ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 str. 1 4/5.2 Ochrany pred dotykom neživých častí pri poruche Ochrana samočinným odpojením napájania Samočinné odpojenie napájania sa požaduje vtedy, keď môže vzniknúť nebezpečenstvo škodlivých fyziologických účinkov na človeka, ako dôsledok veľkosti a trvania dotykového napätia. Toto ochranné opatrenie vyžaduje koordináciu spôsobu uzemnenia siete, charakteristík ochranných vodičov a ochranných prístrojov. Ochranný prístroj musí v obvode alebo zariadení samočinne odpojiť napájanie obvodu alebo zariadenia, pre ktoré zaisťuje ochranu pred dotykom neživých častí. Pri poruche medzi živou časťou a neživou časťou alebo ochranným vodičom v obvode alebo zariadení, predpokladané dotykové napätie vyššie než dohodnuté medzné dotykové napätie U L nesmie trvať tak dlho, aby mohlo vyvolať nebezpečný fyziologický účinok u osoby, ktorá sa dotýka súčasne prístupných častí. Za určitých okolností sa v závislosti od spôsobu uzemnenia dovoľuje čas odpojenia nepresahujúci 5 s. Hodnoty dohodnutého medzného dotykového napätia U L sú 50 V striedavého napätia (efektívna hodnota) a 120 V jednosmerného napätia bez zvlnenia. Kratšie časy odpojenia a nižšie napätia možno vyžadovať pre osobitné inštalácie alebo umiestnenia. Dlhšie časy odpojenia a vyššie napätia možno pripustiť len v sústavách slúžiacich na výrobu a rozvod elektrickej energie až po začiatok elektrickej inštalácie. Neživé časti sa pri tejto ochrane musia pripojiť na ochranný vodič pri splnení podmienok stanovených pre každý druh uzemnenia siete. Neživé časti súčasne prístupné dotyku sa musia pripojiť na tú istú uzemňovaciu sústavu. TN V sieťach TN sa všetky neživé časti musia spojiť s uzemneným bodom siete prostredníctvom ochranných vodičov, ktoré sa musia uzemniť v mieste príslušného transformátora, generátora alebo v ich blízkosti. Uzemňovacím bodom je spravidla neutrálny bod. Ak neutrálny bod nie je k dispozícii alebo nie je prístupný, musí sa uzemniť krajný vodič. Krajný vodič sa nesmie v žiadnom prípade použiť ako vodič PEN. Ak existujú iné efektívne uzemnenia, odporúča sa, aby sa k nim pripojili ochranné vodiče, kdekoľvek je to možné. Uzemnenie v ďalších bodoch rozmiestnených čo najrovnomernejšie môže byť nutné na zabezpečenie toho, aby potenciály ochranných vodičov zostali v prípade poruchy čo najbližšie k potenciálu zeme.
str. 2 ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 Princíp ochrany Princíp ochrany je zrejmý z obrázka pre sieť TN-S. V prípade poruchy sa časť prúdu uzatvorí cez okruh, ktorý tvorí neživá časť chráneného zariadenia (kostra), ochranný vodič PE, uzol zdroja a postihnutá fáza. Tento prúd spôsobí vypnutie istiaceho prístroja (alebo pretavenie poistky) v postihnutej fáze. Charakteristiky ochranných prístrojov a impedancie obvodov musia byť pritom také, aby pri poruche so zanedbateľnou impedanciou medzi krajným vodičom a ochranným vodičom alebo neživou časťou, v ktoromkoľvek mieste inštalácie, došlo k samočinnému odpojeniu napájania v čase kratšom ako limitné hodnoty. Princíp ochrany samočinným odpojením napájania v sieti TN-S PODMIENKA Z s - impedancia poruchovej slučky zahŕňajúca zdroj, pracovný vodič k miestu poruchy a ochranný vodič medzi miestom poruchy a zdrojom (t. j. celú prúdovú dráhu) I a - prúd zabezpečujúci samočinné odpojenie ochranným prístrojom v čase stanovenom v tabuľke a za podmienok uvedených ďalej; ak sa použije prúdový chránič, za Ia sa dosadí menovitý rozdielový vypínací prúd I Δn U 0 - efektívna hodnota menovitého striedavého napätia siete proti zemi Maximálne časy odpojenia pre siete TN U 0 (V) Čas odpojenia (s) 230 0,4 400 0,2 > 400 0,1 Pre najdlhšie časy odpojenia stanovené v tabuľke sa predpokladá, že sú dostatočné aj pre koncové obvody, ktoré napájajú zariadenia triedy ochrany I priamo bez zásuvky alebo cez zásuvku a sú držané v ruke alebo sú prenosné.
ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 str. 3 Pre distribučné obvody (budov) je dovolený dohodnutý čas odpojenia nepresahujúci 5 s. Čas odpojenia dlhší ako vyžaduje tabuľka, ktorý ale neprevyšuje 5 s, sa dovoľuje pre koncový obvod napájajúci iba stacionárne zariadenia za predpokladu, že iné koncové obvody, ktoré vyžadujú časy odpojenia podľa tabuľky, sú pripojené na ten istý rozvádzač alebo na ten istý distribučný obvod napájajúci tento koncový obvod a je splnená jedna z nasledujúcich podmienok: a) impedancia ochranného vodiča medzi distribučným rozvádzačom a miestom, v ktorom je ochranný vodič spojený s hlavným pospájaním neprekročí Distribučné obvody 50 V Zs (Ω) U o b) v distribučnom rozvádzači existuje pospájanie, ktoré zahŕňa rovnaké druhy cudzích vodivých častí ako hlavné pospájanie a je v súlade s požiadavkami na hlavné pospájanie Ak sa tieto podmienky nedajú splniť použitím nadprúdových istiacich prístrojov, musí sa urobiť doplnkové pospájanie. Inak sa odpojenie napájania musí zaistiť pomocou prúdového chrániča. Vo výnimočných prípadoch, keď môže nastať porucha medzi krajným vodičom a zemou (napríklad pri vonkajších vedeniach), musí sa splniť nasledujúca podmienka, aby ochranný vodič a s ním spojené neživé časti nedosiahli napätie proti zemi vyššie než 50 V. PODMIENKA R B - odpor uzemnenia všetkých uzemňovačov (vrátane uzemňovačov napájacej siete) R E - najmenší prechodový odpor medzi zemou a cudzími vodivými časťami nespojenými s ochranným vodičom, ktorý môže spôsobiť poruchu medzi krajným vodičom a zemou V sieťach TN možno používať tieto ochranné prístroje: nadprúdové istiace prístroje (poistky, ističe atď.) a prúdové chrániče s výnimkou, že prúdové chrániče sa nesmú používať v sieťach TN-C a tam, kde je prúdový chránič použitý v sieti TN-C-S, nesmie sa použiť vodič PEN na strane záťaže. Spojenie ochranného vodiča s vodičom PEN sa musí urobiť na zdrojovej strane prúdového chrániča. S cieľom dosiahnuť selektivitu, možno použiť prúdové chrániče s časovým oneskorením (t. j. typu S) v sérii s obyčajným typom prúdového chrániča. Ak sa prúdový chránič použije na samočinné odpojenie obvodu, ktorý je mimo zóny vplyvu hlavného pospájania, nesmú sa neživé časti pripojiť k ochranným vodičom siete TN, ale sa musia pripojiť na oddelený uzemňovač umiestnený mimo zóny vplyvu hlavného pospájania, ktorého odpor vyhovuje menovitému vypínaciemu prúdu chrániča. Takto chránený obvod sa považuje za sieť TT. Mimo zóny vplyvu hlavného pospájania možno použiť napájanie oddeľovacím transformátorom a uplatnenie prídavnej izolácie.
