Zásady pro navrhování ochran před úrazem elektrickým proudem - revize ČSN 33 2000-4-41

V současné době přichází do distribuce a tím i technické veřejnosti k dispozici nová norma pro ochranu před úrazem elektrickým proudem. Je to již třetí vydání ČSN 33 2000-4-41. I když to již není ta základní norma bezpečnosti, jak jsme na ni jako na nástupnici dnes již proslulé ČSN 34 1010, která v Čechách i na Slovensku platila po dobu více než třiceti let, byli zvyklí pohlížet, přesto je to norma velmi významná. Pro většinu elektrotechniků i pro orgány dozoru bude i nadále prvořadým zdrojem informací z hlediska zajištění bezpečnosti v elektrotechnice. I když to bude do značné míry dáno tradicí této normy, je a bude tento přístup k normě i oprávněný. Norma totiž i nadále obsahuje základní požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem v elektrických instalacích, což je oblast, která se týká většiny elektrotechniků a elektrotechnických montážních firem. Dokonce, v souvislosti s novým pojetím norem pro ochranu před úrazem elektrickým proudem, si dovoluji uvést, že její pojetí pro oblast instalací je daleko výraznější než u předchozích vydání této normy.

Nová norma je založena na posledním vydání mezinárodní normy IEC pro ochranu před úrazem elektrickým proudem v elektrických instalacích, kterou je IEC 60364-4-41:2005. Tato norma byla s drobnými úpravami a doplňky schválena i pro uplatnění v rámci Evropy jako evropský harmonizační dokument stejného čísla, jako má norma IEC, tedy HD 60364-4-41:2007. Tento dokument je nyní vydáván formou národních norem v jednotlivých evropských státech, samozřejmě i v ČR. Tato norma byla vydána v srpnu 2007, to znamená s účinností od září jako ČSN 33 2000-4-41:2007. Nová norma je, v návaznosti na mezinárodní normu, nově uspořádaná, předpokládám že i uživatelé normy budou sdílet názor, že logičtěji a účelněji než předchozí dvě vydání.

Zásadní věcí, které je třeba si všimnout nejprve, je, že nová norma předepisuje požadavky pro ochranu před úrazem elektrickým proudem, které se týkají výhradně elektrických instalací, a to jejich správného provedení, tedy správného vyprojektování, následné montáže i revize před jejím uvedením do provozu. To znamená, že norma se netýká přímo prvků, které jsou k provedení instalace využívány. Uvažuje v zásadě s jejich správným využitím a jenom v okrajových případech umožňuje přizpůsobení těchto prvků (např. doplněním izolace) při montáži elektrické instalace. Další požadavky, kterým z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem musí vyhovovat jednotlivé prvky elektrické instalace (kabely, instalační trubky, krabice, zásuvky, jističe pojistky, chrániče atd.), zajišťuje výrobce elektrických předmětů (řádné provedení izolace, krytí elektrických zařízení a řadu dalších souvisejících požadavků) a jsou uvedeny ve výrobkových normách. Takovéto logické uspořádání je předznamenáno základní normou bezpečnosti ČSN EN 61140. Je to identicky převzatá mezinárodní norma IEC, která je zároveň evropskou normou EN. Tato norma rámcově stanoví všeobecně - pro celou elektrotechniku platné - požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem. Jde o požadavky platné jak pro elektrické instalace, tak pro elektrotechnické výrobky. Podrobněji jsou tyto požadavky rozpracovány v příslušných speciálních normách. Normou, která tyto požadavky stanoví podrobněji pro elektrické instalace, je evropský harmonizační dokument HD 60364-4-41, který je zapracován právě do ČSN 33 2000-4-41:2007.

