1
Dr inż. Witold Jabłoński Wrocław lipiec 2008 r.
witold.jablonski@pwr.wroc.pl
OCENA SKUTECZNOŚCI UZIEMIENIA STACJI
ELEKTROENERGETYCZNYCH ŚN/NN PODCZAS ZWARĆ
DOZIEMNYCH - MITY I RZECZYWISTOŚĆ
1
W artykule zwrócono uwagę na występujące coraz częściej niekorzystne konsekwencje oceny
skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu w stacjach ŚN/nn, opartej na
obliczanych w sposób uproszczony największej dopuszczalnej rezystancji uziemienia. Omó-
wiono zasady ograniczania zagrożenia porażeniowego na terenia stacji i poza nią, zadania
uziemień w ograniczaniu innych zagrożeń występujących podczas zwarć doziemnych w sta-
cyjnych urządzeniach wysokiego napięcia oraz wymagania aktualnych norm tematycznie
związanych z poruszanymi zagadnieniami.
1. Wstęp
Po roku 1990 opracowywane wcześniej w Polsce akty normatywne zaczęto zastępować,
początkowo normami międzynarodowymi (IEC), a następnie normy międzynarodowe – nor-
mami europejskimi (CENELEC). Wraz z wprowadzaniem nowych wymagań są też noweli-
zowane terminy stosowane w normach i ich definicje. W poniższym tekście stosowana jest
terminologia podana w normie PN-EN 61140;2005 [3] systematycznie wprowadzana do norm
europejskiej.
Wprowadzane do katalogu PKN normy są trudnodostępne, drogie, często nowelizowa-
ne i nie zawsze tłumaczone przez osoby znające zagadnienia objęte zakresem normy. Nic
więc dziwnego, że wielu projektantów i osób zajmujących się eksploatacją obiektów elektro-
energetycznych nie zna lub nie do końca poprawnie interpretuje aktualne wymagania. Często
stosują oni rozwiązania techniczne oparte na tradycyjnych, nieaktualnych zasadach. Dotyczy
to m.in. projektowania i oceny skuteczności uziemień stacji transformatorowo-rozdzielczych
ŚN/nn.
Do powszechnych praktyk, które mogą prowadzić do rozwiązań trudnych do wykona-
nia, kosztownych a nieraz wręcz niekorzystnych lub niepełnych, należą:
1. ocenianie skuteczności uziemienia stacji w oparciu o rezystancję R
E
obliczaną z do-
puszczalnych napięć dotykowych rażeniowych U
Tp
lub napięć dopuszczalnych
uszkodzeniowych U
F,
2. przyjmowanie, że punkty neutralne zasilonej sieci niskiego napięcia należy zawsze
łączyć z uziomem stacji zasilającej.
Niestety takie rozwiązania są rozpowszechniane również przez osoby szkolące elektry-
ków lub przyszłych elektryków i osoby piszące artykuły w czasopismach elektrotechnicz-
nych.
Aby nie być gołosłownym przytoczono poniżej fragment tekstu opracowanego przez
osobę, która według uzyskanych informacji prowadzi zajęcia z ochrony przeciwporażeniowej
na studiach podyplomowych jednej z wyższych polskich uczelni techniczneych.
Pierwszy fragment dotyczy schematu blokowego algorytmu projektowania instalacji
uziemiającej stacji elektroenergetycznych zamieszczony w normie PN-E-05115 [2] (tłuma-
czenie normy wydanej przez CENELEC). Autor opracowania napisał:
1
Artykuł ukazał się w numerze 107 (sierpień 2008 r.) miesięcznika „INPE”
2
„Schemat blokowy algorytmu projektowania instalacji uziemiającej podany na rys. 3.8
jest:
- bardzo skomplikowany,
- nie ujmuje wszystkich aspektów tego procesu, które zostaną omówione w rozdzia-
łach 3.7 i 3.8,
- zastosowanie środków dodatkowych typu M jest w praktyce trudne i dlatego w obli-
czeniach w zasadzie nie stosowany”.
Przywołane w cytowanym wyżej tekście numery rysunku i rozdziałów są numerami za-
stosowane w opracowaniu, którego fragmenty są cytowane.
Można się dziwić, że dla elektryka po studiach wyższych przywołany schemat blokowy
jest „bardzo skomplikowany”. Autor cytowanego tekstu nie zauważył również, że jest to algo-
rytm projektowania uziemienia ochronnego stacji. Nie obejmuje on oceny uziemienia, które-
go uziom może być wykorzystywany dla ochrony odgromowej oraz jako uziemienie ochron-
ne i robocze zasilanych sieci niskiego napięcia. Zagadnienia te są omówione w osobnych
punktach normy PN-E-05115 [2] oraz w dziale 442 normy PN-IEC 60364 [4]. Równocześnie
Autor opracowania pisze, że algorytm nie uwzględnia doboru rezystancji uziomu wynikającej
ze zwarcia pośredniego (rozdz. 3.8) choć sam twierdzi, że taka sytuacja nie jest rozważana w
normach. Nie wiadomo dlaczego Autor głosi, że jest taki obowiązek. Ja o nim nie słyszałem.
I wreszcie sprawa środków uzupełniających M, rzekomo „bardzo trudnych do zastoso-
wania”. Są one stosowane powszechnie od kilkudziesięciu lat. Niektóre z nich (np. uziomy
wyrównawcze) są bardzo skuteczne i wcale nie trudne do wykonania.
Drugi fragment wcześniej wspomnianego opracowania dotyczy obliczania dopuszczal-
nej rezystancji uziomu stacji.
„Obliczamy rezystancję uziomu z dwóch zależności:
E
Tp
E
I
U
2
R
,
E
F
E
I
U
R
”.
Autor tego tekstu pisze dalej, że do realizacji należy wybrać uziom o najmniejszej rezy-
stancji wyliczonej z wyżej przytoczonych wzorów i wcześniej podanego przez niego wzoru,
w którym uwzględnia się zwarcie pośrednie. Niestety autor nie pisze, że druga ww. zależność
dotyczy jedynie stacji zasilających sieć nn. pracującą w układzie TN z punktem neutralnym N
połączonym z uziomem stacji, oraz że rezystancja R
E
to wypadkowa rezystancja wszystkich
połączonych równolegle uziomów punktu neutralnego sieci nn. i uziomów przewodów PEN
tej sieci. Nie wyjaśnia również, że nie trzeba tej zależności uwzględniać jeżeli punkt neutralny
sieci nn. będzie połączony z uziomem niezależnym od uziomu stacji.
Zobaczmy jakie mogłyby być wymagania stawiane uziemieniu stacyjnemu w wyniku
obliczeń rezystancji uziemienia (wg cytowanych wzorów) dla stacji eksploatowanej przez
Oddział Wrocławski Koncernu EnergiaPro, zasilanej z sieci średniego napięcia, uziemionej
przez rezystor wymuszający przy zwarciach doziemnych składową czynną prądu równą 500A
przez czas 0,5 s.
