Nejčastějším případem ochrany před nadproudy je jištění vedení. Pod pojmem nadproud se rozumí jednak malé násobky jmenovitého proudu a pak mluvíme o přetížení, tak i velké nadproudy, případně zkratové proudy, které jsou omezeny pouze impedancí poruchového obvodu. Jištění vedení před nadproudy se řídí známými pravidly, která jsou uvedena v normách pro instalace. Jmenovitý proud jisticího přístroje I_n musí být zvolen tak, aby nepřekročil proudovou zatížitelnost vedení I_z a zároveň musí být zaručeno, že provozní proud I_B v instalaci nepřekročí jmenovitý proud jisticího prvku I_n.

Pokud už k přetížení dojde, nemají být vodiče nebo kabely přetíženy dlouhodobě. Proto musí jisticí přístroj ve stanoveném čase (podle hodnoty jmenovitého proudu do 1 nebo 2 hodiny) vypnout při nadproudu I₂, který nepřekročí 1,45 násobek jejich jmenovité zatížitelnosti I_Z.


Poznámka: Z uvedené podmínky vychází i definice hodnoty mezního vypínacího proudu pro instalační jističe, která je uvedena v normě ČSN EN 60898-1– Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací, část 1: Jističe na střádavý provoz. Tato norma se aplikuje na jističe určené především pro běžné instalace s laickou obsluhou, e jmenovitými proudy do 125A. Pro vyšší proudy se musí použít jiná norma a to ČSN EN 60947-2 – Jističe. Tato norma je určena pro jističe konstruované pro kvalifikovanou obsluhu a platí pro všechny proudy (od nuly až do 6.300A). Co je nutné uvést v souvislosti s jištěním vedení je hodnota smluveného vypínacího proudu, která je1,3I_n (namísto obvykle uvažované 1,45I_n).

Poněkud jiná situace nastává, pokud se má jistit motorový obvod. Pak nás již tak nezajímá vedení k motoru, ale vlastní motor, aby byl správně jištěn podle podmínek, které odpovídají jeho technickým možnostem. A protože motory jsou citlivější na tepelné přetížení, než vedení, je nutné použít citlivější způsob ochrany před přetížením. Zde už nevystačíme s běžnými jističi vedení a musíme použít vhodný jistič motorů, spouštěč motorů (samostatně definovaná skupina jističů), případně tepelné nebo elektronické nadproudové relé. Tyto jisticí přístroje se vyznačují tím, že toleranční pole vypínací charakteristiky je poněkud blíže ke jmenovitému proudu, než je tomu u jističů vedení. Navíc se musí zohlednit i rozběhový proud motorů.

Zvláštní situace nastává v případě jištění generátorů (záložní dieselagregáty, záložní zdroje /UPS), které mají oproti běžné napájecí síti poměrně vysokou vnitřní impedancí. To znamená, že v případě poruchy sice dojde k nárůstu poruchového proudu, avšak s poměrně malými hodnotami (kolem 3 násobku jmenovitého proudu). Z tohoto důvodu musí být použity speciální typy jističů s nižším nastavením spouští (např. od 2. I_n).


Jisticí přístroje nn
Z hlediska praktického použití se zaměříme pouze na nejčastější případy.

1) Jističe určené pro laickou obsluhu (podle ČSN EN 60898-1)
Podle účelu použití musíme vzít v úvahu hned dvě základní předmětové normy pro jističe, které se v katalozích uvádějí nejčastěji. Jedná se o ČSN EN 60898-1– Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací, část 1: Jističe na střídavý proud, a dále o normu ČSN EN 60947-2: Jističe. První z uvedených je určena zejména pro jističe používané pro instalace budov (též instalační jističe, modulární jističe). Co je ale podstatné, vzhledem k účelu použití v domovních instalacích se jedná o jističe určené pro laickou obsluhu. To je také hlavní důvod, proč jsou podmínky pro konstrukci a vlastnosti jističů poměrně přísné. Jmenovité jsou až do 125A. Pro správné použití těchto jističů je nutné rozlišit tři oblasti charakteristik.

• Oblast přetížení malými nadproudy:

Pro malé nadproudy jsou stanoveny meze, ve kterých nesmí, nebo musí dojít k zapůsobení spouště na přetížení. Smluvený nevypínací proud (I_nt) je pro 1,13I_n , smluvený vypínací proud (I_t) je 1,45I_n. To znamená, že při průchodu proudu pod hodnotou 1,13I_n nesmí ve smluveném čase dojít k vybavení jističe a při proudech nad 1,45I_n musí ve smluveném čase dojít k vybavení jističe. Smluvený čas je buď 1 hodina (pro I_n ≤ 63A) nebo 2 hodiny (pro I_n > 63A). Údaje platí pro referenční teplotu okolí 30°C s tím, že tyto jističe nemají tepelnou kompenzaci. Při významnější změně okolní teploty se provádí přepočet podle závislostí uvedených v katalozích výrobce.

