Jištění, spínání Ing. Miroslav Novák, Ph.D. Ústav mechatroniky a technické informatiky Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Technická Univerzita v Liberci  e-  EVC

Obsah Poruchové stavy v el. obvodech Rozdělení ochran Ochrany nn  Pojistky  Jističe  Nadproudové relé  Proudový chránič Relé Stykače Reléová logika Liniová schémata

Poruchové stavy v silnoproudém rozvodu Zkrat – spojení dvou nebo více fází, nebo fáze s uzlem. Způsobuje teplené poškození vodičů a následně izolantů, mechanická poškození vlivem dynamických sil zkratových proudů. Zkrat způsobují atmosférické vlivy, únava izolace, mechanické poškození, nesprávná manipulace, náhodné jevy… Přetížení – průchod příliš velkého množství energie tepelná a mechanická poškození, urychluje stárnutí izolací. Krátkodobé přetížení nemusí být nebezpečné. Poškození závisí na velikosti teploty nebo na jejím časovém integrálu Přepětí – zvýšení napětí nad dovolenou mez Způsobuje poškození a stárnutí izolací, přídavné ztráty – znamená nebezpečí zkratu. Způsobeno atmosférickými vlivy, poruchou regulace napětí, přechodovými jevy (rezonanční obvod parazitních prvků) Podpětí – pokles napětí pod dovolenou mez Způsobuje proudové přetěžování při konstantním výkonu. Způsobeno proudovým přetížením, nedostatečnou kompenzací, poruchou regulace napětí.

Poruchové stavy v silnoproudém rozvodu 2 Snížení kmitočtu má za následek zvětšení magnetizačních proudů a tím zvětšení ztrát i m = u/(2  fL b ). Nastává přetížením elektrizační soustavy. Zvýšení kmitočtu zvýšené mechanické namáhání strojů. Způsobeno poruchou regulace výkonu Nesymetrické zatížení Vznik zpětné složky proudu – složka točivého mag. pole, která se otáčí proti směru. Způsobuje přídavné ztráty v rotoru = může dojít k přehřátí Zemní spojení Galvanické spojení jedné fáze nebo uzlu v izolovaných sítích. Nebezpečí následného zkratu. Narušena ochrana oddělením Zpětný tok výkonu může nastat při poruše turbiny = přejde do motorického režimu Ztráta buzení pokles budicího proudu pod mez stability = ztráta synchronizmu, přehřátí rotoru generátoru

Rozdělení ochran Podle typu chráněného objektu: Generátoru Motoru Transformátoru Přípojnic Vedení Kabelu Troleje Vypínače lokomotivní Podle druhu poruchy: Zkratová Při přetížení Podpěťová Nadpěťová Podkmitočtová Nadkmitočtová Při zemním spojení Při změně toku výkonu Při ztrátě buzení Při nesouměrnosti

Spolehlivost Schopnost rozeznat poruchový stav a realizovat výstupní povel ovládání chráněného objektu Musí působit při každé poruše Nesmí selhat okolní el. mag. pole, prašnost, otřesy, agresivní prostředí, napeťové špičky… složitost, pravidelnost údržby, kontrola činnosti řeší se zálohováním ochran – je jich více než je nutné Nesmí působit pokud nedojde k poruše Výběrová schopnost = selektivita Schopnost ochrany najít místo poruchy a odpojit nejmenší část obvodu Řešení: Časové odstupňování – blíže zdroji delší čas vypínání Proudové odstupňování stejný prvek s menším jmenovitým proudem vypíná dříve než s větším proudem

Ochrany nn Pojistky Jističe Nadproudová relé Proudové chrániče Napěťové chrániče

Pojistky Uměle vytvořené nejslabší místo v rozvodu Přetavení tavného přesně dimenzovaného, kalibrovaného drátku nebo pásku Výhody:  Jednoduchost  Spolehlivost neobsahují žádný mechanismus, pohyblivé části po přetavení nemůže způsobit následnou poruchu Nevýhody:  po každém působení je nutná výměna – pomalé, nutný zásah obsluhy  přetavení v 1 fázi 3f rozvodu – ohrožení 3f spotřebičů Podle velikosti napětí  Nízkonapěťové  Vysokonapěťové (v obvodech vvn se nepoužívají) Podle vypínací charakteristiky  Normální (rychlé)  Pomalé Podle způsobu upevnění  Závitové, nožové, s kontaktními praporci, přístrojové, automobilové

Pojistky (1)F- rychlá (2)T- pomalá (3)TF – rychlopomalá (4)velmi rychlá - jištění polovodičů (5)přístrojová (6)motorová - krátkodobé přetížení pro rozběh ASM

Vypínací charakteristika Charakteristiky:  chráněného objektu  Jistícího prvku pojistky, jističe, relé… Správné jištění = co možná nejlepší shoda Charakteristika pojistky je závislá = doba vypnutí závisí na nadproudu Označení: g.. Obecné použití a.. Chrání jen v části charakteristiky

Jističe = samočinné nadproudové vypínače ochrana vedení, motorů, ostatních spotřebičů před přetížením Nemají omezovací schopnost = nutné předřazení pojistek proud je vypnut až při poklesu k nule, pozor na jištění DC obvodů! Spoušť:  Nadproudové – bimetalový pásek ohřívaný proud časově závislá charakteristika  Zkratová – elektromagnet časově nezávislá

charakteristika B – světelné a zásuvkové obvody (nezpůsobují rázy) zkart. spoušť 3-5 In C – žárovky, motory (rázy) 6-9 In D – transformátory, 2-pólové motory (vysoké rázy) In

Jistící nadproudová relé Ochrana spotřebičů před přetížením (motory) Nechrání proti zkratu – nedostatečná vypínací schopnost kombinace s pojistkami Často přizpůsobené k ovládání stykače dálkového ovládání spotřebiče – nasazení na hlavní kontakty Některé typy se po ochladnutí (po přetížení) znovu aktivují Proudová spoušť je nastavitelná

I Chrániče Doplňková ochrana – odpojení v krátkém čase Předepsány tam, kde hrozí zvýšené nebezpečí úrazu el. proudem Vlhké mokré prostory Laboratorní podmínky Dlouhodobá prac. činnost se spotřebiči Venkovní zásuvky (sekačky) Práce laiků Funkce: ochrana před nebezpečným dotykem živých částí ochrana před nebezpečným dotykovým napětím na neživých částech Nejsou základní ochranou Výhody: Velká citlivost na svodové proudy Velká vypínací schopnost Změkčení podmínky pro velikost nejmenšího dovoleného odporu uzemnění Zs Zs = 4,9 , chránič: Zs = 230/0,1 = 2300  Někdy kombinované s nadproudovou ochranou

Umisťování jisticích prvků Ve všech fázových vodičích - při jištění proti zkratu a nadproudu v 3f síti V 1f – při jištění proti přetížení, vypnout se musí ale všechny fázové vodiče Na začátku vedení – ochrana vedení (někdy + spotřebičů) U odboček vedení s menším průřezem – 3 m za odbočkou, nejištěný úsek průřez jako původní vedení, zvláštní požadavky Jištění chrání i slabší průřezy – nemusí být zvlášť jištěné odbočky Paralelní vodiče – mohou mít společné jištění, jsou li stejné Nejistí se: Úsek od transformátoru nn k rozvaděči (musí odolat zkrat. proudu) Tam kde by došlo při rozpojení k ohrožení:  Sekundár proudového transformátoru Střední a ochranný vodič (musí odolat zkrat proudu do doby odpojení) Vedení vysokých proudů: elektrochemické, elektrometalurgické zdroje, svářečky (vedení musí být správně dimenzováno) Spojovací vodiče uvnitř rozvaděče (zvláštní ČSN, proto je prostor rozvaděče nehořlavý)

Jištění motorů Nevypínat při záběrovém proudu (doba rozběhu, rychlost poklesu proudu – je individuální pro každou aplikaci!) Respektovat četnost spouštění (přehřátí záběrovým proudem) Protichůdné požadavky Při zkratu je nutné vypnout všechny fáze => motorový jistič Motorové ochrany – kontrola napětí ve fázích (dvoufázový chod často způsobí poruchu) a sledu fází Jištění při přepínání Y-D pokud nedojde k přepnutí je problematické, ale většinou se neprování

Relé Jednoduše rozpínané kontakty  Spínací, Rozpínací, Přepínací Monostabilní relé po odpojení buzení zpět do výchozí polohy Bistabilní relé po vypnutí buzení setrvávají ve stavu Ovládání  DC  AC – závit na krátko přes polovinu jádra, usměrňovač Kontakty a cívka jsou galvanicky oddělené Pozor! – bezpečnostní bariéra je často nízká a nevyhovuje ochranně dvojitou izolací a v dalších případech

Stykače Střední a velké výkony Můstkové kontakty AC ovládání po přítahu vzroste indukčnost (vzuch. mezera) = snížení proud Stejnosměrné ovládání indukčnost nehraje roli, je nutno omezit proud jinak  Omezení proudu rezistorem  Elektronický napájecí zdroj cívky Stejnosměrná zátěž >48 V DC potíže s uhašením oblouku – zapojení kontaktů do série, předepsáno i pro stykače v kategorii DC!

Kategorie stykačů Výrobce předepisuje velikost a typ ochran proti nadproudu a přetížení

Releová logika, liniová schémata Jedondušší funkce vytvořit pomocnými kontakty stykačů složité funkce lze řešit PLC  ladder diagram (logika releových schémat + funkční bloky, časovačů apod.) TOTAL STOP releově – ne softwarově!!! A B C R1 D E R2 (1)R1=A and B and C (2)R2=D or C

Automatický přepínač hvězda trojúhelník

Literatura FENCL, František. Elektrický rozvod a rozvodná zařízení. Skriptum FEL-ČVUT v Praze. Česká technika – nakladatelství ČVUT ISBN [UKN] KŘÍŽ, Michal. Dimenzování a jištění elektrických zařízení – tabulky a příklady. IN-EL. Praha, ISBN X [UKN] BASTIEN Peter a kol. Praktická elektrotechnika. Europa – Sobotáles cz. Praha ISBN [UKN] výrobce pojistek, jističů, chráničů výrobce jističů, chráničů výrobce stykačů UKN – Univerzitní knihovna TU v Liberci