Ex zóny versus provozovny s nebezpečím požáru

V elektrotechnické praxi se často objevují dotazy jak z řad projektantů, tak i montážníků na správné zařazení prostředí s potenciálním nebezpečím. V tomto kontextu přicházejí do úvahy pouze dva přístupy, a to buď princip nevýbušného provedení, nebo provozovna s nebezpečím požáru.

Při práci s elektrotechnickými normami se neustále objevují dvě zásadní otázky, a to: Jaké jsou cíle ochrany dané normy a jaká jsou nezbytná opatření pro jejich dosažení? U normy ČSN 332000-4-42 ed. 2 lze z tohoto hlediska stručně definovat hlavní cíle ochrany jako: Zamezení tepelným účinkům a vlivům na elektrotechnická zařízení a jejich vybavení. Při porovnání těchto cílů ochrany s dalším normami – např. s normou ČSN EN 60079-14 ed. 4 lze zjistit, že při výběru ochranných opatření zde existuje mnoho paralel.

Analogie cílů ochrany

Jedním z nejdůležitějších cílů normy ČSN 33 2000-4-42 ed. 2 je minimalizace tepelných vlivů. Přitom jde mj. také o zamezení vzniku požárů, které by se mohly šířit od elektrických zařízení a jejich příslušenství. Tento cíl ochrany se dále zaměřuje na zabránění šíření požáru (plamenů a kouře) a na ochranu elektrických zařízení dodržením konkrétních bezpečnostních požadavků.

Tyto definice cílů ochrany lze najít (i když třeba v pozměněném znění) také v normě ČSN EN 60079-14 ed. 4. V ní jsou uvedena nezbytná opatření, která je třeba dodržet pro případ realizace elektrických instalací ve výbušném prostředí. Kromě toho jde o požadavky na zřizování elektrických instalací a jejich zařízení v prostorech s nebezpečnou výbušnou atmosférou. Také zde se cíle ochrany zaměřují jak na minimalizaci tepelných vlivů a zamezení vzniku požáru jiskřením, tak na posuzování povrchových teplot u elektrických zařízení. Jediný rozdíl je ve způsobu přístupu ke splnění těchto cílů a ve výběru ochranných opatření.

Obr. 1. Hořlavé látky, jako např. laky a barvy, představují ve velkém množství uskladněném v malém prostoru nebezpečí požáru, nebo dokonce výbuchu

Porovnání norem

Zaměříme-li se trochu blíže na problematiku prachu s jeho nejrůznějšími podobami, např. textilní prach a vlákna, která jsou v nejrůznějších procesech vyráběny, zpracovávány, dopravovány a skladovány, zjistíme, že jde o hořlavé substance. Při iniciaci a příhodném směšovacím poměru se vzduchem se mohou velmi rychle vznítit. Zde je třeba mít na paměti, že kromě vzniku požáru může dojít také k výbuchu.

Při porovnávání zdrojů iniciace uváděných ve zmíněných normách lze zjistit, že v této oblasti existuje mnoho společných znaků (tab. 1). Podobně je tomu při sledování ochranných opatření uváděných ve zmíněných normách. Také zde lze objevit společné znaky možných variant provedení k dosažení a zajištění požadovaných cílů ochrany (tab. 2).