• Oblast přetížení zkratovými proudy:

Pro oblast působení zkratové spouště jsou v normě tři typy vypínacích charakteristik B, C a D s různými mezemi nastavení (pro typ B je to od 3 do 5I_n, pro typ C od 5 do 10I_n a pro typ D od 10 do 20I_n). Oblast působení zkratových spouští má přímý vliv splnění podmínek pro odpojení poruchy v předepsaném čase. To přímo souvisí s hodnotou impedance smyčky (všímáme si především síti TN) a řešíme problém zajištění takové impedance smyčky, která zaručí v obvodu s poruchou vznik alespoň minimálního zkratového proudu. Každý vyšší proud pak už zaručí rychlé odpojení obvodu s poruchou s vypínacími časy řádově v milisekundách. Jiný důvod pro charakteristiky B, C, D nemá význam uvažovat (selektivita, zatížení vedení při zkratech, …).

• Oblast velkých zkratových proudů

V oblasti velkých zkratových proudů se musí brát v úvahu i jmenovitá vypínací schopnost jističe (I_cn), která je u instalačních jističů předepsána řadou 6, 10, 15, 20, a 25kA. Pokud zkratový proud překročí jmenovitou vypínací schopnost jističe, dojde k jeho poškození. Jednou z možností, jak tomuto stavu předejít je předřazení pojistky (obvyklá hodnota pojistky je 100A pro jističe do 63A, nebo 200A pro jističe do 125A). V tomto případě mluvíme o záložní ochraně jističe. Limitujícím činitelem při předřazení pojistky z důvodů záložní ochrany je omezení selektivity mezi pojistkou a jističem. Konkrétní hodnoty maximálního selektivního proudu, při kterém je kombinace jistič/pojistka ještě selektivní, udávají výrobci jističů v katalozích ve formě tabulky (údaje v tabulkách nejsou jen počítány, ale jsou ověřeny měřením).

2) Jističe určené pro kvalifikovanou obsluhu
Druhou důležitou normou pro jističe je ČSN EN 60947-2 - Jističe, která je určena zejména pro jističe užívané v průmyslu. Jističe konstruované podle této normy jsou určeny pro kvalifikovanou obsluhu. To je také důvod, proč jsou některé vlastnosti jističů (vypínací schopnosti, kategorie přepětí, ...) posuzovány o něco mírněji, než v případě přístrojů určených pro laickou obsluhu. Co je také důležité vědět, definice vypínacích charakteristik je určena pouze v oblasti působení malých nadproudů a vypínací charakteristiky nejsou blíže určeny. Důvodem je to, že možnosti použití jističů v průmyslu jsou velice různorodé a norma platí univerzálně a to od malých hodnot proudů až do 6.300A.

Poznámka: Vedle známých charakteristik B, C, D je v katalozích výrobců možné najít i jiná označení (A, Z, K, S, a jiné), které nenajdeme v žádné normě. Pokud je v katalogu uveden odkaz na ČSN EN 60947-2, platí nastavení tepelných spouští v mezích 1,05 -1,3I_n, ale jinak je charakteristika definována výrobcem. Protože se písmena liší výrobce od výrobce, je nutné vybírat podle aplikací (např. zde podle obrázku: Z – ochrana obvodů s větší impedancí, K – obvody s motory, transformátory, S – ovládací obvody stykačů, větší transformátory, atd.).



U výkonových jističů je zaměřena pozornost hlavně na vlastnosti jističů při vypínání velkých zkratových proudů a proto je nutné rozlišovat následující parametry:

I_cu - jmenovitá mezní zkratová vypínací schopnost: hodnota zkratového proudu uvedená na jističi při příslušném jmenovitém napětí, kterou jistič musí bezpečně vypnout. Po tomto vypnutí však může dojít ke změně jeho charakteristik, neboli jinými slovy, vypnutí zkratového proudu s hodnotou  I = I_cu je garantováno pouze jednou. Přestože se na první pohled jeví jako technický nesmysl dimenzovat jističe na hodnotu  I_cu (Jistič na jedno použití?), praxe ověřila, že poruchy nevznikají bezprostředně na výstupních svorkách jističů a i relativně malá impedance vedení za jističem účinně sníží zkratový proud pod hodnotu I_cu.

