Fakulta výrobních technologií a managementu Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem Katedra energetiky a elektrotechniky (KEE) Ing. Pavel Kobrle Studijní program: B3907 Energetika Studijní obor: 3907R008 Energetika teplárenství Elektrické přístroje (PB116, KB 116, BK 116) Studijní text určený pro prezenční a kombinované studium. Obsah: 1. Základní pojmy a rozdělení elektrických přístrojů... 1 2. Spínací pochody... 1 3. Zhášecí systémy spínačů... 7 4. Kontakty... 8 5. Elektrodynamické síly... 10 6. Tepelné účinky proudu... 11 7. Konstrukční části elektrických přístrojů... 11 8. Nesamočinné spínače nízkého napětí... 14 9. Stykače a relé... 15 10. Jističe... 18 11. Proudové chrániče... 20 12. Pojistky... 22 13. Přepětí... 25 14. Svodiče přepětí nn... 26 15. Svodiče přepětí vn a vvn... 28 16. Odpojovače, odpínače, úsečníky... 30 17. Výkonové vypínače... 32 18. Rozvaděče... 35 19. Rozvodny vvn a zvn... 37 Ing. Pavel Kobrle 2014
1. Základní pojmy a rozdělení elektrických přístrojů ZÁKLADNÍ POJMY Spínání - ovládání toku elektrické energie v obvodu. Spínání = zapínání + vypínání. Spínací technika Oblast elektrotechniky zabývající se jevy vznikajícími při spínání a elektrickými přístroji. Elektrické přístroje jsou prvky elektrického obvodu, které slouží k ovládání toku el. energie. Rozmanitost el. přístrojů je velká. Jednu z nejpočetnějších skupin tvoří přístroje určené ke spínání el. obvodů (spínací přístroje), mnoho druhů mají i přístroje pro ochranu el. obvodů proti nadproudům (jisticí přístroje) a přepětím (svodiče přepětí). Další skupinu tvoří spínací přístroje používané v sítích počínajíce od vysokého napětí. Zvláštní kategorií jsou bezkontaktní spínače. Často se pojem elektrické přístroje rozšiřuje o další skupiny zařízení. ROZDĚLENÍ EL. PŘÍSTROJŮ Spínací přístroje nízkého napětí (dále jen nn) užívají se v sítích nízkého napětí do 1000 V nesamočinné spínání kontaktů se realizuje působením vnější síly na ovládací mechanismus stykače, relé mechanismus je ovládán obvykle prostřednictvím elektromagnetu Jisticí přístroje nízkého, popř. vysokého napětí jistí proti nadproudům nebo přepětím jističe samočinně vypínají při nadproudech proudové chrániče samočinně vypínají při vzniku poruchového proudu tekoucího mimo obvod pojistky samočinně vypínají při nadproudech svodiče přepětí omezují přepětí a svádějí jeho náboj do země. Spínací přístroje vysokého, velmi vysokého a zvlášť vysokého napětí (dále jen vn a vvn) rozdělují se dále podle vypínací schopnosti, tj. proudu, který mohou vypnout; nejdůležitější skupiny jsou: odpojovače - vypínají bez zatížení odpínače vypínají provozní proudy výkonové vypínače vypínají nadproudy, zvláště zkraty Bezkontaktní spínače polovodičové spínací prvky - spínací tranzistory BJT, tyristory, tranzistory IGBT aj. statické měniče - regulují el. veličiny s využitím polovodičových spínacích prvků K elektrickým přístrojům se také někdy řadí elektromagnety vyvolávají mechanickou sílu (přídržné) nebo pohyb (pohybové) řídicí odporové přístroje slouží k regulaci napětí (potenciometry) a proudu (reostaty) přístrojové transformátory napětí a proudu pro měření el. veličin a galvanické oddělení silových a měřicích obvodů Rozvaděče a rozvodny rozvaděč- zařízení pro rozvod el. energie obsahující spínací, jisticí, měřicí i jiné přístroje rozvodna - větší technický celek obsahující spínací přístroje, transformátory, rozvaděče, budovy atd., slouží k propojení částí elektrizační soustavy. 2. Spínací pochody FUNKČNÍ STAVY KONTAKTOVÝCH SPÍNACÍCH PŘÍSTROJŮ statické trvalé o zapnutý stav - obvodem teče proud, na kontaktech je minimální napětí, v proudovodných částech, hlavně na kontaktech, vznikají ztráty a Jouleovo teplo o vypnutý stav - proud obvodem je nulový, na kontaktech je plné napětí zdroje, v mezikontaktovém prostoru působí elektrické pole E dynamické přechodné o zapínání uzavření el. obvodu; impedance obvodu se rychle mění z hodnoty prakticky nekonečné na relativně malou, přibližováním kontaktů roste E, někdy může dojít ke vzniku zapínacího oblouku (300 V, desetiny A), obvykle nepřináší větší problémy o vypínání rozpojení el. obvodu; impedance obvodu se v krátké době mění z malé hodnoty na prakticky nekonečnou, po oddálení kontaktů vzniká ionizace prostoru, proud protéká i nadále, vypínání může být bezobloukové, ale v silnoproudých obvodech je obvykle doprovázeno vznikem obloukového, popř. doutnavého výboje; je nutno se zabývat zhášením oblouku ZAPÍNÁNÍ STEJNOSMĚRNÝCH OBVODŮ stejnosměrný obvod RL zátěž podle 2. Kirchhoffova zákona platí U u R u L Elektrické přístroje 1 Ri di L dt
řešení diferenciální rovnice proud roste exponenciálně s časovou konstantou ustálená hodnota proudu i( t) U R I i( ) (1 L R U R e R t L ) ZAPÍNÁNÍ STŘÍDAVÝCH JEDNOFÁZOVÝCH OBVODŮ průběh zapínacího proudu je značně složitější, záleží také na okamžiku zapnutí podle 2. Kirchhoffova zákona platí pro RL zátěž - obecný úhel napětí při zapnutí, úhel mezi napětím a proudem v ustáleném stavu řešení diferenciální rovnice proud má dvě složky o ustálenou (první člen) zbyde po zaniknutí přechodového děje o přechodnou (druhý člen) zaniká exponenciálně s časovou konstantou, závisí na okamžiku zapnutí a na charakteru zátěže Poznámka: Zapnutí specifického druhu zátěže, např. transformátoru naprázdno v okamžiku u = 0 ( = 0, = 90º) může zapříčinit velký proudový náraz znásobený důsledky přesycení. červeně přechodná složka černě výsledný zapínací proud I m u( t) U m sin( t ) i ( t) I sin( t ) I sin( ). e m U Z m Z R 2 ( L) 2 m L R u R t L R u L Ri di L dt ZAPÍNÁNÍ STŘÍDAVÝCH TROJFÁZOVÝCH OBVODŮ předpoklad: symetrická síť i zátěž současné zapnutí všech tří pólů napětí ve všech fázích jsou stejná, ale časově posunutá o ustálená složka zapínacího proudu je stejná, přechodná složka je různá o výsledný zapínací proud ve všech fázích je zpočátku různý nesoučasné zapnutí pólů síť s uzemněným uzlem o lze ji chápat jako tři samostatné jednofázové obvody síť s izolovaným uzlem situace je poměrně složitá o první pól spíná bez proudu o druhý pól spíná sdružené napětí o třetí pól vytváří konečné trojfázové sepnutí a vzniká nový přechodový jev OBLOUK Vznik výboje ke vzniku výboje je nutná ionizace ionizované prostředí vede velké proudy i na dráze s malým průřezem a malým odporem Nárazová ionizace probíhá po oddálení kontaktů v důsledku působení elektrického pole od určité (kritické) intenzity E v mezikontaktovém prostoru Tepelná ionizace elektrony vystupují z katody vlivem vysoké teploty; spolupůsobí přitom elektrické pole, ale hodnota potřebná k ionizaci je mnohem menší, proto je menší i úbytek napětí u katody a na celém výboji Elektrické přístroje 2
Doutnavý výboj (glow discharge) vznikne tehdy, nemůže-li vlivem vlastností obvodu vzniknout proud větší než asi 0,3 A katoda, z níž vystupují elektrony, zůstává studená ionizace je především nárazová, je k ní potřeba poměrně velké napětí (300 V) největší úbytek napětí je u katody, v trupu výboje je spád napětí malý a lineární úbytek u anody je rovněž relativně malý Ke vzniku výboje je nutná ionizace. Ionizované prostředí je schopno vést velké proudy i na dráze o malém průřezu s malým odporem. Obloukový výboj (arc discharge) může vzejít z doutnavého při vyšších hodnotách proudu (již nad 0,5 A a 15 V) proudová hustota a ionizační pochody jsou tak značné, že se rozžhaví elektrody i sloupec výboje mezi nimi ionizace je především tepelná, tedy efektivnější oblouk ale může také vzniknout bez doutnavého výboje přímo díky tepelné ionizaci to nastává v pojistkách či kontaktových přístrojích, při hodnotách napětí mnohem nižších než doutnavý výboj také u oblouku je rozložení napětí podél oblouku nelineární v blízkosti elektrod (kontaktů) jsou větší úbytky napětí - úbytek u anody je 5 10 V, u katody 5 15 V Struktura průřezu oblouku tenké jádro s vysokou proudovou hustotou a teplotou T (nad 5000 K) obal s klesající teplotou směrem k povrchu Statická voltampérová charakteristika oblouku má přibližně hyperbolický průběh a závisí na jeho délce oblouk má činný charakter, avšak nelineární odpor se s rostoucím proudem snižuje poloha charakteristiky závisí na délce oblouku při vyšších proudech se napětí oproti idealizovanému tvaru křivky prakticky nemění při menších proudech hoří oblouk klidně, při velkých proudech syčí Stejnosměrný a střídavý oblouk stejnosměrný oblouk hoří stále střídavý oblouk zhasíná vždy při průchodu proudu nulou uhasnutí oblouku v nule může usnadnit jeho uhašení Statický pracovní bod předpokládáme obvod se zdrojem napětí U a zatěžovacím odporem R s lineární charakteristikou oblouk může hořet stabilně jen v bodě A bod B je labilní, oblouk buď zhasne, nebo přejde do bodu A Dynamická charakteristika oblouku ve střídavém obvodu nesleduje pracovní bod statickou charakteristiku záleží na časovém průběhu proudu obvodu čím rychlejší jsou časové změny proudu, tím více se liší dynamická char. od statické napětí na oblouku při sinusovém proudu, f = 50 Hz (statická char. červeně, dynamická černě) časový průběh obloukového napětí u oblouku mírně chlazeného intenzivně chlazeného napětí intenzivně chlazeného oblouku se kromě zapalovací a zhášecí špičky téměř nemění Elektrické přístroje 3
