Používanie prúdových chráničov vo vonkajších priestoroch ng. Juraj Kalina, Elektrotechnik špecialista email: JKalina@stonline.sk Úvod Prúdové chrániče - fenomén tejto doby. Aj tak by sa dalo nazvať to čo sa deje dnes okolo prúdových chráničov. Je tento boom oprávnený? Nie je to ďalšia veľká reklamná kampaň na naše peňaženky? Kde je predpísané použitie prúdových chráničov a akých? V nasledujúcom článku sa pokúsim zodpovedať na uvedené otázky a objasniť danú problematiku. STN 33 2000-4-41 - Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom V kapitole 413.1.3 Siete TN definuje podmienky pre zaistenie ochrany pred úrazom elektrickým prúdom pri poruche (impedancia poruchovej slučky a maximálne časy odpojenia). V článku 413.1.3.6 je uvedené, že ak vyššie uvedené podmienky nemožno splniť musí sa urobiť doplnkové pospájanie. nak sa odpojenie napájania musí zaistiť pomocou prúdového chrániča. Obrázok 1 znázorňuje doplnkovú ochranu prúdovým chráničom s n 30mA pri priamom dotyku a obrázok 2 ochranu prúdovým chráničom v prípade poruchy. Pre názornosť je použitá sieť TT. To isté platí aj v sieťach TN, kde prevažná časť poruchového prúdu tečie ochranným vodičom a cez telo človeka do zeme odteká len malá časť poruchového prúdu. Obrázok 2 znázorňuje, že výsledný poruchový prúd na ktorý prúdový chránič reaguje, je daný súčtom - prúdu unikajúceho zo spotrebiča a prúdu prechádzajúceho telom človeka. Z uvedeného vyplýva, že prúdový chránič nesmie pôsobiť ak je zemný prúd (spôsobený zvodom izolácie - unikajúci prúd) rovný rozbehovému prúdu prúdového chrániča, ale až pri poruche - pri vzniku zemného poruchového prúdu ( ). Ak je teda hodnota unikajúceho prúdu vysoká je potrebné prispôsobiť výber hodnoty menovitého rozdielového prúdu n prúdového chrániča. V prípade, že sú unikajúce prúdy príliš vysoké, napríklad vo vlhkom prostredí, pri tepelných spotrebičoch, nízka hodnota izolačného odporu atď. musí byť na jeden prúdový chránič pripojený čo najmenší počet chránených spotrebičov. Približne platí, že hodnota zemného zvodového prúdu by nemala prekročiť 1/3 veľkosti prúdu n. Legenda k obrázkom: R A - odpor uzemnenia spotrebiča R B - odpor uzemnenia zdroja R ST - prechodový odpor stanoviska Z T - impedancia tela T - prúd pretekajúci telom n - menovitý rozdielový prúd prúdového chrániča F - poruchový prúd - rozdielový prúd S - zemný zvodový prúd pre spotrebič = F + S pri dotyku osoby = + 34
Ochrana majetku - ochrana pred požiarmi [Ω] zolačný odpor Strážená hodnota Kritická hodnota Včasné varovanie [čas] Obrázok 3 Na obrázku 3 sú zobrazené zmeny izolačného stavu elektrických inštalácií a zariadení pri starnutí izolácie. Postupným zhoršovaním izolačného stavu inštalácie dochádza k únikom prúdu, inak povedané, k vzniku plazivých prúdov prostredníctvom usadeného prachu a nečistôt. Tento plazivý prúd je schopný spôsobiť lokálne oteplenie a môže dôjsť k vzniku požiaru. Nebezpečenstvo vzniku požiaru možno obmedziť použitím prúdového chrániča s hodnotou n = 300mA. Selektívny typ prúdového chrániča s citlivosťou 300mA zároveň rieši problém selektívnosti vypínania za sebou radených prúdových chráničov - viď obrázok 4. Selektivita prúdových chráničov Selektivita prúdových chráničov znamená, že o sériovo zapojených chráničov vypne ten najbližší prúdový chránič, ktorý chráni elektrickú inštaláciu, u ktorej došlo k vzniku rozdielového prúdu. Účelom slektívneho radenia prúdových chráničov je zamedziť nežiadúcemu vypnutiu predradených chráničov. Pri návrhu odstupňovania chráničov nesmie dôjsť k splynutiu alebo k dotyku vypínacích charakteristík týchto dvoch chráničov. Aby bola selektrívnosť zaistená v každom prípade pri rôznych hodnotách rozdielového prúdu a pre rôzne strmosti jeho nárastu, musí platiť: n1 3 n2, kde n1 n2... selektívny typ...bez oneskorenia, alebo typ G 36
