Elektrické přístroje - outech-havirov.cz · STŘEDNÍ ŠKOLA, HAVÍŘOV-ŠUMBARK, SÝKOROVA 1/613 příspěvková organizace ELEKTRICKÉ PŘÍSTROJE Ing. Eva Navrátilová, Ing.

STŘEDNÍ ŠKOLA, HAVÍŘOV-ŠUMBARK, SÝKOROVA 1/613

příspěvková organizace

ELEKTRICKÉ PŘÍSTROJE

Ing. Eva Navrátilová, Ing. Tomáš Kostka

ELEKTRICKÉ PŘÍSTROJE .............................................................................................................................. 3

ELEKTRICKÝ OBLOUK ......................................................................................................................................... 5 SPÍNAČE NÍZKÉHO NAPĚTÍ ........................................................................................................................... 6 STYKAČ................................................................................................................................................................ 7 RELÉ...................................................................................................................................................................... 9 JISTIČ.................................................................................................................................................................. 10 POJISTKY........................................................................................................................................................... 12 PROUDOVÝ CHRÁNIČ ................................................................................................................................... 14 PŘÍSTROJE VN, VVN....................................................................................................................................... 16

ODPOJOVAČE .................................................................................................................................................... 16 ODPÍNAČ – ÚSEKOVÝ VYPÍNAČ (ÚSEČNÍK) ........................................................................................................ 17 VÝKONOVÉ VYPÍNAČE ...................................................................................................................................... 17

SVODIČE PŘEPĚTÍ .......................................................................................................................................... 21

2

Elektrické přístroje Přístroje jsou souborem všech zařízení, kterými ovládáme a řídíme elektrický obvod.

Elektrické spínací přístroje vykonávají následující úkony: • spojují a rozpojují elektrický obvod bez proudu (např. odpojovač) • zapínají a vypínají proud v obvodu (např. výkonový vypínač, stykač, jistič, apod.) • řídí elektrický obvod tak, aby vhodným způsobem dosáhl požadovaného stavu a

parametrů (např. relé, regulátory, kondenzátory, apod.) • jistí elektrické zařízení, tj. zabraňují nežádoucím následkům poruchového stavu

obvodu (např. pojistka, jistič, bleskojistka, apod.) • slouží k měření elektrických veličin (PTP, PTN)

Rozdělení přístrojů podle funkce: 1. Vypínač - obecný název přístroje, který zapíná a vypíná elektrický obvod při zatížení,

vypíná jmenovité i zkratové proudy 2. Odpínač - zapíná a vypíná menší (jmenovité) proudy s viditelnou rozpojovací drahou;

není schopen vypínat zkratové proudy proto se obvykle kombinuje s pojistkami 3. Odpojovač - spíná elektrický obvod bez proudu, zpravidla s viditelnou rozpojovací

drahou; nemá zhášedlo, používá se u vn, vvn a zvn

Konstrukční částí přístrojů Spínací přístroje mají několik konstrukčních dílů:

• části proudovodné – části určené k vedení proudu - svorky přístroje, spojovací části, kontakty

• izolace přístroje – izolace živých částí navzájem, izolace živých částí od neživých,… • mechanismus - zařízení, které přemisťuje kontakty z jedné základní polohy do druhé • zhášedla - slouží k uhašení oblouku • výzbroj (ověšení) – např. pomocné kontakty, signalizace, podvozek s příslušenstvím,

atd. První tři díly jsou nutnou součástí každého přístroje. Se zhášedly a výzbrojí se setkáváme jen u některých přístrojů. Každý přístroj musí spolehlivě fungovat i bez výzbroje.

Spínací (funkční) stavy přístrojů Vypínač má dva statické (trvalé) stavy - polohu vypnuto (I=0; U=US)

- polohu zapnuto (I=IN; U=0) a dva stavy dynamické (přechodné) - zapínání (0→I) - vypínání (I→0) Provedení vypínače musí respektovat všechny čtyři stavy, jinak hrozí selhání vypínače.

vypnuto: izolační vzdálenost mezi kontakty musí být taková, aby za normálního stavu vedení nedošlo k průrazu mezi kontakty. zapnuto: kontakty na sebe musí dobře doléhat, aby nedocházelo k oteplení vlivem přechodového odporu a tím ke svaření zapínání: proces zapínání nesmí probíhat příliš rychle - odskočení kontaktu a vznik oblouku, ani příliš pomalu - při pomalém přibližování přeskočí oblouk (elektrický průraz), který bude intenzivně kontakty zahřívat a tím tepelně namáhat - hrozí svaření vypínání: kontakty se začnou oddalovat - vznikne úžinový odpor - vzroste teplota a vznikne oblouk - kontakty se musí oddálit dostatečnou rychlostí na dostatečnou vzdálenost

3

Kontakty spínacích přístrojů - tvoří nejdůležitější a nejvíce namáhanou část přístroje. Požadavky na kontakty:

• malý stykový odpor • velká odolnost proti mechanickému opotřebení • velká odolnost proti svaření • velká odolnost proti opalování elektrickým obloukem • optimální vliv na vývoj deionizačních pochodů po uhasnutí vypínacího oblouku • dobrá elektrická i tepelná vodivost

Materiály kontaktů: • měď a slitiny mědi (např. mosaz) • stříbro - výborná odolnost proti oxidaci a proti opotřebení; stříbro má malou mechanickou

pevnost a tvrdost proto se užívají slitiny Ag-Cu, Ag-Ni • ušlechtilé kovy (zlato, platina, aj.) • wolfram a molybden – odolné vysokým teplotám; pro vypínače vn a vvn • nepravé slitiny, dvojkovové materiály (bimetal), grafit, rtuť v baňce, atd.

