Základ ochrany před úrazem elektrickým proudem

Základní požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem, stanovení rizika. Působení elektřiny na lidský organismus.

Požadavky na bezpečnost patří mezi základní požadavky na elektrická zařízení
Základní požadavek z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem je formulován v ČSN EN 61140 ed. 2:2003 Ochrana před úrazem elektrickým proudem - Společná hlediska pro instalaci a zařízení. Tento požadavek (čl. normy) zní:

Nebezpečné živé části nesmí být přístupné a přístupné vodivé části nesmí být nebezpečné živé

• ani za normálních podmínek (to znamená, je-li zařízení provozováno a udržováno v souladu s pokyny výrobce), ani
• za podmínek jedné poruchy (kdy jeden prostředek ochrany je porušený).

Zjednodušeně je možno tento požadavek interpretovat v tradiční formě, tj. že u elektrických zařízení musí být zajištěna ochrana jak před nebezpečným dotykem jak živých, tak i neživých částí.

Uvedený požadavek vyjadřuje souhrn opatření a zkušeností, které na ochranu před úrazem elektrickým proudem za poměrně již dlouhou dobu užívání elektřiny elektrotechnici nashromáždili.

Nebudeme se zmiňovat o historii ochrany před úrazem elektrickým proudem, která sahá až hluboko do devatenáctého století. Řekneme si jen, jaký je současný stav v zajištění počínaje zajištěním na vědecké úrovni a konče opatřeními, která se provádějí jednak u výrobců elektrických zařízení a spotřebičů a také (co nás asi nejvíce zajímá) v rámci projektů, montáže a revizí elektrických instalací.

I když někoho možná odrazují slova věda a vědecký v jakémkoliv spojení, je nutno si uvědomit, že praktické otázky je nutno řešit vymezením problému, jeho zmapováním, pochopením základních principů, a nalezením pokud možno nejjednoduššího řešení. To všechno se musí provádět ve spojení s praxí. Technická praxe, potřeba řešení problémů byla a je podnětem k řešení otázek na vědecké úrovni.

Takto to funguje i z hlediska zajištění dostatečné ochrany před úrazem elektrickým proudem.

Souhrnem vědeckých poznatků je soubor zpráv mezinárodní normalizace IEC 60479 Účinky proudu na člověka a domácí zvířectvo (donedávna existovala i česká vydání částí 1 a 2 těchto zpráv jako ČSN IEC 479-1 a 2).

Na základě těchto průběžně doplňovaných poznatků jsou zpracovávány normy IEC a EN, nebo jejich části, stanovující požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem podle druhu elektrických zařízení. Přitom se zdaleka nejedná jenom o požadavky, jak má být zřízena elektrická instalace, ale ve značné míře, jak má být provedeno elektrické zařízení, spotřebič, nebo elektrický stroj, či zařízení výpočetní techniky.

Přestože si víceméně každá skupina odborníků pro příslušná elektrická zařízení hraje na svém písečku, v zásadních otázkách, mezi které patří i otázka ochrany před nebezpečím úrazu elektrickým proudem, se tito odborníci z jednotlivých odvětví elektrotechniky musí domluvit. Vždyť až na výjimky jsou elektrická zařízení napájena z rozvodné sítě, z elektrické instalace navazují na sebe i jinými způsoby (datovými spoji, přenosem signálů apod.).

Proto se elektrotechnici v osmdesátých letech minulého století dohodli, že vytvoří soubor požadavků na ochranu před úrazem elektrickým proudem, který bude platit v rámci celé elektrotechniky. V současné době je výsledkem tohoto úsilí již výše uvedená mezinárodní norma IEC 61140, která je v Evropě zavedena jako EN 61140 a v ČR jako ČSN EN 61140. Tato mezinárodní norma je základní bezpečnostní publikací pro použití technickými komisemi při přípravě norem v souladu s příslušnými zásadami.