Tab. 1. Porovnání zdrojů iniciace z pohledu dvou norem

Tab. 2. Porovnání ochranných opatření dvou norem

Pro vznik výbuchu je třeba současné existence výbušné atmosféry a zdroje iniciace. Ochranná opatření uváděná v normě ČSN EN 60079-14 ed. 4 jsou zaměřena na snížení pravděpodobnosti, že se elektrická instalace stane zdrojem iniciace požáru. Po pečlivém návrhu elektrické instalace je často možné umístit většinu elektrických zařízení v méně nebezpečném prostoru nebo v prostoru bez nebezpečí výbuchu. Má-li být elektrické zařízení instalováno v prostorech, ve kterých mohou v atmosféře vznikat nebezpečné koncentrace a nebezpečná množství hořlavých plynů, par nebo prachu, provádějí se ochranná opatření pro snížení pravděpodobnosti výbuchu v důsledku iniciace oblouky, jiskrami nebo horkými povrchy, vznikajícími v normálním provozu nebo za stanovených poruchových podmínek. Po využití principů náhrady a dozoru se zbývající nebezpečné prostory zařadí do zón podle pravděpodobnosti přítomnosti výbušné atmosféry. Toto zařazení umožňuje stanovit úrovně ochrany zařízení, a tak mohou být pro každý jednotlivý prostor stanoveny vhodné typy ochrany.

Mnoho typů vznikajících prachů, které jsou zpracovávány, manipulovány a skladovány, je hořlavých. Po jejich vznícení mohou rychle hořet, a pokud jsou smíchány ve správném poměru se vzduchem, mohou mít značnou výbušnou sílu. Často je nezbytné použít elektrické zařízení v prostorech, kde je přítomen takovýto hořlavý materiál. Proto musí být provedena vhodná opatření, která zajistí, aby takovéto zařízení bylo odpovídajícím způsobem chráněno a byla snížena pravděpodobnost vznícení vnější výbušné atmosféry. U elektrického zařízení patří mezi potenciální zdroje iniciace elektrické oblouky a jiskry, horké povrchy a třecí jiskry.

Hořlavý prach se může vznítit od elektrického zařízení několika hlavními způsoby:
– povrchem zařízení, které má teplotu vyšší, než je minimální teplota vznícení daného prachu,
– obloukem nebo jiskřením na elektrických částech, jako jsou vypínače, kontakty, kartáče apod.,
– výbojem nahromaděného elektrostatického náboje,
– vyzařovanou energií (např. elektromagnetickou radiací),
– mechanickými jiskrami nebo třecími jiskrami nebo oteplením souvisejícím se zařízením.

Pro vyloučení nebezpečí iniciace je nezbytné, aby:
– teplota povrchů, na kterých se může usazovat prach nebo které mohou být ve styku s rozvířeným prachem, byla udržována pod mezní teplotou;
– všechny elektrické jiskřící části nebo části, které mají teplotu vyšší, než je mezní teplota:
   – byly uzavřeny v závěru, který zabraňuje odpovídajícím způsobem vnikání prachu,
   – měly energii elektrických obvodů omezenu tak, aby nevznikaly oblouky, jiskry nebo teploty schopné vznítit hořlavý prach;
– všechny ostatní zdroje iniciace byly vyloučeny.

Provozovny s nebezpečím požáru

Důraz na provozovny s nebezpečím požáru je podle normy ČSN 332000-5-51 ed. 3 kladen z důvodu nebezpečí vzniku požáru v důsledku výroby, zpracování nebo skladování hořlavého materiálu včetně výskytu prachu, např. ve stodolách, dřevozpracujících závodech, papírenských nebo textilních továrnách apod. Dále jsou zde popsána zvláštní rizika v provozovnách, ve kterých vzniká nebezpečí požáru, a to:
– druhem zpracování nebo skladovaným materiálem,
– zpravováním nebo skladováním hořlavých materiálů včetně hromadění prachu.

S provozovnami s nebezpečím požáru se lze setkat v oblastech a lokalitách, popř. i v částech prostorů, ve vnitřním i venkovním prostředí. Riziko spočívá v tom, že se mohou zápalné látky v nebezpečném množství snadno dostat do kritické blízkosti elektrických instalací, elektrických zařízení a elektrického vybavení, což z hlediska elektrické energie jako zdroje iniciace představuje riziko požáru (obr. 1 a obr. 2).

V této souvislosti se pod pojmem snadno hořlavé látky rozumí zápalné pevné látky, které jsou vystaveny plamenu zápalky po dobu 10 s a po odstranění tohoto zdroje iniciace dále hoří a planou samy od sebe. Takovými materiály jsou např. seno nebo sláma, slaměný prach, hobliny, provzdušněná dřevěná vlna, magneziové piliny, chrastí, volný papír, dřevěná a vlněná vlákna.