Stykový odpor • vzniká v místě přechodu materiálu z jednoho kontaktu na druhý • plochy kontaktů nedosedají k sobě dokonale, ale v mikroskopických úžinách, které jsou do

sebe zatlačovány • proud prochází menším průřezem, tedy větším odporem • Čím větší je stykový odpor, tím více se kontakt zahřívá, čím více se kontakt zahřívá, tím více

roste odpor kontaktu a tedy jeho ohřev ⇒ dostáváme se do „začarovaného“ kruhu. Hrozí tedy tavení nebo svaření kontaktu.

• velikost odporu se zmenší zvětšením kontaktní síly – kontakty k sobě lépe dosedají

Kontrolní otázky: 1. Jaká je funkce elektrických přístrojů a k čemu slouží? 2. Vyjmenuj základní částí přístrojů. 3. Charakterizuj statické stavy přístrojů. 4. Charakterizuj dynamické stavy přístrojů. 5. Jaké jsou požadavky na kontakty. 6. Co je to stykový odpor, jak vzniká, na co má vliv.

4

Elektrický oblouk Elektrický oblouk je elektrický výboj, který vzniká v ionizovaném plynu. Pro ionizovaný plyn zavádíme čtvrté skupenství - plazma. Látka z pevného skupenství (např. led) táním přechází do kapalného skupenství (např. voda) a přes bod varu do plynného skupenství (např. pára). Při dalším zvyšování teploty dochází k ionizaci plynu - plazma. Ionizace plynu je tedy převedení látky ze stavu plynného do stavu plazmatického. Elektrický oblouk vzniká při spínání a rozpínání kontaktů při zatížení nebo při přetavení pojistky.

Vlastnosti oblouku • oblouk je plazma – obsahuje elektrony (jsou přenášeny částicemi nataveného

materiálu) a kladné a záporné ionty (ionizovaný plyn v okolí kontaktů) • oblouk je vodivá dráha, která umožňuje průchod proudu i po oddálení kontaktů • oblouk přenáší materiál kontaktů z jednoho na druhý (u stejnosměrného obvodu je to

na kontaktech poznat) • v oblouku je velká hustota proudu (MA na m2) • vysoká teplota 3000 – 16000oC • velká intenzita záření – od ultrafialového po infračervené

Zhasínání oblouku Stejnosměrný obvod – zhasínání je náročnější, proud má stále stejnou hodnotu a oblouk hoří se stejnou intenzitou. Oblouk můžeme přerušit - zvětšením jeho odporu natahováním R=(ρ.l)/S - zvětšením jeho odporu zmenšením průřezu R=(ρ.l)/S - dělením oblouku na n dílčích obloučků Střídavý obvod – oblouk přerušíme v okamžiku, kdy proud prochází nulou, zároveň „zajistíme“, aby se oblouk znovu nezapálil. Způsoby zhasínání oblouku:

a) natahování oblouku do délky - tato metoda je účinná jen do určité hodnoty napětí a pro střídavé oblouky. Stejnosměrný oblouk 110 kV bychom museli natáhnout 100 m. Natahování oblouku se provádí ve zhášecí komoře s izolovanými rošty

b) zmenšení průřezu oblouku - intenzivním chlazením oblouku v trysce vypínače (např.

axiální kovová tryska u tlakovzdušného vypínače). Kolem oblouku proudí zhášecí médium a účinně jej ochlazuje. Průřez oblouku se zmenšuje. V nule proudu oblouk uhasne, protože vzrostl jeho odpor a ze zdroje není dodávána energie, která by oblouk udržela.

5

Ofukování oblouku Dělení oblouku na menší obloučky c) dělení oblouku – oblouk rozdělíme na několik menších oblouků ve zhášecí komoře

s kovovými rošty. Rozdělením oblouku rozdělíme odpor na několik menších odporů v sérii. Na každém dílčím odporu (oblouku) vzniká menší úbytek napětí. Při menším napětí se oblouk není schopen udržet a uhasne.

d) zhášení cizím zhášecím prostředkem – olej, destilovaná voda, stlačený vzduch, fluorid sírový SF6

Kontrolní otázky: 1. Co je to elektrický oblouk? 2. Proč je rozdíl ve zhasínání stejnosměrného a střídavého oblouku? 3. Proč změnou odporu oblouku můžeme ovlivnit zhášení oblouku? 4. Vyjmenuj a charakterizuj možnosti zhasínání oblouku.

Spínače nízkého napětí slouží k ovládání – zapínání, vypínání, přepínání – spotřebičů, osvětlení, strojů a zařízení.

Dělení podle funkce: Vypínače (zapínače) – spínají, zapínají, vypínají a rozpínají elektrický obvod. Dělí se podle počtu spínaných větví obvodu – jedno-, dvou-, tří-, čtyřpólové Přepínače – splňují funkci vypínání i spínání, dělí se podle způsobu řazení Tlačítka – stiskací spínače, které se vrátí do původní polohy. Používají se v obvodech se stykači, v regulačních a řídících obvodech. Bývají prosvětlené a zároveň slouží jako hlásiče stavu – signalizace.

