Moderní elektrické instalace

Transkript

1 ICE DO ROZVOJ JE VZDĚLÁVÁNÍ INVEST Moderní elektrické instalace Ív v domácnosti aneb Od pantáty vedou dráty do žárovky nade vraty Přednáška v rámci projektu IET1 Miloslav l Steinbauer Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1

2 OSNOVA PŘEDNÁŠKY Historické okénko do vývoje elektrotechniky Elektrifikace českých zemí Bezpečné elektrické instalace Inteligentní instalační systémy Instalace a multimédia 2

3 HISTORICKÉ OKÉNKO DO VÝVOJE ELEKTROTECHNIKY

4 ELEKTROTECHNIKA Začátek lze ztotožnit t s objevem prvního použitelného zdroje stálého elektrického proudu - Voltova článku (1800) Již během 1. poloviny 19. století byla prozkoumána většina elektrických vlastností látek za normálních podmínek, byly objeveny zákony platící v elektrických obvodech a nalezena souvislost elektřiny a magnetismu. Nejvýznamnější jména té doby jsou např. Alessandro Volta, André Marie Ampere, Georg Simon Ohm, Hans Christian Oersted, Michael Faraday, Gustav Robert Kirchhoff. Alessandro Volta 4

5 ELEKTROTECHNIKA Průkopnické ké období bí bylo v roce 1865 završeno Dynamickou teorií elektromagnetického pole, ve které James Clerk Maxwell pouhými čtyřmi rovnicemi (a třemi materiálovými) vyjádřil vše podstatné z dosavadních objevů a zároveň jako důsledek svých rovnic předpověděl další, dosud neznámé elektromagnetické jevy. James Clerk Maxwell 5

6 ELEKTROTECHNIKA Období bí 2. poloviny 19. století tí bl bylo ve znamení technických aplikací elektřiny, vynálezů různých elektrických spotřebičů (generátor, oblouková lampa, žárovka, elektromotor, telefon) a jejich zavádění do výroby a domácností. K slavným fyzikům a vynálezcům té doby lze řadit jména jako Heinrich Hertz, William Thomson lord Kelvin, Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Alexander Graham Bell, František Křižík. Thomas Alva Edison 6

7 ELEKTROTECHNIKA Třetí období bí bylo odstartováno dt t objevem elektronu v roce 1897 J. J. Thomsonem. To vyvrátilo dosavadní představy o elektrickém fluidu uvnitř látek a umožnilo spolehlivě vysvětlit podstatu většiny elektrických jevů. Dalšími kroky vpřed byly Planckova kvantová teorie, Einsteinova teorie relativity a objevy dalších subatomárních částic - protonu v roce 1911 a neutronu v roce V elekrotechnice se novou součástkou stala vakuová elektronka, umožňující vysílání a příjem rozhlasu. Lee De Forest 7

8 ELEKTROTECHNIKA Po celou první polovinu 20. století tí byla charakteristická masová elektrifikace obcí a stavba elektráren. Ve 2. polovině 20. století se nejdůležitějším objevem stal tranzistorový jev v roce 1947, který uskutečnili John Bardeen, William Brattain a William Shockley. Po zvládnutí technologie výroby příměsových ě ýh polovodičů se tranzistor stal základem elektronických obvodů používaných prakticky ve všech běžných elektronických přístrojích Replika prvního tranzistoru 8

9 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH Ý ZEMÍ

10 ELEKTRIFIKACE Vlastní začátky vzniku elektrizačních č íh soustav spadají djí do poloviny 19. století Zpočátku se elektrická energie přenášela stejnosměrným proudem. Zásadní překážka byla v nemožnosti výroby a přenosu větších výkonů Střídavý ýproud a možnost jeho výroby byl znám již kolem roku Teprve však pozdější objevy synchronního alternátoru, trojfázové soustavy, transformátoru a Teslova objevu asynchronního motoru, znamenaly zásadní změnu v rozvoji všeobecné elektrizace střídavým proudem. 10

11 ELEKTRIFIKACE První využití elektřiny bylo pro svícení í (obloukové lampy, žárovky) Motory na DC proud byly drahé a málo spolehlivé Zavedení 3f AC soustavy byl umožněn dálkový ýpřenos elektřiny a nastal rozmach elektrifikace Na počátku 20. století nastal boom elektrických spotřebičů 11

12 ELEKTRICKÉ SPOTŘEBIČE 1905 žehlička 1905 Vánoční svíčky 1909 vysavač 1911 toustovač 1921 lednička 1925 mixér 1927 kotoučová pila 1935 fén 1937 pračka 1939 TV 1947 klimatizace 1975 videorekordér 1978 PC 1982 CD 1984 telefonní záznamník 1997 DVD 1999 plazmová TV 2002 wi-fi router 1967 mikrovlnná trouba 12

13 NIKOLA TESLA ( ) 1943) Nejprve pracoval v Paříži v Edisonových továrnách Asynchronní motor 1882 idea 1888 patent 1886 zakládá Tesla Electric Co. Spolupráce s G. Westinghousem Vítězství koncepce střídavého proudu Volba kmitočtu: 125 Hz, 133 Hz 25, 30 Hz 60 (50) Hz 1891 vodní elektrárna Niagara ( kw) 13

14 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ bylo uvedeno do provozu Městské divadlo v Brně - 1. plně elektrifikované divadlo v Evropě Elektrifikaci Městského divadla provedla pařížská Societé electrique, na projekt a jeho realizaci dohlížel Edisonův asistent Francis Jehl Instalováno celkem 1920 žárovek, z toho 960 na jevišti, 140 v hledišti a 820 v dalších prostorách budovy. Prostranství před divadlem osvětlovalo 5 obloukových lamp. 14

15 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ Napájení divadla zajišťovala samostatná parní elektrárna na Offermannově, dnešní Vlhké ulici, asi 300 m vzdálená. Vedení pomocí Edisonových kabelů (měděné vodiče izolované slámou a uložené v trubce zalité asfaltem) Vnitřní vedení bylo opředenými vodiči, jištěné olověnými ě pojistkami i 15

16 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ 1882 osvětlili ě obloukové lampy Františka Křižíka Staroměstskou radnici v Praze Další rozvoj městského osvětlení První městskou elektrárnu postavilo v roce 1889 město Praha Žižkov První větší elektrárnou produkující střídavý proud byla roku 1900 pražská elektrárna v Holešovicích 16

17 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ přijat zákon o všeobecné elektrizaci. i Při vzniku republiky mělo přístup k elektřině 34 % obyvatel (na Slovensku pouze 2 %), ale pouze 10 % měst a obcí výnosem ministra veřejných prací zavedena třífázová soustava 50 Hz a napětí pro místní sítě 3 x 380/220 V a dálkové 100 kv dostavěna první velká elektrárna v českých ý zemích - Ervěnice s výkonem 70 MW první přečerpávací elektrárna ve Štěchovicích elektrifikováno celé území českých zemí (poslední elektrifikovanou obcí na území České republiky byla Hrčava, okres Frýdek-Místek) 17

18 BEZPEČNÉ Č ELEKTRICKÉ INSTALACE

19 BEZPEČNÁ ELEKTROINSTALACE Musí chránit před: ř úrazem elektrickým proudem před vznikem požáru před poškozením připojených zařízení (nadproudem, přepětím) před ř zničením sebe sama 19

20 ZNAČENÍ VODIČŮ BARVAMI Vodič, žíla kabelu Poznávací barva Střídavý rozvod L Fázový nebo krajní černá, á hnědá nebo šedá N Nulový (střední) světlemodrá PE Ochranný zelená / žlutá PEN Vodič PEN zelená / žlutá (+ světlemodrá) Stejnosměrný rozvod Vodič, přípojnice Poznávací barva L+ Kladný pól tmavě červená L Záporný pól tmavě modrá M Vodič ze středu světle modrá PE, PEM Ochranný zelená/žlutá 20

21 OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - POJISTKA Umělé nejslabší místo elektrického obvodu Vypnutím je zničena a musí se vyměnit Jmenovitá hodnota barva 2 A růžová 4 A hnědá 6 A zelená 10 A červená 16 A šedá 20 A modrá 25 A žlutá 35 A černá 50 A bílá 63 A měděná 80 A stříbrná 100 A červená 125 A žlutá 21

22 OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - JISTIČ Po vypnutí yp lze opět p zapnout p Obsahuje nadproudovou a zkratovou spoušť 22

23 OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - PROUDOVÝ CHRÁNIČ Nechrání před nadproudy Vypíná při překročení velikosti rozdílového proudu I Chráničem prochází všechny pracovní vodiče (fázové a nulový), ochranný vodič č musí vést mimo Poruchový (rozdílový) proud PE i L 1 L 2 L 3 N i = i L1 +i L2 +i L3 +i N Součtový proudový transformátor Vypínací proud Vypínací kontakty Spotřebič Spoušť 23

24 POUŽITÍ PROUDOVÝCH CHRÁNIČŮ Hlavní chránič 300 ma ochrana před ř požárem vlivem unikajících proudů Další chrániče 30 ma jako doplňková ochrana před přímým dotykem pro skupiny spotřebičů a zásuvek, nezpožděné nebo (G) 24

25 TYPICKÉ PORUCHY V SÍTI NN 25

26 ŠKODY ZPŮSOBENÉ PŘEPĚTÍM 26

27 ŠKODY ZPŮSOBENÉ BLESKEM 27

28 VÝVOJ ELEKTROMAGNETICKÉ KOMPATIBILITY 28

29 ZÓNY BLESKOVÉ OCHRANY Označení zóny 0A 0B Charakteristika Oblast mimo budovu. Mohou nastat přímé údery blesku. Chráněno před přímým úderem blesku Uvnitř budovy. Pouze dílčí bleskové proudy, tekoucí např. svody nebo vedením vyrovnání potenciálu, mají omezenou energii. Elektromagnetické pole je tlumeno stíněním 1. Uvnitř budovy. Dílčí bleskové proudy jsou omezeny zónou 1. Elektromagnetické pole je dále tlumeno stíněním 2. Oblast uvnitř budovy (např. kovová pouzdra přístrojů). Prakticky žádná přepětí a žádné rušivé elektromagnetické pole 29

30 OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTÍM 30

31 OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTÍM Třída požadavků Funkce Rozhraní ZBO typ I (B) Ochranné zařízení (svodič bleskových pro vyrovnání áí potenciálů proudů, tzv. hrubá vochraně před účinky ochrana) blesků při přímých nebo blízkých úderech. typ II (C) Ochranné zařízení proti (svodič přepětí, přepětí ř vzniklých následkem vzdálených tzv. střední ochrana) úderů blesku nebo při spínání. typ III (D) Zařízení k přepěťové (přepěťová ochrana, ochraně koncových spotřebičů, zapojených tzv. jemná ochrana) zpravidla do zásuvek. Maximální ochranná úroveň Impulsní proud svodiče Schopnost absorpce energie kv 50 ka až 60 J (kat. přepětí III) 1 2 2,5 kv 10 ka až 1800 J (kat. přepětí II) 2 3 1,5 kv 1kA 1J (kat. přepětí I) 31

32 VÝVOJ DOMÁCÍ ELEKTROINSTALACE

33 VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ Za sto let se od počátku se v instalacích mnoho nezměnilo Klasické žárovky jsou vytlačovány úspornými zářivkami. U vypínačů se sice změnil design, ale funkce je stále stejná (klasický, schodišťový, křížový, tlačítko). Také u zásuvek se mění pouze design, i když jsou i vícenásobné, s krytem, clonami, chráničem Pojistky v rozvaděčích nahradily jističe. 33

