyčí se pak určí pomocí vztahu 14, kde se místo R t použije R c ze vztahu (16). 18

19 a = 4.L.( 1 ) (17) 2πLRc e ρe Potom dotykové napětí U d se určí podle vztahu (18) U d = ρ E I t 2πL (ln (a+1)) (18) a Zjednodušená metoda určení proudu PB při zkratu Norma PNE uvádí pro určení proudu podpěrným bodem I t při zkratu, I t = w. r. I k. Z E / R t (19) dosazením do (12) U E = w. r. I k. Z E = w. r. 3 I 0.Z E (20) Přičemž I k je proud jednopólového zkratu (I k = 3I 0) r redukční činitel vedení w = 0,7 je činitel pravděpodobnosti současného působení zdrojů zkratového proudu Z E - Je impedance celého systému uzemnění stožárů a rozvoden propojených zemnicími lany včetně odporu měřeného stožáru R t vůči referenční zemi (odstavec ). R t - zemní odpor paty podpěrného bodu Parametry ρ E, R t, Z E se doporučuje získat měřením (např. podle TN/82 ČEPS) nebo výpočty (viz. následující odstavce). Pro vedení bez zemnicích lan se vzorec (16) mění na U E = w. I k. R t (21) Redukční činitel vedení r Norma ČSN EN (a PNE odstavec H.4.5) definuje redukční činitel vedení r jako poměr zpětného proudu zemí I E k celkovému proudu nulové složky trojfázového proudu. Mezní případy jsou: r = 1 (veškerý proud jde do země zasaženou stožárovou konstrukcí prakticky pouze při odpojených zemnících lanech) r = 0 (veškerý proud jde zemnícími lany do sousedních a vzdálených stožárů prakticky pouze při plně izolovaném základu stožáru) Pro symetrické vedení lze pro výpočet redukčního činitele použít vztah r = Z EW E Z ML EW Z EW E = 1 - Z ML EW Z EW E (22) Z ML-EW vzájemná impedance zemnícího lana a fázového vodiče Z EW-E vlastní impedance zemnícího lana 19

20 Analýza vztahu (22) ukazuje, že velikost redukčního činitele je závislá zejména na: - odporu zemnícího lana, větší hodnota odporu zvětšuje redukční činitel - rezistivitě půdy rostoucí rezistivitou půdy redukční činitel klesá. - vzdálenosti fázového vodiče a zemnícího lana. Výraznější rozdíly ve velikosti redukčního činitele budou tedy mezi horní a spodní fází v uspřádání soudek Analýzou literatury a výpočty na digitálních modelech vedení lze dospět k tabulkám 4.1 a4.2. Tabulka 4.1 uvádí hodnoty redukčních činitelů pro konkrétní typy stožárů, tabulka 4.2 zobecněné doporučení pro volbu redukčního činitele vedení pro všechny typy stožárových konstrukcí. Tabulka 4.1, hodnoty redukčních činitelů uváděné literaturou napětí typ vedení redukční činitel (zemnicí lano s hliníkovými dráty) (kv) PNE EGU (ρ = 100 Ωm) EGU (ρ = 500 Ωm) 110 soudek 1 x ZL 0,60 0,59 0,69 0,55 0,69 soudek 2 x ZL - 0,44 0,48 0,40 0,44 dunaj 1x ZL 0, dunaj 0,67 0,51 0,56 0,46-0,51 portál 0,45 0,49 0,52 0,45 0, dunaj 0,42 0,50 0,56 0,46 0,51 portál 0,40 0,50 0,52 0,48 portál (1 ZL izolované) - 0,66 0,62 soudek - 0,46 0,57 0,43 0,53 delta - 0,42 0,51 0,39 0,47 napětí typ vedení redukční činitel (zemnicí lano Fe) (kv) PNE EGU (ρ = 100 Ωm) EGU (ρ = 500 Ωm) 400 portál 0,88 0,95 0,94 Tabulka 4.2, Doporučený postup volby, výpočtů redukčních činitelů Konfigurace vedení Redukční činitel Redukční činitel (rezistivita půdy neznáma) Zemnicí lana typu AlFe či KZL s hliníkovými dráty 110 kv jedno zemnicí lano -0,06 r = 0,1 + 0,66. ρ E- 0,6 110 kv dvě zemnicí lana -0,06 r = - 0,05 + 0,66. ρ E- 0, kv jedno zemnicí lano -0,06 r = 0,15 + 0,66. ρ E- 0, kv dvě zemnicí lana -0,06 r = 0,05 + 0,66. ρ E- 0, kv jedno zemnicí lano -0,06 r = 0,16 + 0,66. ρ E- 0, kv dvě zemnicí lana (mimo delta) -0,06 r = 0,05 + 0,66. ρ E- 0, kv typ delta -0,06 r = -0,05 + 0,66. ρ E- 0,45 Zemnicí lana typu Fe všechna vedení 0,95 0,95 20