Další dělení spínačů: • podle způsobu montáže – nástěnné, polozapuštěné, zapuštěné, panelové,… • podle stupně krytí – obyčejné, do vlhka, venkovní, voděodolné, … • podle způsobu ovládání – otočné, kolébkové, tahové, tlakové, stiskací, páčkové, …

Spínače v domovních instalacích • jmenovitý prou 6 – 10 A při napětí 250V, max. do 25A při 400V • spínací schopnost = maximální proud, popř. spínaný výkon (např. 2kW), který může

být přístrojem sepnut • používají se většinou spínače stiskací a kolébkové • jsou určeny pro instalaci v budovách, pro venkovní použití mívají krytí IP44

Spínače v průmyslových instalacích: • používají se jedno- až čtyřpólové spínače s proudovou zatížitelnosti od 16A výše • podle konstrukce se používají spínače stiskací, kloubové, vačkové, tlakové, tahové,

plovákové, válcové • podle funkce se používají reverzační, hvězda-trojúhelník, …

6

Stykač je spínač, který má zajištěnu jednu klidovou polohu (obvykle vypnuto), ve druhé poloze ho drží cizí síla (obvykle zapnuto). Používají se pro časté spínání (až 3000 sepnutí za hodinu) a pro dálkové a automatické ovládání. Je schopen spínat velké výkony.

Stykače dělíme:

• podle přídržné síly na - elektromagnetické, vačkové, pneumatické • elektromagnetické - vzduchové, olejové, (SF6) • podle druhu proudu - střídavé, stejnosměrné, střídavé i stejnosměrné • podle funkce - zapínací, rozpínací

Konstrukční části a princip činnosti stykačů 1 – hlavní kontakt pevný 2 – hlavní kontakt pohyblivý 3 – kontaktní pružina tlačná 4 – vratná pružina 5 – ovládací cívka s jádrem 6 – kotva

Princip činnosti Ovládací cívku připojíme ke zdroji napětí, začne procházet proud, který vytvoří magnetické pole, jádro cívky přitáhne kotvu a sepnou se hlavní kontakty. Přerušením proudu v cívce se magnetické pole zeslabí a vratná pružina odtáhne kotvu s pohyblivým kontaktem, obvod je rozpojen.

Hlavní a pomocné kontakty Stykač má ploché palcové nebo můstkové kontakty. Moderní stykače mají kontaktní plochy zhotoveny ze stříbra. Kromě e vybaveny jedním nebo několika pomocnými kontakty, které

slouží k ovládání, blokování a signalizaci. Pomocné kontakty jsou zapínací a rozpínací. Jejich zatížitelnost bývá max. 6 až 10 A.

hlavních kontaktů jsou stykač

Ovládací cívka Ovládací cívky elektromagnetických stykačů mohou být na napětí 48, 120, 220, 380 a 500 V, 50 Hz a pro stejnosměrné napětí 24, 110 a 220 V. Cívky na malé napětí nejsou spolehlivé, protože jejich přitažlivá síla může poklesnout vlivem úbytku napětí na pomocných

7

kontaktech. Cívka je navržena tak, aby působila i při změnách napětí v rozsahu + 10 % až -15 %. U stykačů nad 200 A je proud zapínací cívky velký, a proto se zapíná pomocným stykačem na 15 A.

Tepelné relé Stykač není zařízení pro samočinné vypínání zkratového proudu. Proto musí mít vždy předřazeny pojistky. Pojistky však vypínají jen při několikanásobku jmenovitého proudu a nechrání před dlouhotrvajícím přetížením. Proto se stykače vybavují nadproudovým tepelným relé. Při přetížení stykač vypne. Pokud je předřazen místo pojistky jistič, vypne jistič (obsahuje tepelnou spoušť) i stykač. Vypnutí jističe je nežádoucí - nedá se vždy dálkově zapnout jako stykač.

Zhášení oblouku Olejové stykače zháší oblouk v oleji jeho dělením a natahováním. Vzduchové stykače mají vyfukovací cívku a keramickou zhášecí komoru. Průchodem proudu přes vyfukovací cívku se vytvoří magnetické pole, které oblouk vytlačí do zhášecí komory. Zde se oblouk rozdělí na několik menších obloučků, které uhasnou. U malých proudů je však síla (F=B.I.l) vyfukovací cívky nedostatečná. Stejnosměrné stykače mají vyfukovací cívku nebo permanentní magnet.

Stykač s můstkovými kontakty – oblouk vzniká ve dvou místech a snadněji se uhasí

1 – kotva elektromagnetu 2 – táhlo 3 – pevný kontakt – přívod 4 – pohyblivý kontakt 5 – můstek 6 – pevný kontakt – vývod 7 – pohyblivý kontakt

Naukové schéma zapojení stykače

8

Relé je spínač, který lze dálkově ovládat malým proudem a napětím, slouží pro spínání malých výkonů. Jeho kontakty ovládají další obvody – zpravidla ovládací a signalizační.

Druhy relé Technické potřeby si vyžádaly vývoj řady druhů relé.

• podle druhů kontaktů - spínací, rozpínací, přepínací • podle velikosti, spínaných výkonů, napětí, proudů • podle druhu proudu – stejnosměrný a střídavý proud • podle činnosti – pomocné, polarizované relé, bistabilní relé, relé se zpožděným

přítahem, relé se zpožděným odpadem, krokové relé aj. • jako relé se často označují i složitější montážní bloky, obsahující kromě vlastního relé

i další elektroniku, např. časovací relé, nadproudová relé, světelné relé (soumrakové stmívače), kmitočtově citlivé relé a další.

Konstrukce a princip činnosti elektromagnetického relé

1. cívka 2. jádro z magneticky měkké oceli 3. pohyblivá kotva 4. pružné kontakty 5. místo připojení ovládaného zařízení

Relé pracuje na stejném principu jako stykač – přivedení proudu do cívky se vytvoří magnetické pole, které přitáhne kotvu a kontakty se sepnou (nebo přepnou) a tím ovládají obvod, do kterého jsou zapojeny. Relé mají určitý počet zapínacích, vypínacích nebo přepínacích kontaktů podle druhu, konstrukce a účelu.

