STN EN 60 204-1:2019. Bezpečnosť strojových zariadení. Elektrické zariadenia strojov. Časť 1: Všeobecné požiadavky. Poznatky pri aplikácii v technickej praxi.

Je len málo strojných zariadení, ktoré na svoju činnosť, nevyužívajú elektrickú energiu. Je tu taktiež množstvo zariadení, ktoré okrem elektrickej energie využívajú aj iné druhy energii ako napr. hydrauliku, plyn, vzduch, vodu atď. Vzájomná koordinácia rôznych druhov energii 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 vedomosti a skúsenosti.

Pre koho je teda vlastne táto norma určená? Predovšetkým pre výrobcov strojných zariadení. Normu vie samozrejme využiť aj prevádzkovateľ alebo revízny technik.

Úmyslom tohto článku nie je odborný výklad tejto normy. To nie je potrebné a nie je tu preto ani priestor. Chcem len upozorniť na určité časti normy, kde sa stretávam v technickej praxi s častými opakujúcimi sa nedostatkami.

Posúdenie rizík

Výrobca sa musí uvedomiť, že riziko spojené s elektrickým vybavením stroja je len jedna časť zo všetkých požiadaviek na posúdenie rizika stroja. Výrobca už v procese navrhovania a vývoja strojného zariadenia musí odhaliť nebezpečenstvá a riziká (analýza rizík), ktoré z neho vyplývajú. Ak nebezpečenstvá nie je možné odstrániť alebo nie je možné dostatočne 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, ako by výrobca zastal v určitej etape návrhu, uspokojil sa a časť rizika, ktoré ešte vedel znížiť, preniesol na obsluhu zariadenia. Väčšinou sa tak deje z dôvodu rýchlejšieho výrobného procesu. 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 atď. Prevádzkovateľ strojného zariadenia by mal výrobcovi  poskytnúť komplexné informácie o prostredí, kde bude zariadenie nainštalované a výrobca musí taktiež poskytnúť prevádzkovateľovi informácie, ak by strojné zariadenie negatívne ovplyvňovalo okolie. Veľmi často sa tak ale nedeje. Zopár príkladov z praxe.

Príklad č.1 Výrobca vyrobil striekaciu kabínu, kde počas technologického procesu vzniká nebezpečná výbušná koncentrácia. 2 metre okolo kabíny všetkými smermi zadefinoval v zmysle protokolu vonkajších vplyvov BE3-N2 (zónu 2) – nebezpečenstvo výbuchu horľavých plynov a pár horľavých kvapalín. Z tohto dôvodu musí inštalácia v tomto okolí vyhovovať pre túto zónu. 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 nachádzajúce sa v tomto priestore. Požiadavka na základnú ochranu krytím je min. IP X5. V priestore sa však nachádzajú zariadenia ktoré majú aj vyššie krytie napr. IP X8. Pozor! Požiadavky na skúšky krytia IP X8 a krytia 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 veľko-tonážnych lisov. V protokole vonkajších vplyvov je určené prostredie AH3 (vibrácie – silné namáhanie). V okolí strojov môže byť po čase negatívne ovplyvnená správna funkcia zariadení ako 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 samo uvoľňovaniu podložkou, napr. vejárovou, ozubenou so závlačkou a pod. Rozvádzače by sa v takomto prostredí nemali inštalovať. Odporúčam spoje ktoré sú z hľadiska bezpečnosti prioritné, označiť  farbou a nastaviť častejšiu pravidelnú vizuálnu kontrolu.

 Ekvipotencionálne pospájanie

Ekvipotencionálne pospájanie na ochranné účely je alfa-omegou pri ochrane osôb pred možným zásahom elektrickým prúdom pri poruche a preto by mal výrobca ako aj prevádzkovateľ tomu venovať patričnú pozornosť. Tu je zopár zásad pri ochrannom ekvipotencionálnom pospájaní:

• obvod by mal byť schopný odolávať najvyšším teplotným a mechanickým namáhaniam spôsobený prúdmi pri zemných skratoch, ktoré môžu pretekať v danej časti obvodu ochranného pospájania.
• Spoje v ekvipotencionálnom pospájaní na ktoré negatívne pôsobí okolité prostredie, si musia udržať svoju 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 konštrukcii
• vodivé tienenie káblov alebo armovanie
• vodivé časti potrubí, ktoré obsahujú horľavé látky, napr. plyny, tekutiny a prášky
• vodivé časti konštrukcii, s ktorými sa počas práce manipuluje
• rôzne vodivé časti strojov, napr. pružné časti, podporné vedenia, káblové rebríky atď.

• 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 unikajúce prúdy sú väčšie ako 10 mA

Možno sa zdá táto požiadavka, ako prehnaná, ale tu si treba uvedomiť že úplne bezpečný prúd (STN IEC 60479-1:2019) je v rozmedzí 0-0,5 mA. Hranica bezpečného prúdu (jeho znesiteľnosť) je po hranicou max. 30mA.  Ak takýto prúd prechádza organizmom viac ako 2 sekundy, vníma jeho prechod kŕčovými svalovými reakciami a dýchacími problémami. Každý prúd nad 30 mA je už nebezpečný. Nastávajú javy ako zastavenie dýchania a ťažké popáleniny a môže prísť k zastaveniu činnosti srdca.

Vzhľadom k tomu, že súčasťou dnešných zariadení sú rôzne sieťové filtre, frekvenčné meniče, pasívne prvky, impulzné zdroje  (indukčné väzby) a pod., je predpoklad  že prúdy ktoré nám unikajú zo zariadení ochrannými vodičmi, sú väčšie ako 10 mA.  Unikajúce prúdy môžu vzniknúť 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 elektrické vybavenie má unikajúci prúd ktorý je väčší ako 10 mA striedavého alebo jednosmerného priebehu v akomkoľvek ochrannom vodiči, musia sa splniť jedna alebo viacero podmienok pre celistvosť každej časti pridruženého obvodu ochranného pospájania. Tu je rozsah podmienok:

• Ochranný vodič musí byť úplne uzavretý v plášťoch elektrického vybavenia alebo je po celej svojej 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 toto 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 takýchto unikajúcich prúdov u rozsiahlych strojných zariadení už v prevádzke je náročne technicky vykonateľné. Na samotné meranie vplýva množstvo faktorov, ktoré samotné výsledky skresľujú. Aj z tohto dôvodu, by mal výrobca zariadenia túto požiadavku riešiť ešte v priebehu jeho návrhu. Pred nedávnom sme v rozsahu bakalárskej práce zo študentom STU Bratislava (Bc. David Gubo) zanalyzovali rôzne možnosti merania unikajúcich prúdov. Porovnávali sme rôzne typy meracích prístrojov a do porovnania zaradili aj osciloskop, aby sme sa pozreli aj na priebehy týchto prúdov. V podstate na jednoduchých obrábacích strojov sa unikajúce prúdy pohybovali aj rádovo viac ako 100mA. Keďže výrobca stroja nenavrhol žiadne opatrenia, tak v záujme zachovania bezpečnosti tieto požiadavky musí riešiť prevádzkovateľ.

Napríklad by mohol:

• 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
• Svorkou, ktorou prechádza unikajúci prúd označiť upozornením „prúd v ochrannom vodiči presahuje 10 mA“
• Informáciu uviesť do technickej dokumentácii
• Pri pravidelnej revízii sa tomuto prúdu venovať. Je predpoklad že zo starnutím inštalácie bude aj prúd rásť.

Overovanie (verification)

Kapitola č. 18 je určená prednostne pre výrobcov zariadení. V prípade výroby strojného zariadenia výrobca alebo výrobcom poverená osoba, by mala vykonať overenie elektrického zariadenia stroja. V prípade ak strojné zariadenie má svoju vlastnú normu, tak 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) a môžu obsahovať jednu alebo viacero položiek d)e)f)g).

1. Overenie zhody elektrického zariadenia s jeho dokumentáciou

Najčastejšie sa vyskytujúci 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 informácii 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.

2. Overenie spojitosti obvodu ochranného pospájania

V čl. 18.2.2 (skúška 1) sa popisuje 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 tiež od dĺžky inštalovaných vodičov a ich súladu s tabuľkou č.10, príklady maximálnych dĺžok kábla z ochranných zariadení vzhľadom na ich zaťaženie pre sústavy TN.

3. V prípade ochrany pred poruchou samočinným odpojením napájania sa musia overiť podmienky na ochranu samočinným odpojením

V čl. 18.2.3 (skúška 2) sa popisuje postup overenia impedancie poruchovej slučky a vhodnosť pridruženého ochranného zariadenia pred nadprúdom. Ochranu pred samočinným odpojením napájania rieši príloha A ktorá ustanovenia prebrala 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. Na rozsah skúšky 2 sa dajú uplatniť určité výnimky závislé od charakteru stroja  a vykonanej skúšky 1.

4. Skúška izolačného odporu

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

5. Napäťová skúška

Maximálne skúšobné napätie musí mať hodnotu dvojnásobku menovitého napätia vybavenia alebo 1000V podľa toho, čo je väčšie. Maximálne skúšobné napätie sa musí približne na 1s priložiť medzi vodiče silových obvodov a ochranných obvodov. Požiadavky sa splnia, ak sa nevyskytne prieraz. Skúšku treba zdokumentovať.

6. Ochrana pred zvyškovým napätím

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

7. Overenie či sú splnené príslušné požiadavky čl.826 (doplňujúce požiadavky na elektrické zariadenie, ktorého unikajúce prúdy sú väčšie ako 10 mA)

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

8. Funkčné skúšky

Funkčné skúšky sú povinné skúšky 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, dokumentácie atď., len tu preto nie je priestor. Každý kto vstupuje do procesu vývoja, návrhu, výroby a prevádzkovania strojov potrebuje informácie. Je na ňom do akej mieri je ochotný sa vzdelávať a aplikovať to tak v praxi.