21 Impedance uzemnění ZE Hodnotu impedance uzemnění Z E lze určit a) měřením (odstavec 3.5) - doporučeno b) zjednodušeným výpočtem podle ČSN EN odstavec H.4.4, tento způsob není příliš vhodný. Vyžaduje odhad zemního odporu a předpoklad, že tyto odpory jsou pro všechny podpěrné body stejné. c) pomocí tabulky 4.3.; tato tabulka vznikla podle změřených výsledků Tabulka 4.3, určení impedance uzemnění ZE Konfigurace ZL a KZL vedení 110, 220, 400 kv dvě zemnící lana nebo ZL + KZL s hliníkovými dráty připojené vodivě k PB jedno ZL nebo KZL s hliníkovými dráty připojené vodivě k PB, druhé buď není nebo je připojeno izolačně dvě zemnící lana Fe připojené vodivě k PB jedno zemnící lano Fe připojené vodivě k PB ρe (Ωm) Z E (Ω) < 50 0, ,55 0, ,65 0, ,75 0, ,8-1 > < 50 0, , , , > < 50 0, , , ,0 > ,5 < 50 1, , , , ,5 > Doporučené hodnoty Z E uvedené v tabulce 4.3 nelze využít: - pro podpěrné body v blízkosti rozvoden, zde se používají hodnoty mnohem nižší a je nutno je zjistit měřením - pro úseky vedení v blízkosti míst, kde se mění počet a typy zemnicích lan Tabulku 4.3 je třeba považovat jako přibližnou náhradu v případě nedostupnosti změřených dat. Jako příklad rozložení Z E jsou uvedeny výsledky modelování rozložení Z E podél vedení pro vedení 2x400 kv na stožárech Dunaj. 21

