VYSOKÉ UCNÍ TCHNCKÉ V BRN BRNO UNVRSTY OF TCHNOLOGY FAKULTA LKTROTCHNKY A KOMUNKACNÍCH TCHNOLOGÍ ÚSTAV LKTRONRGTKY FACULTY OF LCTRCAL NGNRNG AND COMMUNCATON DPARTMNT OF LCTRCAL POWR NGNRNG PROJKT UZMNNÍ TRANSFORMOVNY 0/ KV DPLOMOVÁ PRÁC MASTR'S THSS AUTOR PRÁC AUTHOR Bc. LUDVÍK PAVLÍK BRNO 008
LCNČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřeá mezi smluvími straami:. Pa/paí Jméo a příjmeí: Bc. Ludví Pavlí Bytem: Číměř 33 Naroze/a (datum a místo):.7.98, Třebíč (dále je autor ) a. Vysoé učeí techicé v Brě Faulta eletrotechiy a omuiačích techologií se sídlem Údolí 44/53, 60 00, Bro jejímž jméem jedá a záladě písemého pověřeí děaem faulty: doc. g. Petr Toma, Ph.D. (dále je abyvatel ) Čl. Specifiace šolího díla. Předmětem této smlouvy je vysoošolsá valifiačí práce (VŠKP): disertačí práce diplomová práce baalářsá práce jiá práce, jejíž druh je specifiová jao... (dále je VŠKP ebo dílo) Název VŠKP: Vedoucí/šolitel VŠKP: Ústav: Projet uzeměí trasformovy 0/ V g. Jaroslava Orságová, Ph.D. Ústav eletroeergetiy Datum obhajoby VŠKP: 0.6.008 VŠKP odevzdal autor abyvateli v: tištěé formě počet exemplářů eletroicé formě počet exemplářů
. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatou vlastí tvůrčí čiostí dílo shora popsaé a specifiovaé. Autor dále prohlašuje, že při zpracováváí díla se sám edostal do rozporu s autorsým záoem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původím. 3. Dílo je chráěo jao dílo dle autorsého záoa v platém zěí. 4. Autor potvrzuje, že listiá a eletroicá verze díla je ideticá. Čláe Uděleí licečího oprávěí. Autor touto smlouvou posytuje abyvateli oprávěí (liceci) výou práva uvedeé dílo evýdělečě užít, archivovat a zpřístupit e studijím, výuovým a výzumým účelům včetě pořizovaí výpisů, opisů a rozmožei.. Licece je posytováa celosvětově, pro celou dobu trváí autorsých a majetových práv dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejěím díla v databázi přístupé v meziárodí síti ihed po uzavřeí této smlouvy ro po uzavřeí této smlouvy 3 roy po uzavřeí této smlouvy 5 let po uzavřeí této smlouvy 0 let po uzavřeí této smlouvy (z důvodu utajeí v ěm obsažeých iformací) 4. Nevýdělečé zveřejňováí díla abyvatelem v souladu s ustaoveím 47b záoa č. / 998 Sb., v platém zěí, evyžaduje liceci a abyvatel je ěmu povie a oprávě ze záoa. Čláe 3 Závěrečá ustaoveí. Smlouva je sepsáa ve třech vyhotoveích s platostí origiálu, přičemž po jedom vyhotoveí obdrží autor a abyvatel, další vyhotoveí je vložeo do VŠKP.. Vztahy mezi smluvími straami vzilé a eupraveé touto smlouvou se řídí autorsým záoem, občasým záoíem, vysoošolsým záoem, záoem o archivictví, v platém zěí a popř. dalšími právími předpisy. 3. Licečí smlouva byla uzavřea a záladě svobodé a pravé vůle smluvích stra, s plým porozuměím jejímu textu i důsledům, ioliv v tísi a za ápadě evýhodých podmíe. 4. Licečí smlouva abývá platosti a účiosti dem jejího podpisu oběma smluvími straami. V Brě de:... Nabyvatel Autor
Bibliograficá citace práce: PAVLÍK, L. Projet uzeměí trasformovy 0/ V. Bro: Vysoé učeí techicé v Brě, Faulta eletrotechiy a omuiačích techologií, 008. 57 s. Vedoucí diplomové práce g. Jaroslava Orságová, Ph.D. Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracoval samostatě a použil jsem pouze podlady (literaturu, projety, atd.) uvedeé v přiložeém sezamu. Zároveň bych a tomto místě chtěl poděovat vedoucí diplomové práce g. Jaroslavě Orságové, Ph.D. za ceé rady a připomíy mé práci, posytutou literaturu a svým rodičům za podporu během celé doby mého studia.
VYSOKÉ UCNÍ TCHNCKÉ V BRN BRNO UNVRSTY OF TCHNOLOGY FAKULTA LKTROTCHNKY A KOMUNKACNÍCH TCHNOLOGÍ ÚSTAV LKTRONRGTKY FACULTY OF LCTRCAL NGNRNG AND COMMUNCATON DPARTMNT OF LCTRCAL POWR NGNRNG PROJKT UZMNNÍ TRANSFORMOVNY 0/ KV PROJCT OF ARTHNG SYSTM N 0/ KV TRANSFORMATON STATON DPLOMOVÁ PRÁC MASTR'S THSS AUTOR PRÁC AUTHOR VDOUCÍ PRÁC SUPRVSOR Bc. LUDVÍK PAVLÍK g. JAROSLAVA ORSÁGOVÁ, Ph.D. BRNO 008
Abstrat 7 ABSTRAKT Ve své diplomové práci se zabývám ávrhem uzeměí trasformovy 0/ V. Cílem této práce je avrhout zemící síť pro uzeměí zadaé veoví rozvody. Veoví rozvoda 0V je v uspořádáí podle H-schématu a obepíá velou plochu. Po celé ploše rozvody má být zemí poteciál rozlože co ejrovoměrěji. Nejvýhodější uzeměí z hledisa účiého uzeměí a rozvedeí poteciálu je zemí mřížová síť. Tímto způsobem uzemňovací soustavy je ávrh uzeměí v této práci řeše. Teto způsob spočívá v tom, že se položí síť plochých vodičů, aby byla poryta celá rozvoda a a průsečících pásů se zarazí zemící tyče. Na tuto síť se ejratší cestou připojí části zařízeí. Výsledem vytvořeých četých paralelích cest je uzeměí o malém odporu. Síť je provedea z obvylého ocelového poziovaého pásu 30x4 mm. Při ávrhu uzeměí a uspořádáí zemičů musíme přihlédout a požadavy a uzeměí dle orem ČSN. Celá avržeá uzemňovací soustava je dimezováa ta, aby všechy požadavy a uzeměí byly splěy. Požadavy a uzeměí jsou taé uvedey a popsáy v teoreticé části práce. Samotý ávrh uzeměí s vypočteými parametry je v části druhé. Uzeměí musí být provedeo ta, aby byly splěy požadavy bezpečosti i správé fuce eletricého zařízeí. Problematiu uzeměí v eletricých staicích řeší ormy ČSN 33 30 ( letricé istalace ad AC V ), orma ČSN 33 000-4-4 ( letricá zařízeí Ochraa před úrazem eletricým proudem ) a podiové ormy PN 33 0000-4 ( Přílady výpočtů uzemňovacích soustav v distribučí a přeosové soustavě dodavatele eletřiy ) a PN 33 0000- ( Ochraa před úrazem eletricým proudem v distribučí soustavě dodavatele eletřiy ) ČSN 33 000-5-54 ( letricá zařízeí Výběr a stavba eletricých zařízeí Uzeměí a ochraé vodiče ). Tyto ormy platí pro avrhováí a provedeí uzeměí ových, reostruovaých ebo rozšířeých eletricých staic. KLÍČOVÁ SLOVA: uzemňovací soustava; mřížová síť; trasformova; zemí poteciál; zemí odpor; rezistivita půdy; proudová zatížitelost; dotyové apětí