34 VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ Ve druhé polovině ě 20. století se začaly č v domácích instalacích uplatňovat automatizační prvky časové spínače spínací hodiny, HDO schodišťové automaty hlídače hladin instalační relé přednostní relé 34

35 KONVENČNÍ INSTALACE Konvenční č elektroinstalace je složena z různých ů samostatných systémů (ovládání osvětlení, ovládání vytápění, ovládání rolet) Zapojení v klasické elektroinstalaci je pevné, změny znamenají další náklady (sekání a vrtání do zdí) Problémem může být propojení různých ů ýh systémů ů (např. rozsvítit světlo při spuštění rolet či realizace centrálních funkcí) 35

36 VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ Ke konci 20. století se domy začínají vybavovat stále více datovými systémy (EZS, EPS, digitální TV/R, Internet) Požadavky na vzájemné propojení těchto systémů s klasickou instalací a na nové sofistikovanější funkce daly vzniknout tzv. inteligentní budovy Opustila se klasická koncepce silové instalace, vznikly systémy y ovládané datovou sběrnicí, které se dále integrovaly s jinými datovými systémy 36

37 INTELIGENTNÍ INSTALAČNÍ Č SYSTÉMY

38 INTELIGENTNÍ INSTALACE Komfortní ovládání: á stmívací funkce, ovládání prostřednictvím dotykového displeje, IR ovladačem, mobilem nebo přes internet, hlasem, regulace teploty podle předem nastavených programů individuálně podle místností. Automatizace: funkce se provádí automaticky na základě určené veličiny, lze vykonávat několik funkcí na základě jednoho povelu či události, příchodové/odchodové (centrální funkce). 38

39 INTELIGENTNÍ INSTALACE Bezpečnost: č EZS s rozšířenými funkcemi je součástí systému, s možností zasílání SMS či připojení na PCO, ochrana domu při špatném počasí, Dotykové části senzorů jsou napájeny bezpečným napětím 24 VDC. Regulace: regulací vytápění lze dosáhnout až 30% úspor, regulací osvětlení lze dosáhnout až 10% úspor, závislé spínání í (např. ř při soumraku, nastavené teplotě), tě) blokování vybraných spotřebičů při vysokém tarifu. 39

40 INTELIGENTNÍ INSTALACE Flexibilita instalaci lze připravit univerzálně, dvoudrátová sběrnicová instalace (rozvod po celém domě), jednotky lze poté připojit na tuto sběrnici kdekoliv, programování aplikace přes počítač, jednotky lze kdykoliv postupně p doplňovat, jednotky lze zaměnit (silnější výstup, větší počet i/o), 40

41 INTELIGENTNÍ DOMÁCÍ INSTALACE XComfort INELS EIB KNX 41

42 SYSTÉM INELS INELS je systém inteligentní elektroinstalace l určený č zejména pro: spínání,stmívání, regulaci a měření, sledování stavů vobjektech. Výměna informací se uskutečňuje prostřednictvím instalační sběrnice CIB, která zajišťuje napájení i přenos zpráv Na sběrnici se připojují aktory (výkonové členy) a senzory 42

43 SYSTÉM INELS 43

44 SYSTÉM INELS 44

45 SYSTÉM INELS 45

46 PROGRAMOVÁNÍ Časový program vytápění Vizualizace INELS 46

47 VIZUALIZACE Základní html rozhraní SCADA/HMI rozhraní 47

48 PRAKTICKÁ UKÁZKA INELS 48

49 INELS START KIT Kit osvětlení - žárovky Kit osvětlení - zářivky 49

50 INELS START KIT Kit osvětlení - vytápění 50

51 VZÁJEMNÉ PROPOJENÍ FUNKCÍ 51

52 INSTALACE A MULTIMÉDIA

53 MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM 53

54 MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM 54

55 MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM DOTYKOVÝ PANEL 55

56 Í ICE DO ROZVOJ JE VZDĚLÁVÁNÍ Konec INVEST Tel.: Fax: