Neprístupný dokument, nutné prihlásenie
Input:

Uzemňovače

30.9.2017, , Zdroj: Verlag Dashöfer

4.3.1.2 Uzemňovače

doc. Ing. Dionýz Gašparovský

PhD.

V závislosti od pôdnych podmienok a vyžadovanej impedancie proti zemi sa v rámci uzemňovacej sústavy inštaluje jeden alebo viac uzemňovačov. Účinnosť každého uzemňovača závisí predovšetkým od miestnych pôdnych podmienok.

Definícia

Uzemňovač

Vodivá časť, ktorá sa môže uložiť v zemi alebo v špecifickom vodivom médiu (napr. do betónu), ktoré je v elektrickom kontakte so zemou.

DRUHY UZEMŇOVAČOV

Rozlišujeme nasledovné druhy uzemňovačov:

1. Podľa vyhotovenia:

  • Náhodný uzemňovač – vodivý predmet trvalo uložený v zemi, vo vode alebo v betóne, ktorý bol vybudovaný na iný účel ako na uzemnenie, ale dá sa využiť vo funkcii uzemňovača. Náhodné uzemňovače sa majú prednostne používať na vyhotovenie uzemňovacích sústav.

  • Zhotovený uzemňovač – uzemňovač zámerne skonštruovaný na realizáciu uzemnenia. Typ uzemňovača sa volí v závislosti od miestnych podmienok.

Prednostne sa majú využívať náhodné uzemňovače. Ako náhodné uzemňovače sa dajú využiť tieto časti, ak vyhovujú požiadavkám na prúdovú zaťažiteľnosť:

  • podzemné časti oceľových konštrukcií uložených v betóne,

  • oceľová výstuž v betónových základoch.

Odpor uzemnenia náhodných uzemňovačov sa určuje približným výpočtom, ak sa uzemňovač dá previesť na známy tvar. Pri zložitých uzemňovačoch alebo pri neznámej polohe sa odpor uzemnenia určuje meraním. Pri akýchkoľvek prácach na náhodných uzemňovačoch musí byť zaistené, že zostane zachovaná ich elektrická spojitosť. Pri porušení spojitosti sa uzemňovače musia obnoviť, doplniť, prípadne nahradiť.

Zhotovené uzemňovače sa využívajú:

  • prednostne pri stavbe nových budov,

  • ak náhodné uzemňovače nevyhovujú stanoveným požiadavkám,

  • ak odpor uzemnenia náhodných uzemňovačov nevyhovuje stanoveným požiadavkám,

  • ak by bolo použitie náhodných uzemňovačov neekonomické,

  • ak použitie náhodných uzemňovačov nie je prípustné z dôvodu ochrany pred požiarom alebo vzhľadom na iné riziká,

  • ak nie je možné zaistiť, že spojenie s náhodným uzemňovačom nebude prerušené,

  • ak ich zriadenie vyžadujú iné predpisy.

2. Podľa spôsobu uloženia:

- Podpovrchový (horizontálny) uzemňovač – drôt alebo pás uložený horizontálne v ryhe v nezamŕzajúcej hĺbke 60 – pod terénom.

- Hĺbkový (vertikálny) uzemňovač (tyčový, rúrkový) – kovová tyč vertikálne uložená do zeme.

- Základový uzemňovač – uzemňovač uložený v betónových základoch budov, stožiarov elektrického vedenia, v elektrických staniciach a pod.

Z hľadiska využitia plochy materiálu a so zreteľom  na dosiahnutý zemný odpor sú najvhodnejšie uzemňovače uložené vo vertikálnom smere.

V praxi sa najčastejšie používajú nasledujúce druhy uzemňovačov:

  • zemné tyče alebo rúrky,

  • zemné pásy, pásky alebo drôty,

  • zemné dosky,

  • podzemné konštrukčné kovové prvky uložené v základoch,

  • zvárané kovové výstuhy (armatúry) betónu (s výnimkou predpätého betónu) uložené v zemi,

  • kovové plášte a iné kovové kryty káblov podľa miestnych podmienok alebo požiadaviek,

  • iné vhodné kovové konštrukčné prvky v zemi podľa miestnych podmienok alebo požiadaviek.

Pri nových budovách sa dôrazne odporúča zriadenie základového uzemňovača. Ak je tento uzemňovač uložený v betóne na zabránenie korózie, odporúča sa primeraná kvalita betónu a vzdialenosť aspoň medzi uzemňovačom a povrchom betónu.

