Vypínací charakteristika jističe Z

Charakteristika Z se používá k odjištění PLCéček, systému chytré domácnosti, jakýchkoliv zařízení, která v sobě mají polovoodičovou technologii, a instaluje se za spínané zdroje s výstupem 24 V DC, které tyto obvody napájí. Tyhle jističe se hodí i pro datové rozvodny a řídicí systémy. Jističe charakteristiky Z vás budou zajímat, pokud se zabýváte měřením a regulací, pokud jste výrobci strojů, projektanti velkých průmyslových podniků, projektanti slaboproudů.

Jaké normativní požadavky platí pro nadproudovou ochranu strojů podle ČSN EN 60204-1?

Norma ČSN EN 60204-1 (VDE 0113-1) platí pro použití elektrického a elektronického zařízení a jejich systémů v pracovních strojích. Norma zahrnuje nadproudovou ochranu, ochranu proti přehřátí, ochranu proti překročení otáček motoru a zabývá se ochranou proti následkům přerušení dodávky elektrické energie.

Zaměřme se na nadproudovou ochranu, kam patří hlavní obvody, ovládací obvody, světelné a zásuvkové obvody. Budeme se zabývat ochranou těchto ovládacích proudových obvodů z hlediska nadproudu.

Proč je nadproudová ochrana strojů důležitá

V ovládacích obvodech se nachází citlivé komponenty technologií, které je potřeba v případě chyb/poruch chránit. V ovládacích obvodech s napětím např. 24 V DC bývají kromě standardních napájecích zdrojů použity také spínané zdroje, které velmi specificky reagují v oblasti přetížení a zkratu. Jisticí přístroj je potřeba správně vybrat a navíc takový, který je schopen obvod odpojovat selektivním způsobem.

Co je třeba vzít v úvahu

Abyste ve smyslu normy ČSN EN 60204-1 (VDE 0113-1) měli zajištěnou co nejlepší ochranu citlivých součástí, jako jsou kontakty, kabely snímačů, koncových spínačů atd., musí spoušť zareagovat okamžitě a odpojit obvod v řádu milisekund. Tepelná spoušť začíná působit při 1,2násobku jmenovitého proudu a bezpečně udrží obvod pod proudem do 1,05násobku jmenovitého proudu. Okamžitá magnetická spoušť bez zabudované prodlevy se aktivuje v rozmezí 3 až 4,5násobku jmenovitého proudu pro stejnosměrné aplikace nebo 2 až 3násobku jmenovitého proudu pro střídavé aplikace (viz následující obrázek).

Obr. Vypínací charakteristika Z pro střídavé (AC) i stejnosměrné (DC) aplikace

Jak zaručíte ochranu podle ČSN EN 60204-1 (VDE 0113-1)

Musíte zajistit následující:

V případě nadproudu musí okamžitá spoušť zareagovat během milisekund a obvod vypnout. Propuštěná energie I²t, přeměněná na teplotu, je takto udržena na minimální hodnotě.

Aby okamžitá spoušť, tedy bez prodlevy, zareagovala bezpečně v určitém tolerančním pásmu, je třeba, aby odpor proudové smyčky byl co největší, tedy aby použité vodiče byly co nejdelší. Parametry ovlivňující takový případ jsou následující:
- odpor smyčky (R_I + R_L), kde R_i = vnitřní odpor jističe R_L = odpor vedení,
- teplota mědi: 80°C v případě zkratu,
- napěťový úbytek,
- přechodové odpory.

V souhrnu pak vyplyne redukční faktor 2/3 (viz DIN VDE 0100- 600:2017-06, D.6.4.3.7.2).

Jak zjistíte, jestli uvažovaný obvod se spouští zareaguje dostatečně rychle? Existují dvě možnosti:

vlastním výpočtem,

pomocí koordinačních tabulek od výrobce.

Vlastním výpočtem

Obr. Standardní napájecí zdroje, s použitím jističe S201-Z2 od ABB


Obr. Spínaný napájecí zdroj, s použitím jističe S201-Z2 od ABB (výpočet je stejný jako u standardního napájecího zdroje)


Obr. Výpočet, zda je obvod se spouští bez prodlevy bezpečně odjištěný

Vysvětlivky k výpočtu:
Z_S = Impedance smyčky
R_ges = Celkový odpor
R_i = Vnitřní odpor jističe
zde: 0,62 Ω, zjištěný z údajů výrobce
R_L = Odpor vedení
ρ = Konstanta mědi
l = Délka vedení (tam i zpět, zde: 2 x 20 m = 40 m)
2/3 je hodnota redukč. činitele, uvedená na přední straně
U₀ = stejnosměrné napětí aplikace (zde: 24 V DC)
I_a = Vypínací proud
I_a = ASW x I_N
ASW = Ansprechwert= aktivační hodnota (zde: 4,5) zjištěná z vypínací křivky od výrobce (technická data)
I_N = Jmenovitý proud jističe (zde: 2 A), zjištěný z technických údajů od výrobce

Co říká výsledek?
Zjištěný celkový odpor má hodnotu přibližně 1,1 Ω a je tedy menší než impedance smyčky, která má 1,78 Ω. Poněvadž je splněna podmínka
dojde k vypnutí obvodu okamžitě, řádově v milisekundách.

Pokud si jako jistič vyberete např. S201-Z2, zareaguje tento jistič okamžitě a vypne obvod během doby < 0,1 s.

Může se stát, že spínaný napájecí zdroj stáhne svůj výstupní výkon v případě zkratu rychleji, než je jistič schopen zareagovat. Důsledek? Žádná selektivní identifikace poruchy. Výstup spínaného napájecího zdroje proto musí pracovat se zpožděním (>100 ms). Jisticí prvek musíte vybrat s ohledem na takto zpožděně reagující snižování výkonu, čímž dosáhnete selektivní identifikace poruchy.

Jednodušší než se trápit výpočtem je pracovat s koordinačními tabulkami jističů od výrobce, ve kterých máte uvedeny délky kabelů a vodičů.

Pomocí koordinačních tabulek od výrobce

Zde je příkladně tabulka od ABB, ve které vidíte maximální přípustné délky kabelů a vodičů pro ochranu citlivých obvodů pro zajištění protipožární ochrany u stejnosměrných (24 V DC1) aplikací.

Vysvětlivky k tabulce:
l_max = maximální délka vedení
I_erf = zaznamenaný proud
l_max = 0 m je nadproudová ochrana vedení zajištěna spouští, reagující se zpožděním. Vypnutí obvodu během doby 0,1 s zaručeno není.

Vysvětlivky k poznámkám v tabulce:
1)

Napětí obvodu: 24 V DC

Impedance před nadproudovou ochranou: Zv = 50 mΩ (uvažovaná hodnota).

Pro zohlednění teploty vodiče (v případě zkratu 80°C) a také impedancí, které nebylo možno zaznamenat, je uvažováno s faktorem 2/3.

Pozor: kromě toho je třeba brát v úvahu maximální pokles napětí!

2) Podle ČSN EN 60898-1 (VDE 0641-11) a ČSN EN 60947-2 (VDE 0660-101)

Už víte, k čemu je jistič s charakteristikou Z? Zaručí vám nejrychlejší vypnutí ze všech jistících prvků, a tím i správnou ochranu elektronických zařízení zejména v oblasti, kdy je chráněné zařízení napájeno spínaným zdrojem 24 V DC.

Alternativou odkjištění obvodů za spínanným zdrojem 24 V DC je použít elektronickou pojistku EPD24.