Uspořádání norem a ostatních dokumentů pro ochranu před úrazem elektrickým proudem
Po dlouhých letech vývoje požadavků na ochranu před úrazem elektrickým proudem se dospělo k tomuto uspořádání:

Souhrn poznatků z hlediska účinků proudu na člověka a domácí zvířectvo a účinků proudu procházejícího lidským tělem je obsažen v souboru norem

• IEC/TS 60479 Účinky proudu na člověka a domácí zvířectvo
  Část 1: Obecná hlediska
  Část 2: Zvláštní hlediska
  Část 3: Účinky proudů protékajících těly domácích zvířat
  Část 4: Účinky úderu blesku na lidi a domácí zvířata
  Část 5: Meze dotykových napětí z hlediska fyziologických účinků

Základní bezpečnostní publikací pro použití technickými komisemi při přípravě norem je ČSN EN 61140 ed.:2003 Ochrana před úrazem elektrickým proudem - Společná hlediska pro instalaci a zařízení

Tato norma je z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem společná pro veškeré obory elektrotechniky. Na ni pak navazují normy pro

Pro zajímavost je možno uvést, že na potřebě sjednocení požadavků na elektrické instalace na lodích se dospělo o čtyřicet let dříve než na potřebě vypracovat jednotné požadavky pro elektrické instalace objektů na pevnině.

Stanovení rizika z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem
Požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem se po dobu 120 let vyvíjely, aniž by jejich tvůrcům přišlo na mysl slovo riziko v tom slova smyslu, jak je dnes z hlediska systematického zajišťování otázek bezpečnosti chápeme. Živelný rozvoj kapitalismu v druhé polovině devatenáctého století vyžadoval především funkční telegrafní spojení pro přenášení burzovních zpráv, později výkonnost pouličního osvětlení zajišťovaného nejprve obloukovými lampami a později Edisonovými žárovkami a nikdo si příliš velké nebezpečí úrazu elektrickým proudem nepřipouštěl. To ovšem trvalo jen do okamžiku, kdy veřejnost překvapilo několik rychle po sobě následujících smrtelných úrazů elektrickým proudem na ulicích New Yorku. V té době se otázky nebezpečí úrazu elektrickým proudem začaly řešit, a to na dnešní poměry poněkud teatrálním způsobem. Průkopníci elektrotechniky financovali pokusy na živých domácích zvířatech a sledovali, jakému proudu podlehnou.

Jaké napětí a jaký proud pro distribuci elektřiny používat
V době před koncem devatenáctého století se rozhořel ostrý spor mezi příznivci stejnosměrného a střídavého proudu. Střídavý proud se jevil hned od počátku jako velice výhodný z ekonomických důvodů. Dal se přenášet s malými ztrátami na velké vzdálenosti, což u stejnosměrného proudu bylo tehdy vyloučeno. Na druhou stranu stejnosměrný proud, ve světě prosazovaný T. A. Edisonem a na území Čech a Moravy Františkem Křižíkem, byl prokazatelně bezpečnější než proud střídavý. Tato skutečnost se projevuje i dneska – horní mez napětí SELV a PELV pro střídavý proud je 50V, pro stejnosměrný proud je 120V. Nakonec, jak je zřejmé z dnešní situace, zvítězilo ekonomické hledisko a ve světě se pro všeobecné využití elektřiny uplatňuje téměř výhradně proud střídavý.

Přesto však otázka bezpečnosti hrála významnou roli při počátečním uplatňování napěťových hladin střídavého proudu. I když v Československu byla záhy elektrizačním zákonem z roku 1919 předepsána pro distribuci elektrické energie drobným spotřebitelům trojfázová distribuční soustava 380/220V, až do čtyřicátých let se rozvod elektrické energie prováděl různými, většinou izolovanými soustavami nižšího napětí (110V nebo 120V sdruženého napětí, z kterého plynulo napětí fáze proti zemi přibližně 65V, což ještě donedávna byla mez bezpečného napětí, které může být na zařízení při poruše). V té době se ochrana před úrazem elektrickým proudem řešila především izolací živých částí. To, čeho se měli uživatelé elektrického zařízení vyvarovat, bylo řešeno názornými ilustrovanými upozorněními, které vydával ESČ (viz obr. 1).

Neopatrnou hospodyňku, která se během luxování dotkla tělesa ústředního topení, zasáhl elektrický proud a její život je ohrožen

Pro větší náhled kliknout!

Přes hrůzostrašné obrázky z dob tzv. první republiky nebyl úbytek obyvatel v Čechách a na Moravě v důsledku používání elektřiny v domácnostech příliš markantní. Pamětníci, kteří tuto pionýrskou dobu prožili v příslušných odpovědných funkcích, dokonce uváděli, že smrtelných úrazů elektrickým proudem byl nepatrný počet, a to jenom když někdo používal elektrický spotřebič ve vaně nebo jej z vany obsluhoval (jak je vidět na obr. 2).

I když hospodyňka z obr. 2 jakousi šanci na přežití mohla ještě mít, tento koupající se muž v dobře uzemněné litinové vaně již zásah elektrickým proudem zřejmě nepřežil

Pro větší náhled kliknout!

Přesto, že používání napětí 110V, resp. 120V prokázalo z hlediska bezpečnosti své přednosti, ekonomická potřeba napájet z nízkonapěťových distribučních sítí i malé průmyslové dílny a drobné provozovny přinutila rozvodné podniky zvýšit jejich napětí na 380/220V (je třeba si uvědomit, že přenosová schopnost trojfázových sítí při stejném průřezu fázových vodičů se tím zvýšila až třináctkrát). Za poznámku stojí, že doposud existují země (USA, Kanada a některé další pod americkým vlivem), které se drží střídavého napětí proti zemi 120V a rovněž UK (Spojené království), které se sice v distribučních sítích zavázalo používat evropské napětí 230/400V, vyžaduje, aby se na staveništích používalo nižší napětí – 110V mezi fázemi a proti zemi 55V v jednofázové síti a 63,5V v trojfázové síti.
Až mnohem později byla zjištěna příčina velkého rozdílu mezi počtem úrazů při napětí 120V a 220V. Snadno si ji ověříme na obr. 3 převzatém ze zprávy IEC 60479-1. Každému je z výuky jasné, že nebezpečné účinky vyvolává elektrický proud procházející lidským tělem. Ten je tím větší, čím větší je napětí. Rovněž ale roste, pokud se snižuje odpor, resp. impedance lidského těla. Na obr. 3 vidíme, že zvyšováním střídavého napětí se ještě elektrický odpor či impedance lidského těla snižuje.

Závislost celkové impedance Z_T živé osoby na napětí a na ploše dotyku za suchých podmínek

Na tomto obrázku znamená:

• A - plocha dotyku 8.200mm²

• B - plocha dotyku 1.250mm²

• C - plocha dotyku 100mm²

• D - plocha dotyku 10mm²

• E - plocha dotyku 1mm²

Na tomto obrázku je patrné, jak při napětí nad 200V prudce klesá, zejména při malých plochách dotyku impedance lidského těla (ze 100kΩ až na několik málo kΩ) v důsledku povrchové vrstvy kůže.

Pro větší náhled kliknout!

Ochrana automatickým odpojením od zdroje
Uvědomme si, jaké se užívaly v meziválečném období, a to až do padesátých let minulého století, izolace. Neexistovaly plasty se současnými výbornými izolačními i mechanickými vlastnostmi a s poměrně velkou trvanlivostí. Jak mohou dosvědčit i pamětníci, průraz izolace a výskyt napětí na neživé části nebyly nijak řídkými jevy. Přesto však, právě proto, že průmysl vyžadoval dodávku elektrické energie při vyšším napětí, tehdy to bylo 380/220V, musely se již za první republiky zpracovat dosti podrobné požadavky na ochranu před úrazem v případě poruchy – donedávna nazývané ochranou před dotykem neživých částí. To dokumentuje i publikace z r. 1936 pana prof. Jana Osolsobě Zemnění a ochrana před dotykem, která byla ještě v r. 1963 za spoluautorství Mirko Zapletala doplněna o tehdejší nové poznatky a vydána pod názvem Zemnění a bezpečnost. Troufám si tvrdit, že i téměř po padesáti letech od jejího vydání se jedná v tomto oboru v Čechách o dosud nepřekonané dílo.

Takže již od počátku třicátých let se začala vytvářet pravidla na ochranu v případě poruchy, tzn. na ochranu před dotykem neživých částí. Toto úsilí vyvrcholilo v roce 1935 vytvořením pravidel zakotvených v Elektrotechnických předpisech ESČ, která bychom dnes nazvali požadavky na automatické odpojení od zdroje. Opět to tedy nebyla žádná vědecká předem nalinkovaná práce, která by vycházela z vědecky stanoveného rizika úrazu elektrickým proudem, k němuž za určitých okolností dochází. Jednoduše bylo třeba najít a vyvinout takové řešení ochrany před úrazem elektrickým proudem, jehož nebezpečí při použití vyššího napětí požadovaného z ekonomických důvodů podstatně vzroste.

... UKÁZKA ZE SBORNÍKU L.P. Elektro ...

Tato přednáška je součástí sborníku přednášek č. 40.

Sborník je již vyprodán.