Dimenzování jističů a proudových chráničů

Dimenzování modulových přístrojů, do čehož spadají hlavně jističe, proudové chrániče, kombinované přístroje a svodiče přepětí, tvoří klíčový prvek pro návrh jakékoli nízkonapěťové elektroinstalace.

Proč je správné dimenzování důležité

Správná volba přístroje zajišťuje, že elektrický obvod bude schopen bezpečně a spolehlivě fungovat v běžném provozu i při poruchových stavech. Pokud by byl zvolen prvek s nedostatečnými parametry, může docházet k jeho častému vypínání, přehřívání, předčasnému opotřebení nebo v krajním případě k selhání ochrany proti úrazu elektrickým proudem či požáru.

O čem bude článek

Tento článek vás provede klíčovými principy dimenzování především jističů, proudových chráničů a dalších modulových přístrojů v nízkonapěťových instalacích. Postupně si vysvětlíme, jaké parametry musí splňovat jednotlivé ochranné prvky, jak správně volit jmenovitý proud a charakteristiku jističe a proč je důležité zohlednit vypínací schopnost a zkratové poměry v místě instalace.

Co jsou modulové přístroje a co se vlastně dimenzuje

Každý modulový přístroj je nutné vybírat tak, aby odpovídal skutečným provozním podmínkám daného obvodu. Volba modulového přístroje musí vycházet ze skutečných podmínek, ve kterých bude pracovat. Mezi potřebné parametry, které potřebujeme znát pro dimenzování, patří nejen jmenovitý proud a napětí, ale také druh zátěže, očekávané zkratové proudy, doba a četnost spínání, teplotní podmínky a typ sítě (TN-C, TN-S, TT).

Modulové přístroje do rozvaděčů nn (typicky na DIN lištu) zahrnují zejména:

• Jističe (MCB) – jištění proti přetížení a zkratu
• Proudové chrániče (RCD) – ochrana před únikovými proudy / úrazem el. proudem
• Kombinované přístroje (RCBO, AFDD, svodiče přepětí, stykače, časová relé atd.)

Dimenzování znamená:

• Zvolit správný jmenovitý proud In přístroje, unesl provozní proud obvodu a současně nepřekročil proudovou zatížitelnost vedení (Iz).
• Vybrat vypínací charakteristiku a vypínací schopnost (B/C/D, Icu, Icn)
• Ověřit ochranu před úrazem a nadproudem (automatické odpojení, doby odpojení, impedance smyčky)
• Respektovat selektivitu a koordinaci jištění (aby „nepadal hlavní“ při každém zkratu na konci větve).

Tyto principy vycházejí primárně z technických norem řady ČSN 332000 (IEC 60364), zejména:

• ČSN 33 2000-4-43 – Ochrana před nadproudy
• ČSN 33 2000-5-52 – Výběr a stavba elektrických vedení
• ČSN 33 2000-5-53 (ed. 3) – Výběr a stavba spínacích a řídicích přístrojů

Výběr jističů a chráničů podle charakteru instalace

Jističe charakteristiky B představují typický výběr pro světelné a zásuvkové obvody s malými náběhovými proudy v běžných domovních instalacích. Průmyslové aplikace nebo motory často vyžadují jističe typu C či D, protože umožňují zvládnout vyšší proud.

Základní normové vztahy, používané při volbě jističe, vycházejí z ČSN 33 2000-4-43 a určují vztah mezi návrhovým proudem obvodu (IB), jmenovitým proudem přístroje (In) a dovolenou zatížitelností vedení (Iz). Aby bylo vedení chráněno, musí platit zásadní pravidlo: jmenovitý proud jističe nesmí překročit dovolenou proudovou zatížitelnost vodiče a zároveň musí být dostatečný pro danou zátěž.

Proudové chrániče se používají zejména u zásuvkových obvodů, venkovních instalací či koupelen. Správně zvolený typ RCD (AC, A, F, B) zase zajišťuje, že chránič spolehlivě reaguje i na moderní typy zátěží s elektronickými měniči – což je dnes běžné téměř v každém provozu.

Neméně důležité je ověření podmínek automatického odpojení v případě poruchy. Podle ČSN 33 2000-4-41 musí přístroj odpojit poruchový proud v časových limitech, které zajišťují bezpečnost osob i zařízení. To přímo ovlivňuje volbu charakteristiky (B, C, D), vypínací schopnosti a celého návrhu obvodu.

Základní normové vztahy pro dimenzování jističe

Norma ČSN 33 2000-4-43 stanovuje dvě klíčové podmínky, které musí být splněny současně. Tento vztah zajišťuje správné načasování a úroveň jištění vedení.

IB ≤ In ≤ Iz
a současně
I₂ ≤ 1,45 · Iz

kde (vysvětlivky):

• IB – proud obvodu, projektový proud
• In – jmenovitý proud jističe
• Iz – dovolená trvalá proudová zatížitelnost vodiče/kabelu
• I₂ – proud, při kterém jistič jistě vybaví v předepsaném čase (obvykle 1,45·In pro tepelnou spoušť).

V praxi:

1. Nejdřív se spočítá IB (součet příkonů, souběhy, koeficienty využití).
2. Podle způsobu uložení, průřezu, teploty atd. vyberete kabel a zjistíte Iz (z tabulek ČSN 33 2000-5-52).
3. Proud jističe In navolíte tak, aby:

• nebyl menší než IB,
• nebyl větší než Iz,
• splnil podmínku I₂ ≤ 1,45·Iz.

1. Nakonec je potřeba ověřit podmínky pro automatické odpojení (impedance smyčky, doba odpojení) podle části 4-41.

Jednoduchý příklad:

Máme vedení CYKY 3×2,5 mm² v běžné instalaci:

• Iz = 20 A
• Jistič = B16

Podmínky:

1. IB ≤ In ≤ Iz

např. IB = 12 A

12 A ≤ 16 A ≤ 20 A

2. I₂ ≤ 1,45 · Iz

I₂ pro B16 ≈ 1,45×16 = 23,2 A

1,45×Iz = 1,45×20 = 29 A

23,2 A ≤ 29 A

Výběr charakteristiky (B, C, D) a vypínací schopnosti

Charakteristiky B, C a D u jističů určují, při jaké násobnosti jmenovitého proudu jistič vybaví při zkratu.

• B – běžné zásuvkové a světelné obvody, malé náběhové proudy.
• C – motory, transformátory, obvody s vyšším náběhem.
• D – těžké rozběhy, velké transformátory, průmyslové zátěže.

Rozsah okamžité (magnetické) spouště je dán charakteristikou jističe, například B: 3–5× In, C: 5–10× In, D: 10–20× In. Pokud dojde ke zkratu (např. L se dotkne N nebo PE), proud vyskočí na desítky až stovky ampér, magnetická spoušť reaguje okamžitě (v milisekundách) a jistič obvod bleskově odpojí. Tím je splněn požadavek na automatické odpojení napájení v předepsaných časech, který vychází z vypínacích charakteristik jističů a hodnoty impedance poruchové smyčky.

Vypínací schopnost

V případě zkratu může proud vyskočit z běžných hodnot na tisíce ampér během milisekund. Proto se během dimenzování bere ohled na dvě následující skutečnosti.

• Prospektivní zkratový proud Ik v místě instalace.
• Jmenovitou vypínací schopnost Icn/Icu jističe.

Platí: Icn ≥ Ik.

Proudové chrániče a kombinované přístroje (RCBO)

Zatímco jističe mají za úkol chránit vodiče před přetížením, chrániče odpojí chráněný elektrický obvod v případě, že část přitékajícího proudu uniká mimo obvod, například při poškození izolace nebo při dotyku člověka.

Proudové chrániče se dimenzují podle:

• Jmenovitého reziduálního proudu IΔn (typicky 30 mA pro ochranu osob, vyšší hodnoty pro požární a doplňkovou ochranu). Jakmile proud dosáhne určité hodnoty, chránič reaguje tím, že okamžitě odpojí obvod od napětí. Čím nižší IΔn, tím dříve chránič vypne při poruše.

30 mA – standardní hodnota pro ochranu osob (doporučeno v celé instalaci, povinně u zásuvek do 32 A, koupelen, venkovních zásuvek apod.).

100 mA / 300 mA – používají se pro požární ochranu nebo jako doplňková ochrana větších celků (např. hlavní RCD v rozvaděči).

10 mA – velmi citlivé chrániče, často pro dětské pokoje nebo speciální místa.

• Jmenovitého proudu In (nesmí být menší než proud obvodu, často shodný s předřazeným jističem).
• Typu (AC, A, F, B) podle charakteru zátěže (připojených spotřebičů)

Dobře zvolená ochrana minimalizuje riziko přetížení, zkratu i úrazu elektrickým proudem a zajišťuje, že elektrická instalace bude dlouhodobě bezpečně fungovat.