Popíšem, ako funguje istič a ako dokáže vďaka premyslenému mechanizmu ochrániť váš príbytok pred požiarom a vás pred úrazom elektrickým prúdom.
Článok pripravil: Michal Toma
Odkiaľ mám informácie?
Pri písaní článku o tom, ako fungujú elektrické ističe, som využil svoje skúsenosti z elektroinštalačných prác, zapájania ističov v rozvádzačoch, informácie z odbornej literatúry, technických noriem STN a od výrobcov ističov.
Poznámka pre skúsených fachmanov: Snažím písať zjednodušene, aby to pochopili aj bežní ľudia. Niektoré informácie teda môžu byť pre oko odborníka zjednodušené. Ďakujem za pochopenie, remeslu zdar.
Na čo slúžia elektrické ističe a čo chránia?
Ističe sú najdôležitejšie ochranné prvky (nielen) v bytovej a domovej elektroinštalácii. Chránia elektrický obvod pred nadprúdom a skratom – teda stavmi, keď elektrický prúd prekročí určitú prípustnú hodnotu.
Elektrický prúd má totiž okrem iného aj tepelné účinky, takže zohrieva vodiče, svorky či súčasti spotrebičov, ktorými prechádza.
Ak je príliš vysoký, dokáže vodiče zahriať natoľko, že roztaví ich izoláciu a okolité predmety sa od neho môžu vznietiť. V extrémnych prípadoch dokáže vodiče rozžeraviť a roztaviť alebo spôsobiť deštrukciu súčastí rozvodov či pripojených spotrebičov.
A určite nechcete, aby sa vám toto stalo v dome či v byte.
„Ale ako môže táto situácia nastať,“ pýtate sa?
Pri elektrických ističoch rozlišujeme dva typy porúch, resp. dve situácie:
- Nadprúd – Môže nastať, keď sa elektrospotrebič preťaží (napríklad sa zasekne elektromotor v práčke a pod.).
- Skrat – Je to vlastne extrémny prípad nadprúdu. Stane sa to, keď sa spojí fázový vodič napriamo s nulákom, ochranným vodičom či zemou – napríklad sa uvoľní zo svorky alebo sa prederie jeho izolácia. Toto je nebezpečnejší stav, keďže skratový prúd môže dosiahnuť stovky ampérov a riziko požiaru či deštrukcie je veľmi vysoké.
Elektrický istič túto situáciu „vyhodnotí“ (presný princíp, ako funguje istič a jeho mechanizmus, popisujem ďalej) ako poruchu a preruší elektrický obvod.
Ako funguje istič – povedané polopate:
Elektrický istič funguje ako taký automatický vypínač, ktorý vypne obvod skôr, než niečo začne horieť.
Mimochodom, istič chráni aj pred úrazom – hovorí sa tomu ochrana nulovaním. Budem o tom písať samostatný článok.
Nadprúd v obvode? Istič nemusí reagovať okamžite
Aby mohli elektrické rozvody normálne fungovať (aby ste mohli variť, prať, žehliť, svietiť, pozerať TV…), musí istič reagovať až od určitej hodnoty prúdu, ktorá by už mohla zapríčiniť prehriatie káblov. Tejto hraničnej hodnote hovoríme menovitý prúd ističa.
Ak je prúd tečúci ističom – a teda aj daným obvodom – menší než menovitý, istič nereaguje. Práčka perie, rúra pečie, žiarovky svietia. Ak príde k prekročeniu menovitého prúdu, istič zareaguje…
…ale nemusí to byť okamžite.
To, ako dlho nechá nadprúd tiecť obvodom, kým ho to „prestane baviť“, závisí od veľkosti nadprúdu a od toho, ako funguje istič s danou charakteristikou (B, C, D).
Pri bežných malých ističoch v domoch a bytoch (v angličtine sa im hovorí aj MCB – mini circuit breaker) je menovitý prúd pevne daný. Skrátka si kúpite istič s takým menovitým prúdom, aký potrebujete. Pri niektorých iných typoch ističov – napríklad motorových alebo väčších pre celé budovy – sa dá prúd nastaviť.
Určite sa pýtate: „Istič s akou menovitou hodnotou mám teda kúpiť?“
Nie je to také jednoduché, pretože záleží na množstve parametrov – najdôležitejším je prierez a materiál vodičov, ale rozhodne nie je jediný. Výpočet ističa by teda mal urobiť kvalifikovaný elektrikár alebo projektant. Bližšie to rozoberiem v samostatnom článku o menovitom prúde ističov.
Istič nechráni spotrebiče
Elektrické ističe sú určené na ochranu elektroinštalačných rozvodov. Samotné elektrické spotrebiče (vysávač, mixér, práčka…) mávajú omnoho tenšie prívodné a vnútorné vodiče, pre ktoré je menovitý prúd ističov príliš vysoký. Spotrebiče teda mávajú svoje vstavané poistky, ktoré sú často vratné, takže po odstránení poruchy alebo vychladnutí napríklad taký vysávač zase funguje. Teda väčšinou.
Z čoho sa skladá istič – popis vonkajších súčastí
Ako som už spomenul, budem popisovať bežné malé modulárne ističe, aké sa používajú v domoch a bytoch (MCB).
Poďme sa najprv pozrieť na taký istič zvonka.
Prúd vstupuje do ističa a vystupuje z neho cez pripojovacie svorky. Nájdete ich na vrchu a na spodku.
Do strmeňa v spodnej časti ističa (pohľad zboku ističa – pravá časť fotky nižšie) sa pripája vodič – drôt, alebo ako hovoríme na juhozápade – drót.
Pod skrutku na strmeňom potom môžete pripojiť prepojovaciu lištu (hovorí sa jej aj hrebeň), s ktorou rýchlejšie prepojíte viacero ističov, prípadne ďalších prvkov ako prúdové chrániče. Lacnejšie ističe svorku na hrebeň nemávajú, prípadne ju majú iba z jednej strany.
Ističe sa prichytávajú na tzv. DIN lištu, na ktorú sa nacvaknú pomocou západky v spodnej časti.
Na prednej strane ističa nájdete popis s údajmi ako:
- výrobca (v tomto prípade Tracon),
- produktový rad (TDZ),
- charakteristika a menovitý prúd (B16 = charakteristika B a prúd 16 A),
- pracovné napätie (230/400 V),
- vypínacia schopnosť (6000 A),
- trieda obmedzenia prúdu (3),
- schematická značka a norma.
Ďalej tam nájdete signalizačné okienko, vďaka ktorému vidíte, či je istič (a teda daný obvod) pod napätím.
Poďme však k dôležitejšiemu prvku, ktorým je ovládacia páčka. Ona totiž ukrýva omnoho zložitejší mechanizmus, než čakáte.
Ako fungujú spúšte ističa pri nadprúde a skrate?
Poďme sa teda pozrieť, ako funguje istič zvnútra. Ovládacia páčka je mechanicky spojená s tzv. zámkom ističa. Ide o sústavu páčok, pružín a ďalších mechanických súčiastok, ktoré ovládajú elektrické kontakty – ich spínanie a rozopínanie.
Pri zapnutí ističa sa pružiny natiahnu, to je taký ten jemný odpor, ktorý cítite pri nahadzovaní páčky smerom nahor.
Pri poruche potom zámok ovládajú 2 typy spúští. Výhodou pružinového mechanizmu je, že stačí malá sila, aby sa zámok uvoľnil a rozopol kontakty. To znamená vyššiu spoľahlivosť, že istič vypne. A teda aj vyššiu bezpečnosť.
Ako teda fungujú spúšte ističa?
Tepelná spúšť ističa – ochrana pred nadprúdom
Ide o tzv. bimetalový pliešok tvorený dvoma k sebe zvarenými plieškami, z ktorých každý je z iného materiálu.
Pri prechode prúdu sa pliešok zahrieva. Rôzne materiály plieška majú rôznu tepelnú rozťažnosť a výsledkom je, že sa pliešok vplyvom tepla ohýba na jednu stranu. Ak prúd plieškom prekročí menovitú hodnotu ističa, ohne sa po určitej dobe natoľko, že zatlačí na zámok ističa a ten preruší kontakt.
Elektromagnetická spúšť ističa – ochrana pred skratom
Pri prechode prúdu vytvára cievka elektromagnetickej spúšte elektromagnetické pole. Za bežných okolností je pomerne slabé, ale ak príde ku skratu, prúd bude taký veľký, že cievka k sebe pritiahne kotvu elektromagnetu. Kotva udrie na zámok a ten preruší kontakty ističa.