Jazýčkové relé bylo vyvinuto hlavně pro použití ve sdělovací technice. Jazýčkové kontakty ze slitiny železa a niklu jsou zatavené ve skleněné trubičce s ochrannou atmosférou. Trubička je vložena do dutiny cívky. Přivedením proudu do cívky se v jejím jádru vytvoří magnetické pole, z jazýčku vzniknou magnety s opačnými póly, tím se přitáhnou a sepnou. Spínané výkony jsou malé – do 10W.

9

Jistič = ochranný vypínač, odpojí zařízení samočinně od sítě, dojde-li k přetížení, zkratu nebo průniku nebezpečného dotykového napětí s následným zkratem. Jistič má zapínací zámek s nezávislým vypínáním, to znamená, že není možno jistič zapnout, pokud trvá příčina vypnutí. Vypnutí také nelze zabránit tím, že by byla rukou držena zapínací páčka v poloze zapnuto.

Rozdělení jističů • podle zhášení oblouku - vzduchové, olejové, s vyfukovací cívkou • podle druhu proudu - střídavé, stejnosměrné • podle počtu pólů - jednopólové, trojpólové • podle zapínání - ruční (nejčastější způsob); strojní - elektromagnetické, tlakovzdušné,

pružinové, elektromotorové • podle vypínací charakteristiky: B – jističe pro vedení, C – jističe pro zařízení

způsobující proudové rázy – motory, D – zařízení s velkými proudovými rázy

Jednopólové jističe se používají k jištění jednofázových vedení a spotřebičů. Vyrábějí pro jištění vedení 6, 10, 15, 20, 25 A a pro jištění motorů 0,3 – 25 A. Jističe do 25 A se nazývají drobnými jističi. Jističe mohou mít pomocný kontakt (max. 4A, 250 V).

Trojpólové jističe se vyrábějí vzduchové a olejové. Obsahují zhášecí komoru pro uhašení oblouku. Vyrábějí se obvykle:

• pro 25, 32, 50, 100, 200, 400 a 600 A při napětí 250 V nebo 500 V • pro 600, 1000, 2000 a 3000 A při napětí 600 V • pro1000, 1600, 2500 a 4000 A při napětí 660 V

Elektromagnetická zkratová spoušť Elektrodynamická zkratová spoušť

Konstrukce a princip činnosti Jističe mají dvě spouště:

1. Nadproudová – tepelný vypínač – bimetalový pásek, který se při průchodu nadproudu zahřívá, tím se prohne a dojde k rozpojení kontaktů. Pracuje se zpožděním a reaguje pouze na nadproudy, nikoli na zkraty.

2. Zkratová - působí okamžitě, bez zpoždění, je založena na dvou principech:

10

• elektromagnetická – je tvořena cívkou s jádrem (kotvou). Při průchodu zkratového proudu magnetické pole cívky vtáhne kotvu, tím se uvolní zámek a kontakty se rozpojí.

• elektrodynamická – používá se u jističů se jmenovitým proudem nad 100A. Pevný a pohyblivý kontakt jsou umístěny rovnoběžně. Zkratový proud protéká kontakty opačným směrem a pohyblivý kontakt je odpojen silou, kterou vyvolá zkratový proud. Vzniklá síla je tím větší, čím větší proud prochází kontakty (F=B.I.l).

Vypínací charakteristiky Jsou křivky závislosti vypínacího času na velikosti poruchového proudu. Křivky se skládají ze dvou částí:

• křivka nadproudové spouště – jistič působí s časovým zpožděním • křivka zkratové spouště – jistič působí bez zpoždění

Zkratová spoušť jističe typu B vypíná nezpožděně při 3 až 5-násobku jmenovitého proudu, jistič typu C vypíná nezpožděně až při 5 až 10-násobku jmenovitého proudu.

Selektivita jištění je schopnost jističe (nebo pojistky) odpojit místo zkratu, aniž by se vypnuly jemu předřazené jistící prvky. To znamená, že vypíná jistící prvek nejbližší k místu poruchy. Selektivitu zajistí odstupňované jištění. Při použití jističů a pojistek je nutné porovnat vypínací charakteristiky, aby se nikde neprotínaly nebo nebyly příliš blízko sebe.

11

Pojistky chrání vedení a spotřebiče před přetížením a před zkratem. Obsahují drátek malého průřezu, který se při průchodu velkého proudu přetaví. Rozdělení pojistek:

• podle napětí – nízkonapěťové, vysokonapěťové • podle typu – závitové, nožové, trubičkové • podle použití – pojistky pro vedení, motorové, přístrojové, pro polovodiče

Závitové pojistky používají se do 200 A při napětí do 500 V

Proud ze sítě je přiveden na středový kontakt pod lícovací vložkou patice, vedení ke spotřebiči je připojeno na kovový závitový kroužek bezpečnostní patice. Uvnitř patice je vsazena lícovací vložka. Tavná pojistková vložka

Tavné vodiče jsou ze stříbra, mědi nebo slitiny obou kovů. Společně s tavnými vodiči je veden přídržný drátek, který přidržuje barevný terčík – ukazatel stavu pojistky. Při průchodu nadproudu nebo zkratového proudu se tavný drátek přetaví, mezi kontaktními víčky se zapálí oblouk, který je uhašen křemičitým pískem v pojistkové vložce. Při přetavení tavných drátků se přepálí i přídržný drátek a terčík odpadne. Přetavená pojistková vložka se musí vyměnit. Lícovací vložky brání použití pojistkové vložky s vyšší hodnotou jmenovitého proudu.

