Dnešní příspěvek zahajuje miniseriál o elektrických ochranách v soustavách nízkého napětí (nn). První díl je rozdělen na dvě části. V první bude ujasněno základní názvosloví, které je společné pro všechny díly minisérie. Druhá část bude pojednávat o pojistkách. Pojistky jsou nejstarším typem elektrické ochrany před účinky nadproudů a zkratů. Bude vysvětlen princip funkce pojistky a všechny jednotlivé typy, které se dnes používají.
Názvosloví
- Elektrický obvod: Je vodivé spojení, které je tvořeno elektrickými prvky (vodiče, odpory, cívky atd.).
- Nadproud: Je takový elektrický proud, který je větší než jmenovitý proud In (vyšší než je povolená kladná tolerance jmenovitého proudu). Nadproudem je myšlena hodnota proudu, která jakkoliv přesahuje jmenovitý proud předřazeného bezpečnostního prvku, zatímco zkratový proud už jej přesahuje několikanásobně.
- Proudové přetížení: Je stav, při kterém (dlouhodobě) obvodem teče elektrický proud větší než přípustný. Proudové přetížení vzniká např. ve správně zapojených obvodech připojením většího množství spotřebičů.
- Zkrat: Je bezodporové spojení dvou nebo více bodů obvodu, které mají při normální provozu různý potenciál. Zkrat vznikne:
- poruchovým spojením fází s různým (nenulovým) potenciálem navzájem
- poruchovým spojením fáze (fází) se zemí v soustavě s uzemněným uzlem
- Zkratový proud: Je elektrický proud, který protéká elektrickým obvodem v době působení zkratu.
Pojistka
Pojistka je elektrický přístroj, který jistí elektrický obvod tím, že tepelným účinkem nadproudu nebo zkratového proudu přetaví tavný drátek ve vložce, a tím dojde k přerušení elektrického obvodu (=uměle vytvořené slabé místo). S rostoucí velikostí protékajícího proudu se výrazně zkracuje doba do přetavení tavného vodiče pojistky. Pojistky jsou časem prověřeným bezpečnostním přístrojem. Konkrétně jim je přesně 131 let, protože právě v roce 1890 si ji nechal patentovat Thomas Edison. Nicméně přístroje na bázi pojistky se používaly už v roce 1864, a to na ochranu telegrafních věží před blesky.
Elektrický pojistkový prvek je zásadní komponentou, která chrání obvod před účinky nadměrného proudu, jako je přetížení nebo zkrat. Jeho hlavní funkcí je automaticky přerušit tok proudu, když překročí přípustnou úroveň. Princip fungování pojistky je založen na tavení vnitřního vodiče, zvaného pojistkový prvek, který je vystaven vysoké teplotě generované nadměrným proudem. Pojistky jsou prvky, které je nutné po sepnutí vyměnit.
Princip fungování tavné pojistky
Princip tavné pojistky je velmi jednoduchý. Pojistka je tvořena pojistkovým soklem, do kterého se vkládají pojistkové vložky, tzv. patrony. Tyto patrony jsou na jedno použití, takže je musíte po přerušení elektrického obvodu pojistkou vyměnit. Na druhou stranu je výhodou pojistek jejich velmi levná výroba, vysoká spolehlivost a téměř nekonečná životnost, a tedy zachování bezpečnosti bez snížení úrovně, po opravdu dlouhé roky.
V patroně se nachází tavný elektrický vodič, který je nejčastěji ze stříbra či mědi. Ten se zahřívá a zároveň má nízkou teplotu tavení. Pokud tedy dojde k nadproudu či zkratu, zvýší se teplota vodiče, který se následně jednoduše roztaví a tím přeruší obvod - jinými slovy přeruší přívod elektřiny. Pojistky určené pro vyšší elektrický proud nebo napětí jsou většinou doplněny křemičitým pískem. Ten slouží k uhašení elektrického výboje, který vznikne při rozpojení obvodu.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
V pojistkové patroně pro vyšší napětí nebo vyšší elektrické proudy je tavný vodič uložen v hasebním prostředku (obvykle v křemičitém písku). Úkolem hasebního prostředku je tlumit vnitřní tlakovou vlnu vzniklou působením elektrického oblouku, hasit vzniklý elektrický oblouk a tím urychlit vypnutí pojistky. Pojistková patrona je určena pro jednorázové použití. Pojistkové patrony je zakázáno opravovat.
Vlastnosti tavného vodiče
Tavný vodič musí mít následující vlastnosti:
- velká vodivost
- nízká teplota tavení
- malá náchylnost k oxidaci
- snadná vypařitelnost
Nejčastěji jsou používány tavné vodiče vyrobené ze stříbra nebo mědi (dráty, pásky).
Materiály používané k výrobě pojistek
Materiály používané k výrobě pojistek jsou pro jejich funkci a bezpečnost klíčové. Obvykle jsou vyráběny z materiálů jako měď, hliník a keramika. Měď a hliník se používají díky svým dobrým vodivostním vlastnostem, zatímco keramika často slouží jako pouzdro zajišťující správnou izolaci. V automobilových pojistkách se používají i plasty s průhledným pouzdrem, což umožňuje snadnou kontrolu stavu pojistkového prvku.
Rozdělení pojistek
Existuje mnoho typů elektrických pojistek, které lze klasifikovat podle různých kritérií, jako jsou jejich charakteristika a princip fungování. Pojistky lze klasifikovat podle charakteristiky (např. gG). Pojistky dělíme podle dvou písmen (např. gG). Klasifikace podle charakteristiky zahrnuje pojistky B, C a D. Typ B je určen pro obvody s nízkým proudovým zatížením, zatímco typy C a D se používají v situacích, kde je požadována vyšší odolnost vůči nárazovým proudům, např. v průmyslových instalacích. Klasifikace podle principu fungování zahrnuje mechanické a tepelné pojistky. Mechanické pojistky fungují na základě aktivace elektromagnetickou silou, což umožňuje rychlé přerušení obvodu. Tepelné pojistky reagují na zvýšení teploty způsobené nadměrným proudem, což vede k tavení kovového prvku uvnitř vložky. Je třeba mít na paměti, že každý typ pojistky má své specifické aplikace a jejich výběr by měl záviset na požadavcích konkrétní elektrické instalace.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Pojistky pro bytové elektroinstalace
Pojistky pro bytové elektroinstalace se stále ještě vyskytují ve formě keramických pojistek. V praxi se využívají dvě řady - DII (6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A) a DIII (35 A, 50 A, 63 A).
Pojistky mají válcový tvar. Elektrický kontakt na širším konci má v konkrétní řadě stejný průměr pro všechny proudové hodnoty. Uprostřed tohoto kontaktu je barevný signalizační terčík. Barva terčíku je přiřazena proudovému rozsahu. Při přetavení pojistky se terčík uvolní a odpadne. Druhý konec pojistky je zúžený a každému proudovému rozsahu je přiřazena konkrétní velikost keramické vložky v pojistkovém spodku. Barva vložky se shoduje s barvou terčíku na pojistce. Do vložky lze zasunout vždy jen správnou (nebo slabší) pojistku, nikdy silnější. Barevné značení pojistek se zachovalo dodnes a nyní se používá na jističích.
Normalizované barvy pojistek pro bytové instalace:
| Proud (A) | Barva |
|---|---|
| 2 | růžová |
| 4 | hnědá |
| 6 | zelená |
| 10 | červená |
| 13 | černá |
| 16 | šedá |
| 20 | modrá |
| 25 | žlutá |
| 35 | černá |
| 50 | bílá |
| 63 | měděná |
| 80 | stříbrná |
| 100 | červená |
| 125 | žlutá |
Barvy se opakují, ale díky vložce nelze vložit jinou pojistku.
Válcové pojistky
Válcové pojistky se používají zejména pro jištění v rozvaděčích výrobních objektů nebo přímo elektrických strojů. Pojistky jsou symetrické a oba konce, které jsou tvořeny kovovými čepičkami sloužící jako kontakty, jsou identické. Proudové rozsahy jsou rozlišeny pouze potiskem.
