Pojistkové vložky – ano, či ne?

V době, kdy se postupně připravuje další průmyslová revoluce, kolem nás se stále víc věcí reguluje, měří a ovládáme je na dálku, se objevuje otázka: Pojistky – ti dinosauři jištění, se pořád používají? Co mají pojistky, co nemají ostatní jisticí prvky?

Odpověď na první otázku zní: ano, používají. Bez přerušení od konce 19. století, kdy je v roce 1890 patentoval W. M. Mordey. Původní pojistka se v principu od té současné ani moc neliší (obr. 1). Stále je součástí keramické těleso, tavný drát nebo pásek, zhášecí materiál a kontakty (obr. 2). Stejná je i jejich podstata, jsou nejslabším místem chráněného elektrického obvodu.

Obr. 1. Pohled dříve a nyní

Obr. 2. Průřez pojistkovou vložkou

Hlavní změna je však zřejmá na vlastnostech elektrických zařízení, která pojistková vložka musí dnes ochránit. Proto se z jednoho základního typu pojistkové vložky musely vyvinout další nové typy, které se dělí podle kategorií užití, tj. vypínacího rozsahu a účelu použití.

Vedle základních parametrů, jako jsou jmenovitý proud, napětí, vypínací schopnost, lze najít na každé pojistkové vložce skupinu dvou až tří písmen. První písmeno je malé a označuje třídu kategorie užití, tj. udává vypínací rozsah pojistkové vložky:

g – pojistkové vložky jsou schopny vypínat veškeré nadproudy až do rozsahu své vypínací schopnosti,

a – pojistkové vložky mají oblast nadproudů, ve které nesmí vypínat. Ostatní nadproudy vypínají až do své vypínací schopnosti. Velikost této zakázané oblasti je do tří- až pětinásobku jmenovitého proudu, v závislosti na hodnotě jmenovitého proudu pojistkové vložky. V případě potřeby jištění elektrických zařízení i v zakázané oblasti musí být pojistková vložka označená písmenem „a“ doplněna vhodným doplňkovým jisticím prvkem, jako je jistič, tepelné relé apod.

Pro lepší pochopení třídy a je na obr. 3 znázorněn příklad pojistkové vložky kategorie užití aM. Křivky 1 a 2 ohraničují pásmo, ve kterém se musí konkrétní reálná charakteristika nacházet. Křivka 3 tvoří hranici, nad kterou pojistková vložka nesmí vypínat a pod kterou musí být charakteristika doplňkového jisticího prvku (obr. 4).

Obr. 3. Meze přetěžování pojistkové vložky aM

Obr. 4. Charakteristika pojistkové vložky a doplňkových jisticích prvků

Toto první písmeno ale nepodává informaci, v jaké době a s jakými dalšími parametry bude pojistková vložka vypínat. K tomu je třeba znát i druhé, v některých případech druhé a třetí písmeno, charakterizující účel a vhodnost použití pojistkové vložky. Je možné říct, že definuje specifické požadavky, které pojistková vložka musí splnit (velikost smluvených proudů, smluvených dob, přípustných ztrát apod.). Druhé písmeno je vždy velké:

G – pojistková vložka pro všeobecné použití, jištění vedení, kabelů a motorů, zajištěna vzájemná selektivita jmenovitých proudů,

M – pojistková vložka pro jištění motorů, nadproudových relé, stykačů a podobných přístrojů, pouze proti zkratu,

R – jištění polovodičových prvků, jako jsou měniče frekvence, softstartéry; velmi rychlá charakteristika,

S – jištění polovodičových prvků a kabelů se speciálně upravenou charakteristikou v oblasti malých nadproudů pro jištění kabelů,

PV – jištění fotovoltaických systémů,

L – podobný význam jako G, definováno podle standardu VDE; liší se pouze v oblasti malých jmenovitých proudů,

Tr – jištění distribučních transformátorů na sekundární straně.

Kombinací těchto písmen jsou definovány pojistkové vložky s různými možnostmi jištění různorodých elektrických obvodů. V praxi se lze ale nejčastěji setkat s kategoriemi užití gG, gR, gS, aM a aR (obr. 5).

Obr. 5. Příklady charakteristik pojistkových vložek

Pro odpověď na druhou otázku z úvodu je nejprve nutné podívat se na technické vlastnosti pojistkové vložky. Vedle jmenovité vypínací schopnosti, která u pojistkových vložek dosahuje až 120 kA, je oceňována hlavně její schopnost omezit zkratový proud a tím i potenciálně likvidační působení elektrodynamických sil a Jouleova integrálu I²t, které by se jinak na jištěném zařízení mohly objevit a zničit ho (obr. 6). Hodnoty udávající schopnost omezení proudu pojistkovými vložkami závisejí na efektivní hodnotě předpokládaného zkratového proudu při nejnepříznivějších podmínkách v elektrickém obvodu (zkratu). Konkrétní hodnoty lze odečíst v omezovacích charakteristikách I_c = f(I_p). Například pojistková vložka se jmenovitou hodnotou proudu 25 A by předpokládaný zkratový proud 80 kA omezila na vrcholovou hodnotu omezeného proudu 5 kA (obr. 7).

