Jistič

Jistič je automaticky ovládané elektrické spínače navržen tak, aby proudění elektrického proudu, a chránit je elektrický obvod před poškozením způsobeným nadměrným proudem z přetížení, zkratu, nebo úniku do sítě. Země (diferenciální jistič). Je schopen přerušit přetížitelný proud nebo zkratový proud v instalaci. V závislosti na jeho konstrukci může monitorovat jeden nebo více parametrů elektrického vedení.

Jeho hlavní charakteristikou ve srovnání s pojistkou je, že jej lze resetovat ručně (je navržen tak, aby během provozu nedošlo k žádnému poškození).

Různé techniky detekce poruch

Tepelný

Tento typ jističe se vypne, když nadměrný proud prochází bimetalovým pásem , čímž se vytvoří ohřev Jouleovým efektem a způsobí se jeho deformace. Tento bimetalový pás mechanicky spouští kontakt, který otevírá chráněný elektrický obvod. Tento elektromechanický systém je poměrně jednoduchý a robustní, ale není příliš přesný a jeho reakční doba je relativně pomalá. Umožňuje tedy zabránit uvedení obvodu do prodlouženého nadproudu. Hlavní funkcí tepelné ochrany je chránit vodiče před nadměrným zahříváním, které může způsobit riziko požáru v důsledku dlouhodobého přetížení elektrické instalace.

Plní stejnou funkci jako pojistka , kterou je nutné po vypnutí napájení vyměnit.

Magnetický

Silná změna intenzity prochází závity cívky (odkaz 7 na fotografii „ část jističe “). Produkuje podle pravidel elektromagnetismu silnou variaci magnetického pole. Takto vytvořené pole spouští přemístění jádra z měkkého železa, které mechanicky otevře obvod a tím chrání zdroj a část elektrické instalace, zejména elektrické vodiče mezi zdrojem a zkratem.

Přerušení je „okamžité“ v případě rychlé cívky nebo „řízeno“ kapalinou v cívce, která umožňuje zpožděné vypnutí. Obvykle je spojen s velmi kvalitním přepínačem, který umožňuje tisíce operací.

Tato operace může nahradit pojistku při zkratu.
V závislosti na typu jističe se požadovaná hodnota proudu pohybuje od 3 do 15násobku jmenovitého proudu (u současných modelů).
Existuje mnoho dalších možností: spouštění cívkou (požadovaná hodnota vycházející ze snímačů); vypínač / jistič pro montáž na přední panel; kompatibilní s duálním napětím 100/220 voltů; cívka pod napětím (jistič udržovaný z nastavené hodnoty napětí); dálkové spouštění; vzdálený reset.
Četné vypínací křivky pro DC (stejnosměrný proud), AC 50/60 Hz a 400 Hz .
Obecně je k dispozici vodotěsná varianta , buď vodotěsná přední verze, nebo plně ( IP67 ).

Toto je funkce prováděná pojistkou aM (podpora motoru ). Ke spuštění potřebuje motor na několik okamžiků krátký nadproud až desetkrát vyšší než je jeho normální provozní intenzita. Tento nadproud, normální, však nesmí aktivovat ochranné zařízení. Pojistky typu aM jsou tedy navrženy tak, aby byly schopny krátkodobě absorbovat proudový vrchol větší než hodnota ochrany. Na druhou stranu v případě nadproudu (nižší, ale delší hodnoty): zařízení logicky přeruší napájení.

Hlavní funkcí magnetické ochrany je ochrana zařízení před poruchami (přetížení zařízení, zkrat, porucha atd.). Vybírá jej technik, který se stará o ochranu svého vybavení s velkou přesností.

Vypínací křivka

Elektrický obvod musí být vypočítán takovým způsobem, aby nejmenší zkratový proud způsobil magnetické zastavení stroje. To je důležité pro zajištění dlouhých kabelů s malým průřezem (mm²). Pokud je zkratový proud příliš nízký, je třeba použít nižší magnetický práh nebo kabel s větším průřezem (mm²).

Jistič může nebo nemusí zahrnovat tepelnou detekci; proto existují dva hlavní typy jističů:

s tepelným uvolňováním:
- křivka B: práh magnetického vypnutí mezi 3 a 5 nebo 3,2 a 4,8násobkem jmenovitého proudu;
- křivka C: práh magnetického vypínání mezi 5 a 10 nebo 7 a 10násobkem jmenovitého proudu;
- křivka D: práh magnetického vypínání mezi 10 a 14násobkem jmenovitého proudu;
- křivka K: práh magnetického vypínání mezi 10 a 14násobkem jmenovitého proudu;
- Z křivka: prahová hodnota magnetického vypnutí mezi 2,4 a 3,6násobkem jmenovitého proudu.
bez tepelného uvolnění:
- MA křivka: prahová hodnota magnetického vypnutí při 12 (± 20%) násobku jmenovitého proudu.

Magneto-termální

Zásada

Výše popsané dvě techniky jsou kombinovány, aby bylo možné sledovat několik parametrů:

v případě přetížení : tepelný účinek . Reakce na poruchu je pak pomalá (přerušení obvodu může trvat od několika desetin sekundy do několika minut, v závislosti na rozsahu přetížení);
v případě zkratu (proud, který může vystoupit na několik tisíc ampér): magnetický efekt . Odezva je pak velmi rychlá (řádově milisekunda).

Součásti

Rukojeť používaná k ručnímu vypnutí nebo resetování jističe. Indikuje také stav jističe (rozpojený nebo sepnutý). Většina jističů je navržena tak, aby byla schopna vypnout, i když je rukojeť ručně držena v zavřené poloze.
Mechanismus spojený s joystickem, odděluje nebo přibližuje kontakty.
Kontakty umožňující tok proudu, když se navzájem dotýkají.
Konektory
Bilame (dva svařované listy s různými koeficienty roztažnosti): tepelné relé (ochrana proti přetížení).
Nastavovací šroub umožňuje výrobci po montáži s přesností nastavit aktuální vypínací práh.
Cívka nebo solenoid: magnetické relé (ochrana proti zkratu).
Komora pro rozbití elektrického oblouku.

použití

Tyto modely jsou určeny k výměně pojistek (zvláště používaných v domácích aplikacích) tím, že nabízejí tu výhodu, že jsou resetovatelné (ovládací páka, není třeba vyměňovat kazetu) a kombinováním tepelné detekce proti přetížení a magnetické proti rychlému nárůstu v proudu.

Rozdíl

Diferenciální jistič kromě své vypínací schopnosti proti zkratům a přetížení zajišťuje detekci rozdílu intenzity proudu mezi fází a neutrálem, pokud existuje porucha izolace (zemní svodový proud), tato porucha se také nazývá zbytkový proud .

Popis

Princip zařízení na zbytkový proud (RCD) je porovnat proudy na různých vodičích, které jím procházejí. Například v jedné fázi porovnává proud cirkulující ve fázovém vodiči a proud neutrálního vodiče. Jedná se o osobní ochranné zařízení, které omezuje riziko úrazu elektrickým proudem detekcí úniku proudu na zem elektrické instalace.

Diferenciální zařízení je založeno na následujícím principu: v normální instalaci musí elektrický proud přicházející jedním vodičem opustit jiný. V jednofázové instalaci, pokud se proud ve fázovém vodiči na začátku elektrického obvodu liší od proudu neutrálního vodiče , dochází k úniku . Rozdíl v intenzitě proudu, na který jistič reaguje, se nazývá „diferenciální citlivost jističe“ ( podle francouzské elektrické normy nutně 30 mA u domácích koncových obvodů ), označený I Δn („i delta n“) .

Jeho ovládání je jednoduché: každý vodič prochází magnetickým obvodem (obvykle torickým ), čímž vytváří stejná a protilehlá elektromagnetická pole, která se navzájem ruší. V případě rozdílu, proto jeho název rozdílu , výsledné elektromagnetické pole aktivuje zařízení, které rychle přeruší proud.

Třídy

Existuje několik tříd (nebo typů) diferenciálních zařízení:

Zařízení třídy AC chrání před kontaktem s poruchovými proudy střídavých komponent. Používá se k ochraně většiny obvodů, s výjimkou specializovaných, jako je například indukční varná deska a pračka;
Zařízení třídy A jsou určena pro vyhrazené obvody, sporáky, indukční varné desky, pračky, jejichž provoz může vytvářet zbytkové proudy obsahující stejnosměrnou složku. Osobní bezpečnost zůstává zajištěna, riziko neoprávněného spuštění zůstává omezené. Diferenční zařízení třídy AC někdy na tento typ poruchového proudu nevypnou. V terciárním sektoru je tento typ zařízení (diferenciální spínač nebo diferenciální jistič) povinný u obvodů nebo zařízení třídy 1, která mohou způsobit výše popsaný jev;
Zařízení třídy F (dříve označovaná jako Hi, Hpi nebo Si v závislosti na výrobci). Tento typ diferenciálního zařízení těží z další imunizace proti nežádoucímu vypnutí. Rovněž se doporučují, obecně v terciárním sektoru, pro obvody vyžadující nepřetržitý provoz, jako jsou mrazničky, počítačové obvody, nemocniční vybavení atd.

Rozdíly mezi jističem a diferenciálním spínačem

V běžném jazyce, a zejména když mluvíme o vybavení elektrické rozvodné desky, se diferenciální jističe jednoduše nazývají „diferenciální“, zatímco termín „jistič“ je vyhrazen pro elektromagnetické jističe. To pak vede k možné záměně mezi jističem diferenciálu a diferenciálním spínačem. Diferenciální spínač provádí výše popsanou funkci, ale nemá detekci nadproudu (proto nechrání před přetížením) a je proto levnější.

V distribučním panelu je za účelem minimalizace nákladů možné dosáhnout diferenciální ochrany skupiny obvodů diferenciálním spínačem spíše než diferenciálním jističem, za předpokladu, že nadproudová ochrana je zajištěna po proudu, například pojistkami nebo jističi umístěné na každém podavači. Maximální jmenovitý proud diferenciálního spínače bude vždy zvolen tak, aby se alespoň rovnal jmenovité hodnotě pojistky nebo jističe, který dodává (ochrana proti proudu).

Elektronický

Je nutné rozlišit jističe s elektronickým vypnutím, které jsou uvedeny v tomto odstavci, od elektronických jističů, které přerušují zkratový proud pomocí výkonných a rychlých elektronických součástek, ale nejsou schopny zajistit izolaci (fyzické oddělení obvodů ).

Elektronická vypínací jednotka může vykonávat funkce tepelných a / nebo magnetických vypínacích jednotek, to znamená v závislosti na konkrétním případě detekovat přetížené proudy nebo zkratové proudy, které způsobí rozpojení kontaktů.

Skládá se vždy z měřicího zařízení proudu (bočníku nebo nejčastěji transformátoru proudu železa nebo vzduchu), elektronického zařízení pro zpracování měření (srovnání měřeného proudu s definovanou hodnotou) a spouštěcího zařízení (elektromagnetu, který uvolňuje otevírací mechanismus ).

Výhodou elektronické vypínací jednotky je, že může mít široký rozsah nastavení (spouštěcí úrovně, zpožděného vypnutí), případně obsahující sofistikované algoritmy detekce poruchového proudu, například zohledněním počítání derivace proudu, aby umožnit přenos stavu jističe, měření proudu atd. směrem k automatickému systému monitorování sítě.

Jeho nevýhodou je, že vyžaduje napájení tím, že odebírá potřebnou energii:

na proudu (tzv. zařízení „vlastní proud“): po zapnutí je nutné zpoždění, aby napájecí zdroj nashromáždil dostatek energie, aby mohl spustit otevření. Tyto vypínací jednotky nemohou reagovat tak rychle jako magnetický jistič;
v síti: zařízení musí zabránit zapnutí jističe, pokud není zajištěno napájení ze sítě;
v samostatné síti, která musí být zabezpečená.

Jistič musí být skutečně schopen vypnout, jakmile se objeví zkrat, včetně zkratu způsobeného jeho vlastním zapnutím.

Je také drahý, což si jej vyhrazuje pro výkonná nebo špičková zařízení.

Hydraulické

Vypínací mechanismus použitý v případě magneticko-hydraulického nebo hydro-magnetického jističe je dvojí. Na jedné straně magnetická část již byla vysvětlena výše a na druhé straně hydraulické zařízení.

Tím se nahradí „tepelná“ část. Umožní tedy detekovat lehké, ale dlouhodobé nadproudy.

