ELEKTRICKÉ INSTALACE AC NAD 1 KV z pohledu ČSN EN 61936-1 a ČSN EN 50522

1. ELEKTRICKÉ INSTALACE AC NAD 1 KV z pohledu ČSN EN 61936-1 a ČSN EN 50522 Autor: Ing. Jaroslav Bárta

2. Základní rozdělení Elektrické instalace (rozvodná zařízení) AC nad 1 kV • Rozdílné chápání pojmu elektrická instalace v soustavách do 1 kV AC a nad 1 kV AC • Podle ČSN 33 0050-826 je elektrickáinstalacedefinována jakosestava vzájemně spojených elektrických zařízení s charakteristikami koordinovanými k plnění stanovených úkolů, v praxi se to dá zjednodušit na vše co je ve zdi budov. Tato norma se však netýká se distribučních soustav, přenosové soustavy ani výroben energie • U soustav nad 1 kV AC je pojem elektrická instalace chápán jako nadřazený pojmu elektrické zařízení a příklady jsou: • Elektrické instalace v elektrických provozovnách (elektrické stanice, rozvodny, transformovny, dozorny, elektrárny) • Venkovní vedení vn, vvn, zvn • Kabelové vedení vn, vvn a zvn • Průmyslové a komerční rozvody vn, vvn (transformovny, kabelová vedení, motor Autor:

3. Trochu historie V ČR byly elektrické instalace nad 1 kV obsaženy v řadě předpisových norem ČSN (např. řada ČSN 33 32) Členstvím v CENELEC byly tyto normy odsouzeny k postupnému zastarávání V samotném IEC a CENELEC je velmi málo norem s touto problematikou – důvod: velmi obtížné vypracování s ohledem na rozdílné rozvodné soustavy jednotlivých zemí (klimatické poměry (např. Španělsko X Norsko), historické podmínky, napěťové soustavy HD 637 S1:1999 – první norma na instalace AC nad 1 kV ČSN 33 3201:2002 – obsahuje HD 637 a velké množství národních dodatků Původní záměr v IEC TC 99 bylo vytvořit řadu předpisových norem s členěním na základní pravidla, veřejné instalace a průmyslové instalace Zůstalo pouze u základní části a vznikla IEC 61936-1 a EN 61936-1 V ČSN EN 61936-1 z prosince 2011 jsou obě normy zavedeny bez NP pro ČR Souběžně s EN 61936-1 byla vypracována pro uzemňování EN 50522 a zavedena do ČSN EN 50522 také od 1.12.2011 Autor:

4. Právní předpisy Zákon č. 458 v pozdějším znění energetický zákon (§ 5 a 11 - energetické zařízení musí mít technickou úroveň odpovídající právním předpisům a technickým normám, důraz na bezpečnost a spolehlivost), PPDS a PPPS - pravidla pro provozování DS a PS V PPDS jsou odkazy na normy ČSN a PNE týkající se navrhování rozvodů nad 1 kV Zákon č. 183/2006 Sb. (stavební zákon) aplikace při projektování a stavbě el. stanic, sítí a elektráren Zákon č. 251/2005 Sb. O inspekci práce revize, prohlídky, kontroly Vyhláška č. 73/2010 Sb. O vyhrazených elektrických zařízeních téměř všechna zařízení nad 1 kV jsou vyhrazená Zákon o drahách č. 226/1994 Sb. napájecí trakční rozvodny 110/25 kV Autor:

5. Normy Mezinárodní a evropské • EN 50522:2010 – uzemňování pro el. stanice, výrobny a průmyslový rozvod vn, vvn a zvn • IEC 61936-1: 2010 pro el. stanice, výrobny průmyslový rozvod vn, vvn a zvn, mimo evropu • Soubor EN 60076 Výkonové transformátory • Soubor EN 62271 Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení • Soubor EN 60034 Točivé elektrické stroje • EN 50 110-1 Práce a obsluha na el. zařízeních Autor:

6. Normy ČSN • ČSN 33 3201 (souběžná platnost do 1.11.2013) • ČSN EN 50522 (účinnost od 1.12.2011) • ČSN EN 61936-1 (účinnost od 1.12.2011) • ČSN EN 50110-1 Práce a obsluha na elektrických zařízeních • ČSN 33 3051 Ochrany elektrických strojů a rozvodných zařízení • ČSN 33 3210 Elektrotechnické předpisy. Rozvodná zařízení. Společné ustanovení • ČSN 33 3220 Elektrotechnické předpisy. Společné ustanovení pro elektrické stanice • ČSN 33 3230 Elektrotechnické předpisy. Rozvodny trojfázové pro napětí nad 52 kV • ČSN 33 3231 Elektrotechnické předpisy. Rozvodny trojfázové pro napětí do 52 kV • ČSN 33 3240 Elektrotechnické předpisy. Stanoviště výkonových transformátorů • Soubor ČSN EN 60071 Koordinace izolace • Soubor ČSN EN 60034 Točivé elektrické stroje • Soubor ČSN EN 60076 Výkonové transformátory • Soubor ČSN EN 62271 Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení • ČSN 33 0120 Elektrotechnické předpisy. Normalizovaná napětí IEC (ČSN EN 60038) • ČSN 38 1120 Vlastní spotřeba tepelných elektráren a tepláren • ČSN 33 3505 Předpisy pro elektrické trakční a napájecí stanice • ČSN 33 0050 Mezinárodní elektrotechnický slovník (kapitoly 195, 411, 421, 461, 601 až 605, 826 • ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty Autor:

7. Normy PNE • PNE 33 0000-1:2011 5.vydání,základní norma pro ochranu před úrazem elektrickým proudem v DS a PD • PNE 33 0000-4:2011 3.vydání - příklady výpočtů uzemnění • PNE 33 0000-2Stanovení základních charakteristik vnějších vlivů působících na rozvodná zařízení distribuční a přenosové soustavy • PNE 33 0000-8 Navrhování a umisťování svodičů přepětí v distribučních sítích nad 1 kV do 45 kV • PNE 33 0000-9 Navrhování a umisťování svodičů přepětí v sítích 110kV • PNE 38 1753 Vnitřní stanoviště transformátorů. Opatření proti hluku • PNE 38 1755 Venkovní zařízení elektrických stanic VVN a ZVN. Opatření proti hluku Autor:

8. Hlavní zásady pro navrhování instalací nad 1 kV • Odlišná filosofie pro instalace nn, kde se vyskytují laici (přísnější předpisy) • Odlišná filosofie pro zařízení nad 1 kV, kde obsluhu provádí osoby s elektrotechnickou kvalifikací (převážně energetika) Autor:

9. Změny oproti ČSN 33 3201 nová tabulka týkající se dohody mezi dodavatelem (výrobcem) a uživatelem (4.1.2); doplnění minimálních vzdáleností na vzduchu nenormalizovaných IEC, ale vycházejících z praxe některých zemí (příloha A) ; zrušení jmenovitých napětí (tabulka 1, tabulka 2, kapitola 5); zrušení pravidel pro pojistky (6.2.15); zjednodušení pravidel pro únikové cesty (7.5.4); zrušení speciálních pravidel pro provozní uličky (7.5.4); úprava vzdáleností pro ochranu před požárem (tabulka 3); úprava bezpečnostního kritéria pro uzemňovací soustavy (10.2.1); úprava křivek pro dovolená dotyková napětí (obrázek 12, příloha B); změnu dikce „má" na „musí" v řadě případů nebo převedení článků s „má“ na poznámky Autor:

10. Hlavní rozdíly Nová příloha A uvádějící minimální vzdálenosti na vzduchu pro napětí vn platná v ČR (pro nejvyšší napětí 25 kV, 38,5 kV) – poprvé v EN normě Zavedení třídy -30 ºC pro třídu „-30 venkovní Zúžení požadavků na pojistky vn pouze z hlediska bezpečnosti obsluhy Vynechání požadavků na délky a počty východů únikových cest (nepřesahuje-li délka provozní chodby 10 m, je jeden východ dostatečný. Východ nebo nouzový východ musí být zajištěny na obou koncích únikové cesty, překračuje-li její délka 10 m.) Zjednodušení pro provozní uličky (Vždy musí být zajištěn snadný a bezpečný přístup obsluhy. Dveře skříní rozváděčů nebo kobek rozvodny se mají zavírat ve směru úniku.) Směrné hodnoty pro venkovní vzdálenosti transformátorů od objektů a navzájem (vychází se z jiných parametrů – objem kapaliny ne výkon) – přísnější, uvažování transformátorů s kapalinou K, uvažování nebo neuvažování s méně hořlavou kapalinou a prostředky zvýšené ochrany) Definice bezpečnostních kritérií pro uzemnění limit tělového proudu je převeden do limitů napětí pro srovnání s vypočtenými krokovými a dotykovými napětími s uvažováním následujících okolností: - poměrná část proudu procházející oblastem srdce; – impedance těla podél proudové dráhy; – odpor mezi dotykovými body těla, například kovovou konstrukcí drženou v ruce včetně rukavice, nohy ke vzdálené zemi včetně obuvi; - doba trvání poruchy Autor:

11. Zaměření ČSN EN 61936-1 Norma platí pro: Elektrické stanice včetně stanic pro napájení el. trakce Elektrická stanice je ve smyslu této normy chápána jako uzavřená elektrická provozovna se spínacím zařízením a/nebo transformátory v přenosové nebo distribuční soustavě. Je-li spínací zařízení a/nebo transformátory umístěno vně uzavřené elektrické provozovny, je to také považováno za instalaci. Elektrické zařízení na stožárech a sloupech Spínací přístroje a/nebo transformátory umístěné ve venkovním prostředí uzavřených elektrických provozoven Jednu nebo více elektráren umístěných samostatně Instalace včetně generátorových a transformátorových bloků se všemi spínacími zařízeními a všemi elektrickými pomocnými soustavami. Neuvažuje se propojení mezi elektrárnami umístěnými na různých místech. Průmyslové elektrické soustavy, závodní elektrárny nebo jiné průmyslové, zemědělské, komerční nebo veřejné provozovny. Norma neplatí pro: venkovních vedení a úložných kabelů mezi různými samostatnými instalacemi elektrické trakce těžní zařízení a instalace instalace zářivek instalace na lodích a v pobřežních vodách elektrostatická zařízení (například elektrostatické odlučovače, jednotky pro elektrostatické nanášení barev) zkušebny lékařská zařízení, například rentgenová zařízení Autor:

12. Tabulka – výrobce-uživatel Nezbytné provozní požadavky, které mohou ovlivnit návrh a stavbu silových instalací, odsouhlasené dodatečně mezi výrobcem/zhotovitelem/projektantem a uživatelem/objednatelem/vlastníkem jsou uvedeny v následující tabulce Autor:

13. Norma obsahuje minimální požadavky pro navrhování a stavbu elektrických instalací, které zajistí přijatelnou spolehlivost a bezpečný provoz Instalace a zařízení musí odolat vlivům elektrickým, mechanickým, klimatickým a vlivům prostředí předpokládaným v daném místě Návrh instalace musí zahrnovat: – účel instalace; – požadavky uživatele, jako jsou kvalita el. energie, spolehlivost, dostupnost a schopnost elektrické sítě odolat působení přechodných podmínek, jako jsou rozběh velkých motorů, vypínání zátěže a opětné připojení instalace pod napětí; – bezpečnost obsluhy a ostatních osob v okolí; – možnost rozšíření (vyžaduje-li se) a údržby. Při návrhu instalace se musí brát do úvahy pracovní postupy uživatele elektrické instalace Autor:

14. Elektrické požadavky 1) Způsoby uzemnění uzlu sítě Příklady způsobu uzemnění uzlu: • izolovaný uzel; • uzemnění uzlu se zhášecí tlumivkou; • vysokoodporové uzemnění uzlu; • přímé (nízkoimpedanční) uzemnění uzlu. • účinné uzemnění uzlu (malá impedance). 2) Napěťové soustavy Uživatel musí definovat jmenovité napětí a nejvyšší provozní napětí soustavy. Na základě nejvyššího provozního napětí se musí zvolit nejvyšší napětí pro instalaci (Um). 3) Proud v normálním provozu 4) Zkratový proud Instalace musí být navrženy, provedeny a postaveny tak, aby bezpečně odolaly mechanickým a tepelným účinkům zkratových proudů pro dobu trvání zkratu 1 s. Pro účely této normy se musí uvažovat všechny následující druhy zkratů: • třífázový zkrat; • dvoufázový zkrat; • jednofázové zemní spojení; • dvoufázový zemní zkrat 5) Jmenovitý kmitočet 6) Korona Pole vf šumu nesmí v rozsazích 0,15 MHz až 30 MHz a 30 MHz až 1 000 MHz přesáhnout meze uvedené v tabulce NA1 národní přílohy pro ČR v ČSN EN 61936-1. Minimální vzdálenosti živých částí V rozsahu napětíI (viz tabulka 1) – do 245 kV vychází minimální vzdušné vzdálenosti z nepříznivého uspořádání elektrod s malým poloměrem zakřivení (tzn. hrot-deska) a atmosférického impulsu. V rozsahu napětíII (viz tabulka 2) jsou minimální vzdušné vzdálenosti stanoveny jmenovitým výdržným napětím při spínacím impulsu. N – minimální vzdálenost fáze.-zem Autor:

15. Mechanické požadavky 1) Zatížení tahem Zatížení tahem se vypočítá z maximálního tahu vodiče za nejnepříznivějších místních podmínek. Možné kombinace jsou například: - -20 ºC bez námrazy a bez větru; ČSN 33 3230 a 31 počítá s -30 ºC a dále s tlakem větru ve směru vodičů - -5 ºC s námrazou a bez větru; • +5 ºC s větrem 2) Montážní zatížení 3) Zatížení námrazou Měrná hmotnost námrazy je uvažována 900 kg/m3 podle IEC/TR 60826:1991. 4) Zatížení větrem Zatížení větrem mohou být velmi rozdílná v závislosti na místních topografických vlivech a výšce stavebních konstrukcích nad okolní zemí 5) Spínací síly Při návrhu stavebních konstrukcí v rozvodně musí být uvažovány spínací síly. Spínací síly musí stanovit výrobce zařízení. 6) Zkratové síly Pomocí výpočetních metod uvedených v ČSN EN 60865-1 mohou být odhadnuty mechanické účinky zkratového proudu. 7) Ztráta tahu vodiče (odlehčení) Konstrukce s kotevními izolátorovými řetězci musí být navržena tak, aby odolala ztrátu tahu (odlehčení) vodiče vyplývající z přetržení jednoho izolátoru nebo vodiče pro případ nejnepříznivějšího zatížení. 8) Vibrace 9) Dimenzování podpěrných stavebních konstrukcí Dimenzování podpěrných konstrukcí musí být provedeno podle odpovídajících pravidel a norem. Národní předpisy stanoví příslušné bezpečnostní činitele (koeficienty). Autor:

16. Klimatické podmínky Vnitřní prostředí Teplota okolního vzduchu nepřekročí 40 ºC; její průměrná hodnota měřená v průběhu 24 hodin nepřekročí 35 ºC. Nejmenší teplota okolního vzduchu je: • -5 ºC pro třídu „minus 5 vnitřní“ • -15 ºC pro třídu „minus 15 vnitřní“ • -25 ºC pro třídu „minus 25 vnitřní“ Venkovní prostředí Teplota okolního vzduchu nepřekročí 40 ºC; její průměrná hodnota měřená v průběhu 24 hodin nepřekročí 35 ºC. Nejmenší teplota okolního vzduchu je: • -10 ºC pro třídu „-10 venkovní“ • -25 ºC pro třídu „-25 venkovní“ • -30 ºC pro třídu „-30 venkovní“ • -40 ºC pro třídu „-40 venkovní“ Autor:

17. Uzemňování v el. provozovnách Návrh uzemnění musí splnit čtyři podmínky: a) zajistit mechanickou pevnost a odolnost proti korozi, b) odolat z hlediska oteplení nejvyššímu poruchovému proudu (obvykle získaného výpočtem), c) zamezit poškození majetku a zařízení, d) zajistit bezpečnost osob s ohledem na napětí na uzemnění, které se objeví při nejvyšším poruchovém proudu Parametry rozhodující při dimenzování uzemnění tudíž jsou: - velikost poruchového proudu - trvání poruchy[1] - vlastnosti půdy U zařízení s různými napěťovými hladinami požadavky a-d musí splňovat každý napěťový systém. Současné poruchy v různých napěťových systémech není zapotřebí uvažovat. [1] Tyto parametry jsou závislé především na způsobu zemnění uzlu sítě nad 1 kV Autor:

18. Výpočet proudového dimenzování Výpočet průřezu uzemňovacích přívodů nebo zemničů, který závisí na velikosti a trvání poruchového proudu je dán v normativní příloze D ČSN EN 50522. Rozlišuje se mezi trváním poruchy kratším než 5 s (adiabatický růst teploty) a větším než 5 s. Při volbě konečné teploty je zapotřebí brát v úvahu materiál a okolí. Přesto však je zapotřebí brát v úvahu minimální průřezy uzemňovacích přívodů: měď 16 mm2 hliník 35 mm2 ocel 50 mm2 Autor:

19. Dimenzování s ohledem na dotyková a kroková napětí • Meze dotykových napětí proti zemi jsou udány na následujícím obrázku, křivka představuje napětí, která se mohou objevit na lidském těle při dotyku holou rukou proti bosé noze. Při výpočtu nebyly uvažovány žádné přídavné odpory. • Přesto však jsou dovoleny výpočty podle přílohy A a C ČSN EN 50522 a přílohy A PNE 33 0000-1ed.5, které berou v úvahu přídavné odpory, např. obuvi a vysoce odporových povrchových materiálů. • Každá zemní porucha je odpojována automaticky nebo ručně. Neomezeně trvající dotyková napětí jako následek zemních poruch tudíž nevznikají. Pro kroková napětí není nutné stanovit dovolené hodnoty. • Poznámka - Dovolené hodnoty krokových napětí jsou poněkud vyšší, než u dotykových napětí; proto pokud nějaká uzemňovací soustava splňuje požadavky na dotyková napětí, lze předpokládat, že se obecně nevyskytnou žádná nebezpečná kroková napětí. • Při stanovení trvání poruchy se uvažují vypínací časy ochran a spínačů při jejich správné činnosti. Autor:

20. Dovolené hodnoty dotykových napětí Dovolené dotykové napětí ve V Dovolené dotykové napětí ve V Čas v ms (doba trvání poruchy) Čas v ms (doba trvání poruchy) POZNÁMKA Křivka průběhu dotykového napětí je výsledkem průměru hodnot pro ruka-noha, ruka-ruka. Podrobnější hodnoty je možné spočítat podle přílohy A. Pro dobu trvání průtoku proudu značně delší než 10 s se může používat velikost dovoleného dotykového napětí UTp =80 V Autor:

21. Minimální rozměry ocelových, žárově pozinkovaných zemničů Typ zemničeprovedeníminimální rozměr pásek a drát pásekprůřez 90 mm2 tloušťka 3 mm drátprůměr 10 mm tyčové zemničetyčprůměr 16 mm trubkaprůměr 25 mm tloušťka 2 mm úhelníkprůřez 90 mm2 tloušťka 3 mm Autor:

22. Vzorce pro výpočet odporu uzemnění paprskový zemnič Dle PNE 33 0000-1 ed.4 Dle PNE 33 0000-1 ed.5 kruhový zemnič tyčový zemnič • zemnicí mříž L délka paprskového nebo tyčového zemniče [m] D průměr kruhového zemniče o délce L nebo průměr kruhu o stejné ploše Szm, jakou zaujímá zemnící mříž d průměr lanového, tyčového zemniče nebo polovina šířky páskového zemniče v [m] E rezistivita půdy [m] Szm plocha zemnící mříže Autor:

23. 1,5 m 15 m 15 m a)paprskový zemnič – soustava dvou paprsků +základový zemnič sloupová transformovna (obr. 4b) PNE 33 0000-4 délkapaprsku 15 m určíme dosazením do vztahu (1) a (6) výsledný odpor uzemnění transformovny určíme pomocí vztahu (11) jako Výsledný odpor uzemnění transformovny určíme pomocí vztahu (11) jako Podle PNE 33 0000-1 ed.4 je odpor vyšší o cca 40 % při celkové délce pásku 30 m Autor:

24. Zavlečené potenciály • Potenciál může být zavlečen prostřednictvím kovových potrubí a plotů, kabelů nízkého napětí apod. a je obtížné stanovit obecná pravidla zejména proto, že okolnosti se mohou lišit případ od případu. Návody pro jednotlivé případy mají být stanoveny rozvodnou společností. • Pravidla pro telekomunikační systémy na vedení nebo v blízkosti uzemňovacích soustav vysokého napětí jsou mimo rámec této normy. Při posuzování zavlékání potenciálu telekomunikačními systémy se musejí vzít v úvahu stávající mezinárodní dokumenty (tj. směrnice ITU). • Ochrana telekomunikačních kabelových vedení a zařízení před galvanickými vlivy elektrických venkovních vedení s jmenovitým napětím nad 45 kV AC se provádí podle ČSN 33 2160. • Ochrana telekomunikačních vedení a ocelových izolovaných potrubí je podle ČSN 33 2165. Autor:

25. Jak dál po zrušení ČSN 33 3201 ? Od r. 2014 nebudou vazby na ČSN 33 3210,20,30,31 a 40 Tyto normy se předpokládají na základě posouzení rozborového úkolu zrušit od r. 2014 Není reálné revidovat ČSN 33 3210,20,30,31 a 40 Do této doby je třeba začít pracovat na PNE Je účelné vytvořit jednu nebo více PNE? Do jaké míry mají být PNE pro el. instalace AC nad 1 kV podrobné? ČSN EN 61936-1 není dostatečným podkladem pro projektování el. stanic a už vůbec ne elektráren Chybí podrobnosti, které byly obsaženy v ČSN, včetně schémat, typových podkladů apod. Autor:

26. Děkuji za pozornost Ing. Jaroslav Bárta Jaroslav.barta@email.cz Autor: