2.1. Základní pravidla

Vodič nebo spotřebič jistíme proti přetížení, nebo proti zkratu, nebo obojímu.

Ochrana proti přetížením a zkratovým proudům se provádí jedním nebo více jistícími prvky, které musí přerušit jakýkoliv nadproud.

Prvek musí přerušit každé přetížení ve vodiči dříve, než by mohlo vyvolat škodlivé oteplení izolace, spojů, koncovek nebo okolí vedení.

Jistící prvek musí přerušit zkratový proud předtím, než by se proud mohl stát nebezpečným v důsledku tepelných a mechanických účinků vznikajících ve vodičích a spojích.

Vodič může být jištěn zvlášť proti přetížení a zvlášť proti zkratu, nebo může být jištěn proti přetížení i zkratu jedním jistícím prvkem, který má schopnost vypínat zkraty.

Jistící přístroje se umísťují - na začátku vedení:

• tam, kde se zmenšuje průřez

• tam, kde se zmenšuje dovolené zatížení vedení

Jistící prvek musí být ve všech fázových vodičích

Střední a ochranný vodič se nesmí jistit

Nejistí se spojovací vedení mezi alternátorem a blokovým transformátorem v elektrárně

V rozvodech nízkého napětí se používají následující jistící přístroje:

• pojistky

• jističe

• proudové chrániče

• nadproudá relé

 

2.2. Požadavky na činnost ochrany

Spolehlivost - ochrana musí být schopna rozeznat poruchový stav chráněného objektu a zapůsobit. K tomu přispívá zálohování ochran v elektrickém rozvodu.

Rychlost - je důležitá zvlášť při zkratech, aby se plně nerozvinuly účinky zkratového proudu.

Selektivita (výběrová schopnost) - ochrany musí rozeznat místo poruchy a odpojit pouze nejmenší poškozenou část, což se zajišťuje proudovým a časovým odstupňováním ochran řazených za sebou.

Citlivost = nejmenší hodnota ochranou sledované veličiny, která vyvolá zapůsobení ochrany (např. proudový chránič … 30 mA).

Přesnost - vyjadřuje se procentní chybou citlivosti ochrany.

 

2.3. Pojistky

2.3.1. Princip působení

Pojistky jsou nejstarší přístroje k ochraně před nadměrnými proudy.

Začaly se používat ve druhé polovině 19. století, kdy se ukázala potřeba chránit (jistit) elektrická zařízení proti účinkům nadproudů.

V roce 1885 si nechal patentovat Thomas Alva Edison tepelnou pojistku.

Princip působení pojistky využívá prosté skutečnosti, že při průchodu proudu vodičem se vodič zahřívá.

Tavný drátek nebo pásek pojistky je přesně dimenzován tak, aby se při nadproudu přetavil dříve, než dojde k nadměrnému zahřátí vodičů obvodu a jejich roztavení.

Pojistka - její tavný vodič, tak tvoří nejslabší článek elektrického obvodu.

Jeho přetavení způsobí rozpojení obvodu.

Tavný vodič je znázorněn na obr. 2.1. Nejčastěji se používá měď, nebo stříbro.

V tavném vodiči jsou záměrně vytvořena zúžená místa, která se přetaví při velkém nadproudu (při zkratu).

Na určitém místě tavného vodiče je nanesena vrstva pájky s nízkou teplotou tavení.

Při menších nadproudech (tedy při přetížení) se pájka natavuje a proniká difuzí do základního materiálu tavného vodiče.

Vzniklá slitina má tedy nižší teplotu tavení a větší měrný odpor než základní tavný vodič.

V důsledku většího měrného odporu se tak tato část tavného vodiče intenzivněji zahřívá.

Toto slabší místo se přetaví, pokud přetížení trvá delší dobu nebo opakovaně.

Obr. 2.1: Tavný vodič pojistky

 

2.3.2. Výhody a nevýhody pojistek

Výhodou pojistky je její jednoduchost a to, že při vysokém nadproudu, který vzniká při zkratu, zapůsobí velmi rychle, takže zkratový proud nemusí ani dosáhnout svého maxima.

Nevýhodou je skutečnost, že po každém přetavení je nutno ji vyměnit, nelze ji tedy používat opakovaně.

Další nevýhodu lze vidět v tom, že u třífázového spotřebiče by mohla zapůsobit jen v jedné fázi, což by mělo za následek nebezpečný chod stroje na dvě fáze.

Proto také dnes mají některé pojistky zařízení, které při zapůsobení pojistky v jedné fázi odpojí zbylé dvě fáze.

 

2.3.3. Konstrukce pojistky

Pojistka je znázorněna na obr. 2.2.

Pojistka má obvykle keramické pouzdro, uvnitř je tavný vodič.

Uvnitř pojistky bývá okolo tavného vodiče křemičitý písek, který slouží ke zhášení oblouku, jenž vzniká při přetavení tavného vodiče.

Nahoře a dole jsou připojovací kontakty.

Obr. 2.2: Konstrukce pojistkové vložky pro malé proudy

 

2.3.4. Rozdělení pojistek podle doby vypnutí

Rychlé (normální) - označují se F.

Pomalé (se zpožděním) - označení T - používají se často pro jištění motorů, protože při rozběhu motoru proud prudce stoupne.

Velmi rychlé - označení FF, používají se pro jištění polovodičových zařízení.

 

2.3.5. Vypínací charakteristika pojistky

Vypínací charakteristika pojistky (též ampérsekundová charakteristika) je závislost doby vypnutí (dosažení nejvyšší dovolené provozní teploty) na velikosti přetížení.

Vypínací charakteristiku udává pro daný druh pojistky výrobce.

Lze z ní pak odečíst např., v jakém čase pojistka vypne při určitém nadproudu.

Rozdělení pojistek dle charakteristik je popsáno v následujícím oddíle (2.3.6).

Na obr. 2.3 jsou vypínací charakteristiky pojistek se jmenovitými proudy 6 - 160 A gG, tedy pro vedení.

Obr. 2.4 ukazuje vypínací charakteristiky pojistek 40 - 250 A aM (pro motory).

 

2.3.6. Rozdělení pojistek podle vypínací charakteristiky

Podle vypínací charakteristiky lze pojistky rozdělit na:

gL/gG jsou pojistky, které jistí v celém proudovém rozsahu proti přetížení i proti zkratu. Používají se pro jištění vedení. Tyto pojistky jsou osazeny na přívodním kabelu k domu.

aM pojistky jistí proti zkratu, nejistí proti přetížení. Užívají se pro jištění motorů, kde určité přetížení vysokými rozběhovými proudy je přípustné.

gR pro jištění polovodičů a gTr pro jištění transformátorů jsou speciality, v běžné praxi málo vídané.

gF1 pro jištění kabelů.

Obr. 2.3: Vypínací charakteristiky pojistek 16 - 160 A gG

 

Obr. 2.4: Vypínací charakteristiky pojistek 40 - 250 A aM

 

2.3.7. Rozdělení pojistek pro nízké napětí podle provedení

a) Závitové

Závitové pojistky mají následující části, viz obr. 2.5:

Pojistková vložka je nezaměnitelná (nelze ji použít pro jinou velikost patice). Tyto pojistky jsou odlišeny barvami pro jednotlivé jmenovité proudy, viz tab. 2.2.

Obr. 2.5: Části závitové pojistky

• bezpečnostní patice,

• vymezovací kroužek,

• tavná pojistková vložka (patrona),

• šroubovací hlavice.

b) Nožové

Nožové pojistky se skládají z pojistkového spodku a pojistkové vložky, která má kontakty ve tvaru nožů.

Vyrábějí se pro větší vypínací výkony a větší jmenovité proudy.

Jejich velikosti jsou normalizované.

Neodlišují se barvami.

Tyto pojistky se vyměňují pomocí izolovaného pojistkového držáku (tzv. "žehlička").

Nožové pojistky jsou na obr. 2.6

Obr. 2.6: Nožové pojistky s různými jmenovitými proudy
 

c) Přístrojové

Přístrojové pojistky se používají především pro jištění elektronických obvodů.

V automobilech se používají pojistky s plastovým tělem a nožovými kontakty (barva plastu odpovídá jmenovité hodnotě pojistky).

Plast je průhledný, takže umožňuje optickou kontrolu stavu pojistky.

Pro jištění spotřební elektroniky slouží skleněné trubičkové pojistky (proudové rozsahy jsou od několika desetin do několika ampérů).

Automobilové pojistky jsou na obr. 2.7 a přístrojové na obr. 2.8.

Obr. 2.7: Autopojistky

 

Obr. 2.8: Přístrojové pojistky

d) Válcové

Válcové pojistky slouží pro jištění obvodů převážně v rozvaděčích výrobních objektů nebo přímo strojů.

Pojistku tvoří keramické tělísko, které má na obou stranách nalisované kontakty.

Proudové rozsahy válcových pojistek jsou rozlišeny pouze potiskem, žádné barevné ani tvarové rozlišení není použito.

Válcové pojistky se zasazují do pojistkových odpínačů. Válcové pojistky jsou na obr. 2.9.

Obr. 2.9: Válcové pojistky

Pojistky se nesmí opravovat nebo jinak přemosťovat!!!

 

2.4. Jističe

2.4.1. Princip působení jističe s termomagnetickou nadproudovou spouští

Jističe jsou samočinné nadproudé vypínače. Používají se pro ochranu před přetížením a zkratem.

Princip funkce jističe se částečně liší podle druhu nadproudové spouště, tj. podle toho, jak je monitorován proud, který prochází jističem (a zároveň samozřejmě jištěným zařízením).

Termomagnetické nadproudové spouště se skládají ze dvou základních částí (spouští), z nichž každá reaguje na jinou poruchu, tedy na zkrat a na přetížení.

Při zkratu je nutné, aby jistič zapůsobil velmi rychle, ale při přetížení může působit pomaleji.

Proto mají tyto jističe dvě spouště, nadproudovou (časově závislou) a zkratovou (časově nezávislou).

Jistič s oddělenými spouštěmi je na obr. 2.10. U tohoto jističe jsou obě spouště konstrukčně oddělené a umístěné v různých částech jističe.

Tyto jističe se používají např. v domovních instalacích.

U kompaktních jističů a spouštěčů motorů tvoří obě tyto základní části nadproudové spouště obvykle jeden celek.

Příklad kompaktního jističe je na obr. 2.11.

 

2.4.2. Nadproudová (tepelná, časově závislá) spoušť

Tepelnou spoušť tvoří bimetalový pásek složený ze dvou kovů, které mají výrazně odlišnou tepelnou roztažnost.

Při průchodu proudu se kovy zahřívají a roztahují. Pokud nadproud prochází dostatečně dlouhou dobu, bimetal se prohne tak, že pomocí mechanické vazby (lišty, táhla atd.) dojde k uvolnění západky spínacího mechanismu.

Následně dojde k samočinnému rozpojení silových kontaktů jističe a tedy odpojení obvodu.

 

2.4.3. Zkratová (elektromagnetická, časově nezávislá) spoušť

Zkratová spoušť je tvořena elektromagnetem.

Běžný provozní proud nezpůsobí tak silné pole, aby došlo k vybavení spouště.

Velký zkratový proud ale způsobí okamžité působení elektromagnetu na volnoběžku a následné rozpojení obvodu.

Obr. 2.10: Jistič s oddělenou tepelnou a zkratovou spouští LPN-10B-1pro domovní instalace
 

 

Obr. 2.11: Kompaktní jistič pro všeobecné použití

 

2.4.4. Elektronické nadproudové spouště

Elektronické nadproudové spouště pracují na zcela odlišném principu.

Skládají se také z jiných základních částí.

Součástí spínacího bloku jističe s elektronickou spouští jsou proudové transformátory v každém pólu jističe, které snímají proud procházející jištěným zařízením, a zároveň k napájení vlastní elektronické nadproudové spouště.

Primární vinutí tvoří jeden průvlek, sekundární vinutí cívka s mnoha závity.

Vlastní elektronická spoušť tvoří samostatný výměnný blok. Jejím základem je deska s plošnými spoji, mikroprocesorem a dalšími elektronickými součástkami.

Výstupním členem elektronické nadproudové spouště je speciální vybavovací elektromagnet.

Příklad elektronické nadproudové spouště je na obr. 2.12.

