Jištění a ochrana elektrických rozvodů nízkého napětí

Transkript

1 Jištění a ochrana elektrických rozvodů nízkého napětí základní filozofie jištění proti nadproudu a zkratu přístroje pro jištění 1

2 Jištění proti nadproudu a zkratu Důvody: Při nadproudech - proudech vyšších než jmenovitých (jednotkových násobcích jmenovitého proudu ) dochází k nadměrnému oteplení vodičů v důsledku výkonových ztrát na ohmickém odporu vedení. Důsledkem je nadměrný ohřev izolace vodičů, její rychlá degradace a riziko vzniku požáru. Při zkratech (desetinásobcích jmenovitého proudu), se k tepelným účinkům elektrického proudu přidávají účinky silové elektrodynamické síly mezi vodiči, protékanými proudem. Tyto síly mohou působit destruktivně na upevňovací elementy sběrnicových systémů (zejména v rozváděčích). Z uvedeného plyne potřeba oba typy nežádoucích efektů eliminovat. 2

3 Elektrické přístroje pro jištění elektrických obvodů před nadproudem a zkratem 1. Tavné pojistky jednorázové použití pojistka představuje uměle vytvořené nejslabší místo elektrického obvodu. Pojistka musí být snadno vyměnitelná a dostatečně bezpečná před účinkem elektrického oblouku, vznikajícím při tavení pojistkového vodiče. Pouzdro pojistky musí být konstruováno tak, aby do něj nebylo možné vložit pojistku vyšší dimenze, než je jeho proudová dimenze (jmenovitý proud). Po zapůsobení je nutné pojistkovou vložku vyměnit. 2. Jističe automatické vypínače, zajišťující vypnutí přetíženého elektrického obvodu. Jistič lze po poklesu přetížení nebo odstranění zkratu opět zapnout a tak obnovit dodávku proudu bez nutnosti výměny nějakého elementu. 3

4 A 5 M 14 RPI FEL Min. Příklady tavných pojistek Trubičkové pojistky skleněné nebo keramické s tavným vodičem uloženým ve zhášecím písku nebo ve vzduchu. Používají se pro jištění přístrojů. Vypínací charakteristiky: T pomalá F - rychlá Tavné pojistkové vložky a pouzdra pro jištění el. rozvodů NN menších výkonů Tavné pojistkové vložky a pouzdra pro jištění el. rozvodů NN velkých výkonů (průmyslové aplikace, hlavní domovní skříně) 4

5 Tavná ampérsekundová charakteristika trubičkových pojistek řady CT a GT 5

6 Funkční třídy a vypínací charakteristiky pojistek Funkční a provozní třídy nízkonapěťových pojistek Dílčím rozsahem jištění se myslí např. jištění pro případ zkratu 6

7 Tavná ampérsekundová charakteristika pojistky PV 22 gg 7

8 Rozdělení jističů Podle velikosti proudu Drobné do 25 A, 500 V AC, 250 V DC - jištění vedení, motorů Výkonové- > 25 A, do 1000 V AC, 1200 V DC jištění větších a velkých spotřebičů kontakty ve zhášecích komorách Podle účelu použití Pro vedeni chrání vedení, v druhé řadě další spotřebiče Motorové charakteristika přizpůsobena rozběhovému proudu Ochranné - + napěťová spoušť Podle počtu pólů Jednopólové ochrana vedení a 1f spotřebičů Dvoupólové 2-pólové vypínání v sítích TNS, DC rozvody Třípólové, čtyřpólové Podle uložení pracovních kontaktů Vzduchové olejové 8

9 Miniaturní jistič pro domovní instalace Výkonové jističe pro průmyslové aplikace (energocentra, jištění spotřebičů velkých výkonů) 9

10 Vypínací charakteristiky čas proud výkonových jističů s elektronickou spouští Elektronická spoušť umožňuje vysokou variabilitu vypínací charakteristiky Ir nastavený proud ( % In) Irmv proud časově zpožděné zkratové spouště (časová selektivita) Irm proud okamžité zkratové spouště (nezpožděné vypínání zkratu) 10

11 Blokové schéma jističe 11

12 Miniaturní jistič Elektromagnetická spoušť A 5 M 14 RPI Min. FEL Ovládací páčka Ukazatel stavu kontaktů Zámek volnoběžky Zhášecí komora Volnoběžka Hlavička svorky Třmen svorky Vybavovací táhlo tepelné spouště Pohyblivý kontakt Pevný kontakt Tlumič výfuku oblouku -deionizační mřížka Opalovací plechy Západka pro montáž Nastavovací šroub na přístrojovou lištu Třmen svorky Tepelná spoušť (bimetal) 12

13 Princip činnosti proudově závislé spouště s bimetalem ohřev bimetalu procházejícím proudem postupná deformace bimetalového pásku vlivem ohřevu (časová prodleva) změna polohy volného konce bimetalu vyvolá vybavení volnoběžky spínacího kontaktu jističe l Posunutí táhla o y uvolní volnoběžku y Změna délky elementu bimetalu s teplotou Hodnoty teplotního součinitele roztažnosti α vybraných materiálů č. materiál a.10-5 /K -1 1 hliník 2,4 2 měď 1,7 3 stříbro 1,9 4 wolfram 0,4 5 železo 1,2 13

14 Detail proudově závislé spouště jističe s bimetalem Zámek volnoběžky Volný konec bimetalu Táhlo zámku volnoběžky Pohyblivý kontakt Pevný kontakt Bimetalový pásek Pevný konec bimetalu 14

15 Oblast působení bimetalové spouště O b l a s t p ů s o b e n í Normalizované vypínací charakteristiky čas proud miniaturních jističů pro domovní instalace Jednotlivé charakteristiky jsou zejména určeny pro: B světelné a zásuvkové obvody (nezpůsobují rázy) Zkratová spoušť působí v 3-5 In C žárovky, motory (rázy) Zkratová spoušť působí v 5-10 In D transformátory, 2-pólové motory (vysoké rázy) Zkratová spoušť působí v In 15

16 Vypínání jističe s omezením proudu 16

17 Kontaktní a zhášecí systém omezujících jističů Působící efekty při vypínání s omezením proudu: Vysoká rychlost vzdalování kontaktů Dynamické účinky protékajícího proudu na elektrický oblouk Chladicí účinky zhášecí komory Rozdělení oblouku na hřebenech zhášecí komory Nestabilní hoření elektrického oblouku 17

18 Charakteristiky omezení proudu a míry prošlé energie při vypínání zkratu výkonovými jističi 18

19 Kontaktní a zhášecí systém jističů se zpožděným vypínáním Použití: U jističů, zajišťujících selektivní vypínání Působící efekty: Pomocný opalovací kontakt Vysoká odolnost kontaktního systému vůči působení dynamických sil Masivní konstrukce pohyblivé části kontaktu Hlavní kontakt Vytlačování elektrického oblouku do zhášecí komory Snaha o stabilní hoření oblouku až do přirozené nuly proudu 19

20 Základní principy činnosti jističů s elektronickými spouštěmi Analogové spouště 20

21 Digitální spouště s převodem analogového proudového signálu na digitální a s výpočtem skutečné efektivní hodnoty proudu 21

22 L1 L2 L3 Vypínací relé Převod. analog/ číslo Řídicí mikropoč. Blokové schéma jističe II. generace s možností komunikace pro průmyslové sběrnici v inteligentních energetických distribuovaných systémech. Převodník analog-číslo je napájen z měřicích transformátorů proudu. Měřicí transformátory proudu Komunik. rozhraní Externí napáječ Datová sběrnice 22

23 Měřicí transformátory proudu s feromagnetic. jádrem Měřicí transformátory proudu se vzduchovým jádrem (Rogowského cívky) Vypínací relé Napájecí obvody Převod. analog/ číslo+ řídicí mikropoč. Komunik. rozhraní Řídicí jednotka Externí napáječ Blokové schéma jističe třetí generace s oddělenými napájecími a měřicími transformátory proudu a s možností komunikace pro průmyslové sběrnici v inteligentních energetických distribuovaných systémech. Datová sběrnice 23

24 Schéma rozvodu ze zdroje nepřetržitého napájení inteligentní budovy, vybaveného jističi třetí generace propojených datovou sítí s centrálním řídicím počítačem 24

25 Implementace jističů s komunikačním rozhraním do inteligentního systému monitorování a řízení toku elektrické energie 25

26 Koordinace působení jističů při vypínání nadproudu a zkratu Způsoby dosažení selektivity jištění 26

27 Koordinace působení jističů při vypínání nadproudu a zkratu 27

28 Koordinace působení jističů při vypínání nadproudu a zkratu 28

29 Jištění proti nadproudu Účelem tohoto jištění je ochránit elektrická zařízení proti přetížení Typická aplikace je u elektrických motorů, jejichž proud závisí na jejich mechanickém zatížení Pro tyto účely se používají nadproudová relé Základem nadproudového relé je nejčastěji bimetalová spoušť, která aktivuje v případě vybavení pomocný rozpínací kontakt Pomocný rozpínací kontakt je zařazen v ovládacím obvodu stykače Nadproudové relé je buď tzv. přímé (měřený proud protéká přímo bimetalovými elementy), nebo Nadproudové relé nepřímé, kdy bimetalové elementy jsou napájeny z proudového měřicího transformátoru (relé je více chráněno před případným zkratem na zátěži. 29

30 Schéma sestavy asynchronní motor spínaný stykačem a chráněný nadproudovým relé napájením měřicími transformátory proudu Tato sestava musí mít ještě Předřazeno jištění proti zkratu (například tavné pojistky) pro ochranu kontaktů stykače a vedení 30

31 31