VYPÍNÁNÍ STEJNOSMĚRNÝCH OBVODŮ Zotavené napětí u zot napětí na kontaktech spínače při vypínání obvodu i Vypínání bez oblouku je třeba uvažovat obecné schéma obvodu RL s paralelní C, byť sebemenší do okamžiku rozpojení kontaktů je C bez náboje, pak se nabíjí du C dt po dosazení U je nabíjecím proudem C řešením diferenciální rovnice 2. řádu pro u zot = u C je aperiodický (je-li R>>L) nebo periodický kmitavý průběh (je-ji L>>R) s překmitem napětí (na obrázku) vyskytuje se ve slaboproudých obvodech s menšími proudy při malém napětí Vypínání s obloukem je třeba uvažovat obecné schéma obvodu RL, C lze zanedbat na kontaktech po rozpojení hoří oblouk, v napěťové rovnici se objeví obloukové napětí u o = u zot U C u R u L u o v ustáleném stavu na VA char. hoří oblouk stabilně v bodě A, labilně v bodě B, pro uhašení je třeba se dostat pod bod B změna zatěžovací přímky zdroje je nepraktická (snížení U nebo zvětšení R) pro uhašení oblouku je třeba posunout VA char. oblouku, aby body A a B splynuly v C nevznikne-li průsečík, bude se proud obvodu snižovat k nule podle napěťové rovnice Průběh napětí a proudu oblouku napětí indukované na L snaží se udržet zanikající proud (je záporné) Podmínka úspěšného vypnutí zvýšení napětí na oblouku změny VA char. oblouku za účelem jeho uhašení (červeně) se dosáhne zvýšením obloukového napětí to lze provést několika způsoby: o zvětšením délky oblouku (natažením) o rozdělením na řadu dílčích oblouků (tím se nasčítají anodové a katodové úbytky napětí) o intenzivním chlazením o... nebo kombinací dílčích způsobů zhášecí systémy stejnosměrných vypínačů realizují některé z uvedených metod VYPÍNÁNÍ STŘÍDAVÝCH OBVODŮ u R u L u du dt di L dt Vypínání bez oblouku podobně jako ve stejnosměrném obvodu dochází k nabíjení paralelní C, pouze napětí di 1 zdroje je střídavé U m sin( t ) ur ul uc Ri L idt dt C řešení nehomogenní diferenciální rovnice 2. řádu pro u zot = u C vede opět k aperiodickému (je-li R>>L) nebo periodickému kmitavý průběh (je-ji L>>R) s kmitavou složkou zotaveného napětí frekvence kmitů je při malém R přibližně podle Thomsonova vztahu C Ri d u dt 2 C C U RC LC 2 Ri di L dt u o 1 C u C idt 1 u C C Elektrické přístroje 4 U u 0 R u u L o 1 LC idt Ri di L dt čím větší strmost zániku proudu di/dt, tím větší indukované napětí u L u L se vlastně přičítá k napětí zdroje, obloukové napětí u o může být větší než U: di u může tak vzniknout přepětí (U o max ) o U RI L dt dobu hoření oblouku t 1 nelze proto libovolně zkracovat práce spotřebovaná obloukem se skládá z energie magnetického pole 1 W LI 2 před jeho 2 zapálením a energie dodané obvodem během jeho hoření u o
tento tzv. jednofrekvenční obvod je zjednodušením obecná síť má rozložené parametry R, L, C a frekvencí vlastních kmitů je více pro vypínače je důležitá strmost čela zotaveného napětí Vypínání s obloukem 1. Vypínání se synchronizací do nuly oblouk hoří volně až do nuly, pak zhasíná přepokládáme (podle obrázku) RL zátěž a úspěšné vypnutí v čase t < 0 hoří oblouk, mezi kontakty je u o u o je ve fázi s proudem i oblouk má činný charakter, i když nelineární v čase t = 0 oblouk zhasne napětí zdroje však není nulové fázový posun na kontaktech se objeví zotavené napětí u zot, které má dvě složky: o obnovené napětí u obn napětí sítě o kmitavou složku o frekvenci 1 1 f0 2 LC překmit je maximálně 2 může vzniknout spínací přepětí velikost kmitavé složky závisí velmi na u čistě odporové zátěže prakticky nevznikne tlumení kmitavé složky záleží hlavně na odporu pozn.: úspěšnému vypnutí obvodu může předcházet opětovné zapalování oblouku pro průchodu nulou Úspěšné a neúspěšné vypnutí po průchodu nulou probíhají současně dva procesy: 1. nárůst el. pevnosti (průrazného napětí) prostoru mezi kontakty u p 2. nárůst zotaveného napětí u zot pro úspěšné vypnutí musí el. pevnost narůstat rychleji než zotavené napětí křivka u p2 - oblouk znovu nezapálí, vypnutí je úspěšné zotavené napětí u zot kmitá kolem křivky napětí sítě u křivka u p1 opětovné zapálení oblouku v bodě 1 napětí na kontaktech klesne na hodnotu obloukového napětí u o Podmínka úspěšného vypnutí - deionizace není třeba starat se o uhašení oblouku zhasíná při i = 0 pak je třeba rychle zvýšit el. pevnost mezi kontakty toho lze dosáhnout deionizací mezikontaktového prostoru 1. rekombinacemi částic v příčném směru tzv. radiální výměna částic 2. mechanickým odnášením iontů ofukováním oblouku doprovázeným chlazením 2. Vypínání s odtrţením použití: vypínání s omezením proudu u jisticích prvků pojistky, omezující jističe je třeba zabránit vzniku amplitudy zkratového proudu zvýší se proto napětí na oblouku, oblouk nedohoří až do nuly a zaniká již dříve tím se shoduje s vypínáním stejnosměrného proudu vzniká přitom spínací přepětí na obrázku: zkrat z chodu naprázdno (z nulového proudu) v čase t = 0 vznikne zkrat, spínač reaguje v čase t 1 začíná hořet oblouk proud dosahuje maxima a odtrhuje se zotavené napětí končí přepěťovou špičkou pak se vrací, zpravidla silně tlumené, do obnoveného napětí ZVLÁŠTNÍ PŘÍPADY VYPÍNÁNÍ Vypínání malých induktivních proudů malé induktivní proudy až o několik řádů menší než jmenovité proudy např. transformátor nebo asynchronní motor naprázdno vypínají se obtížněji než proudy velké energie indukčností obvodu nedokáže udržet hoření oblouku až do nuly dochází k odtržení (či odseknutí) proudu v L zůstává nahromaděná energie, která se přelévá do pomyslné C a nabíjí ji na napětí U p U p může být značně vysoké (plyne ze vztahu 1 2 1 2 LI od CU p ) 2 2 Elektrické přístroje 5
pokud by oblouk již nezapálil, kmitalo by u zot podle obrázku překročí-li u zot el. pevnost mezi kontakty, prostředí se prorazí vzniknou krátkodobé proudové nárazy (vpravo) Vypínání kapacitních proudů např. kondenzátorové baterie, dlouhá vedení vvn naprázdno ideální průběh: po přerušení obvodu při i = 0 zůstává C nabitá na u C =U m, zatímco na straně sítě pokračuje sinusové u zotavené napětí na vypínači dosáhne za půlperiodu 2U m pokud je el. pevnost mezi kontakty dobrá, je vypnutí úspěšné (obrázek uprostřed) jestliže převládnou ionizační pochody, nastane průraz, který může být doprovázen dalšími nepříznivými jevy průraz v maximu zotaveného napětí C se přechodovým jevem přebije na opačné napětí vzhledem k u zdroje, tedy 2U m nad amplitudu napětí sítě neboli 3U m vzhledem k nule u zot nabývá opět 2U m, ale za další půlperiodu již 4U m vzácně se mohou vyskytnout i další průrazy napětí pak dále narůstá a ohrožuje izolaci v síti Vypínání zkratových proudů zejména blízké zkraty v řádu jednotek km od vypínače v místě zkratu předpokládáme nulové napětí, v místě vypínače je počáteční hodnota napětí U v po přerušení obvodu vypínačem se síť rozpadne na dva úseky úsek na straně zkratu je třeba chápat jako vedení s rozloženými parametry L 1, C 1 (ty tvoří vlnovou impedanci L C 1 Z ) v 1 na straně zdroje (kontakt A) probíhá napětí u A známým způsobem na obnovené napětí zdroje je superponována kmitavá složka závislá na konstantách L, C na straně zkratu (kontakt B) vzniká stojaté vlnění skládá se přímá vlna od vypínače a zpětná vlna od místa zkratu stojatá vlna má na kontaktu B kmitnu a v místě zkratu uzel; pohybuje se rychlostí v c napětí v bodě B u B má pilovitý průběh a periodu T (jeden vlny odraz odpovídá čtvrtperiodě) pilovitý průběh je exponenciálně tlumen frekvence pilovitého napětí závisí na vzdálenosti vypínače od místa zkratu např. 1 km 75 khz, 10 km 7,5 khz výsledný průběh zotaveného napětí u zot = u AB je dán rozdílem napětí na obou stranách vypínače mimořádně strmý nárůst napětí nastane hlavně při málo vzdáleném zkratu obzvláště je jím namáhán prostor mezi kontakty v době, kdy je tam stále ještě velký počet nosičů náboje blízký zkrat je jeden z nejnepříznivějších spínacích případů z hlediska vypínače Elektrické přístroje 6
