Elektrické ochrany v soustavách nízkého napětí - 2. díl: Jistič

První díl minisérie zaměřené na elektrické ochrany v soustavách nízkého napětí přinesl pohled na pojistky, které jsou nejstarší používanou elektrickou ochranou.

Druhý díl je věnován jističům, přičemž budou postupně představeny následující oblasti:

• princip činnosti jističe,
• konstrukce jističe,
• rozdělení jističů,
• vypínací charakteristika jističe,
• selektivita jištění.

Důležité údaje uváděné pro jističe

In je jmenovitý proud, tedy maximální hodnota kterou jistič trvale propouští bez vybavení (vypnutí).

Un je jmenovité napětí, pro které je jistič určen.

Smluvený vypínací proud proud, při jehož překročení dojde k vybavení (vypnutí) jističe. Udávají se dvě hodnoty:

• 1,13 násobek In – dojde k vybavení jističe za déle než hodinu (≥1 hod)
• 1,45 násobek In – dojde k vybavení jističe za méně než hodinu (< 1 hod)

Zkratová vypínací schopnost (odolnost) je velikost zkratového proudu, který je ještě jistič schopen vypnout (cca 6 až 25 kA).

Princip činnosti jističe

Na rozdíl od pojistky se jedná o nedestruktivní jistící přístroj a je možné ho po vypnutí (vybavení spouště) opětovně použít. Správnou funkci jističe zajišťují dvě spoustě – tepelná a elektromagnetická zkratová.

Princip jističe je dále vysvětlen pomocí obrázku. Od rozvodné sítě se přivádí elektrický proud ke zhášecí cívce (při rozpojení kontaktu d její elektromagnetické pole pomáhá vyfuknout oblouk do zhášecí komory a tím dochází k zániku elektrického oblouku) přes kontakty d do cívky c zkratové (elektromagnetické) spouště a dále přes tepelnou spoušť k instalaci.

Vznikne-li u připojeného zařízení zkrat, reaguje na zkratový proud okamžitě elektromagnetická zkratová spoušť. Elektromagnet přitáhne kotvu, tím se uvolní zámek, popř. volnoběžka n, takže plochá pružina p odtrhne pohyblivý kontakt od pevného kontaktu d. Elektromagnetická zkratová spoušť při zkratu působí téměř okamžitě, její reakce je v řádu desítek milisekund.

Je-li zařízení nepřípustně přetěžováno po delší dobu, nereaguje na vzniklé proudové přetížení elektromagnetická zkratová spoušť, ale spoušť tepelná. Při průchodu proudu bimetalem se tento pásek zahřívá a vlivem rozdílné tepelné roztažnosti nastává jeho deformace, pásek se prohne, odtlačí kotvu a tím uvolní zámek, popř. volnoběžku, takže dojde k samočinnému vypnutí (vybavení) přetíženého zařízení.

Rychlost reakce tepelné spouště závisí na velikosti nadproudu, pohybuje se řádově v rozmezí několika desítek sekund, až několika desítek minut u proudů jen málo přesahující proud jmenovitý.

Velikost vypínacích proudů lze nařídit u elektromagnetické zkratové spouště napnutím nebo uvolněním pružiny s a u tepelné spouště zkrácením nebo prodloužením bimetalu příčkou t.

U jističů pro proudy větší než 100 A se používá elektrodynamická zkratová spoušť. Pevný a pohyblivý kontakt jsou umístěny rovnoběžně. Zkratový proud protéká kontakty opačným směrem a pohyblivý kontakt je odpojen silou, kterou vyvolá zkratový proud.Vzniklá síla je tím větší, čím větší proud prochází kontakty (F=B.I.l).

Jistič lze znovu zapnout stisknutím tlačítka (popř. natažením jisitče, čímž dojde k odblokování zámku či volnoběžky) a to jen tehdy, je-li porucha způsobující nepřípustně velký proud odstraněna.

Konstrukce jističe

Rozdělení jističů

Podle druhu proudu

• střídavé
• stejnosměrné

• jednopólové
• trojpólové

• A – jištění polovodičů
• B – jištění vedení
• C – jištění spotřebičů včetně menších motorů (= obvody s proudovými rázy)
• D – jištění motorů s těžkým rozběhem a transformátorů (= obvody s velkými proudovými rázy)

Podle zhášení oblouku

• vzduchové
• olejové
• s vyfukovací cívkou

Podle zapínání

• ruční (nejčastější způsob)
• elektromagnetické
• tlakovzdušné
• pružinové
• elektromotorové

• drobné jističe s In do 25A
• výkonové jističe s In nad 25A
• motorové jističe s pomalejší reakcí a nastavitelnou tepelnou spouští
• jističe s ochranou funkcí
• jističe s elektronickou spouští

Podle vypínací schopnosti

• Jističe s vypínací schopností 6 kA
• Jističe s vypínací schopností 10 kA
• Jističe s vypínací schopností 15 kA

Vypínací charakteristika jističe

Důležitým způsobem vyjádření vlastností jistících prvků z hlediska jištění před nadproudy, případně možného selektivního působení v určitém proudovém rozsahu, jsou jejich vypínací charakteristiky, někdy také nazývané jako “charakteristiky čas – proud”, případně také “ampérsekundové charakteristiky”.

Tyto charakteristiky vystihují chování jistícího prvku v závislosti na velikosti působících nadproudů. Konkrétně udávají, za jak dlouho jistící prvek vypne, prochází-li jím určitý proud konstantní velikosti. Udávají se formou tabulky nebo pro větší názornost a snadnější odečítání se vyjadřují graficky v pravoúhlých souřadnicích. Osy mají logaritmické stupnice.

Proud bývá vyjádřen v násobcích jmenovitého proudu jistícího prvku nebo přímo v ampérech. V některých případech, pro určitá použití, je vhodné vyjádřit vypínací charakteristiku ne jako pásmo, ale jednou čarou. V tom případě “jednočárová” charakteristika prochází 75% proudového pásma.

ČSN EN 60898-1 určuje proudové rozsahy I a časy vybavení t jednotlivých vypínacích charakteristik pro elektromagnetické zkratové spouště:

• Charakteristika B – I = (3 ÷ 5) In (3.In -> t ≥ 0,1 s & 5.In -> t <0.1 s)
• Charakteristika C – I = (5 ÷ 10) In (5.In -> t ≥ 0,1 s & 10.In -> t <0.1 s)
• Charakteristika D – I = (10 ÷ 20) In (10.In -> t ≥ 0,1 s & 20.In -> t <0.1 s)

ČSN EN 60898-1 určuje dále vybavení tepelné spouště všech vypínacích charakteristik pro proud I = 2,55.In:

• pro In ≤ 32 A -> 1 s< t <60 s
• pro In > 32 A -> 1 s< t <120 s

Selektivita jištění

Elektrický rozvod se obvykle skládá z mnoha elektrických zařízení a jistících prvků pro jejich ochranu. Je přirozeným požadavkem, který se stále ve větším měřítku uplatňuje, aby v případě poruchy v některé části rozvodu byla odpojena jen tato část a v ostatních částech tak nebyla přerušena dodávka elektrického proudu.

Z požadavku tak logicky vyplývá nutnost, aby při sériovém řazení jistících prvků vypnul v důsledku nadproudu pouze nejblíže nadřazený jistící prvek (směrem ke zdroji) a aby ostatní na daný nadproud nereagovaly vypnutím. Takovéto chování jistících prvků označujeme jako selektivní (selektivita).

Zdroj: OEZ, Schneider Electric, přednášky ČVUT FEL