Ochrany v rozvodu NN

1. 4. Přednáška ESY Ochrany v rozvodu NN Ing. Miroslav Novák, Ph.D. Ústav mechatroniky a technické informatiky Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technická Univerzita v Liberci ( +420 48 535 3626 e-* miroslav.novak@vslib.cz

2. Obsah • Pojistky • Jističe • Nadproudová relé • Chrániče • Jištění elektrických vedení • Jištění elektrických motorů.

3. Základní pravidla el. ochran Rozhodující faktory: • Velikost nadproudu • Doba trvání Účinky • Silové (zkraty) • Tepelné (zkraty, přetížení) Poruchy • Zkraty (nejčastější) • Přetížení • Přepětí • Podpětí

4. Požadavky na činnost ochran • Spolehlivost • Rychlost • Výběrová schopnost • Citlivost • Přesnost

5. Spolehlivost Schopnost rozeznat poruchový stav a realizovat výstupní povel ovládání chráněného objektu • Musí působit při každé poruše • Nesmí selhat okolní el. mag. pole, prašnost, otřesy, agresivní prostředí, napeťové špičky…složitost, pravidelnost údržby, kontrola činnostiřeší se zálohováním ochran – je jich více než je nutné • Nesmí působit pokud nedojde k poruše

6. Rychlost ochrany • Záleží na ni především u zkratů = omezení tepelných účinků (sčítá se s rychlostí vypnutí vypinače) tochrany + tvypinače = 10 .. 20 ms • Některé přístroje působí už v první amplitudě proudu = omezení silových účinků zkratu Omezující schopnost

7. Výběrová schopnost = selektivita Schopnost ochrany najít místo poruchy a odpojit nejmenší část obvodu Řešení: • Časové odstupňování blíže zdroji delší čas vypínání • Proudové odstupňovánístejný prvek s menším jmenovitým proudem vypíná dříve než s větším proudem

8. Ochrany nn • Pojistky • Jističe • Nadproudová relé • Proudové chrániče • Napěťové chrániče

9. Pojistky Nejstarší přístroj určený k ochraně vodičů, spotřebičů a dalších zařízení rozvodu Princip: uměle vytvořené nejslabší místo v rozvodu Přetavení tavného přesně dimenzovaného, kalibrovaného drátku nebo pásku Výhody: • Jednoduchost • Spolehlivost neobsahují žádný mechanismus, pohyblivé částipo přetavení nemůže způsobit následnou poruchu Nevýhody: • po každém působení je nutná výměna – pomalé, nutný zásah obsluhy • přetavení v 1 fázi 3f rozvodu – ohrožení 3f spotřebičů

10. Pojistky – rozdělení Podle velikosti napětí • Nízkonapěťové • Vysokonapěťové (v obvodech vvn se nepoužívají) Podle vypínací charakteristiky • Normální (rychlé) • Pomalé Podle způsobu upevnění • Závitové, nožové, s kontaktními praporci, přístrojové, automobilové

11. Vypínací charakteristika Charakteristiky: • chráněného objektu • Jistícího prvkupojistky, jističe, relé… Správné jištění = co možná nejlepší shoda Charakteristika pojistky je závislá = doba vypnutí závisí na nadproudu Označení: g .. Obecné použití a .. Chrání jen v části charakteristiky

12. Závitové pojistky • Rozšířené – pro menší proudy • Součástí je pojistkový spodek se šroubovými svorkami • Se závitem E27, E33 • Odstupňování proudů: 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25 A – E2735, 50, 63 A – E33

13. Nožové pojistky • Omezení zkratového proudu velmi rychlé vysoká vypínací schopnost (naplněno křemenným pískem) • Větší rozměrykeramické pouzdrotavný drátek 6-630 Akovová čela s nožovými kontaktypojistkový spodek – dva páry pérových kontaktů

14. Pojistky s kontaktními praporci • Velmi rychlé – vhodné pro jištění polovodičů • Vysoká omezovací schopnost • Mohou mít návěstní kontakt pro dálkovou signalizaci • Proudy 10–400 A