22 5. Doporučení pro snížení dotykových napětí podpěrných bodů Tato kapitola popisuje obecná opatření, která snižují riziko nebezpečných dotykových napětí. Neexistují (zatím) obecná pravidla, jaké opatření pro snížení dotykových napětí v daných konkrétních situacích realizovat, protože existuje mnoho vlivů, které je třeba brát v úvahu. Jsou to zejména: - geologické a geografické podmínky ovlivňující rezistivitu půdy a uzavírání poruchových proudů zemí - konstrukce vedení zejména vlastnosti a způsob zapojení zemnicích lan - četnost výskytu osob a tím i naléhavost na realizaci opatření - zastavěnost okolí podpěrného bodu a přístupnost potřebné stavební techniky - vlastnické vztahy v okolí podpěrného bodu Automatická aplikace jednoho typu opatření s pevně určenými parametry nemusí nutně být efektivním opatřením zajišťujícím bezpečnost osob. V této části normy je výčet běžných opatření a jsou uvedeny některé charakteristiky takových opatření. Příklady některých opatření jsou v Příloze J 5.1 Obecná opatření pro snížení dotykových napětí Snížení zkratového proudu Uzemnění nuly přes přidanou impedanci lze efektivně zajistit snížení poruchového proudu a tím i dotykové napětí. Takové opatření však vyžaduje důkladnou analýzu sítě, včetně koordinace funkce ochran. V sítích zvn a vvn se v České Republice nepoužívá. Význam toto opatření může nabývat pro případy vedení bez zemnicích lan Zkrácení vypínacího času Zkrácení doby vypnutí poruchy je velmi účinný způsob, jakým zamezit nebezpečné účinky dotykových napětí. Kratší vypínací doby umožňují vyšší povolená dotyková napětí. Velikost povolených dotykových napětí se zvyšuje úměrně s klesající dobou poruchy (U D t F -0.5 ). Pro výpočty dotykových napětí lze pro vedení zvn dobu vypnutí základní ochrany uvažovat 0,1 s pro vedení vvn pak 0,2 s Efektivní využití zemnicích lan Zemnicí lana snižují svým působením významně zkratový proud a tím i dotykové napětí na podpěrných bodech. Mělo by se dbát zejména na dokonale vodivé spojení zemnícího lana a stožárové konstrukce. Důležité je správné dimenzování zemnícího lana v blízkosti rozvodny, kdy při zkratu díky uzemnění rozvodny může zemnicí lano přenášet značný proud Snížení zemního odporu podpěrného bodu Snížení zemního odporu podpěrného bodu R t může snížit dotykové napětí relativně jednoduchým způsobem (zemnicí pásky). Efekt tohoto opatření je ale závislý na poměrech na uzemnění okolních podpěrných bodů. Nepřiměřené snížení zemního odporu může vést k nárůstu zkratového proudu uzemněním a paradoxně i ke zvýšení dotykového napětí. Snížení zemního odporu má efekt pouze tehdy, dojde-li ke snížení celkové impedance uzemnění Z E. Příklady možností snížení zemního odporu jsou v Příloze K Ekvipotenciální prahy zemnicí síť s řízeným potenciálem Tento způsob eliminace nebezpečných dotykových i krokových napětí je vysoce účinný, i když nákladný. Příklady návrhů provedení zemnicích sítí s řízeným potenciálem jsou v Příloze J. Teoretické ověření funkce a návrh těchto zemnicích sítí se provádí na matematicko-fyzikálních digitálních modelech pro řešení elektromagnetického pole Povrchová vrstva s vysokou rezistivitou Štěrková, asfaltová, či jiná povrchová vrstva s vysokou rezistivitou v okolí stožáru účinně chrání osoby proti nebezpečnému dotykovému napětí. Vyžaduje však pravidelnou údržbu a kontrolu, zda neztrácí svoji nevodivost, zejména v podmínkách za mokra Fyzická zábrana k dosažení konstrukce PB Oplocení zpravidla nevodivým plotem zamezí přístup ke stožárové konstrukci a vyloučí dotykové napětí. Plot vyžaduje pravidelnou kontrolu a údržbu, stejně tak jako souhlas majitele pozemku s jeho umístěním. 22

23 5.2 Doporučení pro konstrukce bez strojených zemničů v oblastech s nízkou rezistivitou půdy Dobře vodivá půda (ρ E < 50 Ωm) umožňuje strmý spád napětí na patě podpěrného bodu. V případě betonových základů s vyšší rezistivitou, pak dochází k vytvoření podmínek pro vysoká dotyková napětí, překračující povolené hodnoty. Pro tyto případy se doporučuje ověřit návrh základů stožáru modelovým výpočtem v místech, která jsou často navštěvována lidmi. 5.3 Uzemnění konstrukcí dočasných vedení Stožárové konstrukce dočasných vedení jsou se zemnicím lanem (obrázek 5.3c) nebo bez zemnicího lana (obrázek 5.1b a obrázek 5.3a). Sto žárové konstrukce dočasných vedení nelze považovat za místa odlehlá v případě, že jsou v těsné blízkosti staveniště (do 50 m) rekonstruovaných vedení nebo příjezdových komunikací na staveniště (do 10 m). Proto by pro každé uvažované dočasné vedení měl být vypracován návrh ochrany proti nebezpečným dotykovým napětím. Konstrukce dočasných vedení jsou velmi rozmanité a) b) c) Obrázek Různé typy stožárových konstrukcí dočasného vedení se ZL i bez ZL POZNAMKA: Příklad možného řešení ochrany konstrukcí dočasných vedení před nebezpečným dotykovým a krokovým napětím. Do provizorních kotvících bočních lan instalovat neprůrazný izolátor a zúžit tím prostor, v němž je nezbytné uvažovat s ochranou před nebezpečným dotykovým napětím. Samotnou ochranu pro snížení dotykových napětí podpěrných bodů aplikovat jen na dočasnou příhradovou stožárovou konstrukci dle obecných opatření z č