str. 4 ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 TT Všetky neživé časti v sieťach TT spoločne chránené tým istým ochranným prvkom sa musia pripojiť spolu s ochrannými vodičmi na uzemňovač, ktorý je spoločný pre všetky tieto časti. Neutrálny bod (ak neexistuje, tak krajný vodič každej generátorovej alebo transformačnej stanice) sa musí uzemniť. Princíp činnosti je zrejmý z obrázka. Pri poruche prechádza poruchový prúd vždy zemou a dvomi uzemňovačmi uzemňovačom daného elektrického zariadenia PE a uzemňovačom uzla zdroja (transformátora) E. Prúdová dráha sa uzatvára cez zdroj a poruchovú fázu. Aby táto ochrana fungovala, zemný odpor musí byť dostatočne malý. Pritom zemný odpor závisí od zemných podmienok a od počasia (vlhkosť pôdy). PODMIENKA R A - súčet odporov uzemňovača a ochranného vodiča neživých častí I A - prúd, ktorý spôsobí odpojenie ochranného prístroja (poistky) Ak sa táto podmienka nedá splniť, treba vykonať doplnkové pospájanie alebo alternatívne aj prúdový chránič. Princíp ochrany samočinným odpojením napájania v sieti TT V sieťach TT sa používajú prúdové chrániče a nadprúdové istiace prístroje. Tieto sa môžu používať na ochranu pred dotykom neživých častí v sieťach TT len vtedy, ak je hodnota R A veľmi malá. Použitie napäťových chráničov sa nevylučuje v osobitných prípadoch tam, kde nie je možné použiť uvedené ochranné prístroje. V sieťach TT sa neživé časti nesmú pripájať na neutrálny vodič. Výnimku tvorí len hlavný rozvádzač v transformovni, kde sa dovoľuje ochrana ako v sieti TN, ak neutrálny vodič spĺňa podmienky pre sieť TN. Ochrana v sieti TT sa spravidla dá uskutočniť iba pri inštaláciách s predradenou poistkou s menovitým prúdom najviac 10 A. Využitie verejnej vodovodnej a plynovodnej siete ako uzemňovača nie je dovolené.
ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 str. 5 IT V sieťach IT sa musia živé časti izolovať od zeme alebo spojiť so zemou cez dostatočne vysokú impedanciu. Toto spojenie možno urobiť buď v neutrálnom bode siete alebo v umelom neutrálnom bode. Umelý neutrálny bod možno priamo spojiť so zemou, ak je výsledná impedancia nulovej zložky dostatočne vysoká. Ak neexistuje neutrálny bod, krajný vodič možno spojiť so zemou cez impedanciu. Princíp činnosti ochrany je zrejmý z obrázkov. Treba si uvedomiť, že táto ochrana je určená pre také inštalácie (napr. v priemysle), kde sa z dôvodu vysokých strát pri prerušení napájania požaduje funkčnosť sústavy aj po poruche. To sa dá dosiahnuť nasledovne: V prípade prvej poruchy medzi živou časťou a neživou časťou alebo medzi živou časťou a zemou je poruchový prúd nízky (v izolovanej sústave sa prúd cez zem neuzatvára do zdroja) a odpojenie nie je nutné za predpokladu, že je splnená podmienka uvedená ďalej. Ak však súčasne dôjde k druhej poruche, musia sa urobiť opatrenia, aby sa zabránilo nebezpečenstvu škodlivých fyziologických účinkov na osobu, ktorá sa dotýka vodivých častí súčasne prístupných dotyku. Neživé časti sa musia uzemniť jednotlivo, po skupinách alebo spoločne. PODMIENKA R A - súčet odporu uzemňovača a ochranného vodiča neživých častí I d - poruchový prúd pri prvej poruche so zanedbateľnou impedanciou medzi krajným vodičom a neživou časťou; hodnota Id berie do úvahy unikajúce prúdy a celkovú impedanciu uzemnenia elektrickej inštalácie Princíp ochrany samočinným odpojením napájania v sieti IT MONITOR IZOLAČNÉHO STAVU
str. 6 ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 Poruchový prúd v sieti IT po druhej poruche Musí sa zabezpečiť prístroj monitorujúci stav izolácie, ktorý indikuje výskyt prvej poruchy medzi živou časťou a neživými časťami alebo zemou. Prístroj musí poruchu akusticky a/alebo opticky signalizovať. Odporúča sa, aby sa prvá porucha odstránila v čo najkratšom čase. Ak po prvej poruche nastane ďalšia porucha, musia sa dodržať tieto podmienky na odpojenie napájania: a) ak sú neživé časti uzemnené po skupinách alebo jednotlivo, platia podmienky ochrany ako pre siete TT b) ak sú neživé časti vzájomne prepojené ochranným vodičom uzemnené spoločne, platia podmienky pre sieť TN Musia sa tiež splniť tieto podmienky: PODMIENKY Neutrálny bod nie je vyvedený Neutrálny bod nie je vyvedený U - menovité striedavé napätie medzi krajnými vodičmi U 0 - menovité striedavé napätie medzi krajným a neutrálnym vodičom Z S - impedancia poruchovej slučky obsahujúcej krajný vodič a ochranný vodič obvodu Z S - impedancia poruchovej slučky obsahujúcej neutrálny a ochranný vodič obvodu I a - vypínací prúd ochranného prístroja odpájajúceho v čase, ak sa dá uplatniť, alebo do 5 s pre všetky ostatné obvody, pre ktoré sa tento čas dovoľuje
ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 str. 7 Maximálne časy samočinného prerušenia dvojpólového zemného spojenia v sieťach IT Uz (V) Čas odpojenia (s) 240 0,8 400 0,4 690 0,2 1 000 0,1 Ak stanovené podmienky nemožno splniť použitím nadprúdových ochranných prístrojov, musí sa použiť doplnkové pospájanie. Alternatívne možno zabezpečiť ochranu pomocou prúdového chrániča, ktorý musí chrániť každý elektrický spotrebič. V sieťach IT možno používať tieto monitorovacie a ochranné prístroje: prístroje monitorujúce stav izolácie nadprúdové ochranné prístroje a prúdové chrániče. Ak sa použijú prístroje na kontrolu izolačného stavu, platí: a) Izolačný odpor inštalácie proti zemi vrátane spotrebičov sa musí trvalo kontrolovať. Ak klesne celkový izolačný odpor inštalácie s pripojenými spotrebičmi pod 1 000 Ω pri odpore uzemnenia 20 Ω alebo pod 200 Ω pri odpore uzemnenia 2 Ω, musí sa inštalácia vyradiť z prevádzky. Výnimkou môže byť časť inštalácie so zariadeniami, kde je ešte iným spôsobom zabezpečené, že nevznikne nebezpečné dotykové napätie. Inštalácia so zariadeniami, ktorých odpojenie by spôsobilo veľké hospodárske škody sa nemusí odpojiť, ale musia sa bez meškania začať práce na odstránenie poruchy. b) Požiadavka na odpojenie podľa bodu a) sa považuje tiež za splnenú, ak pri vzniku dvojpólového zemného spojenia zaistí odpojenie aspoň jednej izolovanej vodivej časti. Ochrana triedou ochrany II alebo rovnocennou izoláciou Je to univerzálna ochrana, ktorá chráni pred nebezpečným dotykom neživé aj živé časti. Cieľom tohto opatrenia je zabrániť výskytu nebezpečného dotykového napätia na prístupných častiach elektrických zariadení pri poruche základnej izolácie. Ochrana sa zaisťuje: Typovo odskúšanými elektrickými zariadeniami, ktoré majú dvojitú či zosilnenú izoláciu (zariadenia triedy ochrany II), alebo sú to priemyselne vyrábané celky, izolačne úplne kryté - označenie sústredenými štvorcami Prídavnou izoláciou vyhotovenou v priebehu montáže elektrického zariadenia majúceho len základnú izoláciu tak, aby sa zaistila bezpečnosť rovnocenná bezpečnosti elektrického zariadenia na viditeľnom mieste na vonkajšej i vnútornej strane krytu sa umiestni značka
str. 8 ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 Zosilnenou izoláciou neizolovaných živých častí urobenou počas montáže, ktorá musí poskytovať rovnakú bezpečnosť, ako majú typovo odskúšané zariadenia, pričom takúto izoláciu je možné pripustiť iba tam, kde druh konštrukcie neumožňuje urobiť dvojitú izoláciu na viditeľnom mieste na povrchu a vo vnútri krytu sa umiestni značka Elektrické zariadenia pripravené na prevádzku, ktorých vodivé časti sú oddelené od živých častí len základnou izoláciou, sa musia uzavrieť v izolačnom kryte, ktorý zaisťuje stupeň ochrany aspoň IP2X alebo IPXXB. Izolačný kryt musí odolávať mechanickým, elektrickým a tepelným namáhaniam, ktoré sa môžu vyskytnúť. Izolačným krytom nesmú prechádzať vodivé časti, ktoré by mohli prenášať napätie. Izolačný kryt nesmie obsahovať žiadne skrutky z izolačného materiálu, ktorých nahradenie koncovými skrutkami by mohlo porušiť izoláciu poskytovanú krytom. Vodivé časti uzavreté v izolačnom kryte sa nesmú spojiť s ochranným vodičom. Svojou kvalitou sa ochrana použitím triedy ochrany II radí hneď za ochranu SELV, má však oproti nej jednu vážnu nevýhodu, je závislá od vplyvov prostredia. Niektoré z týchto vplyvov (napr. mokro) dokážu premostiť aj dvojitú izoláciu, a takto jej funkciu znehodnotiť. Ochrana elektrickým oddelením (obvodov) Princíp ochrany elektrickým oddelením spočíva v galvanickom oddelení obvodov. V podstate tak zo siete s uzemneným uzlom zdroja (TN alebo TT) vzniká izolovaná sieť IT, kde pri splnení určitých podmienok nie je nebezpečný ani jednopólový priamy dotyk živej časti. Z jednofázovej siete vzniká dvojfázová sieť (s krajnými vodičmi L 1 a L 2 ). Obvod sa musí napájať cez oddeľovací transformátor (s prevodom 1:1) alebo zdroj prúdu, ktorý zabezpečí rovnaký stupeň ochrany (napr. motorgenerátor s vinutiami zaisťujúcimi rovnocenné oddelenie). Napätie elektricky oddeleného obvodu nesmie presiahnuť 500 V. Pre oddeľovacie ochranné a bezpečnostné trasnsformátory sa vyžaduje, že pri jednofázových transformátoroch nesmie byť ich menovitý výkon väčší než 25 kva a pri trojfázových až 40 kva. Aby prípadné kapacitné prúdy nepresiahli bezpečné medze, nemá byť elektricky oddelený obvod dlhší ako 500 metrov a súčin menovitého napätia obvodu (V) a dĺžky rozvodu (m) nemá presiahnuť 100 000. Z rovnakého dôvodu sa živé časti elektricky oddeleného obvodu v žiadnom prípade úmyselne nespájajú s iným obvodom alebo so zemou. Pri napájaní jediného spotrebiča sa volí krátke sekundárne vedenie, čím sú vylúčené obavy z kapacitného prestupu energie. Na rozdiel od ochrany izoláciou je ochrana elektrickým oddelením schopná v tomto vyhotovení plniť svoju funkciu aj v mokru. Ak oddeľovací transformátor napája viac spotrebičov, musia byť neživé časti elektrických predmetov triedy ochrany I vzájomne spojené izolovanými vodičmi neuzemneného miestneho pospájania. Tieto vodiče sa nespájajú s cudzími vodivými časťami ani s ochrannými vodičmi iných obvodov. Napájanie jedného spotrebiča má teda logicky podstatne vyššiu bezpečnostnú úroveň.
ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 str. 9 Princíp ochrany elektrickým oddelením Ochrana nevodivým okolím Toto ochranné opatrenie má zabrániť súčasnému dotyku častí, ktoré môžu mať v dôsledku porušenia základnej izolácie živých častí rôzny potenciál. Neživé časti sa musia usporiadať tak, aby sa za bežných podmienok osoby nemohli súčasne dotýkať dvoch neživých častí alebo neživej časti a cudzej vodivej časti, ak tieto časti v prípade poruchy základnej izolácie živých častí môžu mať rôzny potenciál. Takejto požiadavke sa dá vyhovieť tým, že priestor má izolačnú podlahu a uplatňuje sa jedno alebo viacero z nasledovných usporiadaní: a) vzájomné rozmiestnenie neživých častí a cudzích vodivých častí, ako aj vzájomné rozmiestnenie neživých častí je dostatočné, ak vzdialenosť medzi dvoma časťami nie je menšia ako 2,5 m, pričom mimo dosahu ruky možno túto vzdialenosť znížiť na 1,25 m b) vloženie účinných prekážok medzi neživé časti a cudzie vodivé časti je dostatočne účinné, ak zvyšujú vzdialenosti uvedené pod bodom a), nesmú byť spojené so zemou alebo s neživými časťami a podľa možnosti majú byť z izolačného materiálu c) izolácia alebo izolované usporiadanie cudzích vodivých častí musí mať dostatočnú mechanickú pevnosť a musí vydržať skúšobné napätie aspoň 2 000 V, pričom unikajúci prúd nesmie prekročiť 1 ma v podmienkach normálnej prevádzky Odpor izolujúcich podláh a stien v každom bode merania nesmie byť menší ako 50 kω, ak menovité napätie inštalácie neprekračuje 500 V, resp. 100 kω pri menovitom napätí vyššom ako 500 V. Vykonané opatrenia musia byť trvalé a nesmú sa stať neúčinnými. Musia zabezpečovať aj ochranu pri používaní mobilných a prenosných zariadení. Slabosťou tejto ochrany je fakt, že tu chýba indikácia vlastnej poruchy (napr. prieraz základnej izolácie) a že bezpečnosť sa do značnej miery presúva na užívateľa priestoru s nevodivým okolím. Použitie tejto ochrany v objektoch občianskej výstavby je prakticky vylúčené. Možno sa s ňou však stretnúť v priestoroch autorizovaných skúšobní elektrických zariadení aj pri experimentálnej práci neelektrotechnikov. Týmto ochrana umožňuje jednopólový dotyk bez rozlíšenia živých či neživých častí. Za stanovených podmienok sa dovoľuje použitie zariadení triedy 0.
str. 10 ČASŤ 4 DIEL 5 KAPITOLA 2 Ochrana neuzemneným miestnym pospájaním Účelom neuzemneného miestneho pospájania je zabrániť výskytu nebezpečného dotykového napätia. Vodiče pospájania musia spojiť všetky neživé časti a cudzie vodivé časti, ktoré sú súčasne prístupné dotyku. Sústava miestneho pospájania. nesmie mať elektrické spojenie so zemou cez neživé časti alebo cez cudzie vodivé časti. Musia sa prijať opatrenia, aby sa osoby vstupujúce do miesta chráneného pospájaním nemohli dostať do styku s nebezpečným rozdielom potenciálov, najmä ak je vodivá, od zeme izolovaná podlaha spojená s neuzemneným pospájaním. Na obrázku je napríklad vstup do takto chránených priestorov izolačne oddelený od priestorov, v ktorých je použitá ochrana samočinným odpojením napájania. Princíp ochrany neuzemneným miestnym pospájaním