Dla czasu 0,5 s największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U
Tp
(odczytane
z rys. 9.1. normy PN-E-05115 [2]) wynosi ok. 220V a napięcie uszkodzenia U
F
(odczytane z
rys. 44A normy PN-IEC 60364 [4]) wynosi około 130V. Przyjmując, że na terenie stacji prąd
I
E
= 550 A otrzymamy:
8
,
0
550
440
I
U
2
R
E
Tp
E
24
,
0
550
130
I
U
R
E
F
E
Należałoby więc przyjąć, że rezystancja uziemienia stacji nie może przekroczyć 0,24 Ω.
Jeżeli stacja taka będzie budowana z dala od gęstej sieci uziomów lokalnych, to wykonanie
3
tego uziomu będzie praktycznie niemożliwe, a jeżeli nawet uzyska się taką wartość, to koszty
wykonawstwa uziomu będą bardzo duże.
Dla ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu wystarczy zaprojektować uziom
poziomy o rezystancji np. kilkudziesięciu omów ale sterujący rozkładem potencjałów tak, aby
napięcia dotykowe rażeniowenie U
T
nie przekraczały wartości dopuszczalnych U
Tp
oraz
punkt neutralny sieci średniego napięcia połączyć z uziomem niezależnym od uziomu stacji.
Rozwiązanie proste i znacznie tańsze, ale trzeba wiedzieć jak taki uziom zaprojektować. Nie-
stety wiedzą o tym najczęściej tylko projektanci dużych biur projektowych, którzy podjęli
wysiłek opracowania odpowiednich programów komputerowych lub opracowali typowe
układy uziomowe dla określonych warunków geoelektrycznych.
2. Zagrożenie ludzi i urządzeń podczas zwarć doziemnych w stacyjnych urządzeniach
średniego napięcia
Poniżej zestawiono zagrożenia mogące wystąpić podczas zwarć doziemnych w stacyj-
nych urządzeniach średniego napięcia. Pominięto przy tym zagrożenia jakie mogą wystąpić
przy wyładowaniach atmosferycznych, gdyż ochrona przed takimi zagrożeniami powinna być
omówiona w osobnym artykule, a poza tym uziom stacji zaprojektowany dla innych celów
zwykle ma rezystancję mniejszą od wymaganej przez ochronę odgromową.
Rodzaje zagrożeń, które mogą być wywołane zwarciami doziemnymi w stacyjnych
urządzeniach średniego napięcia to:
1 – zagrożenie porażeniowe na terenie stacji,
2 – zagrożenie porażeniowe poza stacją wywołane potencjałem uziomu stacyjnego wy-
noszonego przez części przewodzące obce (np. rury, szyny kolejowe, ogrodzenia
stacji) lub części przewodzące dostępne urządzeń średniego napięcia (np. części ka-
bli),
3 – zagrożenie porażeniowe w zewnętrznych sieciach rozdzielczych i instalacjach ni-
skiego napięcia, spowodowane wynoszonym potencjałem uziomu stacyjnego
przewodami PEN połączonymi z uziomem stacji,
4 – zagrożenie izolacji zewnętrznych urządzeń niskiego napięcia zasilanych ze stacji.
Zapobieganie poszczególnym zagrożeniom może wymagać zaprojektowania odpowied-
niej konfiguracji i parametrów stacyjnego uziemienia i uziemień z nim połączonych, zastoso-
wania odpowiednich środków uzupełniających M i doboru izolacji o odpowiedniej wytrzyma-
łości elektrycznej oraz połączenia punktu neutralnego zasilanej sieci niskiego napięcia do
uziomu niezależnego od uziomu stacji.
Na rysunku 1 przedstawiono jakie z ww. zagrożeń należy rozpatrywać w zależności od
typu zasilanej sieci nn. i połączenia punktu N tej sieci od uziomem stacji, lub z uziomem ze-
wnętrznym.
3. Wymagania stawiane ochronie przed zagrożeniami wywołanymi prądami zwarć do-
ziemnych w stacyjnych urządzeniach średniego napięcia
Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu (patrz zagrożenie nr 1) powinna na
terenie stacji ograniczać napięcia dotykowe rażeniowe U
T
do wartości największych dopusz-
czalnych U
Tp
,.
Tp
T
U
U
(1)
Wartości napięć U
Tp
przedstawiono (za normą PN-E-05115 [2]) na rysunku 2.
4
Zasilana sieć nn. pracuje
w układzie TN
Zasilana sieć nn. pracuje
w układzie TT
Stacje transformatorowo-rozdzielcze
ŚN/nn
zasilające sieci TN lub TT
Punkt N sieci nn
połączony z
uziomem stacji
Punkt N sieci nn
połączony z
uziomem stacji
Punkt N sieci nn
niepołączony z
uziomem stacji
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Zagrożenie nr
Zagrożenie nr
Zagrożenie nr
Zagrożenie nr
+
+
-
-
+
+
-
+
+
+
-
-
+
+
+
-
Punkt N sieci nn
niepołączony z
uziomem stacji
Rys 1. Zagrożenia występujące podczas zwarć doziemnych w urządzeniach wyższego napię-
cia stacji transformatorowo-rozdzielczych zasilających sieci niskiego napięcia pracujące w
układach TN lub TT. Cyfry oznaczają rodzaj zagrożenia opisany powyżej
60
80
200
100
300
400
600
800
1000 V
0,1
0,2
0,4
0,7
1
2
4
7
10 s
0,05
N
aj
w
ię
k
sz
e
d
o
p
u
sz
cz
al
n
e
n
ap
ię
ci
a
ra
że
n
io
w
e
d
o
ty
k
o
w
e
U
T
p
C zas t przepływ u prądu rażeniowego I
F
B
Rys. 2. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe rażeniowe U
Tp
w zależności od czasu t
F
przepływu prądu rażeniowego [2]
Norma PN-E-05115 uznaje, że warunek (1) jest spełniony, gdy:
- instalacja uziemiająca jest częścią zespolonej instalacji uziemiającej, lub
- napięcie uziomowe U
E
nie przekracza dwukrotnej wartości największego dopusz-
czalnego napięcia dotykowego r
ażeniowego U
Tp
U
E
≤ 2 U
Tp
,
(2)
lub
- są wykonane, określone środki uzupełniające M, których oznaczenia odpowiednie do
wartości napięcia uziomowego U
E
i czasu trwania doziemienia t
F
podano w tablicy 1.
5
Tablica 1. Zakres zastosowania określonych uznanych środków M dla stacji, pozwalających
ograniczyć napięcia U
T
do wartości nie przekraczających U
Tp
przy odpowiednich napięciach
uziomowych i czasach przepływu prądu zwarcia doziemnego [2]
Czas zwarcia t
F
U
E
Przy zewnętrznych ścianach i
ogrodzeniach rozdzielni
Na terenie rozdzielni
wnętrzowej napowietrznej
t
F
5 s
U
E
4U
Tp
M1 lub M2
M3
M4.1 lub M4.2
U
E
4U
Tp
U
T
U
TP
M3
M4.2
t
F
5 s
U
E
4U
Tp
M1 lub M2
M3
M4.2
U
E
4U
Tp
U
T
U
TP
Powyżej użyto dwa terminy wymagające wyjaśnienia, tzn. „zespolona instalacja uziemi-
jąca” i „uznane środki M”. Terminy te są wyjaśnione w punktach 4 i 6.