K možným provozovnám s nebezpečím požáru, popř. prostorům s velkým rizikem vzniku požáru patří např.:
– průmyslová a řemeslná pracoviště,
– sušárny a sušicí zařízení,
– skladištní prostory,
– zemědělské provozy se skladovacími místy, např. pro seno, jutu či slámu.

Ochrana před výbuchem – zóny

Srovnatelný postup ke stanovování prostorů nebo oblastí se zvláštním nebezpečím lze v případě ochrany před výbuchem nalézt také v normě ČSN EN 60079-14 ed. 4. Zde jsou oblasti rozděleny do zón podle pravděpodobnosti výskytu výbušné atmosféry a v závislosti na době její přítomnosti. Tyto zóny se rozlišují na základě četnosti vzniku a doby přítomnosti nebezpečné výbušné atmosféry a lze je interpretovat takto:

– zóna 0
Prostor, ve kterém je výbušná atmosféra tvořená směsí hořlavých látek ve formě plynu, par nebo mlhy se vzduchem přítomna trvale nebo po dlouhá časová období nebo často.

– zóna 1
Prostor, ve kterém je příležitostný vznik výbušné atmosféry tvořené směsí hořlavých látek ve formě plynu, par nebo mlhy se vzduchem pravděpodobný za normálního provozu.

– zóna 2
Prostor, ve kterém není vznik výbušné atmosféry tvořené směsí hořlavých látek ve formě plynu, par nebo mlhy se vzduchem pravděpodobný za normálního provozu. Pokud však tato atmosféra vznikne, bude přetrvávat pouze po krátké časové období.

– zóna 20
Prostor, ve kterém je výbušná atmosféra tvořena oblakem rozvířeného hořlavého prachu ve vzduchu přítomna trvale nebo po dlouhou dobu nebo často.

– zóna 21
Prostor, ve kterém může výbušná atmosféra tvořená oblakem rozvířeného hořlavého prachu ve vzduchu vznikat příležitostně v normálním provozu.

– zóna 22
Prostor, ve kterém není pravděpodobný vznik výbušné atmosféry tvořené oblakem rozvířeného hořlavého prachu ve vzduchu za normálního provozu. Pokud však tato atmosféra vznikne, je přítomna pouze po krátké časové období.

U obou normativních způsobů postupu, ať už podle ČSN 332000-4-42 ed. 2, nebo ČSN EN 60079-14 ed. 4, je třeba dbát na pokyny výrobce elektrických zařízení a dodržovat je. V obou případech je třeba provést posouzení rizik.

Obr. 2. Průmyslová a řemeslná pracovní oblast, kde mohou během zpracování a meziskladování materiálu vznikat požárně nebezpečné situace

Ochrana před rušivými a poruchovými elektrickými oblouky

Tam, kde elektrická instalace musí splňovat vysoký stupeň spolehlivosti, měly by být navrženy a instalovány ochranné přístroje pro detekci poruchových oblouků (AFDD – Arc Fault Detection Device).

Obloukové ochrany(AFDD)

Požáry od elektrických instalací jsou často způsobovány obloukovými poruchami, které vznikají v důsledku paralelních nebo sériových oblouků, jejichž příčinou jsou izolační poruchy mezi aktivními vodiči nebo uvolněné svorkové spoje.

Obloukové ochrany (AFDD) jsou přístroje určené ke zmírnění účinků poruch, při nichž vzniká elektrický oblouk. AFDD odpojí příslušný elektrický obvod, jakmile detekuje obloukovou poruchu.

V průběhu sériové poruchy, při níž vzniká oblouk, nedochází k úniku proudu do země (do ochranného vodiče), a proto ji proudové chrániče nemohou detekovat. Kromě toho impedance oblouku sériově zařazená v obvodu se spotřebičem omezuje v takovémto případě proud zátěže, a tak hodnota proudu zůstává pod prahem zaúčinkování nadproudových ochran – jističe nebo pojistky.

Při paralelním oblouku mezi fází a nulovým vodičem je proud omezen pouze impedancí instalace a samotným obloukem, a proto výsledný poruchový proud může být menší než pracovní proud nadproudového ochranného přístroje.

Obloukové ochrany (AFDD) jsou schopny detekovat poruchové podmínky, které vznikají v důsledku trvalého obloukového spojení. To může být omezeno buď proudem dostupným z distribučního rozvodu (v případě paralelní obloukové poruchy), nebo zátěží v chráněném obvodu (v případě sériové obloukové poruchy).

Z hlediska standardizace se doporučuje použití obloukových ochran ve střídavých (AC) obvodech, neboť přispívají ke snížení rizika ohrožení osob, zvířat a majetku vznikajícího v důsledku intenzivních požárů šířených z elektrických instalací a elektrických zařízení.

Pomalu působící ochranné přístroje nejsou schopny zabránit poškození věcí, neboť nelze během krátké doby uvést elektrickou instalaci do provozního stavu. Z tohoto důvodu platí pro ochranu před elektrickými oblouky v některých evropských zemích doplňující požadavky.

Německo zavedlo již v prosinci 2017 povinné používání AFDD do své národní standardizační soustavy, a to konkrétně v normě DIN VDE 0100-420:2016-02 + doplněk A1. V ní jsou obloukové ochrany (AFDD) stanoveny pro jednofázové střídavé obvody s pracovním proudem ≤16 A pro:
– ložnice nebo pobytové místnosti domovech nebo denních stacionářích pro děti, osoby zdravotně postižené nebo seniory (např. denní jesle nebo domovy pro seniory),
– objekty nebo místa, kde jsou uskladněny, zpracovávány, vyráběny hořlavé materiály, popř. stavební hmoty,
– objekty nebo místa s ohrožením nenahraditelného bohatství.

Dále je použití obloukových ochran (AFDD) doporučeno pro jednofázové střídavé obvody s pracovním proudem ≤16 A pro místnosti určené k přespání a pro objekty nebo místa se strukturami šířícími oheň. Přístroje AFDD musejí v Německu detekovat světelný jev elektrického oblouku a zvýšení proudu ve vodiči vedení. Kromě toho musejí přerušit (uhasit) oblouk do 5 ms a automaticky odpojit elektrickou instalaci od napájení. Zhášení oblouku nesmí být spouštěno dříve, než světlo a proud překročí mezní hodnoty.

Obloukové ochrany AFDD se dostaly (i když zatím jen jako doporučení) také do české standardizace, a to např. do první změny normy ČSN 33 2000-4-42 ed. 2 z roku 2015. V této změně se doporučuje, aby se zvláštní opatření na ochranu před účinky obloukových poruch použila mj. v těchto koncových obvodech:
– v objektech s ložnicemi,
– v místech s nebezpečím požáru zpracovávaných nebo skladovaných materiálů, tj. v prostorech BE2 (např. ve stodolách, v dřevozpracujících provozovnách, skladech hořlavého materiálu apod.), – v místech s hořlavými stavebními materiály, tj. v prostorech CA2 (např. v dřevěných budovách),
– ve stavbách s nebezpečím šíření ohně, tj. v prostorech CB2,
– v místech s ohrožením nenahraditelného bohatství.

Dodržování vzdáleností a teploty

V zásadě platí jak pro instalační oblasti podle normy ČSN 33 2000-4-42 ed. 2, tak ČSN EN 60079-14 ed. 4, že se v příslušných objektech nebo místech provádějí pouze ty instalace, které jsou pro danou oblast relevantní a nezbytné. Při výběru elektrických zařízení a typu jejich instalace musejí být tato zařízení provedena tak, aby jejich teplota při běžném používání a předvídatelném zvýšení teploty v případě poruchy nemohly způsobit zahoření.

Z tohoto důvodu musejí mít např. svítidla a projektory dostatečnou vzdálenost od hořlavých materiálů. I při jejich řádném použití pro daný účel však zde mohou vznikat nebezpečné povrchové teploty. Nejsou-li pro daná elektrická zařízení k dispozici žádné údaje výrobce, musejí být dodrženy minimální vzdálenosti od hořlavým materiálům uvedené v tab. 3. V prostorech s nebezpečím požáru prachu nebo vláken musejí být svítidla instalována tak, aby se na nich nemohly hromadit v nebezpečném množství vlákna nebo prach.

Tab. 3. Reflektory a úzkoúhlé světlomety – minimální vzdálenosti od hořlavých materiálů [2]

Vzdálenosti od hořlavých látek, směsí, kapalin a prachu jsou v tomto smyslu velmi důležité a je třeba je dodržovat. Při porovnání normy ČSN 33 2000-4-42 ed. 2 s normou ČSN EN 60079-14 ed. 4 je zřejmé, že v této oblasti existuje mnoho paralel. Vycházejí z údajů výrobce a ty se zase opírají o výrobkové normy. Vždy je přitom cílem zamezit iniciaci nebezpečných směsí nebo látek

U krytů elektrických zařízení, jako jsou např. topná tělesa nebo rezistory, musejí být provedena taková opatření, aby se zabránilo překročení mezních hodnot teploty podle tab. 4. Pokud se materiály, jako jsou vlákna nebo prach, mohou hromadit v množství dostačujícím k založení požáru na krytu elektrického zařízení, musejí se provést taková vhodná opatření, aby se zabránilo překročení mezních teplot uvedených v tab. 4.

Tab. 4. Topná tělesa a rezistory – minimální vzdálenosti od hořlavých materiálů [2]

Závěr

Na elektrické instalace jak v provozovnách s nebezpečím požáru, tak v zónách s výbušnou atmosférou jsou kladeny zvláštní požadavky. Provozovna s nebezpečím požáru nemusí být automaticky oblastí, ve které je třeba počítat s nebezpečnou atmosférou. Zařazení do tříd, resp. rozdělení do zón nebo oblastí s jednotlivými prostory se provádí po předchozím vyhodnocení rizik a definic cílů ochrany, a to vždy individuálně pro každý jednotlivý případ. Realizace nezbytných elektrických instalací a výběr vhodných elektrických zařízení pro tyto instalace musejí vyhovovat těmto definicím.

---

 Na co si dávat pozor

1. Jak instalační materiál, tak elektrická zařízení musejí vyhovovat stanoveným rizikům v místnostech a zónách.
2. Je třeba stanovit vypínací prvky a jisticí přístroje, které se musejí instalovat a používat podle pokynů jejich výrobců.
3. Stupně ochrany IP a typy ochran nevýbušných elektrických zařízení musejí být vhodné pro konkrétní situace a vyhovovat příslušným požadavkům.
4. Přípustná jsou pouze elektrická zařízení a instalace, které se nezbytně musejí v daném prostoru instalovat nebo používat.
5. Kabely a vedení je třeba volit a instalovat podle stanovených prostorů a zón.
6. Elektrické přístroje (např. spotřebiče jako topná zařízení atd.) je třeba volit podle jejich povrchové teploty.
7. Při použití elektrických točivých strojů je třeba instalovat ochranná zařízení.
8. Je třeba pečlivě volit vhodná opatření pro uzemnění a pospojování.
9. Je třeba věnovat zvláštní pozornost přenosným zařízením.
10. Je třeba zajistit, aby byly přístroje a zařízení vhodné pro dané místo použití.
11. Je třeba věnovat pozornost také správné volbě typu ochran, skupině zařízení a teplotní třídě pro dané prostředí.
12. Je třeba brát zřetel na infrastrukturu a vlivy prostředí/vnější vlivy.
13. Je třeba věnovat pozornost požadavkům na materiály.

Normy související sčlánkem

– ČSN 33 2000-4-42 ed. 2
ČSN 33 2000-4-42 ed. 2:2012 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-42: Bezpečnost – Ochrana před účinky tepla. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-4-42:2011 (mod IEC 60364-4-42:2010). Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Norma platí pro elektrické instalace s ohledem na opatření na ochranu osob, užitkových zvířat a majetku před tepelnými účinky, hořením nebo degradací materiálů a rizikem popálení způsobeným elektrickým zařízením, plameny v případě nebezpečí požáru šířícího se od elektrické instalace do ostatních požárních úseků oddělených přepážkami, které jsou v blízkosti a narušením bezpečné funkce elektrického zařízení včetně bezpečnostních instalací.

– ČSN 33 2000-4-42 ed. 2/Z1
ČSN 33 2000-4-42 ed. 2/Z1:2015 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-42: Bezpečnost – Ochrana před účinky tepla. Tato změna ČSN 332000-4-42 ed. 2:2012 je českou verzí změny HD 60364-4-42:2011/A1:2015. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Norma platí pro elektrické instalace s ohledem na opatření na ochranu osob, užitkových zvířat a majetku před tepelnými účinky, hořením nebo degradací materiálů a rizikem popálení způsobeným elektrickým zařízením, plameny v případě nebezpečí požáru šířícího se od elektrické instalace do ostatních požárních úseků oddělených přepážkami, které jsou v blízkosti, a narušením bezpečné funkce elektrického zařízení včetně bezpečnostních instalací.

– ČSN EN 60079-14 ed. 4
ČSN EN 60079-14 ed. 4:2014 Výbušné atmosféry – Část 14: Návrh, výběr a zřizování elektrických instalací. Tato norma je českou verzí evropské normy EN 60079-14: 2014. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Tato část IEC 60079 obsahuje specifické požadavky pro navrhování, výběr, zřizování a výchozí revize elektrických instalací v nebezpečných prostorech nebo prostorech souvisejících s výbušnými atmosférami. Pokud zařízení musí být vyhovující pro další podmínky okolí, např. ochranu proti vnikání vody a odolnost proti korozi, mohou být nutné dodatečné metody ochrany. Požadavky této normy platí pouze pro použití elektrických zařízení v normálních atmosférických podmínkách, jak jsou definovány v IEC 60079-0. Pro jiné podmínky mohou být nutná dodatečná opatření a zařízení má být certifikováno pro tyto jiné podmínky. Například většina hořlavých materiálů a mnoho materiálů, které jsou normálně považovány za nehořlavé, mohou prudce hořet v podmínkách s obohaceným kyslíkem.

– ČSN 332000-5-51 ed. 3
ČSN 332000-5-51 ed. 3:2010 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-51: Výběr a stavba elektrických zařízení – Všeobecné předpisy. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-5-51:2009. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Norma se zabývá výběrem a zařizováním elektrického zařízení. Elektrická zařízení musí být volena a zřizována v souladu s opatřeními k ochraně z hlediska bezpečnosti, s požadavky na řádnou funkci pro určené užití v instalaci a s požadavky na přiměřenou odolnost proti předpokládaným vnějším vlivům.

Literatura:
[1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 8/2019, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München (www.elektro.net/ heftarchiv).
[2] ČSN 332000-4-42 ed. 2:2012 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-42: Bezpečnost – Ochrana před účinky tepla.
[3] ČSN 33 2000-4-42 ed. 2/Z1:2015 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-42: Bezpečnost – Ochrana před účinky tepla.
[4] ČSN EN 60079-14 ed. 4:2014 Výbušné atmosféry – Část 14: Návrh, výběr a zřizování elektrických instalací.
[5] ČSN 332000-5-51 ed. 3:2010 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-51: Výběr a stavba elektrických zařízení – Všeobecné předpisy.