Navyše – elektromagnetická spúšť je skonštruovaná tak, žeistič zareaguje ešte skôr, než dosiahne skratový prúd svoje maximum. Áno, takto to tých „pár chytrých hlav“ vymyslelo…
…akurát to nebolo v „Polské lidové republice“, ale v roku 1924 a tých hláv asi nebolo viac, ale iba jedna – konkrétne nemecký vynálezca Hugo Stotz. Teda, nie som si istý, či aj jeho istič mal túto vlastnosť, v každom prípade, jeho istič bol prvý na svete a využíval elektromagnetickú spúšť.
Skratový prúd môže byť dvojnásobok, trojnásobok alebo aj viacnásobok menovitého prúdu ističa – závisí to od charakteristiky ističa.
Zhášacia komora zlikviduje oblúk a zabráni roztaveniu ističa
Pri vypínaní kontaktov spínačov, vypínačov, ale aj ističov a iných prvkov vzniká elektrický oblúk. Elektrický prúd chce totiž silou-mocou do poslednej chvíle udržať svoj tok, takže tečie aj cez malú vzduchovú medzeru medzi kontaktmi – cez kanál ionizovaného vzduchu.
Prečo je elektrický oblúk nebezpečný?
Videli ste niekedy zvárača, ako zvára? Práve pri zváraní využíva elektrický oblúk, ktorý má veľmi vysokú teplotu v rádoch tisícok °C. Je to vlastne plazma, ktorá dokáže roztaviť a spojiť oceľ či iné kovy. Takže teraz si viete predstaviť, čo dokáže urobiť s ističom pri vysokom skratovom prúde.
Aby sa istič oblúka rýchlo zbavil, používa tzv. zhášaciu komoru (na foto v pravej vrchne časti ističa). Je tvorená rebrovanými plieškami, ktoré oblúk rozbijú na menšie časti. Takéto malé „oblúčiky“ majú potom menej energie a rýchlejšie zhasnú.
Ešte dôležitejšia je zhášacia komora pri jednosmerných ističoch. Jednosmerný elektrický oblúk je totiž omnoho stabilnejší, horí dlhšie a zháša sa ťažie – môže teda napáchať násobne väčšie škody. Myslite na to najmä pri inštaláciách fotovoltiky.
Zámok ističa: prečo ho nemôžete oje… ehm, oklamať?
Skúšali ste niekedy podoprieť istič zápalkou, aby nevyhadzoval?
A fungovalo to? Že nie?
Spomínal som zámok ističa – ten má však ešte jednu bezpečnostnú funkciu navyše. Nedovolí vám zapnúť istič v prípade, že porucha trvá.
Páčka ističa skrátka nezostane v zapnutej polohe. Áno, ak ju podopriete, tak zostane, ale to je len páčka. Zámok ističa zostane otvorený, pokým skrat neodstránite, alebo pokým tepelná spúšť nevychladne.
Práve v tom spočíva podstata, ako funguje istič – je to bez ohľadu na polohu páčky a jeho mechanizmus vie pracovať nezávisle od nej. V angličtine sa tomu hovorí „trip-free“ circuit breaker, teda niečo ako „istič s nezávislým vypínaním.
Bezpečnosť je vďaka tomu omnoho vyššia a zhorených domov o niečo menej. Ako povedal klasik: „A to se vyplatí!“
Prečítajte si aj:
Zdroje:
- Tkotz, Klaus a kol.: Příručka pro elektrotechnika, Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 2006
- STN 33 2000-4-41
- STN 33 2000-4-43
- STN EN 60898-1
- https://knowledgehub.eaton.com/s/article/Circuit-breakers-are-trip-free
- titulná foto: Kae, Circuit breaker structure ON, Pridaná lupa a zväčšenie by Michal Toma., CC BY-SA 3.0
Odmalička som rozoberal rôzne zariadenia, aby som zistil, ako fungujú. Neskôr som začal konštruovať svoje vlastné obvody, opravovať elektroniku mojim známym a pracoval som vyše 10 rokov ako elektrotechnik. Teraz sa živím copywritingom a content writingom – píšem pre klientov články a texty, najmä o elektrotechnike, elektronike, fotovoltike, elektromobilite, TZB či strojoch. Nemám rád povrchnosť a pri riešení problémov sa snažím ísť k podstate veci.