24 PŘÍLOHA A (informativní) Příklad protokolu z měření uzemnění A1, Měření rezistivity před výstavbou vedení (geologický průzkum) Identifikace dodavatele měření Data Vedení název V1107 Subjekt měření firma EGU-HV Laboratory Jméno osoby 1 provádějící měření Martin Švancar Jméno osoby 2 provádějící měření Ladislav Musil Identifikace přístrojů měření Typ přístroje FLUKE F-1625 Sériové číslo přístroje Úsek vedení měřený Od číslo PB 1 přístrojem 1 Do číslo PB 45 Položky měření pro každý podpěrný bod Data Číslo podpěrného bodu 38 Datum měření Čas měření 12:00 Teplota vzduchu ( C) 25 Množství srážek za posledních 7 dnů (mm) sucho Množství srážek za posledních 24 hodin (mm) mokro Typ půdy pole Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 1m (Ωm) ρ Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 3 m(ωm) ρ 2 86 Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 5 m (Ωm) ρ 3 91 Celková rezistivita (Ωm) ρ 103 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 1k / p.koeficient 280 / 1.86 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 2k / p.koeficient 160 / 1.86 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 3k / p.koeficient 91 / 1 Korigovaná celková rezistivita (Ωm) ρ k

25 A2, Měření rezistivity před výstavbou vedení (geologický průzkum) PROTOKOL MĚŘENÍ MĚRNÉHO ODPORU PŮDY Datum měření Měřená místa (č. stožáru) Počasí 5. března slunečno, vítr, teplota 4 až 6 C (odpoledne) slunečno, vítr, teplota 8 až 10 C (odpoledne) Měření provedl: RNDr. Petr Bouše Měřící přístroj: PU 431 čtyřřbodová metoda Wennerovo symetrické uspořádání konfigurační konstanta h = 2π.a ςm = h.r činitel ročního období 1,035 a 1,06 ς = k.ςm Číslo stožáru : Typ stožár u: a (m) R (Ω) ςm (Ωm) k ς (Ωm) Stav půdy: Poznámka: R 1,0 6,5 40,81 1,035 42,27 78 R 3,0 2,41 45,42 1,035 47,02 R 5,0 1,78 55,92 1,00 55,92 suchá zaseté pole Výpočet průměr N 1,0 15,3 96,07 1,035 99,44 79 N 3, ,22 1,035 80,96 N 10,0 1,11 69, ,74 suchá louka N Výpočet průměr 81,64 25

26 A3, Měření parametrů uzemnění již provozovaného vedení Identifikace dodavatele měření Data Vedení název V412 Subjekt měření firma EGU-HV Laboratory Jméno osoby 1 provádějící měření Martin Švancar Jméno osoby 2 provádějící měření Ladislav Musil Identifikace přístrojů měření Typ přístroje 1 C.A Sériové číslo přístroje PCV Úsek vedení měřený Od číslo PB 11 přístrojem 1 Do číslo PB 14 Typ přístroje 2 C.A Sériové číslo přístroje PCV Úsek vedení měřený Od číslo PB 11 přístrojem 2 Do číslo PB 14 Položky měření pro každý podpěrný bod Data Číslo podpěrného bodu 12 Typ stožárové konstrukce Dunaj Datum měření Čas měření 10:00 Teplota vzduchu ( C) 8 Množství srážek za posledních 7 dnů (mm) 12 (sucho) Množství srážek za posledních 24 hodin (mm) 12 (mokro) Typ půdy Kamenitá půda s travním porostem Metoda měření zemního odporu 4-pólová metoda Zemní odpor R t (Ω) 8.4 Zemní odpor R t2 (Ω), je-li třídřík - Impedance uzemnění systému Z ES (Ω), pro 41 Hz 0.59 Impedance uzemnění systému Z ES (Ω), pro 73 Hz 1.27 Impedance uzemnění systému Z ES (Ω), pro 50 Hz 0.78 Strojený zemnič ANO Odpor strojeného zemniče 1 (ve směru vedení) 32 Odpor strojeného zemniče 2 42 Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 1m (Ωm) ρ Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 3 m(ωm) ρ Dílčí rezistivita při vzdálenosti elektrod 5 m (Ωm) ρ Celková rezistivita (Ωm) ρ 213 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 1k / p.koeficient 533 / 1.37 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 2k / p.koeficient 303 / 1.37 Korigovaná dílčí rezistivita (Ωm) ρ 3k / p.koeficient 143 / 1 Korigovaná celková rezistivita (Ωm) ρ k

27 PŘÍLOHA B (informativní) - Doporučení pro měření zemního odporu B.1 Referenční zem napětí S a proudu H Sondy referenční země napětí (S) a proudu (H) se umisťují do vzdálenosti m od svislé osy stožáru. V případě, že nejsou omezující podmínky dané terénem, doporučená minimální vzdálenost je 80 m. Přívody k těmto sondám se vedou kolmo k ose vedení, v případě, že je vedení vypnuto, lze sondy umístit libovolně na kružnici s poloměrem m se středem v ose stožáru, (přívody mezi sebou svírají úhel 150º 210º). Pro zemní odpor těchto sond by mělo současně platit: R H < 1 kω a R S < 1 kω V půdách s větší rezistivitou (> 250 Ωm), je pro splnění této podmínky nutné zřídit více paralelních sond. B.2 Proudové sondy pro měření proudu It Proudové sondy pro měření proudu It musí obepínat zemnič VČETNĚ uzemňovacího pásku (obrázek B.1) a musí být natočeny kolem zemniče ve stejném směru otáčení. Proudové sondy musí obepnout všechny proudy, které odcházejí od měřicího zdroje, bod E do země (obrázek B.2). Postupné měření všech proudů je možné jenom s přístrojem, který vyznačuje polaritu měřeného proudu pro následný matematický dopočet. Obrázek B1 - Instalace senzoru proudu SPRÁVNĚ (vlevo) - ŠPATNĚ (vpravo) Obrázek B2 Proudové sondy obepínají všechny proudy procházející ze zdroje do země. Měření proudů musí respektovat jejich polaritu. 27

28 B.3 Minimální velikost proudu I t Pro přesné měření zemního odporu se doporučuje minimální velikost proudu I t = 10 ma. Pokud tomu tak není, provádějí se následující opatření: A) Zmenšení odporu R H a) připojením paralelních přídavných sond b) jiné umístění nebo zvětšení vzdálenosti (místo 80 m lze 100 m) c) zvlhčení půdy v místě zaražení sondy B) Zvýšení kmitočtu zdroje měřicího přístroje (eliminace proudů do zemnicích lan). 28

29 PŘÍLOHA C (informativní) - Měření stožárů s rozlehlou konstrukcí (např. kotevní portál) Není-li možné při měření proudovými sondami obepnout veškeré cesty, kterými proud prochází do země najednou, je nutno provádět měření tak, že se sondy budou přikládat postupně. Jsou zapotřebí dvě sondy, přičemž jedna je referenční (R 1) a druhou se postupně obepínají konstrukce vetknuté do betonu včetně zemnících pásků a měří se dílčí odpory jednotlivých vetknutí a kombinace těchto odporů s referenčním odporem R 1. Důvodem měření kombinace odporů je identifikace polarity proudu procházejícího měřenou konstrukcí. Výsledný zemní odpor se dopočítává. Postup je následující: A) Zvolí se jeden jediný referenční bod pro měření napětí a injektáž proudu (E,ES) B) Změří se dílčí odpory R 1 R 8. Je nutné, aby směr vinutí proudových sond byl stále stejný! C) Změří se kombinace odporů, dílčí odpor R 1 společně s dílčím odporem R n, tedy R 12, R 13, R D) Počítá se paralelní kombinace dílčích odporů R 1 R 2, R 1 R 3, R 1 R 4. A porovnává se s naměřenou kombinací R 12, R 13, R 14,. Pokud je shoda, dílčí odpor se dále počítá jako kladný, pokud shoda není, dílčí odpor se dále počítá jako záporný E) Vypočte se výsledný odpor paralelní kombinace dílčích odporů Obrázek C1 - Kotevní portál Pro názornost je výše uvedený postup předveden při měření stožáru portál (obrázek C1). Výsledky měření dílčích a kombinovaných odporů jsou v tabulce C1. Z tabulky C2 lze pak názorně vysledovat metodu výpočtu výsledného odporu. 29

30 Tabulka C1 - Výsledky měření dílčích a kombinovaných odporů uzemnění na portálu Dílčí odpory uzemnění [Ω] R 1[Ω] 3,44 Ω R 2[Ω] 4,73 Ω R 3[Ω] 20,20 Ω R 4[Ω] 23,27 Ω R 5[Ω] 43,7 Ω R 6[Ω] 19,45 Ω R 7[Ω] 21,74 Ω R 8[Ω] 64,1 Ω Kombinované odpory uzemnění [Ω] R 12[Ω] 10,18 Ω R 13[Ω] 2,912 Ω R 14[Ω] 2,999 Ω R 15[Ω] 3,148 Ω R 16[Ω] 2,888 Ω R 17[Ω] 2,917 Ω R 18[Ω] 3, 221 Ω Obrázek C2 - Vinutí proudových sond pro měření dílčích a kombinovaných odporů Tabulka C2 - Dopočet výsledného odporu a porovnání se srovnávacím měřením Číslování dílčích odporů Dílčí odpory (Ω) Kombinace R 1n - změřená Kombinace R 1 R n - vypočtená Soulad (ANO/NE) ANO NE ANO ANO ANO ANO ANO ANO Znaménko dílčích odporů Výsledný celkový odpor (Ω) - vypočtený

31 PŘÍLOHA D (informativní) měření zemního odporu stožárů typu třídřík Měření zemního odporu stožáru třídřík se měří odlišně pro případ, že krajní konstrukce jsou spojeny (viditelně kovovou konstrukcí nebo zemním páskem pod zemí). Propojení zemními lany na blízkém portálu se neuvažuje I. propojené krajní konstrukce (obrázek D1) krajní dříky se měří společně jako portál a prostřední dřík zvlášť Obrázek D1 Třídřík s propojenými krajními dříky II. nepropojené krajní konstrukce (obrázek D2) - měří se každá krajní konstrukce třídříku samostatně. Obrázek D2 Třídřík s nepropojenými dříky (pouze zemnicími lany přes sousední stožár) Je třeba ověřit nezávislost (neexistuje spojení dříků zemnicím pásem nebo jiným způsobem) jednotlivých dříků. Jednotlivé dříky jsou zpravidla nezávislé, ale nelze se na to spolehnout. Nezávislost lze ověřit měřením dříků proti vzdálené zemi (obrázek D3). Není-li shoda U S-ES (A) U S-ES (B) U S-ES (C), dříky jsou nezávislé. Obrázek D3 Ověření nezávislosti dříků měřením napětí jednotlivých dříků proti vzdálené zemi 31

32 PŘÍLOHA E (informativní) Korekce měření rezistivity na roční období Grafické vyjádření korekcí je uvedeno v PNE V tabulce E1 je číselné vyjádření grafu. Čísla v prvním řádku tabulky označují kalendářní období roku. Limit mezi suchým a deštivým obdobím nelze vždy přesně určit, je na zvážení podle. podmínek měření. V případě průměrného počasí lze uvažovat deštivé období, je-li srážkový úhrn za posledních 48 hod je 6 mm a více nebo srážkový úhrn za posledních 7 dnů je 16 mm a více. Hodnoty aktuálních srážkových úhrnů lze nalézt na webových stránkách ČHMÚ (Český hydrometeorologický ústav). Korekční činitel K je uveden v tabulce E1 Tabulka E1 - Korekce měření rezistivity na roční období Měsíc 0, ,5 7 7,5 8 8,5 suché o ,02 1,06 1,13 1,21 1,31 1,36 1,39 1,4 1,37 1,33 deštivé o. 1,28 1,28 1,29 1,37 1,49 1,66 1,86 1,94 1,99 2 1,99 1,93 Měsíc ,5 12 suché o. 1,28 1,18 1,1 1,04 1,01 deštivé o. 1,83 1,61 1,44 1,32 1,29 Obrázek E1 Závislost korekčního činitele na ročním období (Antonín Kočvara, Uzemňování elektrických zařízení) 32

33 PŘÍLOHA F (informativní) Tabulka F1 - Množství srážek Výběr z možností Množství srážek za 48 hod < 5 mm Množství srážek za 48 hod - 6 mm a více Množství srážek za 7 dní < 20 mm Množství srážek za 7 dní - 21 mm a více Poznámka Krátkodobé sucho Krátkodobé mokro Dlouhodobé sucho Dlouhodobé mokro Tabulka F2 - Přiřazení rezistivity půdy jednotlivým půdním typům podle ČSN EN (Příloha J) - doplněno Typ půdy (geologický) Rezistivita (Ωm) Bažina, močál, mokřad 5-40 Jíl, slín Ornice (pole), kaly a usazeniny, navážka, louky Hlinito, písčité (louky, náplavy, lesní) Písek Štěrkopísek Kamenitá půda s travním porostem Měkký vápenec Rozpukaný vápenec Pískovec Zvětralá skála Kamenitý terén, balvany, dolomity Žulová skála

34 PŘÍLOHA G (informativní), Stanovení náhradního poloměru uzemnění pro výpočty dotykových napětí - stožárové konstrukce typu soudek 110 kv, dunaj 110 kv Obrázek G1 - konfigurace pro výpočty Tabulka G1 - přehled variant pro geometrii typu Varianta A1 Varianta A2 Varianta A3 D (mm) h (mm) L (mm) t (mm) b1 (mm) b2 (mm) V následujících grafech jsou vypočteny hodnoty náhradního poloměru uzemnění v závislosti na rezistivitě půdy (vodorovná osa grafu) a na rezistivitě betonu (pro každou rezistivitu je samostatná křivka, uvažuje se 20 Ωm, 50 Ωm, 100 Ωm, 150 Ωm ) 34

35 náhradní poloměr uzemnění a (m) PNE Náhradní poloměr a pro variantu A1 náhradní poloměr uzemnění a (m) rob160 'rob20' rob50 rob rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G2 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A1 14 Náhradní poloměr a pro variantu A1 --detail rob160 'rob20' rob50 rob rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G3 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A1 35

36 náhradní poloměr uzemnění a (m) náhradní poloměr uzemnění a (m) PNE Náhradní poloměr a pro variantu A rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G4 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A2 14 Náhradní poloměr a pro variantu A2 --detail rob160 'rob20' rob50 rob rob160 'rob20' rob50 rob rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G5 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A2 - detail 36

37 náhradní poloměr uzemnění a (m) náhradní poloměr uzemnění a (m) PNE Náhradní poloměr a pro variantu A rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G6 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A3 14 Náhradní poloměr a pro variantu A3 - detail rob160 'rob20' rob50 rob rob160 'rob20' rob50 rob rezistivita půdy ρ E (Ωm) Obrázek G7 - náhradní poloměr uzemnění pro variantu A3 37

38 PŘÍLOHA H (informativní), Příklad výpočtu dotykového napětí 400 kv portál Obrázek H1 - posuzovaný PB 71 (21,955 km od rozvodny A, 53 km do rozvodny B) Vstupní data: Rt = 6 Ω ρe = 114 Ωm tf = 0,2 s. L = 2,5 m (hloubka základu) a) Výpočet UD podle PNE UD (tf) = UTp (tf)*(1 + Ra / ZB) pomocí tabulky G.7 v PNE v příloze G UTp (0.2s) = 528 V a ZB = 1200 Ω 38