Druhy ochran před úrazem elektrickým proudem

Mezi kompletní opatření na ochranu před úrazem elektrickým proudem – zkráceně řečeno mezi ochrany, tj. opatření, která zahrnují jak ochranu základní (dříve nazývanou ochranou před dotykem živých částí), tak ochranu při poruše (dříve nazývanou ochranou před dotykem živých částí) patří:

• ochrana automatickým (samočinným) odpojením od zdroje,
• ochrana dvojitou nebo zesílenou izolací,
• ochrana pospojováním,
• ochrana elektrickým oddělením,
• ochrana nevodivým okolím (pro nízké napětí),
• ochrana SELV a PELV a
• ochrana omezením ustáleného dotykového proudu a náboje.

Z hlediska projektování jsou nejdůležitější ta ochranná opatření, která se uplatňují v rámci elektrických instalací. To je vedle dvojité nebo zesílené izolace, elektrického oddělení a malého napětí především automatické odpojení od zdroje.

Princip ochrany automatickým odpojením od zdroje (podle ČSN 33 2000-4-41 ed-2)

Automatické odpojení od zdroje je ochranné opatření, jehož

• základní ochrana je zajištěna základní izolací živých částí nebo přepážkami nebo kryty (což jsou opatření zajišťovaná výrobci elektrických předmětů, tj. vodičů, kabelů, přístrojů a elektroinstalačního materiálu) a
• ochrana při poruše je zajištěna ochranným pospojováním a automatickým odpojením v případě poruchy v souladu s příslušnými podmínkami pro toto odpojení.

Pokud se týká základní ochrany, tak základní izolace živých částí je v naprosté většině případů zajišťována na straně výrobců elektrických předmětů (jenom ve výjimečných případech norma připouští doplňování izolace v místě montáže), obdobně jako ochrana krytem, u které je základní starostí montážní firmy zvolit správné krytí elektrického zařízení (rozváděčů, rozvodnic i instalačních krabic či přístrojů).

V rámci ochrany při poruše pospojování a uzemnění zajišťuje, že ani při poruše mezi místem s poruchou a ostatními pospojovanými částmi nebude příliš zvýšené napětí. Dokonce je možno zvýšením vodivosti (zvětšeným průřezem) vodičů pospojování zajistit, že ani při poruše nebude toto napětí větší než 50 V (resp. 25V v prostorech se zvýšeným nebezpečím úrazu elektrickým proudem). Proto také je doplňující pospojování záchranným opatřením v případech, kdy není (např. z důvodu volby ochranných přístrojů zajišťujících automatické odpojení) možno dosáhnout dostatečně krátké doby odpojení. Nicméně, i když se neuplatňuje doplňující pospojování a neživé a cizí vodivé části elektrických zařízení jsou propojeny prostřednictvím hlavního pospojování a uzemnění, snižuje i toto pospojování napětí mezi těmito částmi při poruše, přestože část poruchového proudu po dobu jejího trvání poruchy mezi pospojovanými místy protéká a vytváří tak napěťové rozdíly mezi nimi.

To ovšem ještě není princip ochrany automatickým odpojením. Ten spočívá v tom, že při poruše vznikne elektrický proud, a ten je zaregistrován ochranným prvkem (ochranným přístrojem), který obvod, v němž došlo k poruše, automaticky odpojí. Princip je znázorněn na obr. 7.

Obr. 7 – Princip ochrany automatickým odpojením

Poruchový proud může být detekován jak ve fázovém vodiči (na ten mohou reagovat nadproudové ochranné přístroje (pojistky nebo jističe), tak i jako rozdíl (lépe řečeno součet) proudů ve vodičích pracovního obvodu (ten detekují proudové chrániče). Přístroje (napěťové chrániče) zase reagují na napětí na neživé části (tj. na proud procházející z neživé části na tzv. neutrální zem.

Především jde o to, aby porucha byla odpojena včas. Ve stručnosti řečeno platí, že čím větší proud lidským tělem prochází, tím kratší musí být doba jeho působení, aby z toho ten člověk vyvázl bez následků. Závislosti velikostí proudů střídavých a stejnosměrných, které ještě člověku neublíží, na čase, jsou určeny ve zprávě IEC/TS 60479-1. Protože tyto proudy by se těžko určovaly a pro techniky se lépe pracuje s mezními hodnotami napětí, která člověku neublíží, byly uvedené hodnoty proudů vynásobeny impedancemi lidského těla (závisejícími na napětí, které ho se člověk dotýká). Tak byly získány závislosti maximálních přípustných dob trvání na velikosti napětí, o němž je předpokládáno, že se ho člověk dotýká. Dvě z těchto závislostí (pro střídavá napětí a pro prostory normální včetně prostorů nebezpečných a pro prostory zvlášť nebezpečné) jsou vyneseny na obr. 8.

Obr. 8 – Maximální přípustné doby trvání předpokládaného dotykového napětí (obrázek je zpracován podle IEC/TR 61200-413)

Pokud se týká maximální doby odpojení v konkrétních sítích, připomeňme si pouze,
že ta je

• v sítích TN 230V/400V
  - pro koncové obvody, které nepřekračují 32A; 0,4s,
  - pro distribuční obvody a pro obvody nad 32A; 5s,

• v sítích TT 230V/400V
  - o pro koncové obvody, které nepřekračují 32A; 0,2s,
  - o pro distribuční obvody a pro obvody nad 32A; 1s.

K podstatné změně tedy oproti předchozímu vydání normy došlo v pohledu na maximální doby odpojení vyžadované v sítích TT. Proč jsou maximální doby odpojení v sítích TT podstatně kratší než v sítích TN, vyplývá z následujících obrázků 9 a 10.

Obr. 9 – Rozložení potenciálů a velikosti napětí na vodiči PEN proti zemi při poruše v síti TN-C

Obr. 10 – Rozložení potenciálů a velikosti napětí na neživých částech proti zemi při poruše v síti TT

Na uvedených obrázcích je znázorněno, že při poruše se na neživých částech v síti TN objevuje podstatně nižší napětí než v sítích TT. Konkrétně příklad na obrázku 9 ukazuje, že na vodiči PEN a tím také na ochranných vodičích PE se při poruše objeví napětí 90 V. Podle obrázku 8 je vidět, že toto napětí je třeba v prostorech z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem normálních odpojit do 450ms. Tomu odpovídá požadavek normy – odpojení v síti TN AC 230V do 0,4s.

Na příkladu na obrázku 10 je vidět, že na neživých částech se v síti TT při poruše objevuje napětí 170V. Podle obrázku 8 je vidět, že toto napětí je třeba v prostorech z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem normálních odpojit do 230ms. Tomu odpovídá požadavek normy – odpojení v síti TT do 0,2s.