Existují tři rozměrové řady:
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
- 10×38 mm pro proudy 0,5-25 A
- 14×51 mm pro proudy 2-50 A
- 22×58 mm pro proudy 4-125 A
Pojistky se zasazují do pojistkových odpínačů. Samotná pojistka je umístěna ve výklopné schránce. Třífázové odpínače mají výklopnou schránku spojenou. Tím dochází při výměně jedné pojistky k odpojení celého třífázového obvodu.
Nožové pojistky
Nožové pojistky slouží pro jištění výkonově silnějších obvodů (např. s trojfázovými motory, celé domy). Vyrábějí se v několika rozměrových řadách, které se proudovým rozsahem překrývají. Jednotlivé velikostní řady se rozlišují pouze potiskem. Nožové pojistky se vyměňují pouze pomocí izolovaného držáku, tzv. žehličky.
Pro nožové pojistky existují odpínače, kde pojistky pro všechny tři fáze jsou umístěny ve společném nosiči a je možné je vypojit najednou ze všech fází. Princip nožových pojistek je shodný s principem keramických pojistek.
Pojistky pro dopravní prostředky
Pojistky pro dopravní prostředky se obvykle používají s barevným plastovým tělesem a s nožovými kontakty. Barva tělesa pojistky odpovídá jmenovitému proudu. Používejte automobilové pojistky pouze v elektrických systémech vozidel.
Skleněné trubičkové pojistky
Skleněné trubičkové pojistky se používají k jištění výrobků spotřební elektroniky. Proudový rozsah vyráběných pojistek je od několika desetin do několika ampérů. Jsou velmi pomalé (TT), pomalé (značeno T), středně pomalé (M), rychlé (značeno F) a velmi rychlé (TF) v závislosti na tom, za jak dlouho dojde k přepálení tavného drátku při konstantním nadproudu. Pomalejší pojistky se používají např. pro jištění elektromotorů, u kterých, při rozběhu, je záběrový proud mnohonásobně větší než proud jmenovitý. Pravidlo výběru: Použijte pomalé pojistky pro jakoukoli zátěž s náběhovým proudem > 5× ustálený stav, rychlé pojistky pro zátěže s minimálním náběhovým proudem. V případě pochybností se poraďte se specifikacemi výrobce zařízení.
Pojistky vs. Jističe
Pojistky a jističe jsou elektrické přístroje, které vypnou elektřinu, dojde-li ke zvýšení proudu nad bezpečnou mez, či přímo ke zkratu. Díky tomu zabraňují možnému úrazu elektřinou či požáru. Rozdíly mezi pojistkami a jističemi jsou důležité pro pochopení jejich rolí v elektrických systémech. Pojistky jsou jednorázové zařízení, což znamená, že po sepnutí, kdy se pojistkový prvek roztaví v důsledku přetížení nebo zkratu, je nutné je vyměnit. Tento mechanismus je méně pohodlný, protože po každé události je nutné provést opatření k obnovení funkce obvodu. Naproti tomu jističe, také nazývané proudové chrániče, jsou opakovaně použitelné zařízení. Princip fungování těchto dvou typů zařízení se výrazně liší. Pojistka pracuje tavením kovového prvku při vysoké teplotě, zatímco jistič využívá bimetalický a elektromagnetický mechanismus k rychlému přerušení obvodu při zjištění nadměrného proudu. Navíc jističe často nabízejí možnosti nastavení a selektivity, což umožňuje lepší přizpůsobení konkrétním podmínkám obvodu.
Jističe
Stejně jako za pojistkami, tak i za jističi stojí Thomas Edison. Za jeho života však byly běžnější pojistky, zatímco dnes je tomu naopak. Jistič moderního typu si až v roce 1924 nechal patentovat švýcarský koncern Brown, Boveri & Cie.
Jističe jsou už o něco složitější přístroje než pojistky, nicméně jejich základní princip je jednoduchý. Dnes se běžně používají termomagnetické jističe, které na rozdíl od pojistky obsahují dvě spouště: bimetalový pásek, který reaguje na nadproud, a elektromagnet, který rozpojí obvod při zkratovém proudu.
- Bimetalový pásek: Je tvořen dvěma kovy s rozdílnou tepelnou roztažností. Pokud jím dlouhodobě prochází nadproud, neroztaví se úplně, ale postupně se ohýbá, dokud nedojde k rozepnutí obvodu. Délka tohoto procesu záleží na velikosti nadproudu a teplotě okolí. Jistič může v takové situaci obvod rozpojit během pár minut, ale klidně až za hodinu, v závislosti na velikosti nadproudu.
- Elektromagnet: Je citlivý na zkratové proudy a na rozdíl od bimetalu reaguje prakticky okamžitě, řádově v desítkách milisekund. V jističi je pohyblivý kontakt, který drží tzv. kotva ve spojení s pevným kontaktem. Pokud dojde ke zkratovému proudu, elektromagnet k sobě přitáhne kotvu, čímž dojde k odtržení kontaktů, a tudíž k přerušení obvodu.
Výběr správné pojistky
Volba správné pojistky pro elektrickou instalaci je nezbytná pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti systému. Správný výběr pojistky není jen o splnění jmenovitých proudů - jde o navrhování systémů, které poskytují spolehlivou, selektivní ochranu a zároveň minimalizují prostoje a poškození zařízení.
- Jmenovitý proud: Je jedna ze základních hodnot, kterou je třeba brát v úvahu. Měl by být přizpůsoben maximální zátěži instalace. Pojistka s příliš nízkým jmenovitým proudem vyhodí při běžném provozu, což vede k nepříjemným přerušení napájení. Jmenovitý proud pojistky by měl být 1,25× normální provozní proud nebo dimenzován tak, aby chránil nejmenší kabel v obvodu, podle toho, co je nižší.
- Jmenovité napětí: Pojistka musí být vhodná pro pracovní napětí v dané instalaci. Jmenovité napětí ochrany by mělo být rovno nebo vyšší než napětí v obvodu, aby bylo zajištěno správné fungování.
- Časově-proudová charakteristika: Pojistky se dělí na různé typy, např. B, C nebo D, které se liší časem reakce na specifikované zvýšení proudu. Výběr vhodné charakteristiky je nezbytný zejména v instalacích s přístroji, které mohou dočasně odebírat vysoké proudy, jako jsou motory.
- Vypínací schopnost: Určuje maximální zkratový proud, který pojistka dokáže bezpečně přerušit.
- Hodnota I²t: Hodnota I²t (ampér na druhou sekundu) určuje selektivitu a koordinaci pojistky.
- AC vs. DC pojistky: DC proudu chybí přirozené překročení nuly jako u AC, což vytváří trvalý oblouk, který vyžaduje delší těla pojistek naplněná materiály pro zhášení oblouku. 32A DC pojistka může být o 50% větší než ekvivalentní AC pojistka.
- Typy pojistek pro specifické aplikace:
- aM (ochrana motorů): Částečná ochrana, přerušuje pouze vysoké poruchové proudy (typicky > 8× jmenovitý proud), vyžaduje samostatnou ochranu proti přetížení, jako např. bimetalové relé. Pro motorové obvody použijte aM pojistky s stykačem a nadproudovým relé pro kompletní ochranu. Tím se zabrání rušivému provozu pojistky během spouštění motoru.
- Solární FV systémy: Solární FV systémy představují jedinečné výzvy: vysoké DC napětí (až 1500 V), nepřetržitý proud bez průchodu nulya zpětný proud z paralelních řetězců. Standardní AC pojistky nemohou bezpečně přerušit DC oblouky. Nikdy nenahrazujte AC pojistky v solárních aplikacích - trvalý DC oblouk může způsobit katastrofální selhání.
- Polovodičové pojistky: Příklad: Ochrana IGBT s odolností 5 000 A²s vyžaduje polovodičovou pojistku s I²t < 4,000 A²s at maximum fault current.
- Průmyslové rozvaděče: Průmyslové rozvaděče vyžadují pojistky s certifikací IEC 60269 nebo UL 248 s dostatečnou vypínací schopností pro předpokládaný poruchový proud instalace.
Pojistková skříňka
Pojistková skříňka je klíčovou součástí každé elektrické instalace, sloužící k ochraně obvodů před následky přetížení a zkratů. Obsahuje různé prvky, včetně pojistek, které automaticky přeruší obvod v případě nebezpečných podmínek. Skříňka obsahuje také svorky, přes které jsou připojeny přívodní vodiče, a prvky umožňující snadnou výměnu pojistek.
