Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

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

Ochranné oddělení

číslo 2/2005

Ochranné oddělení

Ing. Josef Košťál

Účelem ochrany „elektrickým oddělením„ (dříve ochrana „oddělením obvodů“) je zabránit průchodu takového proudu, který by v případě výskytu poruchového napětí na neživé části zařízení mohl při dotyku způsobit úraz. Ochrana elektrickým oddělením má při poruše elektrické izolace zamezit přemostění nebezpečného napětí proti zemi nebo proti uzemněným částem lidským tělem. Živé části odděleného obvodu nesmí být v žádném bodě spojeny s jiným obvodem nebo se zemí. Proto se musí při ochraně elektrickým oddělením věnovat zvýšená pozornost odizolování živých částí obvodu (zejména pohyblivých přívodů) od země. Elektricky oddělený obvod musí být napájen přes oddělovací zdroj – oddělovací transformátor nebo zdroj proudu, který zajišťuje minimálně stejný stupeň ochrany jako zmíněný transformátor (např. motorgenerátor s vinutími s ekvivalentní izolací). Napětí elektricky odděleného obvodu nesmí překročit 500 V. U nás jsou podmínky ochranného oddělení upraveny normou ČSN 33 2000-4-41.

Ochranné oddělení se zpravidla používá tam, kde jsou vytvořeny speciální podmínky, které sice na jedné straně představují zvýšené riziko, avšak na druhé straně je z provozních důvodů nezbytné pracovat s „normálním„ napětím (230 V). Sem patří např.:

  • proudové okruhy pro provoz elektrického nářadí (vrtačky, brusky, nýtovací kladiva apod.),

  • práce v těsných prostorách nebo zónách s vodivými stěnami (stavba lodí nebo potrubí, nádrže, jámy, šachty apod.),

  • provoz speciálních přístrojů v prostorách využívaných k lékařským účelům.

Obr. 1.

Obr. 1. Měření napětí proti zemi ve veřejné elektrické síti a proudovém okruhu s ochranným oddělením

Výhodou ochranného oddělení je, že při první chybě izolace není odpojen proudový okruh, tedy není přerušena dodávka proudu. Avšak vzhledem k tomu, že první chyba vlastně zůstává neodhalena, měli by kvalifikovaní pracovníci pravidelně a v krátkých intervalech kontrolovat používaná provozní zařízení. Podle konkrétních požadavků na ochranné oddělení mohou jednotlivé proudové okruhy napájet jeden nebo více elektrických spotřebičů. V některých speciálních oblastech je však ochranné oddělení přípustné jedině jako varianta s jedním spotřebičem na jeden proudový okruh.

Obr. 2.

Obr. 2. Dotyk osoby s vodičem pod napětím a) uzavřený proudový okruh přes tělo osoby a zem při dotyku pracovního vodiče veřejné elektrické sítě b) otevřený proudový okruh při dotyku aktivního vodiče na sekundární straně oddělovacího transformátoru

Podstata této ochrany spočívá v galvanickém oddělení proudového okruhu spotřebiče od veřejné elektrické napájecí sítě. Jako oddělovací prvek se většinou používají oddělovací transformátory, jejichž vstupní a výstupní vinutí (tj. primární a sekundární strana) však zásadně musí být odděleny – použití autotransformátorů je nepřípustné! Přenosné transformátory musí navíc splňovat požadavky na třídu ochrany II (ochranná izolace). Stacionární (nepřenosné) transformátory mohou:

  • splňovat požadavky na třídu ochrany II nebo
  • musí být provedeny tak, aby izolace, která vyhovuje požadavkům na ochrannou izolaci, oddělovala sekundární stranu od primární a od kovového pláště transformátoru.

Princip působení ochranného oddělení

Za normálních okolností vykazují pracovní (fázové) vodiče L1, L2 a L3 veřejné elektrické sítě napětí proti zemi. Na obr. 1 je znázorněno zapojení voltmetru (1) mezi pracovní vodič L1 a zem. Voltmetr udává napětí naprázdno U0 = 230 V. Tomuto napětí by byl vystaven také člověk stojící na elektricky vodivém podkladu, kdyby se vlivem chyby izolace dostal přímo nebo nepřímo (např. při spojení na kostru) do kontaktu s pracovním vodičem L1, L2 nebo L3. Voltmetr (2) z obr. 1, který je zapojen mezi střední vodič N a zem, podle očekávání udává nulovou hodnotu napětí, neboť mezi vodičem N a zemí se zpravidla nevyskytuje žádný rozdíl potenciálů. Na sekundární straně oddělovacího transformátoru (viz obr. 1) se objevuje výstupní napětí U = 230 V, avšak voltmetr (3) ukazuje nulovou hodnotu napětí proti zemi – ta se nezmění ani po připojení voltmetru ke druhému aktivnímu vodiči oddělovacího transformátoru (viz čerchovaná čára na obr. 1). Z toho však také vyplývá, že dotkne-li se člověk stojící na elektricky vodivém podkladu pouze jednoho z těchto dvou přívodů (výstupů oddělovacího transformátoru), nemůže být jeho tělo vystaveno žádnému nebezpečnému napětí.

Obr. 3.

Obr. 3. Možná cesta proudu přes tělo osoby a zem při dotyku vodiče s velkou kapacitou v neuzemněném proudovém okruhu

V proudových okruzích, které splňují požadavky na ochranné oddělení, nemá žádný vodič, resp. vodivá část napětí proti zemi.

Ve veřejné elektrické síti se mezi pracovními (fázovými) vodiči a zemí vyskytuje elektrické napětí proto, že provozní uzemnění vodivě spojuje nulový bod (střed vinutí) síťového transformátoru přímo se zemí. Proto se elektrický okruh zemí uzavírá, dotkne-li se osoba stojící na vodivém podkladu pracovního vodiče – viz situace (a) na obr. 2. Také situace (b) na obr. 2 zachycuje osobu stojící na elektricky vodivém podkladu, která se vlivem elektrického spojení na kostru dotkla přes vodivý kryt elektromotoru elektricky aktivního vodiče sekundární strany oddělovacího transformátoru. Tato osoba (b) však na rozdíl od té první (a) není vystavena žádnému nebezpečnému napětí, a to díky galvanickému oddělení aktivních vodičů sekundárního okruhu oddělovacího transformátoru od pracovních vodičů uzemněné veřejné elektrické napájecí sítě.

Obr. 4.

Obr. 4. Ohrožení osoby v neuzemněném proudovém okruhu přemostěním nebezpečného napětí tělem po výskytu druhé chyby na opačném pólu

Nežádoucí zemní vazba

Pro zajištění galvanického oddělení nesmí být v proudových okruzích s ochranným oddělením žádný vodič ani žádná živá část spojeny se zemí. Nicméně i v proudových okruzích bez uzemněných vodičů může dojít vlivem kapacity, která se objevuje na vodičích, k nežádoucí vazbě se zemí. Kapacita elektrických vodičů má svůj původ v jejich samotné struktuře. Každý podélně natažený izolovaný drát principiálně vytváří spolu s izolací a elektricky vodivým podkladem a izolujícím mezilehlým vzduchem kondenzátor. U vodičů malých délek v energetických zařízeních lze výslednou kapacitu C tohoto kondenzátoru zanedbat. Se zvětšující se délkou vodičů však roste jejich kapacita, přičemž se při dané frekvenci snižuje kapacitní odpor XL nežádoucí zemní vazby. Čím je odpor XL nižší, tím vyšší je napětí vodiče U, tím větší je proud I, který v případě chyby poteče z jednoho vodiče např. lidských tělem, zemí a přes kapacitu C druhého vodiče zpět do proudového okruhu (viz obr. 3). Proto musí být u ochranného oddělení limitováno dovolené napětí maximální hodnotou U = 500 V. Kromě toho je třeba vzít v úvahu ještě také tato omezující doporučení (platí pro frekvenci 50 Hz):

  • celková délka kabelového systému nebo soustavy vedení: l Ł 500 m
  • součin napětí a délky kabelového systému nebo soustavy vedení: U·l Ł 100 kV·m.

Ochranné oddělení se spotřebiči

Nejčastěji se v praxi vyskytující případ ochranného oddělení je varianta s jedním spotřebičem na jeden proudový okruh. U přenosných oddělovacích transformátorů většinou bývá v transformátorovém krytu s ochranou izolací k dispozici zásuvka pro připojení spotřebiče třídy ochrany I nebo II. Ochranné vodiče spotřebičů třídy ochrany I jsou sice v tomto případě neúčinné, nesmí se však odstraňovat.

Obr. 5.

Obr. 5. Uspořádání proudového okruhu s více spotřebiči při ochranném oddělení

Vzhledem k tomu, že při použití ochranného oddělení není dílčí spojení na kostru (první chyba) rozpoznáno (zůstává nezjištěno), existuje jisté nebezpečí výskytu dalšího spojení na kostru (druhá chyba), a to ještě před odstraněním první chyby. Jestliže by vznikla druhá chyba na opačném pólu proudového okruhu, mohlo by v daném případě tělo postižené osoby přemostit nebezpečný napěťový potenciál (viz obr. 4). Z tohoto důvodu je při použití ochranného oddělení se dvěma nebo více spotřebiči v jednom proudovém okruhu zapotřebí splnit ještě další bezpečnostní požadavky:

  • neuzemněné izolované vodiče pospojování musí vzájemně propojovat kostry všech provozních elektrických zařízení třídy ochrany I (za vodiče pospojování u přenosných elektrických přístrojů poslouží ochranné vodiče – zelená/žlutá, které se nacházejí v pohyblivých přípojkách),

  • zásuvky musí být opatřeny ochrannými kontakty, které se propojí mezi sebou navzájem a se soustavou pospojování (viz obr. 5),

  • musí být klasickým jištěním (např. pojistkou nebo jističem vedení) zabezpečeno, že při náhodném současném výskytu dvou chyb na vodičích opačné polarity bude přerušena dodávka elektrického proudu, a to do dále uvedené doby v závislosti na jmenovitém napětí:

  • U = 230 V do 0,4 s,

  • U = 400 V do 0,2 s,

  • U > 400 V do 0,4 s.

[Zpracováno podle německého časopisu de 20/2004]