Source: http://elektrika.cz/data/clanky/historie-a-soucasnost-bezpecne-funkce-ochrany-pred-urazem-elektrickym-proudem-v-sitich-tn
Timestamp: 2013-05-23 02:52:10+00:00
Document Index: 55336939

Matched Legal Cases: ['zákona č. 458', '§10', '§10', '§10', '§10', '§10', '§10', 'čl. 72']

František Zoul,
Jedním z parametrů, který se kontroluje při ověřování bezpečnosti elektrické instalace je impedance vypínací smyčky obecně označovaná, již od doby prvních elektrotechnických výpočtů, písmenem Z.
Kromě tohoto parametru se v elektrických okruzích, od roku 1996, kontrolují také doby odpojení vadné části elektrického zařízení. Jejich hodnoty jsou uvedeny v technických normách nebo jsou udané výrobcem. Vzhledem k tomu, že tento parametr je různý nejen pro jednotlivé typy elektrických sítí, ale i pro jejich dílčí části článek obsahuje názorné vizuální vysvětlení délky doby odpojení vadné části elektrického zařízení v síti TN v přehledových situačních schématech. V těchto schématech jsou uvedeny konkrétní hodnoty doby odpojení v jednotlivých částech instalace, a to v celkovém schématu – od přípojkové skříně HDS (venkovní a kabelové) k jednotlivému vývodu z rozvaděče RB (rozvaděč bytový).
Článek popisuje historii vývoje ochrany automatickým odpojením od zdroje v síti TN neboť právě tento typ ochrany před úrazem elektrickým proudem osob i zvířat je dnes, na území ČR nejpoužívanější.
Základní, obecně známé zapojení el. obvodu s touto ochranou je uvedeno na situačním schéma I.
Ochrana(y) nulováním, nebo-li z pohledu současně platných předpisů ochrana(y) automatickým odpojením vadné části v sítích TN se v praxi dělí na elektrické sítě TN-C, TN-S,případně jejich kombinaci označenou TN-C-S vzniklou sdružením distribuční a spotřebitelské části elektrického vedení. Z historického pohledu třena konstatovat, že před rokem 1996 jsme se 4 nebo 2vodičovými rozvody elektřiny setkávali nejen v distribučních sítích, ale také velmi často i v sítích spotřebitelských o napětích 380/220V AC (v současné době 230/400V AC) - pro účely článku jsou vynechány ostatní normalizované napětí typizované pro elektrické sítě.
Situační schéma I. Základní princip ochrany před úrazem elektrickým proudem v sítích TN-C
Po sjednocení elektrotechnických norem v rámci EU se setkáme s 4vodičovou nebo 2 vodičovou elektroinstalací v budovách již jen v místech elektrické instalace, ve kterých jsou použity vyšší průřezy vodičů s měděným (CU - Cuprum)jádrem než je 6mm2 nebo vyšších průřezů než 10mm2 u vodičů s vodivým jádrem s hliníku (Al - Aluminium).
V roce 2000 byl vydán český zákon č. 458/2000 Sb. o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů - energetický zákon. Tento zákon je postupně upravován novými upřesňujícími zákony. Poslední novela energetického zákona je z roku 2011, a to zákon č. 211/2011 Sb., kterým se provádí změna zákona č. 458/2000 Sb.
Energetický zákon definuje jednotlivé části dříve jednotné elektrizační soustavy, kterou bylo nutné po liberalizaci trhu elektřinou, pro realizaci obchodu s elektřinou obchodně rozdělit na následující 3 části: 1. Přenosová soustava
2. Distribuční soustava a 3. Přípojky.
K tomuto zákonu byla vydána vyhláška č. 51/2006 Sb.o podmínkách připojení k elektrizační soustavě. V roce 2010 byla vydána vyhláška č. 81/2010 Sb. kterou se mění vyhláška č. 51/2006 Sb.
Další podrobnosti o distribuční soustavě elektrické energie do 1.000V AC a 1.500V DC jsou uvedeny v elektrotechnických normách ČSN 33 2000-1/05-09 ed.2 a ČSN 33 3320.
Norma ČSN 33 2000-1/05-09 ed.2 Norma obsahuje informace o distribuční soustavě nn v kapitole 321 Uspořádání vodičů a způsob uzemnění. Článek 321.2.1 sítě TN Článek 321.2.2 sítě TT Článek 321.2.3 sítě ITV této normě jsou uvedeny veškeré používané sítě.
Tento článek popisuje výhradně sítě TN článek 321.2.1. a zobrazuje vybrané typy sítí uvedené v článcích 321.2.1 až 321.2.3. a typizovaná schémata zapojení elektrických okruhů používaná v reálné praxi.
Norma ČSN 33 3320 přípojky Norma ČSN popisuje a definuje distribuční soustavu, přípojky a jejich prvky.
Článek 1.1 Elektrické přípojky podle způsobu provedení se člení na: a) Přípojky provedené venkovním vedením b) Přípojky provedené kabelovým vedením c) Přípojky provedené kombinací obou způsobů (část přípojky venkovním vedením a část přípojky kabelovým vedením)
Článek 1.2 Elektrické přípojky podle napětí se člení na: a) Přípojky nízkého napětí (NN) b) Přípojky vysokého napětí (VN) c) Přípojky velmi vysokého napětí (VVN) d) Přípojky zvlášť vysokého napětí (ZVN)
Článek 1.3. Začátek elektrické přípojky Článek 1.4. Ukončení elektrické přípojky Oddíl 2 Přípojky nízkého napětí Článek 2.1. Přípojky nízkého napětí provedené venkovním vedením Článek 2.2. Přípojky nízkého napětí provedené kabelem
HISTORIE Elektrotechnické předpisy v roce 1920 a 1923 pro ochranu proudovodných částí isolací, krytem a spojení kovových částí se zemí. V roce 1923 elektrotechnické předpisy samostatně ochranu, která k vedení poruchového proudu od místa poruchy do zdroje využívá nulovacího vodiče, nedefinovaly a nebyly v nich proto uvedeny ani výpočtové vzorce.
Na prahu rozvoje elektrotechniky se kontrola ochran před úrazem elektrickým proudem zaměřovala zejména na kvalitní izolace živých částí (části el. zařízení určené konstrukčně k vedení el. proudu) elektrických zařízení za tímto účelem se používal první elektrotechnický vzorec na kontrolu izolačního stavu uvedený na obrázku 1.
Obr. 1 Vzorec pro výpočet minimální hodnoty izolačního stavu.
Při porovnání s technickým dokumentem ČSN 33 2000-6 vydaným na prahu 21. století jsou v roce 2007 hodnoty zkušebního napětí definovány na obrázku 2.
Obr. 2 Hodnoty zkušebního napětí pro měření izolačního odporu el. instalace.
Elektrotechnické předpisy v roce 1936 pro sítě: "Bez středního vodiče, se středním vodičem izolovaným se zemí a s nulovým vodičem". V roce 1936 již předpisy v §10 108 nařizují:
U zařízení nn (t.j. do 300V proti zemi) se musí chrániti všechny kovové součásti, které nemají napětí, toliko tam, kde vodivost okolí nebo jiné okolnosti mohou při poškození isolace ohrozit život osob neznalých.
V takových případech lze dosáhnout ochrany některým z těchto způsobů:
a) Okolí strojů, vypínačů, spouštěčů a jiných přístrojů se nadosah isoluje. b) Zařízení samo (tedy i stroje, přístroje apod.), se isoluje zvlášť a pečlivě (isolující obaly nebo kryty apod.). Části, které je třeba uchopiti při obsluze, se buď udělají z trvanlivého a nevlhnoucího isolantu, nebo se jím zvlášť isolují. c) Ochranným spojením se zemí. Kovové části strojů a přístrojů, kovové pláště a obaly vedení nevedoucí proud, spojí se:
1. v síti bez středního vodiče nebo v síti se středním vodičem isolovaným jen se zemí, 2. v sítích s nulovým vodičem (tj. se středním vodičem trvale a dobře spojeným se zemí) buď: a) jen se zemí, b) jen s nulovým vodičem a se zemí, c) zároveň s nulovým vodičem a se zemí.
U všech zařízení připojených na touž síť nn smí se užívat buď jen spojení a) nebo jen spojení Při ochraně podle b) nebo c) nesmí se nikde měniti pouhého spojení na zemi. Protože se převážně jednalo o uzemnění nevodivých elektrotechnických sítích, byly stanoveny normou následující dva vzorce pro výpočet zemního odporu, které jsou uvedeny na obrázcích 3 a 4.
Obr.3 Výpočet zemního odporu. Při ochraně nesmí být zemní odpor ochráněného zařízení větší než...
Obr. 4 Výpočet zemního odporu. Při ochraně nesmí být zemní odpor chráněného zařízení větší než...
Hodnota 65 představuje hodnotu maximálního dotykového napětí na neživých částech elektrického zařízení.
Elektrotechnické předpisy v roce 1950 pro zemnění a nulování Tyto předpisy poprvé v elektrotechnické historii ČR zavádí pro ochranu před nebezpečným dotykovým napětím finování ochran proti nebezpečnému dotykovému napětí neživých částí elektrického zařízení.
§10 111.1 NULOVÁNÍ se užívá v zařízeních s uzemněným středním vodičem nebo bez nulového vodiče, ale s jedním krajním vodičem provozně uzemněným. Ustanovení dále uvedená platí i pro tato zařízení. Nuluje se tak, že se chráněné části připojí na uzemněný vodič, aby při každém spojení na kostru vznikl zkrat, přičemž se spolehlivě odepne ohrožená část, je-li napětí na ní nebezpečné, avšak aby nevzniklo další nebezpečí.
Pro toto ustanovení norma uvádí celou řadu podmínek, které nejsou předmětem toho článku.
V padesátých letech minulého století norma ještě nedefinovala výpočet pro impedanci vypínací smyčky výpočtovým vzorcem, ale stanovila celkový odpor uzemnění, a to v §10 121.1 odstavec b1: Celkový odpor uzemnění (t. j. celého nulového vodiče sítě proti zemi smí být nejvýše 2 ohmy). A dále stanovuje: Odpor jednotlivého uzemnění nulového vodiče má být co možná malý, stačí však, dosáhne-li se 15 ohmů.
Norma dále v paragrafu §10 111.1 uvádí mezní hranice napětí pro místa suchá, v místech vlhkých nebo mokrých a ve zvlášť nebezpečných případech následovně:
Je-li celkový zemní odpor nulovacího vodiče v zařízení 380/220V větší než podle §10 121.1 odstavec b1 nebo je-li průřez nulovacího vodiče ve starých sítích menší o dva stupně než krajního může se užíti nulování jen tehdy, má-li chráněné zařízení ochranný vypínač, který vypne zařízení i nulový vodič jakmile stoupne napětí v nulovacím vodiči na:
50V v místech suchých
24V v místech vlhkých nebo mokrých
12V ve zvlášť nebezpečných případech podle §10 103
Situační schéma II - Ochrana nulováním
V tomto roce ještě předpisy nestanovily výpočtový vzorec pro výpočet impedanční smyčky, ale pro kontrolu zajištění bezpečnosti v elektrických rozvodech izolací byl používán: a) vzorec uvedený na obrázku 5, který je totožný se vzorcem uvedeným v prvních elektrotechnických předpisech z roku 1920 a 1923
Obr. 5 Vzorec pro výpočet minimální hodnoty izolačního stavu r. 1950 b) vzorce pro výpočetní kontrolu zemního odporu chráněného zařízení uvedených na obrázcích č. 6 a č. 7. Pozorný čtenář si všimne shody s výpočtovými vzorci uvedených v elektrotechnických předpisech z roku 1920 a 1923.
Obr. 6 Výpočet zemního odporu.
Obr. 7 Výpočet zemního odporu
Elektrotechnické předpisy v roce 1965 pro nulování Tato norma již komplexně řeší ochranu nulováním a zavádí výpočtové postupy a vzorce pro stanovení podmínek a hodnot pro bezpečné odpojení vadné části elektrického okruhu při poruše (například přerušení nulového vodiče, nebo spojení fázového vodiče s kovovými prvky elektrického zařízení, které nejsou konstrukčně určené k vedení elektrického proudu).
Pro ilustraci uvádíme rozdělení základní ochrany nulováním (čtyřvodič) na ochranu v sítích s pěti vodiči. V současné době se tato ochrana slangově nazývá: "Automatickým odpojením od zdroje v síti TN-C-S" (viz situační schéma III.).
ČESKOSLOVENSKÁ STÁTNÍ NORMA - VŠEOBECNÉ PŘEDPISY PRO OCHRANU PŘED NEBEZPEČNÝM DOTYKOVÝM NAPĚTÍM Ochrana nulováním. Ochrana v sítích TN.
Ochrana nulováním Tento název se udržel až téměř do konce 20. století a byl změněn až v roce 1996 při sjednocování národních elektrotechnických norem na normy s celoevropskou působností, kdy jej nahradil název: "Samočinným odpojením od zdroje" v síti TN (viz ČSN 33 2000-4-41 rok vydání 1996)". Norma stanovuje v čl. 72 Všeobecně o ochraně proti nebezpečnému dotykovému napětí nulováním jednoznačné podmínky pro realizaci ochrany následovně: Situační schéma III. Základní princip ochrany před úrazem elektrickým proudem v sítích TN-C.
Podstata ochrany nulováním spočívá v odpojení vadné části elektrického zařízení od zdroje použitím nulovacího vodiče spojeného s uzlem (nulovým) bodem zdroje Pro praktické zajištění této podstaty této ochrany norma ČSN 34 1010 nařizuje (do roku 1992 byly normy závazné) spojení neživých částí pomocí ochranného nulovacího vodiče buď s uzlem zdroje nebo s pracovně uzemněným středním nebo krajním vodičem. Situační schéma IV. Princip ochrany proti úrazu elektrickým proudem v síti TN-C-S
Pro výpočet a měření impedance smyčky je důležité znát liniové schéma ochrany nulováním. Toto schéma pro připomenutí základního principu ochrany proti nebezpečnému dotykovému napětí na neživých částech el. zařízení ve čtyřvodičové síti TN-C je uvedeno na schéma č. IV.
V normě ČSN 34 1010 byla již v roce 1965 zakomponována pro ochranu před úrazem elektrickým proudem osob i zvířat revoluční elektrotechnická myšlenka rozdělení ochranného nulovacího vodiče na samostatný pracovní vodič "N" a samostatný ochranný vodič "PE" Toto rozdělení platí dodnes. Norma ČSN 34 1010 obsahuje mnoho dalších podmínek pro zajištění bezpečné ochrany neživých částí elektrických zařízení při ochraně nulováním. Jejich specifikace však není předmětem tohoto článku, který si klade jako hlaví cíl stanovený ve svém úvodu, porovnat historický vývoj základních výpočtových modelů, vzorců a praktických příkladů v oblasti bezpečnosti elektrických obvodů.
Norma ČSN 34 1010 uváděla pro výpočet impedance smyčky výpočtový vzorec uvedený na obrázku č. 8. Obr. 8 Výpočet hodnoty impedance smyčky.
kde: Z - impedance smyčky, Iv - vypínací proud nejbližší předřazené pojistky nebo jističe, Uf - fázové napětí (dříve 220V AC, od r. 1992 230V AC)
Obr. 8a Výpočet vypínacího proudu pojistky, jističe.
kde: Iv je vypočtený vypínací proud, n je násobek stanovený normou je uvedn v tabulce 1. I je jmenovitý proud jištění Poznámka: Za vypínací proud se považuje proud, který zajistí vypnutí obvodu chráněného zařízení v dostatečně krátkém čase.
Pro výpočet vypínacího proudu Iv byl potřebný další vzorec uvedený na obrázku 8a, který obsahoval konstanty (násobky jmenovitého proudu pojistek a jističů. Konstanty byly normou stanoveny tak, aby při poruše byl spolehlivě vadný obvod odpojen viz tabulka 1).
Tabulka 1 Násobky jmenovitého proudu elektrických jisticích přístrojů
Příklad č. 1. Z - praktická ukázka výpočtu výpočetní, která je platná pro 4 i 5vodičovou síť (TN-C, TN-C-S dle ČSN 341010) viz situační schéma V a VI.
Situační schéma V. příkladu č. 1.Z. Princip ochrany proti úrazu elektrickým proudem v síti TN-C
Situační schéma VI. příkladu č. 1.Z. Princip ochrany proti úrazu elektrickým proudem v síti TN-C-S
Elektrický zásuvkový okruh je umístěný v kanceláři administrativní budovy. Projektant stanovil v této místnosti prostředí (prostor) základní (normální) a navrhl provést elektroinstalaci kabelem CYKY 3Cx2,5mm2. Do fázového vodiče v rozvaděči RP navrhl instalovat pro jištění tohoto okruhu jistič o proudové hodnotě 16A.
Revizní technik při měření impedance smyčky v koncové zásuvce okruhu naměřil hodnotu 2,4(ohm). Je tato naměřená hodnota pro spolehlivou funkci ochrany nulováním vyhovující? Podle výše citované normy ČSN 34 1010 nemá impedance vypínací smyčky překročit hodnotu vypočtenou dle vzorce na obr. 8. Výpočet provedeme dosazením číselných hodnot do následujících vzorců: kde: Z - impedance smyčky, Iv - vypínací proud nejbližší předřazené pojistky nebo jističe, Uf - fázové napětí (dříve 220V AC, od r. 1992 230V AC)
kde: Z - impedance smyčky, I - jmenovitý proud nejbližší předřazené pojistky nebo jističe, n - násobek jmenovitého proudu dle druhu prostoru, ve kterém je el. zařízení instalováno a druhu předřazeného jištění Uf - fázové napětí (dříve 220V AC, od r. 1992 230V AC
Závěr příkladu: Naměřená hodnota 2,4 vyhovuje, protože je menší než hodnota 3,92, která byla vypočtená. Elektrotechnické předpisy a výpočty nutné pro kontrolu bezpečné funkce ochrany před nebezpečným dotykovým napětím nulováním definované technickou normou 34 1010 z roku 1965 byly zpracovány pro praktické použití všemi generacemi elektrotechniků a staly se základem mnoha elektrotechnických učebnic.
Mnoho elektrotechniků zkušenější generace má dodnes v paměti uchovány jednoduché, ale pro praxi významné, citace jednotlivých článků a snadné výpočty.
Situační schéma VII. Zapojení s napěťovým chráničem, Norma ČSN 332000-4-41 definuje dotyková napětí na neživých částech 50V AC. Norma 34 1010 definovala dotykové napětí na neživých částech max. 65V AC. Na toto napětí byly konstruovány napěťové chrániče a proto v současné době nemohou být v el. instalcích používány.
Situační schéma VIII. Proudový chránič a jistič před elektroměrem (Některá pracoviště distributorů elektřiny požadují umístění proudového chrániče až za elektroměrem). Toto zapojení může nahradit zapojení s napěťovým chráničem.
Elektrotechnické předpisy v roce 1996 pro sítě TN V devadesátých letech minulého století dochází k zásadním až revolučním změnám v hospodářském uspořádání států v Evropě. Toto nové uspořádání si vyžaduje i zásadní změny v elektrotechnické legislativě a tak jsou postupně národní elektrotechnické normy sjednocovány v nadnárodní elektrotechnickou normalizační strukturu, a to strukturu evropskou.Také tiskový formát norem je sjednocen na zcela, pro stavební praxi nepraktickém formátu A4, označené články s mnoha číslicemi si zapamatuje na rozdíl od předchozích norem jen málo kdo a jejich obsah mnohdy připomíná spíše vysokoškolská skripta než praktické pomůcky a jednoduché návody pro realizace elektroinstalací a jiných elektrotechnických zařízení a spotřebičů elektrotechniky absolvujících učební obory a střední odborná vzdělání v elektrotechnice.
Článek vyšel také v časopise EvP 5-6/2012 Tweet