V tomto vzťahu sú obsiahnuté obe podmienky úplnej selektívnosti prúdových chráničov: 1. predradený prúdový chránič musí byť typu S - selektívny (časová selektivita) 2. menovitý vybavovací rozdielový prúd chrániča typu S musí byť najmenej trikrát väčší ako u priradených prúdových chráničov typu bez oneskorenia, alebo typu G (prúdová selektivita 1 S 2 G 1 selektívny prúdový chránič n 300mA 2 prúdový chránič typu n 30A 3 istenie pred skratom a preťažením 3 Obrázok 4 Použitie prúdových chráničov vo vonkajších priestoroch Elektrické inštalácie budov Ak je ochrana zaistená samočinným odpojením napájania, musia sa na ochranu zásuviek (s menovitým prúdom neprevyšujúcim 20A) umiestnených vonku a na ochranu zásuviek pri ktorých sa predpokladá, že budú napájať prenosné zariadenia použité vonku, použiť prúdové chrániče s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom neprevyšujúcim 30mA. V poznámke je ďalej uvedené: Ak sa ochrana zaisťuje samočinným odpojením napájania, na ochranu zásuviek s menovitým prúdom neprevyšujúcim 20A, určených na 37
použitie inými ako znalými alebo poučenými osobami, osobitne sa odporúča použitie prúdových chráničov s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom neprevyšujúcim 30mA na zaistenie doplnkovej ochrany. Plavárne a kúpaliská Na bezpečnosť elektrických zariadení sa kladú pomerne prísne požiadavky. V zónach 0 a 1 sa smú používať iba pevné zariadenia špeciálne určené na použitie v plaveckých bazénoch. Nesmú sa tu inštalovať žiadne spínacie zariadenia ani elektrické príslušenstvo, s výnimkou malých plaveckých bazénov, pri ktorých sa zásuvky nedajú umiestniť mimo zónu 1. Zásuvky sú v zóne 1 dovolené iba, ak sú inštalované mimo dosah ruky (t.j. 1,25m) od hranice zóny 0 a sú umiestnené najmenej 0,3m nad podlahou a sú chránené prúdovým chráničom s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom neprevyšujúcim 30mA. V zóne 2 sú zásuvky, spínače a príslušenstvo dovolené iba, ak sú chránené prúdovým chráničom s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom neprevyšujúcim 30mA. nštalácie na staveniskách a búraniskách, staveniskové rozvádzače Podľa požiadaviek nových noriem na zvýšenie ochrany zásuvkových obvodov je potrebné inštalovať do každého podružného staveniskového rozvádzača prúdový chránič s citlivosťou n 30mA. Takto citlivé chrániče chránia zásuvky s menovitým prúdom nepresahujúcim 32A, používané normálne pre pripojenie elektricky poháňaných ručných nástrojov a podobných prenosných spotrebičov a ďalej všetky pohyblivé prívody napojené z chráneného rozvádzača. Tým istým prúdovým chráničom môže byť chránených niekoľko zásuvkových obvodov. Obdobné podmienky platia pre koncový staveniskový rozvádzač - stavenisková zásuvková skriňa. Tu je sprísnené, že k jednému prúdovému chrániču môže byť pripojených najviac šesť zásuviek. nštalácie v poľnohospodárskych a záhradkárskych prevádzkárňach Nebezpečenstvo úrazov a požiarov