Zkratový proud v síti nn, jištění

Dojde-li ke spojení dvou vodičů s různým napětím, hovoříme o zkratu. Zkratem v síti tedy rozumíme elektromagnetický přechodný děj, který vznikne náhlým zmenšením impedance mezi fázovými vodiči, případně mezi fází a středním nebo ochranným vodičem.  Příčinou chybného vodivého spojení může být chybná manipulace, mechanické poškození izolace, poškození kabelu při zemních pracích apod., její přirozené znehodnocování např. vlhkostí nebo je důsledkem zvýšeného namáhání při spínacích pochodech. Zkrat způsobující zmenšení impedance má za následek okamžité zvětšení proudu na mnohonásobek normálního provozního proudu, jehož hodnota závisí na napětí a impedanci. Zkratový proud dosahuje hodnot v rozmezí tisíců až desetitisíců ampér a svými dynamickými (silovými) a tepelnými účinky ohrožuje všechny prvky instalace a elektrizační soustavy, kterými protéká.

Podle způsobu zatěžování jednotlivých vodičů třífázové soustavy při zkratech (resp. jejího zdroje) rozeznáváme zkraty symetrické, neboli souměrné (třífázové, případně třífázové zemní), a zkraty nesouměrné (dvoufázový, dvoufázový zemní, jednofázový) jak je naznačeno obrázcích.

Obr. 1: Druhy zkratů

Při návrhu instalace se vždy zajímáme o dva krajní případy, a to o tzv. maximální zkratový proud (třífázový symetrický zkrat) a minimální zkratový proud(jednofázový zemní zkrat). Volbu jisticího přístroje z pohledu jeho vypinací schopnosti (Icu, Ics, Icmpro výkonové jističe, Icn pro malé jističe a pojistky). Opačným případem, který je důležitý z hlediska bezpečnosti před úrazem elektrickým proudem, je 1-fázový zemnízkrat s velkou impedancí smyčky poruchového proudu. V závislosti na velikosti impedance smyčky poruchového proudu musíme uvažovat i s malými zkratovými proudy a čas odpojení poruchy může být i značně dlouhý. Po tuto dobu se na neživých částech vyskytuje nebezpečné napětí a naším úkolem je navrhnout řešení pro včasné odpojení poruchy. V tomto případě vybíráme takové řešení, které zajistí krátké vypínací časy (Ivyp) a hledisko vypínací schopnosti jisticích přístrojů není kritické.

Jističe

Podle účelu použití musíme vzít v úvahu hned dvě základní předmětové normy pro jističe, které se v katalozích uvádějí nejčastěji. Jedná se o ČSN EN 60898-1– Jističe pro nadproudové jištění domovních a podobných instalací, část 1: Jističe na střídavý provoz a dále o normu ČSN EN 60947-2: Jističe. První z uvedených je určena zejména pro jističe používané pro instalace budov (též instalační jističe, modulární jističe). Co je ale podstatné, vzhledem k účelu použití v domovních instalacích se jedná o jističe určené pro laickou obsluhou. To je také hlavní důvod, proč jsou podmínky pro konstrukci a vlastnosti jističů poměrně přísné. Jmenovité jsou až do 125A. Pro správné použití těchto jističů je nutné rozlišit tři oblasti charakteristik.

Obr. 2: Vypínací charakteristiky jističů

1) Oblast přetížení malými nadproudy:

Pro malé nadproudy jsou stanoveny meze, ve kterých nesmí, nebo musí dojít k zapůsobení spouště na přetížení. Smluvený nevypínací proud (Int) je pro 1,13In , smluvený vypínací proud (It) je 1,45In. To znamená, že při průchodu proudu pod hodnotou 1,13In nesmí ve smluveném čase dojít k vybavení jističe a při proudech nad 1,45In musí ve smluveném čase dojít k vybavení jističe. Smluvený čas je buď 1 hodina (pro In ≤ 63A) nebo 2 hodiny (pro In > 63A). Údaje platí pro referenční teplotu okolí 30°C s tím, že tyto jističe nemají tepelnou kompenzaci. Při významnější změně okolní teploty se provádí přepočet podle závislostí uvedených v katalozích výrobce.

2) Oblast přetížení zkratovými proudy:

Pro oblast působení zkratové spouště jsou v normě tři typy vypínacích charakteristik B, C a D s různými mezemi nastavení (pro typ B je to od 3 do 5In, pro typ C od 5 do 10In a pro typ D od 10 do 20In). Oblast působení zkratových spouští má přímý vliv na splnění podmínek pro odpojení poruchy v předepsaném čase. To přímo souvisí s hodnotou impedance smyčky (všímáme si především síti TN) a řešíme problém zajištění takové impedance smyčky, která zaručí v obvodu s poruchou vznik alespoň minimálního zkratového proudu. Každý vyšší proud pak už zaručí rychlé odpojení obvodu s poruchou s vypínacími časy řádově v milisekundách. Jiný důvod pro charakteristiky B,C, D nemá význam uvažovat (selektivita, zatížení vedení při zkratech …).

3) Oblast velkých zkratových proudů:

V oblasti velkých zkratových proudů se musí brát v úvahu i jmenovitá vypínací schopnost jističe (Icn), která je u instalačních jističů předepsána řadou 6, 10, 15, 20, a 25kA. Pokud zkratový proud překročí jmenovitou vypínací schopnost jističe, dojde k jeho poškození. Jednou z možností, jak tomuto stavu předejít, je předřazení pojistky (obvyklá hodnota pojistky je 100A pro jističe do 63A, nebo 200A pro jističe do 125A). V tomto případě mluvíme o záložní ochraně jističe. Limitujícím činitelem při předřazení pojistky z důvodů záložní ochrany je omezení selektivity mezi pojistkou a jističem. Konkrétní hodnoty maximálního selektivního proudu, při kterém je kombinace jistič/pojistka ještě selektivní, udávají výrobci jističů v katalozích ve formě tabulky (údaje v tabulkách nejsou jen počítány, ale jsou ověřeny měřením). j

Zdroje

• KUBÁTOVÁ, Senta. Elektrická impedance. Http://www.wikiskripta.eu/ [online]. http://www.wikiskripta.eu/, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Elektrick%C3%A1_impedance Pojistky v elektrickém obvodu. Http:/www.zsvltava.cz/fyzika [online]. http://www.edgering.org/, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z:http://www.zsvltava.cz/fyzika/?p=728
• ŠTĚPÁN, ING., František. Zkratové proudy a vypínací schopnost jisticích přístrojů. Http://elektrika.cz/ [online]. Elektrika.cz, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://elektrika.cz/data/clanky/zkratove-proudy-a-vypinaci-schopnost-jisticich-pristroju/view
• ŠTĚPÁN, ING., František. Jističe určené pro laickou obsluhu. Http://elektrika.cz/ [online]. Elektrika.cz, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://elektrika.cz/data/clanky/jistice-urcene-pro-laickou-obsluhu

• Obr. 1: ŠTĚPÁN, ING., František. Zkratové proudy a vypínací schopnost jisticích přístrojů. Http://elektrika.cz/ [online]. Elektrika.cz, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://elektrika.cz/obr/09_lp_zkr-proudy_01v.jpg
• Obr. 2: ŠTĚPÁN, ING., František. Jističe určené pro laickou obsluhu. Http://elektrika.cz/ [online]. Elektrika.cz, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://elektrika.cz/obr/09_lp_jistici-pristr_01m.JPG
• Obr. 3: Autor neznámý. Pojistky v elektrickém obvodu. Http://www.zsvltava.cz/fyzika [online]. http://www.edgering.org/, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z:http://www.zsvltava.cz/fyzika/wp-content/uploads/2011/05/pojistka-mala.jpg

• Obr. 4: Autor neznámý. Pojistky v elektrickém obvodu. Http://www.zsvltava.cz/fyzika [online]. http://www.edgering.org/, 2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z:http://www.zsvltava.cz/fyzika/wp-content/uploads/2011/05/pojistka-keramick%C3%A11.jpg