Izolace elektrických zařízení: Nejlepší typy, klíčové vlastnosti a přísné normy

Tato část IEC 62109 specifikuje požadavky na bezpečnost, které jsou obecně platné pro všechna zařízení v rámci svého rozsahu působnosti. Tato část IEC 62109 platí pro zařízení přeměny energie (PCE) určené pro použití ve fotovoltaických (PV) systémech, u kterých je nutná jednotná technická úroveň bezpečnosti. Tato norma zajišťuje všeobecné požadavky aplikovatelné na všechny typy PV PCE. Další části této normy zajišťují specifické požadavky pro různé typy výkonových měničů, jako jsou střídače v části 2.

Tato norma pokrývá PCE připojovaná do systémů s maximálním stejnosměrným napětím obvodu PV zdroje nepřekračujícím DC 1 500 V. Zařízení se může také připojit do systémů se střídavým napětím nepřekračujícím AC 1 000 V ve střídavých síťových obvodech, ve střídavých nesíťových obvodech a v jiných obvodech stejnosměrného zdroje nebo zátěže, jako jsou baterie.

Očekává se, že osoby obsluhy mají nezbytnou znalost a zkušenost s použitím náležité péče při nebezpečích spojených s provozem, opravami a údržbou tohoto zařízení.

České technické normy pro elektroinstalace

Tato norma je českou verzí evropské normy EN 62109-1:2010. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Tato evropská norma byla schválena CENELEC 2010-07-01. Tato evropská norma existuje ve třech oficiálních verzích (anglické, francouzské, německé). V textu originálu převzaté normy jsou používány zkratky a.c., d.c. i zkratky AC, DC. Pokud se jedná o označení veličin, jsou v překladu převzaty jednotně zkratkami AC, DC.

ČSN EN 50160: Charakteristiky napětí

Norma popisuje a udává hlavní charakteristiky napětí v místech připojení uživatelů z veřejných distribučních sítí nízkého a vysokého napětí za normálních provozních podmínek.
Kmitočet sítě: Jmenovitý kmitočet napájecího napětí je 50Hz.
Odchylky napájecího napětí: Odchylka napětí nemá přesáhnout ±10%. V případech napájení odlehlých oblastí, napájených dlouhými vedeními nn, může někdy být napětí mimo rozsah Un +10%/-15%.

ČSN EN 60664-1 a ČSN EN 60664-5: Koordinace izolace

ČSN EN 60664-1 ed. se zabývá koordinací izolace elektrických zařízení nízkého napětí. Stanovuje požadavky pro vzdušné vzdálenosti, povrchové cesty a pevnou izolaci.
ČSN EN 60664-5 ed. stanoví dimenzování vzdušných vzdáleností a povrchových cest pro prostorové vzdálenosti rovné nebo menší než 2mm na deskách s plošnými spoji a rovnocenných konstrukcích.

ČSN EN 60446: Značení vodičů

Daná norma poskytuje všeobecná pravidla pro používání určitých barev nebo písmenno-číslicového značení k identifikaci vodičů za účelem vyloučení dvojznačnosti a zajištění bezpečného provozu.
Ochranný vodič (označuje se: PE): vodič určený pro zajištění bezpečnosti.

Účinky elektrického proudu na lidský organismus

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. Může být způsoben proudem protékajícím postiženým tělem, jehož velikost překročí určitou bezpečnou mez, nebo může vzniknout v důsledku jiných nežádoucích účinků elektrického proudu.

Čtěte také: Výztuž do betonu – rozměry a návrh

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.

Hodnota stejnosměrného proudu, při které člověk ještě nepociťuje žádné účinky, je stanovena do 2 mA. 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.

Lidské tělo obsahuje průměrně 60 - 70 % vody, proto je elektricky vodivé. Celková impedance lidského těla má několik částí. 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.

Čtěte také: Betony Bauer: Průvodce výběrem velikosti

Ochrana před úrazem elektrickým proudem

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.

Základní ochrana (před přímým dotykem)

Živé části musí být zcela pokryty izolací, kterou je možné odstranit pouze jejím zničením.
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.
Zábrany nejsou přímou součástí zařízení, jsou vytvářeny v jeho blízkosti při montáži. 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, 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.
Ochrana bezpečným napětím se používá pro elektrotechnická zařízení třídy ochrany III. Obvod bezpečného napětí je oddělený od obvodů s napětím vyšším než bezpečné.
Omezení ustáleného proudu mezi částmi současně přístupnými dotyku tekoucí činným odporem 2 000 Ω nesmí překročit 3,5 mA střídavého nebo 10 mA stejnosměrného proudu.

Ochrana při poruše (před nepřímým dotykem)

Neživá část je vodivá část zařízení, které se lze dotknout a která není obvykle živá, ale může se stát živou v případě poruchy základní izolace.
Samočinné odpojení od zdroje: 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.
Použití pospojování: 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.
Elektrické oddělení: Při použití této ochrany je obvod galvanicky oddělen od země a od ostatních obvodů. Obvod musí být napájen ze zdroje s alespoň základní izolací.
Nevodivé okolí: 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.

Zvýšená ochrana

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

Typy elektrických kabelů a vodičů

Elektrické kabely a vodiče se na první pohled liší hlavně názvem (CYKY, AYKY, CYSY), v praxi ale rozhoduje konstrukce, prostředí a způsob uložení - interiér, exteriér, zem, UV, mechanické namáhání nebo rušení. V tomto průvodci najdete přehled a porovnání nejběžnějších druhů kabelů pro domovní instalace, kabely do země, ohebné přívody (H07RN-F), fotovoltaiku i datové rozvody, včetně typického použití, napětí a doporučeného uložení.

Silové instalační kabely

Pro rezidenční, komerční i průmyslové elektroinstalace jsou silové instalační kabely naprosto stěžejní a nejčastěji používané. V běžné řeči se jim často říká prostě elektrické kabely. Slouží pro rozvod elektrické energie v budovách a jako elektrický přívod do objektu.

CYKY: Standardní volba pro většinu elektroinstalace (zásuvky, světla, pevné rozvody). Typický instalační kabel pro pevné uložení - používá se do zdi, trubek, lišt apod. Má tvrdší konstrukci a počítá se s tím, že po instalaci zůstane na místě.
CYKYLo: Liší se tím, že je plochý a používá tak hlavně tam, kde je problém s prostorem nebo není možné sekat hluboké drážky.
AYKY: Hliníkový ekvivalent měděného kabelu CYKY, často používaný pro elektrický přívod.
JYTY: Konstrukčně podobné kabelům CYKY, ale JYTY jsou určené na signály a řízení, nikoliv na běžné silové napájení. Mají stínění a často také více žil ke spínání a ovládání.

Vodiče

CY (H07V-U): Má jednodrátové měděné jádro - dobře se tvaruje, drží směr a hodí se tam, kde vedení po instalaci stojí. Jádro odpovídá třídě 1 dle ČSN EN 60228.
CYA (H07V-K): Mají lanované měděné jádro složené z mnoha drátků. Jejich výhodou je lepší ohebnost a přizpůsobivost ve stísněných prostorech. Proto jsou univerzální a využívají se hlavně k propojení různých pomocných kontaktů nebo uzemnění ocelových dveří rozvodnic a podobně. Jádro odpovídá třídě 5 dle ČSN EN 60228.

Ohebné a flexibilní kabely

V mnoha případech není kabel pevně uložen. To platí pro přívodní ohebné a flexibilní kabely, sloužící jako elektrický přívod ke spotřebiči nebo podobnému zařízení. Větší flexibilitu potřebují šňůry pro přenosná zařízení a prodlužovací kabely na bubnu. Pro danou aplikaci je vždy rozhodující materiál pláště.

Čtěte také: Beton a jeho pevnost

CYSY (H05VV-F): S PVC pláštěm výborně vyhovují použití v suchu a normálních podmínkách. Šňůra pro běžné domácí spotřebiče na 230 V nebo prodlužovací zásuvky.
H05RR-F (CGSG „střední guma“): Gumový kabel s pryžovým pláštěm. Je určen pro lehké mechanické namáhání, v suchu až vlhku, pro běžné spotřebiče a zařízení v dílně a krátkodobě i na zahradu.
H07RN-F (CGTG „těžká guma“): Gumový-neoprénový kabel pro výkonná zařízení a střední mechanické namáhání v průmyslu i zemědělství. Odolá mokru, olejům a zředěným zásadám i kyselinám. Nevadí mu dlouhodobé používání venku.
N07V3V3-F (staveništní kabel): Neoprénový nebo též pancéřový kabel, určen hlavně na staveniště. Odolá stejným vlivům jako těžká guma a navíc mu nevadí drsné a mechanicky náročné podmínky.
Silikonové kabely: Vhodnější při vysokých teplotách. Používají se jako přívod k topným zařízením, sporáku nebo saunovým kamnům. Výhodou je odolnost proti extrémním teplotám, chemicky agresivním látkám i UV záření. Jsou bezhalogenové a velmi flexibilní, ale jejich nevýhodou je nízká mechanická odolnost, nesmí být mechanicky zatěžované.

Solární kabely

H1Z2Z2-K: Používají se k propojení fotovoltaických panelů a komponentů. Jde o jednožilové kabely větších průřezů pro vyšší napětí 1500 V DC a venkovní podmínky, odolávají nízkým i vysokým teplotám a UV záření.

Slaboproudé kabely

Anténní či koaxiální kabel (koax): Souosý elektrický kabel s jedním drátem a jednou či více vrstvami stínění. Má velmi široké použití nejčastěji ve vysokofrekvenční technice (VF) a telekomunikaci.
Dvojlinka: Určena pro univerzální účely, například pro zvonkové tlačítko nebo LED pásky. Jde o plochý kabel se dvojicí jemně laněných žil a izolací s označením polarity. Díky tomu je vhodný i pro stejnosměrné obvody DC.
Sdělovací a telefonní kabely: Pro přenos signálů na větší vzdálenosti. Obsahují často velký počet žil stočených do skupin po dvou nebo čtyřech a mohou mít stínění.
- JYSTY: Pro instalaci vnitřních sdělovacích rozvodů, obsahuje 1 až 2 páry žil a stínění, je dimenzovaný pro napětí do 300 V.
- SYKFY: Určené také pro instalaci vnitřních sdělovacích rozvodů, obsahují 2 až 20 párů žil a stínění, jsou dimenzované pro napětí do 100 V.
- TCEPKPFLE: Pro vnější telekomunikační sítě, obsahuje až 25 skupin žil po čtyřech. Má stínění, UV stabilní plášť a lze ho uložit v chráničce do země.
Datové kabely: Označení pro vedení strukturované kabeláže a ethernetových rozvodů s připojením síťových prvků konektorem RJ-45.
- UTP: Bez stínění.
- FTP: Jednoduché celkové stínění.
- STP: Stínění párů.
- SSTP: Stínění párů i celkové.
Optické kabely: Pracují na principu totálního odrazu světla uvnitř skleněného vlákna. Obsahuje mnoho tenkých skleněných optických vláken průměru obvykle 9 nebo 50 mikronů.

Konstrukce kabelů a vodičů

Materiál jádra

Měď (Cu): Univerzální volba pro domovní i běžné průmyslové instalace, má nízký elektrický odpor a dobře se s ním pracuje ve svorkách.
Pocínovaná měď: Měděné jádro potažené tenkou vrstvou cínu. Zvyšuje odolnost povrchu proti oxidaci/korozi a stabilitu spojů v náročnějších podmínkách. Časté u fotovoltaických a sauna kabelů.
Hliník (Al): Často používaný pro elektrické přívody nebo ve velkých přenosových vedeních (AlFe, kde ocelové jádro nese mechanické namáhání).

Konstrukce jádra (dle ČSN EN IEC 60228)

Jádro je ta část vodiče, kterou na řezu kabelu vidíte jako měď nebo hliník. Jeho provedení se neurčuje jen jmenovitým průřezem, ale také třídou podle ČSN EN IEC 60228, která stanovuje mimo jiné konstrukci jádra a jeho maximální odpor při 20 °C. V praxi se nejčastěji setkáte s třídou 1 (plné jádro), třídou 2 (lanované jádro pro pevné uložení) a třídami 5 a 6 (flexibilní měděná jádra, přičemž třída 6 je jemnější a ohebnější).

Plné jádro "drát" (RE, SE): Pro pevné uložení v elektroinstalaci. Po ohnutí drží tvar. Typicky menší až střední průřezy.
Mnohodrátové "laněné" jádro (RM, SM): Pro pevné uložení, často větší průřezy.
Mnohodrátové "jemně laněné" jádro "licna": Ohebné a flexibilní. Pro pohyblivé uložení a přívody. Používá se tam, kde se s kabelem počítá do ohybu.

Materiál izolace a pláště

Materiál izolace a pláště rozhoduje o odolnosti kabelu v prostředí.

PVC (polyvinylchlorid): Běžné kabely CYKY a jiné mají plášť a izolaci z PVC. Při vysokých teplotách (v podmínkách požáru) mohou uvolňovat žíravý chlorovodík.
Pryž (R, SG, N, TG): Pro ohebné kabely. "Střední guma" pro lehké mechanické namáhání, v suchu i vlhku. "Těžká guma" pro venkovní podmínky (dlouhodobě), zemědělství a průmysl, střední mechanické namáhání, v suchu i mokru.
Silikonový plášť: Odolnější vůči extrémním teplotám nízkým i vysokým.
Zesítěný bezhalogenový polyolefin/kopolymer: Používaný pro solární kabely H1Z2Z2-K a další.
Bezhalogenový plášť (LSOH/LSZH): S nízkým vývinem kouře při hoření. Vhodné pro vyšší ochranou osob, školy, nemocnice, veřejné prostory. Neobsahují halogenové prvky, a tím u nich nehrozí negativní působení na zdraví při požáru.
Oheň retardující "nehořlavý": Nekorozivní, bezhalogenový plášť strukturované kabeláže a silových kabelů, s nízkým vývinem kouře při hoření, s třídou reakce na oheň B2ca.

Značení vodičů barvami

Barva vodiče je důležitým bezpečnostním značením, které má v elektroinstalaci jasná pravidla.

Zelenožlutá: Patří vždy ochrannému vodiči PE a na nic jiného se nepoužívá.
Modrá: Je vyhrazená pro střední vodič N; pokud se v instalaci N používá, modrá nesmí označovat jiný vodič.
Ostatní barvy (hnědá, černá, šedá): Běžně se používají pro fáze a ovládání - důležité je, aby byla instalace konzistentní a vodiče byly jednoznačně označené i v rozvaděči.

Parametry kabelů: Počet žil a průřez vodiče

U kabelů se v praxi skoro vždy setkáte se zápisem typu CYKY-O 3 x 1,5 mm2 nebo CYKY-J 5 x 2,5 mm. První číslo (v předcházejícím případu 3 nebo 5) říká počet žil v kabelu a druhé (1,5 nebo 2,5) je průřez jedné žíly v milimetrech čtverečních (mm2).

Počet žil

Počet žil v kabelu souvisí hlavně s tím, kolik vodičů potřebujete pro daný obvod.

3žilové kabely: V typické jednofázové instalaci (230 V) jsou nejčastější - fáze (L), nulový/střední vodič (N) a ochranný vodič (PE).
5žilový kabel: U třífázových obvodů (400 V) se často používá (L1, L2, L3, N, PE).
4žilové provedení: Někdy se narazí i na 4žilové provedení - typicky tam, kde se používá kombinovaný vodič PEN.

Průřez vodiče

Průřez vodiče se uvádí v mm2 a je zásadní pro to, jaký proud může vedení dlouhodobě bezpečně přenášet a jaké budou ztráty a úbytek napětí. Průřez ale sám o sobě nestačí. Výslednou proudovou zatížitelnost ovlivní i způsob uložení (ve zdi, v trubce, v izolaci, ve svazku), okolní teplota, seskupení více kabelů vedle sebe a také délka trasy, která má vliv na úbytek napětí.

V praxi se používá standardizovaná řada jmenovitých průřezů (dle ČSN EN IEC 60228). Proto se nejčastěji setkáte s hodnotami jako 0,5 / 0,75 / 1 / 1,5 / 2,5 / 4 / 6 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 70 / 95 / 120 / 150 / 185 / 240 mm2.

Přehled nejběžnějších typů elektrických kabelů a vodičů
Typ kabelu/vodiče	Typická konstrukce jádra	Materiál izolace/pláště	Typické použití	Jmenovité napětí	Způsob uložení
CYKY	Plné jádro (drát) Cu	PVC	Silové instalační kabely (zásuvky, světla)	300/500 V	Pevné uložení (zeď, trubky, lišty)
AYKY	Plné jádro (drát) Al	PVC	Elektrický přívod do objektu	300/500 V	Pevné uložení (země, chráničky)
CYKYLo	Plné jádro (drát) Cu	PVC	Ploché instalační kabely (nedostatek místa)	300/500 V	Pevné uložení (pod omítku, lišty)
JYTY	Plné jádro (drát) Cu	PVC	Ovládací a signalizační systémy	300/500 V	Pevné uložení (zeď, trubky, lišty)
CY (H07V-U)	Jednodrátové jádro Cu	PVC	Pevné vnitřní rozvody, propojování	450/750 V	Pevné uložení (svorkovnice, rozvaděče)
CYA (H07V-K)	Lanované jádro Cu (licna)	PVC	Ohebné propojování, pohyblivé části	450/750 V	Stísněné prostory, pohyblivé uložení
CYSY (H05VV-F)	Lanované jádro Cu (licna)	PVC	Přívodní šňůry pro domácí spotřebiče	300/500 V	Sucho, běžné podmínky
H05RR-F (CGSG)	Lanované jádro Cu (licna)	Pryž (střední guma)	Lehké mechanické namáhání (dílně, zahrada)	300/500 V	Sucho, vlhko, normální teploty
H07RN-F (CGTG)	Lanované jádro Cu (licna)	Pryž (těžká guma)	Střední mech. namáhání (průmysl, zemědělství)	450/750 V	Mokro, oleje, venkovní použití
N07V3V3-F	Lanované jádro Cu (licna)	Neoprén (pancéřový)	Drsné, mech. náročné podmínky (staveniště)	450/750 V	Venkovní, průmysl, vlhko, špína
H1Z2Z2-K	Pocínované jádro Cu	Zesítěný bezhalogenový polyolefin/kopolymer	Fotovoltaické systémy	1500 V DC	Venkovní, UV odolné, nízké/vysoké teploty
Anténní (Koaxiální)	Jednodrátové jádro Cu (nebo lanko)	PE, PVC, stínění	Vysokofrekvenční technika, TV, SAT	-	Vnitřní/venkovní (dle typu)
Dvojlinka (TLYp/SCY)	Jemně lanované žíly Cu	PVC	Nízkonapěťové audio, zvonky, LED pásky	< 50 V	Vnitřní (sucho)
Datové (UTP/FTP/STP)	Pevné dráty Cu (licna pro patch)	PVC, LSZH (bezhalogenový)	Ethernet, strukturovaná kabeláž	-	Vnitřní (zeď, lišty), venkovní (odolné varianty)
Optické	Skleněné vlákno	PE, PVC (ochrana vláken)	Vysokorychlostní přenos dat	-	Vnitřní/venkovní (dle typu)

Poznámka: Hodnoty jmenovitého napětí jsou orientační a mohou se lišit dle konkrétního provedení a normy.

tags: #tabulka #izolace #elektriny #typy #vlastnosti #normy

Izolace elektrických zařízení: Typy, Vlastnosti a Normy