3. Zhášecí systémy spínačů zhášecí systém, zhášedlo zařízení k uhašení oblouku vypínací proud maximální proud, který je spínač schopen bez poškození vypnout MŢIKOVÉ VYPÍNÁNÍ zvětšení vypínací rychlosti za účelem rychlého oddálení kontaktů energie potřebná k vypnutí se akumuluje v pružině (pružinách) uvolní se velmi rychle nezávisle na rychlosti ovládacího mechanismu Užití nesamočinné spínače nízkého napětí (nn) spolu s dalšími opatřeními ke zhášení oblouku prakticky u všech spínačů PŘERUŠENÍ OBVODU NA VÍCE MÍSTECH spínač má více kontakty v sérii (obvykle dva) obvod se současně rozepne na více místech napětí zdroje se obvodu se rozdělí, zkrátí se potřebná vypínací dráha Užití: spínače nn s můstkovými kontakty stykače výkonové vypínače vvn se sériovým řazením zhášecích komor MAGNETICKÉ VYFUKOVÁNÍ využívá se Ampérova zákona F = I (l x B) na oblouk, tedy proud, působí síla oblouk je natažen do délky, vychýlen z přímé dráhy obvykle se takto vhání do zhášecí komory směr síly je kolmý na oblouk i siločáry magnetického pole, lze určit pravidlem levé ruky magnetické pole vytváří o o permanentní magnet (použitelné pouze pro stejnosměrné obvody) elektromagnet protékaný vypínaným proudem (ale menší proud slabší účinek) vhodné zakřivení proudové dráhy (např. o 90 nebo 180 - obr.) síly mag. pole se snaží proudovou dráhu co nejvíce napřímit; pak není třeba magnetu Užití: ve spojení se zhášecími komorami stejnosměrné vypínače nn a vn stejnosměrné i střídavé stykače a jističe ZHÁŠECÍ KOMORY vhání se do nich a následně zháší oblouk v důsledku zvýšení obloukového napětí druhy: o izolační štěrbinová komora oblouk se natahuje do zužující se komory, chladí se o stěny i vzduchem, vzhledem k němuž se pohybuje o izolační komora s roštem oblouk se prodlužuje díky izolačním přepážkám o komora s kovovým roštem čili deionová komora oblouk se tříští a dělí na dílčí oblouky; pro snazší zavedení oblouku do komory se přepážky tvořící rošt opatřují výřezem (vpravo) Užití: izolační komory - stejnosměrné stykače, jističe, rychlovypínače komory s kovovým roštem střídavé stykače, jističe i jiné spínače nn CIZÍ ZHÁŠECÍ PROSTŘEDKY používají ke zhášení oblouku kapalné, plynné či pevné médium Kapalné a plynné látky zaručují deionizaci a obnovení elektrické pevnosti prostoru mezi kontakty po zhasnutí střídavého oblouku. Na stejnosměrný proud jsou nevhodné! voda, olej kapalina se mění žárem oblouku na páru, roste tlak a páry unikají; po zhasnutí oblouku v nule se odnášejí zbývající ionty; proudění se řídí příčně či podélně k oblouku (radiální či axiální proudění) Elektrické přístroje 7
vzduch deionizace po uhasnutí oblouku díky proudění; přirozené proudění málo účinné; ofukování oblouku zpravidla axiální Užití: expanzní, máloolejové, tlakovzdušné vypínače vn, vvn - zastaralé SF 6 fluorid sírový základ nové generace spínacích přístrojů vn, vvn; má vysokou el. pevnost, chemickou stálost, výborné zhášecí schopnosti a chladivost Užití: výkonové vypínače vn a vvn na střídavý proud, zapouzdřené rozvaděče Pevné látky zrnité hasivo - křemičitý písek SiO 2 ; žárem oblouku se taví a chladí oblouk, zvyšuje obloukové napětí Užití: v pojistkách na stejnosměrný i střídavý proud plynotvorné látky mění se žárem hořícího oblouku na plyn, který zajistí deionizaci; hmota musí vytvářet velké množství plynů, být dobrým izolantem a trvanlivá Užití: ve svodičích přepětí VAKUUM vakuum má výborné izolační vlastnosti neobsahuje nosiče proudu ionty, oblouk v něm nehoří vakuová zhášecí komora - oblouk může hořet jen v parách materiálu kontaktů, tzv. katodové skvrny je nutno zabránit na jedné straně opětovnému zapálení oblouku po průchodu proudu nulou (při velkých proudech), na druhé straně odtržení proudu (při malých proudech) Užití: vakuové vypínače vn 4. Kontakty DRUHY STYKU KONTAKTŮ geometricky lze styk dvou kontaktů rozdělit na bodový (dotyk kulových ploch), přímkový (válec rovina nebo válec válec) a plošný pojmenování druhů styku je zidealizované vlivem nerovností povrchu se kontakty dotýkají v malých náhodně rozložených ploškách (na obrázku vpravo jen v částech ideálního kruhového tvaru) na povrchu kontaktů jsou i vrstvy chemického původu nečistoty, oxidy (šrafované plochy) čistý kovový styk je jen v části mechanické stykové plochy (černé plochy) je třeba najít kompromis mezi přítlačnou silou kontaktů a opotřebením styk bodový a plošný vyhovuje méně, používá se především přímkový STYKOVÝ ODPOR je to odpor v místě styku kontaktů skládá se o z úžinového odporu vlivem zmenšení průřezu o z přechodového odporu cizích vrstev - nečistot a sloučenin koroze - vznik vrstev chemického původu oxidy, sirníky, chloridy apod. s různou elektrickou vodivostí při menší přítlačné síle převažuje přechodový odpor, při větší úžinový přibližná závislost stykového odporu R s na přítlačné síle F se vypočítá podle k (0,1 F) vztahu R [, N] s n k, n konstanty k - závisí na materiálu a poměrech v místě styku bývá Ag - (0,8 2).10-4, Cu - (2 10).10-4 n - závisí na druhu styku: bodový styk - 0,5, přímkový - 0,5 0,7, plošný - 1 charakteristiky (v logaritmických souřadnicích) dolní hranice R s nové kontakty pokryté jen slabou korozní vrstvou horní hranice korodované zřídka spínané kontakty bez možnosti mechanického samočistění Elektrické přístroje 8
MATERIÁLY NA KONTAKTY hlavní požadavky: dobrá elektrická vodivost, odolnost vůči oblouku - těžko lze splnit současně další požadavky: chemická odolnost proti prostředí, dobrá tepelná vodivost čisté kovy Ag nejlepší vodivost, korozní vrstvy nevadí, měkké, sklon ke svařování Cu dobrá vodivost, snadná tvorba oxidů, nízká odolnost proti oblouku časté je mechanické spojení Cu Ag (postříbřená měď) W mechanická a elektrická odolnost, nižší vodivost slitiny slitiny Cu o tzv. fosforový bronz (Cu - Sn) tvrdý a odolný o mosaz (Cu Zn) pružná slitiny Ag o Ag - Cu levnější než čisté Ag, ale oxiduje o Ag Cd odolává lépe oblouku než Ag spékané kovy na rozdíl od slitin si zachovají vlastnosti jednotlivých složek; obsahují obvykle složku dobře vodivou a složku vysokotavitelnou W Ag, W Cu, WC (karbid wolframu) Ag, Ag Ni nelze dokonale skloubit všechny požadované vlastnosti v silových obvodech se často používají v kombinaci hlavní + opalovací kontakty o hlavní dobře vodivé kontakty vedou v zapnutém stavu o opalovací kontakty při vypínání se na ně převede proud a zháší vzniklý oblouk PROVEDENÍ KONTAKTŮ kontaktní dvojici tvoří zpravidla jeden pevný a jeden pohyblivý kontakt různá hlediska členění podle směru síly pohonu F p vzhledem k síle přítlačné F tupé síla pohonu působí v ose kontaktů, místo styku se nemění smykové vlivem síly dojde ke krátkému smýknutí třecí stykové plochy se při spínání třou a čistí podle tvaru nožové, lamelové, palcové, můstkové, růžicové... nožové kontakty o pohyblivý jednoduchý či dvojitý nůž, může mít i odtrhovací nůž o pevný pružný kontakt, může být dělený a doplněný přídavnou ocelovou pružinou o lamelový nožový kontakt pevný kontakt tvoří lamely se samostatnými pružinami užití: nožové spínače, odpojovače, pojistky palcové či čelní kontakty o pevný i pohyblivý kontakt ve tvaru palce části kulové či válcové plochy užití: rozmanité spínače nn, jističe, chrániče aj. Elektrické přístroje 9
můstkové kontakty o pohyblivý kontaktní můstek spojuje dva pevné kontakty užití: stykače, relé, tlačítka růžicové (tulipánové) kontakty o pevný kontakt ve tvaru růžice s lamelami o pohyblivý kontakt je roubík o sestava růžicových kontaktů (vpravo) - opalovací kontakty ve tvaru růžků (šipka) zleva: zapnuto začátek vypínání - vypnuto užití: výkonové vypínače vn a vvn 5. Elektrodynamické síly všechny proudovodné části jsou vystaveny silovým účinkům proudu vznikají síly mezi různými vodiči i mezi různými úseky téhož vodiče silové působení v elektrických přístrojích je buď nežádoucí, nebo se využívá nejvýznamnější jsou síly o působící na kontakty o působící na oblouk síla mezi dvěma nekonečně dlouhými rovnoběţnými vodiči ve vakuu vodič 2 leží v magnetickém poli vodiče 1 podle Ampérova zákona a dalších známých vztahů Fm I 1 1 F B1 I2l B 1 0H1 H1 l 2 a I1 7 I1I2l 7 I1I2l F 0 I2l 4.10 2.10 [ N] 2 a 2 a a při souhlasném směru obou proudů se vodiče přitahují a naopak (vektorový součin F I( l xb) ) při provozních proudech jsou síly relativně, malé, ale při zkratech mohou nabývat značných hodnot síla na zahnutý vodič působí vždy ve smyslu napřímení proudové dráhy síla mezi kontakty s čelním stykem předpokládáme v místě styku úžinu podle obrázku siločáry magnetického pole mají tvar soustředných kružnic mezi paprskovitě se sbíhajícími proudovými čarami působí síly (pravidlo levé ruky) radiální složky sil F r se ruší axiální složky F a působí na kontakty odpudivě snaží se je oddálit 7 2 D maximální odpudivá síla kontaktů je přibližně F 10 Im ln d překročí-li např. při zkratu odpudivá síla přítlačnou sílu, kontakty se rozpojí vzniklý oblouk může kontakty svařit vyuţití elektrodynamických sil vhodnou úpravou proudové dráhy se může dosáhnout opačného efektu síla kontakty přitlačí na obrázku: přitažlivá síla paralelních větví F p překoná odpudivou sílu proudové úžiny F u Elektrické přístroje 10
6. Tepelné účinky proudu při průchodu proudu vodičem se uvolňuje tepelný výkon část vznikajícího tepla otepluje vodič, část se odvádí do okolí P 2 RI Oteplovací křivka oteplovací křivka je závislost oteplení na čase: oteplovací časová konstanta pokud se vznikající a odváděné teplo rovnají, oteplení se ustálí na hodnotě Oteplení kontaktů v el. přístrojích vzniká největší množství tepla na stykovém odporu kontaktů úbytek napětí na kontaktech U k je přibližně 2 U k skutečné poměry v místě styku kontaktů jsou složitější příklad - diagram pro přítlačnou sílu 10 N, Cu kontakty měrný odpor materiálu i stykový odpor narůstá s teplotou (A) od určité teploty (např. 200 ºC - Cu), materiál měkne, plocha styku se zvětšuje, stykový odpor klesá (B) při dalším nárůstu teploty se tvrdost nemění až do bodu tání (1080 ºC - Cu) (C) pak se kontakty svaří a odpor i oteplení klesnou Svaření kontaktů může nastat: při průchodu zkratového proudu stykovým odporem v zapnutém stavu o v důsledku roztavení místa styku o obloukem při oddálení kontaktů elektrodynamickými silami při vypínání zkratových proudů vlivem oblouku Opotřebení kontaktů při činnosti kontaktů dochází k opotřebení vlivem mechanického a elektrického namáhání jsou tři hlavní druhy opotřebení: o mechanické deformace či ztráta materiálu o můstkový přenos materiálu tvorba hrotů na jednom a kráterů na druhém kontaktu o obloukový přenos materiálu trvalé deformace vlivem oblouku 7. Konstrukční části elektrických přístrojů MECHANISMY zabezpečují správnou činnost přístroje v provozu pohyb kontaktů do zapnuté a vypnuté polohy samostatné vypínání při poruchových stavech všechny další pohybové a mechanické funkce Jednoduché pohybové mechanismy kloubové mechanismy přenos síly v rovině, zmenšení momentu 1 ovládací páka, 2 táhlo, 3 nožový kontakt o užití: kloubové spínače vačkové mechanismy ovládání kontaktů vačkami umístěnými na hřídeli 1 pevný kontakt, 2 pohyblivý kontakt, 3 tlačná pružina, 4 kladka, 5 vačka, 6 - ovladač o užití: vačkové spínače mţikové mechanismy zajištění mžikového spínání o A ruční pohon, B kontakt, C pružina, D - kladka o užití: spínače nn aj. 8 Elektrické přístroje 11
ozubené převody čelní nebo kuželová ozubená kola, hřebenové nebo řetězové převody o užití: spínací přístroje vn a vvn aretační mechanismy zaručují stabilní polohu pohyblivé části přístroje vlevo: 1 se zubovou rohatkou, 2 s kladkovou rohatkou, 3 tvrdá a měkká aretace o užití: otočné spínače nn volnoběţky drží kontakty v zapnuté poloze, rozpojí kontakty při poruše, zabraňují zapnutí do zkratu vpravo: vzpěrová volnoběžka: 1 páka kontaktu 2; 3 páka pohonu 4; 5, 6 vzpěry, 7 zarážka, 8 - pružina o užití: jističe, chrániče aj. brzdy zabezpečí zastavení pohybu kontaktního systému po dosažení koncové polohy; o čelisťové (1, 2), pružinové (3), gumové (4), kapalinové (5) A pohyblivá část, B doraz, C, D čelisti, G guma; R. reg. ventil o užití: spínače vn a vvn i velké přístroje nn Blokování opatření zabraňující nežádoucímu stavu mechanické na obrázku blokování dvou hřídelů; zleva: oba volné blokovaný 1, volný 2 blokovaný 2, volný 1 elektrické obvykle blokovacím rozpínacím kontaktem elektromechanické na obr. blokování hřídele elektromagnetem pneumatické či elektropneumatické - na obrázku vpravo je princip blokování pohybu odpojovače při zapnutém výkonovém vypínači 1 vypínací ventil, 2 zapínací ventil, 3 - blokovací kontakt, 4 vypínač, 5 odpojovač, 6 blokovací ventil, 7 přívod vzduchu Elektrické přístroje 12
POHONY ELEKTRICKÝCH PŘÍSTROJŮ samostatné nebo vestavěné části, které dodávají mechanickou energii pro pohyb spínacího systému skládají se z mechanismů a vhodného zdroje energie Ruční pohon zdrojem energie je obsluhující osoba užití: nesamočinné spínače nn, malé jističe, chrániče, odpojovače Elektromagnetický pohon energii dodává pohybový elektromagnet přitahuje kotvu, odpad kotvy zajistí pružiny stejnosměrný elektromagnet: magnetický obvod je z plného železa; síla roste s klesající vzduchovou mezerou; při zapnutí nenastává proudový náraz střídavý jednofázový elektromagnet: magnetický obvod je z plechů; síla je prakticky nezávislá na zdvihu; při zapnutí nastává proudový náraz; síla pulsuje v čase s dvojnásobkem frekvence sítě; je nutný závit nakrátko zabraňuje chvění kotvy (indukovaný proud závitu nakrátko je činný, proud v cívce spíše induktivní; síla vyvolaná cívkou a přídavná síla závitu nakrátko jsou časově posunuté; síla od závitu nakrátko má maximum právě tehdy, když síla od cívky klesá k nule) užití: stykače, relé, velké jističe Motorový pohon zdrojem energie je elektromotor s velkým záběrným momentem je dimenzován na krátkodobý chod - relativně malý motor pohyb motoru se převádí pomocí převodovky přímo na kontaktní systém užití: odpojovače Pneumatický pohon zdrojem energie je stlačený vzduch pohánějící píst ve válci je třeba zdroj stlačeného vzduchu (kompresor) a jeho rozvod složité o na obrázku: dvojčinný tlakovzdušný válec; 1 kulisový mechanismus, 2 poháněný hřídel užití: starší provedení odpojovačů a výkonových vypínačů vn a vvn Střadačový pohon energie se akumuluje v pružinách napínaných pomocí elektromotoru, popř. ručně (klikový mechanismus) pružina umožní mžikové spínání kontaktního mechanismu pro systém opětovného zapínání (OZ) je třeba nahromadit dostatečné množství energie pro celý cyklus O C O, tedy vypnout zapnout vypnout; uvolňování energie pružiny se děje po částech nebo se použije více pružin na obrázku: motor s převodem 9 napíná zapínací pružinu 7, která vždy při svém pohybu napíná i vypínací pružinu 17 1 zapínací cívka, 2 vačka 3 převodovka, 4 - převodová tyč, 5 táhlo zapínací pružiny, 6 - táhlo vypínací pružiny, 8 ruční klika, 9 natahovací převod, 10 natahovací hřídel, 11 páka s kladkou, 12 tlumič pro zapínání, 13 vypínací hřídel, 14 tlumič pro vypínání, 15 vypínací cívka, 16 pouzdro pohonu užití: výkonové vypínače vn a vvn, velké jističe, odpínače vn Elektrické přístroje 13
8. Nesamočinné spínače nízkého napětí představují nejrozsáhlejší skupinu spínacích přístrojů vůbec nejsystematičtější rozdělení je podle konstrukce Noţové spínače nožové kontakty pohyblivý kontakt - dvojitý nebo jednoduchý nůž se zasouvá do jednoduchého nebo lamelového pevného kontaktu může mít i opalovací nůž mechanismus pákový či kloubový (na obr.) kloubový mechanismus pohon ovládací pákou o 180º jmenovité proudy až stovky A užití: v rozvodnách nn Domovní instalační spínače jednoduchý mžikový kontaktní systém kryt lisovaný izolant nebo kov, kostra izolant nebo keramika rozdělení podle různých hledisek: o ovládacího systému: otočné (obr.), kolébkové, páčkové (obr.) o krytí: prostředí obyčejné, do vlhka, venkovní, nepromokavé o o způsobu montáže: zapuštěné, nástěnné řazení: 1 jednopólový, 2 dvoupólový, 6 střídavý, 5 sériový, 5A sériový střídavý, 5B dvojitý střídavý, 7 křížový o počtu pólů: 1, 2, 3 užití: domovní i průmyslové instalace Tlačítkové spínače můstkové kontakty, spínají se tlakem, popř. tahem stiskací spínače troj- či jednopólové dvě stabilní polohy tahem se zapínají, tlakem vypínají užití: spínání motorů a jiných spotřebičů, hlavní domovní spínače tlačítka zapínací i vypínací kontakty jen jedna stabilní poloha tlačítkový ovladač spojení více tlačítek do jednoho celku provedení: se zapuštěným či hřibovitým ovladačem, s otočným kohoutkem, se zámkem, prosvětlené užití: ovládací a signalizační obvody Otočné spínače mají pevnou a rotační část válcové spínače otočná část nese kontaktové segmenty pevná má palcové kontakty tvar segmentů je různý podle funkce užití: spínání motorů, přepínání Y D či pólů, reverzace, obecné spínání Elektrické přístroje 14
vačkové spínače otočná část s vačkou spíná dvojice kontaktů na pevné části (obr. vpravo detail) obvykle bývá řazeno více spínacích jednotek za sebou velká rozmanitost tvarů užití: spínání motorů obecné spínání v průmyslu, spínání obvodů v určitém pořadí komůrkové (paketové) spínače (obr.) kontaktní systém je uložen v izolačních komůrkách obvykle bývá více spínacích jednotek užití: spínání ovládacích a řídicích obvodů, spínání motorů i jiných spotřebičů Ostatní spínače koncové spínače (obr.) slouží k vymezení pohybu elektricky poháněných zařízení rtuťové spínače (obr.) spínají naklápěním baňky se rtutí mikrospínače spínače s malým zdvihem kontaktů pro slaboproudé aplikace tlakové spínače spínají změnou tlaku plynu či kapaliny plovákové spínače ovládají a signalizují výšku hladiny kapalin 9. Stykače a relé STYKAČE Stykač (angl. contactor) je samočinný spínač nízkého nebo vysokého napětí. stykače mají jednu klidovou polohu, obvykle vypnutou zdrojem síly potřebné na spínání je nejčastěji elektromagnet, zřídka vačka nebo pneumatický pohon stykače slouží zejména o k dálkovému spínání spotřebičů pomocí tlačítek o ke spínání obvodů pomocí koncových, tlakových, plovákových a jiných spínačů o ve spojení s tepelným relé k jištění proti přetížení stykače spínají proudy až do své vypínací schopnosti, nemohou vypínat zkratové proudy rozsah jmenovitých proudů je velmi široký, od jednotek do tisíců ampér Charakteristické vlastnosti kategorie užití charakterizuje různé spínací podmínky podle druhu zátěže, nejobvyklejší jsou o AC1 spínání střídavých obvodů s odporovou nebo málo induktivní zátěží o AC3 spínání asynchronních motorů s kotvou nakrátko o DC1 spínání stejnosměrných obvodů s malou indukčností jmenovitý (pracovní) proud rozlišuje se podle kategorie (např. AC1 400 A, AC3 300 A) jmenovité napětí (např. 690 V) jmenovité napětí, druh proudu a příkon ovládacího obvodu (např. 230 V, 50 Hz, 15 VA) jmenovitý zapínací a vypínací proud souvisí s kategorií užití (např. 2400 A 2000 A) jmenovité napětí a proud pomocných kontaktů, jejich počet a druh (zapínací rozpínací) četnost spínání počet spínacích cyklů za hodinu (např. 250) elektrická a mechanická trvanlivost počet spínacích cyklů za dobu života (např. el. 10 5 mech. 10 6 ) jmenovitý pracovní výkon rozumí se motoru, který je stykač schopen sepnout) Elektrické přístroje 15
Konstrukční části stykačů hlavní kontakty silové, obvykle zapínací, můstkové nebo palcové zhášecí systém střídavé stykače - deionová zhášecí komora, u malých stykačů nemusí být vůbec stejnosměrné - magnetické vyfukování elektromagnetem (na obr.) nebo permanentním magnetem (nutno dodržet polaritu) pomocné kontakty pro ovládací, blokovací a signalizační obvody bývají můstkové, zapínací a rozpínací (např. 2 2) stykačový elektromagnet zdroj pohybové energie a přítlačné síly kontaktů střídavý magnetický obvod z plechů, závit nakrátko stejnosměrný magnetický obvod z plného železa (při střídavém napájení s usměrňovačem, obr. vpravo) tepelné relé působí při přetížení silového obvodu prostřednictvím vypínacího pomocného kontaktu vypíná elektromagnet a tím silový obvod princip: při přetížení se zahřívá a ohýbá nepřímo vyhřívaný bimetal, až vybaví volnoběžku dříve samostatný přístroj (např. R 100 dole, detail bimetalu) v současnosti obvykle nasazovací modul (vpravo) Elektrické přístroje 16
Modulový systém umožňuje sestavit kombinaci z příslušenství podle požadavků na funkce Značky a zapojení stykačů na obrázku je příklad zapojení dvou stykačů pro reverzaci motoru stykače KM1, KM2 pomocné kontakty přídržné KM1.1, KM2.1, blokovací KM1.2, KM 2.2 tlačítka zapínací SB1, SB2, rozpínací SB3 tepelné relé popudové články F1 v silovém obvodu a rozpínací kontakt v ovládacím obvodu RELÉ Relé (angl. relay) je elektromagneticky ovládaný spínač určený pro spínání menších proudů. Tím se liší od stykače; navíc může mít speciální funkce. pomocná relé pomocí nepatrného proudu ovládacího elektromagnetu svými kontakty spínají obvody s větším proudem mohou mít elektronický zesilovač zvláštní konstrukce relé určená do desek s plošnými spoji Elektrické přístroje 17
časová relé zapínají, vypínají nebo zapínají i vypínají obvody s časovým zpožděním zpoždění se zpravidla vytvoří elektronickými obvody dříve se používaly hodinové strojky poháněné elektromotory nebo elektromagnety často bývají multifunkční typické užití: spínání osvětlení další druhy relé návěstní relé slouží k optické nebo také optické signalizaci stavu tepelná relé tepelná spoušť reaguje na nadproud a po určité době vypíná kontakt proudová relé reagují při překročení určitého proudu (dolů nebo nahoru) solid state relay nemají mechanické kontakty, ale polovodičový spínací prvek (tranzistor)... a řada jiných 10. Jističe Jistič (angl. circuit breaker) je spínací přístroj nízkého napětí, který samočinně vypíná při nadproudu. Není určen pro běžné spínání. nadproud: o zkrat (I k >> I n ) o přetížení (I k > I n ) Vypínací charakteristika je to závislost vypínacího času t v (svislá osa) na nadproudu - násobku jmenovitého proudu x I n (vodorovná osa - nadproud je nezávisle proměnná) osy jsou logaritmické, aby se znázornily veličiny ve velkém rozmezí hodnot vypínací charakteristika má část časově závislou a část časově nezávislou o závislá při přetížení; rozptyl hodnot vypínacích proudů je dán závislostí na teplotě okolí o nezávislá při zkratu každá část odpovídá jedné z nadproudových spouští svislá čára mezi oběma částmi představuje hodnotu nadproudu, od kterého začíná působit nezávislá spoušť podle této hodnoty se rozlišují charakteristiky B, C, D B jištění zařízení, kde nevznikají proudové nárazy (vedení, tepelné spotřebiče); zkratová spoušť působí od 3 I n C jištění zařízení, kde vznikají proudové nárazy (motory s lehkým rozběhem, skupiny žárovek); zkratová spoušť působí od (5-10) I n D jištění zařízení s velkými proudovými nárazy (motory s těžkým rozběhem, transformátory); zkratová spoušť působí od (10-20) I n Vypínací schopnost maximální proud, který je jistič schopen bez poškození vypnout je-li zkratový proud sítě v daném místě větší, je nutno jističi předřadit pojistku Omezující schopnost mají ji omezující jističe, které vypínají s odtržením proudu; nevyvine se tak amplituda zkratového proudu Elektrické přístroje 18
Charakteristika I 2 t Jouleův integrál I 2 t, přesněji i 2 dt charakterizuje energii propuštěnou jističem úměrnou I 2 t při vypínání zkratu v závislosti na zkratovém proudu I p Selektivita jištění opatření, aby při nadproudu vypnul vždy jen jeden jistič nejblíže k místu poruchy pro zajištění selektivity se vypínací charakteristiky nesmějí protínat či dotýkat selektivita souvisí také s I 2 t (když energie prošlá jističem nepostačí k vybavení předřazeného jističe) Miniaturní jističe jedno- nebo trojfázové standardní provedení na DIN lištu jmenovité proudy obvykle do 63 A vypínací schopnost 4,5-10 ka mají omezující schopnost barvy terčíků podle tabulky Popis spouště: o elektromagnetická - proti zkratu o tepelná (bimetalová) proti přetížení zhášecí systém o deionová zhášecí komora (střídavé) o magnetické vyfukování (stejnosměrné) kontaktní systém palcové kontakty činnost: při nadproudu reaguje spoušť; vybaví volnoběžku, ta oddálí kontakty; oblouk se vlivem tvaru kontaktů a zakřivení proudové dráhy vžene do zhášecí komory s kovovým roštem; zde se tříští a zhasíná kataraktová spoušť starší typ spouště proti zkratu i přetížení Elektrické přístroje 19
Výkonové jističe kompaktní provedení, trojfázové spouště o tepelná a elektromagnetická ( termomagnetická ) o elektronická (lze nastavit vypínací charakteristiky, např. dobu vypnutí prodlevy zkratové spouště) další příslušenství (často volitelné) o napěťová spoušť (místní či dálkové ovládání) o podpěťová (vypíná při poklesu napětí) o střadačový a ruční pohon (napínání pružin) o signalizační spínače (pomocné kontakty) o pomocné kontakty o měření a záznam dat o externí ovládání po sběrnici Starší typy jističů pojistkové jističe soklové jističe SEZ Krompachy s vypínací charakteristikou V nebo M trojfázové jističe s kataraktovou spouští J1K, J7K SPOUŠTĚČE MOTORŮ jsou určeny k zapínání a vypínání trojfázových motorů a k ochraně proti zkratu a přetížení ovládání je ruční tlačítkovým, otočným nebo kolébkovým mechanismem jsou podobné jističům, ale na rozdíl od jističů jsou určeny pro časté spínání mají elektromagnetickou a tepelnou spoušť tepelnou spoušť lze často nastavit v určitém rozmezí mohou mít dodatkovou výbavu jako výkonové jističe, např. o vypínací napěťovou spoušť o podpěťovou spoušť o pomocné kontakty 11. Proudové chrániče Proudový chránič (angl. residual current device - RCD) je samočinný spínací přístroj nízkého napětí, který samočinně vypíná, jestliže reziduální (poruchový) proud dosáhne určité hodnoty. Slouží jako ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí a jako doplňková ochrana při dotyku se živou částí. reziduální (rozdílový, poruchový) proud I D efektivní hodnota z fázorového součtu všech proudů tekoucích hlavním obvodem (diferenciálním transformátorem) Princip v bezporuchovém stavu je součet proudů primárních vodičů PV diferenciálního transformátoru DT nulový, tudíž v magnetickém obvodu není magnetický tok při poruše za chráničem část proudu reziduální proud I - teče do země o přes neživou část elektrického zařízení při poruše izolace (obrázek vlevo) o přes živou bytost při dotyku se živou částí (obrázek vpravo) součet primárních proudů v diferenciálním transformátoru DT je pak nenulový, v magnetickém obvodu vznikne střídavý magnetický tok a do měřicího vinutí MV se indukuje napětí relé R připojené k tomuto vinutí prostřednictvím volnoběžky V rozepne kontakty K Zapojení přes proudový chránič musejí procházet všechny pracovní vodiče, tedy fázové i střední jednofázový chránič má proto 2 póly, trojfázový 4 ochranný vodič se připojí ke chráněným zařízením přímo chránič musí mít zkušební tlačítko pro kontrolu funkce Elektrické přístroje 20
Charakteristické hodnoty jmenovité napětí U n (1) jmenovitý proud I n (2) o může chráničem protékat trvale o jmenovitý reziduální proud I n (3) při jeho dosažení chránič vypíná o o bývá často 10 nebo 30 ma, kdy již může dobře ochránit člověka jmenovitý zkratový proud I m (4) - chránič ho musí snést v zapnutém stavu (vypíná však jisticí prvek) tlačítko pro kontrolu funkce (5) minimální teplota okolí (6) typ (7) viz dále Typy chráničů chrániče se rozlišují podle časových průběhů reziduálních proudů typ AC pro střídavý sinusový reziduální proud typ A pro střídavé a pulsující reziduální proudy typ B reaguje na reziduální proudy o střídavé o pulsující hladké stejnosměrné; pro ně musí být vybaven elektronickou spouští E a jejím diferenciálním transformátorem DT2 (na obrázku) speciální typy o se zpožděním G (10 ms), S (40 ms) o s vestavěnou nadproudovou ochranou Účinky elektrického proudu na lidský organismus (obr. vpravo dole) I M proud protékající lidským tělem; t doba působení šrafovaně vybavovací oblast proudových chráničů s danými I n oblast 1 nepatrné účinky oblast 2 nedochází ke škodlivým účinkům oblast 3 možnost křečových stahů a potíží s dechem, obvykle bez nebezpečí fibrilace srdečních komor oblast 4 mohou nastat fibrilace, zástava dechu a závažná popálení obrázky: diferenciální transformátor vybavovací relé a volnoběžka Elektrické přístroje 21
12. Pojistky Pojistka (angl. fuse) je nejstarší jisticí přístroj pro jištění el. obvodů proti nadproudům. Výborně jistí při zkratech (vypínají s omezením proudu), hůře při přetížení. Nejrozšířenější jsou tavné pojistky s křemičitým pískem. Princip při nadproudu dojde k přerušení tavného vodiče vznikne oblouk, jeho žár taví písek z roztaveného kovu vznikají perličky oblouk je tříštěn, chlazen odvodem tepla, čímž roste obloukové napětí a oblouk zhasne úprava tavného vodiče pro přerušení v daném místě: zmenšení průřezu či perforace tavného vodiče (a) přerušení tavného vodiče s spojení pájkou (b) nanesení pájky v jednom místě (c) (při zahřátí se tavný vodič rozpouští v pájce a vzniklá slitina má nižší bod tání) Průběh napětí a proudu na pojistce při vypínání zkratového proudu A okamžik zkratu, B maximální proud, C zapálení oblouku, D zánik proudu Vypínací charakteristiky (vpravo) lze je velmi hrubě rozdělit na o normální čili rychlé (červená) o pomalé (modrá) podrobnější členění 1. pojistkové vložky na nízké napětí o funkční třída g plný rozsah, a pouze část nadproudů o kategorie užití G všeobecné užití, M motory, zřídka Tr transformátory, R polovodiče o nejběžnější jsou: gg, am 2. přístrojové trubičkové pojistky o F rychlé, T pomalé, FF velmi rychlé Porovnání pojistek s jističi: pojistky jistí lépe při zkratech, jističe při přetížení pojistky jsou jednorázové, neopravitelné pojistky mají obvykle vyšší vypínací schopnost pojistky mají vždy omezující charakter vypínají s odtržením Elektrické přístroje 22
Druhy pojistek závitové pojistky nn sestava: o pojistkový spodek o vymezovací kroužek (kvůli nezaměnitelnosti patrony za vyšší hodnotu) o hlavice - nejčastěji závit E27 o vlastní pojistka - patrona s indikátorem stavu (terčík) o patrona s indikátorem stavu (terčík) řada jmenovitých hodnot do 100 A a barvy tabulka pomalé charakteristiky znak ulity na patroně závity E27 nejběžnější, E14, E33, zastaralé dvě řady G ( goliáš ) nožové pojistky nn sestava: o pojistkový spodek (nebo pojistkový odpínač) o patrona s nožovými kontakty o indikátor stavu (plíšek) napínaný odporovým drátem o tavný vodič (na obr. s perforací) nevyžaduje se nezaměnitelnost (výměna jen odborníkem) výměna pomocí pojistkového držáku (tzv. žehlička) velikost podle řady (např. PN 000, 00, 1, 2, 3, 4) charakteristiky obvykle gg, AM jmenovité proudy - běžně jednotky až stovky A vysoká vypínací schopnost (120 ka) použití: jištění skupin okruhů, budov, v průmyslu Elektrické přístroje 23
přístrojové trubičkové pojistky pro jištění el. přístrojů a spotřebičů skleněné či keramické, vzduchové i pískové běžně od 50 ma do 6,3 A, charakteristika F, T válcové pojistky nn sestava: o pojistkový odpojovač nebo odpínač (obrázek) o válcová symetrická patrona o keramické těleso o symetrické kontakty o tavný vodič, písek tři rozměrové řady jmenovité proudy desetiny A až 100 A vypínací schopnost až 120 ka použití: průmyslové instalace automobilové pojistky dnes již jen nožové kontakty vzduchové I n běžně jednotky až desítky A pojistky vn sestava: o pojistkový spodek o válcová patrona s indikátorem stavu o keramické hvězdicové těleso opatřené kovovými konci o tavný vodič (šipka na obrázku - nanesená pájka) o písek výměna pomocí pojistkových kleští jmenovité proudy jednotky až stovky A, vypínací proud až desítky ka použití: jištění vývodů vn, přístrojových transformátorů vn, v pojistkových odpínačích vn (kombinace odpínače vn a pojistky obrázek) Elektrické přístroje 24
13. Přepětí Přepětí (angl. overvoltage, surge) je jakékoliv napětí vyšší než amplituda tzv. nejvyššího napětí soustavy U nej, což je hodnota přiřazená ke jmenovitému napětí U n (tabulka). U n [kv] 6 10 22 35 110 220 400 U nej [kv] 7,2 12 25 38 123 245 420 druhy přepětí podle místa výskytu: o přepětí mezi fázovými vodiči navzájem o přepětí mezi fázovým vodičem a zemí podle příčin vzniku a době trvání několik způsobů kategorizace; podle A. Veverky: o provozní (vnitřní) přepětí vznikají vlivem jevů v elektrizační soustavě dočasná přepětí - mají relativně dlouhé trvání obvykle při síťové frekvenci; příklady: otevřený konec dlouhého vedení vvn, ztráta zatížení (Ferrantiho jev), trvalé zemní spojení v soustavách s izolovaným nebo neúčinně uzemněným uzlem spínací přepětí jsou krátkodobá, jde o přechodové jevy, mají oscilační charakter s vyššími frekvencemi, vznikají při spínacích pochodech; příklady: spínání vedení naprázdno, vypínání zkratů, kapacit a malých induktivních proudů o atmosférická přepětí vznikají při atmosférických výbojích blescích (angl. lightning), mají aperiodický charakter rázových vln se strmým čelem, které se šíří po vedení rychlostí světla; příklady vzniku: přímý úder do fázového vodiče (nejnebezpečnější) nepřímý úder v blízkosti vedení a vznik přepětí induktivní, kapacitní či galvanickou vazbou nepřímý úder do stožáru či zemnícího lana a indukování přepětí či zpětný přeskok po izolátoru nepřímý úder v atmosféře a uvolnění náboje vázaného na vedení nabitým mrakem Blesky bouřky vznikají z bouřkových mraků mraky se tvoří při vertikálním proudění vzduchu jsou různé mechanismy vzniku náboje mraků blesk vzniká běžně při E 100 kv/m nejčastější formy blesk čárový a rozvětvený rozvětvený má více kanálů větší nebezpečí většina blesků je ze záporných mraků na 100 km venkovních vedení v Česku připadá průměrně 20 úderů ročně (2 4 na km 2 ) vrcholová hodnota přepětí bývá v řádu 10 2 kv, amplituda proudu je zpravidla v desítkách ka Rázová vlna normalizovaná napěťová vlna 1,2/50, tj. doba čela 1,2 ms, doba týlu (do poklesu na 50% U max ) 50 ms normalizovaná proudová rázová vlna 8/20 vlny vyvolané atmosférickým přepětím mohou mít podobný tvar nejblíže přírodnímu průběhu bleskového proudu je vlna 10/350 Elektrické přístroje 25
Ochrana objektů před tepelnými a mechanickými účinky blesků vnější ochrana hromosvodná ochrana jímací zařízení měď, pozinkovaná ocel, hliník o na budovách: hřebenová soustava, mřížová soustava, tyčový hromosvod o oddálený hromosvod stožárový, závěsný, klecový svody co nejkratší, bez oblouků, pokračování jímače uzemnění zemniče deskové, tyčové, páskové vnitřní ochrana vyrovnání potenciálů - pospojování Ochrana elektrických zařízení před přepětím, zejména atmosférickým, tedy rázovými vlnami svodiče přepětí Surge Protective Device - SPD jejich úkolem je ochrana před přepětím, jsou zapojeny mezi pracovní vodiče a zem princip v bezporuchovém stavu je impedance svodičů velmi vysoká ochrana spočívá ve snížení napěťové hladiny na pracovních vodičích při přepětí na tzv. ochrannou hladinu to se provede ve svodiči krátkodobým spojením fázového (i středního) vodiče se zemí o přes minimální impedanci o výbojem (obloukem) jde prakticky o zkrat spojení se zemí musí vzniknout dostatečně rychle, aby se max. přepětí nedostalo za svodič (obrázek vpravo) do země teče proud vyvolaný přepětím (10 2 A až 10 2 ka) po svedení přepětí do země svodičem teče tzv. následný proud vyvolaný síťovým napětím následný proud a spojení se zemí musí svodič přerušit přitom se obnoví původní izolační stav 14. Svodiče přepětí nn Základní pojmy svodič přepětí SPD zóny ochrany před bleskem LPZ - Lightning Protection Zone LPZ 0 (venku), 1 (v budově), 2 (v místnosti), 3 (nejvyšší ochrana) zbytkové napětí, napěťová ochranná hladina nejvyšší napětí, které se může objevit na svodiči maximální impulsní proud nejvyšší hodnota proudu, který svodič spolehlivě odvede následný proud proud tekoucí svodičem ze sítě po svedení přepětí do země koordinace svodičů přepětí při ochraně budov je nutno svodiče odstupňovat (koordinovat) tak se zaručí svedení větší části náboje do země a postupné snížení ochranné hladiny na potřebnou mez koordinace vychází z rozdělení chráněného objektu na zóny ochrany před bleskem LPZ osvědčuje se odstupňování na tři ochranné hladiny Typy svodičů SPD typ 1 (svodič bleskových proudů) o umisťuje se na rozhraní LPZ 0 a LPZ 1, tj. na vstup do budovy, kde je hlavní rozvaděč o svede velký impulsní proud (odvede do země nejvíc energie) o vykazuje však vysokou napěťovou ochrannou hladinu (např. 4 kv) o poskytuje základní stupeň ochrany před bleskem a přepětím Elektrické přístroje 26
SPD typ 2 o umisťuje se na rozhraní LPZ 1 a LPZ 2, např. v podružných rozvaděčích uvnitř budovy o zde jsou již účinky přepětí zmírněny o nemusí se dimenzovat na tak velký impulsní proud, mají nižší ochrannou napěťovou hladinu (2,5 kv) o pro správnou koordinaci ochran se předpokládá mezi SPD typu 1 a 2 vedení s jistou minimální indukčností (délkou), které lze nahradit přídavnou tlumivkou o dnes se nabízejí i kombinované ochrany typu 1 a 2 jako jeden přístroj SPD typ 3 poskytuje jemnou ochranu koncových zařízení, např. zásuvkových obvodů nebo jednotlivých spotřebičů umožňuje další snížení ochranné napěťové hladiny (na 1,5 kv) Součástky pouţívané ve svodičích přepěťová ochrana obsahuje alespoň jeden nelineární, napěťově závislý prvek často se používá kombinace několika prvků dohromady, aby se zajistily optimální vlastnosti jsou dvě možnosti: o prvek spínající, např. jiskřiště, plynem plněná výbojka (bleskojistka) o prvek omezující napětí, například varistor nebo supresorová dioda voltampérová charakteristika o spínající prvek (A) o omezující prvek (B) časový průběh o jiskřiště o varistor Jiskřiště je tvořeno elektrodami, na kterých vzniká oblouk ten se musí jako následný proud spolehlivě uhasit otevřené jiskřiště - vyfukuje oblouk, musí se na to brát ohled při instalaci zapouzdřené jiskřiště - nevyfukuje oblouk; různé konstrukce o zhášení oblouku zplynující látkou (vpravo) o jiskřiště s klouzavým výbojem o řízené jiskřiště má pomocný zapalovací obvod, tím se zmenšuje zpoždění při zapálení výhody: o odolnost proti dočasným přepětím (nezapálí při nich) o svádí velký impulsní proud nevýhody: o vysoká napěťová ochranná hladina o následný proud užití: SPD typ 1, svodič bleskových proudů. např. 50 ka, 4 kv; je vhodné předjištění pojistkou Elektrické přístroje 27
Varistor nelineární odpor, s rostoucím napětím klesá je tvořen hmotou - spékaným granulátem ZnO s příměsemi při častějším působení či stárnutím klesá odpor proto mívá tepelnou pojistku (schéma) a indikátor stavu moduly varistoru v přístroji mohou být výměnné (obr. dole) výhody: o vysoká rychlost působení o není problém s následnými proudy nevýhody: o trvalý, i když malý proud o omezená schopnost odolat impulsním proudům o žádná odolnost proti dočasným přepětím o omezená živostnost, kdy roste klidový proud a vzniká oteplení užití: SPD typ 2, v kombinaci s jiskřištěm i typ 1 Plynová výbojka (vlevo) uzavřené jiskřiště plněné inertním plynem se sníženým tlakem tím se dosahuje nízkých ochranných hladin při nízkých impulsních proudech užití: SPD typ 3, ochrana datových sítí Supresorová dioda (vpravo) má podobné vlastnosti jako Zenerova dioda v obou směrech je velmi rychlá má nízkou ochrannou napěťovou hladinu, např. desítky V užití: ochrana datových sítí Kombinovaná přepěťová ochrana je tvořena několika prvky například jiskřištěm a varistorem nebo plynovou výbojkou a supresorovou diodou (schéma) Provedení přepěťových ochran samostatné přístroje obsahující jeden nebo více svodičů (pólů) často montáž na lištu DIN, tvarové přizpůsobení jiným takto instalovaným přístrojům jističům apod. vestavné provedení, určené k zabudování do chráněných zařízení - typ 3 provedení pro ochranu sdělovacích vedení, např. koaxiálních kabelů umístění přímo do instalačních krabic nebo zásuvek (obr. vlevo) mohou být společně přepěťové ochrany síťového i datového rozvodu (obr. uprostřed)) kombinace přepěťové ochrany typu 3 s vysokofrekvenčním odrušovacím filtrem (obr. vpravo) 15. Svodiče přepětí vn a vvn Koordinace izolace odstupňování izolačních hladin tak, aby ke svedení přepětí došlo pokud možno na svodičích stroje a přístroje nemají být ohroženy nedovoleným přepětím 1 - svodiče přepětí nejnižší izolační hladina 2 - koordinační jiskřiště - na izolátorech, průchodkách atd. ve tvaru růžků nebo kruhů; záměrně zeslabená izolační hladina sítě; při selhání svodičů na nich vzniká přeskok; zajišťují jen záložní velmi hrubou ochranu 3 transformátory, spínací přístroje nejvyšší izolační hladina Elektrické přístroje 28
Omezovače ZnO surge arresters v současné době hlavní ochranné prvky, které vytlačily starší ventilové bleskokojistky hlavní aktivní hmota - zrna ZnO s obalem ze speciálních sloučenin označovaná jako metaloxid (MO) jde o varistor - nelineární odpor vyhovuje spolehlivě v oblastech spínacích i atmosférických přepětí provedení: sloupec varistorů v pouzdře keramickém, polymerovém nebo kovovém izolovaném plynem doplňky: pojistka proti přetlaku, počitadlo působení a indikace stavu délka sloupce omezovače je úměrná napětí soustavy (na obr. vlevo 35 110 220 kv) též kombinace s podpěrkou nebo závěsným izolátorem (obr.) Zemnicí lana umisťují se na vrcholy příhradových stožárů (modře) zabraňují přímému úderu blesku do fázových vodičů v určitém ochranném úhlu (2 x 30º) Ventilové bleskojistky zastaralý typ svodiče tvoří je jiskřiště se sériovým varistorem SiC, který zháší následný proud Průrazky při přepětí se prorazí izolační perforovaná vložka mezi dvěma elektrodami a vytvoří trvalé zemní spojení použití: elektrická trakce, ukolejňování neživých částí Vyfukovací bleskojistky (Torokovy trubice) zastaralá ochrana vedení vn následný proud na jiskřišti se vyfoukne zplynující látkou Elektrické přístroje 29
16. Odpojovače, odpínače, úsečníky ODPOJOVAČE Odpojovač (angl. disconnector) je spínací přístroj vn nebo vvn, který spíná el. obvody bez zatížení, popřípadě s proudem podstatně menším než jmenovitým. Nemá zhášecí systém. vlastnosti: slouží k bezpečnému a viditelnému odpojení části sítě v zapnutém stavu musí bez poškození snést zkratový proud ve vypnutém stavu nesmí dojít k přeskoku ani při přepětí při vypínání může vzniknout oblouk, který zhasíná volně ve vzduchu kontakty: nožové nebo lamelové (vnitřní provedení, vn) kontaktní tělesa speciálních tvarů (venkovní, vvn) pantograf (venkovní, vvn) pohon: motorový - převod momentu motoru přímo na kontaktní systém (vpravo dole) tlakovzdušný (zastaralý) ruční (nouzový) druhy: (zleva) sklápěcí vn, posuvné vn, rotační vvn, pantografické vvn, sklápěcí vvn zvláštní provedení: uzemňovač (slouží k uzemnění části sítě) ODPÍNAČE Odpínač (angl. switch disconnector) je spínací přístroj vn, který spíná elektrické obvody při zatížení až do své vypínací schopnosti. Nemůže vypínat zkraty. vlastnosti: ve vypnutém stavu splňuje bezpečnou vzdálenost jako odpojovač v zapnutém stavu musí bez poškození snést zkratový proud má zhášecí systém vypínací schopnost odpovídá zpravidla jmenovitému proudu (závisí ale na druhu zatížení) může být uzemňovací kontakty: hlavní např. nožové vedou v zapnutém stavu opalovací zháší se na nich oblouk po uhašení oblouku musí kontakty dosáhnout bezpečné a viditelné vzdálenosti Elektrické přístroje 30
provedení: vnitřní venkovní pohon: ruční střadačový druhy: vzduchové (též kompresní) po rozpojení hlavních kontaktů vzniká oblouk na opalovacích kontaktech oblouk se zháší proudem vzduchu vyvolaným pohybem pístu ve válci při vypínacím pohybu se zhášecí komorou máloolejovou (na obr.) vakuovou se zplynující látkou oblouk se zháší vyfouknutím tlakem plynů vznikajících v důsledku žáru oblouku (na obr.) s plynem SF 6 Pojistkový odpínač (fuse switch disconnector) - kombinace odpínače s výkonovou pojistkou vn. může vypínat provozní proudy (odpínačem) i nadproudy (pojistkou) a nahradí tak dražší výkonový vypínač provedení: venkovní vnitřní ÚSEČNÍKY Úsečník (úsekový odpínač) je přístroj podobný odpínači. Slouží k odpojení úseků vedení. vlastnosti: venkovní provedení umístění na vrcholu stožárů vn růžkové opalovací kontakty oblouk zháší volně ve vzduchu (obr.) vypínací proud bývá menší než jmenovitý pohon ruční pákou uzamykatelného mechanismu též v elektrické trakci pojem úsečník a odpínač někdy splývá (trakční odpínač) Elektrické přístroje 31
17. Výkonové vypínače Výkonový vypínač (angl. circuit breaker) je spínací přístroj vn a vvn, který spíná elektrické obvody při všech druzích zatížení i nadproudech. vlastnosti: vypíná provozní proudy, přetížení i zkraty až do své vypínací schopnosti ve vypnutém stavu není zajištěna viditelná a bezpečná vzdálenost kontaktů jako u odpojovače při spínání musí spolehlivě odolávat elektrickým, mechanickým a tepelným vlivům proudu rozdělení se zpravidla provádí podle zhášecího systému TLAKOVZDUŠNÉ VYPÍNAČE oblouk je ve zhášecí komoře podélně ofukován a ochlazován proudem stlačeného vzduchu po přetržení oblouku dochází k intenzivní deionizaci stlačený vzduch slouží současně jako pohon obrázek: pomocí pístu ve válci se odtlačí s ním spojený pohyblivý kontakt vpravo: vypínač VVR 110 Škoda - sériové řazení zhášecích komor zastaralé, již se nevyrábějí a nepoužívají MÁLOOLEJOVÉ VYPÍNAČE oblouk je příčně i podélně ofukován parami vznikajícími žárem oblouku z oleje proudění par je usměrněno přepážkami pohon je tlakovzdušný (vvn) nebo střadačový (vn) jsou zastaralé, již se nevyrábějí dodnes ještě používaný typ VMM 110 kv Škoda (obrázek) Elektrické přístroje 32
TLAKOPLYNOVÉ VYPÍNAČE (VYPÍNAČE S SF 6 ) zhášecím médiem je fluorid sírový SF 6, jímž je pod tlakem naplněna zhášecí komora zhášení oblouku: autopneumatické (samokompresní), kdy plyn proudí vzhledem k oblouku popis zhášení oblouku: po rozpojení hlavních kontaktů 3 a 6 se oddálí i opalovací kontakty 4 a 7 přitom se uvádí do pohybu válec 9 proti základně 8, čímž se stlačuje plyn ve vnitřní části komory 10 plyn proudí přes zhášecí trysku 5 do části komory s nižším tlakem, přičemž ofukuje oblouk při vypínání zkratů se plyn silně zahřívá, čímž dále roste tlak ve zhášecím prostoru 1 připojovací deska, 2 držák kontaktů provedení: venkovní o pro vzduchem izolované rozvodny s izolovanou zhášecí jednotkou (live tank) s uzemněnou zhášecí jednotkou (dead tank) o pro zapouzdřené rozvodny (izolované plynem SF 6 ) vnitřní venkovní pohon: střadačový - motor napíná pružiny, které akumulují dostatek energie na cyklus opětovného zapínání (OZ) vyp zap vyp (O C O) řez pólem vypínače live tank 3AT2/3 550 kv, Siemens v zapnuté poloze (dole) 1 pevný kontakt, 2 pohyblivý kontakt, 3 píst, 4 zhášecí válec, 5 táhlo pohonu, 6 táhla pístu a válce Elektrické přístroje 33
řez pólem vypínače dead tank 3AP1 145 kv, Siemens 1 zhášecí jednotka, 2 kovové pouzdro, 3 průchodka, 4 proudový transformátor, 5 základna, 6 řídicí jednotka s pohonem, 7 sloup na vyšší napětí se zhášecí komory řadí sériově (na obr. Siemens 3AP4 800 kv) použití vypínačů SF 6 zejména v oblasti vvn, zvn pro nejvyšší vypínací parametry VAKUOVÉ VYPÍNAČE vypínání probíhá ve vakuové zhášecí komoře vakuová zhášecí komora: malý zdvih kontaktů kompaktní, relativně malé rozměry pohyblivý kontakt je připojen vlnovcem, aby se zachovalo vakuum komory nelze řadit do série popis zhášení oblouku: po oddálení kontaktů může oblouk hořet jen v parách materiálů kontaktů - ve vakuu chybějí plynné ionty stínicí štít zabraňuje usazování odpařeného kovu na keramice může dojít i k odtržení proudu a vzniku spínacího přepětí úpravou kontaktů lze dosáhnout hoření oblouku až do nuly proudu 1, 9 vývody, 2 upevnění vlnovce, 3 vlnovec, 4 kryt zhášedla, 5, 7 stínění, 6 keramický izolátor, 8 kontakty, 10 kryt při provozních proudech vzniká oblouk difúzního typu (A) namáhání kontaktů je po celé ploše rovnoměrné a eroze zanedbatelná při nadproudech má oblouk tendenci se smršťovat a přejít na kontraktní (B) v zasažené oblasti roste tepelné namáhání a opotřebení aby se tomu zabránilo, uvede se oblouk do rotace to umožní např. spirálová geometrie kontaktů hoření oblouku se prodlouží do nuly a přepětí se minimalizuje Elektrické přístroje 34
pohon: obvykle střadačový, někdy elektromagnetický provedení: vnitřní vypínače vn o samostatné vypínače vn pro pevnou montáž o zásuvné moduly pro skříňové rozvaděče vn o pro velké vypínací schopnosti o pro velké vypínací proudy o pro velký počet spínacích cyklů o pro střídavou elektrickou trakci o speciální provedení pro opětovné zapínání (reclosery) venkovní vypínače vn o s uzemněnou zhášecí jednotkou (dead tank) o s izolovanou zhášecí jednotkou (live tank) vakuové stykače vn (dole) vakuové stykače s pojistkami vn 18. Rozvaděče Rozvaděč je zařízení nn nebo vn, které slouží k ekonomickému a bezpečnému rozvodu elektrické energie. v současné době se používají výhradně skříňové rozvaděče materiál obvykle ocelový plech s povrchovou úpravou, pro menší jednotky i plast modulární koncepce - požadovaná konfigurace přístrojů se dá vytvořit jednoduše přípojnice skupiny vodičů, jimiž se přivádí energie do skříní bývají rozvaděče s jedním nebo dvěma systémy přípojnic pole představuje jednu skříň rozvaděče nejčastěji je vývodové, vychází z něj kabel další druhy polí: měřicí, transformátorové, pole spojky přípojnic přístrojové transformátory proudu a napětí napájejí měřicí přístroje (měřicí) nebo ochrany (jisticí) slouží ke galvanickému oddělení silových obvodů od měřicích přizpůsobují rozsah měřicích přístrojů a ochran (5 A nebo 1 A, 100 V) ochrany chrání zařízení vn a vvn před poruchovými stavy, např. nadproudy další příslušenství pomocné pohony, pojistky vn, blokování aj. sběrnice k napojení na centrální měřicí a řídicí systém dálkové ovládání Elektrické přístroje 35
popis typického vývodového pole rozvaděče vn izolovaného vzduchem 15 systém přípojnic, 16 průchodka, 17 průchodkový přístrojový transformátor proudu, 18 uzemňovač zkratovač, 19 připojení kabelu 20, 24 pohon vakuového vypínače, 25 vakuový vypínač, 26 kontakty vakuového vypínače, E skříň nn s ovládacími obvody přední strana: dveře prostoru nn (1) ochrana (2) indikace napětí přípojnice 3) dveře prostoru vn (4) zámek dveří prostoru vn (5) ukazatele stavu přístrojů (7, 8, 9, 11) jednopólové schéma (12) popis pole rozvaděče zapouzdřeného v prostoru naplněném SF 6 7 kryt přípojnic, 8 modul zapouzdřené přípojnice, 9 napouštěcí ventil SF 6, 10 přípojnice, 11 odpojovač s uzemňovacím kontaktem, 12 spojka mezi moduly, 13 modul výkonového vypínače, 14 vakuový vypínač, 15 napouštěcí kanál, 16 kabelová přípojka, 17 skříň nn, 18 průchodkový měřicí transformátor proudu, 19 pohon odpojovače, 20 mechanická jednotka, 21 pohon výkonového vypínače, 22 zásuvka pro připojení měřicího transformátoru napětí, 23 prostor pro připojení kabelu, 24 - měřicí transformátor napětí přední strana: 1 dveře prostoru nn 2 ochrana 3 jednopólové schéma 4 vypínací tlačítko vypínače 5 dveře prostoru vn 6 přístup ke kabelu Elektrické přístroje 36
19. Rozvodny vvn a zvn Rozvodny vvn a zvn slouží k propojování páteřních sítí navzájem. rozvodny tvoří nejpodstatnější část elektrických stanic druhy elektrických stanic: transformovny, spínací stanice a měnírny druhy rozvoden: izolované vzduchem, zapouzdřené převážná většina rozvoden jsou venkovní izolované vzduchem, protože jsou nejlevnější příslušenství rozvoden systémy přípojnic (na obr. W1, W2) o obvyklý je systém dvojích přípojnic o je spolehlivější než jednoduchý o musí být vybaven příčným spínačem přípojnic o tím se provede přepojení bez přerušení provozu výjimečně se používá i systém trojích přípojnic přívodová, vývodová i jiná pole, která obsahují o spínací přístroje odpojovače, uzemňovače výkonové vypínače o jisticí prvky omezovače přepětí o měřicí zařízení přístrojové transformátory proudu a napětí další elektrická zařízení stanic o transformátory, měniče aj. stanice bývají doplněny budovami s dozornami s měřicími a řídicími přístroji a ochranami, akumulátorovnami a dalším zařízením dnes je již většina stanic bezobslužných, dálkově řízených z dispečinků popis typického vývodové pole rozvodny vvn 1 přípojnice, 2 přípojnicový odpojovač, 3 výkonový vypínač, 4 přístrojový transformátor proudu, 5 přístrojový transformátor napětí, 6 vývodový odpojovač, 7 uzemňovač, 8 omezovač přepětí, 9 vývod výkonový vypínač musí mít z obou stran odpojovače, aby bylo možno po vypnutí na něm pracovat Elektrické přístroje 37