Nadproudové ochrany (6. část)

Jistič je nejrozšířenější druh nadproudové ochrany. Každý ho zná a mnozí o něm vědí možná mnohem více, než je uvedeno v této části seriálu. Nicméně i přes odborné znalosti se zde určitě najdou jak pro laika, tak pro profesionála nějaké ty nové i užitečné informace.

Jističe

Hlavní výhodou a charakteristickým rysem jističe vždy byla a je jeho opětovná použitelnost. V této části seriálu je stručně popsána historie jeho vzniku a jeho podstatné vlastnosti.

Historie

První patent na nadproudovou ochranu – tavnou pojistku – obdržel 14. října 1890 v USA Thomas Alva Edison. Další vývojový krok se odehrál v roce 1907 v elektrotechnické firmě Siemens-Schuckertwerke, kde byl na základě Edisonovy pojistky vyvinut pojistkový systém Diazed. Přes všechna technická vylepšení však přece jen stále zůstávala jedna podstatná nevýhoda tavných pojistek: při jejich zapůsobení došlo k přepálení tavného vodiče a pojistková vložka se musela vyměnit. Toto bylo spojeno s komplikacemi, náklady a prostoji.

Tržní potenciál dřímající v opakovaně použitelné nadproudové ochraně si uvědomil Hugo Stotz (1869–1935), německý vynálezce a podnikatel v oblasti elektrotechniky, který se začal se touto myšlenkou intenzivně zabývat ve své vlastní firmě Stotz & Companie v Mannheimu-Neckarau. Velmi dobře si uvědomoval, že pro zákazníka – uživatele musí být obsluha snadná, opětovné zapnutí bezpečné a kupní cena bez následných nákladů (za pojistkové vložky). Výsledkem byla první patentovaná samočinná pojistka (patent č. DRP 458392), tzv. Stotzův automat nebo také jen automat (obr. 15). Na trh ho však uvedla až společnost BBC (Brown, Boveri & Cie), která elektrotechnickou firmu Stotz & Companie od Hugo Stotze odkoupila. Původní německý obchodní název Stotzův automat nebo zkráceně jen automat se velice rychle vžil do odborného slangu elektrikářů nejen v Německu, ale i v celé Evropě.

Obr. 15. Hugo Stotz vyvinul v roce 1923 první pojistkový automat (samočinnou šroubovou pojistku), který byl patentován o rok později [2]

Vnější podoba samočinné pojistky (automatu), později nazvané jističem, se v průběhu uplynulých téměř sta let velmi změnila. Technický princip však zůstal po všechny ty roky stále stejný: bimetalová spoušť chrání vedení před přetížením a elektromagnetická spoušť před zkraty.

Oblasti použití

V principu může být elektrický obvod chráněn před přetížením a zkratem jak tavnou pojistkou, tak také samočinnou pojistkou – jističem. Jistič však není nastavitelný vypínač. Je to (stejně jako pojistka) elektrický přístroj, který při proudovém přetížení nebo zkratu samočinně rozpojí elektrický obvod, čímž ho chrání před poškozením nebo zničením. Jistič v omezené míře chrání i elektrické přístroje a osoby či zvířata před nebezpečným dotykem, selže-li základní ochrana. Má však z principu své funkce omezenou rychlost působení. Dokáže sice nadproud vypnout, ale většinou jej nedokáže (na rozdíl od pojistky) omezit.

Pro obytné budovy jsou v normách (např. [3] a [4]) předepsány a blíže specifikovány jističe pro světelné a zásuvkové obvody. Díky těmto normativním ustanovením lze jističe najít téměř v každé domácnosti. V současné době existují tzv. kombinace jističů s proudovými chrániči (RCD). U nás se pro ně vžilo slangové označení jističochránič a jejich mezinárodní označení je RCBO (Residual current-operated Circuit Breaker with Overcurrent protection, proudový chránič s vestavěnou nadproudovou ochranou). V elektrické instalaci se používají k ochraně elektrických obvodů a spotřebičů před provozním přetížením a zkratem, k ochraně elektrických obvodů před svodovými proudy i k ochraně osob před úrazem elektrickým proudem.

Mechanické parametry

První jističe – samočinné pojistky (obr. 15) – se šroubovaly místo šroubovací čepičky tavné pojistkové vložky do pojistkového spodku s Edisonovým závitem. Díky tomu byly, stejně jako šroubovací čepičky, válcové. Pro správnost je třeba dodat, že ještě stále jsou, neboť tato varianta je ještě i dnes na trhu k dostání. Tyto automaty – jističe jsou potřeba k provozu některých starých zařízení. Vývoj k současné podobě jističe probíhal přes tzv. soklový jistič (automat), který se upevňoval pomocí šroubků.

V současné době se jističe mechanicky upevňují na montážní profilové lišty, které slouží obecně k upevňování elektrických přístrojů v rozvodnicích, rozváděčích, ovládacích skříních apod. Na profilovou lištu lze elektrické přístroje (relé, chrániče, jističe, řadové svorky aj.) nasunout ze strany nebo nacvaknout zpředu. Pro upevnění na lištu je uzpůsobeno obrovské množství přístrojů různých výrobců. Přístroje mají šířku vždy v násobku 17,5 mm. Tato šířka se označuje jako jeden modul (1M) a odpovídá šířce běžného jednopólového jističe. Existují i varianty s 1,5M. Je-li kromě fázového vodiče spínán i nulový vodič, musí kontakt nulového vodiče sepnout s předstihem a zpožděně se rozepnout. Tří- a čtyřpólové jističe jsou pak adekvátně širší. Elektrické připojení je provedeno buď přes šroubové, nebo samosvorné svorky. Obě varianty připojení splňují požadavky norem, je-li připojení provedeno odborně a podle návodu výrobce. U obou variant je třeba se vyhnout chybám. Šroubové svorky se musejí např. utahovat správným momentem. K tomuto účelu je třeba použít momentový šroubovák. U samosvorných (zásuvných) svorek je třeba kromě správného odizolování žil věnovat pozornost také použití dutinek v případě ohebných vedení. V každém případě je nezbytné před vlastní montáží pečlivě číst návody výrobce.

Obr. 16. Řez v současné době běžně používaným jističem vedení

Elektrické parametry

K nejdůležitějším elektrickým parametrům jističů patří vypínací vlastnosti v případě poruchy. Díky nim je zajištěna ochrana elektrického obvodu před provozním přetížením a rychlé i bezpečné vypnutí zkratu.

Jistič slučuje funkci vypínače a pojistky. Má dvě stabilní polohy zapnuto a vypnuto. V poloze zapnuto je sepnutí kontaktů zajišťováno aretačním mechanismem (zámek s volnoběžkou). Při zapínání jističe do polohy zapnuto dojde k natažení pružiny. Do polohy vypnuto je jistič uveden působením natažené pružiny, která rozpojí pohyblivé kontakty.

Ochrana před přetížením je řešena pomocí bimetalu (dvojkovu). Přes bimetal (obr. 16) prochází celkový pracovní proud. Zvýší-li se tento proud nad kritickou hodnotu, dojde vlivem Joulova tepla (tepelné energie vyvolané průchodem proudu vodičem) k definované deformaci, která způsobí vypnutí elektrického obvodu. Tato oblast je na obr. 17 vyznačena zeleně.

Obr. 17. Vypínací charakteristika s různými vlastnostmi

Ochrana před zkratem je zajištěna pomocí elektromagnetické spouště. Ta funguje na principu fyzikálních vlastností samoindukce, kdy se v cívce vlivem velmi rychle rostoucího zkratového proudu indukuje napětí. Nastane-li v obvodu zkrat, je aretační mechanismus (zámek s volnoběžkou) působením spouště uvolněn a natažená pružina rozpojí kontakty – dojde k vypnutí elektrického obvodu. Při trvání zkratu nelze ovládací páčkou jistič opět zapnout, a to díky volnoběžce. Po odstranění poruchy je třeba obvykle ovládací páčku nejprve stlačit lehce směrem dolů a teprve poté natáhnout do polohy zapnuto. Tato oblast je na obr. 17 vyznačena světle fialovou barvou.

Z obr. 17 je také patrné, že existují různé varianty zkratů, které jsou označovány jako vypínací charakteristika (tab. 7). U jističů vedení je nejčastěji používána vypínací charakteristika B. V tomto případě jsou proudové hodnoty, které dosahují tří- až pětinásobku jmenovitého proudu jističe, detekovány jako zkratové proudy a elektrický obvod je jističem bezpečně vypnut.

Tab. 7. Normalizované rozsahy okamžitého vypínání (vypínací charakteristiky)

Normalizované hodnoty jmenovitých zkratových vypínacích schopností jističů do 10 000 A jsou:
– 1 500 A – pouze pro jističe vestavěné do zásuvek nebo spínačů pro domovní a podobné použití nebo k nim přidružené a nacházející se v jejich bezprostřední blízkosti,
– 3 000 A – nejsou přípustné v Německu a Rakousku,
– 6 000 A – minimální požadavek v Německu a Rakousku,
– 10 000 A – pro průmyslová elektrická zařízení.

Zkratová vypínací schopnost jističů ve zvláštních případech (zvýšený průmyslový standard) je 15 000 A a u selektivních hlavních jističů 25 000 A.

U nedostatečně dimenzovaných jističů hrozí, že vlivem rázových zkratových proudů dojde k poškození („spečení“) spínacího kontaktu (obr. 16) a že tedy nebude možné jističem vypnout poruchový elektrický obvod. V elektrických instalacích, kde takovéto riziko existuje, je možné použít jako předjištění k omezení těchto proudů tavné pojistky. Díky tomu lze bezpečně zvládat rázové proudy do 50 kA.

U správně dimenzovaných jističů spínací kontakt rozpíná zkratové proudy spolehlivě a bezpečně. Při tomto rozpínacím procesu vzniká elektrický oblouk, který je veden do zhášecí komory, která se nachází nad spínacím kontaktem. Oblouk se na této dráze mezi kontaktem a komorou prodlužuje, čímž se snižuje hustota jeho energie. Ve zhášecí komoře dochází dále k jeho vícenásobnému rozdělení a nakonec k bezpečnému uhašení.

Normy související s tématem příspěvku
– ČSN 33 2130 ed. 3
ČSN 33 2130 ed. 3:2014 Elektrické instalace nízkého napětí – Vnitřní elektrické rozvody. Tato norma platí pro navrhování, provádění a rekonstrukce vnitřních elektrických rozvodů silových a sdělovacích v objektech bytové a občanské výstavby, a v objektech s obdobným provozem, např. administrativního charakteru. Vnitřní elektrické rozvody musejí vyhovovat dalším souvisícím normám a předpisům, a to zejména ze souborů ČSN 33 2000, ČSN EN 50174 a ČSN 73 08XX. Norma novelizuje požadavky na vnitřní elektrické rozvody především s přihlédnutím na úpravy bytů určených pro osoby se zdravotním postižením, na dimenzování vodičů s přihlédnutím na vyšší harmonické a další nové požadavky norem souboru 33 2000 a legislativní předpisy.

– ČSN EN 60947-2 ed. 3
ČSN EN 60947-2 ed. 3:2007 Spínací a řídicí přístroje nízkého napětí – Část 2: Jističe. Tato norma je českou verzí evropské normy EN 60947-2:2006. Překlad byl zajištěn Českým normalizačním institutem. Má stejný status jako oficiální verze. Tato norma platí pro jističe, jejichž hlavní kontakty jsou určeny pro zapojení do obvodů, jejichž jmenovité napětí nepřevyšuje 1 000 V AC nebo 1 500 V DC. Obsahuje též doplňující požadavky pro jističe s vestavěnými pojistkami.

– ČSN EN 60715 ed. 2
ČSN EN 60715 ed. 2:2018 Rozměry spínacích a řídicích zařízení nízkého napětí – Normalizované montážní lišty pro mechanické upevnění spínacích a řídicích zařízení a příslušenství. Tato norma je českou verzí evropské normy EN 60715:2017. Překlad byl zajištěn Českou agenturou pro standardizaci. Má stejný status jako oficiální verze. Tento dokument specifikuje rozměrové a funkční požadavky pro kompatibilní montáž spínacích a řídicích zařízení a příslušenství na stejné typy lišt. Účelem tohoto dokumentu je stanovit takové rozměry, které jsou kritické pro správnou konstrukci montážních lišt a zařízení.

– ČSN EN 60898-2 ed. 2
ČSN EN 60898-2 ed. 2:2007 Elektrická příslušenství – Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací – Část 2: Jističe pro střídavý a stejnosměrný proud. Tato norma je českou verzí evropské normy EN 60898-2:2006. Překlad byl zajištěn Českým normalizačním institutem. Má stejný status jako oficiální verze. V této normě jsou uvedeny doplňující požadavky pro jedno- a dvoupólové jističe, které, kromě uvedených charakteristik, jsou vhodné pro činnost se stejnosměrným proudem, a jejichž jmenovité stejnosměrné napětí nepřesahuje 220 V pro jednopólové jističe a 440 V pro dvoupólové jističe, jmenovitý proud nepřesahuje 125 A a jmenovitá stejnosměrná zkratová schopnost nepřesahuje 10 000 A. Tato norma platí pro jističe schopné zapínat a vypínat jak střídavý, tak stejnosměrný proud.

Literatura:
[1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 4/2016, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München.
[2] https://new.abb.com/de/ueber-uns/gesellschaften/abb-stotz-kontakt/125-jahre-stotz
[3] ČSN 33 2130 ed. 3:2014 Elektrické instalace nízkého napětí – Vnitřní elektrické rozvody.
[4] ČSN EN 60947-2 ed. 3:2007 Spínací a řídicí přístroje nízkého napětí – Část 2: Jističe. 
[5] ČSN EN 60715 ed. 2:2018 Rozměry spínacích a řídicích zařízení nízkého napětí - Normalizované montážní lišty pro mechanické upevnění spínacích a řídicích zařízení a příslušenství.
[6] ČSN EN 60898-2 ed. 2:2007 Elektrická příslušenství – Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací – Část 2: Jističe pro střídavý a stejnosměrný proud.