I_cs - jmenovitá provozní zkratová vypínací schopnost: hodnota zkratového proudu uvedená na jističi při příslušném jmenovitém napětí. Je vyjádřena hodnotou předpokládaného vypínacího proudu (v kA) odpovídající jedné z normou stanovených hodnot, nejčastěji v procentech (25, 50, 75 a 100% I_cu), vztažených k hodnotě I_cu , tj. např. pro jistič s I_cs = 75 % I_cu a I_cu = 100kA je I_cs = 75kA. Jističe musí hodnotu  I_cs vypínat opakovaně a záleží tedy pouze na projektantovi, s jakou mírou dlouhodobé spolehlivosti provozu chce počítat – zda jističe navrhne s ohledem na hodnotu I_cs, nebo I_cu. S tím souvisí i cena jističů. Vedle uvedené často zmiňované mezní a provozní vypínací schopnosti si povšimněme i třetího parametru, o kterém je dobré alespoň vědět a to v souvislosti s rozvaděči a se zkratovými proudy v síti.

I_cm - jmenovitá provozní zkratová zapínací schopnost: hodnota zkratového proudu uvedená na jističi při příslušném jmenovitém napětí, jmenovitém kmitočtu a stanoveném účiníku. Vyjadřuje se jako maximální předpokládaný dynamický proud (maximální hodnota první půlvlny při započítání stejnosměrní složky zkratového proudu). Jmenovitá zkratová zapínací schopnost (I_cm) je vždy vyšší, než jmenovitá zkratová vypínací schopnost (I_cu, příp. I_cs) a jejich minimální poměr je předepsán normou v rozmezí od 1,5 až do 2,2.

3) Spouštěče motorů
Do skupiny jističů se zahrnují i tzv. spouštěče motorů, které mají upravenou charakteristiku, která je určena speciálně pro jištění motorů. Vyznačují se možností nastavitelnosti nadproudových spouští a pro zajištění jejich správné ochranné funkce je nutné nastavit tepelnou spoušť na jmenovitý proud motoru, tj. spoušť nastavit na "proud nastavení". Pro tyto jističe platí ČSN EN 60947-4 Spínací a řídicí přístroje, Část 4: Stykače a spouštěče motorů. Vedle elektromechanických přístrojů se stále častěji setkáváme i s elektronickými nadproudovými relé, které se používají hlavně u větších proudů, ale postupně se setkáváme i s novými typy se jmenovitými proudy jednotek ampér.

4) Pojistky nn
V současné době platí pro pojistky soubor norem ČSN EN 60269 (u nás pod třídícím znakem ČSN 35 4701). Pojistky lze dělit podle různých hledisek, jako je konstrukce (výkonové – nožové, závitové, válcové, atd.), typ vypínací charakteristiky (gG/gL: pro všeobecné použití - pro převážnou většinu použití; aM: pro jištění motorových obvodů, pouze pro zkratovou ochranu; gR, aR: pro jištění polovodičů), podle druhu proudu (AC, DC), jmenovitého napětí atd. V oblasti přetížení, tj. při malých nadproudech, je u pojistek nutno počítat s relativně delšími vypínacími časy, než u jističů (při průchodu proudu s hodnotou 1,6I_n může pojistka vypnout až za 1 hodinu, kdežto u jističů jsou smluvené vypínací proudy nižší, tj. 1,45I_n pro instalační jističe, příp. 1,3I_n pro jističe pro průmyslové použití). Nejvýznamnější vlastností pojistek je ale jejich vysoká vypínací schopnost při zkratu, je předurčuje pro hlavní, nebo záložní ochranu před zkraty. Jmenovitá vypínací schopnost pojistek se uvádí jako jedno číslo Icn a pohybuje se běžně v rozmezí od 50kA až 120kA (závisí na typu pojistky, účiníku, napětí, atd.). Při nadproudech od cca 20I_n lze už počítat i s omezujícími vlastnostmi pojistek, kdy je zkratový proud omezen dříve, než dosáhne maximální hodnoty. Omezený proud (běžně označovaný jako I_o) se vyjadřuje v maximální hodnotě. Omezení zkratového proudu má příznivý vliv na oteplení vedení a snížení dynamického namáhání vodičů a rozvaděčů.


Zkratové proudy a vypínací schopnost jisticích přístrojů
Dojde-li ke spojení dvou vodičů s různým napětím, hovoříme o zkratu. Zkratem v síti tedy rozumíme elektromagnetický přechodný děj, který vznikne náhlým zmenšením impedance mezi fázovými vodiči případně mezi fází a středním nebo ochranným vodičem. Příčinou chybného vodivého spojení může být chybná manipulace, mechanické poškození izolace, poškození kabelu při zemních pracích apod., její přirozené znehodnocování např. vlhkostí nebo je důsledkem zvýšeného namáhání při spínacích pochodech. Zkrat způsobující zmenšení impedance má za následek okamžité zvětšení proudu na mnohonásobek normálního provozního proudu, jehož hodnota závisí na napětí a impedanci. Zkratový proud dosahuje hodnot v rozmezí tisíců až desetitisíců ampér a svými dynamickými (silovými) a tepelnými účinky ohrožuje všechny prvky instalace a elektrizační soustavy, kterými protéká.


Záložní ochrana jisticích prvků
V případě, že vypínací schopnost jisticího přístroje je menší, než předpokládaný zkratový proud, je nutné do instalace předřadit omezující přístroj, který je schopen rychle narůstající zkratový proud účinně omezit. Pokud řešíme jen tzv. záložní ochranu, aby při poruše nedošlo k poškození přiřazeného přístroje, postačí splnit podmínku uvedenou v katalogu výrobce. Například pro miniaturní instalační jističe s vypínací schopností 10kA se pro předpokládané zkratové proudy převyšující vypínací schopnost jističe předepisuje záložní ochrany pojistkou gG/gL s I_n=100A. Zdálo by se, že tato situace je poměrně známá a jasná, ale praxe potvrzuje skutečnost, že se záložní ochrana často podceňuje a nebo je to dokonce pro mnoho elektrotechniků neznámý pojem.

Pokud projektant nebo provozovatel vedle záložní ochrany ještě cíleně sleduje i hledisko selektivity, nabízí se možnost využít i další údaje uvedené v katalogu výrobce. Formou tabulky se udávají kombinace, kdy je řazení pojistka-jistič plně selektivní, případně do jak velké hodnoty předpokládaného zkratového proudu tato kombinace splňuje podmínky selektivity.

Omezení zkratového proudu spočívá v tom, že k vypínání dojde dříve, než první půlvlna předpokládaného zkratového proudu dosáhne svého maxima. To je znázorněno na obrázku, kde je uveden časový průběh předpokládaného zkratového proudu  i_k a časový průběh omezeného proudu i_o. Předpokládaný zkratový proud se však nepopisuje průběhem své okamžité hodnoty, ale efektivní hodnotou, a to v ustáleném stavu. Ta se označuje I_k (efektivní hodnota v ustáleném stavu). Maximální hodnota zkratového proudu je I_km = I_k ×√2 (v grafické závislosti maximální hodnoty omezeného proudu Io na předpokládaném zkratovém proudu I_k se také označuje jako I_p). Příklad takovéto závislosti v případě, že omezujícím prvkem je pojistka, o jmenovitém proudu 63A, resp. 100A, je znázorněn na dalším obrázku. Vidíme, že zkratový proud, jehož efektivní hodnota je 10kA (tzn., že jeho maximální hodnota je cca 14kA) je pojistkou 63A omezen na 4kA a pojistkou 100A na 7kA. Tyto tzv. omezovací charakteristiky jsou dodávány výrobci přístrojů.


Průběh omezení předpokládaného zkratového proudu i_k
Tradičními prvky, které omezují velké zkratové proudy, jsou pojistky. U jističů se tato schopnost dříve vůbec nepředpokládala a počítalo se pouze s tím, že i při zkratovém proudu nejprve projde několik period zkratového proudu a teprve potom jistič vypne. Nyní však už všechny instalační jističe (MCB) mají omezovací schopnost a vypínají zkratový proud dříve, než jeho první půlvlna dosáhne vrcholu. Vývoj se nezastavil ani u výkonových jističů a v současné době jsou běžně k dispozici i výkonové jističe s jistými omezovacími vlastnostmi, které je možné velice výhodně skloubit s vlastnostmi malých jističů a takto dosáhnout kaskádního zapojení, kdy předřazený výkonový jistič vypíná natolik rychle, že provede redukci zkratového proudu na hodnotu, kterou je instalační jistič schopen spolehlivě vypnout. Tato vlastnost však musí být ověřena zkouškami.


Příklad omezovací charakteristiky instalačních přístrojů
V případě dvou vhodně zvolených jističe v sérii se často používá pojem kaskádování. V případě zkratu zareaguje předřazený jistič (1) v čase několika milisekund a to zajistí omezení zkratového proudu na takovou hodnotu, kterou je přiřazený jistič (2) již schopen bezpečně vypnout. Při předepsané kombinaci jističů a jejich jmenovitých proudů (viz tabulka) je zaručeno, že je možné použít přiřazený jistič (2) i v obvodech, jejichž zkratové poměry převyšují jeho vypínací schopnost (I_cu2). Použitelné kombinace odzkoušených hodnot vpínací schopnosti kaskády udává výrobce ve svém katalogu. Například při použití kombinace jističe (1) typu NZM2-250A a jističe (2) tapu FAZ-10A se vypínací schopností této kombinace zvyšuje z původních 10kA až na 30kA.


Kombinaci sériově zapojených jističů je možné použít v obvodech, kde zkratový proud nepřevyšuje hodnotu garantovaného maximálního předpokládaného zkratového proudu pro uvedenou kombinaci. Kaskádování přináší možnost použití levnějších jističů (2) v koncových obvodech instalace. Použitím omezujících jističů se významně redukuje hodnota prošlé energie při zkratu a tím se snižuje zatížení všech elektrických zařízení v celé dráze zkratového proudu. Možné kombinace jsou uvedeny formou tabulek v katalozích výrobců.


Selektivita přístrojů zapojených za sebou
Pokud chceme mezi dvěma za sebou zařazenými jisticími prvky zachovat selektivitu, nesmí se jejich charakteristiky v žádném bodě protínat a jsou-li namísto jednoznačně udané charakteristiky pomocí jedné čáry udána pásma charakteristik, nesmějí se protínat ani tato pásma. K protnutí charakteristik nebo k překrytí jejich pásem nesmí dojít ani pro nadproudy odpovídající přetížení, ani pro zkratové proudy.

Řešení selektivity dvou pojistek v sérii je obecně poměrně jednoduché. Selektivita je zaručena při poměru jmenovitých proudů 1 : 1.6, pokud výrobce neuvede jinak. Podmínkou jsou ovšem stejné typy vypínacích charakteristik.

Při použití dvou miniaturních jističů v sérii bohužel nelze počítat s žádnou selektivitou a to ani při odstupňování jmenovitých proudů, či odstupňování vypínacích charakteristik (B, C, D) – ty totiž nemají na selektivitu malých jističů vliv. Problém spočívá v tom, že omezující jističe jsou konstruovány ve stejné třídě selektivity (mají srovnatelné hodnoty prošlé energie) a vypínají proto zkrat přibližně stejně rychle, což se od nich i očekává. Na druhou stranu však neumožňují selektivní řazení. Řešením by bylo předřazení dostatečně velké pojistky nebo výkonového jističe, přičemž odzkoušené kombinace jsou uvedeny v katalogu výrobce.


Úplná selektivita dvou sériově zařazených výkonových jističů je zajištěna pro všechny předpokládané poruchové proudy, jestliže je zaručeno odstupňování jmenovitých proudů předřazeného a přiřazeného jističe a předřazený jistič má nastaveno časové zpoždění vypnutí okamžité (zkratové) spouště. Norma ČSN EN 60974-2 definuje dvě skupiny jističů, tzv. kategorii užití A (běžné, neselektivní jističe) a dále kategorii užití B pro selektivní. Výkonové jističe s možností selektivního odstupňování se řadí do kategorie užití B, které mají nastavitelné zpoždění vypnutí (minimálně 50ms; přednostní hodnoty jsou 0,05 – 0,1 – 0,25 –0,5 – 1s). Pro ně je navíc zaveden jmenovitý krátkodobý výdržný proud I_cw, který vystihuje schopnost jističe přenášet po plnou dobu vynuceného zpoždění zkratový proud rovnající se právě I_cw. Je však třeba mít na paměti, že tato hodnota je obvykle mnohonásobně menší, než I_cu. Jističe musí mít mohutnější kontaktní mechanismus schopný odolávat tepelnému a mechanickému namáhání. Výrobci výkonových jističů kategorie užití B udávají doby pro krátkodobé zpoždění 0,1s; 0,3s; 1s nebo 3s. Jistič zapojený blíže k místu poruchy, který je obvykle v kategorii užití A, poruchu odpojí v krátkém čase (maximálně v desítkách milisekund) a parametr I_cw selektivního jističe pak obvykle nebývá ani plně využit. Podle požadavků ČSN EN 60947-2 je selektivita garantována pouze v případech, kdy byla odzkoušena a výsledky zkoušek jsou k dispozici ve formě tabulek.

 

Zkuste si jednoduchý výpočet sami

zde!