Jeho výhody jsou následující:

žádná tepelná setrvačnost: po vypnutí je okamžitě možné opětovné zapnutí;
žádné zpoždění ochrany s okolní teplotou: jističe tepelných jističů se na rozdíl od hydraulické technologie liší podle jmenovité teploty okolí.

Jeho hlavní nevýhodou zůstává cena oproti tepelné technologii.

Princip výpadku proudu

Jakmile je porucha detekována, jistič musí být schopen rozepnout kontakt a přerušit proud. Během této fáze se mezi kontakty (3) vytvoří elektrický oblouk.

Tvar kontaktů je navržen tak, že proud, který cirkuluje uvnitř, „tlačí“ elektrický oblouk směrem k přerušovací komoře (8), a to díky Laplaceově síle .

Přerušovací komora se skládá z hromady vodivých lamel, které rozříznou elektrický oblouk na několik oblouků, aby se zvýšilo napětí oblouku.

Ve skutečnosti s V a V / mm. ${\ displaystyle U_ {arc} = V_ {c} + V_ {a} + lE_ {0}}$ ${\ displaystyle V_ {a} + V_ {c} \ přibližně 18}$ ${\ displaystyle E_ {0} \ přibližně 3}$

Pokud má komora o celkové délce L N lopatek o tloušťce d, pak je napětí oblouku ${\ displaystyle U_ {arc} = NU_ {E} + (L-Nd) E_ {0}}$

Například: s N = 20, L = 8 cm, e = 0,2 cm, V, V / mm. ${\ displaystyle U_ {E} = 18}$ ${\ displaystyle E_ {0} \ přibližně 3}$

My máme ; PROTI. ${\ displaystyle U_ {arc} = 361}$

Bez lamel, V. ${\ displaystyle U_ {arc} = 240}$

Když napětí oblouku překročí napětí v síti, proud oblouku klesá, dokud není zrušen. Kontakt je poté otevřený.

Obloukový řez

Přerušení obvodu pod zatížením znamená systematické vytváření elektrického oblouku mezi kontakty. Proud protéká obloukem, který zpožďuje přerušení, ale který vytváří napětí mezi kontakty , které se nazývá napětí oblouku, které je v rozporu s napětím sítě, která jej vytvořila. Proud se snižuje až do řezu, jakmile je napětí oblouku je větší než sítě v důsledku rovnice obvodu: . $Já$ $U _ {{arc}}$ $E_ {r}$ $L. {\ Frac {dI} {dt}} = E_ {r} -U _ {{arc}} - RI$

Časové konstanty

Některé jističe jsou vybaveny mechanickými , elektrickými nebo elektronickými systémy s nastavitelnou délkou, intenzitou nebo citlivostí, což umožňuje po určitou dobu zakázat provoz jedné ze 3 výše uvedených funkcí (tepelné, magnetické, diferenciální). . Toto vypínací zpoždění umožňuje povolit určité přechodné jevy, které jsou z hlediska ochrany osob, obvodů a zařízení zanedbatelné, ale které by jinak mohly vyvolat otevření ochrany (napájení transformátorů nebo napájení. například). Mohou být také upraveny tak, aby byla ponechána možnost další ochraně umístěné po proudu, aby plnila svou roli, což umožňuje selektivitu ochrany.

Vypínací schopnost

Vypínací schopnost jističe odpovídá jeho schopnosti přerušit zkratový proud („přerušit obvod“) bez zhoršení a bez ohrožení okolí. Vyznačuje se maximální intenzitou proudu (nazývaného „předpokládaný proud“), který by protékal, pokud by jej nepřerušil žádný jistič. Tyto charakteristiky specifikují normy IEC 60947-2 (nebo NF-EN 60947-2 ) pro nízkonapěťové výkonové jističe a IEC 60898 (nebo NF EN 60898) pro jističe pro domácí použití.

Při přerušení obvodu pod zatížením se vytvoří elektrický oblouk, který přerušuje přerušení. Silný proud vystavuje všechny vodiče prudkým elektrodynamickým silám, které v závislosti na architektuře zařízení mohou nebo nemusí pomoci rychle se otevřít, také pomáhají elektrickému oblouku prodloužit a dosáhnout oblasti jističe, nazývané hasicí komora, kde bude jeho energie dobře absorbována.

Čím vyšší je proud, tím silnější je oblouk (produkovaný proud napětím oblouku), tím více může být akumulovaná energie destruktivní. Pokud zmizení oblouku není zajištěno v dostatečně krátké době, kryt zařízení již nemusí odolat tlaku zahřátých plynů, roztavení kontaktů může zabránit resetování zařízení. Jistič by poté již nebyl schopen vykonávat svou funkci.

Jistič musí být proto dimenzován tak, aby odolal zkratovému proudu, který je potenciálně přítomen v místě vložení v obvodu, pod napětím potenciálně přítomným ve stejném místě vložení.

Intenzita a napětí tohoto proudu závisí na několika faktorech:

schopnost napájecího obvodu poskytovat maximální proud při určitém napětí;
možnost obvodu (dráty, koleje) a napájeného zařízení nechat projít více či méně důležitý proud;
schopnost rozváděče i obvodu, který jej dodává, být místem více či méně důležitého napětí (normálního nebo náhodného).

Jinak musí být sám chráněn pojistkou nebo jiným jističem s dostatečnou vypínací schopností.

Uzavírací síla

Podle definice IEC je zapínací kapacita hodnotou stanoveného předpokládaného proudu, který je jistič schopen vytvořit při daném napětí a za předepsaných podmínek použití a chování. Odpovídá maximální hodnotě proudu, pod kterou lze s jističem manipulovat při zatížení bez degradace.

Vhodnost pro izolaci

Podle instalačních pravidel (ve Francii podle kapitoly 437.2 normy NF C 15-100 ) musí jistič zajistit fyzické oddělení obvodů během zásahu nebo práce na daném okruhu, tj. Jinými slovy, mít schopnost izolovat : tato schopnost je zárukou, že zařízení nedovolí, aby prošel nebezpečný zbytkový proud, pokud to indikuje otevřenou polohu pomocí kontrolky nebo polohy rukojeti, tj. maximálně 0,5 mA až 6 mA v závislosti na případu, kdy je síťové napětí přivedeno mezi jeho svorky. Výše uvedené normy IEC 60947-2 a IEC 60898 specifikují podmínky pro tuto schopnost.

Uzamykací zařízení ( visací zámek a uzamykací štítek) poté umožňuje blokování kontaktů v otevřené poloze, aby byly dodrženy předpisy týkající se elektrického povolení ( UTE C 18-510 , 520, 540), toto se nazývá „zámek“.

Odsouzení se týká druhého kroku procesu odeslání , prvním je oddělení.

Poznámky a odkazy

Robert Morel, Cahier Technique Schneider Electric č. 154 ,2000( číst online ) , s. 23
(in) Pat Sagsveen, „ Jističe “ na digikey.fr ,17. října 2017(zpřístupněno 19. března 2021 )
Definice typů křivek jističů , na webu ac-creteil.fr, konzultováno 28. června 2012, archivováno na wikiwix.com [PDF] .
V závislosti na zařízení a v souladu se standardem NF C 61-410, EN 60898 a IEC 947.2
V souladu s normou IEC 947.2
F9 Fyzikální a technologické vědy , Paříž, Ganeca Exact,2007( ISBN 978-2-200-02088-0 a 2-200-02088-0 , číst online ) , E6-13, E6-14.
Někteří autoři používají termín „typ“ místo „třída“.
„ Obecný jistič diferenciálu “ , na futura-sciences.com (přístup 5. září 2013 ) .
Elektrikářský katalog 97/98 , Groupe Schneider, str. 128-129.
Gauthier Deplaude, práce: Chování pulzního elektrického oblouku s vysokou intenzitou: případ modulárního jističe ,4. července 2018( číst online ) , s. 25
„Selektivita“ , sitelec.org.
IEV 441-17-09 , na electropedia.org
„ Consignations et déconsignations “ [PDF] , na afim.asso.fr , Národní institut pro výzkum a bezpečnost ,listopadu 2011(zpřístupněno 22. prosince 2015 ) , s. 9-11.

Dodatky

Související články

externí odkazy

Jističe: vypínací jednotky, vypínací křivky, diskriminace , přidružení , na webu sitelec.org
Diferenciální zařízení , na webu sitelec.org
Pojistky a jističe , na místě culturesciencesphysique.ens-lyon.fr