Abstract 8 ABSTRACT This Thesis is cocered with the cocept of groudig of 0/ V trasformer statio. The aim of the Thesis is to create a groud etwor for groudig a specified outdoor substatio. This 0 V outdoor substatio is formed accordig to H-scheme ad ecircles a wide area. addito to this, a earth potetial has to be distributed as equally as possible withi the whole area of the substatio. The most coveiet alterative from the poit of view of effective groudig ad distributio of potetial is a grid etwor. Therefore, the grid etwor is the meas of groudig which have chose as a solutio for this issue. this solutio, flat coductor etwor cables are used to cover the whole substatio, with groud rods placed at the poits of itersectio. Parts of appliace ca be the coected to this existig etwor, thus creatig several parallel chaels which provide groudig with low resistace. The etwor is made of commo steel zic-coated stip, size 30 x 4 mm. Whe proposig a cocept of groudig ad adjustmet of groud electrodes, we have to tae accout of groudig requiremets, stated accordig to ČSN stadards. The proposed earthig system was created i appropriate size i order to meet all these groudig requiremets. These requiremets are also metioed ad described i a theoretical part of the Thesis. Secod part of the Thesis cosists of proposed cocept of the groudig itself, together with calculated parameters. The groudig has to be carried out accordig to both safety regulatios ad electrical appliace requiremets. The issue of groudig substatios of power system is resolved by the ČSN stadards 33 30 ( letricé istalace ad AC V ), 33 000-4-4 ( letricá zařízeí Ochraa před úrazem eletricým proudem ) ad 33 000-5-54 ( letricá zařízeí Výběr a stavba eletricých zařízeí Uzeměí a ochraé vodiče ) ad by the PN compay stadards 33 0000-4 ( Přílady výpočtů uzemňovacích soustav v distribučí a přeosové soustavě dodavatele eletřiy ) ad 33 0000- ( Ochraa před úrazem eletricým proudem v distribučí soustavě dodavatele eletřiy ). These stadards apply to creatig a cocept of groudig ad groudig of ew, recostructed or expaded electrical substatios of power system. KY WORDS: earthig system; grid etwor; trasformer statio; earth potetial; earth resistace; soil resistivity; curret-carryig capacity; touch voltage
Obsah 9 OBSAH SZNAM OBRÁZKŮ...0 SZNAM TABULK... SZNAM SYMBOLŮ A ZKRATK... ÚVOD...3 TOR UZMNĚNÍ TRANSFORMOVNY...4. Trasformova...4. Veoví rozvody...5.. MŘÍŽOVÉ ZMNÍ SÍTĚ...6.3 Uzeměí v eletricých staicích...7.4 Zemí odpor...0.4. MĚŘNÍ RZSTVTY (MĚRNÉHO ODPORU) PŮDY...0.4. VÝPOČT ZMNÍHO ODPORU NJPOUŽÍVANĚJŠÍCH TYPŮ STROJNÝCH ZMNČŮ...3.4.3 MĚŘNÍ ZMNÍHO ODPORU...9.5 Napětí a uzemňovací soustavě...33.6 Dotyové apětí...33.6. KONTROLA NAPĚTÍ NA UZMNĚNÍ A DOTYKOVÝCH NAPĚTÍ...33.6. MĚŘNÍ DOTYKOVÝCH NAPĚTÍ...34.7 Proudová zatížitelost...35.7. TRVÁNÍ PORUCHOVÉHO PROUDU...38.8 Mechaicá a orózí odolost...39 3 NÁVRH A KONTROLA UZMNĚNÍ NA ZÁKLADĚ ZADANÝCH POŽADAVKŮ...4 3. Obecě...4 3. Návrh uzeměí veoví rozvody 0 V...47 3.3 Zemí odpor...49 3.4 Dimezováí zemičů a proudovou zatížitelost...50 3.5 Dimezováí s ohledem a dotyová a roová apětí...5 4 ZÁVĚR...54 POUŽTÁ LTRATURA...56 SZNAM PŘÍLOH...57
Sezam obrázů 0 SZNAM OBRÁZKŮ Obr. -: Poloulová eletroda z jejíhož povrchu odtéá do země proud [5]... 9 Obr. -: Rozmístěí eletrod při měřeí rezistivity půdy Weerovou metodou []... 0 Obr. -3: Závislost čiitele K a ročí období []... Obr. -4: Teoreticé řivy závislosti rezistivity půdy a rozestupu eletrod a pro růzé poměry []... Obr. -5: Soustava vodorových vodičů [5]... 5 Obr. -6: Soustava symetricy rozmístěých tyčových eletrod []... 7 Obr. -7: Koeficiet využití tyčových zemičů []... 9 Obr. -8: Rozmístěí eletrod []... 30 Obr. -9: Způsob připojeí přístroje měřeému uzeměí []... 3 Obr. -0: Uspořádáí měřícího obvodu při měřeí zemího odporu eletricé staice []... 3
Sezam tabule SZNAM TABULK Tab. -: Kofiguračí ostata []... Tab. -: Zemí odpor jedoduchých zemičů []... 3 Tab. -3: Hodoty f() pro určitý počet tyčí [5]... 8 Tab. -3: Dovoleá dotyová apětí pro omezeé trváí průtou proudu... 34 Tab. -4: Nejvyšší dovoleé hustoty proudu vztažeé a plochu zemiče uložeého v půdě [3]... 36 Tab. -5: Materiálové ostaty... 37 Tab. -6: Redučí čiitelé ejpoužívaějších la vv... 38 Tab. -7: Miimálí rozměry ocelových zemičů s ohledem a mechaicou a orózí odolost [3]... 40
Sezam symbolů a zrate SZNAM SYMBOLŮ A ZKRATK A mi miimálí průřez mm a vzdáleost mezi eletrodami m B převráceá hodota teplotího součiitele rezistivity vodiče při 0 o C d průměr zemící tyče m D evivaletí průměr plochy zemící mřížové sítě m FeZ ocelový poziovaý zemič h hlouba uložeí zemičů m zemí proud A počátečí rázový zratový proud A O C v oeficiet respetující materiál a teplotu zemiče L celová déla zemičů m l t déla zemící tyče m ízé apětí Q c objemová tepelá apacita materiálu vodiče J / O C mm 3 r redučí čiitel R odpor Ω R zemící odpor uzemňovací soustavy Ω S rozloha zemící sítě m S plocha povrchu zemiče m t vypíací čas vypíacího přístroje s U apětí a uzemňovací soustavě V U m aměřeé apětí V U Tp dovoleé dotyové apětí V v vysoé apětí vv velmi vysoé apětí w součiitel pravděpodobosti výsytu ejvětšího zratového proudu zv zvlášť vysoé apětí α 0 Teplotí součiitel rezistivity zemiče při 0 C / O C η η čiitel využití soustavy tyčových zemičů čiitel využití soustavy tyčí a spojovacího pásu rezistivita půdy Ω m 0 rezistivita materiálu vodiče při 0 O C Ω mm σ proudová hustota A / m ϑ ϑ p oečá teplota vodiče počátečí teplota vodiče O C O C
Úvod 3 ÚVOD Uzemňováí je sad ejstarší ochraou. A byl to česý ěz Proop Diviš, terý se začal rou 750 zabývat myšleou sestrojit zařízeí, teré by odímalo z bouřových mraů blesy. Rou 754 Proop Diviš sestrojil prví uzeměý blesosvod a světě. Des je zeměí jedím z ejdůležitějších záladích prvů provozí bezpečosti v eletricých zařízeích. S rozvojem spotřeby a výroby eletřiy v posledích letech, rostou i požadavy a úoly bezpečého provozováí a bezpečé dodávy eletřiy v těchto zařízeích. Uzeměí je ze všech způsobů ochra proti ebezpečému dotyu ejdůležitější. Praticy a aždém místě eletráresé soustavy, v aždém odvětví se vyžaduje uzeměí a je uto přihlížet specificým vlastostem zařízeí. Uzeměí musí být provedeo ta, aby byly splěy požadavy bezpečosti i správé fuce eletricého zařízeí. Problematia uzeměí eletricých zařízeí je v současé době řešea zejméa ormami ČSN 33 30 ( letricé istalace ad AC V ), ČSN 33 000-5-54 ( letricá zařízeí Výběr a stavba eletricých zařízeí Uzeměí a ochraé vodiče ), ČSN 33 000-4-4 ( letricá zařízeí Ochraa před úrazem eletricým proudem ) a podiovými 33 0000-4 ( Přílady výpočtů uzemňovacích soustav v distribučí a přeosové soustavě dodavatele eletřiy ) a PN 33 0000- ( Ochraa před úrazem eletricým proudem v distribučí soustavě dodavatele eletřiy ). Tyto ormy platí pro avrhováí a provedeí uzeměí ových, reostruovaých ebo rozšířeých eletricých staic. Cíle práce jsou postup při určeí záladích parametrů při dimezováí uzeměí, ávrh zemící sítě pro uzeměí zadaé veoví rozvody, otrola proudové zatížitelosti zemičů a vyhodoceí dotyového a roového apětí v rozvodě.
Teorie uzeměí trasformovy 4 TOR UZMNĚNÍ TRANSFORMOVNY. Trasformova Trasformova je eletricá staice, terá obsahuje výoové trasformátory propojující dvě ebo více sítí s rozdílými apětími. Usutečňuje se v í trasformace eletricé eergie a jié apětí a její rozvod. Dispozičí uspořádáí a ostručí řešeí trasformove je určeo řešeím jedotlivých částí staice a jejich vzájemým umístěím. Závisí tedy a řešeí jedotlivých rozvodých zařízeí (rozvode), v, vv, zv, a rozmístěí výoových trasformátoru, společého a pomocého zařízeí apod. Podle rozsahu a účelu rozlišujeme průmyslové trasformovy a trasformovy distribučí. Zvláštím typem je trasformova prefabriovaá a mobilí. K eletricé části trasformovy patří: - hlaví trasformátory a trasformátory vlastí spotřeby, - rozvodé zařízeí a reatory omezeí zratových proudu, - ompezačí zařízeí, tj. rotačí ompezátory, staticé odezátory a tlumivy, - společá zařízeí, tj. dozora a v í soustředěé zařízeí pro ovládáí (z místa ebo dálové), měřeí, regulaci, ávěstí, dispečersé dorozumívací zařízeí, ochray, hromadé dálové ovládáí, vf zařízeí. Dále sem patří zařízeí pro zajištěí a rozvod eergie pro vlastí spotřebu (části střídavé i stejosměré), osvětleí, vytápěí, větráí, chlazeí apod., uzeměí (pracoví i ochraé), zařízeí pro výrobu a rozvod tlaového vzduchu, spojovací vedeí holá a izolovaá, abely apod. Do pomocé části trasformovy patří: - růzá zařízeí sloužící zabezpečeí provozu a údržby - olejové hospodářství, revizí věž, laboratoř, díly, slady, admiistrativa apod. Ke stavebí části patří: - pozeme, budovy, veoví a vitrí stavebí ostruce, veoví a vitrí omuiace, oploceí apod. Při dimezováí eletricého zařízeí trasformovy se vychází z jmeovitých parametrů trasformovy a straě vyššího i ižšího apětí a ze zratových údajů trasformovy, přičemž se zohledňuje oordiace izolačí hladiy trasformovy. Záladem proječího řešeí trasformovy je schéma a stavebí ávrh trasformovy odvozeý z fučího a prostorového uspořádáí přístrojů trasformovy. Řešeí úlohy optimálího uspořádáí eletricého zařízeí trasformovy je obvyle pracé a vyžaduje obvyle vypracovat ěoli alterativ. Optimálí řešeí složitých trasformove se zajišťuje metodou modelového projetováí, dy se dá postupě vyzoušet více možostí umístěí eletricých zařízeí ta, aby se zjistila optimálí poloha všech strojů a přístrojů vzhledem co ejúsporějšímu využití obestaveého prostoru a jedoduchému uspořádáí spojovacích vedeí.[5]
Teorie uzeměí trasformovy 5. Veoví rozvody Mají být dobře uzeměy, zvláště jde-li o vv s veliým výoem a s přímo uzeměým uzlem. Hlavím požadavem je malý zemí odpor a dostatečá proudová zatížitelost. Velé rázové proudy za výboje blesu, teré obvyle trvají rátce, se musí rychle svést do země, aby evzily velé rozdíly poteciálu a vedeí ebo zařízeí a ezpůsobily přesoy ebo eporušily izolaci. Taé velé zemí zratové proudy ízého mitočtu musí uzeměí zvládout; přitom se esmí pošodit eletricá zařízeí a ohrozit lidé. Je taé důležité, aby ochray rychle působily. Za poruchy má být co ejrovoměrěji rozlože zemí poteciál po vešeré pracoví ploše rozvody, aby evzilo ebezpečí pro přítomé osoby. Vyviuly se tři záladí způsoby uzemňovací soustavy rozvode: a) paprsová, b) přípojicová, c) mřížová.. Paprsová uzemňovací soustava je vhodá tam, de eletrára s rozvodou je a místech s rozdílou vodivostí půdy, jsou-li a území eletráry ostrůvy s dobrou vodivostí a eletrára je v údolí a salaté půdě. Vytvořeím zemí soustavy a místech s lepší vodivostí a vzájemým spojeím silými zemími abely s ostatími čláy zemí soustavy lze vytvořit spolehlivé uzeměí.. Přípojicová ebo obvodová soustava mívá výhody proti soustavě paprsové. Na obvodovou zemí přípojici, obepíající poud možo všechy části eletricých zařízeí, se připojují ovové eživé části přístrojů, buď paprsovitě, ebo se vytvářejí pomocé zemí oruhy uvitř hlavího zemího obvodu, teré se spojí s hlaví přípojicí. Spoje mezi ocelovou ostrucí a přípojicí bývají poměrě ráté; četými paralelími cestami a spojami se zmeší odpor celé zemí soustavy; je epatrá možost, že uzeměí selže; je malá pravděpodobost, že se vyřadí všechy spoje. 3. Zahuštěím příčými a podélými pásy docházíme mřížové uzemňovací soustavě. Položí se síť plochých vodičů, aby poryla celou rozvodu; a průsečících těchto pásů se zarazí do země tyče. Na síť se připojí ejratší cestou části zařízeí; výsledem četých paralelích cest je uzeměí malého odporu. Na vyrováí poteciálů se vládají ulaté tyče do meší hlouby (asi 0cm) mezi ploché vodiče. Zemí mřížová síť je pravděpodobě ejvýhodější z hledisa účiého uzeměí a rozvedeí poteciálu. Ovšem i radiálí a přípojicová soustava mají své oprávěí a užívá se jich pro části zařízeí; bývají méě áladé ež mřížová zemí soustava. Uzeměí velých moderích rozvode, obepíající velé území, má-li být účié, zaplňuje velou plochu. Je složeo z velého počtu eletrod avzájem pospojovaých. Tím je ávrh složitější ež ávrh uzeměí z jedé eletrody ebo ěolia málo eletrod avzájem spojeých. []
Teorie uzeměí trasformovy 6.. Mřížové zemí sítě Jediá samostatá zemí eletroda epostačí zajistit malý odpor, proudové zatížeí a bezpečost. Zvýšeím počtu zemích eletrod se zmešují proudy jedotlivých eletrod, zmešuje se odpor a sižuje se místí apětí a povrchu půdy. Provádí-li se uzeměí ovových částí a ostrucí rozsáhlých rozvode ebo i pracovích strojů v továrách, je uté jejich vzájemé spojeí. Logicou výsledicí je zemí mřížová síť, terá může sama o sobě být ta účiá, že hloubových eletrod ebývá již zapotřebí. Zemí mřížovou síť vytvářejí zaopaé ocelové pásy, teré propojují ovové části el. zařízeí. Doplňují se jeda dalšími vodiči, vodorově uložeými, jeda tyčemi ebo trubami, zaražeými především a oraji do hlouby, aby se dosáhlo vodivých vrstev půdy. Tím dostáváme dooalou zemí soustavu. Připojeím ovové ostruce budov ebo jejich ovových částí v betou a poud možo i zaopaých potrubí se vyrovává poteciál půdy a vitřích podlah s poteciálem ovových částí. Je vhodé udělat při vyopávce záladů pro rozvody, trasformovy a pro továrí objety zemí síť a dě vyopávy záladů budovy a spojit s í ocelové betoové armatury, mezi sebou posvařovaé, a ovové součásti budov. Taé do obvodu záladových zdí cihlových staveb a do spodu všech podlaží rozvode a trasformove se vládají uzemňovací pásy připojeé a společou soustavu; a pásy se uzemňují ovové části el. zařízeí. Uzeměí eletricých zařízeí ěolia budov se spojuje taé účelě v jedotou síť. Tohoto uzeměí se používá v eletrárách a rozvodách v a vv i rozsáhlých závodech ejčastěji. Propojeím všech částí rozvodé soustavy a vytvořeím této jedoté zemí sítě se dospívá vyrovaému rozložeí poteciálu v půdě a ejvětší bezpečosti při zemích zratech. Rozložeí apětí v půdě zemí mřížové sítě závisí a vzdáleosti vodičů zemí sítě, jejich počtu a a jejich hloubce. Maximálí apětí olmo vodiči závisí a celovém proudu a odporu. Poud jde o vliv uzeměí a bezpečost osob, lze rozlišovat vitří oblast od vější oblasti rozvode. Uvitř území rozvody jsou ebezpečá především dotyová apětí, vě roová apětí. Ve veliých rozvodách se většiou dosahuje dostatečě malých odporů vzhledem dotyovým a roovým apětím. Nepřízivé teréí poměry se zvládají účelým rozvedeím místích poteciálů, uložeím obvodových uzeměí a poteciálími prahy, uložeými stupňovitě v půdě, izolačími pásy s asypaým štěrem, ohraičeím ploty a jiým opatřeím. V celé chráěé oblasti jsou pa malé rozdíly apětí, i dyž apětí proti vzdáleé zemi může být velié. Rozdíly jsou tím meší, čím je celový odpor uzeměí meší, čím je síť rozsáhlejší a hustší. Nízý odpor uzeměí ebývá sám o sobě záruou bezpečosti; to je tehdy, způsobuje-li ejvětší zratový proud v zemící soustavě malá dotyová a roová apětí. Zhuštěím pásů uzeměí se přibližujeme podmíám plé desy a ebezpečá apětí uvitř zemí mříže rozvode se sižují. Problém sížit rozdíly apětí a obvodu bývá vša začě esadý, především u malých rozvode. Zaopaými obvodovými zemiči vě obvodu plotu bývá ědy možé zajistit, aby strmější rozdíly apětí se vyrovávaly a ebylo ebezpečí dotyových apětí. Pozvolého sížeí gradietů a
Teorie uzeměí trasformovy 7 roového apětí a obvodě se dosáhe tím, že se zaopávají paralelí zemí pásy postupě do větší a větší hlouby s rostoucí vzdáleostí od rozvody. Špatě vodivá vrstva a povrchu půdy (štěr, čedič, oblázy) zvyšuje odpor zařazeý do obvodu tělového proudu při poruše a dotyu. Bodierovy zoušy v rozvodách ve Fracii uázaly, že říčí oblázy, i vlhé, použité a povrchu veovích rozvode, měly měrý odpor 5000 Ω m. Vrstva 0 5 cm sižuje ebezpečí v poměru 00: proti přirozeě vlhé půdě. Lager provedl zoušy za dotyu hydratu osobou stojící jeda a vrstvě morého druhého štěru o měrém odporu 6000 Ω m, jeda stojící a suchém rostlém dru. Tělový proud a suchém rostlém dru byl 0x větší ež a vlhém, hrubém štěru. V úvahách o použití ochraé vrstvy štěru ebo oblázů mějme a paměti, že tato izolačí vrstva se může porušit a zhoršit stlačeím spodích vrstev štěru do spodí půdy. Mezery se zaplňují hlíou, materiálem z předchozích výopů a ědy i zavátým prachem a travím porostem. Odvodem části poruchového proudu jiými cestami apř. zemícími lay veovích vedeí spojeými s ostrucí rozvody se sižuje zemí proud sítě. Přitom je ovšem uté uvážit vliv rozdílů apětí v oolí záladů sloupů. Zratový proud protéající zemí sítí se omezuje tím, že se euzemňují uzly ěterých trasformátorů. Tím dosahujeme sížeí apětí zemí sítě. Zvětší-li se přitom doba vyputí poruchy, může se ebezpečí spíše zvětšit ež zmešit. Nelze-li dospět sížeí apětí, zamezí se přístup a místa, de jsou možé velié apěťové rozdíly. Hlubším uložeím vodičů se poteciál a povrchu země zmešuje, zvláště v místech ad vodičem, což přivodí zvětšeí apětí mezi sítí a oolí půdou v tom místě (dotyové apětí). Jsou-li vodiče uložey blízo povrchu země, dostáváme začě velé apětí mezi jedotlivými body povrchu (roová apětí). Nejracioálější hlouba je 0,5 m, přihlédeme-li promrzáí půdy, je lépe síť uložit hlouběji, 60 80 cm. Větší hlouba eměí příliš poteciálí poměry a území rozvody. Zahuštěím sítí se rozdíly poteciálu a území rozvody podstatě vyrovají. [].3 Uzeměí v eletricých staicích Podle defiice z [6] je uzeměí provedeí utých spojeí, aby určeé místo přístroje, zařízeí ebo sítě bylo udržováo poud možo a poteciálu země. Účelem uzeměí je: udržovat a poteciálu země ějaou část eletricého obvodu, umožňovat fuci eletricých strojů, přístrojů a zařízeí ebo jí apomáhat, chráit eletricé stroje a zařízeí před účiy přepětí a velých proudů, svést atmosféricé proudy a omezit přepětí, chráit lidi a zvířata před úrazem eletricým proudem při dotyu eživých částí, teré mohou být v případě poruchy pod apětím, odpojeím ebo sížeím dotyového a roového apětí a bezpečou míru. []
Teorie uzeměí trasformovy 8 Záměrem uzeměí je: docílit, aby uzeměím uzlu trojfázové sítě, strojů a trasformátorů, ebo středího vodiče rozvodu ebo oleje eletricých drah a tramvají, měly fáze ebo vodiče stálé apětí proti zemi, docílit, aby uzeměím vedeí, a ěmž se pracuje, se předešlo úrazu při áhodém zaputí ebo iduovaým apětím od jiého vedeí, docílit uzeměím správou čiost průraze a blesojiste, odvádět uzeměím áboje staticé eletřiy. [] Uzeměí může sloužit současě jao ochraé i jao pracoví uzeměí ebo se může ochraé a pracoví uzeměí provádět samostatě podle toho, ja to eletricé zařízeí vyžaduje. [3] Pracoví uzeměí trvalé ebo přechodé spojeí se zemí části eletricého zařízeí, teré patří proudovému obvodu, jímž se má zabráit šodlivému vzrůstu apětí ebo přepětí; je to apř. uzeměí uzlu trasformátoru, uzeměí ulového vodice v síti, uzeměí a ochrau před přepětím apod. Ochraé uzeměí spojeí se zemí těch částí, teré jsou zpravidla bez apětí, ale jsou v blízosti částí s apětím, jímž se má zabráit, aby a ich evzilo apětí ebezpečé životu. [] Požadavy a uzeměí: Při ávrhu uzeměí a uspořádáí zemičů přihlížíme a: požadovaý zemí odpor, přípusté apětí a uzemňovací soustavě, přípusté dotyové a roové apětí, proudovou zatížitelost, mechaicou a orozí odolost. Záladem pro výpočet jedotlivých parametrů zemiče je teorie vstupu eletricého proudu do země a jeho šířeí zemí. Důležitou hodotou pro výpočet je rezistivita pudy, terá se obvyle považuje za ostatí veličiu, odpovídající homogeímu půdímu prostředí. V ěterých případech lze heterogeí půdí prostředí ahradit více horizotálími vrstvami o růzých hodotách rezistivity. Nejjedodušším příladem výpočtu je proudové pole poloulové eletrody a povrchu země (obr. -). Odtéá-li z povrchu polooule do země proud, je v zemi ve vzdáleosti x od středu polooule proudová hustota σ σ (.) π x
Teorie uzeměí trasformovy 9 a při rezistivitě půdy je ve vzdáleosti x od středu eletrody itezita eletricého pole x π σ (.) apětí U mezi povrchem a a místem o vzdáleosti x x r x dx dx U x r x r π π (.3) a celové apětí a taovém zemiči U0 (celový poteciál eletrody) r r x dx dx U r r π π π 0 0 (.4) Obr. -: Poloulová eletroda z jejíhož povrchu odtéá do země proud [5] Zemí odpor R poloulové eletrody je r U R π 0 (.5) Rozdíl poteciálu, terý člově přelee při rou je roové apětí U jeho hodota závisí a vzdáleosti x od středu eletrody a délce rou s (obvyle se předpoládá m). s x s x dx U s x s x π (.6)
Teorie uzeměí trasformovy 0 Maximálí roové apětí Umax je ve vzdáleosti x r s/ od středu zemiče [5] π r U max s r (.7).4 Zemí odpor Zemí odpor R závisí a rezistivitě půdy a a rozměrech a uspořádáí zemiče. Je více závislý a délce ež a průřezu zemiče. U velmi dlouhých vodorových zemičů (apř. abelů působících jao zemiče) odpor proti zemi lesá s délou, ale dosahuje oečé hodoty. Záladové zemiče mají vyšší zemící efet ež zemiče uložeé v oolí půdě. Čím je vyšší rezistivita půdy, tím je teto efet lepší. Zemí odpor zemiče ve tvaru mříže je dle ové ormy [7] uvede v tabulce -..4. Měřeí rezistivity (měrého odporu) půdy Záladím podladem pro výpočet zemího odporu je rezistivita (měrý odpor) půdy. Rezistivitu je třeba měřit v hloubce, v íž se uládají zemiče. Pro staoveí odporu rozsáhlých zemičů, jao jsou uzemňovací sítě veovích rozvode, vša eí tato hodota zcela směrodatá, liší-li se vodivosti spodích vrstev od horích. Z taového zemiče proud odtéá široce do země jao z mohutého tělesa a a odpor má proto vliv vodivost i hluboo položeých vrstev. Zde je třeba určit středí rezistivitu půdy do hlouby srovatelé s celovými rozměry zemiče a tedy zpravidla do hlouby ěolia desíte metrů. [].4.. Geologicá měřeí Měřeí rezistivity půdy pomocí čtyř eletrod ozačujeme jao geoeletricé měřeí. Užívá se metoda Schlumbergerova a Weerova. Obě jsou velmi podobé a liší se je vzájemou ofigurací eletrod a z toho plyoucího odlišého vyhodoceí. Dále je uvedea je Weerova metoda, protože je používaější a je uvedea i v [7]. Pricip uspořádáí eletrod a zapojeí přístroje je uvedeo a obr. -. Obr. -: Rozmístěí eletrod při měřeí rezistivity půdy Weerovou metodou []
Teorie uzeměí trasformovy Jao eletrody se zpravidla užívají tyče o průměru 5 až 0 mm, zaražeé v jedé přímce do hlouby 0 cm, v rozestupu a. Proudové eletrody (vější) se připojí a svory C a C a poteciálové (vitří) a svory P a P. Rozestup eletrod a se postupě zvětšuje podle požadovaé hlouby měřeí a měřeí se provede a ěolia místech. Rezistivita v Ω m se vypočítá ze vztahu de a je vzdáleost mezi eletrodami [m] R aměřeý odpor [Ω] π a R (.8) Teto vztah platí za předpoladu, že hlouba h je mohem meší ež rozestup eletrod a. Je-li uté eletrody zarazit do větší hlouby, aby byl dosaže požadovaý zemí odpor eletrod (zpravidla v půdách s velou rezistivitou), je třeba vyásobit výsledou hodoty ofiguračí ostatou podle ásledující tabuly: Tab. -: Kofiguračí ostata [] a/h /4 / 4 6 8 0 0 >0,9,7,3,,05,03,0,0 Obr. -3: Závislost čiitele K a ročí období []
Teorie uzeměí trasformovy Tato staoveou rezistivitu považujeme za středí rezistivitu půdy do hlouby rové přibližě rozestupu eletrod a. Naměřeé hodota platí zcela je za předpoladu homogeí půdy. V půdách ehomogeích jsou ezbyté údaje o vodivosti a tloušťce jedotlivých vrstev, ze terých lze výpočtem zjistit evivaletí rezistivitu půdy. Pro avrhováí jedoduchých zemičů postačuje určit rezistivitu půdy ta, že se změří zemí odpor tyče ebo truby o průměru 0 mm zaražeé do hlouby 0,8 m. Teto aměřeý zemí odpor se rová číselě přímo rezistivitě půdy. Vliv olísáí rezistivity v závislosti a roím období se elimiuje ta, že se aměřeé hodoty vyásobí oeficietem K podle obr.-3. [].4.. Vyhodoceí rezistivity vícevrstvé půdy Je-li třeba zát údaje o vodivosti jedotlivých půdích vrstev a jejich mohutosti, je třeba zpracovat podrobé vyhodoceí. To lze pomocí řive sestaveých teoreticy pro růzé poměry ( / ) t a růzé tloušťy horí vrstvy půdy. Tyto řivy v závislosti a rozestupu eletrod pro dvouvrstvou půdu jsou uvedey a obr.-4. Obr. -4: Teoreticé řivy závislosti rezistivity půdy a rozestupu eletrod a pro růzé poměry [] Obdobé řivy, uváděé v odboré literatuře, jsou vypracováy pro Schlumbergerovo i Weerovo uspořádáí eletrod. Něteré jsou sestavey v závislosti a rozestupu eletrod a, obdobě jao řivy uvedeé a obr.-4, ěteré v závislosti a polovičí vzdáleosti rajích, tj. proudových eletrod (,5 a). Protože všechy řivy jsou a prví pohled velmi podobé, je třeba při jejich používáí tyto odlišosti brát v úvahu. Podobě jsou vypracováy řivy i pro třívrstvé vodivostí složeí půdy. Práce s imi je vša již áročější. []
Teorie uzeměí trasformovy 3.4..3 Postup při vyhodocováí Hodoty rezistivity půdy, přepočítaé z aměřeých hodot, se vyesou do grafu a průsvitu s logaritmicými stupicemi ve stejém měřítu, v jaém jsou zaresley teoreticé srovávací řivy. Průsvita se zaresleou řivou se posouvá po grafu teoreticých řive a porovává se s imi, až se aměřeá řiva poud možo v celém průběhu ryje s ěterou s teoreticých řive. Souřadicové osy obou grafů přitom musí zůstat rovoběžé. Poud se přerytí edosáhe, je možé provést iterpolaci mezi dvěma řivami. Ze vzájemé polohy obou grafů odečítáme hodoty rezistivity horí vrstvy půdy a jeho tloušťu h, a to ta, že vzdáleost os pořadic (y) se číselě rová rezistivitě a vzdáleost os úseče (x) tloušťce horí vrstvy h. Vodivost spodí vrstvy zemiy vypočítáme ze vztahu t (.9) Závěrem je třeba upozorit a to, že uvedeý způsob vyhodocováí vyžaduje určité zušeosti a pečlivé zpracováí, jia by výslede mohl být zatíže začou chybou. [].4. Výpočet zemího odporu ejpoužívaějších typů strojeých zemičů Zemič, terý se s půdou stýá svojí plochou, vyžaduje vlivem vodivosti půdy, terá je řádově ižší ež je vodivost zemiče, relativě velé rozměry, aby se dosáhlo požadovaého zemího odporu. Výpočty ejpoužívaějších typů strojeých zemičů jsou uvedey v ásledujícím přehledu v tab.-. [] Tab. -: Zemí odpor jedoduchých zemičů [] Typ zemiče Pásový ebo drátový vodič Uložeí Zemí odpor [Ω] (přesější vzorec) l l R l l πl d h Podmíy použití l >> d h << l / 4 Zemí odpor [Ω] (přibližý vzorec) R l Podmíy použití l >> d h << l / 4 l 0 50m Pásový ebo drátový vodič v ruhu R 8D l d π D πd l h D >> d h << D / 4 R, l D >> d h << / d D / h >> 0
Teorie uzeměí trasformovy 4 Tyč 4l R l l >> d / πl d R 0,9 l l >> d / l 3m Pásový ebo drátový vodič paprso vý l R l 4πl d l >> d R 0,7 l l >> d l << 30m Mřížová síť Celová déla vodičů l R D S Pozáma mřížové síti: Pro sít eruhového tvaru o ploše S D 4 π Proud se při výstupu ze zemiče rozptyluje široce do země, taže jeho hustota ubývá se vzdáleostí od tohoto zemiče. Ja se šíří proud v blízosti zemiče, závisí především a tvaru povrchu, uložeí zemiče a vlastostech půdy. Rozdílost vodivosti půdy i v hloubce, zvláště u zemičů větších rozměrů, převažuje mohdy vliv vodivosti půdy v blízosti zemiče. Poěvadž se jedá o problémy eletricých polí, lze provést přesý výpočet zemího odporu je pro půlulovou eletrodu a povrchu země, ebo ulovou eletrodu uložeou v dostatečé hloubce a za předpoladu homogeí půdy. Výpočty složitějších zemičů růzých typů, zejméa v estejorodém prostředí, dávají je iformativí výsledy. Jediě dobře provedeá měřeí zemích odporů dávají u taových zemičů správé výsledy. [].4.. Soustavy zemičů Vodorové zemiče V praxi se často setáváme se soustavou zemičů, zejméa při uzemňováí veovích rozvode ebo větších rozvodých objetu. Zemící soustava muže být provedea apřílad jao ěoli vodorových, rovoběžě uložeých zemících vodičů, teré jsou a obou ocích propojey. Předpoládáme-li rozmístěí zemích tyčí ruhového průřezu ro a dély l při vzdáleosti sousedích tyčí a ta, ja je uvedeo a obr. -5, lze vyšetřit poteciál této soustavy, do teré je přivede proud. Te se rozdělí a dílčí proudy jedotlivých tyčí,,,. Rozděleí proudu řešíme za předpoladu, že celový proud přivádíme do středu soustavy a protože rozměry tyčí i jejich vzájemé vzdáleosti jsou stejé a rověž vodivost půdy předpoládáme ostatí, budou dílčí proudy rozděley symetricy e středu soustavy.
Teorie uzeměí trasformovy 5 Obr. -5: Soustava vodorových vodičů [5] Nejprve vyšetříme poteciály jedotlivých zemících tyčí. Poteciál aždého zemiče se bude sládat z vlastího poteciálu, vytvořeého vlastím proudem a v poteciálu vyvolaého a ěm proudem odtéajícím ostatími zemiči. V V V V K L K K K 3 3 3 (.0) Poteciálové oeficiety jsou určey jao zemí odpor drátového zemiče uložeého a povrchu a jsou stejě jao dílčí proudy symetricé. ( ) 4 4 3 3 3 3 33 l l l l m m m a l l a l l a l l r l l π π π π K K K (.) Soustavu lze tedy zjedodušit dosazeím proudů podle uvedeých rovic: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ),, 3, 3 3, 3 3 3,,,, V V V V K L K K K (.)
Teorie uzeměí trasformovy 6 A díy symetrii oeficietů je patré, že -tý řáde je stejý jao prví, - je stejý jao druhý atd. Soustava rovic se reduuje a / pro sudý počet rovic a a ()/ pro lichý počet rovic. Řešeím této soustavy rovic staovíme poměr proudů v jedotlivých tyčích a tohoto poměru pa jedotlivé dílčí proudy jao podíl celového proudu přivedeého do zemiče. Z poměru rozdílu poteciálů a přiváděého proudu lze taé určit přechodový zemí odpor uvažovaé soustavy. Jde-li o rozsáhlou mřížovou zemí síť je již velmi obtížé staovit vztah pro výpočet zemího odporu exatě. Zemí odpor mřížové sítě se proto určuje vztahem zjedodušeým: R (.3) D l Ve terém je prvím čleem urče zemí odpor plé desy o ploše ruhu s průměrem D a druhý vyjadřuje odchylu odporu vlivem růzé hustoty sítě, de l je celová déla všech vodičů sítě. Pro eoečě hustou síť se /l blíží ule a odpor přechází v odpor plé desy. [5] Teto vzorec uvádí zatím stále platá orma [6]. Ovšem v ové ormě [7] je vztah zemího odporu mřížové sítě ještě jedodušší a to bez druhého čleu v rov. (.3). Teto vzat je uvede i v tabulce -. Svislé tyčové zemiče Často bývá zemící soustava rozvode či eletricých staic tvořea ebo doplěa soustavou svislých tyčových eletrod zaražeých do země. Odpor jedoho tyčového zemiče dély l a průměru d z tab. - 4 l R l (.4) π l d Budou-li zemiče uspořádáy ta, že vzdáleosti mezi imi budou začé, pa se teoreticy ebudou vzájemě ovlivňovat a celový odpor soustavy tyčových zemičů bude: R0 R (.5) Praticy se svislé tyčové zemiče uládají v meších vzdáleostech, taže se svými poli ovlivňují a tím se zmešuje účiý průřez země, terým se proud rozptyluje. V důsledu toho se odpor celé soustavy zvětšuje. Sutečý zemí odpor soustavy bude: R R 0 R η η (.6) de η je oeficiet využití soustavy
Teorie uzeměí trasformovy 7 R R R R 0 η (.7) Výsledý poteciál aždé té svislé eletrody je dá poteciálem vlastím a poteciálem způsobeým ostatími - eletrodami. 0 m m m a R V π (.8) Vzdáleost a m mezi eletrodami bude v uspořádáí eletrod do pravidelého - úhelía podle obr. -6: ( ) m r a m π si (.9) Výsledý poteciál -té eletrody určíme jao: 0 0 si m m m m m r R a R V π π π (.0) Protože jsou všechy tyče propojey budou jejich poteciály stejé 0 U V V V V K K Obr. -6: Soustava symetricy rozmístěých tyčových eletrod []
Teorie uzeměí trasformovy 8 Výsledý odpor soustavy tyčových eletrod je: U R 0 R 0 π r m π si m (.) de R R f π r ( ) m R π si m f ( ) Čiitel využití soustavy pa můžeme podle (.7) vyjádřit jao R η R π r R f ( ) (.) (.3) Hodoty výrazu pro f() pro růzý počet tyčí, tedy pro růzý počet stra -úhelía jsou uvedey v tab.-3. Tab. -3: Hodoty f() pro určitý počet tyčí [5] N 3 4 5 6 8 0 5 0 50 00 f() 0,5 0,77 0,96,,,4,55,8,98,57 3,0 V praxi se pro výpočet zemího odporu soustavy tyčových zemičů spojeých paralelě pásovým zemičem používá jedodušší vztah a čiitel využití soustavy trube je staove z grafu (obr.-7) a zálade jejich počtu, dély l a jejich vzájemé vzdáleosti a. R z R R η η (.4) 0 de R 0, 9 zemí odpor jedoho tyčového zemiče (z tab. -) [Ω] l R 0 zemí odpor spojovacího pásového zemiče (z tab. -) [Ω] l l l 0 η η 0 je déla tyče [m] je déla spojovacího pásu [m] je měrý odpor země [Ω m] je čiitel využití soustavy tyčových zemičů je čiitel využití soustavy tyčí a spojovacího pásu. Poud eí staoveo jia, používá se hodota η 0,9 [5]
Teorie uzeměí trasformovy 9 Obr. -7: Koeficiet využití tyčových zemičů [].4.3 Měřeí zemího odporu.4.3. Můstová metoda Tato metoda je vhodá pro měřeí zemího odporu zemičů s meší rozlohou se zemím odporem větším ež asi 0,5 Ω. Pro měřeí se používá celá řada přístrojů růzých ostrucí a vality. Všechy přístroje měří malým proudem při určitém mitočtu, odlišém od 50 Hz. Zdrojem proudu je vestaveý idutor, de je mitočet závislý a rychlosti otáčeí, ebo baterie s eletroicým měičem.
Teorie uzeměí trasformovy 30 Vliv růzých čiitelů a přesost měřeí Přesost měřeí ovlivňuje zejméa: a) vzdáleost eletrod od měřeého uzeměí, b) rozmístěí eletrod, c) vlastí a vzájemá idučost přívodů měřícím eletrodám a apacita souběhu přívodů, d) vliv cizích zemičů a rušivých polí. Vzdáleost eletrod od měřeého uzeměí Pro jedoduché zemiče (do dély 40 m) požaduje orma pro proudovou (vzdáleější) eletrodu vzdáleost 40 m olmo a delší rozměr zemiče. Pro složitý zemič ebo mřížovou síť se požaduje vzdáleost proudové eletrody ejméě trojásobe ejvětšího rozměru ebo úhlopříčy zemiče. Rozmístěí eletrod Rozhodují vliv pro správé měřeí má vzájemá poloha měřeého uzeměí a měřících eletrod. S ohledem a průběh poteciálu olem ich je uto eletrody rozmístit ta, že střed měřeého uzeměí a eletrody leží a přímce, přičemž mezi vzdáleostí l P apěťové eletrodě a vzdáleostí l C pomocé proudové eletrodě platí vztah: l 0, 6 (.5) P l C (obr. -8 a), ebo střed měřeého uzeměí a měřící eletrody tvoří vrcholy rovorameého trojúhelía, v ěmž l P l C a spojice středu uzeměí s eletrodami svírají úhel 30 - obr. -8 b. Obr. -8: Rozmístěí eletrod [] Tyto závislosti platí i pro velé uzemňovací soustavy za předpoladu, že přístroj je měřeému uzeměí připoje v jeho eletricém středu. V trasformovách ze teto střed považujeme místo uzeměí uzlů trasformátorů.
Teorie uzeměí trasformovy 3 Četá měřeí uzemňovacích soustav i měřeí a modelech zemičů, terá provedl GÚ Bro, v plém rozsahu potvrdila platost uvedeých požadavů. [] Vlastí a vzájemá idučost přívodů měřícím eletrodám a apacita souběhu přívodů Je-li zemí odpor uzemňovací soustavy ízý (méě ež Ω), může být při měřeí můstovou metodou a eletrodách umístěých v jedé přímce výslede ovlivě idučostí přívodů a apacitou jejich souběhu. Pro vyloučeí chyby při souběhu cca 500 m stačí, jsou-li vodiče eletrodám položey ve vzdáleosti 50 cm. [] Vliv cizích zemičů a rušivých polí Měřící eletrody musí být umístěy mimo poteciálí pole jiých zemičů. Může-li být měřeí ovlivěo jiými zemiči ebo ovovým úložým zařízeím, měří se v ěolia směrech a uvažuje se ejvyšší aměřeá hodota. Ve sporých případech lze doporučit, i dyž to orma evyžaduje, proměřit celý průběh odporové řivy. Při jeho měřeí se postupuje ta, že se apěťová eletroda přemísťuje od proudové eletrody směrem měřeému uzeměí a aměřeé hodoty se vyášejí do grafu. Při měřeí malých zemích odporů volíme připojeí měřeému uzeměí způsob podle obr. -9b, protože v případě zapojeí podle obr. -9a se odpor vodiče připočítává odporu měřeého uzeměí. Obr. -9: Způsob připojeí přístroje měřeému uzeměí [] Nelze-li přístroj z důvodů velých rušivých apětí vyrovat, je uto volit jiý druh přístroje ebo jiou metodu měřeí. []
Teorie uzeměí trasformovy 3.4.3. Metoda proud - apětí Podstata této metody spočívá v měřeí úbytu apětí a uzeměí. Zdroj proudu se zapojí mezi měřeé uzeměí a eletrodu C. Napětí se měří voltmetrem s velým vitřím odporem, zapojeým mezi měřeé uzeměí a eletrodu P. Zemí odpor se staoví z podílu apětí a proudu. Zpravidla se této metody použije při měřeí velých uzemňovacích soustav eletricých staic, de se měřící obvod uspořádá podle obr.-0. Napájecí zdroj se připojí měřeému uzeměí v blízosti uzeměí uzlů trasformátorů. Jao proudové eletrody C se využije uzeměí sousedí eletricé staice. Je-li vzdáleost této staici meší ja 5 m, odpojí se v měřeé staici zemící lao. Hodota měřícího proudu (zpravidla ěoli desíte až stove A) se volí s ohledem a rozsah měřeého uzeměí a rušivá apětí. Napěťová eletroda se umístí přibližě olmo a směr proudové eletrodě do vzdáleosti 5 D, což odpovídá asi 95 % celového apětí proti zemi. Použije-li se za spojovací vedeí eletrodě P volá žíla sdělovacího abelu s ovovým pláštěm, musí být plášť izolová od země. Kdyby byl plášť oboustraě ebo v průběhu trasy uzemě, bude hodota apětí v důsledu redučího účiu abelového pláště začě zreslea (aměří se meší hodota). Obr. -0: Uspořádáí měřícího obvodu při měřeí zemího odporu eletricé staice [] Vliv redučího čiitele se projeví taé u vedeí se zemícím laem, teré bylo použito pro spojeí s proudovou eletrodou, a proto se musí při výpočtu zemího odporu vzít v úvahu. [] Zemí odpor R v Ω se staoví ze vztahu R U r m (.6) m de U m je aměřeá hodota apětí [V] m měřící proud [A] r redučí čiitel (viz. tab. -6) vedeí použitého eletrodě C []
Teorie uzeměí trasformovy 33.5 Napětí a uzemňovací soustavě Napětí a uzemňovací soustavě se určí buď měřeím a přepočtem a zratový proud ebo se staoví jao souči zemího odporu a jedofázového zratového proudu. U R (.7) de R je celový odpor uzeměí [Ω] zemí proud [A] O otrole apětí a uzemňovací soustavě související s dotyovým apětím je v ásledující apitole..6 Dotyové apětí Tam, de se ochraa před úrazem eletřiou dosahuje řízeím poteciálu a povrchu země, se u rozsáhlých zařízeí (apř. u eletricých staic) zřizuje zemič ve tvaru mřížové sítě. V eletricých staicích s apětím ad 000 V se mřížová síť vytvoří z pásů ebo drátů vedeých v aždém poli ve směru vývodů a v příčém směru podél vývodových a přípojicových stožárů. V průmyslových závodech a eletrárách se mřížová síť vytvoří propojeím jedotlivých objetů. [3].6. Kotrola apětí a uzeměí a dotyových apětí Opatřeí pro dodržeí dovoleých dotyových apětí se považují za splěa, jestliže je splěa jeda z ásledujících podmíe: ) uvažováa staice se stae součástí celové uzemňovací soustavy ) árůst poteciálu země, určeý měřeím ebo výpočtem dle rovice (.7) epřeročí dvojásobe hodot dovoleého apětí podle obr. 9. v [7] (meze podle obrázu jsou staovey pro lidsé tělo při dotyu holou ruou proti bosé oze) Pro staice, a teré se evztahuje prví podmía, je zapotřebí posoudit dodržeí podmíy U R U (.8) Tp de U Tp je dovoleé dotyové apětí podle obr. 9. v [7] [V] Poud eí splěa ai jeda s uvedeých podmíe ověřuje se podmía U R 4 U (.9) Tp Do této veliosti apětí a uzeměí je možo dle [7] přílohy D použít pro dodržeí bezpečosti ěteré z příslušých uzávaých opatřeí M. V místech přístupých pouze obsluze zařízeí lze uvažovat s přídavými odpory podle [7] přílohy C. Poud ejsou použita přípustá zvláští opatřeí M, ai eí proázáo výpočtem s přídavými odpory dodržeí přípustých hodot U Tp, pa je zapotřebí ověřit měřeím dodržeí dovoleých apětí U Tp.
Teorie uzeměí trasformovy 34 Výpis dovoleých dotyových apětí U Tp pro omezeé trváí průtou proudu z obr. 9. [7] je uvede v ásledující tabulce Tab. -3: Dovoleá dotyová apětí pro omezeé trváí průtou proudu t [s] 0, 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 U Tp [V] 650 50 400 300 0 70 40 5 5 00 Nelze-li dosáhout dovoleého dotyového ebo roového apětí, izoluje se povrh země v místech ebezpečého dotyového ebo roového apětí apř. štěrem. Štěrová vrstva se musí udržovat, aby ezarostla trávou, se ezaesla hlíou apod...6. Měřeí dotyových apětí.6.. Zratová metoda Pricip této metody spočívá ve vytvořeí uměle vyvolaého zemího zratu. Průto zratového proudu mezi uzeměím měřeé staice a uzeměím sousedích staic, ze terých se zrat apáje, odpovídá sutečosti. Dotyová apětí se vša musí registrovat ve vybraých místech současě oscilografy ebo vrcholovými voltmetry. Z provozích, eoomicých a bezpečostích důvodů vša tuto metodu praticy elze použít. [].6.. Metoda velým proudem Podstata této metody spočívá ve vhodém uspořádáí měřícího obvodu ta, aby se apodobily poměry jao při sutečém zratu. Měřící obvod se uspořádá podle obr. -0. Zušebí proud protéající tímto obvodem vyvolá a měřeém uzeměí úbyty apětí, teré se pa ve vybraých místech u ostrucí a jiých vodivých částí proti zemi měří. Zemící lao se eodpojuje, i dyž je vzdáleost eletricé staici, jejíž uzeměí je použito jao eletroda C, meší ež 5 m. Hodota proudu se volí s ohledem a rozsah měřeé uzemňovací soustavy a výsyt rušivých apětí (orma předpisuje 00 až 500 A). Vzhledem e vzdáleosti proudové eletrody (sousedí eletricé staice) elze počítat s meší impedací ež 5 až 0Ω. Při požadovaé hodotě měřícího proudu je utý regulovatelý zdroj o výou až MVA, při apětí 500 až 3000 V. S apětím vlastí spotřeby, i dyž se odzemí uzel a pro měřeí se použije sdružeé apětí, lze vystačit je u meších zařízeí. [] V místech s velými ebo proměými rušivými apětími (apř. v eletricých staicích) se doporučuje použít zdroj měřícího proudu s mitočtem blízým, avša odlišým od mitočtu 50 Hz a itezitě 0 až 0 A. Napětí se símá seletivím voltmetrem, terý měří je apětí této použité frevece. Při měřeí dotyových apětí se postupuje ta, že voltmetrem s velým vitřím odporem (ejméě 00 Ω) se změří část apětí proti zemi, terou člově může při dotyu přeleout (předpoládaé dotyové apětí). Měřící přístroj se zapojí mezi měřeou ostruci ebo vodivou část a eletrodu vzdáleou od měřeé ostruce m. Poud hodota aměřeého apětí přepočítaá podle (.30) a (.3) přesahuje hodotu dovoleého dotyového apětí, připojí se při měřeí voltmetru paralelě odpor
Teorie uzeměí trasformovy 35,5Ω. Pro měřeí se použije eletroda o ploše 400 cm, terá pro dosažeí dobrého styu s tvrdým a erovoměrým povrchem je zhotovea z eletricy vodivé gumy ebo je ovová a podložeá avlhčeou taiou. Při měřeí se eletroda zatíží tíhou člověa a apodobí se epřízivé limaticé podmíy (morý povrch teréu pod eletrodou). Kroové apětí se měří mezi dvěma eletrodami o plochách 00cm a vzdáleost m. [6] Sutečá dotyová ebo roová apětí U Tp ve (V) se vypočítají podle vztahu: U Tp U m w (.30) m de U m je aměřeé apětí [V] počátečí proud jedofázového zratu [A] m měřící proud [A] w součiitel pravděpodobosti výsytu ejvětšího, teoreticy staoveého zratového proudu. Jeho hodota je 0,7, eí-li výpočtem proázáa hodota ižší Je-li v eletricé staici apájecí trasformátor vv/vv ebo ve výrobách bloový trasformátor v/vv, staoví se dotyová apětí U Tp ve (V) podle vztahu: U Tp Tr U m w (.3) m de U m je aměřeé apětí [V] počátečí proud jedofázového zratu [A] Tr část proudu jedofázového zratu vracející se uzlu trasformátoru vv [A] m měřící proud [A] w součiitel pravděpodobosti výsytu ejvětšího, teoreticy staoveého zratového proudu. Jeho hodota je 0,7, eí-li výpočtem proázáa hodota ižší [6].7 Proudová zatížitelost Půda v oolí zemiče se proudem zahřívá a teplo se rozvádí do oolí. Ja se toto teplo rozvádí, závisí a druhu půdy, její vlhosti a vodivosti, veliosti a tvaru zemiče a ja je zemič proudově zatíže. Je-li zemič přetíže, vysušuje se oolí půda, zahřívá se, a tím stoupá její odpor a apětí olem zemiče. Norma uvádí zatížitelost zemičů uložeých v půdě, vztažeou a plochu povrchu zemiče, v závislosti a době trváí průchodu proudu a rezistivitě půdy. Hodoty jsou asi o 0 % vyšší ež udávaly ormy v dřívější době. Pro zemiče uložeé v betou platí hodoty dovoleé proudové hustoty vztažeé a plochu betoového zárytu, terý je oblope zemiou. Rověž zde jsou hodoty dovoleého proudového zatížeí uvedey v závislosti a době trváí průchodu proudu a rezistivitě půdy. Zde je avíc uvedea hustota ejvyššího dovoleého rázového proudu 50
Teorie uzeměí trasformovy 36 A/m. Tato hodota je staovea proto, že při vyšší proudové hustotě by mohlo dojít pošozeí betou. U zemičů uložeých v půdě toto omezeí eplatí. Zde aopa vítáme co ejvyšší hustotu rázového proudu, protože v oamžiu jeho průchodu ze zemiče do země vziají vlivem zvětšeí itezity pole a hraách zre půdy malé jisry, teré do určité míry přeleují přechodové odpory. Když itezita pole přesáhe průrazý gradiet půdy, astae úplý průraz zemiy, terý zratuje vrstvu zemiy v blízosti zemiče. Zemič je v tom oamžiu oblope dobře vodivou vrstvou a chová se, jao by se jeho rozměr zvětšil. Výsledým efetem je sížeí zemího odporu zemiče. Velmi velé a déle trvající proudy vytvářejí v oolí zemičů malých rozměrů žhavé aály, teré po vychladutí zaechávají v zemi evodivé stopy, zvaé fulgurity. Fulgurity zmešují účiý vodivý průřez, terým může odtéat proud ze zemiče a zemí odpor zemiče tím zvětšují. [] Proudová zatížitelost zemičů uložeých v půdě se určuje podle tabuly -4. [3] Tab. -4: Nejvyšší dovoleé hustoty proudu vztažeé a plochu zemiče uložeého v půdě [3] Doba průchodu Proudová hustota v A/m plochy povrchu zemiče uložeého v půdě o rezistivitě 00 Ωm 500 Ωm 000 Ωm 3000 Ωm s 000 447 36 8 5s 447 00 4 8 h 6,6 7,5 5, 3 h,8 5,3 3,7, 3h 9,6 4,3 3,8 Průřezy ochraých vodičů, u terých odpojeí epřeračuje 5 s, se spočítá podle vztahu: A t v (.3) de A je průřez zemiče [mm ] t v proud zemičem K [A] vypíací čas vypíacího přístroje [s] součiitel závislý a materiálu ochraého vodiče, a izolaci a a ostatích částech, a teplotě před zratem a po zratu
Teorie uzeměí trasformovy 37 Součiitel v se určí ze vzorce ( B 0) Q ϑ f ϑ c i v l 0 B ϑi de Q c je objemová tepelá apacita materiálu vodiče [J/ C mm 3 ] B 0 ϑ i ϑ f převráceá hodota teplotího součiitele rezistivity vodiče při 0 C [ C] rezistivita materiálu vodiče při 0 C [Ω mm] počátečí teplota vodiče [ C] oečá teplota vodiče [ C] (.33) Potřebé materiálové ostaty pro určeí součiitele v jsou uvedey v ásledující tabulce. Tab. -5: Materiálové ostaty Materiál Měď Hlií Olovo Ocel B C 34,5 8 30 0 Q c J/ C mm 3 0 Ω mm 3,45 0-3,5 0-3,45 0-3 3,8 0-3 7,4 0-6 8,64 0-6 4 0-6 38 0-6 Q c ( B 0) 0 6 48 4 78 Jestliže se podle vzorce vypočítá průřez, terý eí ormalizovaý, musí se užít vodiče o ejbližším vyšším ormalizovaém průřezu. [3] Při rozděleí zratového proudu z uzemňovacího přívodu do dvou větví se předpoládá (s ohledem a erovoměrost) zatížeí jedé větve 60 % z celového zratového proudu. Při děleí do čtyř větví 30 % zratového proudu v jedé větvi. [] Maximálí hodota proudu odtéající do země u sítích s přímým uzeměím uzlu se jmeovitým apětím 0 V a vyšším vypočítá dle vzorce de r je redučí čiitel (viz. tab. -6) Z r w (.34) počátečí symetricý zratový proud jedopólového zratu [A] w součiitel zahrující pravděpodobost výsytu ejvětšího, teoreticy staoveého zratového proudu. Jeho hodota je 0,7, eí-li výpočtem proázáa hodota ižší. Pro sítě v je w.