15. Ostatní pojistky • Přístrojové pojistky – trubičkové (nejčastěji 5x20)skleněná trubička s tavným drátkem a kovovými čepičkami • Automobilové pojistky – keramické/plastovétavný drátek/pásek v drážce pojistky = jsou otevřené – malé napětí 12 V = neudrží oblouk • pojistky vn (ochrana přístrojových transformátorů, někdy ochrana vedení) • Plynotvorná – naplněna kyselinou boritou, po ohřátí obloukem zplynuje, unikající plyn ochlazuje a zháší oblouk • S tekutým hasivem (trichlorethylen) – při přetavení píst stříkal hasivo do prostoru drátku – zplynování, ochlazení, uhašení • Pískové hasivo (dnes nejběžnější) – trubkové 6–35 kV, 2–200 A • Mnoho dalších typů (do DPS, SMD montáž, zotavitelné – princip PTC)

16. Jističe = samočinné nadproudové vypínačeochrana vedení, motorů, ostatních spotřebičů před přetížením Nemají omezovací schopnost = nutné předřazení pojistekproud je vypnut až při poklesu k nule, pozor na jištění DC obvodů! Spoušť: • Nadproudové – bimetalový pásek ohřívaný proudčasově závislá charakteristika • Zkratová – elektromagnet časově nezávislá

17. Rozdělení jističů Podle velikosti proudu • Drobné – do 25 A, 500 V AC, 250 V DCjištění vedení, motorů • Větší - > 25 A, do 1000 V AC, 1200 V DCjištění větších spotřebičů – kontakty ve zhášecích komorách Podle účelu použití • Pro vedeni – chrání vedení, v druhé řadě další spotřebiče • Motorové – charakteristika přizpůsobena rozběhovému proudu • Ochranné - + napěťová spoušť Podle počtu pólů • Jednopólové – ochrana vedení a 1f spotřebičů • Dvoupólové – DC rozvod, zdvojení 1f prvek • Třípólové, čtyřpólové Podle uložení pracovních kontaktů • Vzduchové • olejové

18. charakteristika • B – světelné a zásuvkové obvody (nezpůsobují rázy) Zkart. spoušť 3-5 In • C – žárovky, motory (rázy)6-9 In • D – transformátory, 2-pólové motory (vysoké rázy)12-16 In

19. Jističe s elektronickou spouští • Charakteristika je programovatelná • Optimální nastavení podle chráněného objektuúčinná ochrana problematických částí (transformátory, motory, skupiny spotřebičů)

20. Jistící nadproudová relé • Ochrana spotřebičů před přetížením (motory) • Nechrání proti zkratu – nedostatečná vypínací schopnost kombinace s pojistkami • Často přizpůsobené k ovládání stykače dálkového ovládání spotřebiče – nasazení na hlavní kontakty • Některé typy se po ochladnutí (po přetížení) znovu aktivují • Proudová spoušť je nastavitelná

21. I Chrániče • Doplňková ochrana – odpojení v krátkém čase • Předepsány tam, kde hrozí zvýšené nebezpečí úrazu el. proudemVlhké mokré prostoryLaboratorní podmínkyDlouhodobá prac. Činnst se spotřebičiVenkovní zásuvky (sekačky) • Funkce: ochrana před nebezpečným dotykem živých částíochrana před nebezpečným dotykovým napětím na neživých částech • Nejsou základní ochranou Výhody: • Velká citlivost na svodové proudy • Velká vypínací schopnost • Změkčení podmínky pro velikost nejmenšího dovoleného odporu uzemnění Zs < U0/Iapř: pojistka 10 A (vypínací schopnost 47 A) při U0 = 230 V => Zs = 4,9 W, chránič: Zs = 230/0,1 = 2300 W • Někdy kombinované s nadproudovou ochranou

22. I Chrániče 2 Podmínky: • Chráněné neživé části uzemněny • Chráničem prochází všechny pracovní vodiče, vypíná je všechny • Nesmí procházet ochranný vodič • Kontrola při uvedení do provozu Nechrání proti dvoubodovému dotyku! In = 15, 30, 100, 300 mA

23. Napěťové chrániče Ochrana před nebezpečným dotykovým napětím na neživých částech Mezní napětí – obvykle dovolené napětí v daném prostoru Vypíná i střední vodič (dvou nebo čtyř pólový) Ovládací cívka samostatný zemnič připojený min 15 m od chráněné oblasti Odpor cívky < 200 W Použití: doplňková ochrana pevně připojených strojůprůmyslové podniky

24. Tepelné pojistky Proti teplenému přetížení zařízení Princip: • Bimetal – vratné (samočinně, s obsluhou) • S tavnou látkou – vždy nevratné Použití: • Do vinutí transformátorů, motorů • Teplené spotřebiče (rychlovarná konvice, přímotopy)

25. Umisťování jisticích prvků • Ve všech fázových vodičích - při jištění proti zkratu a nadproudu v 3f síti • V 1f – při jištění proti přetížení, vypnout se musí ale všechny fázové vodiče • Na začátku vedení – ochrana vedení (někdy + spotřebičů) • U odboček vedení s menším průřezem – 3 m za odbočkou, nejištěný úsek průřez jako původní vedení, zvláštní požadavky • Jištění chrání i slabší průřezy – nemusí být zvlášť jištěné odbočky • Paralelní vodiče – mohou mít společné jištění, jsou li stejné Nejistí se: • Úsek od transformátoru nn k rozvaděči (musí odolat zkrat. proudu) • Tam kde by došlo při rozpojení k ohrožení: • Sekundár proudového transformátoru • Střední a ochranný vodič (musí odolat zkrat proudu do doby odpojení) • Vedení vysokých proudů: elektrochemické, elektrometalurgické zdroje, svářečky (vedení musí být správně dimenzováno) • Spojovací vodiče uvnitř rozvaděče (zvláštní ČSN, proto je prostor rozvaděče nehořlavý)

26. Jištění vedení Kde? => Na začátku vedení nebo v místech zeslabení průřezu nebo v místech zmenšeného dovoleného zatížení Požadavky: • Při přetížení – ohřev max. na teplotu dovoleného provozního zatížení • Při zkratech – ohřev max. na nejvyšší dovolenou teplotu (po rozpojení zkratu) • Při normálním provozu nesmí nastat nežádoucí působení jisticích prvků • Odpojení nejmenší postižené části rozvodu

27. Jištění motorů • Nevypínat při záběrovém proudu (doba rozběhu, rychlost poklesu proudu – je individuální pro každou aplikaci!) • Respektovat četnost spouštění (přehřátí záběrovým proudem) Protichůdné požadavky Při zkratu je nutné vypnout všechny fáze => motorový jistič Motorové ochrany – kontrola napětí ve fázích (dvoufázový chod často způsobí poruchu) a sledu fází Jištění při přepínání Y-D pokud nedojde k přepnutí je problematické, ale většinou se neprování Motorový jistič nastavitelná zkratová spoušť Pojistka + stykač s nadproudovým relé Pojistka a jistič s tepelnou spouští

28. Jištění transformátorů • Extrémní zapínací proudy u některých typů transformátorů (toroidní) • Vhodné použít omezovače zap. proudu • Dle ČSN může být zap. proud max. 12 násobek jmenovitého proudu, realita je často horší! • Jištění je často předimenzované = nechrání proti přetížení => Jištění na sekundární straně=> Tepelné pojistky ve vinutí=> Jističe s elektronickou spouští (OEZ Modeion) Př: toroidní transformátor pro halogenové žárovky 300 VA, I1n = 1, 3 A, Izap = 60 A, doba trvání 6-8 ms => charakteristika v katalogu => nutno použít pomalou pojistku T 2 A, raději T 2,5 A

29. Příklad katalogu – trubičková pojistka T Vliv zhášecího materiálu je značný! Velmi krátké časy často nejsou uváděny -jističe: setrvačné hmoty mechanizmu - pojistky: tepelná kapacita = pozor na extrapolaci v grafech!

30. Jištění ostatních přístrojů • Spínače, jističe, stykače – musí odolat zkratovým proudů, pokud ne – předřazujeme pojistky s příslušnou zkratovou odolností • Odporové a induktivní spotřebiče – doporučuje se jistit na proud o 15 % vyšší • Světelné spotřebiče se zvlášť nejistí – jen přívodní vedení

31. Literatura Rozvody: • FENCL, František. Elektrický rozvod a rozvodná zařízení. Skriptum FEL-ČVUT v Praze. Česká technika – nakladatelství ČVUT. 2006. ISBN 80-01-02771-6 [UKN] • KŘÍŽ, Michal. Dimenzování a jištění elektrických zařízení – tabulky a příklady. IN-EL. Praha, 2001. ISBN 80-86230-21-X [UKN] • http://www.oez.cz/ výrobce pojistek, jističů, chráničů • http://www.bonega.cz/ výrobce jističů, chráničů UKN – Univerzitní knihovna TU v Liberci

32. Příště • Přepěťové ochrany elektrických zařízení a datových vedení.