Přístroje pro požární bezpečnost – od proudových chráničů (RCD) k obloukovým ochranám (AFDD)

V roce 2014 byla z celkového počtu 17388 požárů v 2044 případech jako příčina uvedena technická závada, kam spadají právě i požáry elektroinstalace.

Technické závady byly druhou nejčastější příčinou (přes 20%), hned po požárech způsobených nedbalostí dospělých (kouření, zakládání ohně, nesprávná obsluha topidel, ponechání tepelných spotřebičů bez dozoru apod.). Škody zapříčiněné technickými závadami přesáhly tři čtvrtě miliardy korun. Přitom byly zraněny desítky osob a v několika případech došlo k usmrcení.
Požáry elektroinstalace byly způsobené závadou na elektroinstalaci, nesprávně provedenou elektroinstalací nebo nedbalostí (neodborné zásahy do instalace a spotřebičů, vyřazování jisticích prvků, opravy pojistek apod.).

Vznik poruchy v elektrické instalaci

Poruchy v elektrické instalaci z hlediska nebezpečí iniciace požáru můžeme rozdělit na poruchy krátkodobé a dlouhodobé. Přičemž:

• Krátkodobé poruchy znamenají velké přetížení v krátkém čase;
• Dlouhodobé poruchy znamenají dlouhodobé přetěžování malými poruchovými proudy.

Při dlouhodobém působení malého ztrátového výkonu na hořlavé podklady významně roste riziko lokálního přehřátí a následného požáru.

• Pojistky nebo jističe reagují jen na velké proudy.

Malé poruchové proudy jsou detekovány proudovými chrániči (RCD) a obloukovými ochranami (AFDD). Poznámka: Arc Fault Detection Device – přístroj pro ochranu před obloukovými poruchami.
Nejčastěji užívané přístroje pro zamezení vzniku požáru od elektrické instalace:

• Proudové chrániče s I_Δn ≤ 300 mA;
• Optické detekční systémy (čl. 532.5 ČSN 33 2000-5-53 ed. 2) – toto je záležitostí přístrojů především na bázi EPS
• Přístroje obloukové ochrany (AFDD)

Dále se budeme zabývat přístroji RCD a AFDD.

Proudový chránič – oblasti použití

1. doplňková ochrana proudovým chráničem s citlivostí IΔn ≤ 30 mA;
2. ochrana automatickým odpojením v případě poruchy - citlivost závisí na podmínkách v místě instalace
   
   Obojí podle normy ČSN 332000-4-41 ed. 3: Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem
   
   
3. ochrana před vznikem požáru od plazivých proudů proudovým chráničem s I_Δn ≤ 300 mA

Podle ČSN 33 2000-4-42 ed. 2: Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-42: Bezpečnost – Ochrana před účinky tepla.
Proudové chrániče (RCD) jsou považovány za účinné pro omezení nebezpečí vzplanutí a šíření plamene na základě detekce unikajícího proudu a vytvoření oblouku proti zemi v důsledku plazivých proudů v elektrické instalaci. RCD, stejně jako pojistky nebo jističe, však nejsou schopné omezit nebezpečí vzplanutí a šíření plamene vyvolané elektrickými vlivy v důsledku sériových nebo paralelních oblouků mezi živými vodiči. Tato skutečnost vychází z dnes již všeobecného používání sítě TN-S v požárně exponovaných prostorech.

Které předpisy požadují užití RCD pro ochranu před vznikem požáru od elektrického zařízení?

Základní požadavky na ochranu před vznikem požáru od elektrického zařízení a tedy i požadavky na využití proudových chráničů s I_Δn ≤ 300 mA jsou:

1. ČSN 33 2000-4-42 ed. 2 – zde jsou obecné požadavky
2. ČSN 33 2130 ed. 3 – doplňující požadavky pro objekty občanské výstavby a bydlení
3. ČSN 33 2000 část 7 – pro zařízení jednoúčelová a ve zvláštních objektech.

Proč byla zvolena jako hranice I_Δn ≤ 300 mA?

Laboratorními zkouškami bylo prokázáno, že pro iniciaci zahoření (a tedy i vzniku následného požáru) je třeba cca 70 W. Z tohoto bylo odvozeno: 70 (W)/ 230 (V) = 0,26 mA ~300mA
RCD s I_Δn ≤ 30 mA a IΔn = 100 mA zajišťují kromě ochrany před úrazem elektrickým proudem a samozřejmě současně i před vznikem požáru v nejčastěji se vyskytujících případech (v zemích CENELEC).

Kde se objevila potřeba AFDD nejdříve ve výstavbě?

Objekty rodinných domů v USA a Kanadě jsou nejčastěji vybaveny vlastním transformátorem vn/nn a přívod do objektu je obvykle ve dvou napěťových úrovních:

• 120V 60 HZ – jednofázově – pro běžnou spotřebu, jako je umělé osvětlení, menší domácí spotřebiče připojené na zásuvkové obvody, atd.
• 240V 60 Hz – jednofázově – pro větší spotřebiče, klimatizace, tepelné čerpadlo, elektrický ohřev vody, atd.

Toto je znázorněno na obrázku 1.
Hlavním problémem rozvodů v rodinných domech v USA z hlediska ochrany před iniciací požáru je, že rozvody (zvláště 120 V) jsou prováděny dvoužilově, tedy bez ochranného uzemňovacího vodiče. Toto omezuje možnost využití proudových chráničů pro ochranu před iniciací požáru i v té podobě, kterou používáme v Evropě.
Přehled zásuvek používaných na americkém kontinentě, viz obrázek 2, přičemž nejrozšířenější typ je označován jako „Old Outlet“.
Rovněž stavební materiál, převážně na bázi dřeva a polystyrénu, představoval a představuje požární riziko.
Pro přístroje AFDD (na americkém kontinentě zvané AFCI) platí v České republice ČSN EN 62606:2014 Obecné požadavky pro obloukové ochrany.

Hlavní motto využití přístrojů AFDD

Proudové chrániče (RCD) jsou považovány za účinné pro omezení nebezpečí vzplanutí a šíření plamene na základě detekce unikajícího proudu a vytvoření oblouku proti zemi v důsledku plazivých proudů v elektrické instalaci. RCD, stejně jako pojistky nebo jističe, nejsou však schopné omezit nebezpečí vzplanutí a šíření plamene vyvolané elektrickými vlivy v důsledku sériových nebo paralelních oblouků mezi živými vodiči.
Během sériového poruchového oblouku nedochází k úniku do země, RCD proto nemohou zjistit takovou poruchu. Kromě toho impedance sériového poruchového oblouku omezuje zatěžovací proud, což bude udržovat proud pod prahem vypnutí jističe a pojistky. V případě paralelního oblouku mezi fázovým a nulovým vodičem je proud omezen pouze impedancí instalace. V nejhorších případech sporadických oblouků nebyly běžné jističe navrženy pro tento účel.
AFDD odpovídající ČSN EN 62606:2014 „Obecné požadavky pro obloukové ochrany“, splňují tyto požadavky:

• Maximální jmenovité napětí je 240 V AC. AFDD podle ČSN EN 62606:2014 jsou napájeny buď mezi fází a nulovým vodičem, nebo mezi dvěma fázemi.
• Maximální jmenovitý proud (In) je 63 A AC.
• AFDD napájené z baterií nebo z jiného obvodu, než je chráněný obvod, nejsou předmětem ČSN EN 62606:2014.
• AFDD zajišťují odpojení, jsou určeny k ovládání laiky a nevyžadují údržbu.

AFCI (AFDD) jako první aplikovala společnost EATON v USA; kde se již používá cca od roku 2005, povinné zavedení do norem od roku 2008.

Princip funkce AFDD

Zjednodušeně lze AFDD charakterizovat jako elektromechanický spínací přístroj s elektronickými obvody, které monitorují charakter odebíraného proudu.
AFDD kontinuálně sleduje a vyhodnocuje průběh napětí a proudu v koncovém obvodu. U proudu především sleduje a vyhodnocuje vyšší harmonické, které porovnává s „knihovnou dovolených“ vyšších harmonických, které vznikají například od jiskření na kolektoru staršího ručního nářadí, vyšších harmonických od stmívačů, výkonových elektronických obvodů, přenosu dat po nn vedení a podobně.
Je nutné si uvědomit při použití přístroje AFDD (ať již samostatného, nebo v kombinaci s jiným přístrojem (přístroji; s jističem nebo jističem a RCD), že je nutné zapojit správně přívod a vývod do obvodu spotřebiče (Line / Load). Toto je též definováno ve výrobkové normě, sníží se tím počet nechtěných vypnutí.
Předepsaný zkušební postup - k dispozici je testovací tlačítko na přední straně a navíc se průběžně samočinně provádí i test elektroniky.
Při revizi obvodu s AFDD je nutno postupovat striktně dle požadavků výrobce.
V případě měření izolačního stavu zvýšeným napětím je nutné odpojení přístroje od sítě, viz obrázek 4.

Ustanovení ČSN k použití AFDD

ČSN 33 2000-5-53 ed. 2 v čl. 532.6 Obloukové ochrany (AFDD) stanoví, že kde je to určeno, musí být instalovány AFDD:

• na začátku koncového obvodu, který má být chráněn a
• ve střídavých jednofázových nebo dvoufázových obvodech, které nepřekračují 240 V.

Užité AFDD musí vyhovovat ČSN EN 62606. Pokud je to nutné, musí být přístroje AFDD koordinovány s nadproudovými ochrannými přístroji podle návodů výrobce.
Základní požadavky na využití AFDD jsou popsány ve změně Z1 technické normy ČSN 33 2000-4-42 ed. 2.
Použití přístrojů k detekci poruchového elektrického oblouku (AFDD) odpovídajících IEC 62606 - Obecné požadavky pro přístroje k detekci chybového elektrického oblouku (AFDD) se považuje za účinné pro snížení rizika požáru v koncových obvodech pevné instalace v důsledku účinku poruchových proudů doprovázených obloukem.
Automatické odpojení pomocí AFDD se doporučuje pro ochranu koncových obvodů pro:

• prostory s nebezpečím požáru v důsledku povahy zpracovávaných materiálů (např. ve stodolách, v obchodech s látkami, v papírnách),
• prostory s hořlavými konstrukčními materiály (např. v dřevěných budovách),
• konstrukce šířící požár, ohrožené prostory s nenahraditelným bohatstvím.

V obydlích se doporučuje automatické odpojení od zdroje zajišťované AFDD na začátku následujících koncových obvodů:

• v ložnicích (zvláště určených pro seniory a osoby se zdravotním postižením);
• dětských pokojích;
• u obvodů vedených uvnitř hořlavých konstrukčních materiálů.

Kde najdou přístroje AFDD další uplatnění?

• Objekty s osazením velkého počtu osob s vyšší obtížností možnosti evakuace, ať již z důvodu fyzického, či psychického postižení, jako jsou domy pečovatelských služeb, domovy pro seniory, domovy pro zrakově postižené, hospice, atd. Zde se jedná rovněž o objekty zdravotnictví;
• Objekty občanské vybavenosti s vysokou, obvykle nárazovou, koncentrací osob (divadla, kulturní sály, atd.), administrativní budovy;
• Prostory s nebezpečím požáru nebo výbuchu v důsledku povahy zpracovávaných materiálů, zde vidím za důležitější použití v textilkách, než v obchodech s látkami, dřevovýroba včetně truhlářských dílen, papírenský průmysl, chemický průmysl, báňský průmysl, atd.;
• Výstavy, u nichž je přítomna laická veřejnost.

Státy, v nichž byla zavedena povinnost užívání přístrojů AFDD.

USA zavedla povinnost užití AFDD do svých norem v roce 2008. Na americkém kontinentě ji následovala Kanada. V Evropě je v normách zavedena povinnost užití AFDD v Německu, od roku 2017 a v současnosti i v Rakousku.
Na závěr je vhodné se zmínit i proč aplikovat přístroj AFDD, i když není zatím normami direktivně vyžadován, nebo alespoň nechat o tomto prokazatelně rozhodnout investora.

1. Projektant ručí za správnost projektu po dobu existence projektované stavby.
2. Narůstající výskyt hořlavých materiálů na stavbách (určitá „amerikanizace“ v objektech pro bydlení.
3. Velmi dobré zkušenosti v USA a Kanadě.
4. Přístup pojišťoven v případech požadavků na hrazení škody vzniklé požárem od elektroinstalace, který se dá shrnout do dvou stručných otázek: Byla aplikována všechna známá opatření
   k zamezení, nebo zmírnění škody? A v jakém rozsahu?