Norma PN-E-05115 [2] dopuszcza ocenianie skuteczności ochrony przy uszkodzeniu
również przy uwzględnianiu dodatkowych rezystancji występujących w obwodzie rażeni-
owym, tzn. na podstawie porównania napięcia uziomowego U
E
z podwójną wartością obli-
czonego największego dopuszczalnego napięcia dotykowego spodziewanego U
STp
.
U
E
≤ 2 U
STp
(3)
W ww. normie podano sposób obliczania wartości U
STp
i podano przykładowe wyniki
obliczeń. Wyniki obliczeń wykonanych przez autora artykułu i dr J. Koniecznego przytoczo-
no na rysunku 3.
(5)
0,1
0,2
0,4
0,7 1
2
4
7
0,05
Czas t trwania uszkodzenia (rażenia)
F
N
a
jw
ię
k
sz
e
d
o
p
u
sz
cz
al
n
e
n
ap
ię
ci
a
d
o
ty
k
o
w
e
sp
o
d
z
ie
w
a
n
e
U
S
T
p
1000
60
80
200
100
300
400
600
800
10000 V
2000
3000
4000
6000
8000
(4)
(3)
(2)
(1)
Rys. 3. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe spodziewane U
STp
w zależności od czasu
t
F
trwania uszkodzenia (trwania rażenia) i rezystancji R
a
Zależności U
STp
od czasu t
F
oznaczone na rysunku 2 cyframi od 1 do 5 wyliczone zosta-
ły dla wartości rezystancji R
a
, na którą składają się rezystancja obuwia R
a1
i rezystancji sta-
6
nowisk R
a2
(R
a
=R
a1
+ R
a2
= R
a1
+ 1,5 ρ
s
, gdzie ρ
s
jest rezystywnością warstwy przypo-
wierzchniowej
stanowiska w Ω m).
Poszczególne krzywe wyznaczono dla:
(1) R
a
= 750 Ω (R
a1
= 0 Ω, ρ
s
= 500 Ω m),
(2) R
a
= 1750 Ω (R
a1
= 1000 Ω, ρ
s
= 500 Ω m),
(3) R
a
= 2500 Ω (R
a1
= 1000 Ω, ρ
s
= 1000 Ω m),
(4) R
a
= 4000 Ω (R
a1
= 1000 Ω, ρ
s
= 2000 Ω m),
(5) R
a
= 7000 Ω (R
a1
= 1000 Ω, ρ
s
= 4000 Ω m).
Na rysunku 4 przedstawiono za PN-E-05115 [2] algorytm projektowania uziemienia
ochronnego w instalacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, w tym stacji ŚN/nn.
pośrednim.
Na schemacie tym prostokąt początkowy „projekt podstawowy” oznacza dobór pier-
wotnej konfiguracji uziomu (uwzględniającego rozmieszczenie części uziemianych), dobór
elementów uziemienia ze względu na ich wytrzymałość mechaniczną, korozyjną i cieplną
oraz dobór uziemienia ze względu na ochronę przed uszkodzeniem urządzeń i wyposażenia
stacji.
Wyznaczenie I
E
i Z
E
a stąd
U
E
= I
E
x Z
E
U
E
< 4 U
Tp
Wyznaczenie U
T
lub I
B
U
T
< U
Tp
lub
I
B
< I
Bp
U
E
< 2 U
Tp
Projekt
podstawowy
dodatkowe
(elementy) uziomu
Środki
uzupełniające M
Projekt prawidłowy
ze względu na U
TP
Tak
Tak
Tak
Nie
Nie
Nie
U
E
< 2 U
lub
STp
Rys. 4. Projektowanie instalacji uziemiających stacji elektroenergetycznej ze względu na do-
puszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U
Tp
(I
B
to prąd rażeniowy a I
Bp
najwyższy dopusz-
czalny prąd rażeniowy) [2]
Zasady ograniczania napięć dotykowych rażeniowych U
T
opisano w p.5. a środki
ochrony przy uszkodzeniu (przy dotyku pośrednim) – w p. 6.
7
Ochrona przeciwporażeniowa poza stacją zapobiegająca zagrożeniom wywołanym
potencjałem uziomu stacyjnego wynoszonym przez części przewodzące obce (np. rury,
szyny kolejowe, zewnętrzne ogrodzenia) lub części przewodzące dostępne urządzeń śred-
niego napięcia (np. części kabli) (patrz zagrożenie nr 2) polega głównie na ograniczeniu na-
pięć dotykowych rażeniowych U
T
w miejscach spodziewanego zagrożenia do wartości do-
puszczalnych lub niedopuszczeniu do wynoszenia napięcia uziomowego poza stację. Sposoby
zapobiegania takim zagrożeniom są opisane w załączniku normatywnym F normy PN-E-
05115 [2].
Ochrona zapobiegająca zagrożeniom porażeniowym w zewnętrznych sieciach ro
z-
dzielczych i instalacjach niskiego napięcia spowodowanych wynoszeniem potencjału
uziomu stacyjnego przez przewody PEN połączone z uziomem stacji (patrz zagrożenie nr
3) (dotyczy sieci i instalacji niskiego napięcia pracujących w układzie TN), powinna, wg dzia-
łu 442 normy PN-IEC 60364 [4] polegać na:
- ograniczeni napięcia uziomowego U
E
uziemienia stacji i połączonych z nią lokalnych insta-
lacji uziemiających wysokiego napięcia oraz uziemień przewodów PEN zasilanych sieci ni-
skiego napięcia do wartości największego dopuszczalnego napięcia uszkodzeniowego U
F
odczytanego z rysunku 5,
U
E
≤ U
F
(4)
lub
- uziemienia punktów neutralnych zasilanych sieci TN z uziomem zewnętrznym, niezależ-
nym od uziemienia stacji (obwody niskiego napięcia zasilane z sieci TN powinny pracować
w takim przypadkach w układzie TT, patrz p 7).
50
200
100
500
1000
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
20
10
67
40
ms
U V
670
F
T
t
F
Rys.5. Zależności największego dopuszczalnego napięcia uszkodzeniowego (zakłóceniowe-
go) U
F
(krzywa F) i napięcia dotykowego U
STp
(krzywa T) sieciach rozdzielczych i instala-
cjach niskiego napięcia spowodowanych zwarciem doziemnym w instalacji wysokiego napię-
cia od czasów trwania doziemienia t
F
8
Ochrona izolacji zewnętrznych urządzeń niskiego napięcia zasilanych ze stacji
(patrz zagrożenie nr 4) (dotyczy sieci i instalacji niskiego napięcia pracującej w układzie TT)
powinna wg normy PN-E-05115 [2] i działu 442 PN-IEC 60364 [4] polegać na:
- ograniczeniu napięcia uziomowego U
E
uziemienia stacji lokalnej lub zespolonej in-
stalacji uziemiającej (jeżeli stacja jest do takiej przyłączona) zasilającej sieć pracują-
cą w układzie TT do wartości:
U
E
≤ 1200 V, gdy t
F
≤ 5 s, lub
U
E
≤ 250 V, gdy t
F
> 5 s,
lub
- uziemienia punktów neutralnych zasilanych sieci TT z uziomem zewnętrznym, nie-
zależnym od uziemienia stacji.
Uzasadnienie wymagań dla dwóch ostatnich ochron wynika ze schematów elektry-
cznych i ich opisów zamieszczonych w p. 7
4. Zespolona instalacja uziemiająca
W normie PN-E-05115 podano następującą definicję zespolonej instalacji uziemiającej:
„Zespolona instalacja uziemiająca: Równoważny układ uziemiający, utworzony przez
wzajemne połączenia lokalnych instalacji uziemiających, który dzięki bliskości instalacji
uziemiających (lokalnych) zapewnia, że nie występują wówczas niebezpieczne napięcia doty-
kowe. Rozwiązanie to prowadzi do takiego rozpływu prądu zwarcia doziemnego, który po-
woduje obniżenie napięcia uziomowego w lokalnej instalacji uziomowej i kształtuje prawie
ekwipotencjalną powierzchnie”.
Powyższa definicja zawiera sformułowania ogólne, z których interpretacją ma trudności
wielu elektryków. Analiza tej definicji prowadzi do wniosku, że zespolona instalacja uziemia-
jąca powinna charakteryzować się następującymi cechami:
- powinna zapewniać, że napięcia U
T
nie przekroczą U
Tp
,
- powinna składać się z lokalnych instalacji uziemiających, które znajdują się blisko
siebie,
- przerwanie połączeń elektrycznych między lokalnymi instalacjami uziemiającymi
powinno być bardzo mało prawdopodobne (to nie wynika z definicji zawartej w
normie ale jest to oczywiste).
Warunek odpowiedniego ograniczenia napięć dotykowych rażeniowych U
T
można
uznać za spełniony jeżeli napięcie uziomowe U
E
≤ 2 U
Tp
(U
E
≤ U
STp
) oraz konfiguracja
uziomu ochronnego uziemienia lokalnego będzie typowa dla danego obiektu energoelek-
trycznego (uziom poziomy otokowy dla uziomu o niewielkich rozmiarach lub kratowy dla
uziomu stacji o dużych rozmiarach).
Warunek „bliskości” lokalnych instalacji uziemiających wchodzących w skład zespolo-
nej instalacji uziemiającej jest już trudniejszy do ścisłego zdefiniowania. Określenie „blisko”
każdy może rozumieć inaczej. Tą odległość można obliczyć ale nie jest to obliczenie proste.
Można przyjmować z dużym prawdopodobieństwem, że lokalne instalacje uziemiające znaj-
dujące się na terenach osiedla, niewielkiego miasta, terenach przemysłowych lub handlowych.
Warunek utrzymania połączeń między lokalnymi instalacjami uziemiającymi może być
różnie realizowany. Mogą to być połączenia stałe zrealizowane głównie dla tego celu, np.
przez zastosowanie połączeń za pomocą bednarek lub przy wykorzystaniu elementów prze-
wodzących żył kabli i/lub przewodów ochronnych, powrotnych itp. Wykorzystanie dla oma-
wianego celu elementów linii kablowych lub napowietrznych, a także metalowych rurocią-
gów wodnych (za zgodą właściciela) jest rozwiązaniem tańszym, ale zwiększa prawdopodo-
bieństwo przerwania połączenia na skutek wyłączenia, likwidacji lub zmiany typu przewo-
dów lub rur. Dlatego przy takich połączeniach powinny być połączenia rezerwowe nie należy
ich wymagać zbyt pochopnie. Warto pamiętać, że w podstawowych zasadach bezpieczeństwa
9
zamieszczonych w normie PN-EN 61140 [3] zapisano, iż części przewodzące dostępne nie
powinny być niebezpieczne w warunkach normalnych lub w przypadku pojedynczego uszko-
dzenia (pojedyncze uszkodzenie to uszkodzenie ochrony podstawowej – czyli ochrony przy
dotyku bezpośrednim).
Po dyskusji z dr L. Danielskim i dr J. Koniecznym (pracownikami Politechniki Wro-
cławskiej) przyjęliśmy następującą definicję „zespolonej instalacji uziemiającej”.
Zespolona instalacja uziemiająca
to układ utworzony przez połączenie lokalnych in-
stalacji uziemiających wysokiego napięcia (U > 1 kV) i instalacji uziemiających niskiego na-
pięcia, które spełniają następujące wymagania:
1. wypadkowe napięcie uziomowe połączonych instalacji uziemiających U
E
nie przekra-
cza dwukrotnej wartości największej dopuszczalnej wartości napięcia dotykowego ra-
żeniowego U
Tp
U
E
≤ 2 U
Tp
.
2. lokalne instalacje uziemiające wysokiego napięcia powinny mieć typowe uziomy po-
ziome stosowane w ochronie przy dotyku pośrednim (przy uszkodzeniu) tj. uziomy
otokowe (gdy instalacja zajmuje niewielki teren) lub uziomy kratowe (gdy instalacja
zajmuje duży teren),
3. wzajemna odległość połączonych lokalnych instalacji uziemiających nie przekracza
kilku kilometrów, np. są zlokalizowane na terenie osiedla, na terenach przemysłowych
lub handlowych,
4. lokalne instalacje uziemiające niskiego napięcia powinny spełniać wymagania norm
PN-IEC 60364-4-442 oraz PN-E-05115, dopuszczające łączenie instalacji uziemiają-
cych niskiego napięcia z instalacjami uziemiającymi wysokiego napięcia,
5. połączenia między lokalnymi instalacjami uziemiającymi powinny być trwałe, tzn. nie
przewidziano ich rozłączania w czasie normalnej eksploatacji a przy przerywaniu ich
ciągłości w czasie prac konserwacyjnych i remontowych jest przewidziane połączenie
rezerwowe.
Uwaga:
Przyłączając do zespolonej instalacji uziemiającej kolejną lokalną instalację uziemiającą
wysokiego napięcia należy sprawdzić czy ta ostatnia spełnia warunki wymienione w definicji
zespolonej instalacji uziemiającej. Przy sprawdzaniu warunku 1 można przyjąć wartość na-
pięcia uziomowego ustaloną wcześniej dla zespolonej instalacji uziemiającej.
5. Zasady ograniczania napięć dotykowych rażeniowych U
T
Przy dotyku pośrednim przez ciało człowieka popłynie zwykle jedynie niewielka
część prądu doziemnego. Obwód rażeniowy jest wtedy gałęzią równoległą do części obwodu
zwarciowego i ma znacznie większy opór. Na rysunku 6 przedstawiono część obwodu zwar-
ciowego w postaci rezystora (symbolizującego uziom o rezystancji R
E
), przez który płynie
prąd uziomowy I
E
oraz obwód rażeniowy składający się z rezystancja przejścia między
ręką a dotykaną konstrukcją R
r
, rezystancja ciała człowieka R
T
i dwie rezystancje przej-
ścia między stopą a zi
emią R
n
. Na rysunku tym zaznaczono również napięcie uziomowe
U
E
, napięcie dotykowe spodziewane U
ST
oraz napięcie dotykowe rażeniowe U
T
.
10
I
E
U
ST
U
E
R
r
R
T
R
n
R
n
U
T
I
B
R
E
Rys. 6. Schemat zastępczy obwodu rażeniowego zasilanego napięciem dotykowym spodzie-
wanym U
ST
( wyjaśnienia zastosowanych oznaczeń w tekście nad rysunkiem)
Analizując, przedstawiony na rysunku 6, obwód rażeniowy zasilany napięciem dotykowym
spodziewanym U
ST
łatwo zauważyć, że napięcie dotykowe rażeniowe można obliczyć z za-
leżności:
T
ST
E
E
T
ST
E
n
T
r
T
ST
T
α
α
I
R
α
α
U
0,5R
R
R
R
U
U
(4)
gdzie:
ST
- współczynnik dotykowy (
ST
= U
ST
/ U
E
),
T
- współczynnik rażeniowy (
T
=
U
T
/U
ST
), U
E
, R
E,
I
E
, R
r
, R
n
, R
T
– jak na rysunku 4
W praktyce napięcie dotykowe rażeniowe U
T
można zmniejszyć przez zmniejszenie
wartości R
E
,
ST
i
T.
Przez zmniejszenie rezystancji R
E
zmniejsza się przede wszystkim potencjał części
uziemianej. Maleje wtedy, jak to pokazano na rysunku 7, napięcie uziomowe U
E
(od U
E1
do
U
E2
) oraz napięcie dotykowe spodziewane U
ST
(od U
ST1
do U
ST2
) a więc prąd I
B
i napięcie
dotykowe rażeniowe U
T
.
U
U
U
U
ST2
ST1
SS1
SS2
E
R
E
I
U
U = I R
E1
E
E1
E2
b)
a)
E1
U
U
U = I R
E2
E
E2
Rys. 7. Zależność napięcia U
ST
i U
SS
od rezystancji uziomu R
E
: a) szkic sytuacyjny; b) roz-
kład potencjałów i napięcie dotykowe
11
Zwykle ten sposób ograniczania napięć stosuje się wtedy, gdy prąd uziomowy jest nie-
wielki, tj. w urządzeniach średniego napięcia pracujących w sieciach z kompensacją prądów
doziemnych pojemnościowych
Bezpośrednim skutkiem zmniejszenia wartości współczynnika dotyku
ST
jest
wzrost potencjału stanowiska (tym samym maleje różnica potencjałów części uziemianej i
stanowiska a więc i napięcia U
ST
).
Na rysunku 8 przedstawiono szkic sytuacyjny i rozkład potencjałów na powierzchni
gruntu w przypadku, gdy w pobliżu konstrukcji, na której może pojawić się napięcie, ułożono
płytę lub siatkę metalową (zamiast uziomu pogrążonego w gruncie). W sytuacji tej napięcie
dotykowe w stosunku do płyty (siatki) maleje do zera (U
ST
= 0) a więć i współczynnik doty-
kowy tez jest równy zero (
ST
= 0). Niebezpieczne może być jedynie napięcie krokowe U
SS
poza płytą, ale jest to zwykle zagrożenie pomijalne.
E
R
E
I
U
U = I R
E
E
E
U = 0
ST
U = 0
SS
b)
a)
E
U
Rys. 8. Rozkład potencjałów na płycie metalowej i w jej pobliżu: a) szkic sytuacyjny,
b) rozkład potencjałów
Płyta metalowa (siatka) ułożona na powierzchni gruntu ma zwykle bardzo dużą rezy-
stancję. Nie może więc ona zastępować uziomu, od którego wymaga się niewielkiej rezystan-
cji ze względu na pełnioną obok funkcji ochronnej inną funkcję. Płyta (lub siatka) powinna
być w takich przypadkach stosowana wraz z uziomem zagłębionym w grunt.
Na rysunku 9 a) przedstawiono uziom poziomy kratowy (składający się z dwóch oczek)
pogrążony na głębokość t. Zastosowanie uziomu poziomego kratowego (lub otokowego) po-
zwala na uzyskanie efektu niewiele gorszego (
ST
bardzo małe) od tego jaki daje płyta meta-
lowa lub siatka ułożona na powierzchni gruntu. W rozpatrywanym przypadku można bowiem
równocześnie zmniejszyć:
ST
, R
E
, zużycie metalu, zagrożenie mechanicznego uszkodzenia
metalu oraz wpływ sezonowych zmian rezystywności gruntu na R
E
.
Gdy uziom kratowy pogrążony na głębokość „t” nie pozwala na niezbędne ograniczenia
U
ST
i U
SS
, pożądany efekt można uzyskać przez zagęszczenie całej lub części kraty i/lub
umieszczenie jej w całości lub w części, na innej głębokości. Efekt zastosowania dodatko-
wych elementów uziomowych można prześledzić na rysunku 9 b).
12
a) b)
A
A
1
2
3
1
2
3
t
1 m
U
SS
U
ST
U
ST
A
A
1
2
3
1
2
3
t
1 m
U
SS
U
ST
U
ST
6
8
9
4
5 7
4
7
8
9
5 6
Rys. 9. Wpływ konfiguracji uziomu kratowego na napięcie dotykowe U
ST
i krokowe U
SS
:
uziom kratowy prosty; b) uziom kratowy zagęszczony z elementami ułożonymi na różnej
głębokości
Zmniejszenie napięcia rażeniowego dotykowego U
T
przez zmniejszenie
T
można
realizować przez zwiększenie rezystancji przejścia R
r
i/lub R
n
(patrz rys.6) będących elemen-
tami obwodu rażeniowego. Zwiększenie tych rezystancji można uzyskać pokrywając war-
stwami izolacyjnymi części, które mogą być dotykane ręką lub stopami. Ten sposób ograni-
czania napięcia U
T
może sprawiać trudności na stanowiskach napowietrznych. W takich
przypadkach warstwy izolacyjne są narażone na działanie bardzo niesprzyjających warun-
ków atmosferycznych i uszkodzenia mechanicznego.
Dotychczas rozpatrywane były możliwości ograniczenia zagrożenia przed dotykiem
pośrednim na drodze ograniczania napięć dotykowych lub zwiększenia rezystancji obwodu
rażeniowego a więc zmniejszenia prądu I
B
i w konsekwencji napięcia rażeniowego U
T
.
Istnieją jeszcze inne drogi osiągnięcia bezpieczeństwa porażeniowego. Należą do nich:
- niedopuszczanie do powstania zwarcia doziemnego (zwiększenie wytrzymałości elek-
trycznej izolacji),
- ograniczanie napięć wynoszonych poza tereny, na których wykonane są uziemienia
ochronne (zastosowanie wstawek izolacyjnych w elementach wynoszących napięcie),
- utrudnianie dostępu do części i miejsc, na których mogą się pojawiać napięcia doty-
kowe i krokowe o dużych wartościach (ogrodzenie miejsc, w których występuje za-
grożenie).
6. Środki ochrony przy uszkodzeniu w elektroenergetycznych stacjach ŚN
/nn
Stacje elektroenergetyczne zasilane z sieci średniego napięcia są wykonywane jako sta-
cje wnętrzowe lub słupowe.
Norma PN-E-05115 [2] nakazuje dla ochrony przy uszkodzeniu (przy dotyku pośred-
nim) w stacjach wysokiego napięcia ( U > 1 kV) stosować uziemienie ochronne.
W ww. dokumencie napisano, że na terenach instalacji elektroenergetycznych z uzio-
mem należy łączyć wszys
tkie części przewodzące dostępne; w przypadkach specjalnych
mogą być tworzone strefy wyizolowane. Równocześnie stwierdzono, że części przewodzące
obce należy uziemiać wtedy, gdy mogą one stwarzać zagrożenie, np. w wyniku występow
a-
nia łuku elektrycznego, sprzężenia pojemnościowego lub indukcyjnego.
13
Uziemienie jest w urządzeniach wysokiego napięcia środkiem ochrony najba
rdziej
trwałym, s
kutecznym i tanim. Uziom na terenie obiektu elektroenergetycznego może a na-
wet powinien, w większości przypadków, być wykorzystywany dla wielu celów, może pełnić
wiele funkcji (uziemienia ochronnego, roboczego, odgromowego).
Zwykle uziom taki umieszcza się
na głębokości 0,6 do 0,8 m. Głębokość ta jest
kompromisem, gdyż ze względu na zmniejszenie U
ST
głębokość pogrążenia t powinna
być jak najmniejsza, zaś ze względu na dążenie do małej wartości R
E
(małej wartości
U
E
) i wyeliminowania znaczenia sezonowych zmian rezystywności na R
E
– głębokość
pogrążenia powi
nna być duża.
W stacjach średniego napięcia wnętrzowych o małej powierzchni uziom jest wyko-
nywany najczęściej jako otokowy. Spełnia on, tak jak uziomy kratowe w stacjach wyż-
szych napięć, nie tylko rolę uziomu ochronnego ale również jest połączeniem wyró
w-
nawczym dla uziemianych części, które człowiek może dotknąć obiema rę
kami.
Inne środki ochrony przy dotyku pośrednim mogą jedynie wspomagać działanie
ochronne uziemienia.
W praktyce, w urządzeniach średniego napięcia stosuje się następujące uzupełniające
środki
ochrony przed dotykiem pośrednim:
- wykonanie uziomu wyrównawczego w postaci uziomu otokowego lub gęstej kraty
zagłębionych na niewielką głębokość pod rozpatrywanym stanowiskiem (podniesie-
nie potencjałów na stanowiskach, z których można dotknąć części uziemiane),
- pokrycie stanowiska warstwą izolacyjną (zwiększenie rezystancji przejścia mię-
dzy stopami i ziemią, a tym samym zwiększenie rezystancji wypadkowej obwodu
rażeniowego),
- wykonanie stanowiska przewodzącego w postaci metalowej płyty lub kraty połą-
czonych z dostępnymi częściami przewodzącymi (zrównanie potencjału stanowiska
z dostępnymi częściami uziemianymi),
- zastosowanie nieprzewodzących przegród (ścian) (uniemożliwienie dotknięcia
części uziemianych poprzez odseparowanie ich od człowieka),
W normie PN-E-05115 [2] tego rodzaju środki ochrony przedstawiono w sposób opi-
sowy, nie zawsze jednakowy dla różnych miejsc ich zastosowania. Środki uzupełniające
oznaczono literą M i dwoma cyframi określającymi miejsce i sposób wykonania danego środ-
ka. Środkom stosowanym na zewnątrz budynków rozdzielni wnętrzowych przypisano pierw-
szą cyfrę 1, na zewnątrz ogrodzeń rozdzielni napowietrznych – 2, w rozdzielniach wnętrzo-
wych – 3 a w rozdzielniach napowietrznych - 4.
Na zewnątrz stacji wnętrzowych średniego napięcia stosowane są niżej opisane środki
uzupełniające M 1 a wewnątrz – M 3. Środki uzupełniające M 2 i M 3 odnoszą się do stacji
napowietrznych, które zdaniem autora niniejszego tekstu nie są stacjami słupowymi. Dlatego
poniżej przytoczono za PN-E-05115 jedynie opisy środków uzupełniających M1 i M3 oraz
opis uziomów wymaganych dla stacji słupowych.
Środki uzupełniające M1
[2] na zewnątrz budynków stacji wnętrzowych to:
M 1.1: Wykonanie dostępnych części ścian z materiałów nieprzewodzących (np. z kamienia
lub drewna) bez uziemionych części metalowych.
M 1.2: Wyrównanie potencjałów przez zastosowanie uziomu poziomego ułożonego na ze-
wnątrz ściany, na głębokości nie większej niż 0,5 m i w odległości ok. 1 m od niej.
M 1.3: Zastosowanie izolowanego stanowiska o szerokości co najmniej 1,25 m
Izolację stanowiska uznaje się przy tym za wystarczającą jeżeli jest to:
- warstwa tłucznia o grubości co najmniej 100 mm,
- warstwa asfaltu na odpowiednim podłożu (np. na żwirze),
14
- mata izolacyjna o minimalnych wymiarach 1 m 1 m i o grubości przynajmniej
2,5 mm lub środek zapewniający izolację równoważną.
Środki uzupełniające M3
[2] w rozdzielniach wnętrzowych to:
M 3.1: Wyrównanie potencjałów przez wykonanie w fundamentach budynku kratowego
układu uziomowego, którego oczka nie będą miały szerokości większej od 10 m lub
zastosowanie metalowych siatek budowlanych o wystarczającej obciążalności prądo-
wej. Uziom taki lub siatki należy łączyć z uziomem stacji co najmniej w dwóch róż-
nych miejscach.
M 3.2: Wykonanie stanowisk metalowych i połączenie ich z uziomem rozdzielni i z dostęp-
nymi ze stanowisk częściami przewodzącymi dostępnymi.
M 3.3: Wykonanie izolowanego stanowiska (patrz M 1.3) i wykonanie połączeń wyrównaw-
czych części, które mogą być jednocześnie dostępne.