Obr. 2.12 Nadproudová spoušť MTV8 jističe BD250
 

2.4.5. Rozdělení jističů podle charakteristiky

typ B - vypíná při (3 – 5) In, jsou vhodné pro jištění vedení napájející elektrická zařízení, které nezpůsobují velké proudové rázy (malé skupiny žárovek nebo výbojek, zásuvkové obvody), proto se používají v domovních instalacích

typ C - vypíná při (5 – 10) In, jsou vhodné pro jištění vedení napájející elektrická zařízení, která způsobují proudové rázy (větší skupiny žárovek nebo výbojek, spínané zdroje, vícepólové motory)

typ D - vypíná při (10 - 20) In, jsou vhodné pro jištění vedení napájející elektrická zařízení, která způsobují velké proudové rázy (transformátory, motory s těžkým rozběhem).

Všechny charakteristiky mají stejnou tepelnou část, liší se pouze ve zkratové části, viz obr. 2.13.

Obr. 2.13: Vypínací charakteristiky jističů typů B, C, D

 

2.5. Jistící nadproudá relé

Používají se pro jištění elektrických spotřebičů před přetížením.

Nemají ovšem kontakty pro vypínání samotného pracovního proudu.

Mají pouze pomocné kontakty schopné spínat malé proudy.

Samotný nadproud se musí vypnout jiným spínačem, nejčastěji stykačem.

Používají se ve spojení s pojistkou a stykačem.

Obr. 2.14: Jistící nadproudé relé

 

2.6. Proudový chránič

2.6.1. Princip funkce proudového chrániče

Chránič je určený k ochraně osob a zvířat před úrazem elektrickým proudem.

V elektrických rozvodech jsou používány jako další (doplňková) ochrana, tedy v žádném případě nesmí nahradit jištění obvodů pojistkami nebo jističi.

Pracuje na principu součtového transformátorku.

Sleduje proud, který do připojeného obvodu vtéká, a který vytéká.

Pokud jsou proudy rozdílné, pak je zřejmé, že proud odtéká jinou cestou, což je příznakem poruchy.

Vlivem rozdílového proudu vzniká na sekundárním vinutí proud.

Pokud dosáhne určité velikosti, spustí mechanismus, který odpojí obvod od sítě.

Vypnutí chrániče je velmi rychlé, a tak prochází-li poruchový proud přes člověka nebo zvíře, dojde k odepnutí obvodu tak rychle (viz 2.6.2), že nedojde k úrazu elektrickým napětím.

Chránič má tlačítko TEST, které slouží k ověření správné funkce chrániče.

Pokud je chránič připojen na jmenovité napětí, musí po stisknutí tlačítka TEST okamžitě vybavit.

Princip proudového chrániče je zřejmý z obr. 2.15, fotografie chrániče je na obr. 2.16.

Každý světelný obvod by měl mít svůj vlastní chránič.

Obr. 2.15: Princip proudového chrániče

 

2.6.2. Druhy proudových chráničů

Pro ochranu osob a zvířat se používají chrániče se jmenovitým vybavovacím proudem 30 mA.

Tyto chrániče mají při jmenovitém vybavovacím proudu vypnout do 300 ms, při pětinásobku jmenovitého vybavovacího proudu do 40 ms.

Průmyslové chrániče se vyrábějí se jmenovitým vybavovacím proudem 100 mA.

Na obr. 2.16 je vyfocen chránič 30 mA a pohled dovnitř chrániče.

Obr. 2.16: Proudový chránič 30 mA

 

2.7. Volba jistícího prvku z hlediska přetížení

2.7.1. Základní podmínky pro návrh

Tak jako jsme se v kapitole 3 (Dimenzování vodičů) zabývali návrhem správného průřezu vodiče, popíšeme si nyní postup při správném určení vhodné ochrany.

V ČSN 33 2000 jsou přesně stanoveny podmínky s ohledem na přístroj chránící vedení před přetížením.

Pro větší názornost a srozumitelnost byly zde v této publikaci použity trochu odlišné indexy, než uvádí norma, a významy jsou dále vysvětleny.

Jistící prvek vedení musí vyhovovat následujícím podmínkám:

Iv≤Ij≤Idov

Ij≤Kp⋅In

kde:

Iv - proud, pro který je vedení navrženo (výpočtový) (A),
Ij - jmenovitý (případně nastavený) proud jistícího prvku (A),
Idov - dovolené proudové zatížení vedení, viz 3.2.2 (A),
In – jmenovitá zatížitelnost z tabulky 2.4 (A),
Kp - součinitel přiřazení jistícího prvku, závisící na typu vodiče (kabelu), způsobu uložení vodiče (kabelu), počtu vzájemně se ohřívajících vodičů, typu ochrany, okolní teplotě a případně na dalších parametrech.

Určit hodnotu součinitele Kp je velmi pracné, součinitel závisí na mnoha parametrech a oteplení vodiče probíhá podle exponenciální křivky a závisí na druhé mocnině proudu vodičem.

Přiřazovací součinitelé jistícího prvku pro kabely s PVC izolací jsou v tab. 2.1.

Typ jištění		Kp
Pojistka gG	do jmen. proudu 10 A	0,7
Pojistka gG	od jmen. proudu 16 A	0,9
Jistič s charakteristikou B, C a D	do průřezu 2,5 mm2	0,95
Jistič s charakteristikou B, C a D	od průřezu 4 mm2	1

Tab. 2.1: Přiřazovací součinitel jistícího prvku k vedení pro PVC kabely:

 

2.7.2. Jmenovité proudy pojistek a jističů

Nejčastěji vyráběné pojistky a jističe mají následující jmenovité proudy: 2; 4; 6; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 225; 250; 300; 315; 350; 400; 500; 630; 800; 1000 (A).

Závitové pojistky a některé jističe se vyrábějí s barevným rozlišením pro jednoduchou identifikaci jmenovitého proudu.

Jinak je samozřejmě vždy na každém jistícím přístroji jmenovitý proud ještě uveden.

Barevné označení	Jmenovitý proud (A)
Růžová	2
Hnědá	4
Zelená	6
Červená	10
Šedá	16
Modrá	20
Žlutá	25
Černá	35
Bílá	50
Měděná	63
Stříbrná	80

Tab. 2.2: Barevné odlišení nejčastěji používaných pojistek nízkého napětí

 

2.7.3. Příklad na volbu jištění

Vraťme se k našemu příkladu z kapitoly 3.2.4, kde jsme pro napájení stroje s parametry:

P = 25 kW, U = 400 V, cosφ = 0,7,

uložení vodičů na perforovaných lávkách ... E,

okolní teplota 20 °C,

vodič CYKY ... jádro z Cu, izolace PVC - dovolená provozní teplota 70 °C,

navrhli vodič CYKY 5x16 mm2.

Pokusme se nyní správně určit jeho jistič.

Postup:

Iv≤Ij≤Idov

Ij≤kp⋅In

protože Iv = 51,55 A a Idov = 67,2 A, měl by proud jističe být někde mezi těmito hodnotami.

Tomu by mohl odpovídat jmenovitý proud Ij = 63 A, ještě je potřeba určit přiřazovací součinitel Kp z tab. 4.1.

Jedná se o točivý stroj, použijeme tedy motorový jistič s charakteristikou C pro vodič od průřezu 4 mm2, tedy Kp = 1.

Ověření podmínek

Iv≤Ij≤Idov

Ij≤kp⋅In

51,55 < 63 < 67,2 ... platí

63 < 1 . 80 ... platí

jmenovitý proud jističe musí odpovídat podmínkám

Můžeme tedy použít pro jištění kabelu CYKY 5x16 mm2 jistič se jmenovitým proudem Ij = 63 A.

V praxi je možno využít tabulky přiřazení jistících prvků, viz tab. 1.3.

Pokud nahlédneme do sloupce 5 této tabulky, najdeme vodič 16 mm2 Cu, který má jmenovitou zatížitelnost 80 A a je k němu přiřazen jistič se jmenovitým proudem 80 A, což odpovídá výsledkům našeho počítání.

I ... dovolené proudové zatížení vodičů (A)
J ... jmenovitý proud přiřazeného jističe (A)
P ... jmenovitý proud přiřazené pojistky (A)

 

2.7.4. Doba odpojení vedení

Ochrana musí odpojit obvod od sítě v době dle ČSN33 2000-4-41. Maximální doby odpojení pro běžně používaná napětí v sítích TN a TT jsou v tab. 1.4.

 

Zdroje:

https://publi.cz/books/260/04.html