Definícia

Základový uzemňovač

Vodivá časť uložená v pôde pod základmi budovy alebo prednostne uložená v betóne tvoriacom základ budovy, ktorá má vo všeobecnosti tvar uzatvorenej slučky.

ZAKÁZANÉ A NEVHODNÉ UZEMŇOVAČE

Dôležité upozornenie

Vo funkcii uzemňovača sa nesmú použiť:

  • kovové potrubia horľavých kvapalín alebo plynov, ak prevádzkovateľ potrubia nestanoví inak; tieto potrubia však môžu byť súčasťou systému pospájania cez hlavnú uzemňovaciu svorku,

  • kovové predmety ponorené priamo do vody (potoka, rieky, rybníka, jazera a pod.).

Na uzemnenie sa neodporúča použiť ani vodovodné potrubie, jednak pre nesúhlas vodárenských organizácií, jednak vzhľadom na aktuálne používanie nevodivých materiálov na vodovodné potrubia.

Ak sa uzemňovač skladá z častí, ktoré treba zložiť dohromady, spoj musí byť vyhotovený exotermickým zváraním, lisovanými konektormi, svorkami alebo inými vhodnými mechanickými konektormi. Na ochranné účely nie sú vhodné spoje vyhotovené iba ovinutým železným drôtom.

Typ, materiály a rozmery uzemňovačov sa musia vyberať tak, aby odolávali korózii a aby mali primeranú mechanickú pevnosť na celú predpokladanú životnosť. Minimálne rozmery pre bežne používané materiály na uzemňovače ukladané do zeme alebo betónu z pohľadu korózie a mechanickej odolnosti uvádza tabuľka 4.3.1.2.1.

Minimálne rozmery bežne používaných uzemňovačov uložených v zemi alebo betóne s ohľadom na zábranu korózie a zabezpečenie mechanickej pevnosti

Tab.4.3.1.2.1

Legenda:

Φ – priemer (mm) hp – hrúbka povlaku (μm)

S – prierez (mm2) mp – hmotnosť povlaku (μm)

hs – hrúbka steny (mm)

Poznámky

Hodnoty v zátvorkách sú použiteľné iba na ochranu pred zásahom elektrickým prúdom. Hodnoty mimo zátvoriek sa dajú použiť na ochranu pred bleskom aj na ochranu pred zásahom elektrickým prúdom.

1) Povlak musí byť hladký, neprerušovaný a bez škvŕn.

2) Ako valcovaný pás alebo strihaný pás so zaoblenými hranami.

3) Chróm ≥ 5 %, molybdén ≥ 2 %, uhlík ≤ 0,08 %.

4) Ak sa preukáže, že nebezpečenstvo korózie a mechanického poškodenia je extrémne nízke, môže sa použiť prierez 16 mm2.

5) Pre individuálne vlákna drôtu.

6) Hrúbka má zabezpečiť odolnosť povlaku medi proti mechanickému poškodeniu počas procesu inštalácie. Môže sa znížiť najmenej na 100 μm, ak sa podľa inštrukcií výrobcu uplatnia špeciálne opatrenia na zábranu mechanického poškodenia medi počas inštalovania.

Z hľadiska korózie sú dôležité tieto vlastnosti a parametre:

  • kyslosť pôdy v mieste inštalácie (pH),

  • vlhkosť pôdy,

  • rezistivita pôdy,

  • bludný a unikajúci jednosmerný a striedavý prúd,

  • chemická kontaminácia,

  • blízkosť rozdielnych materiálov (elektrochemická korózia).

Pri výbere druhu a hĺbky uloženia uzemňovača sa musia brať do úvahy miestne podmienky, aby vysychanie alebo premŕzanie pôdy nezvyšovalo zemný odpor uzemňovača na takú hodnotu, že by to zhoršilo ochranné opatrenia slúžiace na ochranu pred zásahom elektrickým prúdom.

Pozornosť treba venovať aj elektrochemickej korózii, najmä ak sa v uzemňovacej sústave používajú rozdielne materiály. Treba mať na pamäti, že oceľové základové uzemňovače uložené v betóne majú rovnaký elektrochemický potenciál ako meď uložená v zemi.

UKLADANIE UZEMŇOVAČOV

Pri ukladaní uzemňovačov sa zohľadňuje druh uzemňovača podľa spôsobu uloženia.

a) horizontálny uzemňovač:

Ak sa uzemňovače kladú do káblových rýh, musia sa položiť na dno výkopu, a to najmenej 10 cm pod kábel alebo vedľa neho.

Ak sa uzemňovač kladie lúčovito v tvare hviezdy, jednotlivé lúče majú byť rozdelené pravidelne, pričom uhol medzi nimi nemá byť menší ako 60°. Spravidla sa kladú najviac štyri lúče.

Na zhotovené uzemňovače sa prednostne majú používať tyčové uzemňovače. Ak sa použijú uzemňovače z pásov alebo drôtov, dĺžka každého lúča má byť:

  • do 25 m pre pôdy s rezistivitou do 500 Ω.m,

  • do 50 m pre pôdu s rezistivitou nad 500 Ω.m.

Uzemnenie sa dá zlepšiť vzájomným prepojením uzemňovačov, zväčšením ich počtu a ich predĺžením.

b) vertikálny uzemňovač:

Tam, kde sú spodné vrstvy pôdy dobre vodivé alebo kde nie je dostatok priestoru na uloženie iných druhov uzemňovačov, odporúča sa použiť tyčové alebo hĺbkové uzemňovače. Použitie hĺbkových uzemňovačov do značnej miery zníži kolísanie odporu uzemnenia v závislosti od ročného obdobia.

Ak sa použije niekoľko tyčových uzemňovačov, vzhľadom na ich elektrické využitie nemá byť medzi nimi vzdialenosť menšia ako je dĺžka tyčového uzemňovača.

Pre vertikálne uzemňovače sa vyžaduje väčšia hrúbka ochranného povlaku ako pre horizontálne uzemňovače, pretože pri montáži uzemňovača (zatĺkanie do zeme) pôsobí väčšie mechanické namáhanie.

VYHOTOVENIE ZÁKLADOVÝCH UZEMŇOVAČOV

a) základový uzemňovač

Najlepším riešením uzemňovača je jeho vyhotovenie ako základového uzemňovača už počas výstavby budovy, pre zhotovené uzemňovače sa toto riešenie volí prednostne (obr. 4.3.1.2.1). Výhody sú nasledovné:

  • nie sú potrebné dodatočné výkopové práce,

  • obyčajne sa stavia v hĺbke, ktorá väčšinou zabraňuje namáhaniu spôsobenému klimatickými zmenami v rámci ročných období,

  • zabezpečené je dobré spojenie so zemou,

  • optimálne využíva povrch budovy a poskytuje minimálny odpor uzemňovača, ktorý sa dá na tomto povrchu dosiahnuť,

  • od začiatku výstavby budovy sa dá použiť ako uzemňovač dočasnej inštalácie staveniska,

  • poskytuje optimálnu uzemňovaciu sústavu na ochranu pred bleskom.

Obr. 4.3.1.2.1

Základový uzemňovač

Betón používaný v základoch budov má určitú vodivosť a vo všeobecnosti dobrý kontaktný povrch so zemou. Preto sa na účely uzemňovania môžu použiť holé kovové elektródy úplne zapustené do betónu, ak nie je betón izolovaný od zeme s použitím špeciálnej tepelnej izolácie alebo iných prostriedkov. Holá oceľ, v žiari pozinkovaná oceľ a iné kovy zapustené do betónu v hĺbke väčšej ako 5 cm sú významne chránené proti korózii, zvyčajne počas celej životnosti budovy.

Základový uzemňovač uložený v betóne poskytuje dobrý základ pre hlavné ochranné pospájanie.

Základový uzemňovač môže byť vyrobený z oceľových pásov, oceľových drôtov alebo medených drôtov. Zhotovené základové uzemňovače z pásovej ocele alebo oceľového drôtu sa ukladajú ako obvodové uzemňovače pod izolačnú vrstvu a cca nad dnom výkopu, aby bol vodič obklopený betónovou zmesou. Pri preklenutí dilatačných škár musia byť uzemňovače usporiadané tak, aby ich dilatačné sily nemohli porušiť.

Na spojenie s ďalšími uzemňovačmi, uzemňovacou prípojnicou, zvodom alebo ochranným vodičom sa uzemňovací vodič vyvedie zo základového uzemňovača najmenej na dvoch miestach tak, aby zo základov už neprechádzal zemou. Ak sa táto podmienka pre uzemňovací vodič nedá splniť (napr. z dôvodu celistvosti izolačnej vrstvy) a vodič sa vedie na povrch zemou, musí byť vybavený pasívnou ochranou proti korózii.

Náhodné základové uzemňovače sa vytvoria tak, že v železobetónových základoch sa zvaria prúty výstuže. Vznikne tak obvodový kruh alebo mrežová sieť. Prednostne sa volia prúty výstuže, ktoré ležia v základe pri jeho vonkajšom povrchu a podľa možnosti čo najnižšie.

Základový uzemňovač sa odporúča prepojiť s vystuženými oceľovými betónovými konštrukciami (s výnimkou predpätého betónu). Oceľové základové pätky na obvode budovy sa majú medzi sebou vodivo spojiť kovovými nosnými konštrukciami, prútmi oceľovej armatúry alebo vodičmi v podkladovom betóne. Tieto prepojenia umožňujú zníženie celkového odporu uzemňovača neživých častí, a pritom zaistia pospájanie všetkých súčasne prístupných neživých častí a všetkých vodivých častí.

Zhotovené základové uzemňovače sa odporúča spájať s náhodnými uzemňovačmi nad zemou. Ak to nie je možné a spoj sa realizuje v zemi, musí byť vyhotovená patričná ochrana proti korózii.

Ak má byť základ budovy úplne chránený pred stratou tepelnej energie jeho izolovaním s použitím nevodivých materiálov, alebo ak sa pri stavbe základu využívajú určité opatrenia na izolovanie proti vode (napríklad použitie plastových dosiek s hrúbkou viac ako 0,5 mm), uzemnenie prostredníctvom betónového základu nie je možné. Vtedy sa dá využiť pozitívny účinok kovových výstuh na ochranné pospájanie a na účely uzemňovania by sa malo použiť iné uzemňovacie usporiadanie (napríklad dodatočný základový uzemňovač uložený v betóne pod izolovaným základom, uzemňovacia sústava okolo budovy, základový uzemňovač uložený v zemi atď.).

Pri betónových základoch bez kovovej výstuže sa musí základový uzemňovač zapustený do betónu zosúladiť s druhom a rozmermi základu. Preferuje sa stavba jedného alebo viacerých prstencov alebo pravouholníkov s rozmermi do 20 m, ktoré sa vzájomne prepoja. Na zabránenie uloženia uzemňovačov v betóne v hĺbke menšej ako 5 cm, mali by sa použiť vhodné prostriedky zabezpečujúce vzdialenosť k povrchu zeme. Ak sa ako uzemňovač použijú pásy, mali by sa pripevňovať na hranách, aby za zabránilo vzniku dutín bez betónu pod pásom. Ak je v betóne výstuž, mal by sa k nej rozvod uzemnenia pripojiť vo vzdialenostiach nie väčších ako 2 m. Treba sa vyhýbať použitiu skrutkových spojov.

Rozvod základového uzemňovača uloženého v betóne by mal mať aspoň jednu svorku slúžiacu na pripojenie základového uzemňovača k elektrickej sústave budovy, ktorá vystupuje z betónu vnútri budovy v blízkosti vhodného bodu jej pripojenia (napríklad v blízkosti hlavnej uzemňovacej svorky), alebo ktorá končí na špeciálnej pripájacej príchytke zapustenej do povrchu betónu v blízkosti steny. Na ochranu pred bleskom a pre budovy so špeciálnymi požiadavkami vzhľadom na informačné technológie, sa môže vyžadovať viac svoriek základového uzemňovača (napríklad pre zvody systému ochrany pred bleskom).

Pre prípoje potrebné mimo základového betónu prechádzajúce zemou treba zohľadniť problémy spojené s koróziou oceľových drôtov. Pre takéto prípoje sa odporúča, aby vstupovali do betónu v budove alebo mimo nej vo vhodnej výške nad úrovňou zeme.

Kovová výstuž základov budovy sa môže použiť ako uzemňovač za predpokladu, že je dôkladne pripojená. Pre zvárané spoje sa vyžaduje schválenie osoby zodpovednej za konštrukčný návrh a analýzu konštrukcie budovy. Prípoje realizované iba ovinutým železným drôtom nie sú vhodné na účely ochrany, ale môžu byť dostačujúce na účely EMC pre informačné technológie. Ako uzemňovač sa nesmie použiť predpätá výstuž. Ak sa na výstuž používa zváraná mreža z drôtov s menším prierezom, môže sa použiť ako uzemňovač za predpokladu, že je dôkladne pripojená vo viacerých rozdielnych bodoch (viac ako jednom) k svorke alebo k iným častiam uzemňovača na zabezpečenie aspoň rovnakého prierezu ako sa vyžaduje v tabuľke 4.3.1.2.1. Minimálny priemer jednotlivých drôtov takejto mreže by mal byť 5 mm s aspoň štyrmi prepojmi medzi svorkou a mrežou v rozličných bodoch každej mreže.

