Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Compact NSX – mnohem víc než jistič

Jistič dnes nemá v elektrotechnice jen úlohu ochrany, ale představuje ucelený balíček řešení pro ochranu, monitorování a dokonce řízení elektrické instalace. Jeho dalším posláním je zajistit lepší plynulost napájení, spolehlivost sítě a její vyhodnocení, regulaci a hospodaření s elektrickou energií. Tento článek popisuje jistič z produkce společnosti Schneider Electric, který dokáže vyhovět potřebám současných uživatelů.
 

Vývoj a požadavky na jisticí přístroje

Původní řada kompaktních jističů Compact NS do 630 A přišla na trh již v roce 1994 a přinesla v elektrotechnice do té doby nevídané možnosti. Rotoaktivní mechanismus vypínání (obr. 1), který se skládá z pohyblivého rotačního kontaktu a tlakového vypínacího systému, značně omezuje zkratové proudy podobně jako pojistka. Mezní a provozní vypínací schopnost dosahují hodnoty 150 kA a snížilo se opotřebení jističe a silových vodičů při zkratu. Přístroj má propracovaný systém selektivity a kaskádování, jeho mez selektivity dosáhla až 150 kA. K dispozici je stavebnicový systém doplňků.
 
Další vývoj jističů byl motivován snahou zlepšit komfort a efektivitu napájení rozvodů nízkého napájení a snížit náklady na investici a provoz elektrické instalace. Do popředí se dostávají požadavky na takovou diagnostiku poruch a událostí, která vede k jejich předcházení, na měření elektrické energie s vysokou přesností, na monitorování prostřednictvím datové sběrnice, na zasílání alarmů, a opět i požadavky na vyšší selektivitu zejména s miniaturními modulovými jističi v obchodních a kancelářských budovách. Všechny tyto funkce vedou k lepšímu vytěžování elektroinstalace, její větší spolehlivosti, minimalizaci výpadků a samozřejmě i k úsporám energie a provozních nákladů.
 

Compact NSX – ucelený systém

Nová řada kompaktních jističů a odpínačů Compact NSX 100 až 630 A (obr. 2), uváděná na trh v roce 2008, patří svými parametry mezi výkonové jističe nejvyšší úrovně. Mezní i provozní vypínací schopnost se pohybuje v rozsahu 36 kA až 150 kA. Jističe jsou konstruovány pro rozvody 220 až 690 V a 1 000 V AC včetně řešení pro rozvody 16 2/3 Hz. Všechny parametry, včetně selektivity a kaskádování, jsou testovány a certifikovány v souladu s normou ČSN EN 60947-2 (Spínací a řídicí přístroje nn – Část 2: Jističe). Doplňky a příslušenství, včetně jednotek spouští, jsou stavebnicové, univerzální a navržené pro montáž zákazníkem. Vedle tradičních vlastností se jističe nové řady vyznačují unikátními technickými řešeními, které jsou popsány v dalších odstavcích.
 

Technika proudových měničů

Při vývoji bylo využito dlouholetých zkušeností se systémem ochrany a měření prostřednictvím kombinovaných měřicích transformátorů použitých ve vzduchových jističích Masterpact NT a NW (630 až 6 300 A). Jde o kombinaci klasického měřicího transformátoru s železným jádrem v kombinaci s Rogowskiho cívkou (obr. 3). Standardní transformátor napájí elektroniku a Rogowskiho cívka (v principu je to vzduchový transformátor) zajišťuje velmi přesnou ochranu a měření. Jsou to vůbec první takto koncipované proudové měniče v jističích do 630 A. Nepochybnou výhodou je velká přesnost a linearita měření až do několika set kiloampérů. To se projevuje zvýšením selektivity a značnou přesností měřicích funkcí.
 

Selektivita a kaskádování

Vylepšení původního rotoaktivního systému hlavních kontaktů jističe vede spolu s možnostmi systému elektronických ochran i ke zlepšení selektivity. Tento parametr určuje chování dvou za sebou řazených jisticích prvků a pro dané konfigurace a zkratové proudy zaručuje časovou součinnost těchto prvků. Zlepšení selektivity je nejpatrnější mezi řadou Compact NSX a modulovými jističi Multi9. V současné době je možné zajistit plnou selektivitu mezi modulovými jističi s předřazeným jističem NSX 100 A, a to pro všechny potenciální zkratové proudy. Předřazený prvek proto není třeba pro zajištění selektivity předimenzovávat a používat speciální nákladnější nadproudové spouště se zpožděním. To vše vede k významným úsporám při realizaci elektroinstalace. Jedná se o unikátní řešení selektivity, protože umožňuje plně zkoordinovat kaskádu jističů, např. NSX630 – NSX 250A – NSX 100A – Multi9 40A.
 
Další pokrok byl zaznamenán u vzájemného nastavení ochran pro zajištění selektivity. Nové řešení proudových měničů a elektroniky umožňuje selektivní nastavení jednotek již v případech, kdy je nastavení předřazené ochrany minimálně 1,3násobkem přiřazené ochrany jističe u spouště na přetížení, nebo jejím 1,5násobkem u zkratové spouště.
 
Dalších úspor při návrhu systému jištění lze dosáhnout díky velmi silné schopnosti jističe NSX omezovat zkratové proudy. V tomto případě hovoříme o technice kaskádování jističů v souladu s normou ČSN EN 60947-2. Na rozdíl od pojistek nebo běžných jističů dokážou jističe této řady zajistit vysokou úroveň selektivity i při kaskádování, což samozřejmě s pojistkou nelze. Další novinkou je schopnost elektronických jednotek spouští zajistit logickou selektivitu již s jističi od 100 A. Systém jištění s jističi Compact NSX zajišťuje vysokou úroveň selektivity při nejkratších vypínacích dobách (obr. 4).
 

Spolehlivost provozu díky LED Ready a mikročipu ASIC

Jedním z nových bezpečnostních prvků elektronických jednotek spouští Micrologic je funkce LED Ready. Jde o aktivní watchdog, který permanentně testuje obvod ochrany mezi měřicím transformátorem, mikročipem ochran ASIC a vypínací spouští. Zelená LED Ready bliká, je-li kompletní ochranný obvod v pořádku a připraven reagovat na poruchu. Uživatel se tedy může na první pohled přesvědčit o správné funkci ochrany. Jednotka spouští navíc obsahuje diodu LED pro signalizaci přetížení.
 
Jádrem ochrany je obvod ASIC. Tento mikročip je speciálně navržen pro danou úlohu nadproudové ochrany. Jeho výhodou je o řád nižší počet komponent (tranzistorových kombinací), než je u standardní mikroprocesorové ochrany, a nepřítomnost paměti EPROM, protože jeho funkce je dána již strukturou čipu, nikoli programem v paměti. Z toho vyplývá, že jeho přednostmi oproti obvyklým mikroprocesorovým spouštím jsou spolehlivost a větší imunita vůči elektromagnetickému poli. Jde o patentované řešení společnosti Schneider Electric, které zajišťuje vysokou spolehlivost a bezpečnost chráněného obvodu a zařízení.
 

Měření energie a diagnostika provozu s jednotkami Micrologic

Výrazným inovačním prvkem a stavebním kamenem pro měření parametrů a kvality elektrické energie jsou elektronické jednotky spouští Micrologic (obr. 5). Z nabídky si lze zvolit standardní jednotky spouští bez měření nebo jednotky s diagnostickými funkcemi a měřením. Umožňují měřit veškeré parametry elektrické energie (napětí, proud, činný, jalový a zdánlivý výkon, účiník základní složky i skutečný účiník, harmonické zkreslení proudu a napětí) a její spotřebu podle EN 61557-12 (Electrical safety in low voltage distribution systems up to 1 000 V AC and 1 500 V DC – Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures – Part 12: Combined performance measuring and monitoring devices for electrical parameters) včetně čtvrthodinového maxima proudu a výkonu. Hodnoty jsou v základní konfiguraci zobrazovány přímo na displeji jednotky Micrologic. Přesnost měření kompletního měřicího řetězce (proudový měnič a měřicí přístroj) je díky použité technice proudových měničů velmi vysoká: u měření proudu vyhovuje třídě 1 a u měření energie třídě 2 podle EN 61557-12.
 
Jistič s tímto typem elektronické jednotky může nahradit samostatný analyzátor sítě s externími proudovými transformátory. Lze tak uspořit za montáž samostatných přístrojů, lépe využít místo v rozváděči a zvýšit spolehlivost měřicího systému díky továrně testovanému řešení v rámci jističe. Diagnostické funkce umožňují sledovat důležité provozní hodnoty jističe, jako je počet mechanických sepnutí, úroveň opotřebení hlavních kontaktů, teplotu, provozní dobu aj. Mezi praktické a velmi užitečné diagnostické charakteristiky patří i historie poruch a událostí nebo tzv. profil zátěže podle denního vytěžování rozvodu. Tyto funkce lze využít u důležitých a citlivých spotřebičů či technologických celků. Jednotka spouští je schopna zobrazit typ a dobu vypnutí poruchy či události a navíc zobrazit i změřenou kritickou veličinu (např. přerušený zkratový proud). Tyto údaje jsou důležité pro detailní znalost chování rozvodu, prevenci poruch a plánování údržby a oprav.
 

Zobrazení parametrů a komunikace

Pro splnění požadavků moderních instalací byl navržen velice přátelský a snadno doplnitelný systém komunikace po datové sběrnici. Pro něj se velmi dobře hodí označení plug and play neboli „zapoj a používej“. Kromě displeje na jednotce spouští lze používat také externí displej FDM121 umístěný na panelu rozváděče (obr. 6). Do něj lze přenášet hodnoty měření a diagnostiky prostřednictvím univerzálních prefabrikovaných propojovacích kabelů s konektory RJ45. Další možností je komunikace přímo přes rozhraní RS-485 (protokol Modbus) nebo Ethernet. Uživatel má takto kompletní přehled o stavu jističe, měření a diagnostice přímo ve svém počítači nebo vzdáleném webovém serveru. Specialisté společnosti Schneider Electric dokážou začlenit jističe Compact NSX a Masterpact do systému sledování navrženého pro úspory nákladů na spotřebovanou energii. K dispozici jsou i monitorovací software nebo podpora pro tvorbu vlastního softwaru.
 

Programovatelné alarmy a systém ochrany motorů

Mezi příslušenství umožňující spolupráci při řízení elektrického rozvodu patří doplňkové moduly SDx a SDTAM. Modul SDx se dvěma výstupními kontakty pracuje ve spolupráci s odpovídající jednotkou spouští Micrologic a umožňuje přiřadit každému kontaktu určitý alarm a signalizovat typ spouště, která byla aktivována. U ochran motorů jsou navíc i alarmy takových událostí, jako jsou zadření motoru, podproud, příliš dlouhý rozběh nebo fázová nesymetrie. Pro ně jsou instalovány i další nové ochrany obsažené v řadě spouští Micrologic pro ochranu motorů. Zajištěna je samozřejmě i odpovídající koordinace mezi jističem a stykačem typu 1 a 2 v souladu s normou ČSN EN 60947-4-1 (Spínací a řídicí přístroje nn. Část 4: Stykače a spouštěče motorů. Oddíl 1: Elektromechanické stykače a spouštěče motorů). Ta garantuje optimální přiřazení jističe k stykači, které lze najít v tabulkách výrobce nebo v projektovém softwaru Ecodial. Doplňkový modul SDTAM slouží pro spouštění motorů. Prostřednictvím výstupních kontaktů umožňuje vypínat stykače při přetížení, což zvyšuje životnost nákladnějšího jističe. Jistič reaguje pouze v případě zkratu.
 

Retrofit původních jističů Compact NS

Původní jistič Compact NS se stal velmi často používaným výkonovým jističem. Jednou však doslouží, bude třeba jej modernizovat a obměnit. Konstruktéři společnosti Schneider Electric pamatovali i na rekonstrukce a rozšíření rozvodů. Patrně nejlevnějším řešením retrofitu je v těchto případech výměna původního jističe Compact NS za jistič řady Compact NSX. Vnější rozměry, rozteče pólů, upevňovací body a další mechanické parametry jsou totiž pro obě řady shodné. Nový jistič NSX lze namontovat na původní připojovací místa bez použití speciálních adaptérů a připojovacích sad. To platí pro přístroj v pevném, násuvném i výsuvném provedení. Původní studie selektivity zůstávají v platnosti i při použití nové řady.
Martin Dostál,
Schneider Electric CZ, s . r. o.
 
Obr. 1. Rotoaktivní hlavní kontakt značně omezuje zkratové proudy
Obr. 2 Jistič NSX250 s elektronickou jednotkou pro měření elektrické energie a zobrazovacím displejem do rozvaděče
Obr. 3. Systém proudových měničů
Obr. 4. Plná selektivita pro zkratové proudy až do vypínací schopnosti jističe
Obr. 5. Čelní panel jednotky Micrologic pro měření energie s displejem
Obr. 6. Zobrazení parametrů pomocí displeje na rozváděči a komunikace s nadřazeným systémem