Výklad a praktický význam parametrů jisticích přístrojů a odpínačů nn

Výklad a praktický význam parametrů jisticích přístrojů a odpínačů nn

Ing. Ivo Faltus, OEZ s. r. o.

Úvod

Aby určitý přístroj vyhovoval daným požadavkům, které vyplývají z konkrétního použití v elektrickém rozvodu, musí mít odpovídající vlastnosti. Ty jsou dány jeho parametry a dalšími kritérii, které jsou definovány především předmětovými normami pro jednotlivé druhy přístrojů. Tyto normy také stanovují zkoušky pro jejich ověřování. V dalším textu jsou popsány nejdůležitější parametry uváděné u jističů, pojistek a odpínačů, včetně jejich výkladu a významu v praxi.

Jmenovité pracovní napětí U_e

Jmenovité pracovní napětí přístroje je hodnota, která spolu s jmenovitým (pracovním) proudem určuje jeho použití a na kterou se vztahují příslušné zkoušky a kategorie užití. U některých přístrojů je uváděno jmenovité napětí s označením U_n, např. u nožových a válcových pojistek podle ČSN EN 60269 (Pojistky nízkého napětí).

Obr. 1. Příklad značení jmenovitého pracovního napětí na jističích OEZ řady LSN, LSE a LST

U jednopólových přístrojů je U_e obvykle stanoveno jako napětí na pólu, u vícepólových přístrojů jako napětí mezi fázemi (obr. 1). Velikost jmenovitého pracovního napětí elektrického přístroje musí odpovídat jmenovitému napětí sítě, jeho povaze (střídavé, stejnosměrné) a v případě střídavého napětí také jmenovité frekvenci f_n. Maximální hodnota jmenovitého pracovního napětí v žádném případě nesmí být vyšší než hodnota jmenovitého izolačního napětí. Konkrétní elektrický přístroj může mít více jmenovitých pracovních napětí. V závislosti na U_e jsou stanoveny další parametry těchto přístrojů, např. vypínací schopnost, kategorie užití, jmenovitý pracovní proud atd.

Jmenovité impulsní výdržné napětí U_imp

Jmenovité impulsní výdržné napětí je dáno vrcholovou hodnotou napěťového impulsu předepsaného tvaru a polarity, kterou je elektrický přístroj schopen za stanovených podmínek bez poruchy vydržet a k níž se vztahují hodnoty vzdušných vzdáleností.

Obr. 2. Kategorie přepětí a impulsní výdržné napětí pro instalaci s jmenovitým napětím 230/400 V

Hodnota jmenovitého impulsního výdržného napětí elektrického přístroje je důležitá jako jeden z parametrů potřebných k posouzení vhodnosti použití elektrického přístroje v daném místě elektrického rozvodu, a to z hlediska koordinace izolace v souvislosti s přechodným napětím, jež má původ v atmosférickém nebo spínacím přepětí (obr. 2).

V oblasti koordinace izolace elektrických zařízení je základní obecnou normou ČSN EN 60664-1 Koordinace izolace zařízení nízkého napětí. Část 1: Zásady, požadavky a zkoušky. Dále je to norma ČSN 33 2000-4-443 Elektrotechnické předpisy – Elektrická zařízení – Část 4: Bezpečnost – Kapitola 44: Ochrana před přepětím – Oddíl 443: Ochrana před atmosférickým nebo spínacím přepětím. Tato norma se zabývá ochranou elektrických zařízení proti účinkům přechodných přepětí.

Uvedené normy stanovují tzv. impulsní výdržné kategorie (kategorie přepětí) pro rozlišení různého stupně použitelnosti zařízení, a tedy i elektrických přístrojů, s ohledem na kontinuitu provozu a přípustné riziko poruchy a k nim požadované jmenovité impulsní výdržné napětí – viz tab. 1 (převzato z ČSN 33 2000-4-443, tabulka 44B).

Tab. 1. Požadované jmenovité impulsní výdržné napětí

¹⁾ v souladu s IEC 60038

Zařízení impulsní výdržné kategorie IV – je určeno pro použití na začátku elektrické instalace v budovách. Příkladem takových zařízení jsou elektroměry, jističe, pojistky, proudové chrániče apod.

Zařízení impulsní výdržné kategorie III – je součástí pevných elektrických instalací; patří sem také zařízení se zvláštními požadavky na spolehlivost a použitelnost. Příkladem takových zařízení mohou být mj. elektrické přístroje (např. jističe, pojistky, odpínače, stykače, proudové chrániče atd.).

Zařízení impulsní výdržné kategorie II – je určeno pro připojení k pevné elektrické instalaci. Příkladem takových zařízení je přenosné elektrické nářadí, spotřebiče pro domácnost apod.

Zařízení impulsní výdržné kategorie I (kategorie přepětí I) – je určeno pro připojení k obvodům, ve kterých jsou aplikována opatření pro snížení přechodných přepětí na požadovanou nízkou úroveň.

Jmenovitý proud I_n, redukovaný jmenovitý proud I_r

Jmenovitý proud I_n jisticích přístrojů (jističe, pojistky, nadproudová relé), popř. redukovaný jmenovitý proud I_r, je spolu s průběhem vypínací charakteristiky rozhodujícím parametrem pro volbu přístroje z hlediska nadproudové ochrany daného elektrického zařízení, selektivity jištění a zajištění ochrany samočinným odpojením od zdroje (impedanční smyčka). U jističů s nastavitelnou nadproudovou spouští, konkrétně s časově závislou tzv. tepelnou spouští (např. řady MODEION, BA511 nebo ARION WL), je tento parametr dán proudem, který se rovná jeho maximálnímu nastavení. Konkrétní nastavená hodnota se obvykle nazývá redukovaný jmenovitý proud a označuje se I_r. Platí:

I_r = kI_n
kde k Ł 1

Při správně navrženém jištění elektrického zařízení (např. kabelu) proti přetížení musí vypínací charakteristika jisticího přístroje ležet vlevo, resp. pod přetěžovací charakteristikou jištěného zařízení (obr. 3). Tím je zajištěno, že v případě přetížení bude elektrické zařízení odpojeno jisticím přístrojem dříve, než bude překročena jeho maximální dovolená teplota (viz ČSN 33 2000-4-43 Elektrické instalace budov – Část 4: Bezpečnost – Kapitola 43: Ochrana proti nadproudům).

Obr. 3. Jištění kabelu CYKY jističem BD250 – vypínací charakteristiky

Správně zvolený jisticí přístroj a průběh jeho vypínací charakteristiky jsou rozhodující pro zajištění ochrany jištěného zařízení proti nadproudům, selektivity a ochrany samočinným odpojením od zdroje. Je tedy velmi důležité, aby v projektové dokumentaci byly uvedeny, kromě typového označení jisticího přístroje, také parametry nastavení jeho nadproudové spouště (je-li to aplikovatelné).

Jmenovitý pracovní proud I_e

Jmenovitý pracovní proud je proud odpínače nebo jiného elektrického zařízení (neudává se u jisticích přístrojů – u nich se udává jmenovitý proud I_n) stanovený výrobcem a je závislý na jmenovitém pracovním napětí, kategorii užití, jmenovitém provozu, jmenovité frekvenci a typu ochranného krytu (je-li to aplikovatelné). Pro odpínač nebo jiné zařízení může být stanoveno více hodnot jmenovitého pracovního proudu, a to v závislosti na různých hodnotách výše uvedených veličin a údajů.

Jmenovitá zkratová vypínací schopnost I_cu, I_cs, I_cn, I₁

U jednotlivých druhů jisticích přístrojů se tento parametr označuje různě a také název není zcela stejný. Liší se i předepsané podmínky ověřovacích zkoušek. Z hlediska významu pro praxi, tj. volby jisticího přístroje v souvislosti s tímto parametrem, nejsou odlišnosti až tak podstatné.

Název a označování jmenovité zkratové vypínací schopnosti u jednotlivých druhů jisticích přístrojů
a) jističe OEZ řady LSN, LSE a LST (podle ČSN EN 60898-1 Elektrická příslušenství – Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací – Část 1: Jističe pro střídavý provoz):

• jmenovitá zkratová schopnost I_cn,

b) jističe OEZ řady MODEION, ARION WL a BA511 (podle ČSN EN 60947-2 Spínací a řídicí přístroje nn – Část 2: Jističe):

• jmenovitá mezní zkratová vypínací schopnost I_cu (po zkoušce I_cu nemusí být jistič schopen další funkce, musí však bezpečně vypnout stanovenou hodnotu předpokládaného vypínacího proudu; v naprosté většině případů je plně dostačující vycházet při volbě jističe z I_cu),

• jmenovitá provozní zkratová vypínací schopnost I_cs (po zkoušce I_cs musí být jistič schopen další funkce za omezených podmínek),

c) pojistky nízkého napětí OEZ typu PV, PLN, PN, PHN, PNB (podle ČSN EN 60269):

• vypínací schopnost I₁.

Jmenovitá zkratová vypínací schopnost jisticího přístroje je hodnota zkratové vypínací schopnosti přiřazená tomuto přístroji výrobcem pro jmenovité pracovní napětí při jmenovité frekvenci a při stanoveném účiníku pro střídavý proud nebo při časové konstantě pro stejnosměrný proud. Vyjadřuje se jako hodnota předpokládaného zkratového proudu (u střídavého proudu jako efektivní hodnota střídavé složky) za předepsaných podmínek. Zjednodušeně řečeno, jisticí přístroj s jmenovitou zkratovou vypínací schopností I_cu (I_cs, I_cn, I₁) je schopen vypnout předpokládaný zkratový proud maximálně se rovnající hodnotě I_cu (I_cs, I_cn, I₁).

Předpokládaný zkratový proud I_p je taková efektivní hodnota střídavé složky zkratového proudu, která by se vyskytovala v elektrickém rozvodu v místě jisticího přístroje v případě, že by byl přístroj nahrazen vodiči o zanedbatelné impedanci. V souvislosti s výpočtem zkratových proudů podle ČSN EN 60909-0 (Zkratové proudy v třífázových střídavých soustavách – Část 0: Výpočet proudů) se rovná počátečnímu rázovému zkratovému proudu I_k". Pro správně zvolený jisticí přístroj z hlediska jmenovité zkratové vypínací schopnosti tedy musí platit:

I_cu, popř. I_cn, popř. I₁ ł I_k"

Jmenovitá zkratová zapínací schopnost I_cm

Jmenovitá zkratová zapínací schopnost přístroje je hodnota zkratové zapínací schopnosti přiřazená přístroji výrobcem pro jmenovité pracovní napětí při jmenovité frekvenci a při stanoveném účiníku pro střídavý proud nebo při časové konstantě pro stejnosměrný proud. Vyjadřuje se jako maximální předpokládaný vrcholový (dynamický) proud. Zjednodušeně řečeno, jisticí přístroj nebo odpínač s jmenovitou zkratovou zapínací schopností I_cm je schopen zapnout předpokládaný zkratový proud o vrcholové hodnotě maximálně se rovnající hodnotě I_cm.

Pro správně zvolený jisticí přístroj nebo odpínač z hlediska jmenovité zkratové zapínací schopnosti musí platit:

I_cm ł i_p, popř. I_cm ł i_o

kde i_p je nárazový zkratový proud (viz ČSN EN 60909-0) v místě použití jisticího přístroje, i_o omezený zkratový proud předřazenou pojistkou nebo omezujícím jističem.

Jmenovitý krátkodobý výdržný proud I_cw

Jmenovitý krátkodobý výdržný proud přístroje je hodnota krátkodobého výdržného proudu přiřazená jisticímu přístroji nebo odpínači výrobcem, kterou je tento přístroj schopen po určenou dobu (krátkodobé zpoždění) bez poškození přenášet. V případě střídavého proudu je to efektivní hodnota střídavé složky předpokládaného zkratového proudu.

Krátkodobé zpoždění přiřazené jmenovitému krátkodobému výdržnému proudu musí být minimálně 0,05 s (obvykle bývá 1 s). U jističů udává jmenovitý krátkodobý výdržný proud hodnotu proudu, do které může být využita časová selektivita daného jističe s přiřazeným jisticím přístrojem, pokud to nastavení jeho časově nezávislé okamžité spouště dovolí. Přitom nastavené krátkodobé zpoždění časově nezávislé zpožděné spouště nesmí být delší než krátkodobé zpoždění přiřazené jmenovitému krátkodobému výdržnému proudu.

Jmenovitý krátkodobý výdržný proud I_cw udávaný u odpínačů umožňuje stanovit jejich správnou ochranu (předjištění) před tepelnými účinky zkratových proudů. Přitom se uvažuje, že jištěným odpínačem může při časech kratších než 5 s maximálně projít hodnota I²t daná hodnotou proudu I_cw a dobou jeho možného trvání.

Jmenovitý podmíněný zkratový proud I_nc (I_kn)

Jmenovitý podmíněný zkratový proud se uvádí např. u pojistkových odpínačů a odpojovačů, proudových chráničů atd. Obvykle se neudává u jiných druhů odpínačů a odpojovačů; u nich se ale uvádí I_cm a I_cw. U různých druhů přístrojů bývá značen různě, např. I_nc, I_kn apod.

Jmenovitý podmíněný zkratový proud přístroje je hodnota předpokládaného zkratového proudu stanovená výrobcem, který může přístroj chráněný před zkratem jisticím přístrojem stanoveným výrobcem spolehlivě přenášet po dobu funkce tohoto přístroje. Přístroj tedy lze použít spolu se stanoveným ochranným přístrojem v místě obvodu, kde hodnota počátečního rázového zkratového proudu je menší nebo rovna hodnotě jeho jmenovitého podmíněného zkratového proudu, tedy:

I_nc (I_kn) ł I_k"

Omezený zkratový proud i_o

Pokud jisticí přístroj vypíná dostatečně rychle, tzn. dříve než zkratový proud dosáhne své vrcholové hodnoty, omezí se zkratový proud, a tím i jeho dynamický a tepelný účinek (obr. 4).

Obr. 4. Průběh předpokládaného a omezeného zkratového proudu

Omezený zkratový proud io udávaný u jisticích přístrojů vyjadřuje největší okamžitou vrcholovou hodnotu proudu, která se může vyskytnout za omezujícím jisticím přístrojem za nejméně příznivých podmínek v obvodu. Udává se v závislosti na předpokládaném zkratovém proudu I_p, tedy:

i_o = f(I_p)

Pojistky obecně mají lepší omezovací schopnosti než jističe. Je to dáno fyzikální podstatou jejich působení (žádná setrvačná hmota v procesu vypínání, příznivé podmínky zhášení oblouku). Při vhodném konstrukčním řešení však jističe také umožňují razantní omezení zkratového proudu. Omezujícími jističi firmy OEZ jsou např. jističe typu LSN, LSE, LST, BD a BH.

Jouleův integrál I²t

Jouleův integrál jisticího přístroje charakterizuje energii propuštěnou jisticím přístrojem při vypínání zkratových proudů, tj. energii, která svými tepelnými účinky namáhá jištěné zařízení. U jisticích přístrojů se uvádí Jouleův integrál I²t v závislosti na předpokládaném zkratovém proudu I_p, tedy:

I²t = f(I_p)

Jouleův integrál I²t udávaný u jisticích přístrojů vyjadřuje největší hodnotu, která se může vyskytnout za jisticím přístrojem za nejméně příznivých podmínek v obvodu. V mnoha případech je I²t rozhodující pro správnou volbu jisticího přístroje z hlediska ochrany jištěného zařízení (např. vedení) před tepelnými účinky zkratových proudů. Má-li být zajištěna ochrana vedení v této oblasti, musí být splněn vztah:

I²t Ł k²S²

kde I²t je Jouleův integrál, tj. činitel propuštěné energie jisticím přístrojem, který zajišťuje ochranu vedení proti zkratu (A²·s), k konstanta zahrnující vlastnosti materiálu a odpovídající dovolenému oteplení vodiče podle jeho izolace (pro měděné vodiče s izolací PVC: k = 115), S průřez jádra vodiče (mm²).

Tab. 2. Zkratové proudy běžných distribučních transformátorů s jmenovitým sekundárním napětím U₂ = 420/242 V

Z uvedeného vztahu je patrné, že nejvíce jsou zkratovými proudy ohrožena vedení malých průřezů. Pojistky, protože mají obecně větší omezovací schopnosti, dosahují také výrazně menších propuštěných hodnot I²t.

Závěr

Podle konkrétních pracovních podmínek a jiných požadavků na jisticí přístroje a odpínače je třeba vzít v úvahu i další parametry a údaje udávané u těchto přístrojů, jako např. kategorii užití, trvanlivost, pracovní prostředí, stupeň znečištění, seizmickou odolnost atd.

Návrh elektrického rozvodu, tj. volbu vedení, spínacích a jisticích přístrojů podle již zmíněných parametrů pro zajištění požadované funkce, správného jištění, řešení selektivity, popř. kaskádování, kontrolu ochrany samočinným odpojením od zdroje (impedanční smyčky) apod., lze snadno a rychle vypracovat s použitím výpočtového programu SICHR. Tento program je možné si zdarma stáhnout z internetových stránek firmy OEZ (www.oez.cz) nebo si ho objednat na CD-ROM na telefonním čísle 465 672 195.

Další informace mohou zájemci získat na adrese:

OEZ s. r. o.
Šedivská 339
561 51 Letohrad
tel.: +420 465 672 111
fax: +420 465 672 151
e-mail: oez@oez.cz
internet: www.oez.cz