Pro úplnější vysvětlení je třeba uvést, že k prvému zavedení mezinárodní normy IEC 60364-4-41 se přistoupilo po poměrně dlouhých přípravných pracích a jednáních spojených s přechodem na mezinárodní systém elektrotechnických předpisů tím, že se zpracovala a vydala ČSN 33 2000-4-41:1996. V té době ovšem byla situace v rámci mezinárodní a evropské normalizace jiná, než je tomu v současné době. Přestože mezinárodní norma IEC 60364-4-41:1992 byla v době svého vzniku prohlášena základní normou bezpečnosti pro oblast elektrotechniky, řada otázek týkajících se bezpečnosti elektrických předmětů a zařízení v ní řešena nebyla a tyto otázky nebyly řešeny ani jinými mezinárodními nebo evropskými normami, které by bylo možné v té době převzít jako ČSN. V rámci mezinárodní ani evropské normalizace nebyly tehdy řešeny ani otázky elektrické bezpečnosti v oblasti zařízení nad 1 kV. Je třeba, abychom si uvědomili, že do té doby uvedené otázky řešila ještě v té době platná ČSN 34 1010:1965. Byla to norma možno říci průřezová, dnes bychom ji nazvali základní norma bezpečnosti, protože platila pro všechny elektrotechnické obory. Proto bylo velmi obtížné na začátku devadesátých let minulého století zavádět a v roce 1996 zavést mezinárodní normu IEC 60364-4-41:1992 spolu s tehdy platným (a poměrně stručným) evropským harmonizačním dokumentem HD 384.4.41 S1:1980 a přitom zachovat velkou šíři požadavků do té doby platné ČSN 34 1010:1965. Tato původní ČSN vlastně platila a byla respektována celou československou elektrotechnickou veřejností v jednotlivých elektrotechnických oborech. Protože řada principiálních bezpečnostních požadavků nebyla na mezinárodní ani evropské úrovni v té době komplexně zpracována, bylo tehdy třeba tyto požadavky, které byly "navíc" oproti IEC 60364-4-41:1992, zařadit do ČSN 33 2000-4-41:1996 a později je ještě ponechat i v ČSN 33 2000-4-41:2000.

V současné době uvedené požadavky, které byly do předchozích vydání ČSN 33 2000-4-41 z ČSN 34 1010 doplněny, již mezinárodními a evropskými normami pro většinu případů řešeny jsou, některá řešení byla již technickým vývojem překonána. Především je však jako základní bezpečnostní publikace vydána ČSN EN 61140. Je to norma, která základní, principiální a průřezové otázky z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem elektrických předmětů a zařízení řeší. Proto mohou být tyto obecné požadavky, které se k elektrickým instalacím již přímo nevztahují, ve své většině z ČSN 33 2000-4-41 již vypuštěny. Z ČSN 33 2000-4-41 se tak stává norma zabývající se ochranou před úrazem elektrickým proudem pouze v elektrických instalacích. To je také původní určení kapitoly 41 celého souboru norem pro elektrické instalace, ať už tento soubor bereme na úrovni mezinárodní (soubor norem IEC 60364), evropské (HD 384, resp. HD 60364) nebo české národní (ČSN 33 2000). Proto dnes již vydaná ČSN 33 2000-4-41:2007, tak jako její faktická předloha, tj. IEC 60364-4-41, navazuje více než předchozí vydání ČSN 33 2000-4-41 na znění ostatních mezinárodních a evropských norem.

Z nové normy oproti jejím předchozím vydáním jsou, na základě zkušeností, vypuštěna ustanovení, která se bezprostředně netýkají elektrických instalací. Norma tedy již neobsahuje ustanovení o ochranné impedanci, zdroji s omezeným proudem, která jsou uvedena v ČSN EN 61140, a ani v její normativní části nejsou uvedeny vysvětlující informace a požadavky k ochraně základní (tj. před dotykem živých částí) a ustanovení, která se přímo provedení elektrických instalací netýkají, jako jsou požadavky na ochranu polohou. Tato ustanovení byla pro úplnost přesunuta do příloh normy stejně jako opatření na ochranu nevodivým okolím, místním neuzemněným pospojováním a na elektrické oddělení napájející více než jeden spotřebič. Je to proto, že využití zařízení při uplatnění uvedených ochranných opatření již nově není ponecháno na komkoliv bez ohledu na jeho odbornou způsobilost nebo nezpůsobilost v zacházení s elektrickým zařízením, ale nově se při něm vyžaduje účast osoby znalé nebo alespoň poučené. Další opatření týkající se nebezpečí v elektrických instalacích vyplývající ze zavlečení nebezpečného napětí po ochranném vodiči při poruchách na jiných spotřebičích jsou předmětem jiných norem (ČSN 33 2000-442 a ČSN 33 3201).

Principy ochrany před úrazem elektrickým proudem

Způsoby, jak ochránit člověka i některá vybraná zvířata před účinky elektrického proudu, jsou za dobu užívání elektřiny, tj. za posledních více než 150 let, poměrně důkladně propracované. Proto také při běžném užívání elektrických spotřebičů, elektrického nářadí a dalších elektrických zařízení je úraz elektrickým proudem tak výjimečnou záležitostí, že se jí sdělovací prostředky ujmou často ochotněji než dopravních nehod. Přesto však není radno otázku bezpečnosti při užívání elektrických zařízení nijak bagatelizovat. Jakékoliv opomenutí nebo zanedbání příslušných ochranných opatření se může vymstít. Toho si jsou vědomi i výrobci nových elektrických a elektronických zařízení, zařízení informační techniky a sdělovacích zařízení, které tak vehementně pronikly do našeho života. Proto se v oblasti ochrany před úrazem elektrickým proudem provádějí další a další výzkumy účinků proudů a napětí různých průběhů a trvání na člověka. Jak se rozvíjí užívání elektrické energie, nutně se musí vyvíjet i poznatky o účincích proudů na člověka - na jeho organizmus. Tyto poznatky jsou platné v celé oblasti elektrotechniky, proto i základní požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem se uplatňují v rámci celé elektrotechniky. Tyto požadavky zajišťované technickými prostředky platné pro spotřebiče i instalace jsou právě obsaženy v již zmíněné ČSN EN 61140:2003 ed.2.

Podrobnější rozpracování požadavků na ochranu před úrazem elektrickým proudem je řešeno na jedné straně normami výrobků, na druhé straně normami pro elektrické instalace, tj. především souborem ČSN 33 2000, a v rámci tohoto souboru především ČSN 33 2000-4-41:2007. Do této normy jsou již zásadní požadavky ČSN EN 61140 ed.2 v současné době zapracovány a celá ČSN 33 2000-4-41:2007 svými požadavky na ČSN EN 61140 navazuje. Proto je vhodné uvést zásady, které ČSN EN 61140 stanoví.

Principy ochrany před úrazem elektrickým proudem podle ČSN EN 61140 ed.2

Předpokládá se, že provoz elektrických zařízení probíhá buď

• za normálních podmínek (bezporuchový provoz), nebo
• za podmínek jedné poruchy zařízení (například porušení izolace, krytu).

Zároveň se bere v úvahu, že určité prostory mohou

• při použití elektrického zařízení zvyšovat nebezpečí úrazu elektrickým proudem (v podstatě se jedná o alternativu k prostorům zvlášť nebezpečným, jak je z ČSN 34 1010 známe v podstatě již řadu desetiletí).

Přitom musí být vždy dodrženo základní pravidlo ochrany před úrazem elektrickým proudem spočívající v tom, že

• nebezpečné živé části nesmějí být přístupné, a to ani za normálních podmínek ani za podmínek jedné poruchy (v této části pravidla v podstatě rozeznáváme požadavek na zajištění ochrany před dotykem živých částí),
• přístupné vodivé (většinou neživé) části nesmějí být nebezpečné živé, a to ani za normálních podmínek ani za podmínek jedné poruchy (to je v podstatě ochrana před dotykem neživých částí).

Základní pravidlo ochrany:

nebezpečné živé části nesmějí být (!) přístupné, přístupné vodivé části nesmějí být (!) živé, a to ani za normálních podmínek, ani za podmínek jedné poruchy.

Pro vysvětlení - co znamená jedna porucha:

Norma rozeznává jednak prostředky, kterými se ochrana zajišťuje, jednak ochranná opatření. Ochranné opatření je vlastně kompletním způsobem zajištění ochrany před úrazem elektrickým proudem. Ochranná opatření jsou tvořena kombinací ochranných prostředků.

Norma rozeznává prostředky základní ochrany (dříve jsme byli zvyklí říkat ochrany před dotykem živých částí) a prostředky ochrany při poruše (ochrany před dotykem neživých částí).

Prostředky základní ochrany (doposud ochrany před dotykem živých částí):

• základní izolace,
• přepážky a kryty, zábrany,
• ochrana polohou,
• omezení napětí,
• omezení ustáleného dotykového proudu a náboje,
• řízení potenciálu.

Prostředky ochrany při poruše (doposud ochrany před dotykem neživých částí):

• přídavná izolace,
• ochranné pospojování,
• ochranné stínění,
• samočinné (automatické) odpojení,
• jednoduché oddělení,
• nevodivé okolí,
• řízení potenciálu.

Prostředky zvýšené ochrany (zajišťují ochranu základní i ochranu při poruše):

• zesílená izolace,
• ochranné oddělení obvodů,
• zdroj omezeného proudu,
• ochranná impedance.

Ochranná opatření jsou kombinacemi ochranných prostředků základní ochrany a ochrany při poruše, které zajišťují kompletní ochranu zařízení. Jsou to především:

• ochrana automatickým odpojením od zdroje,
• ochrana dvojitou nebo zesílenou izolací,
• ochrana pospojováním,
• ochrana elektrickým oddělením,
• ochrana nevodivým okolím,
• ochrana SELV,
• ochrana PELV,
• ochrana omezením ustáleného proudu a náboje.

K tomu, jak má být elektrické zařízení připojeno v elektrické instalaci slouží, jeho zařazení do některé ze tříd ochrany:

Třída zařízení	Označení zařízení nebo návody	Podmínky pro připojení zařízení k instalaci
Třída ochrany 0	- pouze pro použití v nevodivém prostředí nebo - chráněno elektrickým oddělením	Nevodivé okolí
		Elektrické oddělení zajištěné samostatně pro každé zařízení
Třída ochrany I	Označení ochranné svorky nebo písmeny PE nebo barevnou kombinací zelená-žlutá	Připojení této svorky k ochrannému pospojování instalace
Třída ochrany II	Označení značkou	Nespoléhá se na žádné ochranné prostředky instalace
Třída ochrany III	Označení značkou	Připojení pouze k síti SELV nebo PELV

Zásady podle ČSN EN 61140 ed.2, které platí pro provedení elektrických zařízení, jsou upřesněny technickými normami výrobků.

Týká se to například požadavků na provedení a zkoušení izolace, provedení krytů (IP, IK), propojení neživých částí s ochrannou svorkou, požadavků na ochrannou impedanci, požadavků na zdroje pro oddělené obvody, pro obvody SELV a PELV.

ČSN EN 61140 ed.2 stanoví zásady pro

výrobky

• technické normy výrobků,
• skupinové normy bezpečnosti - například
  • pro strojní zařízení EN 60204-1,
  • pro výpočetní techniku soubor EN 60950,
  • pro spotřebiče EN 60335;

instalace

• technické normy souboru ČSN 33 2000 Elektrické instalace nízkého napětí,
• především ČSN 33 2000-4-41 pro ochranu před úrazem elektrickým proudem,
• dále ČSN 33 2000-5-54 pro uzemnění a ochranné vodiče,
• kromě toho jsou to i další oddíly tohoto souboru.

Zásady podle ČSN EN 61140 ed.2, které platí pro provedení elektrických instalací, jsou upřesněny technickými normami pro elektrické instalace.

V současné době jsou to především technické normy souboru ČSN 33 2000 Elektrické instalace nízkého napětí. Z tohoto souboru je to především ČSN 33 2000-4-41, tedy část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem. Dále především ČSN 33 2000-5-54 Elektrická zařízení. Část 5: Výběr a stavba elektrických zařízení. Kapitola 54: Uzemnění a ochranné vodiče a kromě toho i další oddíly tohoto souboru.

Požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem v elektrických instalacích podle ČSN 33 2000-4-41

Část 4-41 ČSN 33 2000 specifikuje základní požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem. Ta je zajišťována

• základní ochranou (tj. ochranou před přímým dotykem neboli před dotykem živých částí) a
• ochranou při poruše (tj. ochranou před nepřímým dotykem neboli ochranou před dotykem neživých částí).

Všeobecně jsou v elektrických instalacích dovolena tato ochranná opatření:

• automatické odpojení od zdroje,
• dvojitá nebo zesílená izolace,
• elektrické oddělení pro napájení jednoho spotřebiče,
• malé napětí (SELV a PELV).

Přitom se v elektrických instalacích jako nejběžnější ochranné opatření uplatňuje ochrana automatickým odpojením od zdroje.

Proto se požadavky normy zaměřují především na ochranu automatickým odpojením.

Princip ochrany automatickým odpojením:

• základní ochrana je zajištěna základní izolací živých částí nebo přepážkami nebo kryty,
• ochrana při poruše je zajištěna ochranným pospojováním a automatickým odpojením případě poruchy během předepsané krátké doby.

Princip ochrany je znázorněn na obr. 1. Ochranné pospojování je zajištěno ochranným vodičem, automatické odpojení ochranným prvkem, který vyhodnocuje poruchový stav. (To, že ochranný vodič zajišťující ochranné pospojování prochází ochranným prvkem, neznamená, že tímto prvkem může být přerušen. Ochranný prvek však může mimo jiné vyhodnocovat i proud nebo napětí na ochranném vodiči.)

Doby odpojení, za které musí být případná porucha odpojena, jsou stanoveny v jedné přehledné tabulce pro sítě TN, TT, IT. Po delší diskusi a na základě prověřených účinků proudů na lidský organizmus byly pro samočinné odpojení v sítích TT přijaty kratší doby odpojení než pro sítě TN (zmínka o těchto dobách pro nejběžnější případy - sítě 230 V - je uvedena v dalším textu).

Kde je to určeno, uplatní se ještě ochrana citlivým proudovým chráničem.

Obr. 2 - Znázornění hlavního pospojování s vyznačením ochrany před přepětím

Požadavky na ochranu při poruše jsou při ochraně automatickým odpojením zajišťovány:

• ochranným uzemněním (neživé části současně přístupné dotyku musí být prostřednictvím ochranného vodiče spojeny se stejným uzemněním);
• ochranným pospojováním (viz obr. 2), kterým se vzájemně spojí ochranný vodič, uzemňovací přívod a
  • kovová potrubí,
  • kovové konstrukční části,
  • kovová konstrukční výztuž, pokud je přístupná;
• automatickým odpojením v případě poruchy
  • v sítích AC 230 V musí v koncových obvodech dojít k vypnutí do
    • 0,4 s v sítích TN,
    • 0,2 s v sítích TT,
    • v distribučních obvodech v sítích TN do 5 s, v sítích TT do 1 s.

Doplňková ochrana

V síti a.c. musí být doplňková ochrana citlivými proudovými chrániči s I_Δn ≤ 30 mA (pro připomenutí je princip znázorněn na obr. 3) provedena u:

• zásuvek, jejichž jmenovitý proud nepřekračuje 20 A, které jsou užívány laiky,
• mobilních zařízení určených pro venkovní použití, jejichž jmenovitý proud nepřesahuje 32 A.

(Z tohoto pravidla jsou vyňaty zvláštní zásuvky určené pro připojení speciálního druhu zařízení. Sem mohou patřit zásuvky pro zařízení kancelářské a výpočetní techniky nebo pro chladničky, tj. zásuvky pro napájení zařízení, jehož nežádoucí vypnutí mohlo být příčinou značných škod.)

Obr. 3 - Princip proudového chrániče

Síť TN - charakteristiky ochrany

Celistvost uzemnění instalace závisí na spolehlivosti a účinnosti spojení vodičů PEN nebo PE se zemí:

• vodič PEN je uzemněn v řadě bodů,
• odpor uzemnění sítě není větší než 2 Ω, resp. ρ/100,
• nulový nebo střední bod silové napájecí sítě musí být uzemněn.

V pevných instalacích může jediný vodič sloužit zároveň jako ochranný i jako nulový vodič (vodič PEN ), a to za předpokladu, že jsou splněny požadavky na jeho průřez (10 mm² Cu, 16 mm² Al); přitom do vodiče PEN nesmějí být zařazovány žádná spínací ani odpojovací zařízení.

Musí být splněna podmínka na impedanci poruchové smyčky Z_s × I_a ≤ U_o (podmínky s ohledem na oteplení vodičů apod. jsou stručně rozebrány v národní poznámce).

Jako ochranné přístroje zajišťující odpojování mohou být použity

• nadproudové ochranné přístroje,
• proudové chrániče.

Při poruše, tj. průrazu napětí ze živé na neživou část, dojde vlastně ke zkratu. Zkratový proud prochází ze zdroje fázovým vodičem až do místa poruchy a odtud ochranným vodičem ke zdroji. Aby bylo zajištěno odpojení zařízení s poruchou, musí být ve vedení před tímto zařízením zařazen prvek, který na zkratový proud zareaguje a zařízení odpojí.