spôsobených elektrickým prúdom je v poľnohospodárskych objektoch mimoriadne vysoké. Príčina spočíva jednak v ťažkých prevádzkových podmienkach (vlhkosť, agresívnosť prostredia), v častých neodborných zásahoch do elektrického rozvodu a v nedbalom dodržiavaní základných bezpečnostných predpisov. V poľnohospodárskych objektoch sa taktiež vyskytujú priestory s nebezpečenstvom požiaru ľahko zápalných látok (sklady sena, slamy a horľavých prachov, úpravovne zrna, šrotovne a pod.). Obvody napájajúce zásuvky musia byť chránené prúdovými chráničmi, ktorých vybavovací prúd nepresahuje 30mA. Z dôvodu ochrany pred vznikom požiaru, vyhotoví sa ochrana prúdovým chráničom, ktorého rozdielový vypínací prúd n nepresahuje 0,5A. V kapitole Výber a umiestnenie spínacích a odpájacích zariadení je uvedené, že všeobecne sa doporučuje chrániť obvody prúdovými chráničmi (Príloha C) s čo najnižším rozdielovým prúdom n nepresahujúcim 30mA, pri rešpektovaní nevyhnutnosti zabrániť nevhodnému pôsobeniu (nežiadúce vypínanie). 38
Obmedzené vodivé priestory Osobitné požiadavky platia pre inštalácie v obmedzených vodivých priestoroch a na napájanie elektrických zariadení v týchto priestoroch a taktiež pre pripevnené elektrické zariadenia a pre napájanie prenosných elektrických zariadení určených na použitie v týchto priestoroch. Obmedzený vodivý priestor je priestor tvorený prevažne z kovových alebo vodivých okolitých častí, vnútri ktorého je pravdepodobné, že sa osoba dotkne veľkou časťou svojho tela vodivých okolitých častí, pričom možnosť prerušenia tohoto dotyku je obmedzená. V kapitole zaistenie bezpečnosti, ochrana pred dotykom neživých častí, napájanie pripevnených (pevných) zariadení je umožnené použitie zariadenia triedy ochrany, alebo zariadenia s rovnocennou izoláciu, chráneného prúdovým chráničom s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom n nepresahujúcim 30mA za predpokladu, že toto zariadenie má primeraný stupeň ochrany P. Pojazdné prostriedky Elektrické zariadenia v pojazdných prostriedkoch (dielňach, opravárenských priestoroch, obytných, zdravotníckych, prenosných a meracích vozoch) musia mať vlastný spôsob ochrany pred úrazom elektrickým prúdom pri poruche, ktorý je nezávislý na vlastnostiach a stave ochrany v napájacej sieti. Touto požiadavkou sa v sieťach s uzemneným uzlom obmedzia spôsoby ochrany prakticky jedine na prúdové chrániče. Norma predpisuje použitie prúdových chráničov s menovitým rozdielovým vypínacím prúdom n nepresahujúcim 30mA pre napájanie všetkých zásuviek. Typy prúdových chráničov Prúdové chrániče rozdeľujeme podľa viacerých hľadísk: 1. Podľa počtu pólov 2pólové 4pólové 2. Podľa spôsobu montáže pre pevnú montáž (na DN lištu) zásuvkové adaptéry 3. Podľa funkčnej závislosti na F - funkčne nezávislé napájacom napätí D - funkčne závislé HF - podmienečne závislé 4. Podľa konštrukcie spínacieho s priamym vypínaním mechanizmu s nepriamym vypínaním 5. Podľa časového oneskorenia bez oneskorenia vypínania s oneskorením - typ G selektívny - typ S 6. Podľa odolnosti chráničov proti bez zabudovanej nadprúdovej ochrany skratu a preťaženiu so zabudovanou nadprúdovou ochranou 7. Podľa citlovosti na rôzne druhy AC - citlivý na striedavý reziduálny prúd prúdov A - citlivý na pulzujúci jednosmerný prúd B - citlivý na hladký jednosmerný prúd 8. né špeciálne typy R - na použitie v obvodoch s röntgenmi U - na použitie v obvodoch s frekvenčnými meničmi 39
