Už dávno sú preč časy, keď sme elektrotechniku delili na silnoprúd a slaboprúd. Pamätám si napríklad, ako sa v 90. rokoch väčšina elektrickej inštalácie v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu riešila vzduchovými rozvodmi a pomocou systému clona – dýza – klapka sa ovládali technológie. Potom prišli prvé prevodníky z tlaku na elektrický signál a dnes je to už úplne iný svet. Na výrobnej linke sa vo výrobnom procese testuje vysokým napätím a naopak, v rozvodni vysokého napätia sú zariadenia ovládané malým napätím. Stretávame sa s pojmami ako robotika, kybernetika, mechatronika atď. Umelá inteligencia čoraz častejšie nachádza uplatnenie aj v technických oblastiach. Prichádzajú nové prelomové technológie, nové materiály. Nanotechnológiou všetko zmenšujeme a zrýchľujeme. Niekedy sa zdá, že aj ten náš svet elektrotechniky, ako sme ho kedysi poznali, sa zbláznil.

Je len málo strojných zariadení, ktoré pri svojej činnosti nevyužívajú elektrickú energiu. Je tiež množstvo zariadení, ktoré okrem elektrickej energie využívajú aj iné druhy energie, napr. hydrauliku, plyn, vzduch, vodu. Vzájomná koordinácia rôznych druhov energií je v takýchto prípadoch veľmi dôležitá, a to hlavne z dôvodu bezpečnosti celého zariadenia. Každý, kto vstupuje do procesu návrhu takéhoto zariadenia, musí mať dostatočné množstvo vedomostí a skúseností.

Pre koho je teda vlastne norma uvedená v názve článku určená? Predovšetkým pre výrobcov strojných zariadení. Normu vie, samozrejme, využiť aj prevádzkovateľ alebo revízny technik. Cieľom tohto článku nie je odborný výklad tejto normy. To nie je potrebné a nie je tu na to ani priestor. Chcem len upozorniť na určité časti normy, pri ktorých sa v technickej praxi stretávam s častými opakujúcimi sa nedostatkami.

Posúdenie rizík

Výrobca si musí uvedomiť, že riziko spojené s elektrickým vybavením stroja je len jedna časť zo všetkých požiadaviek na posúdenie rizika stroja. Výrobca musí už v procese navrhovania a vývoja strojného zariadenia odhaliť nebezpečenstvá a riziká (analýza rizík), ktoré z neho vyplývajú. Ak nebezpečenstvá nemožno odstrániť alebo znížiť podstatnými bezpečnostnými konštrukčnými opatreniami, musia sa použiť ochranné opatrenia na zníženie rizika. Výrobca takéhoto zariadenia však musí predovšetkým využívať konštrukčné riešenia. Pri niektorých zariadeniach, s ktorými som sa vo výrobnom procese stretol, sa mi zdá, akoby výrobca zastal v určitej etape návrhu, uspokojil sa a časť rizika, ktoré ešte vedel znížiť, preniesol na obsluhu zariadenia. Väčšinou sa tak deje, aby sa urýchlil výrobný proces. Niekedy je veľmi ťažké nastavovať hranice únosnosti takéhoto rizika. Často sa toto riešenie časom ukáže ako nedostatočné, ale už je neskoro. Odporúčam výrobcom zariadení, aby analýzu rizík vykonávali čo najdôkladnejšie ešte v procese návrhu stroja a nie počas prevádzky stroja. Prax však ukazuje presne opačný trend.

Prevádzkové prostredie a prevádzkové podmienky

Elektrické vybavenie musí byť vhodné pre fyzické prostredie a prevádzkové podmienky zamýšľaného použitia. Medzi najčastejšie vplyvy, ktoré môžu negatívne ovplyvniť prevádzkovú schopnosť, ako aj bezpečnosť strojného zariadenia patria napr. teplota, vlhkosť, znečisťujúce látky, otrasy, nárazy, vibrácie. Prevádzkovateľ strojného zariadenia by mal výrobcovi poskytnúť komplexné informácie o prostredí, kde bude zariadenie nainštalované; výrobca musí zase poskytnúť prevádzkovateľovi informácie, ak by strojné zariadenie negatívne ovplyvňovalo okolie. Veľmi často sa to však nedeje. Zopár príkladov z praxe:

Príklad č. 1

Výrobca vyrobil striekaciu kabínu, kde počas technologického procesu vzniká nebezpečná výbušná koncentrácia. Dva metre okolo kabíny všetkými smermi zadefinoval v zmysle protokolu vonkajších vplyvov BE3-N2 (zónu 2) – nebezpečenstvo výbuchu horľavých plynov a pár horľavých kvapalín. Preto musí inštalácia v tomto okolí vyhovovať tejto zóne. V okolí kabíny sa však nachádzajú aj rozvody plynu, vody, vzduchu, oceľové konštrukcie, odsávacie potrubie, výfuk na strechu, uzemnenie a iné. Prevádzkovateľ nebral do úvahy všetky možné zdroje vznietenia, napr. horúce povrchy, mechanické iskry, bludné elektrické prúdy, statickú elektrinu, úder blesku a pod., ktoré z posúdenia rizík vyplývajú.

Príklad č. 2

Výrobca vyrobil technologickú linku na umývanie áut. V zmysle protokolu vonkajších vplyvov je zadefinované prostredie ako AD5 (prúd vody vo všetkých smeroch). V tomto priestore sa intenzívne strieka aj na elektrické zariadenia, ktoré sa tu nachádzajú. Požiadavka na základnú ochranu krytím je minimálne IP X5. V priestore sa však nachádzajú zariadenia, ktoré majú aj vyššie krytie, napr. IP X8. Pozor! Požiadavky na skúšky krytia IP X8 a IP X5 sú úplne odlišné. IP X8 do tohto prostredia nepatrí, aj keď u nás evokuje jeho vhodnosť.

Príklad č. 3

Vo výrobnej hale sa nachádza niekoľko veľkotonážnych lisov. V protokole vonkajších vplyvov je určené prostredie AH3 (vibrácie – silné namáhanie). V okolí strojov môže byť po čase negatívne ovplyvnená správna funkcia zariadení aj ich bezpečnosť. Odporúča sa používať vodiče s lankovým medeným jadrom. Vodiče s tuhým jadrom by mali mať pružné spojky. Skrutkové spoje by mali byť zaistené proti samouvoľňovaniu podložkou, napr. vejárovou či ozubenou so závlačkou. Rozvádzače by sa v takomto prostredí nemali inštalovať. Odporúčam spoje, ktoré sú z hľadiska bezpečnosti prioritné, označiť farbou a nastaviť častejšiu pravidelnú vizuálnu kontrolu.

Ekvipotenciálne pospájanie

Ekvipotenciálne pospájanie na ochranné účely je alfou a omegou pri ochrane osôb pred možným zásahom elektrickým prúdom pri poruche, a preto by mu mal výrobca aj prevádzkovateľ venovať patričnú pozornosť. Tu je zopár zásad pri ochrannom ekvipotenciálnom pospájaní:

  • obvod by mal byť schopný odolávať najvyššiemu teplotnému a mechanickému namáhaniu spôsobenému prúdom pri zemných skratoch, ktorý môže pretekať v danej časti obvodu ochranného pospájania;
  • spoje v ekvipotenciálnom pospájaní, na ktoré negatívne pôsobí okolité prostredie, si musia udržať kvalitu počas celej prevádzky; pozor na elektrochemickú reakciu;
  • vodiče použité na ochranné účely by mali mať dostatočný prierez; uprednostňujú sa medené vodiče; prierez sa musí vypočítať (STN 33 2000 5-54: 2011 čl. 543.1.2) alebo vybrať podľa tabuľky 1 (STN EN 60 204-1: 2019 čl. 5.2);
  • tieto časti stroja a jeho elektrické vybavenie sa musia pripojiť na obvod elektrického pospájania, ale nesmú sa použiť ako ochranné vodiče:
    – vodivé konštrukcie časti stroja,
    – vodivé časti elektroinštalačných žľabov pružnej alebo pevnej konštrukcie,
    – vodivé tienenie káblov alebo armovanie,
    – vodivé časti potrubí, ktoré obsahujú horľavé látky, napr. plyny, tekutiny a prášky,
    – vodivé časti konštrukcií, s ktorými sa počas práce manipuluje,
    – rôzne vodivé časti strojov, napr. pružné časti, podporné vedenia, káblové rebríky;
  • ak sa s akéhokoľvek dôvodu demontuje nejaká časť stroja, nesmie sa prerušiť obvod ochranného pospájania zostávajúcich častí;
  • rôznymi mechanickými, chemickými alebo elektrochemickými vplyvmi sa nesmie zhoršiť vodivosť pripájacích a spájacích miest ochranných obvodov;
  • v žiadnom prípade nesmie obvod ochranného pospájania obsahovať spínacie zariadenie a ani ho chrániť pred nadprúdom, preťažením a pod.;
  • všetky spoje ochranného pospájania musia byť zabezpečené proti náhodnému uvoľneniu;
  • pripojenie dvoch alebo viacerých vodičov ochranného pospájania na jednu svorku je dovolené len v tých prípadoch, ak sa táto svorka zhotovila na tento účel;
  • každé pripájacie miesto ochranného vodiča sa musí označiť alebo vybaviť etiketou so symbolom IEC 60417-5019:2006 alebo označiť písmenami PE.

Doplňujúce požiadavky na elektrické zariadenie stroja, ktorého unikajúci prúd je väčší ako 10 mA

Možno sa zdá táto požiadavka prehnaná, ale treba si uvedomiť, že úplne bezpečný prúd (STN IEC 60479-1: 2019) je v rozmedzí 0 – 0,5 mA. Hranica bezpečného prúdu (jeho znesiteľnosť) je pod hranicou maximálne 30 mA. Ak takýto prúd prechádza organizmom viac ako 2 sekundy, reakciou organizmu sú svalové kŕče a dýchacie problémy. Každý prúd nad 30 mA je už nebezpečný. Dochádza k zastaveniu dýchania, vznikajú ťažké popáleniny a môže prísť k zastaveniu činnosti srdca.

Vzhľadom na to, že súčasťou dnešných zariadení sú rôzne sieťové filtre, frekvenčné meniče, pasívne prvky, impulzné zdroje (indukčné väzby) a pod., je predpoklad, že prúd, ktorý uniká zo zariadení ochrannými vodičmi, je väčší ako 10 mA. Prúd môže unikať aj počas prevádzky zariadenia, a to hlavne namáhanými (nedokonalými) izoláciami. Výrobca (už počas návrhu) a prevádzkovateľ (počas prevádzky) by mali túto požiadavku akceptovať a riešiť.

Ak má elektrické vybavenie unikajúci prúd väčší ako 10 mA striedavého alebo jednosmerného priebehu v akomkoľvek ochrannom vodiči, musia sa splniť jedna alebo viacero podmienok s ohľadom na celistvosť každej časti pridruženého obvodu ochranného pospájania. Tu je rozsah podmienok:

  • Ochranný vodič musí byť úplne uzavretý v plášťoch elektrického vybavenia alebo po celej dĺžke chránený proti mechanickému poškodeniu.
  • Ochranný vodič musí mať prierez aspoň 10 mm2, ak je z medi, alebo 16 mm2, ak je z hliníka. Ak to neplatí, musí sa pridať ďalší ochranný vodič aspoň s rovnakým prierezom po miesto, kde má ochranný vodič prierez aspoň 10 mm2, ak je z medi, alebo 16 mm2, ak je z hliníka.
  • Musí byť zabezpečené samočinné odpojenie napájania v prípade prerušenia ochranného vodiča.
  • Ak je použitá kombinácia vidlica – zásuvka, použije sa priemyselný konektor v súlade s normami skupiny IEC 60309 s primeraným odľahčením ťahu a minimálnym prierezom ochranného vodiča 2,5 mm2.

Okrem týchto opatrení sa musí v blízkosti svorky PE zaistiť štítok s upozornením, že prúd v ochrannom vodiči presahuje 10 mA.

Meranie unikajúceho prúdu je pri rozsiahlych strojných zariadeniach v prevádzke technicky náročné. Na samotné meranie vplýva množstvo faktorov, ktoré výsledky skresľujú. Aj z tohto dôvodu by mal výrobca zariadenia túto požiadavku riešiť ešte v priebehu návrhu. Pred nedávnom sme v rozsahu bakalárskej práce zo študentom STU Bratislava (Bc. David Gubo) zanalyzovali rôzne možnosti merania unikajúceho prúdu. Porovnávali sme rôzne typy meracích prístrojov a do porovnania zaradili aj osciloskop, aby sme sa pozreli aj na priebeh tohto prúdu. Pri jednoduchých obrábacích strojoch bol unikajúci prúd rádovo aj viac ako 100 mA. Keďže výrobca stroja nenavrhol žiadne opatrenia, v záujme zachovania bezpečnosti musí ich riešiť prevádzkovateľ. Mohol by napr.:

  • zabezpečiť samočinné odpojenie napájania v prípade prerušenia ochranného vodiča,
  • pridať ďalší ochranný vodič aspoň s rovnakým prierezom,
  • priestorovo oddeliť ochranný vodiť od iných vodičov,
  • ochranný vodič vyhotoviť s dvojitou izoláciou,
  • svorku, ktorou prechádza unikajúci prúd, označiť upozornením „prúd v ochrannom vodiči presahuje 10 mA“,
  • informáciu uviesť do technickej dokumentácie,
  • pri pravidelnej revízii sa tomuto prúdu venovať; je predpoklad, že starnutím inštalácie bude aj prúd narastať.

Overovanie (verification)

Kapitola č. 18 je určená prednostne výrobcom zariadení. V prípade výroby strojného zariadenia by mal výrobca alebo výrobcom poverená osoba vykonať overenie elektrického zariadenia stroja. Ak má strojné zariadenie svoju vlastnú normu, rozsah overovania by mal byť v súlade s ňou. Pokiaľ norma výrobku určená pre stroj neexistuje, overenie musí zahŕňať minimálne požiadavky a), b), c) a h), prípadne niektorú z položiek d), e), f), g).

a) Overenie zhody elektrického zariadenia s jeho dokumentáciou

Najčastejší nedostatok zistený z kontrolnej činnosti. Dokumentácia vytvorená výrobcom musí poskytovať potrebné informácie nevyhnutné na prepravu, inštaláciu, používanie, údržbu, vyraďovanie z prevádzky a likvidáciu elektrického vybavenia stroja. Čl. 17.2 poskytuje rozsah informácií súvisiacich s elektrickým vybavením stroja. Jeden z najdôležitejších dokladov, ktorý nie je súčasťou odovzdávajúcej dokumentácie výrobcu zariadenia, je práve protokol (doklad/potvrdenie z overovania), ktorý musí byť zdokumentovaný. Je to dôležitý podklad pre revízneho technika, ktorý sa k elektrickému zariadeniu stroja dostane pri jeho prevádzkovaní. Často je to jediný dokument, o ktorý sa vie technicky oprieť.

b) Overenie spojitosti obvodu ochranného pospájania

V čl. 18.2.2 (skúška 1) sa opisuje postup skúšky spojitosti obvodu ochranného pospájania. Skúška 1 priamo ovplyvňuje rozsah skúšky 2 (tabuľka 9, použitie skúšobných metód pre siete TN). Výrobca alebo výrobcom poverená osoba vykonáva skúšky v potrebnom rozsahu na základe dodania stroja postupmi A, B a C. Rozsah skúšky závisí od dĺžky inštalovaných vodičov a ich súladu s tabuľkou 10, kde sú príklady maximálnej dĺžky kábla ochranných zariadení vzhľadom na ich zaťaženie pre sústavy TN.

c) V prípade ochrany pred poruchou samočinným odpojením napájania sa musia overiť podmienky na ochranu samočinným odpojením

V čl. 18.2.3 (skúška 2) sa opisuje postup overenia impedancie poruchovej slučky a vhodnosť pridruženého ochranného zariadenia pred nadprúdom. Ochranu pred samočinným odpojením napájania rieši príloha A, ktorá prebrala ustanovenia s IEC 60364-4-41: 2005 a IEC 60464-6: 2006. Overenie by sa malo vykonať výpočtom alebo meraním a potvrdením, že nastavenie a parametre príslušného ochranného zariadenia proti nadprúdu sú v súlade s požiadavkami prílohy A. V prípade rozsahu skúšky 2 sa dajú uplatniť určité výnimky závislé od charakteru stroja a vykonanej skúšky 1.

d) Skúška izolačného odporu

Ak sa vykonajú skúšky izolačného odporu, izolačný odpor pri 500 V AC napätia medzi silovými a ochrannými vodičmi nesmie byť menší ako 1 M?. Pre určité časti elektrických zariadení je dovolená nižšia hodnota, minimálne však 50 k?. Táto skúška sa dá zväčša reálne vykonať len pri výrobe stroja, takže ju treba vykonať poctivo a tiež zdokumentovať. Pri opakovanej revízii stroja už v prevádzke nevie revízny technik túto skúšku vykonať v potrebnom rozsahu.

e) Napäťová skúška

Maximálne skúšobné napätie musí mať hodnotu dvojnásobku menovitého napätia vybavenia alebo 1 000 V podľa toho, čo je väčšie. Maximálne skúšobné napätie sa musí približne na 1 s priložiť medzi vodiče silových a ochranných obvodov. Požiadavky sa splnia, ak sa nevyskytne prieraz. Skúšku treba zdokumentovať.

f) Ochrana pred zvyškovým napätím

Rieši ju článok 6.2.4. Živé časti, v ktorých je zvyškové napätie po odpojení od zdroja vyššie ako 60 V, sa musia vybiť na 60 V alebo na menej v priebehu 5 s po odpojení napájacieho napätia za predpokladu, že táto rýchlosť vybitia nie je v rozpore so správnou funkciou zariadenia. Výnimkou z tejto požiadavky sú súčasti, v ktorých sa vytvoril náboj 60 µC a menej.

g) Overenie, či sú splnené príslušné požiadavky čl. 826 (doplňujúce požiadavky na elektrické zariadenie, ktorého unikajúci prúd je väčší ako 10 mA)

Tejto požiadavke som sa venoval v tomto článku už dostatočne. Aj keď táto požiadavka nie je povinná, odporúčam ju dodržať pri všetkých zariadeniach.

h) Funkčné skúšky

Funkčné skúšky sú povinné a musia sa vykonať vždy bez výhrady. Rozsah skúšok závisí od samotného zariadenia, ale vždy musia zahŕňať zariadenia, ktoré slúžia na bezpečné spínanie a odpínanie zariadenia vrátane všetkých ich súčastí.

Ešte raz upozorňujem, že výsledky z overovania musia byť zdokumentované a mali by byť súčasťou odovzdávajúcej dokumentácie.

Záver

V tomto článku som sa venoval len niektorým oblastiam STN EN 60204-1: 2019. Pozornosť by som mohol venovať ešte vodičom, káblom, motorom, spínačom, farbám, označovaniu, ochranám, dokumentácii atď., len tu na to nie je priestor. Každý, kto vstupuje do procesu vývoja, návrhu, výroby a prevádzkovania strojov, potrebuje informácie. Je na ňom, do akej miery je ochotný vzdelávať sa a aplikovať poznatky v praxi.

Ing. Peter Pagáč
eldro@eldro.sk
www.eldro.sk