Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Je teorie o úrazu elektrickým proudem pravdivá?

číslo 1/2004

výměna zkušeností

Je teorie o úrazu elektrickým proudem pravdivá?
Pokračování diskuse o problémech v elektrotechnice

Milan Zkoutajan,
revizní technik a projektant elektro

Tímto příspěvkem si dovoluji pokračovat v diskusi na téma problémy v elektrotechnice.

Chci odborné veřejnosti předložit k diskusi otázku:

Co se stane, pokud bude chiméra zásadním způsobem zasahovat do odborných textů a pouček, s kterými odborná veřejnost pracuje?

Domnívám se, že vzniká další fetiš, který lze nazvat fetišem „pátého postulátu„. Kdysi – zhruba 300 let před naším letopočtem – shrnul Euklides své geometrické učení do šesti postulátů, které se staly základem geometrického myšlení civilizace, a více než dva tisíce let nikoho nenapadlo o nich pochybovat. Teprve počátkem minulého století je Lobačevskij podrobil kritickému zkoumání a zjistil, že zejména pátý postulát (pravděpodobně o rovnoběžkách) není nesporný. Svou odvahou zpochybnit postulát je vzorem vědce, který pochybuje o všem, o čem se sám nepřesvědčil.

Nechci se s nikým srovnávat, ale mám pochybnosti o výkladech úrazu elektrickým proudem se všemi následky, včetně někdy nesprávného výkladu ochrany živých částí proudovými chrániči. V následujícím textu se pokusím prokázat, že výklad úrazu elektrickým proudem je sporný.

Výklad příčin úrazu elektrickým proudem je spojen s výkladem srdeční činnosti s konstatováním rizika vzniku tzv. fibrilace srdečních síní či komor, což v důsledcích vede k degradaci činnosti krevního oběhu. Nelze však přehlédnout, že podobně jako krev v krevním oběhu i vzduch v dýchacím systému proudí z míst vyššího tlaku do míst nižšího tlaku. Principem zevního dýchání jsou rytmické změny tlaku vzduchu v plicních alveolech (alveol – malá dutina v plicích, plicní sklípek – pozn red.), kdy je střídavě alveolární tlak vyšší a nižší, než je hodnota atmosférického tlaku. Je třeba postřehnout i to, že dýchání je postaveno na činnosti dýchacích svalů ovládajících vdech a výdech. Vdech začíná kontrakcí dýchacích svalů bránice a zevních mezižeberních svalů v důsledku stimulace příslušnými motoneurony. Kontrakce zmíněných svalů vede k zvětšení rozměru hrudníku ve všech rovinách. Protože stěna hrudníku má snahu se s tímto pohybem vzdálit od povrchu plic, intratorakální tlak ještě více klesá a rostoucí rozdíl tlaků v plicích a pohrudniční dutině vede k rozpínání plic. Na konci vdechu přestanou motorické nervy stimulovat vdechové svaly a ty začínají relaxovat. Hrudní stěna i plíce se díky své pružnosti pasivně vracejí do svých původních rozměrů. Zmenšování hrudní stěny způsobí postupné zvýšení intratorakálního tlaku (tlak mezi povrchem plic a vnitřní stěnou hrudníku) zpět na hodnotu asi 4 mm Hg. Tím se zmenší rozdíl tlaků mezi pohrudniční dutinou a alveolárním vzduchem, což vede k tomu, že se plíce začnou vracet do původního rozměru. Zmenšování objemu plic vede ke stlačení vzduchu v alveolech a tím i k zvyšování jeho tlaku nad atmosférický tlak. Výsledkem je proud vzduchu z plic do okolí.

Dýchací svaly musí překonat i odpor, který kladou proudu vzduchu dýchací cesty.

V případě průtoku elektrického proudu tělem postižené osoby většinou dojde k průtoku elektrického proudu dýchacími svaly. První proudová půlsinusovka způsobí křeč, neboť nastane kontrakce dýchacích svalů a rozevře se hrudník, což již nemusí být vratné. Popisovaná potřebná relaxace dýchacích svalů se nedostaví, popř. je nahrazena stále trvající kontrakcí.

Z uvedeného náznaku problému vyplývá, že doba průtoku elektrického proudu dýchacími svaly je kritická již od 20 ms. S dýcháním je svázán i transport dýchacích plynů krví.

Zřejmě bude na místě i otázka:

Co se stane s krví, je-li zasažena průtokem elektrického proudu?

Ústřední funkcí krve je přivádět kyslík a živiny do tkání a odvádět oxid uhličitý a případné „zplodiny„ metabolismu. Krev také transportuje i tzv. signální látky, jako jsou hormony. Podílí se na udržování stálého vnitřního prostředí organismu. Kromě toho krev dopravuje na místo potřeby bílé krvinky, krevní destičky a koagulační faktory (koagulant – srážedlo – pozn. red.).

Aby krev mohla plnit naznačené funkce, musí být její složení pečlivě řízeno tak, aby počet krevních prvků a složení plazmy odpovídaly potřebám organismu. Nejpočetnějšími prvky krve jsou červené krvinky. Jejich produkce, odborně nazývaná erytropoéza, závisí na přítomnosti nejen běžných živin, ale i některých vitaminů, stopových prvků, především železa (železo je důležitou složkou, na kterou se váže kyslík). Co se stane s touto složkou při průchodu elektrického proudu?

Průtok proudu (i jedné půlsinusovky) závažným způsobem naruší erytropoézu.

Při průtoku elektrického proudu nebude bez následků ani fyziologie nervstva. Informace jsou přenášeny elektrickou cestou, tj. prostřednictvím změny membránového potenciálu, a to buď směrem do centrálního nervového systému od čidel za pomoci aferentních neuronů (aferentace – reflexní děj, jímž je organismus informován o účinku prováděné akce – pozn. red.), nebo směrem z centrálního nervového systému k výkonovým členům pomocí aferentních neuronů. Uvnitř systému se informace přenášejí pomocí interneuronů. Činnost všech uvedených typů neuronů je dotčena průchodem elektrického proudu, neboť vlastní průtok elektrického proudu zabraňuje tzv. repolarizaci, tedy návratu membránového potenciálu ke klidovým hodnotám. Hodnota klidového membránového potenciálu je řízena speciálním zpětnovazebním okruhem, jehož činnost je průtokem elektrického proudu doslova zrušena.

Při porovnání těchto poznatků s tzv. výsledky výzkumu uvedenými v literatuře zjistíme rozdíly.

Základní pravidla pro řešení ochrany před nebezpečným dotykovým napětím:

Živé části elektrických zařízení vystavené dotyku nesmějí v lidském těle vyvolat proud překračující práh vnímání. Jinak by při dotyku vznikalo ohrožení druhotným úrazem, způsobeným nekoordinovaným pohybem při úleku.

Neživé části elektrických zařízení, u nichž se předpokládá dotyk bez vyvinutí síly, by měly být chráněny tak, aby poruchový proud procházející tělem člověka buď byl jen mírně nad prahem vnímání, nebo aby bylo v případě jeho vyšších hodnot zajištěno rychlé vypnutí. Proud procházející tělem musí být vždy pod mezí uvolnění.

Neživé části, u nichž se předpokládá dotyk s vyvinutím síly, je třeba chránit tak, aby proud procházející tělem při poruše byl trvale pod prahem vnímání, nebo – je-li mírně nad tímto prahem – musí být zajištěno rychlé odpojení. Doba tohoto odpojení je dána přípustnou pravděpodobností zasažení zranitelné fáze činnosti srdce.

Ochrana před úrazem elektrickým proudem musí v každém případě s maximální možnou účinností zajišťovat, aby proud v lidském těle nedostoupil hranice fibrilace.

Základním pojmem v uvedených pravidlech je práh vnímání.

Vnímání je založeno na funkci přenosu informace prostřednictvím buněk, jejichž činnost je průtokem proudu výrazně omezena nebo deformována. Potom nelze zaručit hodnotu prahu vnímání. Postavit ochranu na hodnotě něčeho, co není možné s dostatečným předstihem a přesností identifikovat, se zákonitě musí projevit v nižší účinnosti takové ochrany.

Lidské tělo není jednoduchý elektrický obvod složený z činného odporu nebo paralelní kombinace odporu s kondenzátorem – jak se často uvádí. Z hlediska elektrotechniky se jedná o velmi složitý obvod, zasluhující označení „černá skříňka„. Je tedy nutné předpokládat, že připojení proudu na tento objekt vyvolá něco podobného jako přechodový děj. Kde je pak zaručeno, že organismus na vstupní změnu (průtok elektrického proudu) zareaguje znovu přechodem do ustáleného stavu? Co když bude vyvolán nestabilní stav? Neuronální membrána je příkladem, kdy na elektrický podnět na vstupu vzniká nestabilní stav. Právě na nestabilním stavu je založen vznik akčních potenciálů. Při podprahovém podnětu nastává pouze lokální změna membránového potenciálu; ten se vrací zpět do ustáleného stavu. Překročí-li se stav podráždění, začne se hodnota membránového potenciálu vzdalovat od klidové hodnoty stále více (roste labilita systému), až dojde k akčnímu potenciálu (křeči). Tento stav byl již popsán u dýchání, stejně se projevuje v oblasti šíření informací.

Nebojím se říci, že v oblasti výkladu principu úrazu elektrickým proudem vzniká informační šum, který vede k diskusím na téma, zda je vůbec proudový chránič účinný v ochraně před úrazem elektrickým proudem.

Proudový chránič lze použít v ochraně živých částí (jako doplňková ochrana) nebo k ochraně neživých částí. V ochraně neživých částí má proudový chránič úlohu „dozorce„ hlídajícího stav izolace. Při poruše izolace vznikne únikový proud, který je srovnáván s vybavovacím proudem chrániče. V případě překročení hodnoty vybavovacího proudu (dané výrobcem, popř. konstrukcí chrániče) dojde k odpojení hlídaného obvodu od zdroje napájení. Vybavovací proud pak protéká poruchovým obvodem, tedy i ochranným uzemňovacím vodičem. V žádném případě však nejde o proud, který by protékal přímo tělem postižené osoby. Tehdy se lze úrazu elektrickým proudem bránit kvalitní izolací mezi živou a neživou částí – činnost proudového chrániče je aktivována až po poruše izolace, kdy nastává galvanické spojení živé části s části neživou. Je možné říci, že v daném případě proudový chránič odpojuje vadné či nebezpečné zařízení bez toho, aby tělo dotčené osoby bylo elektrickým proudem atakováno. Případný průtok elektrického proudu tělem je závislý pouze na náhodě souběhu dotyku a poruchy.

Poněkud složitější je stav v případě použití proudového chrániče pro ochranu živých částí. Zde se předpokládá dotyk s živou částí, kdy průtok proudu tělem postižené osoby vyvolá vznik vybavovacího proudu. Tato aplikace vychází z moderní verze předpisů, které u dovolených napětí na neživých částech respektují i dobu působení proudu. Například ČSN 33 2000-6-61 předpokládá dotykové napětí až 350 V, jestliže dojde k odpojení vadné části nejpozději do 0,1 s. Nabízí se logická otázka: Proč proudový chránič nepoužít při ochraně živých částí, když v případě poruchy má neživá část úroveň živé části a lze předpokládat, že jde o totéž? Vypne-li proudový chránič do doby 0,1 s od okamžiku průtoku proudu tělem (při dosažení určité hodnoty proudu), je postižená osoba mimo nebezpečí. Alespoň tak to předkládají předpisy.

Nyní proti sobě stojí dva rozdílné názory, oficiální o dostačující době odpojení do 0,1 s a můj, který tvrdí, že nezvratné změny v organismu mohou nastat již za 20 ms.

V případě ochrany neživých částí je vše v pořádku. V případě doplňkové ochrany živých částí je problém.

Citace ČSN 33 2000-4-41 čl. 412.5.1:

„Použití proudového chrániče se jmenovitým reziduálním proudem nepřesahujícím 30 mA se považuje za doplňkovou ochranu před úrazem elektrickým proudem při normálním provozu v případě, že selžou ostatní ochranná opatření nebo v případě neopatrnosti uživatelů.„

Toto konstatování v normě považuji za nesmysl.

Normální provoz nemůže být v případě, že selžou ochranná opatření. To je podle mého názoru nenormální provoz, ne-li přímo provoz nebezpečný.

Jestliže dojde k průtoku elektrického proudu tělem postižené osoby vlivem její neopatrnosti, proudový chránič s reziduálním proudem neplní funkci doplňkové ochrany, neboť parametry, které zajišťuje, jsou mimo rozsah, které je tělo schopno bez následků unést.

Nyní otázka:
Jaký je rozdíl mezi mojí naivní představou o nápravě nefungujících úředníků na úřadech a naivní představou, že proudový chránič je poslední záchranou před úrazem elektrickým proudem v případě neopatrného styku s živou částí elektrického zařízení?

Odpověď je zřejmě jednoduchá. Moje naivita je lehce odhalitelná. Naivita prezentovaná v článku normy o úrazu elektrickým proudem však lehkost odhalitelnosti postrádá. A tak může vzniknout nežádoucí stav, kdy se bude mnoho elektrotechniků spoléhat na poslední možnost záchrany, která je bohužel evidentně nefunkční.

Co vy na to, elektrotechnici?
Jaký je rozdíl mezi situací podle uvedené ČSN 33 -20006-61 a článkem o doplňkové ochraně v ČSN 33 2000-4-41?