Tabuľka 1 Používané symboly na prúdových chráničoch Symbol Popis Použitie Prúdový chránič pre striedavé rozdielové prúdy Prúdový chránič pre pulzujúce jednosmerné a striedavé rozdielové prúdy Prúdový chránič pre striedavé pulzujúce a hladké jednosmerné rozdielové prúdy Prúdový chránič pre všeobecné použitie odolný proti nežiadúcemu vypnutiu do 250A (8/20 µs) Selektívny odolný proti rázovému prúdu 5kA (8/20 µs) Oneskorený 10ms, odolný proti rázovému prúdu 3kA (8/20 µs) Podmienečne rázovo odolný 250A (8/20 µs) Pre všeobecné použitie, podmienečne rázovo odolný (odolnosť pri rázovej vlne >250A) Použiteľný pre teploty do -25 C (v príslušnom kryte) Menovitá podmienená skratová odolnosť 10kA s predradenou poistkou 100A Menovitý prúd a menovité napätie chrániča pri 50/60Hz Prevažná väčšina použití, bytové inštalácie (typ AC) V obvodoch s usmerňovačmi s podielom jednosmernej pulzujúcej zložky prúdu (typ A) nštalácie s výkonovo riadenými usmerňovačmi (typ B) Bežné inštalácie (vybavenie bez oneskorenia) Na začiatku inštalácie pred zvodičmi prepätia, selektívne radenie prúdových chráničov (oneskorenie min. 40ms) Pre všetky aplikácie s vysokou odolnosťou proti nežiadúcemu vypnutiu (oneskorenie min. 10ms) Bežné inštalácie Pre obvody s nárazovými prúdmi pri zapnutí (dlhé káblové vedenia, asynchrónne motory, skupiny žiarivkových svietidiel) Zaručené parametre do udanej teploty okolia, všetky aplikácie stenie chráničov pred skratmi Vypínacia schopnosť zabudovaného ističa 10kA, trieda selektivity 3 Ochrana vedení pred skratmi a preťažením Odolné proti nežiadúcemu vybaveniu, ktoré by mohli spôsobiť elektronické Maximálne 20 žiariviek v obvode štartéry žiariviek ntegrovaná nadprúdová ochrana zaisťuje ochranu pred preťažením prúdových chráničov. ntegrierter berlastschutz/overload protected - ÜL/OL = ochrana pred preťažením Kurzschluss-Vorsicherung/Short Current - KS/SC = ochrana proti skratu O.L.P. = Overload Protected - ochrana pred nadprúdmi Servisné tlačidlo slúži na overenie funkcie prúdového chrániča len pri uvádzaní do prevádzky - pri prvej odbornej prehliadke a odbornej skúške. Pravidelná (jednomesačná) kontrola nemusí byť vykonávaná, ak nie je predpismi stanovená určitá doba kontroly. 40
Prehľad noriem s požiadavkami na použitie prúdových chráničov Uvedený prehľad noriem bol aktualizovaný k dátumu 30.9.2003. Platné normy za rok 2003 boli uvedené vo Vestníkoch Úradu pre normalizáciu, metrológiu a skúšobníctvo Slovenskej republiky do p. č. 09/2003. Prehľad uvádza tabuľka 2. Záver Prúdové chrániče sú považované za moderné ochranné prvky, ktoré zaisťujú veľmi citlivú a kvalitnú ochranu pred úrazmi a požiarmi elektrických inštalácií. Ochranné opatrenia s prúdovými chráničmi využívajúce princíp merania rozdielového prúdu znamenajú vyššiu kvalitu v chránení oproti dosiaľ známym ochranným prístrojom. Rozšírenie používania prúdových chráničov je v medzinárodných elektrotechnických normách v stále väčšej miere. Zoznam použitej literatúry 1) Prúdové chrániče, ng. František Štepán, Felten&Guilleaume, 1998 2) Katalógové údaje výrobcov prúdových chráničov: Moeller Electric s.r.o. 3) Katalógové údaje výrobcov prúdových chráničov: Felten&Guilleaume Slovakia s.r.o. 4) Katalógové údaje výrobcov prúdových chráničov: ABB komponenty s.r.o. 5) Katalógové údaje výrobcov prúdových chráničov: OEZ Slovakia s.r.o. 42
Tabuľka 2 Norma Vydanie Názov (Skrátený) Požiadavky STN 33 2000-4-41 09/00 Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom zásady pre ochranu samočinným odpojením s použitím prúdového chrániča v sieťach TN, TT, T - ochrana pred úrazom el. prúdom pri poruche prúdový chránič n 30mA sa považuje za doplnkovú ochranu pred úrazom el. prúdom v normálnej prevádzke doplnková ochrana prúdovým chráničom n 30mA pre ochranu zásuviek s n <20A umiestneným vonku STN 33 2000-4-47 08/01 Opatrenia na zaistenie ochrany pred úrazom a na ochranu zásuviek napájajúcich prenosné zariadenia použité vonku elektrickým prúdom doplnková ochrana prúdovým chráničom n 30mA pre ochranu zásuviek s n <20A určených na použitie inými ako znalými a poučenými osobami STN 33 2000-4-482 08/01 STN 33 2000-7-701 12/02 Ochrana proti požiaru pri osobitných rizikách alebo nebezpečenstve Priestory s vaňou alebo sprchou a umývacie priestory prúdové chrániče s n 300mA zaisťujú ochranu proti požiarom od plazivých prúdov pre prípady, kde je vysoké riziko vzniku požiarov (drevené konštrukcie, sklady slamy, sena, miesta s výskytom horľavých prachov, pilín a pod.) pripevnené spotrebiče (svietidlá, ventilátory, vykurovacie zar., jednotky pre vírivé vane) - doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA spínacie a riadiace zariadenia - doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA pre zásuvky v zóne 3 a mimo tejto zóny vo vnútri miestnosti STN 33 2000-7-702 12/02 Plavárne a kúpaliská doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA pre konkrétne prípady STN 33 2000-7-703 08/02 Priestory so saunovými ohrievačmi nie sú predpísané osobitné požiadavky STN 33 2000-7-704 09/03 nštalácie na staveniskách a búraniskách doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA pre zásuvky STN 33 2000-7-705 09/02 El. inštalácie v poľnohospodárskych doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA pre zásuvkové obvody a záhradníckych prevádzkárňach prúdový chránič s n 500mA zaisťuje ochranu proti požiaru a tepelným účinkom STN 33 2000-7-706 12/02 Obmedzené vodivé priestory doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA na napájanie pripevnených zariadení triedy ochrany STN 33 2000-7-707 * nštalácie so zariadeniami na spracovanie údajov STN 33 2000-7-708 * El. zariadenia v pojazdných prostriedkoch doplnková ochrana prúdovým chráničom s vrátane karavanov a ich parkovísk n 30mA pre všetky zásuvky STN 33 2000-7-709 * Elektrické inštalácie na dopravných a rekreačných plavidlách STN 33 2000-7-710 * Priestory pre lekárske účely a súvisiace priestory STN 33 2000-7-711 * El. inštalácie na výstavách, zábavných podnikoch, stánkoch a lunaparkoch STN 33 2000-7-714 09/03 nštalácie vonkajšieho osvetlenia nie sú predpísané osobitné požiadavky Elektrický rozvod v miestnostiach pre STN 33 2140 10/86 lekárske účely STN 34 1410 01/85 Elektrické zariadenia v podzemí ochrana prúdovým chráničom pre dočasné práce v podzemí STN EN 60 439-4 Osobitné požiadavky na staveniskové 08/00 doplnková ochrana prúdovým chráničom s (35 7107) rozvádzače n 30mA pre zásuvky * norma ešte nie je vydaná doplnková ochrana prúdovým chráničom s n 30mA (300mA) ako záväzná požiadavka P4 v jednotlivých miestnostiach pre lekárske účely (tab. 3) 42
F L N + L N n < 30 ma Prúdový chránič F N L T Z T '' U d S F ' R B T R ST R B R A R ST Obrázok 1 Obrázok 2 43