Ochrana proti přetížení

Tavné pojistky
Otcem elektrotechniky s více než 1000 americkými patenty je bezesporu možné nazvat Thomase Alvu Edisona (obrázek 2). Pod číslem patentu "US438.305A" ohlásil 14. října 1890 první prvek na ochranu proti přetížení - tavnou pojistku. Její princip je proto velmi starý, ale nikoli zastaralý, a to i přes to, že vývoj nadále vůbec neustrnul. Za přímého následovníka Edisonových patron lze považovat závitové a válcové pojistky typu Diazed a Neozed. Technický vývoj dále pokračoval směrem dolů k pojistkám přístrojovým a směrem nahoru k výkonovým pojistkám nožovým a vysokonapěťovým.


Konstrukční princip těchto pěti prvků sloužících k ochraně proti přetížení je identický. Mezi připojovacími kontaktními ploškami se nachází tavný vodič. Ten vede veškerý provozní proud a při přetížení či zkratu dochází k jeho roztavení.


Automatické pojistky
Vedle mnoha výhod mají tavné pojistky přece jen jeden závažný nedostatek: pojistkové vložky je možné použít pouze jednou. Pokud jsou vlivem poruchy v elektrickém obvodu zničeny, musí být vyměněny. Potenciál opětovně použitelného ochranného prvku rozpoznal německý vynálezce a podnikatel Hugo Stotz, který poté okamžitě započal s jeho vývojem. V roce 1924 přihlásil pod patentovým číslem "DRP 458392" první automatickou pojistku (obrázek 3).


Optický vzhled tohoto zařízení, později nazývaného jističem, doznal v uplynulých 90 letech značných změn. Nejprve byl jistič zašroubováván do pojistkového soklu namísto pojistek. Poté následovaly hranaté černé varianty, které mohly být přímo vestavěny do elektrických rozváděčů. Tyto byly stále užší a užší, až dospěly k dnešnímu modulovému rozměru,
který podle výrobce kolísá mezi 17,5 a 18mm. Technický princip zůstává ale po všechna léta tentýž. Bimetalová spoušť chrání proti přetížení a magnetická spoušť vypíná při zkratech. V poslední době se rodina jističů rozrostla i o selektivní hlavní jističe.

Pojistky válcové a závitové

Elektrická zařízení
To, že přívlastek starý neznamená u pojistek v žádném případě zastaralý, ukážeme názorně v následujícím textu. Vysvětlíme rovněž, jak pojistky přišly ke svým obchodním názvům a proč i dnes zůstávají důležitou součástí elektrických instalací.

V roce 1907 vyvinuly závody Siemens-Schuckert pojistkový systém s názvem Diazed. Ten přetrval již více než sto let a dodnes nachází významné uplatnění v elektrických zařízeních.

Historie a označení
Jak jsme již zmínili, v roce 1890 ohlásil Thomas Alva Edison vynález prvního prvku chránícího elektrickou instalaci proti přetížení, tak zvanou "Edisonovu tavnou patronu". Díky tomu je tento americký objevitel považován za praotce všech pojistek. Avšak po zvýšení provozního napětí na 220 V a částečně až na 500V se začaly projevovat nedostatky Edisonova řešení.

Další vývoj jisticí techniky následoval dále v závodech Siemens-Schuckert. Na základě Edisonova jednodílného řešení byl zkonstruován dvojdílný systém skládající se z tavné vložky a pojistkové hlavice se soklem. Výhoda tohoto principu je využívána dodnes; po vybavení pojistky není třeba vyměňovat celou patronu, nýbrž jen tavnou vložku (obrázek 4).
 

Obchodní název tohoto řešení "Diazed" vychází částečně z původní konstrukce Edisonovy: "Dia" znamená Diameter čili průměr, "zed" značí dvojdílnou Edisonovu patronu. V Německu se vžilo normované označení "D-Sicherung".

Dodnes je tento systém neopomenutelným jisticím prvkem v elektroinstalacích. Postupný vývoj elektrických zařízení ale požadoval i rozměrově menší řešení, než byly původní pojistky Diazed. Proto firmy Siemens a Lindner představily v roce 1967 novou společnou konstrukci pojistek s názvem "Neozed".

"Neo" jako označení nového řešení u systému "Dia-zed".

V německy mluvících zemích se vžilo označení DO-Sicherung ("Oe Null"). Postupem času byly oba systémy mezinárodně normovány jako "O-System". Již ze značky Neozed je zřejmé, že i nyní byla zachována dvojdílná konstrukce vložky a pouzdra. Oba systémy jsou dodnes hojně rozšířeny. Dalším krokem ve vývoji tavných vložek je konstrukce válcových pojistek určených pro jejich kompaktní rozměry a velkou vypínací schopnost (až 120kA) především pro instalace průmyslové, a to jak pro sítě střídavé (AC I 500 V), tak i pro stejnosměrné (DC 1.000V). Sestávají z příčně i podélně symetrického válcového keramického tělíska s nalisovanými kovovými kontaktními ploškami na obou koncích. Proudové rozsahy jsou rozlišeny pouze potiskem, barevné ani tvarové rozlišení není použito. Existují tři rozměrové řady:

• 10x38mm pro proudy 0,5 až 25A,

• 14x51mm pro proudy 2 až 50A

• 22x58mm pro proudy 4 až 125A.

V rozváděčích jsou převážně umisťovány do kompaktních pojistkových odpínačů či odpojovačů.
   


Mechanická konstrukce
V laickém jazyce se pojistkou nazývá často pouze vnitřní vyměnitelná část. V odborné terminologii zahrnuje však pojem pojistka všechny konstrukční díly systému. Závitové pojistky Diazed a jejich speciální varianta Neozed sestávají tedy z dílů znázorněných na obrázek 5, a to z:

• pojistkového soklu (spodku),

• pojistkové vložky (patrony),

• hlavice,

• vymezovacího kroužku,

• a z ochranného krytu proti dotyku.

Charakteristickými znaky obou pojistkových systémů je spolehlivá ochrana proti dotyku a nezaměnitelnost vložek jednotlivých proudových rozsahů. Díky geometrickému uspořádání vymezovacích kroužků a vložek není možné použít pro daný sokl vložku s vyšší proudovou hodnotou, než pro kterou je určena. Výměna vymezovacích kroužků s doteky je možná pouze za pomoci speciálního nástroje, který běžnému laikovi není dostupný. Navíc jsou jednotlivé proudové hodnoty barevně odlišeny jak na spodku, tak i na pojistkové vložce - viz tabulka 1.


Historie vývoje barevného značení proudových hodnot je neméně zajímavá. Barvy pojistek obvykle používaných v domácnosti byly zvoleny podle barev německých říšských poštovních známek z počátku 20. století:

• pěti feniková poštovní známka byla zelená (6A),
  

• deseti feniková známka - červená (10A),
  

• patnácti feniková známka - šedá (16A), 
• dvaceti feniková známka - modrá (20A),
  

• dvaceti pěti feniková známka - žlutá (25A).
  

Uvedenými kombinacemi mělo být ulehčeno zapamatování si jednotlivých přiřazení.

Elektrické veličiny
Řada proudových hodnot závitových pojistkových vložek od 2 do 100A je jak pro Diazed, tak i pro Neozed identická viz tabulka 1. Hodnota jmenovitého proudu je na každé vložce vytištěna (obrázek 4). Navíc je příslušnou barvou označen i indikační terčík na zadní straně pojistky. Ten navíc ukazuje, zda pojistka vybavila. Sokly pro pojistky D a DO se dodávají ve třech velikostech (tabulka 2). Rozlišení se děje typovým označením a velikostí závitu.


K označení vypínacích charakteristik se používá kombinace dvou písmen; první, malé označuje:

• g = ochrana v celém rozsahu (general purpose use), 
• a = vypíná pouze část nadproudů (accompanied use).
  

Druhé, velké písmeno znamená:

• G = ochrana pro všeobecné použití,
• M = ochrana motorů,
• R = ochrana polovodičů,
• B = ochrana důlních zařízení,
• L = ochrana kabelů a vedení (staré označení).
  

Pro ochranu v celém rozsahu (přetížení a zkrat) kabelů a vedení se používá charakteristika gG. Tomuto typu odpovídalo dříve značení gL či symbol ulity šneka - pomalá pojistka.

Velkou výhodou všech pojistek obecně je velká vypínací schopnost. Ty závitové spolehlivě odpojí zkratový proud až 50kA střídavých a 8kA stejnosměrných.


Použití v praxi
V privátní bytové výstavbě se již vesměs používají automatické ochranné přístroje - jističe. Avšak pro speciální účely se někdy i zde setkáme s tavnými pojistkami zejména tam, kde mají odolat větším zapínacím proudovým rázům. V průmyslu se pojistky s oblibou používají všude tam, kde je zapotřebí omezit velké zkratové proudy, a to i v stejnosměrných instalacích. Pro pojistky typu Neozed jsou k dispozici i kompaktní pojistkové odpínače, které zabezpečí spolehlivé vypnutí a odpojení napětí, čímž je zajištěná bezpečnost obsluhy při výměně pojistky a při manipulaci se zařízením.