Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 3/2017 vyšlo
tiskem 15. 3. 2017. V elektronické verzi na webu bude ihned. 

Téma: Amper 2017 – 25. mezinárodní elektrotechnický veletrh

Hlavní článek
Problémy elektromobility

Aktuality

MSV 2017 zacílí na Průmysl 4.0, automatizaci, environmentální technologie, dopravu a logistiku Již potřetí se na MSV 2017 upře pozornost na nové trendy průmyslové výroby. Průmysl 4.0 s…

Současné možnosti elektromobility představí AMPER Motion 2017 Největší přehlídka elektromobility v ČR proběhne 21.- 24. 3. na brněnském výstavišti a…

Startuje 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže Odstartoval již 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže E.ON Energy Globe.…

V distribuční soustavě (DS) ČEZ Distribuce, a. s. je vyhlášen kalamitní stav Od 9 h dne 24.2.2017 je vyhlášen kalamitní stav v Karlovarském kraji - okres Karlovy Vary…

Veletrh Věda Výzkum Inovace 2017 zahájí místopředseda vlády Pavel Bělobrádek Letošní ročník Veletrhu Věda Výzkum Inovace zahájí na brněnském výstavišti 28. února 2017…

Chytré lampy PRE potvrdily zhoršenou smogovou situaci v Praze Chytré lampy PRE potvrdily v rámci svého pilotního provozu, že v Holešovicích a…

Více aktualit

Proudové chrániče v instalacích s laickou obsluhou

Ing. Milan Hubálek, Ph.D., Eaton Elektrotechnika, s. r. o.
 
Proudové chrániče a jejich použití již od svého počátku často vyvolávají různé více či méně vášnivé diskuse o jejich vhodnosti a možných problémech. Tyto diskuse ob­vykle vznikají z důvodu špatného pochopení či přecenění funkce těchto prvků.
 
V posledních několika letech s vydáním no­vých verzí norem, jako např. ČSN 33 2000-4-41 ed. 2, ČSN 33 2130 ed. 2 či vybraných částí ČSN 33 2000-7-7xx, byly v oblasti povinné­ho použití proudových chráničů zpřísněny po­žadavky. Z uvedených norem vyplývá obecně povinné použití chráničů se jmenovitým rezi­duálním proudem 30 mA pro všechny jedno­fázové zásuvkové okruhy do 20 A a všechny třífázové zásuvkové okruhy do 32 A. Zmíně­ná ČSN 33 2130 ed. 2 navíc vyžaduje použi­tí chrániče se jmenovitým reziduálním prou­dem 100 mA pro třífázové zásuvkové okru­hy nad 32 A jmenovitého proudu. Společným jmenovatelem povinného použití chrániče je ve všech těchto případech přítomnost laické obsluhy. To se netýká pouze bytů, ale i ko­merčních objektů.
 
Odpůrci používání proudových chráničů se v nových normách zaměřují zejména na části, které popisují možné výjimky s odka­zem, na který je možné se instalaci chrániče vyhnout. Jsou jimi zejména obecná výjimka z ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 v případě rizika značných škod (rozumějme ekonomických) a česká národní výjimka z ČSN 33 2000-7-701 ed. 2 pro pevně uložený ohřívač teplé vody. V těchto případech je však nutné mít na paměti, že využitím zmíněných výjimek jsou upřednostňovány ekonomické zájmy před ochranou osob, což musí být odborník schopen obhájit. Zcela jistě však nelze argu­mentovat, že zamezení znehodnocení potra­vin v hodnotě stovek či jednotek tisíců korun v chladničce při případném vybavení chrániče je dostatečným důvodem pro omezení opatře­ní na ochranu osob před úrazem elektrickým proudem. Nesmyslnost tohoto důvodu nyní potvrzují i právní analýzy této otázky. Je ne­zbytné říci, že požadavky na ochranu osob a ekonomické zájmy rozhodně nemusí jít při použití proudových chráničů proti sobě, jest­liže je při navrhování instalace řádně vnímá­na funkce chrániče.
 

Jak proudový chránič funguje

 
Proudový chránič je principiálně jednodu­chý, avšak funkčně naprosto uni­kátní prvek. Funkce proudového chrániče jakékoliv konstrukce je založena na vektorovém součtu všech proudů, které protékají vo­diči vedenými skrz měřicí trans­formátor chrániče. V klasickém případě, kdy za chráničem je za­pojen prvek s čistě spotřebičovou charakteristikou, plyne z prvního Kirchhoffova zákona, že vektoro­vý součet proudů tekoucích v obou směrech musí být vždy nula, pokud neexistuje proudová dráha odvádě­jící proud v jednom směru mimo sčítací obvod chrániče. Takovou­to drahou může být právě nešťast­ník, který se dotkl obvodu pod na­pětím a jehož tělem začal prochá­zet proud, který se ke svému zdroji vrací přes uzemnění. Je však nut­né pamatovat i na skutečnost, že např. rušivé harmonické složky, které jsou přes filtr od­váděny do ochranného vodiče, jenž v obvyk­lých aplikacích není veden sčítacím obvodem, taktéž způsobují nenulový vektorový součet. Z hlediska zákona zachování energie musely do spotřebiče přitéci přes proudový chránič, byť zdánlivě na jiné frekvenci. Z uvedeného principu vyplývají základní funkční vlastnos­ti proudových chráničů. Unikátním parame­trem je dynamický rozsah těchto prvků. Do­kážou identifikovat rozdíl přitékajících a zpět­ných proudů v hodnotě desítek miliampérů v obvodech se jmenovitými proudy až stovek či tisíc ampérů, tj. dynamický rozsah je v současnosti běžně až 105. Z principu čin­nosti jsou proudové chrániče jedinými prv­ky, které dokážou velmi rychle vypnout i při kontaktu člověka se živou částí obvodu, byť tělový proud je řádově menší než běžné pra­covní proudy obvodu. Tato vlastnost je důvo­dem, proč mají proudové chrániče v oblasti ochrany osob před úrazem elektrickým prou­dem svou nezastupitelnou úlohu.
 
Z pohledu ochrany osob je zásadním pa­rametrem proudového chrániče rychlost jeho vypnutí. Je důležité si uvědomit, že proudový chránič není prvek omezující velikost prou­du. Pouze musí zaručit, že reziduální proud příslušné velikosti je při použití pro ochra­nu osob přerušen dříve, než způsobí zraně­ní zasažené osoby. Typický tělový proud při zásahu napětím 230 V je přibližně 150 mA. Jelikož proudový chránič musí vybavovat v rozsahu 50 až 100 % svého jmenovitého reziduálního proudu, je zjevné, že použití 10mA chrániče namísto předepsaného 30mA v běžných aplikacích v podstatě nijak ne­zvyšuje ochranu osob. Tělový proud je totiž v obou případech mnohonásobně větší než proud vybavovací. U chrániče klasické konstrukce je rychlost vypnutí více závislá na ak­tuální polaritě reziduálního proudu (vypnout může vždy pouze během půlperiody s pola­ritou, jejíž magnetické pole působí proti poli permanentního magnetu) než na jeho jmeno­vitém reziduálním proudu. Oba typy však vy­baví v předepsaném čase do 40 ms. Naproti tomu z vypínacích charakteristik jasně vyplý­vá, že při typickém tělovém proudu chránič se jmenovitým reziduálním proudem 100 mA již neposkytuje požadovanou ochranu. Na tom­to místě je vhodné vyvrátit jednu paradoxně poměrně častou domněnku. Proudový chránič v žádném případě nedokáže zamezit zásahu člověka elektrickým proudem. I pro něj pla­tí princip kauzality – nedokáže předvídat, že se někdo dotkne vodiče pod napětím. Když se tak však stane, velmi rychle přeruší elek­trický obvod. Člověk je tak proudem zasažen, ale jen po velmi krátkou dobu.
 

Výjimky z norem

 
Vybavení jakéhokoliv jisticího prvku, včetně proudového chrániče, znamená pře­rušení dodávek elektrického proudu. To má v některých situacích nepříjemné dopady. V případě proudových chráničů je, alespoň teoreticky, situace o to horší, že kromě žá­doucích vybavení může chránič vypnout i v době, kdy žádný poruchový proud nena­stal. Právě z těchto důvodů normy uvádějí možné výjimky, kdy chrániče nemusí být použity. Nežádoucí přerušení napájení obvo­dů lze rozdělit do dvou kategorií. První jsou situace, kdy vlivem i žádoucího vybavení chrániče vypadne napájení i pro nezasaže­né části elektroinstalace, kde je však odpo­jení napájení z určitého důvodu nevhodné. Druhé jsou situace, kdy zařízení svou při­rozenou bezporuchovou činností způsobu­jí reziduální proudy, které mají dostatečnou intenzitu pro vybavení chrániče. Ten vnímá pouze reziduální proud a není schopen roz­lišit, zda jde o reziduální proud poruchový, či neporuchový.
 
Prvním příkladem výjimky je pevně ulo­žený ohřívač teplé vody v koupelně, viz ČSN 33 2000-7-701 ed. 2. Jde o situaci, kdy vlast­ní provoz takovéhoto spotřebiče může způso­bit vybavení chrániče. Topná tělesa umístěná přímo v ohřívané vodě nemají nulový nepo­ruchový reziduální proud. To vyplývá z fy­zikální podstaty. Je totiž více než kompliko­vané vyrobit izolaci topného tělesa tak, aby byla současně dokonalým tepelným vodičem i ideálním elektrickým izolantem. Zejména u starších ohřívačů může nastat situace, kdy takto vzniklý reziduální proud je dostateč­ný pro vybavení chrániče. Nicméně bezhla­vé uplatnění výjimky má svá úskalí. Předně, s ohledem na platné normy spotřebič s uni­kajícím proudem intenzity schopné vybavit 30mA proudový chránič, tj. min. 15 mA, by vůbec neměl být provozován. Je zjevné, že není-li provozován nedovolený spotřebič, sa­motný ohřívač vybavení chrániče způsobit ne­může. Příčinou problému i jeho odstraněním je slučování, resp. neslučování více potenciálně problematických spotřebičů pod jeden chránič. Z ČSN 33 2000-7-701 ed. 2 navíc dále vyplývá, že v typicky provedené kou­pelně musí být proudovým chráničem chrá­něny všechny vodiče, např. i napájecí kabely osvětlení. Neuváženým uplatněním probíra­né výjimky jsou obvykle porušeny dva jiné požadavky na danou část elektroinstalace stanovené normou.
 
Dalším často zmiňovaným případem uplatnění obecné výjimky stanovené v ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 je chladnička či mraznička s potravinami. Zde je třeba zopakovat, že ochrana domácí zásoby potravin rozhodně není ekonomickou hodnotou, která může odů­vodnit snížení ochrany osob před úrazem elek­trickým proudem. Kompresorové chladničky jsou typem spotřebiče, pro který z hlediska jeho funkce není vhodný dlouhodobý výpa­dek napájení, ale zároveň spotřebič samotný dokáže způsobit nežádoucí vybavení proudo­vého chrániče. Jak se s tím vypořádat bez vy­užití velmi diskutabilní výjimky? Relativně jednoduše. Nežádoucí vybavení jsou způsobe­na rázovým proudem vznikajícím při zapnutí kompresoru. Stačí tedy použít chránič s vyšší odolností proti těmto proudům, tj. typ G. Od­pojení napájení vlivem poruchy v jiné části instalace se zamezí opět vhodným návrhem, kdy nejsou nesmyslně zapojovány nesouvi­sející okruhy pod činnost jednoho chrániče. V neposlední řadě, v případě, že obsah lednič­ky má velkou hodnotu, lze využít zařízení pro automatickou obnovu napájení. V sortimentu firmy Eaton je takovýto prvek k dispozici; je jím motorový pohon s automatickým režimem Z-FW-LP (obr. 3).
 
Třetí typickou oblastí, která je v souvis­losti s využitím výjimek často uváděna, je výpočetní technika. Problémy jsou opět dva. Jednak i krátkodobý výpadek napájení způ­sobí výpadek počítače. Zde je ale třeba při­znat, že tento možný problém by měl být ře­šen i v případě, kdy by žádný chránič použit nebyl. Použití záložního zdroje UPS problé­my krátkodobých výpadků napájení vyře­ší, při dlouhodobých tyto zdroje poskytnou dostatečně dlouhou dobu pro řádné ukonče­ní aplikací a vypnutí počítače. Problémem, který ale přímo souvisí s proudovými chrá­niči, jsou spínané zdroje. To je společné pro velkou většinu moderních spotřebičů. Stolní a sálové počítače však nejsou zařízení třídy II,a tudíž musí mít připojen i ochranný vo­dič. Vyšší harmonické generované spínaný­mi zdroji mohou být odváděny filtrem částeč­ně i do ochranného vodiče a jsou proudovým chráničem vnímány jako proudy reziduální.
 
Jelikož ale i PC musí splňovat požadavky na maximální velikost unikajícího proudu, je snadné problém vyřešit. Jednoduše lze vypo­čítat maximální počet takovýchto rizikových spotřebičů zapojených na jeden chránič tak, aby součet neporuchových unikajících prou­dů nezpůsobil jeho vybavení.
 
Důležitým obecným aspektem při případ­ném uplatnění výjimky z norem je skutečnost, že když bude pro určitý spotřebič a jemu pří­slušný zásuvkový okruh výjimka uplatněna, je nutné zajistit, aby příslušná zásuvka byla z hlediska laické obsluhy vyhrazena právě jen pro tento daný spotřebič. Jak lze splnění tohoto požadavku zajis­tit např. v bytech, kde se pohybu­jí děti, nechme na fantazii čtenáře.
 

Jak navrhovat proudové chrániče

 
Nejčastějším problémem, kte­rý způsobuje nežádoucí vybavení proudového chrániče, je neuvážené slučování mnoha okruhů pod jeden proudový chránič. Je příznačné, že osoba, která se odvolává na národ­ní výjimku pro nepoužití chráni­če pro ohřívač vody a zdůvodňuje to jako nezbytné funkční opatření, dokáže navrhnout jeden čtyřpólo­vý 30mA chránič jako centrální pro rodinný dům. Centrální proudový chránič pro rodinný dům je zcela jistě doporučeným a vhodným řešením, ale pouze pokud má jmenovitý reziduální proud 300 mA, a neřeší tedy hledisko ochrany osob před úrazem elektrickým proudem. Z uvede­ného popisu fungování proudového chrániče plyne další důležitý, byť obecně opomíjený aspekt. Zcela odlišné chování, ale tím i úro­veň bezpečnosti osob, má použití tří samo­statných dvoupólových chráničů pro tři okru­hy napájené z různých fází a zcela jiné pou­žití jednoho čtyřpólového chrániče pro tyto okruhy. Vektorový součet reziduálních prou­dů z různých fází totiž dává výrazně odlišný výsledek než součet aritmetický. O dopadu na provozní spolehlivost celé elektroinstala­ce u těchto dvou odlišných přístupů ani není třeba diskutovat.
 
Obecná zásada tedy je, navrhovat prou­dové chrániče v kontextu celé elektroinstala­ce tak, aby součty neporuchových reziduál­ních proudů nezpůsobovaly jejich nežádou­cí vybavení, aby nevypínaly nezasažené, ale provozně důležité části elektroinstalace při problému ve zcela jiné části, a rovněž uči­nit taková technická opatření, která dokážou zajistit napájení důležitých obvodů při (i žá­doucím) vybavení chrániče. To pak zname­ná, že není dostačující navrhovat zásuvkový okruh pouze do úrovně zásuvek, ale projek­tant by měl znát i vlastnosti potenciálně při­pojených spotřebičů.
 
 
Obr. 1. Proudový chránič řady Moeller PF7
Obr. 2. Digitální proudový chránič řady Moeller dRCM
Obr. 3. Motorový pohon s automatickým režimem Z-FW-LP