Instalace pojistkové skříňky
Instalace pojistkové skříňky vyžaduje několik klíčových kroků. Především je třeba zvolit vhodné místo pro montáž, které umožní snadný přístup a bude vyhovovat bezpečnostním předpisům. Poté, po sejmutí krytu skříňky, je nutné připojit přívodní vodiče k odpovídajícím svorkám, pečlivě vybírat jejich průřezy podle požadavků instalace. Po připojení všech potřebných komponent je vhodné provést test funkčnosti pojistek a celkové bezpečnosti obvodu.
Legálnost starých pojistkových skříní
Legálnost starých pojistkových skříní často závisí na předpisech platných v dané zemi nebo regionu. Mnoho starších typů skříní nemusí splňovat aktuální bezpečnostní normy, což může vést k jejich označení jako nelegálních. Doporučuje se investovat do moderních řešení, která odpovídají platným normám.
Údržba a řešení problémů s pojistkami
Vyhozená pojistka je nejčastějším problémem v elektrických instalacích. Funguje podle návrhu - pojistka zasáhne, když proud překročí její jmenovitou hodnotu, a tím signalizuje přetížení nebo zkrat v obvodu. V takových situacích je nutné diagnostikovat příčinu sepnutí pojistky, aby se předešlo opakovaným výpadkům. Pravidelné kontroly a údržba pojistek jsou nezbytné k zajištění bezpečného a spolehlivého provozu elektrické instalace. Pojistky nemají pevný interval výměny pokud nebyly aktivovány.
Diagnostika poruch
Diagnostika poruch začíná zjištěním, která pojistka zasáhla. V případě pojistkových prvků se často dají vidět viditelné přerušení ve vložce nebo saze uvnitř. U keramických pojistek bez okénka je nutné provádět měření kontinuity multimetrickým přístrojem. Stojí také za to věnovat pozornost dalším faktorům, které mohou způsobit problémy, jako je stárnutí materiálů nebo koroze kontaktů. Nesprávná instalace pojistek rovněž může představovat riziko.
Jak testovat pojistky?
Je vhodné začít kontrolou technického stavu zařízení. Pro keramické pojistky bez okénka použijte multimetr k měření kontinuity obvodu. Prohlédněte také pojistkové prvky, zda nejsou viditelně poškozené, například přerušená vložka či stopy sazí. Pokud při testování pojistky zjistíte, že je vyhozená, dalším krokem je výměna vyhozené pojistky. Než tak učiníte, ujistěte se, že jste identifikovali příčinu sepnutí pojistky, abyste předešli opakování problému.
Výměna pojistky
Výměna pojistky je proces, který lze provést samostatně. Nejprve je nutné odpojit napájení v daném elektrickém obvodu. Poté lokalizujte poškozenou pojistku a opatrně ji vyjměte. Je důležité, aby nová pojistka měla stejné charakteristiky jako původní. Vyhozenou pojistku nahraďte novou se stejnými parametry jako originál. Pamatujte, že použití pojistek s nesprávnými parametry může vést k vážným rizikům. Opakované praskání pojistky indikuje skrytý problém: přetížený obvod, zkrat nebo selhávající zařízení. Instalace pojistky s vyšším jmenovitým proudem odstraňuje ochranu, což umožňuje přehřátí kabelů nad jejich proudovou zatížitelnost, což vytváří riziko požáru. Místo toho prozkoumejte základní příčinu: změřte skutečný proud zátěže, zkontrolujte zkraty a ověřte dimenzování kabelů. Po výměně je vhodné zkontrolovat stav kontaktů, abyste se ujistili, že nevyžadují čištění. Rovněž je vhodné pravidelně kontrolovat, zda jsou vložky správně usazeny ve svých držácích a zda nejsou uvolněné kontakty, které by mohly způsobovat poruchy.
Moderní řešení v elektrické ochraně
Moderní řešení v elektrické ochraně se rychle vyvíjejí a přinášejí inovace, které zvyšují bezpečnost a efektivitu instalací.
- Chytré pojistky: Jsou jednou z těchto inovací. Jsou vybaveny elektronikou, která umožňuje vzdálené monitorování stavu obvodu a signalizaci problémů ještě před jejich vznikem. Takové systémy dokážou v reálném čase analyzovat průtok proudu a na základě vzorců, jako je nárůst teploty, předpovídat poruchy.
- Polovodičová ochranná zařízení: Nahrazují tradiční mechanické metody přerušení proudu. Použitím polovodičových prvků, jako jsou tranzistory IGBT a MOSFET, mohou tyto moderní jističe přerušit proud během mikrosekund a vyhnout se tak problému elektrického oblouku. Tato řešení jsou zvláště užitečná v sítích stejnosměrného proudu a pokročilých instalacích, kde je rychlost reakce na přetížení klíčová.
- Hybridní přístup: Mnoho průmyslových instalací používá pojistky pro přívody s vysokým proudem (nákladově efektivní, vysoká vypínací schopnost) a jističe pro odbočné obvody (pohodlí, resetovatelnost).
Předpisy a normy
Předpisy a normy týkající se pojistek jsou klíčové pro zajištění bezpečnosti elektrických instalací. Existuje množství národních a mezinárodních norem, které upravují požadavky na konstrukci, charakteristiky a označení pojistek. Nejvýznamnější normou je IEC 60269, což je mezinárodní norma pro nízkonapěťové pojistky. Obsahuje různé třídy pojistek, včetně těch pro průmyslové a domácí použití. V Polsku byly tyto normy implementovány jako PN-EN. Navíc jsou využívány i certifikáty kvality potvrzující shodu s konkrétními požadavky. Například pojistky mohou mít certifikáty UL používané v Severní Americe, stejně jako označení CE požadované Evropskou unií. Tyto certifikáty zaručují, že výrobky byly testovány z hlediska bezpečnosti. Je důležité vybírat jen takové pojistky, které mají odpovídající označení, protože to může pomoci předejít problémům spojeným s nesprávným fungováním v kritických chvílích.
Použití pojistek
Pojistky našly široké uplatnění v různých oblastech, což zdůrazňuje jejich všestrannost a důležitost pro zajištění elektrické bezpečnosti. Elektrické pojistky zůstávají nejekonomičtějšími, nejspolehlivějšími a nejrychleji reagujícími zařízeními pro nadproudovou ochranu pro aplikace od 12V automobilových systémů po 33kV rozvodné sítě. Pro inženýry specifikující ochranná zařízení nabízejí pojistky tři klíčové výhody: ultra rychlé přerušení během zkratů, přesné charakteristiky omezení proudu pro ochranu polovodičů a nákladově efektivní spolehlivost v aplikacích od 32V automobilových systémů po 33kV rozvodné sítě.
- Domácí spotřebiče: Často se používají jako základní ochrana proti přetížení a zkratu v elektrických instalacích. Klasické pojistkové prvky byly dříve hojně využívány, dnes jejich roli stále častěji přebírají moderní jističe, které nabízejí větší pohodlí a rychlejší reakci na poruchy.
- Průmyslové systémy: Hrají klíčovou roli při ochraně strojů a zařízení před poškozením způsobeným nadměrným proudem. S mnoha zařízeními připojenými k jednomu obvodu použití vhodných pojistek předchází poruchám, které by mohly vést ke nákladným výrobním prostojům. Komplexní řada VIOX Electric průmyslových pojistek, držáky pojisteka zařízení pro ochranu obvodů jsou navrženy pro náročná průmyslová prostředí. Komplexní řada VIOX Electric pojistek HRC, držáky pojisteka průmyslové přístroje pro jištění obvodů jsou navrženy pro náročné aplikace po celém světě.
- Vozidla na elektrický pohon: Jsou nezbytné k ochraně proti přetížení a zkratu v napájecích obvodech, což je zvlášť důležité vzhledem k vysokonapěťovým bateriím. Tyto pojistky musí splňovat přísné normy, aby nedošlo k poškození elektronických komponent nebo k nechtěnému vedení proudu v případě poruchy.
tags: #izolace #skrinka #pojistky #informace