Projektování automatizovaných systémů

Transkript

1 Projektování automatizovaných systémů Osvald Modrlák, Petr Školník, Jaroslav Semerád, Albín Dobeš, Frank Worlitz TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Druhy sítí Síť TN-C Síť TN-S Síť TT Síť IT

3 Síť TN-C zapojení obvodů L1 L2 L3 PEN zásuvka zástrčka pro spotřebič 1. třídy spotřebič 1. třídy 3 fázový motor

4 Síť TN-C provedení ochrany a princip působení Ip L PEN Propojení kostry spotřebiče s ochranným vodičem soustavy PEN Působení ochrany 1. průraz na kostru Společný pracovní a ochranný vodič PEN Jištění spotřebiče 2. poruchový proud Ip. Impedance poruchové smyčky Zs - je dána cestou proudu Ip 3. přerušení obvodu

5 Síť TN-S zapojení obvodů L1 L2 L3 N PE zásuvka zástrčka pro spotřebič 1. třídy spotřebič 1. třídy 3 fázový motor

6 Síť TN-S provedení ochrany a princip působení Ip L N P E Propojení kostry spotřebiče s ochranným vodičem soustavy PE Působení ochrany Rozdělení vodiče PEN na PE a N Jištění spotřebiče 1. průraz na kostru 2. poruchový proud Ip. Impedance poruchové smyčky - je dána cestou proudu Ip- Z 3. přerušení obvodu

7 Podmínky pro ochranu v sítích TN 1. Uzemnění zdroje nesmí být větší než 5 Ω (výjimečně 15 Ω). 2. Celkový zemní odpor musí být menší než 2 Ω. 3. Vodič PE se musí zemnit (Rmax=15 Ω): * u venkovního rozvodu po 500 m a na konci vedení * u přípojkových skříní a hlavních rozvaděčů * u dočasných rozvaděčů * na konci odboček, je-li delší než 200 m 4. Vodiče PEN a PE se nesmějí jistit. 5. Vodiče PEN a PE musí být správně dimenzovány. 6. Při vypínání se vodiče PEN a PE musí rozpojovat jako poslední a spínat jako první. 7. U zásuvek, jejichž jmenovitý proud nepřesahuje 20 A a které jsou užívány laiky, musí být provedena doplňková ochrana citlivými chrániči I 30mA (výjimky zásuvky pro počítače, ledničky, mrazničky)

8 Podmínky pro ochranu v sítích TN 8. Impedance poruchové smyčky musí být tak malá, aby poruchový proud vypnul obvod v dostatečně rychlém čase: Zs*Ia U0 kde: Zs je impedance smyčky, která zahrnuje zdroj, pracovní vodič k místu poruchy a ochranný vodič mezi místem poruchy a zdrojem. Ia proud, který zajistí samočinné vypnutí ochranného prvku v předepsaném čase U0 jmenovité fázové napětí sítě Hodnoty dovolené impedance závisí na jistícím prvku a poruchové smyčky jsou udány v tabulkách. Pro zvýšení bezpečnosti se často požaduje: Znam (2/3)*Zdov

9 Použití proudového chrániče v síti TN chránič L1 L2 L3 PEN N PE chránič chránič ANO NE ANO

10 Tabulka přípustných impedancí smyček v síti TN pro pojistky, jističe a chrániče Ochranný přístroj Pojistka (gg) Požadovaný vypínací proud (t 0,4 s) všeobecně cca 8 I n Z s (2/3*U 0 )/(8*I n ) Nejvyšší přípustná impedance při měření pro I n = 16 A n a pro I n = 30 ma (0,67*230)/128 = 1,2 Ω (0,67*230)/80 = 1,9 Jistič (B) 5 I n Z s (2/3*U 0 )/(5*I n ) Ω Chránič jmenovitý vybavovací proud Z s (2/3*U 0 )/I d (0,67*230)/0,03 = Ω

11 Síť TT zapojení obvodů, provedení ochrany a princip působení Jištění spotřbiče Střední vodič je pouze pracovní Svorka ochranného vodiče Ip PE L N Propojení kostry spotřebiče se zemí (zemničem) Působení ochrany 1. průraz na kostru 2. poruchový proud Ip. Impedance poruchové smyčky Zs - je dána cestou proudu Ip 3. přerušení obvodu

12 Podmínky pro ochranu v sítích TT 1. Uzel zdroje a neživé části jsou spojeny se zemí. 2. Hodnota zemního odporu u spotřebičů je kde RA 50/IA RA odpor uzemnění 50 (25) hodnota dotykového napětí v daném prostoru IA poruchový proud, který způsobí vypnutí v daném čase 3. Při použití jističů a pojistek nelze krátkou dobu vypnutí splnit. U dlouhé doby vypnutí (5 sekund) vychází zemní odpor velmi malý a je nereálný. 4. V těchto případech je nutné použít chránič (t 200 ms), kdy za proud IA dosazujeme rozdílový proud chrániče. 5. Spolehlivost ochrany závisí na půdních podmínkách, které nejsou v průběhu období konstantní.

13 Síť IT princip ochrany L1 L2 L3 Is svodové kapacity motory jsou uzemněny 1. průraz Svodový proud je malý soustava pracuje bez omezení!

14 Síť IT princip ochrany L1 L2 L3 Ip 2. průraz 1. průraz Poruchový proud musí odpojit vadné spotřebiče!

15 Síť IT působení a podmínky 1. průraz * postiženým obvodem prochází svodový proud, který je malý a soustava může pracovat bez vypnutí. * z izolované soustavy se stane soustava uzemněná * napětí proti zemi vzroste na sdruženou hodnotu * porucha musí být signalizována * při vhodné příležitosti je porucha odstraněna 2. průraz * postiženým obvodem prochází poruchový (zkratový) proud, který způsobí vznik nebezpečného dotykového napětí => postižené spotřebiče musí být odpojeny v dostatečně rychlém čase

16 Síť IT působení a podmínky Neživé části se chrání uzemněním, musí platit: RA*Id 50 kde RA odpor uzemnění 50 (25) dovolené dotykové napětí v daném prostoru Id poruchový proud Způsob uzemnění jednotlivých částí 1. jednotlivě velikost poruchového proudu je omezena zemními odpory. Doba odpojení t 5 sekund. 2. po skupinách (například u podružného rozvaděče) velikost poruchového proudu je omezena impedancí poruchové smyčky. Platí: Z s = * U 2* I 3 0 a 3. společné (hlavní pospojování) stejné jako v bodě 2

17 Doplňková ochrana proudovým chráničem Chránič je vhodnou doplňkovou ochrannou ve většině případech (pozor na tepelné spotřebiče!), zejména v domácnostech, ve školách,. V normě předepsaných případech se musí použít. Působí spolehlivě jak při poškození základní ochrany (kryt), tak i pro případ poruchy. Hlavní výhodou je rychlost odpojení (do 200 ms) a velká citlivost. Podmínka: pro ochranu lze použít chrániče s maximálním rozdílovým proudem 30 ma a nesmí mít zpožděnou funkci.

18 Působení chrániče poškození krytu Za normálního stavu platí I1 = I2 V případě dotyku na živou část se uzavře přes zem rozdílový proud I3, neplatí I1=I2. Proudový chránič ;tento rozdíl vyhodnotí a odpojí obvod v dostatečně rychlém čase. I3

19 Odpor těla je Zt=2kΩ I3 Fázové napětí U0=230 V U I = = = 0, A t Z + Z + R ,3 115 L1 t z Odpor fázového vodiče od zdroje ke spotřebiči je Zo=0,3 Ω Odpor uzemnění zdroje je Rz=5Ω Chránič vypne v t<200ms nedojde k úrazu elektrickým proudem

20 Účinky proudu na organismus 115 ma 200 ms Bezpečný střídavý proud 3,5 ma

21 Působení chrániče - porucha I3 Za normálního stavu platí I1 = I2 V případě průrazu na neživou část se uzavře přes zem (ochranný vodič) rozdílový proud I3, neplatí I1=I2. Proudový chránič tento rozdíl vyhodnotí a odpojí obvod v dostatečně rychlém čase.

22 Zdroj: ČSN edice 2 Michal Kříž Příručka pro zkoušky elektrotechniků Václav Honys Ochrana před úrazem elekřinou PŠIS Stručný výtah z normy ČSN edice 2 Materiál je určen pouze pro studijní účely