INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ CZ.1.07/1.1.00/08.0010 ELEKTRICKÉ STROJE A PŘÍSTROJE Ing. BOHUSLAV SCHANDL Ing. ALENA SCHANDLOVÁ TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
ELEKTRICKÉ STROJE A PŘÍSTROJE Autor: Ing. Bohuslav Schandl Spoluautor: Ing. Alena Schandlová Příručka vznikla na základě šetření mezi žáky (studenty) v listopadu a prosinci 2012 a na základě diskuze mezi žáky a diskuze mezi přednášejícími. V příručce jsou provedeny korekce, příp. doplnění textu u některých principů a předpisů. 1
Vnitřní elektrické rozvody (ČSN 33 21 30) Elektrický rozvod musí splňovat požadavky na bezpečnost osob, zvířat a věcí, spolehlivost, hospodárnost, přehlednost. Na jeden světelný obvod se smí připojit tolik svítidel, aby nebyla překročena proudová hodnota jističe toto platí i pro třífázové rozvody. Vedení světelného obvodu se jistí pojistkami nebo jističi I n 25A, musí mít takový průřez, aby bylo jištěno proti přetížení i zkratu a současně nebyl úbytek napětí větší než 10 % (viz. ČSN a ISO). Zásuvkové obvody se zřizují pro připojení přes zásuvky, pevně lze připojit jednoúčelové spotřebiče do celkového příkonu 1200 VA (cca 1,2 kw). Na jeden zásuvkový okruh lze připojit max.10 zásuvkových vývodů. Celkový instalovaný příkon nesmí překročit 3520 VA při 16 A, 2200 VA při 10 A jištění. (Instalovaný výkon je numerickým součtem štítkových hodnot příkonu.) Na jeden třífázový vývod lze připojit několik třífázových zásuvek na stejný jmenovitý proud. Zásuvkové obvody se jistí jističi nebo pojistkami proti přetížení i zkratu. Jistící prvek zásuvkového obvodu jistí pouze rozvod a nikoli spotřebič. 2
Jednotlivé jednofázové obvody musí být připojeny tak, aby všechny fáze sítě byly pokud možno rovnoměrně zatíženy. Spotřebiče, jejichž celkový instalovaný příkon přesahuje 3 kva se zapojují třífázově. Akumulátorová kamna se připojují pevně na samostatný třífázový obvod. Nesmí se připojovat pomocí zásuvek. Zásuvku u elektrického sporáku je možné připojit na sporákový obvod. Elektrické přístroje a spotřebiče musí mít ochranu proti úrazu elektrickým proudem, aby mohly být používány bez nebezpečí v domácnostech, provozech, školách apod. Obr.1 Třídy ochran 3
Ochrana před úrazem elektrickým proudem Úraz elektrickým proudem může způsobit proud protékající tělem, nebo jde o důsledek jiných nežádoucích účinků elektrického proudu, elektromagnetického pole apod. Napětí při závadách (porucha izolace) Dotykové napětí U d - je napětí, které může být mezi dvěma místy, kterých se člověk může při závadě současně dotýkat (kovové předměty). Krokové napětí - je rozdíl potenciálů mezi ekvipotenciálními plochami elektrického pole kolem dotyku vodiče se zemí vzdálenými 1m (důležité u VVN). 4
Obr. 2 Dotykové a krokové napětí Výše dovoleného dotykového napětí závisí nejen na účelu, k němuž je používáno a na prostředí, ale takéi na době trvání poruchy. Čím je doba účinku dotykového napětí kratší, tím může být dotykové napětí vyšší (max. 0,4 s). Obr. 3 Dovolené dotykové napětí 5
Tab. 1 Meze bezpečných malých napětí jsou stanoveny s ohledem na členění prostorů Střídavé sítě nn Síť TN C Třífázová síť s uzemněným nulovým bodem, ochranný vodič současně plní funkci středního vodiče (vodič PEN). Ochrana neživých částí před nebezpečným dotykovým napětím je provedena spojením neživých částí s uzemňovacím bodem sítě ochranným vodičem. Dle ČSN 33 2000-4-41 se jedná o ochranu odpojením od zdroje. V síti TN-C, tedy v síti čtyřvodičové s uvedenou ochranou je ochranný vodič označen PEN a všechny navazující vodiče (pokud nedojde k rozdělení) je třeba označit PEN. Tím je jednoznačně definováno, že jde o příslušnost k rozvodné soustavě TN-C a že tedy nedošlo nikde k rozdělení funkce tohoto vodiče. Nezáleží na tom, zda se jedná o připojení trojfázového nebo jednofázového spotřebiče. Rozdělení uvnitř spotřebiče nelze považovat za rozdělení. 6
Tab. 2 Označení trojfázových soustav Obr. 4 Síť TN - C Funkce nulového (středního) a ochranného vodiče je v celé síti sloučena do jediného vodiče (PEN) 7
Obr. 5 Síť TN - S Obr. 6 Síť TN C - S 8
Síť IT Trojfázová síť izolovaná, popřípadě uzemněná přes impedance nebo průrazku, ochrana neživých částí před nebezpečným dotykovým napětím je provedena odpojením od zdroje samostatným uzemněním každého spotřebiče. (Síť může být úplně oddělena od země). Obr. 7 Síť IT Síť TT Síť TT má jeden bod přímo uzemněný a neživé části připojených elektrických zařízení jsou v této síti spojeny se zemniči nezávislými na zemničích sítě. 9
Ochrana za normálního provozu Druhy ochran před nebezpečným dotykem živých částí (ochrana základní) Ochrana izolací živých částí Ochrana kryty nebo přepážkami Ochrana zábranou Ochrana polohou Doplňková ochrana proudovým chráničem Ochrana omezením ustáleného proudu a náboje Ochrana izolací - funkční (pracovní) izolace zároveň chrání = základní izolace (lak, bavlna, atd.), - izolaci lze odstranit pouze jejím zničením, - musí vydržet trvalé provozní napětí i předpokládané přepětí (i atmosférickým vlivem), - izolace musí být odolná tepelným, mechanickým a chemickým vlivů, kterým je vystavena, - zařízení musí být provedeno tak, aby nemohlo dojít ke zničení obou izolací současně. 10
Obr. 8 Uspořádání izolací na elektrickém předmětu třídy ochrany II. 1 základní izolace, 2 vnitřní kovová část, 3 přídavná izolace, 4 vnější kovová část, 5 zesílená izolace Ochrana kryty nebo přepážkami - ochrana IP2X (vodorovné plochy IP4X) - kryty a přepážky můžeme odstranit: - použitím klíče nebo nástroje, - po otevření samočinné odpojení kryty a přepážky můžeme odstranit rukou, ale musí se při tom elektrické zařízení samo vypnout, - za otevřeným krytem je další kryt nebo přepážka (IP2X). 11
Ochrana zábranou - zábrana není součást elektrického zařízení, můžeme ji odstranit bez použití nástroje, - zábrany musí být pevné a musí odolávat vnějším vlivům, - brání nahodilému dotyku živých částí (přiblížení k živým částem nebo nahodilý dotyk nekrytých zařízení v běžném provozu nebo při práci), - nebrání úmyslnému dotyku, - zábranu je nutné označit výstražnou tabulkou. - pouze pro osoby s elektrotechnickou kvalifikací 12
Užívat zábran je možno pouze při splnění dalších podmínek: - vodivé zábrany musí být od živých částí dostatečně izolačně odděleny, - nevodivé zábrany musí mít dostatečnou izolační pevnost, - pokud je izolace na úrovni základní izolace, musí se u vodivých zábran uplatnit ještě prostředky ochrany při poruše, - musí být zajištěna i odpovídající mechanická pevnost i odolnost proti odstranění, - tam, kde se pohybují osoby bez elektrotechnické kvalifikace, musí být zábrana pevná a odstranitelná pomocí nástroje, vysoká a v určité vzdálenosti od elektrického zařízení. Obr. 10 Různé druhy ochran živých částí 13
Ochrana polohou - umístění živých částí mimo dosah při normálním užívání. - Příkladem je vedení VVN a VN Obr. 11 Ochrana polohou zóny dosahu ruky v různých prostorech S touto ochranou se setkáváme nejen v elektrických provozovnách přístupných kvalifikovanému personálu, ale i u venkovních vedení a u elektrické trakce, což jsou zařízení často v blízkosti míst přístupných veřejnosti. Při uplatnění tohoto opatření je třeba pamatovat na to, že vzdálenost k živým částem může být snížena předměty drženými v ruce, ale i předměty, které mohou pod elektrickým zařízením pojíždět, nebo se s nimi může manipulovat. Předmětu Elektrické stroje a přístroje se tento princip ochrany používá např. při výkladu příkazu B. 14
Omezení napětí Tato ochrana v podstatě zajišťuje to, že při dotyku živé části nedojde k ohrožení dotýkajícího se, protože živá část má z tohoto hlediska malé napětí, které nepřekročí hodnotu podle IEC 61201 (jinak se jedná o obvyklé hodnoty 12, 25, 50 V, jak jsou předepsány v příslušných normách podle toho, o jaké vnější vlivy se při použití jedná). Omezení ustáleného proudu a náboje Ochrana omezením ustáleného proudu je založena na podmínce, že zdroj v takto chráněném obvodu nesmí umožnit, aby hodnota ustáleného proudu mezi částmi současně přístupnými dotyku překročila 3,5 ma AC nebo 10 ma DC. Pro elektrická zařízení, kterých je nutno při jejich provozu se dotýkat rukou nesmí tato hodnota překročit 1 ma AC nebo 3 ma DC. Při průchodu st. proudu tělem hrozí zástava srdce - velmi vážné nebezpečí. Je statisticky a na pokusech doloženo, že pouze cca 10% zasažených osob po odstranění průchodu proudu dokáže znovu samovolně rozběhnout srdce!!! Ochrana omezením ustáleného náboje stanoví, že nahromaděný náboj mezi současně přístupnými částmi nesmí překročit 50 µc. U částí, kterých je nutno při jejich provozu se dotýkat rukou jen 0,5 µc. 15
Ochrana doplňkovou izolací - použití ochranných pomůcek (izolační rukavice, vypínací tyče), - vytvoření izolačního pracoviště (izolační koberce, apod.). Řízení potenciálu Je to prostředek ochrany při poruše. V případě zkratu v rozvodné síti prochází část zkratového proudu nebo celý zkratový proud zemí. V místě, kde tento proud vniká do země, je vysoké dotykové napětí a v jeho okolí značné krokové napětí. Aby toto napětí neohrozilo např. personál elektrických stanic, nebo nezúčastněné osoby v jejich okolí, provádějí se opatření. Jedním z nich je i vytvoření tzv. ekvipotenciálních prahů v okolí nebezpečného místa (např. stožáru venkovního vedení), kterým se potenciál v jeho okolí rozloží tak, že mezi jednotlivými body v okolí již nebezpečné napětí není. Uvedený prostředek, kterým se eliminuje nebezpečí dotykových a krokových napětí se nyní nazývá řízení potenciálu a norma tento prostředek ochrany zařazuje i mezi prostředky ochrany základní. Existují totiž aplikace, kdy velký elektrický proud přechází do země i za normálních provozních podmínek zařízení, sítě apod. Příkladem může být elektrická trakce, která je zdrojem velkých proudů procházejících zemí i při normálním provozu zařízení. 16
Doplňková ochrana proudovým chráničem - při dotyku živé části dojde k odpojení, - pouze doplňková ochrana (zlepšuje předchozí způsoby), - uplatňuje se např. při proražení izolace nebo porušení krytu, - malý vybavovací proud (nesmí přesahovat 30 ma). Obr. 12 Zapojení proudového chrániče 17
Doplňková ochrana doplňkovou izolací - elektrické zařízení je vybaveno izolačním stanovištěm (izolační koberec) nebo se používají ochranné pomůcky (vypínací tyče, izolační rukavice, galoše atd.), - pouze při přístupu pracovníků s kvalifikací vyšší než pracovníci seznámení. - nelze vytvořit u osob bez elektrotechnické kvalifikace Obr. 13 Dva způsoby použití doplňkové izolace při práci s U 18
Ochrana v případě poruchy Druhy ochran před nebezpečným dotykem neživých částí (ochrana při poruše) Ochrany při poruše se dosahuje pomocí těchto prostředků ochrany (pouze přehledově): Přídavnou izolací Ochrana použitím zařízení třídy ochrany II, nebo s rovnocennou izolací Neuzemněným místním pospojováním Nevodivým okolím Jednoduchým oddělením obvodů Řízením potenciálu Samočinným (automatickým) odpojením od zdroje Ochranným stíněním Ochranným pospojováním 19
Obsah: 1) Vnitřní elektrické rozvody str. 2 2) Ochrana před úrazem elektrickým proudem str. 4 3) Střídavé sítě nn str. 6 4) Ochrana za normálního provozu str. 10 5) Ochrana v případě poruchy str. 19 6) Obsah str. 20 Děkujeme za připomínky ostatních vyučujících, za jejich čas a ochotu. Jejich připomínky jsou zařazeny do tohoto inovovaného textu příručky. 20