příspěvek č. 10

K diskusnímu příspěvku pana Milana Zkoutajana, který reaguje na referát pana Bedřicha Háka Dodržování zpřísněných požadavků na ochranu samočinným odpojením v sítích s řídkou zástavbou

K tvrzení autora příspěvku, že při zkratu dochází ke značnému ohřevu dielektrika obklopujícího vodič v důsledku účinků elektromagnetického pole je nutno konstatovat, že tomu tak není. Vliv dielektrika  je naprosto nepatrný a nemusí se s ním v podstatě z hlediska účinků zkratových proudů uvažovat.

Nutnost měření impedance poruchové smyčky vyplývá z požadavku ověření funkčnosti ochrany samočiným odpojením v síti TN v případě poruchy, tj průrazu izolace mezi živou a neživou částí chráněného elektrického zařízení. Velikost impedance smyčky v okamžiku zkratu může být v závislosti na předchozím provozu vedení, tj. především na jeho ohřátí, různá. Proto se naměřená impedance násobí součinitelem k_m=1,5, který respektuje vlivy zvýšené impedanci během provozu. Tímto součinitelem vynásobená impedance představuje vlastně impedanci smyčky s uvážením nejnepříznivějších provozních podmínek (především oteplení vodičů, zvětšení přechodových odporů teplem apod) a, řekněme si, i s určitou rezervou (např. z hlediska chyby měření). Teprve tato hodnota (tj. naměřená hodnota impedance vynásobená součinitelem k_m=1,5) se porovnává s podílem U_o/I_a, tj. s hodnotou maximální impedance smyčky, při které ještě jisticí (ochranný) prvek vybaví a odpojí předmět, spotřebič nebo zařízení, v němž došlo k průrazu na neživou část. Proto musí platit:

1,5 × Z_sm < U_o/I_a,   popř.

Z_sm < (2/3)U_o/I_a .

Z_sm je hodnota impedance smyčky změřená při malým proudem pokojové teplotě,

I_a je hodnota proudu zajišťující samočinné odojení jisticího (ochranného) prvku a

U_o je jmenovité napětí sítě proti zemi.

V tabulkách předpisu ESČ 33.02.98, kde jsou uvedeny hodnoty Z_sm pro různě typy ochranných přístrojů, se jedná právě o tuto impedanci smyčky. Při naměření hodnoty, která je nižší než hodnota v tabulce pro příslušný prvek (jistič, pojistku) uvedeného předpisu, je impedance smyčky v pořádku. Pokud je naměřená impedance vyšší než hodnota uvedená v tabulce, tj. vyšší než (2/3)U_o/I_a, ale není vyšší než hodnota U_o/I_a, je možno provést podrobnější ověření impedance smyčky v okamžiku poruchy s uvážením skutečného oteplení vodičů při zkratu na neživou část i s uvážením skutečné teploty vodičů při měření. (Teplota vodičů při měření může být vyšší než teplota okolí a pak je možno naměřenou impedanci přepočítat tak, aby odpovídala pokojové teplotě 20 °C.) Pokud je naměřená hodnota vyšší než U_o/I_a, není obvod z hlediska ochrany samočinným odpojením v pořádku. Buďto je uvolněný nějaký spoj (to je pravděpodobné v případě, kdy projektant správně postupoval a obvod navrhl tak, aby pro něj vyhovovala impedance smyčky Z_sv , nebo je možné i to že jištění obvodu nebylo z hlediska ochrany samočinným odpojením správně navrženo a pak je nutno instalovat např. jiný jisticí prvek obvodu.

Vstupní impedancí se obecně rozumí impedance naměřená na vstupních svorkách daného obvodu - v našem případě obvodu, v němž se provádí měření. Pokud by se měřila impedance smyčky vedení za transformátorem, pak by vstupní impedance byla skutečně impedancí na svorkách sekundárního vinutí transformátoru.

Záměnu činného odporu za impedanci je možno podle čsn 33 2000-5-53 provést až do průřezu vedení 95 mm². Pokud se jedná o kabelové vedení, vzniká při zanedbání impedance chyba kolem 8 %. U vedení vyšších průřezů je uvedená chyba větší. Větší je rovněž pro venkovní vedení (Pro venkovní vedení průřezu 95 mm² je tato chyba již 42 %.) Dále si v tabulce uvedeme orientační součinitele, kterými je třeba násobit odpor vedení R, abychom dostali jeho impedanci Z:

Z uvedené tabulky je vidět, že impedance v podstatě odpovídá odporu v případě vnitřních rozvodů malých průřezů, které se na impedanci smyčky u koncových zařízení nejvíce podílejí. U průřezů kabelů 95 mm² je možné chybu podle ČSN 33 2000-5-53 zahrnout do poměrně velkého součinitele 1,5, kterým se zvyšuje odpor vodiče, aby se dosáhlo hodnoty nejnepříznivější impedance za podmínek, kdy může dojít ke zkratu. U venkovních vedení je pak situace horší, tam bude zřejmě nutno uvažovat s tím, že impedance je větší než odpor již od průřezů 50 mm².

Pokud se týká vyšších harmonických, tam podle mého názoru příliš nevadí to, že se pro ně impedance vedení zvyšuje více než pro základní harmonickou, protože stejně při zkratu uvažujeme s vypínáním vyvolaným základní harmonickou složkou. Pokud se tedy vyšší harmonicé složky proudu sníží vlivem pro ně zvýšené impedance, výsledek to příliš neovlivní (vyšší harmonické by vlastně měly přispět k rychlejšímu vypnutí).

Dynamický režim na začátku průběhu zkratového poudu je vyjáden příslušnými součiniteli (viz nárazový zkratový proud - komentář u přednášky Ing. Dvořáčka). Uvedené jevy zvyšují předpokládanou hodnotu zkratového proudu, která je vypočítána z jednoduchého vztahu U_o/I_a. Přispívají vlastně k rychlejšímu vybavení jisticího prvku, působí v tomto případě na straně bezpečnosti a proto není třeba se s nimi v našich výpočtech zabývat.

S kapacitními složkami ipedance se skutečně u vedení nn v tomto případě nepočítá. Jedná se o složku, která zvyšuje vodivost a tím i průtok proudu mezi fázemi i mezi fází a zemí. Průtok proudu způsobený touto impedancí je malý - řádově nepřesahuje několik mA (tato hodnota se podstatně nezvětší ani při zkratu), takže superpozice tohoto proudu k proudu zkratovému (který může být až kA) také podstatně neovlivní působení ochranného prvku. Jiná je ovšem siuace, když jako prvek pro samočinné odpojení nasadíme citlivé proudové chrániče. U těch již prou několika mA může způsobit nežádoucí vypnutí (tj. vypnutí, aniž by došlo k nějaké poruše). Ani k tomuto vypnutí však nedochází obvykle z důvodu velké kapacity vedení ale z důvodu umístění kondenzátorů v napájeném zařízení.

O absorpci elektromagnetického pole v izolaci již bylo uvedeno vysvětlení v příspěvku č. 9. Většina energie pole je při zkratu absorbována vodivým materiálem kabelu, tj. vlastním vodičem. Na izolaci připadne i při zkratu pouze nepatrná část této energie. Izolace se ohřeje od vodiče, který je izolací obklopen. Nevím o tom, že by jevy popisované autorem příspěvku (že by si generované elmag. pole při zkratu na kapacitní složce „zařádilo“) byly někde skutečně doloženy.

K tomu, že jištění nevypne včas přetížení dochází buď proto, že jištění je špatně zvoleno (jištění nemusí po dobu 1 hodiny vypnout 1,45násobek svého jmenovitého proudu, takže přiřazení tak, aby jmenovitému proudu vodiče odpovídal jmenovitý proud jističe nemusí - zejména u malých průřezů - stačit) nebo pro poruchu jističe. Případ, který autor příspěvku uvedl, že jištění nevyplo, když odděovací trafo nepřeneslo požadovaný proud, odpovídá tomu, že jištění bylo špatně zvoleno. Impedance celéhoobvodu (i se zařazeným trafem) byla taková, že nepropustila proud, který by způsobil vybavení jističe.

Na závěr uvádím, že jevy, kterými se zabývá přednáška p. Háka, nevyžadují výklad za použití kvantové fyziky - ta je zatím využitelná pouze pro malá kvanta energií.

Ing. Michal Kříž