Obr. 6. Omezovací schopnost pojistkové vložky

Obr. 7. Omezovací charakteristika pojistkových vložek PNA, gG

Pojistkové vložky kategorie užití gG a aM začínají omezovat proud od deseti- až padesátinásobku svého jmenovitého proudu. Nižší hodnoty odpovídají nižším jmenovitým hodnotám proudu (desítky ampérů). Vyšší odpovídají vyšším hodnotám jmenovitých proudů (stovky ampérů). Velikost omezovacího proudu se s napětím mění zanedbatelně.

Tato schopnost pojistkových vložek je často využívána na začátku elektrických obvodů, kde jako předřazený jisticí prvek před kompaktními nebo modulárními jističi omezí zkratový proud a zajistí kaskádování.

Další výjimečná vlastnost, pro kterou nelze na pojistkové vložky zanevřít, je malá hodnota Jouleova integrálu I²t (energie uvolněná v rezistenci 1 Ω, v závislosti na proudu I_p, kde I_p je předpokládaný zkratový proud). V podstatě tato hodnota říká, jak velké množství energie se dostane za pojistkovou vložku na chráněné zařízení, než se pojistková vložka přetaví a přeruší elektrický obvod.

Přesně definovaná hodnota celkové propuštěné energie je zvlášť důležitá při jištění softstartérů nebo měničů frekvence používaných pro plynulý rozběh a doběh asynchronních motorů. Ve většině případů mají tyto přístroje vnitřní ochranu před přetížením a pro jištění stačí kombinace jistič a chráněný přístroj. Má-li ale vývod softstartéru nebo měniče frekvence splňovat požadavky na typ koordinace 2, musí být použita pojistková vložka pro jištění polovodičů gR/aR. Při výběru pojistkové vložky je nutné vybírat nejen podle předepsané hodnoty jmenovitého proudu a napětí, ale hlavně podle celkového množství propuštěné energie I²t (obr. 8).

Obr. 8. Pojistková vložka

Tato energie v žádném případě nesmí být větší, než jsou schopny pojmout polovodičové prvky chráněného zařízení, a běžně bývá určována výrobcem. Nesprávnou volbou pojistkové vložky je možné zničit chráněné zařízení, přestože pojistková vložka správně přeruší obvod.
I²t _{pol. prvek} ≥ I²t _{poj. vložky}

Hodnoty celkové propuštěné energie I²t výrobci pojistkových vložek udávají buď v grafické podobě (obr. 9), nebo v podobě tabulek (tab. 1.).

Tab. 1. Tabulkový přehled hodnot I2t pojistkových vložek P50U10, aR

Obr. 9. Charakteristiky I²t pojistkových vložek PNA, gG

Celková doba pro výpočet Jouleova integrálu je dána celkovou vypínací dobou pojistkové vložky, tj. součtem tavné doby a doby hoření oblouku. Protože je při vyšším napětí doba hoření oblouku delší a při nižším napětí kratší, je i velikost Jouleova integrálu pojistkové vložky závislá na napětí. Při zjišťování hodnoty I²t při hodnotě provozního napětí nižší, než je definováno pro jmenovitou hodnotu pojistkové vložky, je nutné z důvodu jeho závislosti na napětí provést přepočet pomocí korekčního koeficientu k, viz obr. 10. V tomto případě je zjevné, že při použití pojistkové vložky na
400 V místo 500 V hodnota Jouleova integrálu klesá na 87 % své hodnoty.

Obr. 10. Závislost korekčního koeficientu k na provozním napětí pojistkové vložky

Nelze zapomenout ani na základní charakteristiku každé pojistkové vložky, a to ampérsekundovou charakteristiku. Udává dobu, za kterou pojistková vložka přeruší elektrický obvod v závislosti na předpokládaném proudu I_p při stanovených podmínkách. Ampérsekundové charakteristiky nejčastěji udávají jen tavnou část charakteristik z důvodu jejich nezávislosti na napětí. Proto i jejich název: tavné charakteristiky (obr. 11).

Obr. 11. Tavná ampérsekundová charakteristika PNA2

Vyzdvihnout je třeba i její použití ve stejnosměrných obvodech, kde je v malém balení a za nízkou cenu ukryta velká jisticí schopnost. A takhle, ve výčtu výhod pojistkových vložek, by bylo možné pokračovat.

Podle mého názoru se mnou budete i Vy souhlasit, že i při vývoji dalších modernějších a lépe ovládaných jisticích prvků pojistka má a stále bude mít v elektrotechnických rozvodech své opodstatněné místo.

Více informací k pojistkovým vložkám OEZ než vidíte v tab. 2, můžete najít v katalogu Pojistkové systémy Varius nebo na internetových stránkách.

Tab. 2. Přehled pojistkových vložek OEZ

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 6/2018 na straně 48. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde