UZIEMIENIA BETONOWYCH SŁUPÓW LINII ŚREDNIEGO NAPIĘCIA

Transkrypt

1 dr inż. Witold HOPPEL Artykuł opublikowany w: INPE, nr , styczeń-luty 2017 r,, ss UZIEMIENIA BETONOWYCH SŁUPÓW LINII ŚREDNIEGO NAPIĘCIA Słowo wstępne. Poruszony temat wydaje się bardzo istotny dla polskich operatorów sieci rozdzielczych, którzy mają w eksploatacji dziesiątki tysięcy słupów linii SN. Uproszczenie i złagodzenie wymagań stawianych uziemieniom słupów jest nie tylko problemem technicznym, ale przede wszystkim ekonomicznym. Autor chętnie przyjmie wszelkie uwagi dotyczące niniejszego opracowania, a jeśli okażą się one interesujące, podsumuje je w jednym z następnych numerów INPE. 1. WSTĘP W Polsce do budowy linii napowietrznych średniego napięcia najczęściej używa się żerdzi betonowych i tylko wyjątkowo spotyka się słupy wykonane z innych materiałów, jak stal, drewno, a ostatnio tworzywa sztuczne. Linie średniego napięcia to linie o napięciu 3znamionowym powyżej 1 kv, a nieprzekraczającym 36 kv. W Polsce dotyczy to głównie linii 15 kv i 20 kv, a sporadycznie linii 6 kv oraz 30 kv. Linie SN powinny być projektowane i budowane zgodnie z wieloarkuszową normą PN-EN [2, 3], przy czym norma PN-EN :2016 [3], pomimo że była opracowana i opiniowana po polsku, w czasie pisania tego artykułu była opublikowana tylko w języku angielskim. Normy te nie są normami powołanymi w przepisach, niemniej jednak należy je traktować jako uznane zasady wiedzy technicznej w rozumieniu punktów 5.1, 12.6, 25.1 i 81.1 ustawy Prawo budowlane. Problemy pojawiają się, kiedy norma, zwłaszcza jej wersja polskojęzyczna, ma ewidentne błędy lub wręcz przeczy zasadom wiedzy technicznej. Autor ostatnio, rozwiązując określone kwestie techniczne, nie zawsze ściśle stosuje normę, ale stara się zachować jej intencje. Taki problem dotyczy m. in. wzorów na prądy ziemnozwarciowe i uziomowe w normie PN-E :2002 [4], a także w jej nowej, poprawionej wersji PN-EN 50522:2011 [5]. Jeżeli chodzi o definicje pojęć z zakresu ochrony od porażeń można opierać się na zapisach normy PN-E-05115:2002 [4], mimo że nie dotyczy ona linii napowietrznych. Według normy PN-EN :2013 [2] pojęcia słup i konstrukcja wsporcza oznaczają różne konstrukcje podtrzymujące przewody elektroenergetycznych linii napowietrznych. Według normy PN-EN 12843:2005 [6] słup lub maszt to smukła pionowa konstrukcja, zamocowana sztywno w fundamencie. Za słup należy uważać całą konstrukcję wsporczą, łącznie z poprzecznikiem, izolatorami i ich mocowaniem. Długi element drewniany, betonowy lub metalowy stanowiący główną część tej konstrukcji można nazywać żerdzią, ale nazwa ta nie odnosi się do słupów kratowych. Jeśli na konstrukcji wsporczej jest zainstalowana jakakolwiek aparatura łączeniowa, choćby odłącznik, to formalnie jest już stacja elektroenergetyczna, podlegająca właściwości normy PN-E-05115:2002 [4]. Nie ma wątpliwości, że stacja elektroenergetyczna powinna mieć sprawdzone warunki ochrony przeciwporażeniowej, a podstawowym kryterium oceny są wartości napięć dotykowych rażeniowych według ogólnie znanej krzywej wartości

2 dopuszczalnych oznaczanych jako U Tp. W praktyce pozostaje się przy tradycyjnej nazwie słup z odłącznikiem, czasem dodając jego rodzaj. Rys. 1. Projektowanie układu uziemiającego ze względu na dopuszczalne napięcie dotykowe Tytuł artykułu nie do końca oddaje problemy w nim poruszane, bo na przykład rozstrzygnięcie, czy słup betonowy należy uznać za nieprzewodzący, nie jest ściśle biorąc problemem z dziedziny uziemień, ale rzutuje na to, czy uziemienie ochronne jest wymagane. Poruszono w artykule także pewne zagadnienia ogólniejsze, związane z działaniem zabezpieczeń ziemnozwarciowych, które także wpływają na konieczność stosowania i wymiarowanie uziemień. 2. PODSTAWOWY ALGORYTM OCENY

3 Znany i powszechnie stosowany algorytm projektowania instalacji uziemiającej, podany w normie PN-EN [2], jest przedstawiony na rys. 1. Poza rysunkiem w tekście normy zawarto wiele wyjaśnień do poszczególnych jego bloków. Blok 1. W przypadku słupów z materiału izolacyjnego, czyli wykonanych z drewna lub tworzyw sztucznych, nie są potrzebne obliczenia ani pomiary napięć dotykowych. Dodatkowe wyjaśnienia w tej sprawie są zawarte w rozdz. 4 niniejszego tekstu. Blok 2. Objaśnienia w normie przybliżają pojęcie otoczenie często uczęszczane, ale ciągle są niezbyt precyzyjne. Blok 3. W algorytmie jest wyraźny błąd w pytaniu o bezzwłoczne automatyczne wyłączenie. Na szczęście z objaśnień wynika, że nie chodzi o wyłączenie bezzwłoczne, lecz o wyłączenie samoczynne, dokonane przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Bezzwłoczne wyłączanie zwarć doziemnych w praktyce nie jest spotykane, zawsze stosuje się pewne opóźnienia, w Polsce przeważnie w granicach 0,1-5 s, a w sieciach skompensowanych dochodzi czas potrzebny ze względu na efekt działania dławika rzędu (2 3) s, niezbędny do umożliwienia samogaśnięcia zwarcia łukowego. Blok 4. Wyznaczenie napięcia uziomowego. Blok 5. Jeśli napięcie uziomowe jest mniejsze niż 2U D (patrz rozdz. 5), to instalacja uziemiająca jest prawidłowa. Blok 6 i 7. Można wyznaczyć obliczeniowo lub za pomocą pomiarów napięcia dotykowe rażeniowe i sprawdzić, czy są mniejsze od wartości dopuszczalnej w określonym czasie występowania. Blok 8. Jeśli napięcia dotykowe rażeniowe są większe od dopuszczalnych, można zastosować uzupełniające środki ochrony, które je lokalnie ograniczają. Praktyczne trudności z dopełnieniem wymagań, przewidzianych w procedurze określonej algorytmem, skłoniły autora do szczegółowej analizy towarzyszących mu objaśnień i pewnego postanowienia normy PN-EN [2]. Wynikły z tego zaskakujące wnioski, przedstawiane tu po raz pierwszy w Polsce, że postępując zgodnie z normą dotychczasową procedurę wymiarowania uziemień słupów w wielu przypadkach można znacznie uprościć i złagodzić. 3. ZAKRES STOSOWANIA ALGORYTMU Opisany algorytm należy niewątpliwie stosować do słupów linii napowietrznych w sieciach SN o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor. Natomiast norma przewiduje zwolnienie z niektórych wymagań słupów linii w sieciach skompensowanych i w sieciach o izolowanym punkcie neutralnym, chociaż te odstępstwa są w normie zakamuflowane. Ze względu na wagę zagadnienia warto przytoczyć cytat z normy i jego analizę. Prześledzić także wypada tekst oryginału angielskiego, by zweryfikować trafność polskiego tłumaczenia. W normie PN-EN :2013 [2] sformułowano to następująco: Środki stosowane w sieciach z izolowanym punktem neutralnym oraz w sieciach skompensowanych W sieciach z izolowanym punktem neutralnym lub w sieciach skompensowanych, w których napięcia dotykowe rażeniowe są wyższe niż wartości dopuszczalne, można zastosować jedno z następujących rozwiązań zapewniających, że czas doziemienia będzie krótki: zastosowanie izolatorów długopniowych lub izolatorów rdzeniowych; zastosowanie izolatorów, których właściwości izolacyjne można sprawdzić w wyniku oględzin (na przykład szklane izolatory kołpakowe); zastosowanie urządzeń do wykrywania doziemień i wyłączanie linii w przypadku wystąpienia doziemienia. Ten tekst budzi następujące pytania i wątpliwości:

4 1. W jakim celu w normie używa się słów: w których napięcia dotykowe rażeniowe są wyższe niż wartości dopuszczalne, jeśli z algorytmu wynika, że układ uziomowy powinien być tak zaprojektowany, aby nie były one przekroczone? Widocznie dopuszcza się, że mogą być przekroczone i wymienia się sytuacje, w których odstępstwo jest dopuszczalne. 2. W jaki sposób izolator długopniowy lub rdzeniowy zapewnia, że czas doziemienia będzie krótki? Zapis robi wrażenie błędu w normie. Z tego sformułowania wynika jednak, że napięcia dotykowe rażeniowe mogą być przekroczone, jeśli zmniejszy się prawdopodobieństwo ich występowania, czyli prawdopodobieństwo zwarcia doziemnego przez konstrukcję słupa, np. w wyniku przebicia izolatora. To potwierdza pogląd, że całe to postanowienie normy podaje środki, które można zastosować przy słupach o przekroczonych dopuszczalnych wartościach napięcia dotykowego rażeniowego, bez potrzeby ich zmniejszania. Niezrozumiała jest nazwa izolator rdzeniowy, która w normie nie jest zdefiniowana i takich izolatorów liniowych w polskiej klasyfikacji nie ma. Wystarczy jednak w wyszukiwarce wpisać nazwę angielską solid core insulators występującą w oryginale angielskim, aby na podstawie objaśnień oraz rysunków i fotografii stwierdzić, że chodzi o izolatory pełnopniowe i że mamy do czynienia tylko z błędem tłumaczenia, który spowodował zamieszanie. 3. W jaki sposób możliwość sprawdzenia stanu izolatorów liniowych przez oględziny może skrócić czas trwania zwarcia? Oględziny linii przez personel wykwalifikowany są wykonywane bardzo rzadko. Albo chodzi, jak wyżej, o mniejsze prawdopodobieństwo zwarcia doziemnego, albo autorzy normy mieli na uwadze, że w przypadku wykrycia doziemienia przez zabezpieczenia działające na sygnał (zabezpieczenia zerowonapięciowe w polu pomiaru napięcia) łatwiej je zlokalizować? 4. Widać, że autorzy polskiej wersji normy nie byli specjalistami w dziedzinie zabezpieczeń, bo piszą o urządzeniach do wykrywania doziemień. Chodzi po prostu o zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Można było wykorzystać pojęcie użyte w algorytmie automatyczne wyłączenie, czy raczej samoczynne wyłączenie, bo taki termin od dawna funkcjonuje w technice bezpieczeństwa. Skoro w każdej sieci wymaganie dotyczące samoczynnego i możliwie szybkiego wyłączania zwarcia doziemnego jest ważne, z jakiego powodu zaakcentowano to tylko dla dwóch wybranych sposobów pracy punktu neutralnego. Widocznie łagodzi się dla nich wymagania, jeśli jest zastosowane samoczynne wyłączanie zwarcia doziemnego. W poprzedniej polskiej wersji normy PN-EN :2005, dotyczącej linii napowietrznych, pierwsze zdanie cytowanego wyżej przepisu brzmi następująco: W sieciach z izolowanym punktem neutralnym lub w sieciach skompensowanych, w których napięcia dotykowe rażeniowe są wyższe od największych wartości dopuszczalnych, mogą być zastosowane następujące środki w celu zapewnienia, że długotrwałe doziemienie na słupie jest mało prawdopodobne, lub że czas trwania doziemienia jest krótki: Dalej następowało wyliczenie niemal identyczne jak w obecnej wersji normy. W aktualnej wersji angielskiej PN-EN : jest tekst następujący: In systems with isolated neutral or with resonant earthing, where touch voltages are higher than the permissible value, one of the following measures may be taken in order to make sure that a long lasting earth fault at the tower is unlikely to occur or the duration of the earth fault is limited to a short duration: Należy niewątpliwie uznać, że aktualna polska wersja normy zawiera błąd, który polega na opuszczeniu fragmentu, że długotrwałe doziemienie na słupie jest mało prawdopodobne. Wymowa oryginału normy i poprzedniego tłumaczenia z roku 2005 jest taka, że jeśli napięcia dotykowe rażeniowe przekraczają dopuszczalne wartości, to można je zaakceptować, zmniejszając prawdopodobieństwo porażenia przez zastosowanie jednego z wymienionych środków. Powyższe argumenty prowadzą do wniosku następującego:

5 Norma dopuszcza każde przekroczenie napięć dotykowych rażeniowych, przy słupach linii napowietrznych w sieciach o izolowanym punkcie neutralnym i w sieciach skompensowanych, pod warunkiem zapewnienia możliwie niezawodnego samoczynnego wyłączenia linii po wystąpieniu zwarcia doziemnego. Słowo niezawodnego w normie nie występuje, ale wydaje się, że jego dodanie jest celowe, zgodne z duchem normy. Warto wyeliminować sytuacje, kiedy projektant przyjmuje, że wyposażenie linii w zabezpieczenia ziemnozwarciowe zwalnia go z wszelkich wymagań. Tym bardziej że ciągle jeszcze w Polsce obserwuje się, na szczęście coraz rzadziej, że te zabezpieczenia nie działają właściwie. Poza tym wydaje się, że o ile algorytm z rys. 1 jest przesadnie ostrożny, o tyle zbyt dosłowna interpretacja cytowanego postanowienia może doprowadzić do nadmiernego złagodzenia wymagań stawianych ochronie. W Polsce projektanci, ale także osoby nadzorujące eksploatację sieci, nierzadko stosowali zasadę, że jeśli słup linii SN wymaga uziemienia ochronnego ze względu na usytuowanie, to jego rezystancja uziemienia nie powinna być większa niż 10. Nie zwracano przy tym uwagi, czy linia jest wyposażona w zabezpieczenia ziemnozwarciowe działające na wyłączenie. Co gorsza, tę zasadę odnoszono również do sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor. Wyczuwa się także, iż nie wszędzie przez ostatnie 30 lat były wykonywane pomiary rezystancji uziemienia słupów linii SN. A mimo to, w tym okresie nie odnotowano w Polsce żadnego wypadku porażenia w następstwie zwarcia na słupie, jeśli zabezpieczenie ziemnozwarciowe prawidłowo zadziałało i linię wyłączyło. Praktycznie wszystkie wypadki przy liniach SN były spowodowane leżącym na powierzchni gruntu przewodem pod napięciem albo zerwanym przewodem wiszącym na małej wysokości, czy wreszcie zahaczeniem o przewody linii SN długim przedmiotem: wędką z włókna węglowego, wysięgnikiem dźwigu bądź nieopuszczoną skrzynią wywrotki. Niezawodne zadziałanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych wymaga spełnienia dwóch warunków: zabezpieczenia ziemnozwarciowego dobrej konstrukcji, wykorzystującego właściwe kryterium zadziałania, rezystancji przejścia do ziemi, w miejscu zwarcia na słupie z materiału przewodzącego, o wartości zapewniającej pewne zadziałanie zabezpieczenia, w ramach gwarantowanej jego czułości. Można rozwijać temat zakresu wykrywanych rezystancji przejścia przez poszczególne rodzaje zabezpieczeń i wyższości jednych kryteriów nad innymi, ale pewne wartości są ogólnie znane i przyjmowane. Zakres wykrywanych rezystancji przejścia przez poszczególne zabezpieczenia ziemnozwarciowe zawiera się w granicach od kilkuset do kilku tysięcy omów. Wydaje się, że w Polsce można przyjąć jako maksymalną rezystancję uziemienia słupa jedną z dwóch wartości: 30 ponieważ tradycyjnie tylko takie uziemienia uwzględnia się w wielu obliczeniach, 10 bo taka wartość funkcjonuje w polskiej tradycji technicznej dla słupów linii SN. Ostateczną propozycję sformułowano w podsumowaniu niniejszego artykułu. Niekorzystny wniosek dla polskich sieci, jaki się wyłania spomiędzy wierszy normy [2] jest taki, że sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor uważa się za bardziej niebezpieczne oraz podlegające takim zasadom ochrony przy uszkodzeniu jak słupy linii 110 kv i wyższych napięć. Z algorytmu dla wszelkich sieci należy wykorzystać bloki (1), (2) i (3), a dla sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor także pozostałe. Dla sieci skompensowanych i sieci o izolowanym punkcie neutralnym można skorzystać z osobnych zasad, które zapewnią dostatecznie małe prawdopodobieństwo zwarcia (izolacja linii) lub dostatecznie małe prawdopodobieństwo porażenia (niezawodne samoczynne wyłączenie linii).

6 4. SŁUP Z MATERIAŁU IZOLACYJNEGO? Najbardziej rozpowszechnione słupy betonowe należy traktować jako słupy wykonane z materiału nieizolacyjnego, czyli podlegające ocenie napięć dotykowych rażeniowych. Podręcznik sprzed lat prof. K. Wołkowińskiego [8] podaje rezystywność betonu w zależności od składu, wilgotności, temperatury i wieku w granicach ( ) m, czyli porównywalną z rezystywnością gruntów. Wprawdzie podręcznik nie uwzględnia obecnych technologii wykonywania słupów, ale słupy strunobetonowe były już wtedy stosowane. W publikacji [9] podano wyniki badań współczesnego betonu, używanego na słupy strunobetonowe oraz badań gotowych słupów. Nie ulega wątpliwości, że beton, przynajmniej w pewnych warunkach, jest materiałem na tyle przewodzącym, że zagraża porażeniem w razie zwarcia doziemnego do jego zbrojenia. Takie ostrożne stanowisko, bez sformułowania "jest materiałem przewodzącym", ale "na tyle przewodzącym" użyto celowo, w związku z pewnymi analizami wykonanymi w przywoływanym artykule [9]. Kilka lat temu pojawiała się opinia, także w normach, że jeśli warstwa betonu na zbrojeniu ma wystarczającą grubość, to słup taki można traktować jako wykonany z materiału izolacyjnego. Nigdy nie uściślono, o jaką grubość warstwy chodzi. Beton jest wystarczającym przewodnikiem, aby podczas zwarcia doziemnego na słupie przy jego dotknięciu przepłynął przez ciało człowieka prąd zagrażający zdrowiu, a nawet życiu [9]. Zarazem wykazano, że beton można by ze względu na ochronę od porażeń przy dotyku pośrednim uznać za materiał izolacyjny, gdyby jego rezystywność była większa niż m. Podstawowe wnioski z publikacji [9] są następujące: przez co najmniej kilka godzin po zmoczeniu (np. przez deszcz) i schnięciu w temperaturze ok. 20 C przy wilgotności powietrza ok. 40%, beton należy uznać za materiał przewodzący, co pozwala wnosić, że przebywając w wilgotnym powietrzu beton również zachowuje się jak materiał przewodzący, rezystancja przejścia między betonową żerdzią a ręką po upływie jednej godziny od zmoczenia wodą jest w granicach ( ), czyli jest zbliżona do impedancji ciała człowieka, rezystywność betonu umieszczonego w gruncie już po czasie rzędu kilku tygodni ma wartość zbliżoną do rezystywności tegoż gruntu. Na podstawie podręcznika [8] i własnych analiz można wnioskować, że rezystancja uziemienia podziemnej części słupa betonowego jest tylko (5 30)% większa niż metalowego walca o zbliżonych wymiarach. 5. OTOCZENIE CZĘSTO UCZĘSZCZANE Definicja miejsc uczęszczanych w normie [2] jest mało precyzyjna, co pozostawia pole do jej interpretacji projektantom i spółkom dystrybucyjnym. Sformułowanie ludzie będą przebywać stosunkowo długi czas (kilka godzin dziennie) przez kilka tygodni w roku lub przez krótki czas, ale bardzo często (wiele razy dziennie) jest nazbyt ogólnikowe. Z objaśnień wynika, że tereny niezabudowane można zaliczyć do miejsc mało uczęszczanych, co sugeruje, że nie potrzeba sprawdzać napięć rażeniowych przy drogach poza terenami zabudowanymi. Norma nie definiuje terminu teren zabudowany. Wprawdzie w ustawie Prawo o ruchu drogowym zdefiniowano termin obszar zabudowany jako obszar oznaczony odpowiednimi znakami drogowymi, ale ta definicja odnosi się do pasa drogowego dróg publicznych, w którym słupów się nie stawia. Norma podaje przykłady miejsc uczęszczanych: tereny mieszkaniowe (co rodzi pytanie, czym różni się teren mieszkaniowy od terenu zabudowanego) i place zabaw. Byłoby lepiej,

7 gdyby w dokumentach normatywnych operatorów sieci dystrybucyjnej opisać dokładniej miejsca często uczęszczane, na przykład: a) tereny kąpielisk, boisk, kempingów, placów zabaw, b) podwórka, chodniki, parkingi, ogrody, ogrodzone tereny przykościelne, cmentarze, tereny magazynowe i przemysłowe lub przeznaczone na cele innej działalności gospodarczej, c) tereny w odległości mniejszej niż 20 m od wejść do budynków mieszkalnych i niemieszkalnych oraz do miejsc podanych w pkt. a oraz b, d) bliżej niż 10 m od skraju wszelkich dróg publicznych w terenie zabudowanym wyznaczonym według prawa drogowego, a także chodników i ścieżek, jeśli prowadzą do budynków mieszkalnych lub innych, do których ludzie mogą docierać orientacyjnie przynajmniej raz w tygodniu, e) ścieżki dla pieszych i teren w odległości do 10 m od nich, jeśli ścieżki te są oznaczone na mapach lub planach. Natomiast za tereny uczęszczane nie należy uważać: ścieżek leśnych niedopuszczonych do publicznego ruchu drogowego, nawet jeśli są naniesione na mapach, dróg poza obszarami zabudowanymi, w rozumieniu prawa drogowego, jeśli nie mają wydzielonych pasów lub ścieżek dla ruchu pieszego lub rowerowego. 6. OBLICZANIE NAPIĘCIA UZIOMOWEGO Wzory podane w rozdz. H.4.4 normy PN-EN [2] dotyczą głównie linii z przewodami odgromowymi. W Polsce takie przewody mają linie o napięciu 110 kv i wyższym. W liniach SN przewodów odgromowych się nie stosuje; są wyjątkowe sytuacje, kiedy tymczasowo linia WN pracuje jako linia SN. Napięcie uziomowe U E dla słupów linii SN należy obliczać według wzoru: (1) lub (2) przy czym: I E prąd uziomowy, I k1 prąd jednofazowego zwarcia z ziemią, prąd zwarcia doziemnego, r współczynnik redukcyjny, r = 1 dla linii napowietrznej bez przewodów odgromowych, R E rezystancja uziemienia słupa; w normie [2] występuje impedancja uziemienia Z E obliczana z uwzględnieniem przewodów odgromowych i uziemień sąsiednich słupów. Są wyjątkowe sytuacje, kiedy do słupa linii SN jest doprowadzony kabel z rozdzielni i wówczas należy uwzględnić współczynnik redukcyjny ze względu na żyły powrotne lub powłoki tego kabla; z braku danych można przyjąć r = 0,6. Analiza zagrożenia porażeniowego przy pierwszych słupach linii napowietrznych z wyprowadzeniem kablowym ze stacji GPZ wskazuje, że większe napięcia dotykowe rażeniowe występują przy wynoszeniu potencjału podczas zwarć doziemnych w urządzeniach WN. Warunkiem zastosowania współczynnika redukcyjnego jest ciągłość powłok lub żył powrotnych kabli od stacji zasilającej do rozpatrywanego słupa. Pewien efekt redukcyjny kabla występuje też wówczas, kiedy jest wstawka kablowa w linii napowietrznej. Jednak brak zasad uwzględniania tego przypadku, nawet teoretycznych, stąd w takich sytuacjach przyjmuje się r = 1. W normie [2] nie wspomina się o możliwości wystąpienia zwarcia podwójnego z ziemią i przepływu przez uziemienie słupa prądu znacznie większego, niż wynikający z pojedynczego zwarcia doziemnego. Jest tu inaczej niż przy stacjach SN/nn, gdzie jest zamieszczana w

8 normach uwaga, że zdarzają się takie przypadki w sieciach z zabezpieczeniami działającymi na sygnał i że taką sytuację należy rozpatrzyć. W związku ze zwolnieniem ze sprawdzania napięć dotykowych rażeniowych, przy słupach w sieciach o izolowanym punkcie neutralnym i sieciach skompensowanych, nie ma potrzeby rozpatrywania zasad obliczania w nich prądu zwarcia doziemnego. Pozostaje do rozważenia sieć o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor i sieć z układem równoległym dławika i rezystora. Najprostszy wzór dla sieci z rezystorem jest następujący: (3) gdzie: I CS największy pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego sieci uwzgledniający różne układy połączeń sieci, I CS znamionowy prąd ziemnozwarciowy rezystora uziemiającego. Dla sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez układ równoległy dławika i rezystora można zastosować zależność (4) gdzie: I L prąd dławika kompensującego. Jako I CS dla rozdzielni dwusekcyjnych zasilanych z dwóch transformatorów 110 kv/sn należy przyjmować sumę prądów pojemnościowych obu sekcji w układzie normalnej pracy. Nie trzeba uwzględniać, że dodatkowo może wystąpić zwiększenie prądu pojemnościowego, wynikające z przełączeń w sieci. Należy uwzględnić, czy po połączeniu sekcji jest wyłączany jeden z rezystorów niezależnie od tego, czy przez dyspozytora, czy samoczynnie. Krótkotrwałe stany przełączeń nie muszą być brane pod uwagę w obliczeniach dotyczących zagrożenia porażeniowego. W rozdzielniach zasilanych z jednego transformatora należy rozpatrzyć najbardziej niekorzystny wariant zasilania rezerwowego linią SN oraz to, że w analizowanej rozdzielni rezystor w zasadzie powinien zostać wyłączony. Jeśli sieć rezerwująca sieć rozpatrywaną pracuje jako skompensowana, to nie ma potrzeby wykonywania obliczeń, bo można skorzystać z odstępstwa podanego w rozdz. 3. Jeśli znamionowy prąd ziemnozwarciowy rezystora lub ich suma, jeśli dopuszcza się pracę równoległą transformatorów uziemiających wynosi co najmniej 200 A, warto uwzględnić impedancje wzdłużne linii, a nawet rezystancję uziemienia słupa i posłużyć się wzorem I k Z 1,1 U L1 1 3 ph Z C ( d L0 S R F 0 j) C w którym: U ph napięcie fazowe sieci, Z L1, Z L0 impedancja wzdłużna linii, odpowiednio dla składowej zgodnej i zerowej, R F rezystancja przejścia w miejscu zwarcia, czyli rezystancja uziemienia rozpatrywanego słupa. C S susceptancja pojemnościowa sieci, obliczona z zależności (6) d 0 upływność sieci obliczona z uproszczonego wzoru S ( d 0 j) (5) (7)

9 7. SPRAWDZANIE KRYTERIÓW OCHRONY OD PORAŻEŃ Wystarczające uproszczone kryterium poprawności instalacji uziemiającej w algorytmie z rys. 1 jest sprecyzowane jako (8) gdzie: U D największe dopuszczalne napięcie dotykowe w określonym czasie trwania zwarcia doziemnego t F i przy określonych dodatkowych rezystancjach w obwodzie rażeniowym. Zależność (8) pozwala przejść do chętnie stosowanej w praktyce zależności, określającej największą dopuszczalną rezystancję uziemienia słupa R Emax :. (9) W normie [2] są zamieszczone przykładowe krzywe U D = f(t F ) dla różnych rezystancji dodatkowych, przy czym ich zakres nie jest dostosowany do rezystywności gruntów w Polsce (rys. 2). Na tym rysunku R a to całkowita rezystancja dodatkowa obwodu rażeniowego, składająca się z rezystancji obuwia R a1 i rezystancji przejścia od obuwia do gruntu (rezystancji stanowiska) R a2. Przyjmuje się przy tym, że gdzie: E rezystywność wierzchniej warstwy gruntu, m. W normie brak krzywej dla E = 0 m w miejscach, gdzie ludzie przebywają w obuwiu. Krzywa najbliższa dla miejsc o małej rezystywności gruntu to U D2 dla E = 500 m. Z tego powodu na rys. 3 dodano krzywe dla rezystywności gruntu bardziej przystających do polskich warunków. Dziwi też pomijanie wszelkich rezystancji dodatkowych na terenie, gdzie ludzie mogą przebywać bez obuwia. Traktuje się te miejsca dokładnie tak, jak stanowiska przeznaczone do wykonywania czynności łączeniowych. A przecież gołe stopy człowieka w pozycji stojącej to jakby uziom płytowy, leżący na powierzchni gruntu i wprowadzający do obwodu rażeniowego rezystancję przejścia 1,5 E. Ale tak stanowi norma i nie wygląda to na pomyłkę. Analizując krzywe U D przyjęto, że przykładowe wykresy zamieszczone w normie PN-EN :2013 [2] to krzywe wzorcowe i potwierdzono obliczeniami, że sporządzając je wykorzystano impedancje ciała człowieka podane w PN-E 05115:2002 [4]. Nie dziwi to, bo norma PN-EN :2013 [2] powołuje się w pewnych miejscach na PN-EN 50522:2011 [9], gdzie są zamieszczone nowo ustalone wartości impedancji ciała człowieka. Porównanie pokazano w tab. 1. Analiza impedancji ciała człowieka nie jest przedmiotem niniejszego artykułu, jednak zwraca uwagę istotna zmiana wartości impedancji o około 25% przy dużych napięciach rażeniowych w normie PN-EN 50522:2011 [5], która jest normą najnowszą, Krzywe U D z rys. 3 sporządzono obliczając dopuszczalne napięcie dotykowe spodziewane metodą opisaną w załączniku C normy PN-E 05115:2002 [4], a więc wykorzystując wartości impedancji ciała człowieka ze środkowej kolumny tab. 1. Na potrzeby opracowania krzywych dokonano interpolacji funkcjami sklejanymi w postaci wielomianów zależności dopuszczalnego napięcia dotykowego rażeniowego w funkcji czasu oraz impedancji ciała człowieka w funkcji napięcia dotykowego rażeniowego w różnych przedziałach (interpolację i obliczenia wykonał mgr inż. Bartosz Olejnik z Politechniki Poznańskiej). Czas t F ograniczono do zakresu (0,1 10) s, ponieważ nawet 0,1 s jest niemożliwe do osiągnięcia w praktyce. (10)

10 Rys. 2. Przykładowe wartości największych dopuszczalnych napięć dotykowych spodziewanych U D w funkcji czasu trwania zwarcia doziemnego t F [2]. Krzywe: U D1 dla R a = 0 ; U D2 dla R a = 1750, R a1 = 1000, E = 500 m; U D3 dla R a = 4000, R a1 = 1000, E = 2000 m; U D4 dla R a = 1750, R a1 = 7000, E = 4000 m Rys. 3. Wykresy największych dopuszczalnych napięć dotykowych spodziewanych U D w funkcji czasu trwania zwarcia doziemnego t F, sporządzone przez autora w sposób identyczny jak w normie [2]. Przy oznaczeniu krzywej podano rezystywność wierzchniej warstwy gruntu E, m.

11 Tabela 1. Całkowita impedancja ciała człowieka na drodze ręka ręka lub ręka stopa* Napięcie dotykowe rażeniowe U T, V Całkowita impedancja ciała człowieka Z, wg PN-EN-50115: 2002 wg PN-EN 50522: 2011 (oryg.) * Obydwie normy podają, że w celu obliczenia impedancji ciała człowieka na drodze ręka obie stopy podane wartości należy pomnożyć przez 0,75. W normie PN-EN :2013 [2] wspomina się, że można przykładowe krzywe podane w niej zastąpić innymi, o zbliżonym przebiegu, z normy PN-EN 50522:2011 [5]. Można zauważyć, że największe dopuszczalne wartości napięć dotykowych spodziewanych według krzywych opracowanych na tych samych zasadach różnią się o kilka procent. Przyczyną jest zapewne przyjęcie innej impedancji ciała człowieka. Jako czas trwania zwarcia doziemnego t F należy przyjmować sumę czasu zadziałania zabezpieczenia i czasu wyłączania wyłącznika, przy czym norma nie precyzuje sposobu uwzględniania automatyki SPZ. Stąd w Polsce nadal przyjmuje się dawną zasadę, że w cyklu SPZ sumuje się czasy przepływu prądu, jeżeli przerwa w cyklu SPZ jest krótsza niż 3 s. Oznaczenie E odnosi się do rezystywności wierzchniej warstwy gruntu, którą w normie PN-E 05115:2002 (załącznik C, w objaśnieniach do rys. C1) nietrafnie nazwano rezystywnością gruntu w pobliżu powierzchni stanowiska, co budzi wątpliwości interpretacyjne. Można postawić retoryczne pytanie, jaka warstwa gruntu wpływa na rezystancję przejścia z gruntu do stóp człowieka? A gdyby się udało odpowiedzieć na to pytanie, to powstaje następne: jak w ciągu roku zmienia się rezystywność tej warstwy gruntu i którą wartość przyjąć za podstawę. Jeśli najmniejszą, to taką należałoby również przyjąć przy wyznaczaniu napięcia uziomowego na słupie. Najmniejsza rezystywność gruntu sprawia, że względne napięcia dotykowe rażeniowe rosną, ale jednocześnie maleje napięcie uziomowe. Jeśli z kolei przyjmie się największą rezystywność gruntu to względne napięcia dotykowe rażeniowe maleją, ale rośnie napięcie uziomowe. Jako względne napięcie dotykowe rażeniowe rozumie się stosunek napięcia dotykowego rażeniowego do napięcia uziomowego (U T /U E ). Inne problemy to, jak sezonowe zmiany intensywności opadów wpływają na rezystywność warstw gruntu: wierzchniej i na głębokości pogrążenia uziomu. Na pewno bardzo różnie dla poszczególnych warstw gruntu. Model matematyczny zjawiska ze względu na brak danych jest niemożliwy do opracowania. Warto zatem zastanowić się nad sensem przechodzenia na określenie wymaganej rezystancji uziemienia słupa w zależności od warunków gruntowych. Może najpewniejszy jest pomiar napięć dotykowych rażeniowych, który wszystkie te czynniki uwzględnia w sposób najbardziej naturalny. 8. UZUPEŁNIAJĄCE ŚRODKI OCHRONY

12 Blok (8) algorytmu z rys. 1 stanowi, że jest wymagane zastosowanie uzupełniających środków ograniczających napięcia dotykowe rażeniowe. W pierwszej chwili kojarzy się to z uznanymi środkami M, pozwalającymi ograniczyć napięcia dotykowe rażeniowe do wartości U Tp. Uważniejsze przyjrzenie się środkom M pozwala stwierdzić, że nie są one przeznaczone dla słupów linii napowietrznych. A już ogromnym błędem byłoby dopuszczenie napięcia uziomowego na słupie mniejszego tylko od 4U Tp przy zastosowaniu niektórych środków M. Norma PN-EN :2013 [2] podaje przykłady środków, jakie można zastosować przy słupach linii napowietrznych: uziomy otokowe, izolowanie słupa, zwiększenie rezystancji (raczej: rezystywności) wierzchniej warstwy gruntu. Dodatkowo norma odsyła do NNA. W polskim NNA [3] wymieniono tylko: uziom wyrównawczy w postaci otoków ułożonych schodkowo w gruncie, pokrycie powierzchni słupa powłoką elektroizolacyjną pod warunkiem powtarzania tego zabiegu przed upływem gwarantowanego terminu deklarowanej wytrzymałości na przebicie. Do uziomu w postaci schodkowo ułożonych otoków można wyrazić zastrzeżenie, że jego wykonanie jest wyjątkowo kłopotliwe, a poza tym zmniejsza on głównie napięcia krokowe, mnie nas interesujące. Napięcia dotykowe zmniejszają praktycznie w takim samym stopniu, a może nawet silniej, uziomy otokowe położone możliwie płytko, ale na tyle głęboko, aby nie zostały wykopane na złom ani wyorane przez pługi czy głębosze. Z bloku (8), czyli po wykonaniu jednego ze środków, norma odsyła do bloku (6), czyli ponownego sprawdzenia napięć dotykowych rażeniowych. Odesłanie powinno być do bloku (4), ponieważ wprowadzenie dodatkowego otoku zmienia także rezystancję uziemienia, a więc i napięcie uziomowe. Może się zdarzyć, że spełniony będzie warunek występujący w algorytmie wcześniej i nie będzie już potrzeby przejścia do bloków (7) i (8). 9. POPRZECZNIK SŁUPA I ZACISKI UZIEMIAJĄCE W dalszej części artykułu omówione będą zagadnienia, które nie mają bezpośredniego związku z algorytmem, ale wiążą się z problemami uziemienia słupów. Jeśli poprzecznik słupa wykonany jest z materiału przewodzącego, a tak jest najczęściej, to powinien być on połączony elektrycznie ze zbrojeniem słupa lub innym elementem umożliwiającym spływ prądu ziemnozwarciowego do ziemi niezależnie od tego, czy słup podlega sprawdzaniu wartości napięć dotykowych rażeniowych. Potrzeba takiego zabiegu wynika nie tyle z potrzeb ochrony przeciwporażeniowej, co z następujących powodów: a) Znane jest od dawna zagrożenie słupa uszkodzeniami elektrotermicznymi przy przepływie prądu ziemnozwarciowego przez beton z poprzecznika do zbrojenia słupa w następstwie wydzielenia dużej ilości ciepła. b) Nawet jeżeli słup nie podlega sprawdzaniu napięć dotykowych rażeniowych, to i tak oczekuje się zadziałania zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Brak połączenia poprzecznika ze zbrojeniem słupa sprawia, że w obwodzie ziemnozwarciowym pojawia się dodatkowa rezystancja rzędu ( ). c) W liniach o przewodach niepełnoizolowanych (w żargonie błędnie nazywanych przewodami w osłonie) postulowane połączenie poprzecznika ze zbrojeniem słupa korzystnie wpływa na ochronę przeciwprzepięciową izolacji liniowej. Problem a) jest nieistotny, jeśli poprawnie zadziała zabezpieczenie ziemnozwarciowe. Był on znany tuż po wprowadzeniu w Polsce słupów betonowych, aż do lat 70. ubiegłego wieku. Powtarzalną awarią linii SN było złamanie słupa w pobliżu miejsca mocowania poprzecznika. Wprowadzono wówczas w słupach żelbetowych opisywane rozwiązanie. Jednak problem b) może powodować, że prawidłowo skonstruowane i nastawione zabezpieczenie ziemnozwarciowe może nie zadziałać, np. z powodu zbyt małej wartości składowej zerowej

13 napięcia. Większość współczesnych zabezpieczeń wykrywa zwarcia o rezystancji powyżej podanego zakresu ( ), ale w gruntach o większej rezystywności dodaje się do tego rezystancja przejścia ze słupa do gruntu, która może być zawarta w bardzo szerokich granicach. Zależność tej rezystancji od głębokości pogrążenia żerdzi słupa w gruncie pokazano na rys. 4. Obliczenia wykonano według zależności [8] w której: rezystywność gruntu, r średni promień żerdzi w jego części poziemnej, L głębokość pogrążenia żerdzi w gruncie. Występujący we wzorze współczynnik poprawkowy 1,1 uwzględnia przyrost rezystancji uziemienia żerdzi z powodu betonowej powłoki na zbrojeniu. Głębokość pogrążenia żerdzi w gruncie nie osiąga 3 m, jest to raczej głębokość w granicach (1,8 2,6) m. Przeciętna średnica żerdzi w jej części podziemnej wynosi 50 cm. Zakres tej średnicy to (40 60) cm, ale jej wpływ na rezystancję uziemienia jest bardzo mały. Z rys. 4 wynika, że w gruntach piaszczystych rezystancja naturalnego uziemienia słupa może przekraczać wartość 1 k. W gruntach o dużej rezystywności, dodanie takiej rezystancji uziemienia do rezystancji przejścia z poprzecznika do zbrojenia słupa, może uniemożliwić zadziałanie wielu zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Oczywiście jest to silnie związane z nastawami wielkości kryterialnej, co z kolei w dużej mierze wynika z właściwości sieci. (11) Rys. 4. Zależność rezystancji uziemienia słupa R E od długości L jego pogrążenia w gruncie. Liczby przy krzywych oznaczaną zastępczą rezystywność gruntu. Nieco inaczej problem połączenia poprzecznika ze zbrojeniem jest akcentowany w liniach o przewodach niepełnoizolowanych, np. wykonanych w systemie PAS. Jeżeli w takiej linii

14 przewód opada na poprzecznik słupa, to nie powoduje od razu zwarcia doziemnego, musi przedtem zostać przetarta izolacja przewodu. Okazuje, że uziemienie poprzecznika jest bardzo korzystne z punktu widzenia ochrony przeciwprzepięciowej; instalowane elementy tej ochrony tym lepiej spełniają swoją rolę, im mniejsza jest rezystancja uziemienia elektrody od strony ziemi. W normie [7] jest obecnie taki zapis: Uziemienie. Jeśli jest to istotne, w słupie może być umieszczone wewnętrzne uziemienie z odpowiednimi końcówkami. Jako przewód uziemiający można wykorzystać zbrojenie. Przy wprowadzaniu słupów strunobetonowych zapomniano o problemie z lat 70. ubiegłego wieku, nie zwrócono uwagi na dawną zasadę łączenia poprzecznika w słupach żelbetowych ze zbrojeniem. Do strun nie należy spawać żadnych elementów, bo grozi to ich rozhartowaniem i zmniejszeniem wytrzymałości. Z tego powodu początkowo rezygnowano z zacisków uziemiających. Ale w latach roku jedna z firm wprowadziła do produkcji żerdzie z dolnym i górnym zaciskiem uziemiającym. Były one przyspawane do dodatkowego pręta zbrojeniowego nienaprężonego. Zbrojenie żerdzi jest tak wykonane, że bez dodatkowych zabiegów wynikających z wprowadzenia tego pręta stanowi galwaniczną całość. Zasada stosowania żerdzi z górnym zaciskiem uziemiającym rozpowszechniła się w dużej części Polski, ale nie wszędzie. Jest zupełnie oczywiste, że warto z niej skorzystać. Wprowadzenie dolnego zacisku uziemiającego nie ma znaczenia dla zjawisk ziemnozwarciowych i przepięć. Jednakże ułatwia wykonanie uziemienia ochronnego słupa strunobetonowego bądź stacji słupowych SN/nn na żerdziach strunobetonowych. Pozwala uniknąć prowadzenia taśmy stalowej po powierzchni żerdzi. Połączenie poprzecznika z górnym zaciskiem uziemiającym lub zbrojeniem powoduje, że podczas zwarcia doziemnego polegającego na uszkodzeniu izolatora lub opadnięciu przewodu na poprzecznik na dolnym zacisku uziemiającym może pojawić się wyższe napięcie niż przy braku tego połączenia. Sformułowanie wyższe napięcie jest obrazowe, należałoby raczej mówić, że taki słup stwarza większe zagrożenie porażeniowe, bo dotknięcie dolnego zacisku uziemiającego jest wówczas bardziej niebezpieczne. Z punktu widzenia norm i przepisów odnośnie do słupów niewymagających uziemień ochronnych, nie ma potrzeby analizowania napięć dotykowych w zależności od konstrukcji słupa, a zatem również od tego, czy poprzecznik jest połączony ze zbrojeniem. Obciążalność zwarciową cieplną przewodów uziemiających, czyli dobór ich przekroju poprzecznego, sprawdza się na podstawie tablic w załączniku B normy PN-E-05115:2002 [4], bez potrzeby wykonywania szczegółowych obliczeń. Jeżeli zwarcie doziemne występuje na słupie wyposażonym w uziemienie ochronne, to rezystancja uziemienia słupa w sieciach skompensowanych i sieciach o izolowanym punkcie neutralnym praktycznie nie wpływa na wartość prądu ziemnozwarciowego. Rezystancja ta i tak w każdym przypadku powinna być mniejsza niż 30, przy czym jest to bardzo uproszczone wymaganie. Z kolei jeżeli zwarcie doziemne występuje na słupie niewyposażonym w uziemienie ochronne, to wartość prądu ziemnozwarciowego wyraźnie zależy od całkowitej rezystancji przejścia ze zbrojenia poprzez beton do gruntu. Rzadko efekty cieplne są groźne, bo obecnie nie praktykuje się podtrzymywania pracy linii ze zwarciem doziemnym. Są jeszcze linie wyposażone tylko w zabezpieczenia działające na sygnał, ale zwarcie doziemne musi być natychmiast lokalizowane i możliwie szybko wyłączane. Uszkodzenie słupa może nastąpić tylko wówczas, gdy nie zadziałają zabezpieczenia ziemnozwarciowe, co się obecnie zdarza się niezwykle rzadko, np. przy bardzo dużej rezystancji przejścia w gruntach o rezystywności przekraczającej około 1000 Ωm. Przyjmuje się tutaj, że zabezpieczenia ziemnozwarciowe są sprawne, a brak zadziałania wynika ze zbyt słabych sygnałów pomiarowych spowodowanych dużą rezystancją przejścia.

15 10. WŁĄŚCIWOŚCI SIECI O PUNKCIE NEUTRALNYM UZIEMIONYM PRZEZ REZYSTOR Punkt neutralny uziemiony przez rezystor jest zalecany głównie w sieciach kablowych [10, 11]. W sieciach napowietrznych należy stosować kompensację ziemnozwarciową, bo mają one samoregenerującą się izolację powietrzną. Dominują w nich zwarcia przemijające, czyli przeskoki powierzchniowe, likwidowane dzięki gaszącemu działaniu dławika Petersena. Niestety, sieci SN czysto napowietrznych w Polsce już praktycznie nie ma. Jest za to wiele sieci napowietrzno-kablowych o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor, dla których problem doboru uziemień ochronnych słupów jest jak najbardziej aktualny. Trudno wskazać taki udział linii kablowych w sieci mieszanej, który powinien decydować o wyborze uziemienia punktu neutralnego przez rezystor. Wpływają na to także inne czynniki, co omawiano w publikacjach [10, 11]. Przedstawiona w rozdz. 3 interpretacja normy PN-EN :2013 [2] załatwia problem uziemienia słupów w sieciach o małym prądzie zwarcia doziemnego, tzn. w sieciach skompensowanych i sieciach o izolowanym punkcie neutralnym. Ta interpretacja zdecydowanie upraszcza procedurę wymiarowania instalacji uziemiającej, w wielu sytuacjach łagodząc wymagania wynikające z algorytmu na rys. 1. Natomiast w sieciach o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor trzeba ściśle przestrzegać algorytmu z rys. 1, który pozwala na dwie opcje: pomiarowe określenie napięć dotykowych rażeniowych i porównanie ich z największymi dopuszczalnymi wartościami, obliczenie wymaganej rezystancji uziemienia i jej pomiarowe potwierdzenie po wykonaniu uziomu. Są pewne różnice przy postępowaniu ze słupami nowo projektowanymi w porównaniu ze słupami już będącymi w eksploatacji, ale zasady są te same. Otóż bardzo trudno jest obliczyć napięcia dotykowe rażeniowe w odniesieniu do nowych instalacji uziemiających, brakuje prostych narzędzi do tego celu, a program kanadyjskiej firmy SES jest bardzo drogi. Byłoby pożądane, aby przy jego wykorzystaniu opracować katalog typowych instalacji uziemiających dla słupów linii SN. Druga droga wymaga zapewnienia bardzo małych wartości rezystancji uziemienia i jest duży problem z ich uzyskaniem w praktyce. W tab. 2 podano przykłady wymagań dla uziemień w sieciach o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor, przy czym dla uproszczenia założono, że do głębokości pogrążenia uziomu grunt jest jednorodny. Przy niektórych wartościach rezystancji uziemienia w nawiasach podano przybliżoną długość pojedynczego uziomu pionowego, który zapewnia uzyskanie postulowanej wartości. Jest to oczywiście wymiar abstrakcyjny, bo nie ma możliwości pogrążenia uziomu pionowego na podaną głębokość, chodzi tylko o pokazanie trudności czekających wykonawcę. Wymieniona w tablicy rezystywność gruntu 0 m oczywiście nie istnieje, ale wyniki dla tej wartości są słuszne przy bardzo małych jej wartościach mniejszych od około 20 m. Czas trwania zwarcia przyjęto w granicach od 0,2 s do 1 s. Jeśli zabezpieczenie zadziała po 0,05 s (łącznie z czasem własnym), a wyłącznik ma czas własny przy otwieraniu 0,05 s (wartość trudna do uzyskania), to przy SPZ jedno- lub dwukrotnym czas zagrożenia porażeniem wyniesie właśnie 0,2 s. Widać, że wiele obliczonych wartości rezystancji uziemienia, a zwłaszcza długości uziomu, to wartości nieosiągalne.

16 Tabela 2. Obliczona największa dopuszczalna rezystancja uziemienia słupa i wymagana długość pojedynczego uziomu pionowego (w gruncie 100 Ωm) w typowych warunkach sieci o puncie neutralnym uziemionym przez rezystor t F, s U D, V I k1 = 150 A I k1 = 300 A I k1 = 500 A Bez obuwia (dla obliczenia długości uziomu przyjęto rezystywność gruntu 100 m) 0, ,70 (19,7 m) 3,36 2,02 0, ,10 2,56 (51,9 m) 1,54 0, ,88 1,94 1,16 (114 m) 0, ,88 1,44 0,86 0, ,02 1,00 (132 m) 0,60 0, ,50 0,76 0,46 1, ,40 0,70 0,42 W obuwiu, E = = 0 m, objaśnienie w tekście 0, ,38 7,18 4,32 0, ,62 5,32 3,18 0, ,86 3,94 2,36 0, ,70 2,94 1,70 0, ,78 1,90 1,14 0, ,66 1,32 0,80 1, ,42 1,22 0,72 W obuwiu, E = = 200 m 0, ,66 (16,0 m) 8,34 5,00 0, ,3 6,14 3,68 0, ,06 5,54 /(47,9) m 2,72 0, ,54 3,26 0,98 0, ,32 2,16 1,30 (204 m) 0, ,98 (89,1 m) 1,50 0,90 1, ,74 1,36 0,82 W obuwiu, E = = 1000 m 0, ,8 (51,5 m) 12,94 7,76 0, ,92 9,46 5,68 0, ,86 6,92 (192 m) 4,16 0, ,90 4,96 2,98 0, ,46 3,22 1,94 (684 m) 0, ,36 2,18 1,30 1, ,96 1,98 1, PROPONOWANE WNIOSKI Na podstawie przedstawionych rozważań można sformułować następujące główne propozycje odnośnie do ochrony przeciwporażeniowej przy dotyku pośrednim w liniach SN wykonanych na słupach betonowych. a) Słupów betonowych nie należy uważać za słupy wykonane z materiału izolacyjnego. b) Każdy słup linii SN o przewodach gołych lub o przewodach niepełnoizolowanych powinien być wyposażony w górny zacisk uziemiający, a przewodzący poprzecznik słupa powinien być z nim połączony. Zalecane jest wyposażenie słupa również w dolny zacisk uziemiający, ułatwiający wykonywanie połączeń uziemiających.

17 c) Jeśli zabezpieczenie ziemnozwarciowe linii działa tylko na sygnał, to wszystkie jej słupy powinny mieć uziemienie ochronne. Po uruchomieniu sygnalizacji zwarcia doziemnego należy natychmiast rozpoczynać lokalizację linii doziemionej. d) Słupy znajdujące się w miejscach uczęszczanych i w ich pobliżu powinny mieć uziemienie ochronne. e) W przypadku sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor są do dyspozycji dwie procedury projektowania i sprawdzania ochrony przy dotyku pośrednim: przez pomiar napięć dotykowych rażeniowych, przez obliczenie wymaganej rezystancji uziemienia i jej pomiar, przy czym należy uwzględnić rezystywność gruntu, czas trwania zwarcia doziemnego i usytuowanie słupa. f) W liniach, wchodzących w skład sieci o izolowanym punkcie neutralnym lub sieci skompensowanych, słupy znajdujące się w miejscach uczęszczanych powinny mieć uziemienie ochronne o rezystancji uziemienia nie większej niż 10. Słupy znajdujące się w miejscach uczęszczanych i w odległości do 10 m od nich oraz w terenie o rezystywności gruntu przekraczającej 500 m, mogą mieć rezystancję uziemienia większą, ale nieprzekraczającą 30. To odstępstwo nie dotyczy słupów znajdujących się w miejscach, gdzie należy liczyć się z obecnością osób chodzących boso. Wartość 10 została zaproponowana jako od dawna przyjęta w sieciach SN, natomiast 30 jest w elektroenergetyce tradycyjnie górną wartością graniczną rezystancji uziemienia skutecznego uziomu. Literalna interpretacja rozdz normy PN-EN :2013 [2] mogłaby doprowadzić do nadmiernego złagodzenia wymagań. Zgodne z postanowieniami normy byłoby na przykład przyjęcie wartości 100 zamiast proponowanej wyżej wartości 10, co nie wydaje się poprawne i bezpieczne. Natomiast dyskusja, czy zamiast 10 można przyjąć np. 15 lub 30, jest całkowicie uzasadniona. Jest to problem do dalszych dyskusji. Są też wątpliwości dotyczące uwzględniania współczynników sezonowych zmian rezystywności gruntu. Ich wartości nie wynikają z żadnych norm, lecz z polskiej tradycji sięgającej ponad pół wieku. Największą wątpliwość autora budzi to, dlaczego przy pomiarze rezystancji uziemienia, kiedy grunt jest suchy, dla uziomów pionowych zaleca się przyjmować współczynnik 1,1. Wydaje się, że dla uziemień słupów należałoby przyjmować współczynniki: 1,0 dla gruntu suchego, 1,1 dla gruntu wilgotnego i 1,2 dla gruntu mokrego. Są to propozycje do rozważenia przez spółki dystrybucyjne i innych zainteresowanych. Otwarty pozostaje problem ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu w liniach napowietrznych wchodzących w skład sieci SN o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor. Może się okazać, że spełnienie wymagań normy jest ekonomicznie nieuzasadnione. Sieci takie mają wiele zalet, ale zachowanie bezpieczeństwa zgodnego z wymaganiami normy jest bardzo trudne. Sytuacja jest tym trudniejsza, że praktycznie cała norma [2] jest respektowana i według niej linie są budowane, a zastrzeżenia dotyczą tylko rozdziału dotyczącego uziemień ochronnych. Na wielu obszarach Polski występują sieci napowietrzno-kablowe o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor. Nie ma większych problemów, jeśli słupy są bądź mają być posadowione w gruncie o małej rezystywności. W innych sytuacjach powszechne będą przypadki przekroczenia dopuszczalnych napięć dotykowych rażeniowych, bo osiągnięcie wymaganej rezystancji czy konfiguracji uziemienia będzie technicznie nadzwyczaj trudne, a ekonomicznie nieuzasadnione. Jednak prawdopodobieństwo, że przy słupie w takiej sieci, w której zwarcia doziemne są wyłączane w czasie w zasadzie nieprzekraczającym 1,0 s, nastąpi groźne porażenie w następstwie zwarcia doziemnego, jest znikome. Nie należy ostatniego zdania traktować jako zachęty do nieprzestrzegania normy. To jest tylko zwrócenie uwagi na jej niedostosowanie do aktualnej wiedzy na temat porażeń.

18 12. LITERATURA 1. PN-EN 50160:2010 (wersja polska) Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych. 2. PN-EN : (wersja polska) Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kv Część 1: Wymagania ogólne Specyfikacje wspólne. 3. PN-EN : (wersja angielska) Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kv Część 2-22: Krajowe Warunki Normatywne (NNA) dla Polski (oparte na EN :2012) projekt dokumentu w języku polskim. 4. PN-E-05115:2002 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kv. 5. PN-EN 50522:2011 (wersja angielska) Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kv. 6. PN-EN 12843:2005 (wersja angielska) Prefabrykaty z betonu. Maszty i słupy. 7. PN-EN 12843:2008 (wersja polska) Prefabrykaty z betonu Maszty i słupy. 8. Wołkowiński K.: Uziemienia urządzeń elektroenergetycznych. WNT, Warszawa Hoppel W., Olejnik B., Schott A.: Słupy linii napowietrznych a ochrona od porażeń przy dotyku pośrednim. Miesięcznik INPE, nr , czerwiec-lipiec 2016, s Hoppel W.: Współczesne uwarunkowania wyboru sposobu pracy punktu neutralnego sieci średnich napięć. Wiadomości Elektrotechniczne, 2015, nr 8, s Musiał E.: Ochrona od porażeń w układach IT, TT i TN. Współdziałanie dwóch różnych układów w jednej instalacji. Miesięcznik INPE, 2013, nr , s