Ochrana zaměstnanců před účinky obloukového výboje

Definice obloukového výboje

Obloukový výboj je neočekáváná, výbušná, elektrická exploze, způsobená jak zkratem, například zkratem při vypínání/zapínání elektrických zařízení, anebo při vypínání/zapínání elektrických obvodů pod zatížením.

Samotný oblouk vzniká mezi dvěma nebo více elektrodami a projevem exploze je teplota, která dosahuje až 20 000 °C, hlasitost až 120 dB, intenzivní UV a IR záření a tlakovou vlnu, která unáší předměty v okolí i částečky roztaveného kovu z elektrod. Z pohledu účinků, fyzikálních projevů, ochrany pracovníků a norem, není možné zaměnit zásah pracovníka elektrickým proudem oproti zásahu obloukovým výbojem.

Následky úrazu obloukovým výbojem

Již při středně velkých energiích obloukového výboje jsou nejčastější popáleniny II. a III. stupně a průnik roztaveného kovu pod pokožku a to zejména v oblasti tváře, hrudě, dlaní a předloktí. Poté zranění rukou, ramen a hlavy způsobené nárazem na tvrdé a ostré předměty, při pudové reakci uniknutí z místa exploze, nebo odhozením zasáhnuté osoby explozí.

Zasáhnutí bývají nejčastěji pracovníci údržby, elektroúdržby, pracovníci na testovacích odděleních a pracovníci vykonávající montáž a „oživování“ elektrických zařízení resp. jejich napájecích a řídících částí. Toto platí jen za předpokladu, že výbuch nezpůsobil založení požáru v oblasti exploze.

Příčiny obloukového výboje

Obloukový výboj je náhodná, neočekávaná a relativně vzácná událost. Její vzácnost neznamená nemožnost. V samotném Německu je ročně evidovaných 5 až 10 případů úrazů způsobených obloukovým výbojem a na Slovensku a v Čechách jsme se setkali s několika případy pracovníků, kteří byli vystaveni explozi obloukového výboje. Všeobecně může být výboj způsobený např. rozvířením prachu, či vniknutím vlhkosti při otevírání skříně rozvaděče, drobným posunem konstrukce rozvodnice při manipulaci v daném prostoru, změnou elektrických poměrů při zapínání a vypínání prvků elektrické instalace, vložením či pádem vodivých předmětů mezi elektrody v řídícím centru a pod. V současnosti neumíme předpovědět ani spočítat pravděpodobnost vzniku obloukového výboje na daném místě elektrické instalace. Existují dnes ale vědecké a mezinárodně uznané metodiky na výpočty maximální velikosti energie obloukového výboje, „když už obloukový výboj vznikne, tak jeho maximální energie je X“, (worst case scenario), které nám umožňují stanovovat pracovní postupy a volit příslušné OOPP tak, aby pracovníci byli efektivně chránění. Uvedené poznatky o působení obloukových výbojů a ochrany před nimi se postupně dostávají do norem a předpisů, a tak je v současnosti možné i na Slovensku a v Čechách zabezpečit efektivní ochranu vybraných pracovníků a jednotlivých profesí.

Normy zahrnující problematiku v ČR

Z pohledu ochrany pracovníků před účinky obloukového výboje v Čechách je relevantní hlavně norma ČSN EN 50110-1, která v příloze B.6 Nebezpečí oblouku jasně specifikuje, že obloukový výboj je nepředvídatelný a nebezpečný jev, a že zaměstnavatel je povinný vyhodnotit riziko a udělat opatření za účelem eliminování těchto rizik, včetně použití adekvátních OOPP. Norma navíc odkazuje na normy, podle kterých má být OOPP certifikované -CE značka: EN 61482-1-1, EN 61482-1-2 a EN 61482-2. Problémem je, že není žádným způsobem definované, jak vyhodnocovat tyto rizika vyplývající z obloukového výboje na konkrétním místě. A tak je to ve všech zemích Evropské unie, výjimkou je Německo (BGI5188)a Holandsko (NEN3140). Toto je jeden z důvodů, proč se v Evropské praxi vychází z americké normy NFPA 70E. Tato norma jasně a přesně definuje jak jakým způsobem vykonávat analýzu rizik, jaké metodiky výpočtů a modelování použít a jak volit OOPP v závislosti na velikosti energie obloukového výboje. Výhodou je, že metodiky výpočtů a modelování podle této normy jsou používané i při CE certifikaci OOPP a tak je možné zabezpečit ochranu pracovníků dle příslušných předpisů a norem platných na Slovensku a v Čechách. Další výhodou je, že americké mateřské firmy už roky požadují eliminování rizik vyplývajících z obloukového vývoje u svých dceřiných společností v Evropě, a proto se NFPA 70E používá v průmyslu jako praktický, logický, univerzálně akceptovatelný a léty ověřený návod.

Eliminace rizik vyplývajících z obloukového výboje - postup

1. Interní rozhodnutí firmy, chceme eliminovat rizika vyplývající z potencionálního obloukového výboje, protože to považujeme za správné, a trochu i proto, že to požaduje norma ČSN EN 50110-1
2. Oslovíme firmu, která je schopná realizovat tzv. Arc Flash studii. Z výše uvedených informací o potřebě poznání vícerých mezinárodních norem a jejich vztahů, potřebě použití speciálního softwaru na modelovaní chování se elektrické instalace a relativně hluboké znalosti o chování jednotlivých prvků elektrické instalace v zkratových stavech (motory, generátory, transformátory, jističe, pojistky, zdroje nepřetržitého napájení, ...) je prakticky vyloučená realizace takové studie vlastními silami.
3. Realizace samotné Arc Flash studie:
   1. Zjištění skutečného stavu elektrické instalace, identifikace míst pro vyhodnocení rizik vyplývajících z obloukového výboje a zakreslení jednoliniového schématu zapojení elektrické instalace.
   2. Výpočty a modelování chování elektrické instalace v zkratových situacích při různých provozních stavech. Výsledkem je kontrola, nebo jednotlivé jistící prvky elektrické instalace odpovídající nárokům zkratových proudů.
   3. Výpočty a modelování velikostí energie obloukových výbojů. Tzn., max. velikost energie obloukového výboje, která na zkoumaném místě může působit. Z toho se potom určují pracovní postupy a především se definují příslušné OOPP (ochrana hlavy a tváře, rukou a dlaní, trupu a nohou).
   4. Označení zkoumaných míst elektrické instalace specifickými a doporučenými štítky, které jasně udávají, jaké riziko od obloukového výboje hrozí a jaké OOPP je třeba zvolit.
4. Výsledkem tzv. Arc Flash studie (Arc Flash Risk Assesment = Vyhodnocení rizik vyplývajících z obloukového výboje) je dokument, který obsahuje údaje, jakou elektrickou instalaci zkoumá, s jakými jistícími prvky a s jakým nastavením bylo počítáno, nebo zda tyto jistící prvky odpovídají potřebám možných zkratových stavů a jaké energie obloukového výboje na zkoumaných místech mohou působit. Z toho potom vyplývají konkrétní návrhy na jednotlivé prvky CE certifikovaných OOPP a návrhy na označení zkoumaných míst.

I když hlavním cílem studie je ochrana pracovníků před účinky obloukového výboje, vedlejším a nezanedbatelným produktem takovéto studie je kontrola elektrické instalace při různých provozních stavech, které doporučí případné změny v nastavení jištění a ochrany, a které vedou k větší spolehlivosti a kvalitě při napájení technických a technologických zařízení. Při kontrole selektivity (koordinace) jistících prvků se volí také nastavení, aby v případě místního ohraničeného přetěžování elektrické instalace, nebo ve zkratových stavech, „vypadla“ co nejmenší část elektrické instalace a výpadky v provozu, resp. výrobě byly tak minimalizované. Z toho je zřejmé, že eliminování rizik vyplývajících z obloukového výboje podle ČSN EN 50110-1 má nejen „bezpečnostní“ složku, ale i „provozní“, jejíž ekonomický a finanční efekt je změřitelný a vypočitatelný.

Je potřeba se zmínit, že ochranu před účinky obloukovým výbojem je možné zabezpečit i čistě technicky, fakticky bez potřeby řešení specifických OOPP. Tato řešení jsou však technologicky velmi komplikovaná a finančně nesmírně náročná. Proto se dnes využívají jen v případech, kdy škody vyplývající z potenciálního obloukového výboje vysoko převyšují náklady na jeho technickou eliminaci.

Ve skutečnosti je obloukový výboj relativně vzácná událost. Její nízká incidence na Slovensku, nebo v České republice je však způsobená hlavně nesprávným vyhodnocením a identifikací stavu, a tak jsou případy obloukových výbojů klasifikované jako úrazy elektrickým obloukem, výbuchem plynu a prachu či požárem. Určitě i několik případů ročně. Věříme, že i pod vlivem ČSN EN 50110-1 se toto začne postupně měnit a pracovníkům bude poskytnuta vyšší ochrana před tímto málo známým rizikem.