12

Nožové pojistky mají velkou vypínací schopnost až do 100kA

Zasouvají se do pojistkových spodků

Pro bezpečnou manipulaci s pojistkami se používají držáky pojistek.

Přístrojové pojistky se používají k jištění měřících a elektronických přístrojů. U těchto pojistek rozlišujeme chování při odpojení: superrychlé, rychlé, středně pomalé, pomalé, superpomalé.

Vypínací charakteristiky závislost vypínacího času na velikosti vypínacího proudu

13

Proudový chránič je přístroj, který chrání lidi nebo zvířata před úrazem elektrickým proudem. Rozdělení proudových chráničů: - podle jmenovitého a reziduálního proudu (reziduální proud 10 mA, 30 mA, 50 mA) - podle způsobu montáže - podle způsobu činnosti

• FI – funkčně nezávislé na zdroji napětí • DI – funkčně závislé na zdroji napětí; zdroj potřebují pro zesilovač; reagují již od

6 mA - podle tvaru reziduálního proudu

• typ AC – chránič správně pracuje jen při sinusovém proudu • typ A – chránič pracuje při sinusovém proudu nebo při pulsujícím

stejnosměrném proudu (např. po jednocestném usměrnění) • typ B – chránič pracuje při sinusovém i stejnosměrném proudu; konstrukčně se

liší, protože stejnosměrný transformátor nelze sestavit - podle počtu pólů

• 2-pólové – pro jednofázové obvody (L, N) é obvody (L1, L2, L3, N)

2 - vybavovací zařízení

u prstencem, na kterém je navinuta cívka

u tvoří pracovní vodiče (fázové a

i učet všech proudů ve všech pracovních ří magnetický tok a

e ontakty proudového chrániče jsou sepnuty.

vodič je spojen s krytem zařízení) odtéká část proudu na i. Unikající proud vytvoří rozdíl mezi přitékajícím

o lá v prstenci součtového transformátoru magnetic bí indukování napětí v sekundárním vinutí součtového transf zareaguje vybavovací zařízení, uvolní volnoběžku a kontakty proudovéhTestovací obvod simuluje poruchu, tím s roudového chrániče. Test se doporučuje provést 2x ročně.

• 4-pólové – pro třífázov - podle časového zpoždění

• ového zpoždění proudové chrániče bez čas• proudové chrániče s časovým zpožděním – minimálně 10 ms

s časovým zpožděním – minimálně 40 ms (tzv. selektivní) • proudové chrániče

Kon trs ukce a princip činnosti 1 - součtový transformátor proudu

3 - volnoběžka 4 - silové spínací kontakty 5 - testovací obvod

So čtový transformátor je tvořen magnetickýmsekundárního vinutí, primární vinutí transformátorstřední pracovní). Př správné činnosti obvodu je fázorový sovodičích roven nule, v magnetickém prstenci se nevytváv s kundárním vinutí se neindukuje napětí. Vybavovací zařízení je v klidu a k

V případě poruchy (např. fázovýkryt a nevrací se pracovními vodičproudem a proudem vracejícím. Tent rozdílový (reziduální) proud vyvo

ký tok, který způsoormátoru. Na totoo chrániče se rozpojí. e kontroluje činnost p

14

Kontrolní otázky: . Rozdělení spínačů nízkého napětí

ránič? asti proudového chrániče a jeho činnost včetně testovacího obvodu. lní proud a na jaké hodnoty tohoto proudu se konstruují chrániče?

ratový proud?

12. V čem se liší relé a stykač? 3. Popiš hlavní konstrukční části stykače. 4. Jak je zajištěna zapnuta poloha stykače? 5. Jakou funkci mají hlavní a jakou pomocné kontakty stykače? 6. Vyjmenuj možnosti použití relé. 7. Jak pracuje elektromagnetické relé 8. Co je to jistič? 9. K čemu slouží a jak funguje tepelná spoušť jističe? 10. Jak fungují zkratové spouště jističe? 11. Co jsou vypínací charakteristiky jističe? 12. Co je to selektivita jištění? 13. V čem se liší pojistka a jistič? 14. Vyjmenuj druhy pojistek. 15. Popiš konstrukci a funkci závitové pojistky. 16. K čemu slouží lícovací kroužek pojistek? 17. K čemu souží proudový ch18. Popiš základní č19. Co je to reziduá20. Proč proudový chránič nevypne zk

15

Přístroje vn, vvn 1

SCHÉMA ODBOČKY 1 Přípojnice dělená 2 Přípojnicový odpojovač 3 Vývodový odpojovač 4 Výkonový vypínač 5 Měřící transformátor proudu 6 Měřící transformátor napětí 7 Uzemňovací odpojovač 8 Bleskojistka (svodič přepětí) 9 Vývod venkovního vedení

23

3

4

5

6

7

9

8

Odpojovače jsou určeny ke spínání elektrických obvodů bez zatížení, slouží k viditelnému a spolehlivě zabezpečenému odpojení elektrického zařízení od zdroje napětí. Kontakty musí být konstruovány tak, aby se i po průchodu zkratového proudu daly bezpečně rozpojit a musí vydržet dynamické účinky zkratového proudu. Odpojovače bývají doplněny uzemňovacími noži. Rozdělení: podle účelu

• přípojnicové – slouží ke spojování a rozpojování přípojnic • vývodové – určené ke spínání vývodů (odcházející vedení z rozvodny)

podle počtu pólů • jednopólové • trojpólové

podle provedení • pro vnitřní montáž do 35kV • pro venkovní montáž

16

Odpínač – úsekový vypínač (úsečník) odpínač je schopný vypnout jmenovitý proud. Pro napětí vn se používá úsekový vypínač, stručněji úsečník. Je to výhradně přístroj venkovní, který se montuje na sloupy a stožáry vedení a ovládá se pákou. Je upraven tak, aby s ním bylo možné spínat určité malé proudy. Jmenovitý proud je 200 nebo 400 A, jmenovitý vypínací proud je 40 A. Vyrábí se maximálně do napětí 38 kV, tedy praktické použití je především na vedení 22 a 35 kV.

Trojizolátorový úsečník vn

Dvouizolátorový úsečník vn

Výkonové vypínače jsou přístroje, které vypínají jmenovité proudy (vypínají i zapínají při zatížení) a vypínají také zkratové proudy. V obvodech vn, vvn a zvn mají, kromě funkce spínací, také funkci ochrannou. Na rozdíl od jističe ale nevypínají při poruše samočinně. Velikost proudu je měřena měřícím transformátorem proudu, hodnota proudu jde do nadproudové ochrany, která uvede do pohybu pohony kontaktů vypínačů a vypínač je vypnut. Rozdělení podle způsobu zhasínání oblouku:

• magnetické • kapalinové – olejové (kotlové a máloolejové), vodní (expanzní) • plynové – tlakovzdušné, s fluoridem sírovým, vakuové

Kapalinové vypínače Vypínače se zhášením oblouku v kapalině pracují tak, že využívají zplodin vznikajících tepelným rozkladem kapaliny při hoření oblouku. Využíváme přitom dvě kapaliny: olej a vodu. Kapalinové vypínače dělíme na

• vypínače kotlové s volným zhášením oblouku v oleji • vypínače kotlové se zhášedly • vypínače s malým množstvím oleje - máloolejové • vypínače vodní (expanzní)

Kotlové (olejové) vypínače Podstatou vypínače je uzavřený ocelový kotel naplněný olejem. Olej má trojí funkci:

• působí jako zhášecí médium • izolační prostředí mezi kontakty • izolace proudovodných částí od konstrukce.

17

Výhody: jednoduchá konstrukce odolnost proti korozivnímu prostředí

olej zháší i izoluje Nevýhody: velké množství oleje

hořlavost oleje výbušnost par při větších proudech selhává

Při velmi velkých proudech může vznikat v kotli velký tlak ⇒ exploze vypínače. Moderní vypínače se proto začaly vybavovat tlakovými zhášecími komorami.

Tlaková komora je zhotovena z izolačního válce, obklopujícího pevný kontakt. Při rozpojení kontaktů vznikne oblouk a část oleje se odpaří. Protože pohyblivý kontakt komoru uzavírá, vznikne v ní velký tlak. Ve chvíli, kdy kontakt opustí otvor ve zhášecí komoře, uvolní se tlak a směs par začne rychle unikat. Přitom tlak plynu intenzivně ochlazuje oblouk. Velkou výhodou je, že se oblouk stýká jen s olejem uvnitř komory, takže se olej méně znehodnocuje.

Tlaková zhášecí komoraa) sepnuto b) vznik oblouku c) zhášení oblouku

Máloolejové vypínače Máloolejové vypínače jsou takové, které olej používají jen ke zhášení oblouku. Izolaci živých částí proti zemi obstarávají (na rozdíl od kotlových) tuhé izolanty. Kontakt má tvar štíhlého, vždy svisle orientovaného válce. V jednom válci je kontakt jedné fáze. Vypínací roubík je ovládán klikovým mechanismem od hřídele natáčené vnějším pohonem. Máloolejové vypínače využívají zhášecí komory. Teplem oblouku se olej zplyňuje a tlak ve zhášecí komoře narůstá. Při nejbližším průchodu proudu nulou oblouk zhasne. Páry a olej deionizují dráhu oblouku a znemožňují znovuzapálení oblouku. Máloolejový vypínač

18

Řez pólem máloolejového vypínače vn

Expanzní (vodní) vypínače Jejich celkové konstrukční provedení je obdobné jako u vypínačů máloolejových. Důvodem k záměně oleje za vodu je to, že voda neobsahuje uhlík. Elektrická pevnost vody je velmi dobrá, srovnatelná s pevností oleje. Tepelným rozkladem vody vzniká vodík a kyslík, tj. plyny, které se buď zpětně sloučí ve vodu, nebo prostě uniknou do ovzduší. Ve vypínači zůstává stále jen čistá voda. Destilovanou vodu však nemůžeme použít, protože by v zimě zmrzla. Navíc voda je průhledná a špatně by se zjišťoval stav hladiny v nádobě. Proto přidáváme do vody glycerin (pak voda zamrzá až při -25°C), prostředek proti plísním a barvivo. Nevýhodou je, že i přes nehořlavost vody nemůžeme vyloučit výbušnost, neboť při hoření oblouku vzniká směs vodíku a kyslíku, která je výbušná.

Tlakovzdušné vypínače V minulém desetiletí šlo o nejrozšířenější vysokonapěťové vypínače. Zhášecím prostředím v tlakovzdušných vypínačích je stlačený vzduch. Tento vzduch se zpravidla zajišťuje předem do zásoby pomocí kompresoru. Proto nedílnou součástí rozvodny bývá zásobník tlakového vzduchu a jeho rozvod. Ofukovat oblouk proudem vzduchu lze dv

účinné (lze vypnout

í tryska, která

á jako

ru

ojím způsobem: příčně a axiálně. Příčné ofukování je velmi proud až 100 kA), ale má velkou spotřebu vzduchu. Zhášedlo tvoří izolační roštová komora. Po vysunutí kontaktu vznikne oblouk, který se snažíme vyfouknout (natáhnout) co nejvíce. V praxi se však častěji používá axiálnje co do množství spotřebovaného vzduchu hospodárnější. Mechanika zhášení je obdobnmechanika zhášecí komory kapalinových vypínačů. Tlakový vzduch je nashromážděn v prostoru pod tryskou. Jakmile se pohyblivý kontakt vysune z trysky, uvolní se cesta proudu vzduchu do prosto

pod kontaktem. Mezi velké přednosti tlakovzdušného vypínače patří úplné vyloučení možnosti požáru a výbuchu. Tlakovzdušný vypínač je vhodný pro opětovné zapínání, tedy pro spolupráci s automatikou OZ. Jednou z velkých nevýhod těchto vypínačů je velký hluk, který vzniká při vypínání.

19

Zhášedlo tlakovzdušného vypínače s jednoduchou axiální kovovou tryskou

Tlakovzdušný vypínač vvn s odpojovačem

Plynové vypínače (SF6) Vlastnosti fluoridu sírového SF6

• elektronegativní • nehořlavý • má velkou chemickou stálost • má příznivé vlastnosti pro odvod tepla • bezbarvý • bez zápachu • nejedovatý, ale nedýchatelný • 5x těžší než vzduch • chemicky velmi neaktivní a stabilní i při teplotách, kdy se olej už rozpadá • má vysokou el. pevnost, která s rostoucím tlakem ještě roste

SF6 je nebezpečný pouze při svém rozkladu. Při rozpadu vlivem elektrického oblouku vznikají jedovaté, zapáchající, velmi dráždivé a po vdechnutí nebezpečné sloučeniny síry a fluoru, fluorovodík HF a další produkty, které se však zpět slučují v SF6.

U vypínačů s SF6 se využívá výborných vlastností tohoto plynu. Existuje několik způsobů provedení vypínače:

• oddálení kontaktů v nádobě s SF6 - kontakty se od sebe vzdálí a oblouk v prostředí s SF6 zhasne (nejjednodušší, ale nejméně efektivní)

• ofukování oblouku proudícím SF6 (podobně jako u tlakovzdušných) – efektivnější • zhášení v kapalném SF6 – zkapalněný plyn SF6 stejnou izolační pevnost jako

v plynném stavu, je však mnohem těžší a mechanismus zhášení je stejný jako u vypínačů kapalinových.

Vakuové vypínače Vakuové vypínače spolu s vypínači SF6 patří k současným moderním vypínačům. K oddálení kontaktů při vypínání dochází ve vakuu, které obsahuje velmi malé množství vodivých částic. Tlak od 10-3 Pa a nižší nazýváme ve vakuové technice vysokým vakuem. Vakuum se chová jako izolant. Kontakty vakuových vypínačů jsou ve vakuu 10-4 až 10-6 Pa. Vypínání ve vakuu se podstatně liší od vypínání ve vzduchu, v jiných plynech či v oleji, protože kontakty se nacházejí v nevodivém prostředí, které se prakticky neionizuje.

20

Při vypínání se oddálí pohyblivý kontakt od pevného o několik milimetrů až centimetrů. Oblouk mezi kontakty vznikne odpařením kovu stykových ploch kontaktu. Působením tepla oblouku mají kovové páry velmi vysoký tlak a při nejbližším průchodu proudu nulou velmi lehce expandují do okolního prostoru. Kovové páry kondenzují na povrchu kontaktu a na zvláštním stínícím štítu, který obklopuje kontaktní prostor. Výhody: nehořlavý tichý nevyfukuje ionizované plyny nebo plameny minimální opotřebení krátkou vypínací dráhu (oddálení kontaktů)

Nevýhody: nutná mechanicky pevná a vakuově těsná nádoba obtížné technologické zpracování materiálu pro kontakty

Hlavní předpoklady správné funkce vakuových vypínačů: a) Zachování vysoké úrovně čistoty vakua po celý život zhášedla, a to i při vypínacích pochodech

zhášedla, kdy mezi kontakty hoří oblouk v parách kontaktního kovu b) Vytvoření optimálního kontaktu: - zásobujícího oblouk dostatečným množstvím kovových par, aby oblouk předčasně nezhasínal a v

obvodu nevytvářel přepětí * - s malým opalem - se značnou svarovou odolností

* Oblouk se vždy u všech vypínačů snažíme vypnout až v nule proudu. Přerušíme-li proud dříve, vznikne provozní přepětí, které se šíří po vedení.

Svodiče přepětí Přepětí - je napětí větší než jmenovité napětí UN. Je-li však napětí v povelené toleranci (± 5% nn a ± 10% vn), hovoříme o úbytku napětí a o podpětí (-) nebo o nadpětí (+).

O přepětí hovoříme tedy tehdy platí-li NU

U > 1,1

Vznik přepětí: • provozní – jsou vyvolané náhlou změnou sítě (vypínání zkratových proudů, vypínání

transformátorů naprázdno, spínání dlouhých kabelových vedení naprázdno, přerušované zemní spojení,..)

• atmosférická – vyvolaná atmosférickými výboji (bouřka, blesky) Omezit můžeme jen velikost provozních přepětí. Izolaci elektrického zařízení ohrožují hlavně atmosférická přepětí, jejich vliv omezujeme svodiči přepětí.

Princip činnosti svodičů přepětí Svodiče přepětí jsou tvořeny jiskřišti, elektrodami - jedno jiskřiště je spojeno s vedením, druhé jiskřiště je uzemněno. Svodič přepětí je tedy zapojen paralelně do obvodu. Při normálním jmenovitém napětí UN je elektrické pole E mezi hroty jiskřiště menší než průrazná elektrická pevnost vzduchu Ep. Jiskřiště má tedy mezi hroty izolační odpor řádově stovky MΩ ≈ ∞. Při přepětí se na jiskřišti hromadí elektrický náboj, intenzita elektrického pole překročí elektrickou pevnost vzduchu mezi jiskřišti, nastane průraz a vznikne elektrický oblouk. Vedení postižené přepětím tedy přes oblouk uzemníme. Přepětí, které se šíří po vedení jako přepěťová vlna, "svedeme" do země - způsobíme tak na nezbytně nutnou dobu úmyslný zkrat. Po odeznění přepětí teče do země následný proud = zkratový proud. Jinými slovy po odeznění přepětí se oblouk mezi jiskřištěm okamžitě sám neuhasí a než se tak stane teče do země následný proud. Ten je potřeba přerušit.

21

Ochranná jiskřiště

Ochranné jiskřiště je součástí izolátorů a vysokonapěťových přístrojů. Jejich význam spočívá zejména v tom, že průrazná dráha vzduchu se posune od povrchu izolátoru, takže se zabrání zničení povrchu izolátoru tepelným účinkem oblouku.

Bleskojistky - umožňují nejúčinnější ochranu před atmosférickým přepětím, a to zejména automatickým zhášením následného proudu. Jinými slovy můžeme říct, že jsou to jiskřiště, která sama uhasí elektrický oblouk. Odpor bleskojistky má být při vysokém napětí (přepětí) malý a naopak při nízkém napětí (slabé přepětí, jmenovité napětí, podpětí) velký.

Růžková bleskojistka Růžková bleskojistka Nejjednodušší bleskojistka tzv. růžková bleskojistka je tvořena dvěma kovovými růžky tvaru V, které jsou uchyceny na podpěrných izolátorech. Jeden růžek je připojen na vedení, které chráníme a druhý je uzemněn. Zhášení oblouku vytvořeného následným proudem je realizováno prodlužováním oblouku na oddalujících se V-růžcích, které vyplývá z teplotního vztlaku a elektrodynamických sil. Pro lepší uhašení následného oblouku se růžek uzemňuje přes odpor. Používá se nejčastěji jako záložní ochrana k dokonalejším bleskojistkám.

Ventilová bleskojistka Ventilová bleskojistka se skládá z jiskřišť zapojených do série a z nelineárních, do série zapojených odporových bloků. Odporové bloky jsou nelineární rezistory z karbidu křemíku. Nelineární rezistor splňuje základní požadavek pro správnou funkci bleskojistky:

• při vysokém napětí (přepětí) má malý odpor – umožňuje průchod proudu z jiskřiště do země • při sníženém napětí naopak odpor vzrůstá na vysokou hodnotu - tím je zajištěno uhašení

oblouku a tedy omezení následného proudu Jiskřiště i rezistory se vkládají buď do porcelánového pouzdra - keramický izolátor nebo do pouzdra opatřeného gumovou izolací - gumový izolátor.

Bleskojistka 22 kV délka: cca 40 cm

izolátor: gumový foto: Kostka

.

22

SiC jiskřiště

Náhradní schéma bleskojistky – nelineární odpor + jiskřiště Sloupcové provedení bleskojistky vn; SJ – soustava jiskřišť

Kontrolní otázky: 1. Charakterizuj:odpojovač, odpínač, výkonový vypínač. 2. Nakresli značky přístrojů dle schématu odbočky. 3. Jaké jsou požadavky na odpojovače? 4. Co je to úsekový vypínač a na jaké hladiny napětí se používá? 5. Jak se rozdělují výkonové vypínače? 6. Popiš výhody a nevýhody kotlového vypínače. 7. Jaká je výhoda zhášecí komory u olejových vypínačů? 8. Jakou funkci plní olej u kotlového a jakou u máloolejového vypínače? 9. Jaké jsou výhody a nevýhody expanzního vypínače? 10. Popiš činnost tlakovzdušného vypínače, jeho výhody a nevýhody. 11. Vyjmenuj vlastnosti fluoridu sírového a výhody jeho použití ve výkonových vypínačích. 12. Jak zhasíná oblouk vakuový vypínač a v čem je jeho výhoda? 13. Co je to přepětí a kdy vzniká? 14. Jak fungují svodiče přepětí? 15. Co je to následný proud? 16. Jak pracuje ventilová bleskojistka? 17. Popiš princip vzniku a zániku oblouku u pojistky a u bleskojistky.

Učební materiál určený studentům SŠ Havířov - slouží pouze pro vnitřní potřebu školy. Neprodejné.

Použitá literatura a obrázky: Ing. Josef Říha: Elektrické stroje a přístroje, SNTL Praha 1986 Ing. Rudolf Moravec: Elektrické stroje a přístroje, II. Elektrické přístroje, SNTL Praha 1987

Klaus Tkotz a kol.: Příručka pro elektrotechnika, Europa –Sobotáles cz, Praha 2002 skriptum Ing. Tomáš Kostka, Ondřej Topolánek: Elektrotechnika, Elektrické přístroje verze 1/2003

Verze 1//2009, zpracovala: Ing. Eva Navrátilová

23