Elektrický přístroj je zařízení používané v elektrických obvodech k: jištění a obsluze elektrických rozvodů, pohonů,

Transkript

1 Elektrické přístroje Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO Katedra elektrotechniky Technická zařízení budov III Fakulta stavební

2 Definice elektrických přístrojů Elektrický přístroj je zařízení používané v elektrických obvodech k: jištění a obsluze elektrických rozvodů, pohonů, spotřebičů (spínací a jistící přístroje) ; měření elektrických veličin ; využití silových účinků elektrického proudu. ( velmi obsáhlý sortiment elektrických zařízení (EZ) ).

3 1 ~ Obr.1 Schéma elektrického obvodu 1 - zdroj ( baterie, generátor, síť apod.) 2 - spojovací vedení (vodiče, kabely, troleje apod.) 3 - spotřebiče (žárovky, topidla, motory, počítače, t apod.) 4 - ovládací, spínací a jistící člen (vypínač, pojistka apod.) tzv. Elektrický spínací přístroj (ESPř)

4 Rozdělení EPř podle funkce: - spínací, které dle působení dále dělíme na : - nesamočinné - (spínače, vypínače, odpínače, odpojovače - samočinné (stykače, relé, jističe, vypínače se spouští a pod.); -řídící, spouštěcí, regulační (zabezpečují další požadované funkce) - jistící, chrání EO a okolí před účinky poruchových stavů: - přetížení (pojistky; jističe, relé); - přepětí (bleskojistky) - ohrožení zdraví osob, zvířat a majetku (chrániče) - spojovací pro trvalé spojení (svorkovnice, zásuvky, apod.) - měřící (měřící přístroje a jejich příslušenství); - ostatní (odporníky, tlumivky, elektromagnety apod).

5 Základní stavy elektrických přístrojů: u P 0 i = 0 VYPNUTO ZAPÍNÁNÍ u P = 0 i 0 ZAPNUTO VYPÍNÁNÍ

6 Elektrický oblouk průvodní jev při vypínání (přerušování) elektrického obvodu protékaného proudem, nebo i při jeho zapínání (vn a vvn) výboj v plynném prostředí čtvrté skupenství hmoty - PLAZMA neutrální atomy a molekuly se změní na elektrony a ionty a plyn se stává elektricky vodivý

7 Základní vlastnosti elektrického oblouku: elektrická vodivost (10 8 A/m 2 ); vysoká teplota (vypínání elektrického obvodu C, blesk C, plazmové hořáky dosahují až 10 C); 6 intenzivní záření; nelineární charakteristika.

8 Zhášení elektrického oblouku: Obvody stejnosměrného proudu: - intenzivním ochlazováním (změna odporu R OBL v důsledku zmenšování jeho průřezu) - - prodloužením jeho délky, - rozdělením na úseky Obvody střídavého proudu: - samovolné zhášení - obnovení izolačního stavu při průchodu proudu nulou

9 Kontakty (základní prvek) u ESPř: Označování ve schématech (grafické značky) Z zapínací 2 V vypínací 14 P přepínací - opotřebení kontaktů - míra životnosti a funkčnosti ESPř, (úbytek materiálu na A - kráter, nános materiálu na K) materiály kontaktů (mechanicky a tepelně odolné) : - neušlechtěné - nejčastěji Cu a jeho slitiny (bronz, mosaz) - poloušlechtěné - spékané materiály (slinuté kovy, W, Ni, Cu, Ag, C),

10 Přístroje jistící - pojistky ČSN EN ,2,3,4 ( ) značka ve schématech definice: Přístroje, které přetavením určených částí (tavných vložek) přeruší obvod ve kterém jsou zapojeny, pokud proud pojistkou přesáhne po určitou dobu stanovené hodnoty. účel: K jištění rozvodu nebo EZ před nadproudem, který by mohl způsobit jejich poškození popř. úraz.

11 Pojistkový odpojovač Pojistky

12 Pojistkový odpojovač Pojistka

13 Základní funkce pojistky: - Přerušení obvodu - přetavení drátku, v tavné vložce, teplo vznikající průchodem proudu R p...odpor pojistkové vložky Q = R. i. d t t t 2 t t p k...doba tavení vložky 0 Omezení zkratového proudu v obvodu za pojistkou ( v důsledku rychlého působení v 1. půlperiodě zkratového proudu)

14 Přístroje jistící - pojistky Rozsahy vypínání a kategorie užití Označuje se písmennými znaky na tavné vložce g tavné vložky mohou vypínat všechny nadproudy (v celém rozsahu vypínací schopnosti) a tavné vložky mohou vypínat pouze část nadproudů (zkratové proudy > 1,4 I N ) G určeno pro všeobecné užití M určeno pro jištění motorových obvodů Tr určeno pro jištění transformátorů R určeno pro jištění polovodičů F1 určeno pro jištění kabelových vedení

15 Přístroje jistící - pojistky Jmenovitá vypínací schopnost pojistky: Hodnota předpokládaného proudu, kterou je schopna tavná vložka přerušit. (Udává výrobce v TD) Rozdělení pojistek podle obsluhy: Pojistky určené pro kvalifikovanou obsluhu (dříve pro průmyslové použití) Pojistky určené pro nekvalifikovanou obsluhu (dříve pro domovní a podobné účely) zajištění ochrany před nebezpečím úrazu elektrickým proudem a nezaměnitelnost tavných vložek

16 Vypínací charakteristika pojistek t v [s] Vypínací charakteristiky výkonových pojistek: 1) - velmi rychlá ar střední 2) - pomalá gf hodnoty 3) - pomalorychlá gtf tolerančních 4) - pomalá gt pásem 100 5) - zkratová (přístrojová am) , I.. proud tekoucí pojistkou I NPOJ jmenovitý proud pojistky

17 Přístroje jistící - jističe (ČSN EN A1) F Nová značka definice: Starší značky značky ve schématech, Označení F (FU) Mechanické spínací přístroje se schopností spínání, přenášení a vypínání proudu obvodu za normálních i abnormálních podmínek (např. při zkratu).

18 Jističe

19 Jistič

20 Přístroje jistící - jističe vypnutá poloha - stabilní klidová poloha zapnutá poloha působením mechanické síly od - ručního ovládacího elementu - ovládací cívky (mechanicky pomocí ovládacího elementu popř. zapínací cívkou) a jsou v ní drženy pomocí volnoběžky. Síla na vypnutí je vyvozena od pružiny. Popud k vypnutí (k vybavení volnoběžky) je opět mechanicky a to : buď ručně, nebo od spouští popř. cívky elektromagnetu.

21 Přístroje jistící - jističe Funkce jističe Jištění (rozpojením)výkonového obvodu a zařízení zapojených za jističem před poškozením při poruše nadproudu Základní vybavení - nadproudová spoušť - zkratová spoušť - přídavná zařízení (ovládací cívky, pomocné kontakty)

22 Vypínací charakteristiky jističů podle ČSN EN 60898

23 Přístroje jistící - proudové chrániče ČSN IEC755, ČSN EN def.: Je to elektrický ochranný prvek který detekuje a vyhodnocuje tzv. reziduální (rozdílový) proud v pracovních vodičích vůči přednastavené hodnotě a vypíná obvod při překročení přednastavené hodnoty Reziduální proud : efektivní hodnota výsledného vektoru okamžitých hodnot proudů tekoucích hlavním obvodem proudového chrániče.

24 Proudové chrániče 2 pólový 1F 4 pólový 3F

25 Přístroje jistící - proudové chrániče pojistky Proudový chránič spínací mechanismus Součtový transformátor vybavovací relé SPOTŘEBIČ

26 Přístroje jistící - proudové chrániče Provedení PCH z hlediska počtu pólů: 2 pólové - určení pro 1 fáz. spotřebiče připojené na L a N 4 pólové - určení pro 3 fáz. spotřebiče, připojené na L1, L2, L3, N Provedení PCH z hlediska zpoždění vypnutí - bez zpoždění ( určen pro všeobecné použití) G - s prodlouženým vypínacím časem (t vmin =10 ms) S - selektivní s prodl. vypínacím časem (t vmin =40 ms)

27 Přístroje jistící - proudové chrániče Provedení s ohledem na citlivost (druh proudu): AC.. citlivost na střídavý proud A. citlivost na střídavý a pulzující stejnosměrný proud B citlivost jako A a na ss reziduální proudy vzniklé při usměrňování

28 Přístroje jistící - proudové chrániče PCH nejistí před nadproudy (přetížením a zkraty PCH není schopen vyhodnotit dvoupólové spojení (dotyk) mezi pracovními (fázovými) vodiči)

29 Elektrické přístroje spínací samočinné spínače - stykače, pomocná a časová relé nesamočinné spínače - ovládače (otočné, stiskací) - mezní spínače (mechanické, teplotní, tlakové, rychlostní apod.)

30 Elektrické přístroje spínací - stykače Základní výkonový spínací prvek Hlavní kontakty Pomocné kontakty Ovládací cívka A1 Z Zapínací kontakt (pracovní) V vypínací kontakt (klidový) A2 Z Z Z Z V Hlavní kontakty spínají přenášený elektrický výkon Pomocné kontakty - blokování, signalizace

31 Elektrické přístroje spínací - stykače

32 Elektrické přístroje spínací - stykače Kategorie použití stykačů s ohledem na jejich životnost : AC-1 Neinduktivní nebo slabě induktivní zátěž, (např. odporové pece) AC-2 Motory s kotvou kroužkovou, spouštění a reverzace chodu AC-3 Motory s kotvou nakrátko AC-4 Motory s klecovým rotorem, spouštění, reverzace AC-11 Elektromagnety (cívky stykačů, břemenové)

33 Elektrické přístroje spínací - relé Pomocná relé Pomocné kontakty P Z V Ovládací cívka A1 A2 - konstrukčně obdobné stykačům, - obsahují pouze pomocné kontakty. - nejsou určeny ke spínání elektrického výkonu). - často i provedení přepínacího kontaktu (P) Časová relé - časové zpoždění mezi připojením (odpojením) ovládací cívky a přítahem (odpadem) kotvy elektromagnetu spojené s kontakty. - možnost nastavení zpoždění, - provedení bývá elektromechanické ( hodinový strojek) nebo elektronické.

34 Elektrické přístroje spínací - relé

35 Spínací přístroje - časová relé Pomocné kontakty Ovládací cívka (OC) Pomocné kontakty Ovládací cívka (OC) P Z V P Z V V 1 0 V 1 0 Z OC zpoždění Z OC zpoždění a) es zpožděným přítahem b) se zpožděným odpadem Obr. Konfigurace a tabulka spínání časového relé

36 Φ = 0 Elektromagnety (EM) Definice : Elektromagnety jsou přístroje využívající silové účinky el. proudu, které se projevují silovým působením magnetického pole na feromagnetické materiály. Magnetický obvod - MO (zákony, základní vztahy) Část prostoru, ve kterém se uzavírá magnetický tok. Soustředění magn. pole do určitého pracovního prostoru lze dosáhnout pomocí dobře magneticky vodivého materiálu. (nejčastěji železo, nebo v kombinaci Fe + vzduchová mezera). I. K.z. algebraický součet magnetických toků je roven nule II. K.z. alg. součet magn. napětí v uzavřené smyčce MO je roven alg. součtu magnetomotorických sil v téže smyčce Hopkinsonův zákon: jeho grafickým vyjádřením je magnetizační charakteristika Φ = f(fm) F Φ = Λ F = m m R m m

37 Elektromagnety (EM) Pro cívku s N závity protékanou proudem I lze uvedené zákony aplikovat do vztahu: = = = F U Φ. R N I m m m Magnetomotorická síla (mms) je rovna součtu magnetických napětí všech části MO na uzavřené indukční čáře. Cílem výpočtu MO je: určení Fm (popř. budícího proudu cívkou Ib ) pro danou velikost magnetického toku Φ (nebo indukce B) v pracovní oblasti elektromagnetu.

38 Elektromagnety (EM) Přitažlivá (tažná) síla elektromagnetu : F dwm = dx dr dl m δ W = F Φ = L I = Φ R = Λ F m m m m m

39 Elektromagnety (EM) Rozdělení EM dle jejich použití : přídržné - slouží k upnutí ferromagnetických předmětů při jejich přemisťování nebo opracovávání (břemenové elektromagnety, elektromagn. upínací desky, elektromagn. spojky, třídiče apod.), charakteristický rys: celistvost MO, nejčastěji v provedení na ss proud pohybové - (zapínací - vypínací mechanismy jističů, spínačů, ventily, brzdy apod.). charakteristický rys: MO obsahuje pevnou část, pohyblivou část (kotvu) a vzduchovou mezeru

40 Elektromagnety (EM) Rozdělení EM podle druhu el. proudu: stejnosměrné, DC - ( konst. proud a tím i buzení, - závislost na zdvihu, - přechodný děj při zapnutí a vypnutí, složité vypínání) střídavé, AC - (magn. tok i indukce jsou přibližně konstantní tzn., že je konstantní velikost střední hodnoty tažné síly - časová závislost veličin (sinusový průběh)