Zajištění selektivity
Ing. Josef Košťál | www.eel.cz
Selektivní jističe před pojistkami
V praxi se často stává, že za selektivním jističem vedení je připojeno více podružných rozváděčů. Pro oddělené jištění různých podružných rozváděčů se často používají tavné pojistky.
Úvod
Z hlediska norem musí mít každé elektrické zařízení (elektrická instalace) proudové obvody členěné do více částí, aby bylo možné účinně zabránit nebezpečí a minimalizovat následky eventuální poruchy. Z tohoto důvodu je důležité, aby při poruše byl v elektrické instalaci odpojen pouze ten proudový obvod (část rozvodu), ve kterém došlo k poruše. Ostatní obvody elektrické instalace, tj. části rozvodu bez poruchy, by měly být i nadále funkční.
Při poruše (nadproudu) musí tedy dojít nejdříve k vybavení jisticího prvku, který je předřazený nejblíže k poruše. Splnění tohoto požadavku je nejčastěji dosahováno vhodným členěním elektrického rozvodu a vhodnou kombinací i správným nastavením použitých jisticích prvků (jističů, pojistek). Takováto koordinace ochran je označována jako selektivita.
Správná koordinace z hlediska norem
Základem koordinace elektrických přístrojů (tab. 1) je využít s výhodou správnou kombinaci elektrických charakteristik tak, aby nedošlo k narušení:
– bezpečnosti instalace, tj. zamezení vznícení zařízení v důsledku elektrické poruchy,
– bezpečnosti díky nepřerušovanému provozu, tj. omezení odpojení pouze na obvod s poruchou při nadproudu nebo při zemním spojení.
Tab. 1. Koordinace přístrojů v elektrických instalacích nn [5]![Tab. 1. Koordinace přístrojů v elektrických instalacích nn [5]](/img/content/tab117.jpg)
Parametry
Veličinami správné koordinace elektrických přístrojů mohou být:
– návrhový proud,
– předpokládaný zkratový nebo poruchový proud,
– vypínací doby přístrojů,
– napětí sítě,
– energie (omezené hodnoty I2t),
– vrcholová hodnota omezeného proudu.
U pojistek je třeba brát navíc v úvahu ještě tyto veličiny:
– předobloukovou hodnotu I2t a předobloukovou dobu,
– působení I2t a dobu působení.
Požadavky
Při volbě elektrických přístrojů musí být zvažováno vzájemné působení mezi těmito přístroji tak, aby jimi nebyla nepříznivě ovlivněna bezpečnost instalace.
Pro dosažení koordinace mezi elektrickými přístroji se uvažují požadavky pro případ:
– zkratu,
– přetížení,
– reziduálních proudů.
Hlediska pro dosažení koordinace elektrických přístrojů jsou:
– selektivita,
– ochrana před zkratem,
– nadproudová ochrana.
Při volbě elektrických přístrojů musejí být brány v úvahu charakteristiky pro koordinaci, které uvádí výrobce daných přístrojů.
Správná selektivita z hlediska norem
Selektivita je obecně koordinace charakteristik dvou nebo více ochranných zařízení tak, že v případě vzniku nadproudů nebo reziduálních proudů v rámci stanovených mezí zapůsobí zařízení určené pro působení v těchto mezích, avšak další zařízení nezapůsobí.
Sériová selektivita je zajišťována různými nadproudovými ochranami, přes které prochází v zásadě stejný nadproud, zatímco síťová selektivita zahrnuje nadproudové ochrany, jimiž procházejí různé části nadproudu.
Úplná selektivita představuje situaci, při níž působí pouze nadproudový ochranný přístroj (OCPD – Overcurrent Protective Device) na straně zátěže, a to až do hodnoty maximálního předpokládaného zkratového proudu v místě jeho instalace. Při částečné selektivitě působí pouze nadproudová ochrana (OCPD) na straně zátěže, a to až do hodnoty poruchového proudu (mezního proudu selektivity), který je menší než maximální předpokládaný zkratový proud v místě instalace.
Selektivita mezi OCPD je definována z hlediska podmínek přetížení a z hlediska podmínek zkratu. Selektivita mezi proudovými chrániči (RCD – Residual Current Device) je definována podle obecných požadavků (norem, softwaru, výrobců, zkoušek) a z hlediska reziduálních proudů.
Obecné požadavky
Je-li vyžadována selektivita, musí se provést ověření, a to:
– studií od stolu, přičemž se bere v úvahu příslušná výrobková norma a literatura výrobce,
– pomocí vhodného programového nástroje (softwaru), pro jejichž specifické použití poskytnou informace výrobci,
– zkouškami v souladu s příslušnou výrobkovou normou,
– na základě prohlášení výrobce.
V případě studie od stolu, kdy jsou pro ověření selektivity použity charakteristiky čas-proud, by měly být zohledněny referenční teplota okolí, pro niž jsou udávány vypínací křivky, a podmínky zatížení předtím, než dojde k přetížení.
Hledisko reziduálních proudů
Selektivita v případě reziduálních proudů je dána za těchto podmínek:
– RCD na straně zdroje je selektivního typu (typ S nebo časově zpožděný typ s odpovídajícím nastavením časového zpoždění),
– poměr jmenovitého reziduálního proudu RCD na straně zdroje ke jmenovitému reziduálnímu proudu RCD na straně zátěže musí být alespoň 3 : 1.
V případě proudových chráničů s nastavitelným jmenovitým reziduálním proudem a časovým zpoždění musí být s ohledem na selektivitu uveden odkaz na návod výrobce.
Selektivita mezi RCD a OCPD na straně zdroje
V případě zemní poruchy může proud dosáhnout velkých hodnot, které by mohly překročit okamžitý vybavovací proud nadproudového ochranného přístroje na straně zdroje. Je-li tedy požadována selektivita mezi RCD a OCPD na straně zdroje, musí se použít proudový chránič s vestavěnou nadproudovou ochranou (RCBO – Residual Current-operated circuit Breaker with Overcurrent protection) nebo jistič zahrnující ochranu před reziduálním proudem (CBR – Circuit Breaker incorporating Residual current protection).
Selektivita mezi RCD a OCPD na straně zátěže
V případě zemní poruchy může být poruchový proud menší než okamžitý vybavovací proud OCPD na straně zátěže. V tomto případě vybaví RCD na straně zdroje, a selektivita tak není zajištěna. Je-li tedy požadována selektivita mezi RCD a OCPD na straně zátěže, musí se použít proudový chránič s vestavěnou nadproudovou ochranou (RCBO) při současném uplatnění požadavků na selektivitu mezi proudovými chrániči.
Selektivita jističe versus pojistky v praxi
Příklad konfigurace
Mějme pro představu toto uspořádání: selektivní jistič vedení 63 A, následně zapojená tavná pojistka 25 A a za ní řazený jistič vedení B16 A.
Předběžné úvahy
Při hledání vhodného řešení selektivity ochranných prvků zpravidla elektrotechnik narazí nejprve na údaje k předřazeným tavným pojistkám a jim následně zapojeným jističům vedení.
Kromě toho praktikující elektrotechnici běžně využívají k posuzování selektivity výpočetní programy (např. Simaris Curve, Sichr aj.) některého renomovaného výrobce jisticích a spínacích přístrojů. Následkem toho by výše uvedená konfigurace selektivní jistič vedení 63 A, následně zapojená tavná pojistka 25 A a za ní řazený jistič vedení B16 A splňovala požadavky na selektivitu. Protože však tato konfigurace zpravidla vyhoví pouze při použití přístrojů daného renomovaného výrobce, který poskytuje výpočetní program s předdefinovanými parametry svých výrobků, je vhodnost tohoto řešení pro všeobecnou praxi poněkud problematická.
Otázkou také je, zda by mohlo být v uvedeném případě možné (a přípustné) od selektivity upustit. Na druhé straně by se z toho dalo také odvodit, že všechna přívodní vedení je třeba dimenzovat na 63 A. Pro zahradní chatku, garáž nebo dvě ložnice v podkroví by to ale bylo přece jenom „trochu“ předimenzované. Jistě by tady stačilo z hlediska zatížení dimenzovat na 35 A nebo na ještě méně. Otázkou je, zda kromě vypínací charakteristiky existují ještě nějaká další hodnoticí kritéria.
Související normativní rámec
Pro vysvětlení tohoto problému je třeba se nejprve podívat na některá další související ustanovení elektrotechnických norem souboru ČSN 33 2000, tj. [2], [3], [4], [5] a [6].
Jde především o tato témata:
– nadproudová ochrana kabelů,
– ochranná opatření před úrazem elektrickým proudem,
– dodržení ochrany před zkratem,
– dodržení doporučeného úbytku napětí.
Nadproudová ochrana kabelů
Pod tímto názvem je myšleno stanovení každého jednotlivého úseku napájení příslušným pracovním proudem a vyladění proudové zatížitelnosti použitých kabelů. Zde se uplatní především tabulky proudové zatížitelnosti normy ČSN 33 2000-5-52 ed. 2. Poté zpravidla následuje doladění ochrany před nadproudy podle ČSN 33 2000-4-43 ed. 2 na základě tzv. principu pracovního proudu.
Ochranné opatření před úrazem elektrickým proudem
Zřizovatel elektrického zařízení (elektroinstalace) musí v tomto kroku prokázat v sítích TN zavedení bezpečnostních opatřeních podle ČSN 33 2000-4-41 ed. 3. Toto je v elektrotechnické praxi obvykle řešeno revizí elektrické instalace podle ČSN 33 2000-6 ed. 2.
Dodržení ochrany před zkratem
V tomto bodě je třeba prokázat pomocí měření vnitřního odporu sítě nebo výpočtem zkratových proudů, že při malém jednopólovém zkratu bude na konci proudového obvodu skutečně dosaženo zkratového proudu, který je nezbytný pro zaúčinkování zkratové ochrany.
Dodržení doporučeného úbytku napětí
Pro správné fungování elektrických zařízení a spotřebičů je důležité zajistit maximální přípustné snížení síťového napětí na konci elektrického vedení. Doporučené hodnoty maximálního úbytku napětí jsou uvedeny v ČSN 33 2000-5-52 ed. 2 v odst. 525 Úbytky napětí v instalacích uživatelů.
Požadavky na selektivitu k uvedenému příkladu
Nejprve je třeba zjistit, kde a za jakých podmínek je vlastně selektivita v elektrické instalaci vyžadována. V našem příkladu konfigurace jde o bytovou výstavbu, a tak podle požadavků norem by zpravidla přicházela v úvahu pouze oblast hlavní napájecí sítě. Toto konkrétně znamená, že po výskytu poruchy (např. zkratu, zemního spojení apod.) nesmí s ohledem na zkratovou selektivitu zaúčinkovat hlavní domovní pojistka.
Pokud jde o posouzení zkratové selektivity, je třeba porovnat nejen charakteristiky ochranných prvků, ale také propustnou energii s energií potřebnou k vybavení předřazených ochranných prvků. Touto problematikou se zabývá především ČSN 33 2000-5-53 ed. 2 odst. 536.4 Požadavky na koordinaci.
Další text je zaměřen výhradně na zkratovou selektivitu.
Selektivita k hlavní domovní pojistce
Jestliže zřizovatel elektrické instalace integruje doplňkový ochranný prvek (např. tavnou pojistku) do dalšího podružného rozváděče, projeví se to na selektivitě k hlavní domovní pojistce při vzniku poruchy za doplňkovým ochranným prvkem spíše pozitivně. Je to dáno dodatečným omezením energie tavné pojistky. Pro tento případ by se selektivita, pokud jde o zaúčinkování hlavní domovní pojistky, spíše zlepšila, než zhoršila. K tomuto účelu je možné také využít příslušné tabulky selektivity výrobce použitého ochranného přístroje, např. selektivního jističe vedení – viz tab. 2.
Tab. 2. Příklad zkratové selektivity pro kaskádu pojistka gL/gG – S 750/S 750 DR – S 200/S 400 [1]
Selektivita v elektrickém rozvodu
Pro tento případ by bylo třeba vzhledem k selektivním vlastnostem selektivního jističe, aby správnost konfigurace (uspořádání), resp. konstelace (vzájemného postavení) ochranných prvků ověřil, popř. odzkoušel výrobce selektivních jističů vedení. Toto však není možné provést prostým porovnáním charakteristik pomocí simulačního výpočetního programu.
Má-li být nyní zřízena elektrická instalace selektivně také ve všech částech rozvodu a tím ověřena zkratová selektivita, je nezbytné použít všechny dostupné technické údaje výrobce o použitých ochranných přístrojích. Pokud by žádné vhodné údaje výrobce nebyly k dispozici, nabízí se ještě jedna alternativa: Zřízení elektrické instalace se dá realizovat tak, že se pomocí dostupných podkladů, resp. informací od výrobce prokáže zkratová selektivita.
U výše popsaného případu by bylo možné následně instalovaný podružný rozváděč zřídit elektrotechnicky paralelně s hlavním podružným rozváděčem bez doplňkového jištění. Pomocí dostupných informací, jak je to např. naznačeno v tab. 2, se pak dá zkratová selektivita bezproblémově realizovat a prokázat. Pokud by měl být podružný rozváděč odpojitelný odděleně od hlavního podružného rozváděče, lze to řešit pomocí odpínače. Tato varianta vede ovšem k větším průřezům vedení, protože také následný podružný rozváděč, resp. napájecí vedení k předřazenému selektivnímu jističi vedení se musí správně dimenzovat.
Závěr
V tomto příspěvku jsou popsány základní rysy selektivity a k ní se vztahující normativní ustanovení. Před realizací elektrické instalace je třeba předem ověřit, popř. deklarovat, zda a ve kterých částech instalace je nutné provést selektivní rozvod proudu. Je-li třeba selektivitu vytvořit, doporučuje se při projektování a návrhu topologie elektrické instalace využít technické údaje výrobce ochranných přístrojů, popř. vhodné softwarové nástroje.
Některé normy související s tématem článku
– ČSN 33 2000-4-41 ed. 3
ČSN 33 2000-4-41 ed. 3:2018 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-4-41:2017. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Norma specifikuje základní požadavky týkající se ochrany před úrazem elektrickým proudem včetně základní ochrany (ochrany před přímým dotykem) a ochrany při poruše (ochrany před nepřímým dotykem) osob a hospodářských zvířat. Zabývá se také uplatněním a koordinací těchto požadavků ve vztahu k vnějším vlivům. Uvádí též požadavky na uplatnění doplňkové ochrany v určitých případech.
– ČSN 33 2000-4-43 ed. 2
ČSN 33 2000-4-43 ed. 2:2010 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-43: Bezpečnost – Ochrana před nadproudy. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-4-43:2010. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Norma popisuje, jak jsou živé vodiče chráněny jedním nebo více přístroji zajišťujícími automatické odpojení od zdroje v případě přetížení a zkratu. Uvádí též výjimky, kdy tuto ochranu není třeba zajišťovat. Norma pokrývá též otázky koordinace nadproudové a zkratové ochrany.
– ČSN 33 2000-5-52 ed. 2
ČSN 33 2000-5-52 ed. 2:2012 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-52: Výběr a stavba elektrických zařízení – Elektrická vedení. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-5-52:2011. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Norma se zabývá výběrem a stavbou elektrických vedení. Uvádí způsoby instalace elektrických vedení ve vztahu k druhům použitých vodičů nebo kabelů, ve vztahu k umístění vedení a v přílohách informuje o proudové zatížitelnosti elektrických vedení podle druhu vedení, způsobu jeho uložení a podle vnějších vlivů, které působí na vedení během jeho provozování. Stanoví též zásady pro provedení vedení s ohledem na nebezpečí šíření požáru i s ohledem na blízkosti rozvodů sdělovacích i neelektrických. Normativní část je doplněna přílohami vztahujícími se ke kladení vedení, informujících o dovolených proudech, účincích vyšších harmonických proudů, uspořádání vodičů, kabelů, trubkových systémů. Další přílohy uvádějí také údaje týkající se některých zemí. Obsáhlá příloha informuje o zvyklostech uplatňovaných v rámci ČR.
– ČSN 33 2000-5-53 ed. 2
ČSN 33 2000-5-53 ed. 2:2016 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-53: Výběr a stavba elektrických zařízení – Spínací a řídicí přístroje. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-5-53:2015. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Norma se zabývá obecnými požadavky pro odpojování, spínání, řízení a monitorování a požadavky na volbu a montáž přístrojů zajišťujících plnění těchto funkcí. Výběr těchto zařízení se provádí za účelem zajištění ochranných opatření a funkce elektrické instalace.
– ČSN 33 2000-6 ed. 2
ČSN 33 2000-6 ed. 2:2017 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 6: Revize. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-6:2016. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze. Norma stanoví požadavky pro výchozí a pravidelnou revizi elektrické instalace. Kapitola 6.4 stanoví požadavky na výchozí revizi prováděnou prohlídkou a zkouškami elektrické instalace, aby se, pokud je to rozumně možné, rozhodlo, zda byly splněny požadavky ostatních částí souboru IEC 60364 a požadavky na provedení zprávy o výsledcích výchozí revize. Výchozí revize se provádí po dokončení nové instalace nebo po dokončení doplněných částí nebo po dokončení změn již existující instalace. Kapitola 6.5 stanoví požadavky na pravidelnou revizi elektrické instalace, aby se, pokud je to rozumně možné, rozhodlo, zda instalace a veškeré její součásti jsou z hlediska užití instalace v uspokojivém stavu, a dále stanoví požadavky na provedení zprávy o výsledcích pravidelné revize.
Literatura:
[1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 5/2020, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München (www.elektro.net/ heftarchiv).
[2] ČSN 33 2000-4-41 ed. 3:2018 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem.
[3] ČSN 33 2000-4-43 ed. 2:2010 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-43: Bezpečnost – Ochrana před nadproudy.
[4] ČSN 33 2000-5-52 ed. 2:2012 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-52: Výběr a stavba elektrických zařízení – Elektrická vedení.
[5] ČSN 33 2000-5-53 ed. 2:2016 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-53: Výběr a stavba elektrických zařízení – Spínací a řídicí přístroje.
[6] ČSN 33 2000-6 ed. 2:2017 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 6: Revize.