Rozvod uzemňovačov by nemal prechádzať nad spojmi medzi jednotlivými časťami väčších

základov. V takýchto priestoroch by sa mali inštalovať vhodné ohybné konektory mimo betónu, ktoré zabezpečia potrebné elektrické pripojenia.

Základové uzemňovače uložené v betóne jednotlivých základov (napríklad pri stavbe veľkých hál) mali by byť spojené s inými časťami základového uzemňovača zapusteného v betóne s použitím vhodných uzemňovacích vodičov.

Možné problémy s koróziou iných uzemnených inštalácií mimo uzemňovačov

uložených v betóne

Obyčajná oceľ (holá alebo žiarovo pozinkovaná) uložená v betóne vyvoláva elektrochemický potenciál rovnajúci sa potenciálu medi uloženej v zemi. V dôsledku toho existuje riziko elektrochemickej korózie vyskytujúce sa v iných uzemňovacích sústavách zostrojených z ocele uloženej do zeme v blízkosti základu a dotýkajúcej sa základového uzemňovača uloženého v betóne. Tento účinok je pozorovateľný aj pri vystužených základoch veľkých budov.

Nijaký oceľový uzemňovač sa nesmie inštalovať priamo z betónu základu do zeme, s výnimkou uzemňovačov vyrobených nehrdzavejúcej ocele alebo uzemňovačov, ktoré sú inak dobre chránené vhodnou priemyselnou ochranou pred vlhkosťou. Neskoršie pozinkovanie ponorením do taveniny alebo ochrana náterom, prípadne inými podobnými materiálmi, nie je dostatočné na takýto účel. Dodatočné uzemňovacie sústavy okolo alebo v blízkosti takýchto budov by sa mali zostrojiť z iného materiálu ako je pozinkovaná oceľ, aby sa zabezpečila dostatočná životnosť tejto časti uzemňovacej sústavy.

Kompletizácia základových uzemňovačov uložených v betóne

Po príprave uzemňovačov a/alebo pripojenej výstuže, ale ešte pred naliatím betónu, by odborne spôsobilá osoba mala spraviť posúdenie a zdokumentovanie sústavy. Dokumentácia by mala obsahovať opis, plány a fotografie a mala by tvoriť časť celej dokumentácie elektrickej inštalácie.

Betón použitý pre základ by sa mal spraviť aspoň z 240 kg cementu na m3 betónu. Betón musí mať vhodnú polohustú konzistenciu, aby vyplnil všetky otvory pod uzemňovačmi.

PRÚDOVÁ ZAŤAŽITEĽNOSŤ UZEMŇOVAČOV

Pôda v okolí uzemňovača sa prechodom prúdu ohrieva a teplo sa rozvádza do okolia. Ako sa toto teplo rozvádza, závisí od druhu pôdy, jej vlhkosti a vodivosti, veľkosti a tvaru uzemňovača a od toho, ako je prúdovo zaťažený. Ak je uzemňovač prúdovo preťažený, vysušuje sa okolitá pôda, zahrieva sa, a tým stúpa jej odpor a napätie okolo uzemňovača. Norma uvádza prúdovú zaťažiteľnosť uzemňovačov uložených v pôde, vztiahnutú na plochu povrchu uzemňovača, v závislosti od času prechodu prúdu a rezistivity pôdy.

Pre uzemňovače uložené v betóne platia hodnoty dovolenej prúdovej hustoty vztiahnuté na plochu betónu, ktorý je obklopený zemou. Tu je navyše uvedená hustota najvyššieho dovoleného rázového prúdu 50 kA/m2. Pri uzemňovačoch uložených v pôde toto obmedzenie neplatí. Naopak, pri prechode prúdu do zeme a pri vytvorení elektrického poľa dochádza k prierazu pôdy v okolí uzemňovača, čo sa prejaví ako zväčšenie uzemňovača. Výsledkom je zníženie jeho odporu.

Prúdová zaťažiteľnosť náhodných a zhotovených uzemňovačov uložených v pôde sa určuje podľa tabuľky 4.3.1.2.2. Pre náhodné a zhotovené uzemňovače uložené v betóne sa dovolené prúdové hustoty, ktoré sa vzťahujú na plochu betónového základu, určujú podľa

 
 Váš názor
Čo by ste zmenili na tomto portáli?
 Úspešne odoslané
Input: