Dovolené dotykové napětí a ochrana před úrazem elektrickým proudem

Přítomnost elektrického napětí nezjistíme, dokud s ním nepřijdeme přímo do kontaktu. Zatímco oheň nebo mechanická energie se projevují světlem, kouřem nebo hlukem, před elektrickou energií nás nic nevaruje.

Aby bylo používání elektrických přístrojů bezpečné, má každý stát zaveden systém norem řešících bezpečné provedení elektrických rozvodů a přístrojů a také ochranu před účinky atmosférické elektřiny (hromosvody). V rámci EU byly základní elektrotechnické předpisy harmonizovány, aby se vyrovnaly rozdíly mezi jednotlivými státy.

K základním normám řešícím bezpečnost elektrických zařízení patří ČSN EN 61140 ed. 3 - "Ochrana před úrazem elektrickým proudem". Tato norma definuje základní terminologii, na kterou se odvolávají další normy.

Základní bezpečnostní normou pro použití elektrických zařízení v běžných domácích rozvodech je ČSN 33 2000-4-41 ed. 3 - "Elektrotechnické předpisy - Elektrická zařízení - Část 4: Bezpečnost - Kapitola 41: Ochrana před úrazem elektrickým proudem". Tato norma je překladem mezinárodního standardu IEC 60364-4-41 (Protection against electric shock) a nahrazuje starší normu ČSN 33 2000-4-4. Kvalifikační požadavky na osoby obsluhující, provozující, instalující, revidující a projektující elektrická zařízení u nás stanovuje "Nařízení vlády č.

Úraz elektrickým proudem může být způsoben proudem protékajícím postiženým tělem nebo důsledek jiných nežádoucích účinků elektrického proudu, elektrického nebo elektromagnetického pole. Velikost rizika vzniku úrazu elektrickým proudem je závislá na provozních podmínkách (napětí, proud, kmitočet atd.), působení vnějších vlivů v prostoru provozovaných elektrických zařízení a fyzickém a psychickém stavu zasažených.

U elektrických zařízení také rozlišujeme tzv.:

• Živá část - živá část zařízení je část zařízení určená k vedení proudu, nebo je s takovou časti vodivě spojena.
• Přístupná část - je vodivá část zařízení, které se můžeme při běžném provozu dotknout a která v sobě neskrývá nebezpečí úrazu el. proudem, protože na ní není nebezpečné napětí a je od živých částí oddělena izolací. Při poruše nebo vodivém překlenutí této izolace se však na těchto částech může objevit nebezpečné napětí.
• Kryt - neživá část zařízení je část zařízení, která není určena k vedení proudu a normálně nemá napětí.

Třídy ochrany elektrických zařízení

Podle způsobu, jak je zajištěna základní ochrana a ochrana při poruše, se spotřebiče rozdělují do čtyř tříd - 0, I, II a III. Znát způsob ochrany daného spotřebiče je velmi důležité jednak pro práci se spotřebičem, jednak pro provádění revizí spotřebičů. Třída ochrany by měla být vyznačena na každém spotřebiči.

• Zařízení třídy 0 - elektrické zařízení má pouze základní izolaci, nemá ochranný vodič, nemá prostředky pro připojení ochranného vodiče na neživé části. Zajištění bezpečnosti elektrických zařízení a elektronických zařízení jednotlivých tříd je provedeno okolím. U zařízení třídy 0 je ochrana před úrazem elektrickým proudem pro běžného uživatele nedostatečná. Z toho důvodu nejsou zařízení třídy 0 určena pro běžné použití a v ČR se nesmí volně prodávat.
• Zařízení třídy I - elektrické zařízení má pouze základní izolaci, má ochranný vodič a má prostředky na připojení ochranného vodiče sítě. Ochrana je zajištěna spojením s ochranným vodičem napájecí sítě, to je soustavou ochranných vodičů a zemničů přívodní napájecí sítě. Zařízení se zapojují pouze do sítí, kde je pomocí jističů zajištěno samočinné odpojení v případě průniku napětí na ochranné spoje, v některých případech (nové nebo rekonstruované sítě) je navíc předepsáno použít chrániče. Při poruše může sice dojít k průrazu elektrického proudu (napětí) na živé dotykové části, zmíněná ochranná soustava však musí zajistit dostatečně rychlé odpojení, aby nemohlo dojít k úrazu.
• Zařízení třídy II - elektrické zařízení nemá prostředky pro připojení ochranného vodiče. Základní izolace je doplněna izolací přídavnou nebo je provedena izolace zesílená. Ochrana je zajištěna provedením elektrického předmětu a je nezávislá na přívodní síti. Při poruše nesmí dojít k průrazu elektrického proudu (napětí) na živé dotykové části (dvojitá izolace, zvýšená ochrana). Typický příklad použití je audio/video technika.
• Zařízení třídy III - elektrické zařízení má základní izolaci a je určeno pro rozsah napětí kategorie I (malé napětí). Ochrana je zajištěna připojením na napětí SELV, PELV.

Každá část elektrického zařízení musí mít některou z ochran před úrazem elektrickým proudem. Příslušná ochrana by měla být přizpůsobena podmínkám elektrické instalace. Ochranu může zajišťovat okolí, samotné zařízení, rozvodná soustava, nebo jejich vhodná kombinace.

Každé elektrické zařízení musí mít základní ochranu, která zajišťuje ochranu před přímým dotykem (ochrana živých částí). Kombinace vhodných ochranných prostředků základní ochrany a ochrany při poruše vytváří ochranné opatření.

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
• automatické odpojení
• jednoduché oddělení
• nevodivé okolí
• řízení potenciálu

Prostředky zvýšené ochrany (zajišťují jak základní ochranu, tak 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):

• ochrana automatickým odpojením od zdroje
• ochrana dvojitou nebo zesílenou izolací
• ochrana pospojováním
• ochrana elektrickým oddělením
• ochrana nevodivým okolím
• ochrana SELV (Safety Extra Low Voltage, bezpečné malé napětí - obvody zásadně neuzemněné)
• ochrana PELV (Protective Extra Low Voltage, ochranné malé napětí - obvody mohou být i uzemněné)
• ochrana omezením ustáleného proudu a náboje

Způsob připojení elektrického zařízení v elektrické instalaci je dán jeho zařazením do příslušné třídy ochrany (tab. 1). Zásady podle ČSN EN 61140 ed. 2, které platí pro EZ (tab. 2), jsou upřesněny technickými normami výrobků. Týká se to např. 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 nebo pro obvody SELV a PELV.

Zásady podle ČSN EN 61140 ed. 2, které platí pro elektrické instalace (tab. 2), 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 hlavně ČSN 33 2000-4-41, tedy část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem. Dále je to ČSN 33 2000-5-54 Elektrická zařízení. Část 5: Výběr a stavba elektrických zařízení. Kapitola 54: Uzemnění a ochranné vodiče, a kromě toho jsou to i další oddíly tohoto souboru.

Požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem v elektrických instalacích podle ČSN 33 2000-4-41 Část 4-41 normy 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),
• 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 v případě poruchy během předepsané krátké doby. Ochranné pospojování je zajištěno ochranným vodičem, automatické odpojení ochranným prvkem, který vyhodnocuje poruchový stav.

Časové intervaly, během kterých musí být případná porucha odpojena, jsou určeny v jedné přehledné tabulce pro sítě TN, TT, IT. Po delší diskusi a na základě prověřených účinků proudů na lidský organismus byly pro automatické 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).

Z hlediska nebezpečí úrazu elektřinou je rozhodující proud procházející lidským tělem. Z důvodů praktických se upustilo od toho, aby byl tento proud (respektive jeho mezní hodnota) přímo udáván. Je to proto, že při dotyku s živou nebo s neživou částí, která je při poruše pod napětím, je pro elektrotechnika těžké určit, jaký proud bude lidským tělem procházet. Musí znát napětí, které je na předmětu, jehož se člověk dotýká, ale i odpor (nebo přesněji impedanci) lidského těla, podložky nebo podlahy, na které stojí.

Podmínky, v nichž k průchodu proudu dojde, se mění a rozdílné jsou i fyziologické reakce lidí.

Dotyková napětí UD můžou být jak napětí mezi dvěma předměty, kterých se může osoba nebo zvíře dotýkat, tak napětí mezi předmětem přístupným dotyku a zemí. První případ se může vyskytovat např.

Krokové napětí je napětí mezi dvěma body zemského povrchu vzdálenými od sebe 1 m; vzdálenost 1 m se považuje za délku kroku člověka.

Pasivní ochrany - působí až po vzniku ohrožení. To je např.

Účinky elektrického proudu již možná někteří z vás pocítili. Čím má elektrický proud větší hodnotu, tím mohou být jeho účinky znatelnější, někdy až fatální, viz video 5.1. Na obr. 5.1 jsou zobrazeny dohodnuté zóny účinků střídavého proudu na člověka (pro frekvence 15 - 100 Hz). Fibrilace znamená to, že se jednotlivé části srdečního svalu smršťují a roztahují nesynchronně, srdeční komora nedodává krev do oběhu a v důsledku toho dochází k prudkému poklesu krevního tlaku.

Obvykle bez škodlivých fyziologických účinků. Obvykle bez škod na organismu.

Hodnota stejnosměrného proudu, při které člověk ještě nepociťuje žádné účinky, je stanovena do 2 mA. Po překročení této hranice závisí účinky proudu na lidský organismus opět nejen na velikosti proudu, ale i na době působení. Za hranicí 2 mA cítí člověk nejprve slabé štípnutí při zapínání a vypínání, pak svalové stahy. Přestože stejnosměrný proud má z krátkodobého hlediska podstatně mírnější účinky, než proud střídavý, je též velmi nebezpečný, protože po delším působení může způsobovat rozklad krve.

Dle [1] lze vymezit tzv. konvenční mezní hodnoty proudů z hlediska jejich účinků na lidský organismus, viz tab. 5.

Tab. Konvenční mezní hodnoty proudů

Meze bezpečných malých napětí jsou závislé na prostoru, ve kterém je elektrické zařízení umístěno a ve kterém vykonává svou funkci.

Správně bychom měli hovořit o impedanci, ale tato impedance má převážně charakter činného odporu. Je známo, že lidské tělo obsahuje průměrně 60 - 70 % vody, proto je elektricky vodivé. Celková impedance lidského těla má několik částí, viz obr. 5.2. Na tomto obrázku je zobrazena i dráha proudu od ruky k ruce. Hlavní podíl na vnitřní impedanci těla mají končetiny (ruce a nohy), zvláště pak klouby.

Velikost impedance lidského těla je závislá i na momentálním fyzickém i psychickém stavu člověka, též na vlhkosti a teplotě kůže, zpocená kůže má podstatně menší odpor než suchá. Dále závisí též na řadě vnějších vlivů, jako je napětí, frekvence, doba průchodu proudu, plocha dotýkající se části pod napětím nebo tlak na tuto plochu.

Při střídavém napětí okolo 50 V je impedance velká a závisí zejména na odporu kůže. Při vyšších napětích závisí na impedanci kůže stále méně a v podstatě se již rovná vnitřní impedanci těla. Závislost celkové impedance a odporu těla na napětí lze vyjádřit grafem, viz obr. 5.3. Jedná se přitom o impedanci měřenou pro dráhu proudu ruka - ruka při střídavém proudu 50/60 Hz, kdy dotyk s částmi pod napětím byl na velké ploše (50 až 100 cm2).

Každá část elektrického zařízení musí mít některou z ochran před úrazem elektrickým proudem. Příslušná ochrana by měla být přizpůsobena podmínkám elektrické instalace. Ochranu může zajišťovat okolí, samotné zařízení, rozvodná soustava, nebo jejich vhodná kombinace.

Kombinace vhodných ochranných prostředků základní ochrany a ochrany při poruše vytváří ochranné opatření.

Živé části musí být zcela pokryty izolací, kterou je možné odstranit pouze jejím zničením (na rozdíl od krytů vyrobených z izolantů). Živé části musí být uvnitř krytů nebo za přepážkami, které zajišťují stupeň krytí aspoň IP 2X, nebo IPXXB, tj. chránit před vniknutím předmětů větších než 12,5 mm, kromě případu, kdy se větší otvory objeví během výměny částí, např.

1. Vodorovné horní povrchy snadno přístupných krytů a přepážek musí poskytovat krytí alespoň IP 4X, nebo IPXXD.
2. Jestliže je nutné kryty nebo přepážky odstranit, musí to být možné jen s použitím klíče nebo nástroje.

Stupně krytí IP:

• o průměru ≥ 50 mm (např.
• Chráněné před středně velkými cizími tělesy o průměru ≥ 12,5 mm (např.
• o průměru ≥ 2,5mm (např.
• o průměru ≥ 1mm (např.
• M… během zkoušky vodou je zařízení v pohybu (např.
• S… během zkoušky vodou je zařízení v klidu (např.
• W - Vhodné pro použití za stanovených povětrnostních podmínek.

Tam, kde mají přístup osoby bez elektrotechnických znalostí, musí být zábrana pevná, dostatečně vysoká a odstranitelná jen s použitím nástroje, musí být zajištěna, aby se nedala obejít, nemohla být úmyslně odstraněna, je nutné ji vždy označit výstražnou tabulkou (např. viz obr. 5.4), aby byla dobře rozeznatelná od stejných překážek majících jiný účel.

Princip ochrany polohou spočívá v tom, že části současně přístupné dotyku, které mají rozdílný potenciál, nesmí být v dosahu rukou. Vzdálenost dle obr.

Používá se pro elektrotechnická zařízení třídy ochrany III, např. Obvod bezpečného napětí je oddělený od obvodů s napětím vyšším než bezpečné. Používá se např. Nejde o druh ochrany bezpečným napětím. Doporučené a mezní hodnoty udává norma ČSN EN 61140, ed. 2.

Ustálený proud mezi částmi současně přístupnými dotyku tekoucí činným odporem 2 000 Ω nesmí překročit 3,5 mA střídavého nebo 10 mA stejnosměrného proudu.

Pospojováním se zajišťuje to, že všechny pospojované části jsou uvedeny na stejný potenciál. Obvykle se provádí pospojování všech neživých částí elektrických zařízení a všech cizích vodivých částí. V některých případech se provádí ještě doplňující pospojování (např.

Automatické odpojení od zdroje:

Nutným předpokladem pro použití této ochrany je správně provedené uzemnění a pospojování. Použije se ochranný přístroj, který v případě poruchy izolace mezi živou a neživou částí, nebo mezi živou částí a ochranným vodičem samočinně odpojí chráněný obvod od zdroje napájení. Odpojení musí být dostatečně rychlé, aby dotykové napětí nemělo nebezpečné fyziologické účinky.

Jako ochranné přístroje se používají pojistky, jističe, proudové chrániče. Ochranný vodič a krajní (fázový) vodič musí být dimenzován tak, aby při zkratu mezi fázovým vodičem a neživou částí zařízení vznikl ve smyčce, která se tím uzavře (poruchová smyčka), vypínací proud nejbližšího ochranného přístroje a k odpojení došlo v předepsaném čase.

Působení ochrany ukazuje obr. 5.6. Samočinné odpojení je zde zajištěno pojistkou v každé fázi. Při poruše, kdy proteče fází proud zajišťující odpojení, musí pojistka vypnout do doby stanovené normou. Samozřejmostí by mělo být i odpojení zbývajících dvou fází, viz kapitola o pojistkách. Neživá část je spojena s ochranným vodičem PE.

Soustava má uzemněný uzel (nulový bod) a chráněné neživé části jsou také uzemněny. Působení chrániče v síti TT je na obrázku 5.7. Kostra spotřebiče (neživá část) je přímo uzemněná, toto uzemnění je na obrázku označeno jako PE.

V síti IT jsou živé části izolované od země nebo spojené se zemí přes dostatečně vysokou impedanci, proto je možný provoz sítě i při prvním jednopólovém zemním spojení. Při poruše tečou mezi místem poruchy, zdrojem a zemí kapacitní proudy, viz obr. V případě druhé poruchy[8] se již předpokládá, že poruchový proud Ia (při poruše v jiné fázi) uvede do činnosti příslušný ochranný prvek a zařízení bude odpojeno. V tomto případě musí být splněny podmínky pro impedanci smyčky obdobné těm, které jsou předepsány pro automatické odpojení v síti TN. Jenom je nutno počítat s tím, že k prvé poruše může dojít na jednom konci sítě v jednom obvodu, zatímco druhá porucha vznikne na druhém konci sítě v úplně jiném obvodu.

Při použití této ochrany je obvod galvanicky oddělen od země a od ostatních obvodů. Obvod musí být napájen ze zdroje s alespoň základní izolací, jako např. Ochrana elektrickým oddělením je na obr.

V případě ochrany nevodivým okolím je člověk izolován od ostatního okolí. Aby byla tato ochrana zajištěna, musí být provedena dostatečná izolace prostoru kolem elektrického zařízení. Nevodivé okolí jako ochranný prostředek je užíváno jen zřídka a jeho uplatnění je obvykle doplňováno organizačními opatřeními, tj.

Zvýšená ochrana má plnit funkci ochrany základní i při poruše. Zesílená izolace je schopna svou kvalitou plnit současně úkol jak základní, tak i přídavné izolace.

Ochranné oddělení obvodů je obdobou jednoduchého oddělení obvodů. Rozdíl mezi oběma opatřeními je v tom, že jednoduché oddělení obvodů slouží jako opatření při poruše, jestliže došlo k porušení základní ochrany představované základní izolací, zatímco ochranné oddělení zajišťuje najednou jak ochranu základní, tak ochranu při poruše.

Ochranné oddělení se zpravidla používá tam, kde jsou vytvořeny speciální podmínky, které sice představují zvýšené riziko, ale přitom je z provozních důvodů nezbytné pracovat s "normálním" napětím (230 V). Ochranné oddělení obvodů je naznačeno na obr.

Ochranné pomůcky pro ochranu doplňkovou izolací musí splňovat požadavky na zesílenou izolaci.

Tabulka 1: Třídy ochrany elektrických zařízení

Tabulka 2: Zásady ochrany podle ČSN EN 61140 ed. 2

Tab. Meze bezpečných malých napětí

Tab. Mezní napětí mezi pásmy I a II jsou považována za konvenční mezní hodnoty dovolených dotykových napětí krátkodobě působící (tj.