Jaké jsou výhody použití společného zemnění v rozvodné síti a jaká opatření je třeba přijmout?

Co je společné zazemlení?

Společné zazemlení se týká praxe, kdy funkční (pracovní) zazemlení systému, ochranné zazemlení zařízení a zazemlení ochrany před bleskem sdílejí jednu zazemlovací elektrodovou soustavu. Alternativně to může znamenat, že vodiče zazemlení z několika elektrických zařízení jsou spojeny dohromady a propojeny s jednou nebo více společnými zazemlovacími elektrodami.

1. Výhody společného zazemlení

• Jednodušší systém s menším počtem zazemlovacích vodičů, což usnadňuje údržbu a kontrolu.

• Ekvivalentní odpor zazemlení několika paralelně spojených zazemlovacích elektrod je nižší než celkový odpor samostatných, nezávislých zazemlovacích systémů. Pokud se jako společná zazemlovací elektroda používá ocelový skelet budovy nebo armatura, díky jejímu inerčně nízkému odporu se výhody společného zazemlení stávají ještě výraznější.

• Zvýšená spolehlivost: pokud selže jedna zazemlovací elektroda, ostatní mohou kompenzovat.

• Snížení počtu zazemlovacích elektrod, což snižuje náklady na instalaci a materiály.

• V případě selhání izolace způsobující krátké spojení mezi fází a skříní proudí větší zkratový proud, což zajišťuje rychlé zapnutí ochranných přístrojů. To také snižuje dotyk potenciál, když se personál dotýká vadných zařízení.

• Omezování rizik způsobených přetlakem blesku.

Teoreticky by mělo být pro prevenci návratových bleskových přetlaků zazemlení ochrany před bleskem udrženo v bezpečné vzdálenosti od konstrukcí budovy, elektrického zařízení a jejich zazemlovacích systémů. V reálném inženýrství je však často prakticky nemožné. Budovy obvykle mají mnoho příchozích utilitních linek (elektřina, data, voda atd.) rozprostřených na širokém ploše. Zvláště když se jako skryté vodiče ochrany před bleskem používají armatury betonových konstrukcí, stává se prakticky nemožné elektricky izolovat systém ochrany před bleskem od vedení budovy, skříní zařízení nebo zazemlení elektrického systému.

V takových případech se doporučuje společné zazemlení – připojení neutrálního vodiče transformátoru, všech funkčních a ochranných zazemlení elektrického zařízení a systému ochrany před bleskem ke stejné síti zazemlovacích elektrod. Například v vysokých budovách integrace elektrického zazemlení s systémem ochrany před bleskem efektivně vytváří Faradayho klece pomocí vnitřního ocelového skeletu budovy. Všechna vnitřní elektrická zařízení a vodiče spojené s touto klecí jsou tak chráněny před potenciálními rozdíly a návratovými bleskovými přetlaky způsobenými bleskem.

Proto, když se k zazemlení využívá kovové struktury budovy, je společné zazemlení několika systémů nejen možné, ale i výhodné, pokud je celkový odpor zazemlení udržován pod 1 Ω.

2. Klíčové aspekty společného zazemlení

Příroda zazemlovacích proudů:
Riziko spojené s nárůstem potenciálu země (GPR) závisí na velikosti, trvání a frekvenci zazemlovacích proudů. Například bleskosvodové hrot nebo tyče mohou při blesku nést velmi vysoké proudy, ale tyto události jsou krátké a vzácné – takže výsledný GPR představuje omezené riziko.

Nicméně, společný odpor zazemlení musí splňovat nejpřísnější požadavek ze všech připojených systémů, ideálně ≤1 Ω.

V nízkonapěťových distribučních systémech s pevně zazemlenými neutrály může společná zazemlovací elektroda nést kontinuální unikající proudy ze všech připojených spotřebičů, tvoříce okruhové zemní proudy. Pokud odpor zazemlení překročí bezpečné limity, může ohrozit jak zařízení, tak personál.

Kromě toho, s rozšířeným používáním počítačů a citlivého elektronického zařízení, je často vyžadováno filtrační zazemlení. Velké filtry EMI/RFI mezi fází a zemí způsobují významné kapacitní unikající proudy do země, které také přispívají k celkovému zemnímu proudu.

Dopad nárůstu potenciálu země na připojené zařízení:
Uvažujme například kompaktní vnitřní transformační stanici. Tradičně byla neutrální vodič transformátoru, kovová skříň a skříň spotřebiče všechny spojeny na společné země. Zatímco bleskosvodové hroty byly často dávány na samostatné země, aby se zabránilo nebezpečnému nárůstu potenciálu během výběhu.

Pokud se však spotřebič rozbije izolace a unikne proud, celý zkratový proud teče přes společnou zazemlovací elektrodu, což zvyšuje místní potenciál země – a tedy i napětí na skříni přepínače. Pokud technik otevře dveře skříně za těchto podmínek, riskuje elektrický šok. Toto se opakovaně stalo.

V důsledku toho moderní praxe často izoluje funkční zazemlení (např. neutrální vodič transformátoru) od ochranného a bleskového zazemlení v vnitřních transformačních stanicích – i když to zvyšuje složitost instalace.

3. Relevantní normy a předpisy (Čína)

• Podle aktuálních čínských standardů elektrotechnického průmyslu:

• Pro třídu B elektrických instalací, pokud distribuční transformátor není umístěn v budově obsahující třídu B zařízení, a jeho vysokonapěťová strana funguje v nezazemleném, Petersenovo cívkově (arc-suppression coil)-zazemleném nebo vysokoodporově zazemleném systému, pak pracovní zazemlení nízkonapěťového systému může sdílet stejnou zazemlovací elektrodu jako ochranné zazemlení transformátoru, pokud odpor zazemlení splňuje R ≤ 50/I (Ω) a R ≤ 4 Ω.

• Pro třídu A elektrických instalací fungujících v efektivně zazemlených systémech musí být pracovní zazemlení transformátoru umístěno mimo ochrannou zazemlovací síť – tj. společné zazemlení není povoleno.

• Pokud je distribuční transformátor nainstalován v budově s třídou B elektrických instalací a jeho vysokonapěťová strana používá nízkoodporové zazemlení, pak pracovní zazemlení nízkého napětí může sdílet ochranné zazemlení, pokud:

• Odpor zazemlení splňuje R ≤ 2000/I (Ω), a

• Budova implementuje hlavní rovnocennou vazbu (MEB) systém.

• Navíc pro systémy nad 1 kV klasifikované jako systémy s velkým zazemlovacím krátkozaměrným proudem je společné zazemlení povolené, pokud je zajištěno rychlé odstranění poruchy, ale odpor zazemlení musí být < 1 Ω.

• Ochranné zazemlení distribučních transformátorů v třídě A instalací může sdílet stejnou zazemlovací elektrodu jako zazemlení přidruženého bleskosvodového zařízení.

4. Závěr

Praktické zkušenosti ukazují, že ve veřejných nízkonapěťových distribučních systémech, kde úplné oddělení zazemlovacích systémů často není dosažitelné, je společné zazemlení – kombinace pracovního, ochranného a bleskového zazemlení – bezpečnější, ekonomičtější, jednodušší k instalaci a snazší k údržbě.

Aby se minimalizovala potenciální rizika společného zazemlení, by měli inženýři:

• Plně využít ocelový skelet budovy jako přirozenou zazemlovací elektrodu,

• Udržovat celkový odpor zazemlení pod 1 Ω, a

• Implementovat komplexní rovnocennou vazbu po celé budově.

Tyto opatření efektivně minimalizují rizika a zajišťují bezpečnou a spolehlivou operaci moderních elektrických instalací.