Wymagania stawiane instalacjom uziemiającym stacji słupowych są zawarte w załącz-
niku normatywnym F normy PN-E-05115. Wymagania te są następujące:
- dla słupów, na których oprócz przewodów linii są zamontowane jedynie transforma-
tory SN/nn. należy zastosować uziom spełniający wymagania stawiane uziemieniom
transformatora (np. uziom otokowy, uziom pionowy lub uziom fundamentowy),
- dla słupów przewodzących wykonanych z betonu zbrojonego, na których są zamon-
towane urządzenia łączeniowe należy wykonać:
przy obsłudze ręcznej bez zastosowania sprzętu izolacyjnego (np. narzędzi izola-
cyjnych, mat izolacyjnych lub rękawic izolacyjnych) - uziomy wyrównujące po-
tencjały na powierzchni stanowisk, z których są obsługiwane napędy urządzeń
łączeniowych; uziomy te powinny być uziomami wyrównawczymi kratowymi o
gęstych oczkach,
przy zastosowaniu izolowanego stanowiska lub przy wykonywaniu operacji łą-
czeniowych za pomocą sprzętu izolacyjnego: wystarczy zastosować uziom pro-
sty (np. uziom pionowy lub uziom otokowy),
- dla słupów wykonanych z materiałów nieprzewodzących (nie wymagających uzie-
mienia), na których zamontowane są urządzenia łączeniowe obsługiwane ze stano-
wiska na ziemi należy:
zamontować w napędach mechanicznych łączników odpowiednie izolatory (np.
izolatory pionowe niepękające), dobrane do napięcia znamionowego sieci zasila-
jącej, przy czym część napędu dotykana z ziemi powinna być uziemiona dla od-
prowadzenia prądów upływowych części napędów; uziom tego uziemienia może
być uziomem pionowym o długości 1 m lub uziomem otokowym ułożonym wo-
kół słupa w odległości 1 m od słupa.
7. Skutki łączenia lub separowania instalacji uziemiającej stacji transformatorowo
-
rozdzielczej z instalacją uziemiającą zasilanej sieci nn
Przy zasilaniu z stacji sieci pracujących w układach TN i połączeniu punktu N tej sieci
z uziomem stacyjnym, przy zwarciach doziemnych w urządzeniach wysokiego napięcia w
sieciach i instalacjach niskiego napięcia poza stacją mogą pojawić się niebezpieczne napięcia
dotykowe spodziewane U
ST
, nie powstają natomiast przepięcia (U
2
= U
0
). Nie powstają rów-
nież przepięcia w stacyjnych urządzeniach niskiego napięcia (U
1
= U
0
). Można to uzasadnić
przeprowadzając analizę wpływu napięcia U
E
na wartości napięć U
ST
, U
1
i U
2
przedstawione
na rys. 10.
15
Rys. 10. Napięcie dotykowe spodziewane U
ST
i napięcia U
1
i U
2
w sieci TN, gdy uziemienie
ochronne urządzeń wysokiego napięcia i uziemienie punktu neutralnego sieci TN mają
wspólny uziom; U
E
- napięcie uziomowe uziomu stacyjnego, U
0
– napięcie fazowe.
Przy uziemieniu punktu neutralnego zasilanej ze stacji sieci TN, poza stacją, jak to po-
kazano na rysunku 11, nie występuje zagrożenie porażeniowe w sieci i instalacjach na ze-
wnątrz stacji. Wystąpi natomiast przepięcie w stacyjnych urządzeniach niskiego napięcia (nie
groźne bo urządzenia te mają izolację o większej wytrzymałości).
WN
nn
Teren stacji
N
PEwn
U
1
U
2
TN
L1
L2
L3
PEN
PE2
U = U
ST
E
U
ST
U
E
1
0
U = U +U
E
U = U
2
0
Rys.11. Napięcie dotykowe spodziewane U
ST
i napięcia U
1
i U
2
w sieci TN, gdy uziemienie
ochronne urządzeń wysokiego napięcia i uziemienie punktu neutralnego sieci TN mają nieza-
leżne uziomy; oznaczenia jak na rysunku 10.
W przypadkach uziemienia punku neutralnego sieci TN poza stacją zaciski PE stacyj-
nych urządzeń niskiego napięcia powinny być przyłączone do uziomu stacyjnego, jak to
przedstawiono (za normą VDE 0141; 2000-01 [1]) na rysunku 12. Oznacza to, że obwody
niskiego napięcia zasilane z sieci TN powinny pracować w układzie TT.
Odległości uziomu niezależnego od uziomu stacyjnego stacji, zaznaczona na rysunku
12 d
accept
,
podane są w PN-E-05115 [2]. Dla stacji o napięciu wyższym nie przekraczającym
50 kV można z pewnym zapasem przyjmować d
accept
20 m. Odległość ta może być też obli-
czona z zależności:
)
1
)
U
2
/
U
sin(
1
(
S
d
E
F
E
accept
, (6)
w której: S
E
– powierzchnia terenu zajętego pod uziom stacji, U
F
– dopuszczalne napięcie
uszkodzeniowe w urządzeniach niskiego napięcia odczytane z krzywej F przedstawionej na
rys. 5, U
E
- napięcie uziomowe stacji.
WN
nn
Teren stacji
N
PEwn
U
E
U
1
U
2
TN
L1
L2
L3
PEN
PE2
U = U
ST
E
U
ST
U = U
2
0
U = U
1
0
16
L1
L3
L2
L3
L2
L1
PEN
Sieć WN
Połączenie
napowietrzne
Sieć nn
L3
L2
L1
PEN
d
accept
Ogranicznik
przepięć
PE
WN
nn
Stacja
Rys. 12. Wykonanie uziemienia sieci niskiego napięcia oddzielnego od uziomu stacji przy
napowietrznym połączeniu stacji z siecią niskiego napięcia.
Na rys. 13 przedstawiono schemat sieci, w oparciu o który można przeprowadzić, po-
dobną do poprzedniej, analizę w układach TT.
WN
nn
Teren stacji
N
PEwn
E
U
1
U
2
TT
L1
L2
L3
N
PE2
U = 0
ST
R
A
U
U = U
1
0
U = U +U
2
0
E
Rys. 13. Napięcie dotykowe U
ST
i napięcia U
1
i U
2
w sieci TT, gdy uziemienie ochronne
urządzeń wysokiego napięcia i uziemienie punktu neutralnego sieci TT mają wspólny uziom;
U
E
- napięcie uziomowe uziomu stacyjnego, U
0
– napięcie fazowe.
Jeżeli ze stacji elektroenergetycznej zasilana jest sieć niskiego napięcia pracująca w
układzie TT to przy wykonaniu wspólnego uziomu stacyjnych urządzeń wysokiego i niskiego
napięcia, nie należy obawiać się zagrożenia porażeniowego poza stacją, wywołanego zwar-
ciem doziemnym w stacji. Zwarcia te mogą natomiast stwarzać przepięcia zagrażające izola-
cji urządzeń niskiego napięcia zasilanych ze stacji i znajdujących się poza stacją. Gdy punkt
N sieci TT będzie połączony z uziomem niezależnym od uziomu stacji również nie należy
spodziewać się poza stacją zagrożenia porażeniowego. Przy zwarciach doziemnych w stacyj-
nych urządzeniach wysokiego napięcia, wystąpią natomiast przepięcia w stacyjnych urządze-
niach niskiego napięcia (U
1
= U
0
+ U
E
).
8. Wnioski
1. Uziemienia w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia odgrywają ważną
rolę w ochronie przeciwporażeniowej, ochronie odgromowej (jeżeli taka jest wymagana) oraz
w zapewnieniu właściwej pracy urządzeń sieci elektroenergetycznych. Istnieje wiele korzyści
z łączenia uziomu stacji z instalacjami uziemiającymi zewnętrznymi (obniżenie rezystancji R
E
17
a tym samym
napięcia U
E
oraz napięć U
ST
i U
T
przy stosunkowo niewielkich nakładach fi-
nansowych). Należy jednak pamiętać, że takie połączenia mogą w pewnych przypadkach
stwarzać zagrożenia porażeniowe i przepięciowe poza stacją. Dlatego też należy sprawdzać
czy nie ma przeciwwskazań łączenia instalacji uziemiające stacji z instalacjami uziemiający-
mi zewnętrznymi.
2. Przy projektowaniu uziemień stacje ŚN/nn., ze względu na zagrożenia mogące poja-
wić się w czasie zwarć doziemnych w stacyjnych urządzeniach wysokiego napięcia, należy:
- dla ochrony przeciwporażeniowej przy częściach przewodzących dostępnych i ob-
cych stwarzających zagrożenie porażeniowe w urządzeniach wysokiego napięcia
ograniczyć napięcia dotykowe rażeniowe U
T
do wartości dopuszczalnych (U
Tp
), oraz
- dla eliminacji zagrożenia porażeniowego i przepięć w sieciach i instalacjach niskie-
go napięcia ograniczyć napięcie uziomowe U
E
uziemienia stacji i połączonych z nim
uziemień zewnętrznych do wartości dopuszczalnej U
F
lub oddzielić uziemienia sieci
niskiego napięcia od uziomów stacji (uwzględniając typ sieci niskiego napięcia).
3. Praktyka projektowa uziemienia stacyjnego stacji ŚN/nn. w oparciu o dopuszczalną
rezystancję uziemienia stacji R
E
, obliczoną z wartości największego dopuszczalnego napięcia
dotykowego rażeniowego U
Tp
oraz największego dopuszczalnego napięcia uziomowego U
F
może prowadzić do nieuzasadnionego pod względem ekonomicznym i technicznym wyma-
gania bardzo małej rezystancji uziemienia.
W takim projektowaniu pomija się zwykle:
- rolę rodzaju uziomu (pionowy, poziomy) i jego konfiguracji w ograniczaniu zagro-
żenia porażeniowego,
- rolę środków uzupełniających M w ograniczeniu. zagrożenia porażeniowego,
- wpływ rezystancji uziemień sieci TN (przewodów PEN) połączonych z instalacją
uziemiającą stacji na napięcie uziomowe stacji,
- możliwość ograniczenia zagrożeń porażeniowych w zasilanych ze stacji sieciach i in-
stalacjach (wywołanych zwarciami doziemnymi w stacyjnych urządzeniach ŚN) po-
przez łączenie punktów neutralnych sieci niskiego napięcia (zasilanych ze stacji) z
uziomami niezależnymi (wykonanymi poza stacją w odpowiedniej odległości).
9. Oznaczenia użyte w artykule.
U
o
– napięcie fazowe
U
1
– napięcie działające na izolację stacyjnych urządzeń niskiego napięcia
U
2
– napięcie działające na izolację zasilanych ze stacji urządzeń niskiego napięcia
U
E
– napięcie uziomowe
U
E1
– napięcie uziomowe przy rezystancji uziemienia R
E1
U
E2
– napięcie uziomowe przy rezystancji uziemienia R
E2
U
F
– napięcie uszkodzeniowe (napięcie zakłóceniowe)
U
T
– największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe dla określonego czasu t
F
U
SS
– napięcie krokowe spodziewane
U
SS1
– napięcie krokowe spodziewane przy rezystancji uziemienia R
E1
U
SS2
– napięcie krokowe spodziewane przy rezystancji uziemienia R
E2
U
ST
– napięcie dotykowe spodziewane
U
ST1
– napięcie dotykowe spodziewane przy rezystancji uziemienia R
E1
U
ST2
– napięcie dotykowe spodziewane przy rezystancji uziemienia R
E2
U
STp
– największe dopuszczalne napięcie dotykowe spodziewane dla określonego czasu t
F
R
a
– rezystancja między stopami a ziemią (suma rezystancji obuwia R
a1
i rezystancji stanowiska R
a2
)
R
a1
– rezystancja obuwia (między stopami a stanowiskiem)
R
E
– rezystancja uziemienia
R
E1
– rezystancja uziemienia nr 1 (rezystancja większa od R
E2
)
R
E2
– rezystancja uziemienia nr 2 (rezystancja mniejsza od R
E1
)
18
R
n
– rezystancja przejścia między jedną stopą a ziemią
R
r
– rezystancja przejścia między dłonią a dotykaną częścią przewodzącą
R
T
– rezystancja ciała człowieka między dłonią a dwoma stopami
S
– rezystywność warstwy przypowierzchniowej stanowiska
ST
– współczynnik dotykowy (
ST
= U
ST
/U
E
)
T
– współczynnik rażeniowy (
T
= U
T
/U
ST
)
Z
E
– impedancja uziemienia (przy przepływie przez uziom prądu zwarciowego Z
E
= R
E
)
I
E
– prąd uziomowy
I
B
– prąd dotykowy (prąd rażeniowy)
I
Bp
– największy dopuszczalny prąd dotykowy dla określonego czasu t
F
t
F
– czas trwania uszkodzenia (zakłócenia)
M1 – środki uzupełniające (ochrony przy uszkodzeniu) stosowane na zewnątrz stacji (rozdzielni) wnę-
trzowej
M2 – środki uzupełniające (ochrony przy uszkodzeniu) stosowane na zewnątrz stacji (rozdzielni) na-
powietrznej
M3 – środki uzupełniające (ochrony przy uszkodzeniu) stosowane w stacji (rozdzielni) wnętrzowej
M4– środki uzupełniające (ochrony przy uszkodzeniu) stosowane w stacji (rozdzielni) napowietrznej
N – punkt neutralny, przewód neutralny
PEN – przewód ochronno - neutralny
PE2 – przewód ochronny urządzenia niskiego napięcia
PE
wn
- przewód ochronny (uziemiający) urządzenia wysokiego napięcia
Normy przywołane
1. DIN VDE 0141:2000. Erdungen für spezielle Starkstromanlagen mit Nennspannungen
über 1 kV
2. PN-E-05115: 2002. Instalacje elektroenergetyczne prądy przemiennego o napięciu wyż-
szym od 1 kV
3. PN-EN 61140: 2005. Ochrona przed porażeniem elektrycznym – Wspólne aspekty insta-
lacji i urządzeń
4. PN-IEC 60364: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych
.