Protipožární ochrana instalací s proudovými chrániči

Jedním z ochranných opatření, které je schopné účinně redukovat uvedená rizika a které se do našich předpisů dostalo teprve nedávno, jsou proudové chrániče s dostatečně malou citlivostí (do 300 mA). Vzhledem k poměrně krátké době používání proudových chráničů u nás přinášíme některé již dříve publikované informace, které shrnují dlouholeté zkušenosti z Německa a Rakouska a vycházejí z výsledků statistik tamních pojišťoven.

Požadavky na nové instalace

V roce 2000 u nás byla zavedena norma ČSN 33 2000-4-482: Ochrana proti požáru v prostorách se zvláštním rizikem nebo nebezpečím, jejímž účelem je další zlepšení ochrany před vznikem požárů. V článku 482.1.7 se uvádí, že "rozvody jiné, než jsou kabely s minerální izolací a přípojnicové rozvodné soustavy, musí být v sítích TN a TT chráněny před poruchami izolace pomocí proudových chráničů s I_Δn ≤ 300 mA".

Poznámka: Pro úplnost uveďme, že další článek 482.1.8 zakazuje použití vodičů PEN (s výjimkou vedení, která pouze procházejí těmito nebezpečnými prostory) a čl. 482.1.9. nařizuje odpínání středního vodiče. To vytváří podmínky pro použití proudových chráničů, případně pro jističe s odpínaným středním pólem.

Abychom si na poměrně stručný, ale přesto zásadní požadavek mohli učinit správný názor, je vhodné uvést některé známé, ale i méně známé informace.

Příčiny vzniku požárů

Na základě hodnocení znalců [1] je závada na elektrickém zařízení velmi častým zdůvodněním, proč došlo k požáru. Takto formulovaný závěr se však mnohdy nabízí i v případech, kdy se pravá příčina již ani nedá zjistit. Není nic jednoduššího, než elektrotechnickým laikům dát zdůvodnění, že příčinou byl "zkrat v elektrické instalaci". Většina lidí si totiž dokáže učinit představu o účincích elektrického proudu pouze na základě akčních filmů, kde po zásahu elektrických rozváděčů a vedení dojde k explozi jisker (telefony nevyjímaje). Odborníci však vědí, že tzv. "dokonalý" zkrat nepřipadá jako příčina požáru příliš v úvahu, protože předřazené jističe nebo pojistky dokáží elektrické zařízení odpojit velmi rychle (jednotky milisekund) a jimi propuštěná energie zkratového proudu není většinou v tak krátkém čase schopna iniciovat požár.

Z hlediska rizika vzniku požáru jsou mnohem nebezpečnější tzv. "nedokonalé" zkraty a nedokonalé spoje s vysokým přechodovým odporem, které dlouhodobě tepelně zatěžují okolí a vedou k únavě a degradaci izolace. Jako specifický druh poruchových proudů si můžeme označit tzv. plazivé proudy, kdy vlivem poruch celistvosti izolace může z fázových vodičů prostřednictvím nečistot a vzdušné vlhkosti odtékat do okolí (hořlavý podklad, stěny, dřevěné konstrukce) relativně malý svodový proud. V případech, kdy by mohl i relativně malý unikající proud způsobit lokální oteplení izolace nebo hořlavého okolí a být příčinou požáru, je nutné použít kvalitní izolace kabelů, nejlépe však v kombinaci s vhodným proudovým chráničem (RCD - Rezidual Current Device) nebo přístrojem pro monitorování izolačního stavu instalace (RCM - Residual Current Monitoring Device - přístroje pro monitorování reziduálního proudu; vhodné i pro velké jmenovité proudy spotřebičů). Citlivost těchto přístrojů je omezena hodnotou 300 mA, která je odvozena z výsledků mnoha měření. Bylo prověřeno, že pro zapálení dřeva, slámy, sena a dalších obvyklých hořlavých hmot postačuje ztrátový výkon od 20 do 100 W, tedy v průměru asi 60 W, což odpovídá reziduálnímu proudu 0,26 A. Z tohoto důvodu se předepisuje použití proudových chráničů s citlivostí do 300 mA. Vzhledem k toleranci vybavovacích proudů pak běžně dochází k odpojení instalace již při ztrátovém výkonu do 35 W. V běžných instalacích s relativně malými trvalými unikajícími proudy je možné doporučit i citlivost 100 mA. Dříve povolovanou citlivost proudových chráničů I_Δn ≤ a 0,5 A, která je uvedena v naší ČSN 33 0200-7-705 (totéž v mezinárodní IEC 60364-7-705 i v německé DIN VDE 0100 část 705), je z uvedených důvodů možné změnit na 0,3 A. Nesmíme však zapomínat na skutečnost, že bereme v úvahu pouze reziduální proudy, tj. zemní svodové proudy odtékající mimo vedení a ne poruchové proudy (unikající) mezi pracovními vodiči - tyto poruchové proudy nelze z principu funkce proudového chrániče identifikovat.

U "plíživých závad", tzn. u nedokonalých zemních spojení, nemůže být protipožární ochrana zaručena nadproudovými přístroji, protože jističe a pojistky potřebují k vypnutí několikanásobek svého jmenovitého proudu. Jejich vypnutí v takových případech nastane buď příliš pozdě, nebo nedojde k vypnutí vůbec. Jestliže již porucha došla tak daleko, že dojde k místnímu přehřátí izolace, případně k následnému zkratu, je vznik požáru velmi pravděpodobný.

Příčiny porušení izolace vedení a kabelů

Hlavní příčinou porušení izolace, a tedy i vzniku plazivých proudů, je tepelné a mechanické namáhání. Vysoké teploty zapříčiňují postupné odpařování změkčovadel z PVC izolace (nejčastěji používaná izolace), což má za následek jeho tvrdnutí a vznik trhlinek. Při změně okolní teploty se mění vzdušná vlhkost a to vytváří předpoklady pro vznik plazivých proudů na povrchu izolace, případně i vznik nedovolených výbojů (přepětí). Plazivé proudy s následkem lokálního přehřátí vznikají i v případech poškození izolace zvířaty, především v zemědělství, a dále v dutých prostorách budov (půdní meziprostory, kanály, šachty, apod.), kde hlodavci narušují izolaci až na holé vodiče. Dalším zdrojem vzniku požáru jsou neodborně zakrytované svorkovnice, kde jsou vodivé části v poměrně malých vzdálenostech a při velkém znečištění nejsou splněny podmínky pro izolační oddělení, které jsou výrobcem garantovány pouze pro určitý stupeň znečištění. V naší ČSN 33 2000-4-482 je stanoveno (čl. 482.1.3), že v prašných prostorách je nutné dodržet stupeň krytí minimálně IP 5X. Pro prostory s nebezpečím požáru platí obecné pravidlo, že by zde neměly být umísťovány žádné spínací a jisticí přístroje, které nesplňují požadavek na stupeň krytí (např. jističe a proudové chrániče splňují požadavek pouze pro IP 20).

V prašném prostředí vzniká nadměrné ukládání prachu a následné oteplování elektrických zařízení. Tento případ je zmíněn hned v několika technických normách; uveďme například článek 482.1.2 z citované normy, kde je na tento problém výslovně upozorněno. Nízká zápalná teplota snadno hořlavých látek (bavlněný prach, piliny, seno, sláma) vytváří velké nebezpečí požáru, a proto je v těchto případech nutné zajistit pravidelné odstraňování usazeného prachu a elektrická zařízení provozovat s nižší povrchovou teplotou. Protože se o problému vzniku požáru od narušené elektrické instalace u nás vědělo již v minulosti, byly proudové chrániče povinně používány v textilních provozech, kde byla zpracovávána zejména bavlna.

Konečně je třeba uvést i negativní vliv přepětí na dlouhodobou životnost izolace. Zejména u osamocených budov s přívodním vzdušným vedením bez použití účinných svodičů přepětí je vznik lokální poruchy izolace jen otázkou času. Pokud jsou zde skladovány lehce hořlavé materiály, reálně existuje zvýšené riziko vzniku plazivých proudů (průrazy, trhlinky).

Popsané procesy mohou trvat velmi dlouho a často je nelze odhalit ani podrobnou prohlídkou nebo měřením. V okamžiku měření izolačního odporu může mít narušené místo dobrý izolační stav (vyschnutí působením okolní teploty, vzduch s nízkou vlhkostí, příznivá doba pro provedení měření). Zařízení je ohodnoceno jako dobré, ačkoliv se na něm vyskytuje skrytá závada, která se projeví náhodně a většinou v nejméně vhodnou dobu.

Zahraniční praxe

Jak již bylo zmíněno, oddíl 482 je převzatý ze soustavy elektrotechnických předpisů IEC 60364 a pokrývá výběr a provedení instalací v prostorách se zvýšeným nebezpečím vzniku požáru. Při uvádění tohoto ustanovení do praxe musíme brát v úvahu vlastnosti zpracovávaných nebo skladovaných materiálů, jakými jsou hořlavé materiály, nahromaděný hořlavý prach, truhlárny, papírny, textilní továrny atd. Na tuto skutečnost pamatuje například DIN VDE 0100 v části 720, která pojednává o způsobech ochrany kabelů a vedení před poškozením. Při projektování a realizaci instalací budov konstruovaných převážně z hořlavých materiálů musíme dbát zvýšené opatrnosti. Na tomto místě je vhodné upozornit na velmi častý případ ukládání vedení do tzv. dutých stěn, které jsou řešeny jako sádrokartonové nebo dřevěné dělicí příčky s nosnou dřevěnou konstrukcí. Zde se můžeme inspirovat částí 730 (VDE DIN 0100): Pokládání kabelů a vedení v dutých stěnách a budovách z převážně hořlavých materiálů. Do rozsahu platnosti této normy spadají například prefabrikované dřevěné domy, chaty, dřevěné stropy a stěny, dřevěná obložení, hořlavé tepelné izolace a duté stěny. Obdobnou cestou se ubírají i rakouské předpisy pro instalace na hořlavých podkladech. Výsledkem je skutečnost, že pro všechny nové a rekonstruované obytné budovy je předepsáno povinné použití proudových chráničů s citlivostí 300 mA na vstupu instalace. Na rozdíl od naší praxe je uvedené ustanovení povýšeno na úroveň zákona, a jeho plnění je tedy právně vymáhatelné.

Vedle výše zmíněných případů zaměřených na ochranu průmyslových a obytných prostor však musíme stejně seriózně posuzovat i možná rizika v dalších místech s ohrožením nenahraditelných předmětů (muzea, galerie, knihovny, depozitáře, historické budovy atd.) a rovněž i v prostorách, kde by při vzniku požáru nastalo ohrožení osob (výstaviště, divadla, diskotéky, nákupní centra atd.). Vyjdeme-li ze zahraniční praxe, pak se o plnění předepsaných a doporučených pravidel starají orgány technického dozoru, ale ještě účinnější tlak vyvíjejí pojišťovny, které mají na každou oblast vypracovány směrnice, o jejichž dodržování se starají specialisté. Jako základ se berou platné elektrotechnické předpisy.

Pro zajímavost si můžeme uvést výňatek ze směrnice VdS 2033: Provozovny s nebezpečím požáru a srovnatelná rizika německého Svazu pojišťovatelů, kde jsou nám známé požadavky propracovány do podstatně větších podrobností:

• Pro protipožární ochranu mají proudové chrániče zásadní význam. Používání proudových chráničů jako odpojovacích zařízení v podstatě vyhovují zařízení s jmenovitým reziduálním proudem I_Δn ≤ 300 mA. V určitých případech však mohou v případě poškození izolace protékat i menší proudy (< 300 mA), které mohou znamenat nebezpečí vzniku požáru. Proto musí být např. u stropního vytápění s plochými topnými tělesy použity proudové chrániče s I_Δn ≤ 30 mA
• Jsou dovolené jen proudové chrániče podle DIN VDE 0664 bez zdroje pomocného napětí. Tím je zaručeno, že i při výpadku fáze nebo přerušení neutrálního vodiče bude ochranný účinek zachován. (Další části podrobně popisují použití a typy vodičů a kabelů)
• Doporučuje se v oblastech se zvláštním nebezpečím, např. tam, kde dochází ke značnému mechanickému namáhání, používat kabely a vedení s koncentrickým vodičem, např. NHX CHX. U těchto kabelů a vedení je větší pravděpodobnost, že v případě poškození vypne ochranné zařízení.
• Systém TN-S a TT: Je nutno používat proudové chrániče se jmenovitým reziduálním proudem I_Δn ≤ 300 mA.

Statistické údaje

Statistiky příčin požáru Svazu pojišťovatelů silnoproudých zařízení z Německa ještě před několika lety vykazovaly, že asi 18 % všech požárů bylo způsobeno závadami na elektrických zařízeních. Dnes se tento podíl dostal na úroveň kolem 12 %. Z hodnocení sdružení pojišťovatelů vyplývá, že toto zlepšení je důsledkem jak obecné protipožární prevence vykonávané v minulosti (lepší výběr typů kabelů, stupeň krytí spotřebičů, způsoby uložení atd.), tak i toho, že se ve stále větší míře začaly cílevědomě používat proudové chrániče pro ochranu před plazivými proudy (podle VDE 0100 část 482/04.82, u nás obdobná ČSN 33 2000-4-482). Vzhledem k tomu, že se tímto opatřením vylepšuje i ochrana neživých částí, lze tento požadavek bez větších problémů akceptovat. Při použití selektivního typu je takto splněna i podmínka spolehlivé funkce celé instalace i v případě vzniku poruchy za některým z citlivějších proudových chráničů (30 mA pro venkovní zásuvky, koupelny atd.).

Cílem tohoto příspěvku bylo zopakování některých skutečností a upozornění na určité souvislosti, které jsou v okolních zemích již považovány za obvyklé a do naší praxe se přenášejí s jistým zpožděním. Při dostatečné informovanosti pak našim elektrotechnikům nečiní problém rychle se zorientovat a adaptovat na požadavky investorů, a to jak u nás, tak i v zahraničí.