TECHNOLOGIE 2.ROČNÍK MECHANIK ELEKTROTECHNIK 26-41-L/01 UČEBNÍ TEXTY PRO VÝUKU TECHNOLOGIE
1
Technologie učební text pro 2 ročník 26-41-L/01Mechanik elektrotechnik
Ing. Jiří KROUPA Žďár nad Sázavou 2014
Technologie
Stránka 2
Obsah 1. Elektrotechnické normy a předpisy 1.1. Normalizační činnost v ČR ............................................................................................... 5 1.2. Mezinárodní elektrotechnická normalizace IEC ............................................................... 6 1.3. České státní normy............................................................................................................ 7 1.4. Základní ustanovení norem, bezpečnostní opatření na pracovišti (učebny TV).............10
2. Materiály pro elektrotechniku 2.1.
Vodivé materiály............................................................................................................17
2.2.
Elektroizolační materiály – dielektrika a izolanty .........................................................27
2.3.
Magnetické materiály .....................................................................................................37
2.4.
Polovodičové materiály – polovodiče ............................................................................41
2.5.
Vodiče pro navíjení ........................................................................................................44
2.6.
Vodiče a kabely v elektrotechnice, optické vodiče a kabely .........................................46
3. Elektrické rozvody 3.1. Jištění a dimenzování vodičů a kabelů a jejich značení .................................................48 3.2. Přípojkové skříně, rozvodnice, umístění měřících zařízení ...........................................50 3.3. Materiál pro rozvody, trubky, lišty, krabice, pomocný materiál ...................................62 3.4. Zapojení jednoduchých instalačních obvodů ..................................................................63 3.5. Elektrická zařízení v koupelnách ...................................................................................65 3.6. Moderní elektrické rozvody ...........................................................................................66 3.7. Kabelové vedení a soubory .............................................................................................67 3.8. Přípojnicový rozvod ........................................................................................................68 3.9. Připojování pracovních strojů .........................................................................................69 3.10. Elektrické rozvody ve zvláštních prostorách ..................................................................72 3.11. Elektrická zařízení ve stavebnictví ................................................................................73 3.12. Elektrické instalace ve zvláštních případech tj. nebezpečí výbuchu, požáru ................74 3.13. Prozatímní elektrická zařízení.........................................................................................76 3.14. Veřejné osvětlení ...........................................................................................................77 3.15. Hromosvody, bleskojistky a svodiče přepětí .................................................................78
Technologie
Stránka 3
4. Výroba plošných spojů 4.1.
Druhy plošných spojů, pájecí technika ..........................................................................79
4.2. Chemické přípravky .......................................................................................................80 4.3. Výroba desek s plošnými spoji .......................................................................................82 4.4. Technika SMT, nářadí, technika SMD ...........................................................................84
5. Údržba elektrických a elektronických zařízení 5.1.
Provádění rekonstrukcí a modernizací elektrických rozvodů ........................................88
5.2. Činnost na elektrickém zařízení, druhy údržby ..............................................................89 5.3. Vybavení pracoviště údržby, ochranné pomůcky, bezpečnostní tabulky ......................91 5.4. Rozvodny, údržba rozvodných přístrojů .........................................................................96 5.5. Zkoušení a měření při opravách, hledání závad, určení místa poruchy ..........................99
6. Seznam použité a doporučené literatury ......................................................... 102
Technologie
Stránka 4
1. Elektrotechnické normy a předpisy 1.1. Normalizační činnost v ČR Elektrotechnické předpisy jsou základním technickým podkladem, kterým se řídí elektrotechnici, kteří elektrická zařízení navrhují, projektují, montují a zajišťují jejich uvádění do provozu i samotný jejich provoz. Tito elektrotechnici nepotřebují znát podrobné požadavky na provedení elektrických přístrojů, strojů, předmětů ani to, jakým způsobem se přesně zkoušejí. To je věcí výrobců, kteří za to ve smyslu platných právních předpisů plně zodpovídají. Elektrotechnici, kteří z uvedených výrobků sestavují elektrická zařízení a používají je v elektrických rozvodech a instalacích, však potřebují vědět, jak je správně volit, použít a zapojit, aby byla zajištěna bezpečnost a spolehlivá funkce celého elektrického zařízení. K tomu jim slouží samostatná skupina elektrotechnických norem z historických důvodů nazývaných – Elektrotechnické předpisy. Vývoj elektrotechnických předpisů v ČR (ČSR). Vývoj těchto předpisů prošel několika etapami. Hned po vzniku ČSR byl založen Elektrotechnicý svaz československý (ESČ) v roce 1919. Tento svaz vyvíjel činnost normalizační a předpisovou, a to nejen národní, ale i na mezinárodní úrovni. Stal se členem Mezinárodní elektrotechnické komise IEC. První elektrotechnické předpisové normy byly pak vydány v roce 1920 pod názvem „Předpisy a normálie“ a nahradily do té doby platné předpisy zpracované Elektrotechnickým spolkem ve Vídni. Význačnou osobností, která se na tom podílela, byl prof. Ing. Vladimír List. V roce 1922 byla založena Československá normalizační společnost ČSN. Elektrotechnický svaz sjednal s touto společností dohodu, podle které veškerou činnost v elektrotechnice podle ESČ, jakož i zpracované a schválené elektrotechnické normy a předpisy bude svaz předkládat Československé normalizační komisi, která je pak po projednání prohlásí za československé normy. Normy vycházely pod označením ČSN-ESČ. Dodnes české elektrotechnické předpisové normy obsahují ustanovení mající svůj počátek v předválečných Elektrotechnických předpisech ESČ. Příkladem může být termín „osoba znalá“, který používá i současná legislativa. Rovněž již tehdy byla součástí Elektrotechnických předpisů ESČ doporučení IEC. V roce 1950 byly vydány „Předpisy ESČ-1950“. Další vývoj Elektrotechnických předpisů ovlivnilo vydání zákona č.96/1964 Sb. o technické normalizaci. Část normy pro obsluhu a páci na elektrických zařízeních týkající se kvalifikace osob v elektrotechnice byla nahrazena vyhláškou Československého úřadu bezpečnosti práce č. 50/78 sb. Dále pak 4. října 1993 byla podepsána dohoda mezi Českou republkou (ČR) a Evropským společenstvím (nyní EU) dohoda o přidružení České republiky. Touto dohodou převzala ČR obecný závazek harmonizace právních předpisů a technických norem ČSN. Normy jsou systematicky řazeny podle šestimístného čísla. Za označením ČSN následují tři dvojčíslí. První značí třídu normy, další pak skupinu a číslo ve skupině. Další možné dělení je čísly za pomlčkou. Pro elektrotechniku jsou v ČSN vyčleněna čísla norem začínající trojkoutřída 33 (Elektrotechnika – elektrotechnické předpisy) a dále třídy 34 až 38. Většina českých norem v současnosti nevzniká v ČR, nýbrž na mezinárodní (světové) nebo evropské úrovni. Mezinárodní normy, pokud vznikly v Mezinárodní elektrotechnické komisi, jsou do soustavy českých technických norem pod označením ČSN IEC (International Electrotechnical Commission). Evropské normy, pokud vznikají v mezinárodní organizaci CENELEC, která je obdobou IEC se označují po převzetí jako ČSN EN.
Technologie
Stránka 5
1.2.
Mezinárodní elektrotechnická normalizace IEC
Vůbec první elektrotechnické předpisy zabývající se bezpečností elektrických instalací lze nalézt v roce 1882 v Anglii. Zde vznikla stručná elektrotechnická pravidla pro ochranu před nebezpečím požáru od elektrických osvětlení. Obdobné předpisy pak vznikaly v Německu 1896, v USA roku 1897, Francie roku 1911 apod. Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC, anglicky International Electrotechnical Commission, francouzsky Commission électrotechnique internationale CEI), je světová organizace založená 26.června 1906, která vypracovává a publikuje mezinárodní normy pro elektrotechniku, elektroniku, sdělovací techniku a příbuzné obory. Ústřední kancelář IEC sídlila původně vLondýně. V roce 1948 se přestěhovala do Ženevy (Švýcarsko), kde sídlí dodnes. IEC má regionální centra v Asii (Singapore), Jižní (São Paulo, Brazílie) a Severní Americe (Boston, USA). IEC navrhla systém měr a vah, na základě kterého byla vytvořena mezinárodní soustava jednotek SI. Od roku 1938 IEC udržuje vícejazyčný slovník elektrotechnických termínů, jehož účelem bylo sjednotit terminologii v oboru. Normy IEC mají čísla v rozsahu 60000–79999 a názvy tvaru IEC 60417: Graphical symbols for use on equipment. Množství starších IEC norem bylo v roce 1997 přečíslováno přičtením 60000, takže např. původní norma IEC 27 má nyní označení IEC 60027. Normy série 60000 vycházející z evropských norem mohou mít také označení začínající EN. Například IEC 60034 je také EN 60034. IEC úzce spolupracuje s Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO) a s Mezinárodní telekomunikační unií (ITU). V současnosti má IEC 82 členských států (mezi které patří i Česká republika) a dalších 82 států má přidružené členství (Affiliate Country Programme). Jejím posláním je propagovat a podporovat mezinárodní spolupráci v otázkách normalizace elektrotechniky a příbuzných oborů. Existence mezinárodních norem přispívá k omezování obchodních bariér, což vede k otvírání nových trhů a podpoře hospodářského růstu. Normy IEC by měly přispívat k bezpečnosti, ochraně zdraví a životního prostředí.
Technologie
Stránka 6
1.3. České státní normy Norma (někdy také standard) je požadavek na chování nebo vlastnosti věci, člověka, situace apod., který se buď závazně vyžaduje, nebo podle něhož se hodnotí jejich přijatelnost nebo obvyklost. Normy jsou psané i nepsané a mají různou míru závaznosti a různý rozsah platnosti. Normy mají být založeny na společných výsledcích vědy, techniky a praxe a zaměřeny na dosažení optimálního společenského prospěchu. V původním latinském významu slovo znamenalo „úhelník, pravítko, měřítko, pravidlo“, později také kolmici. Norma technická přesně stanovuje požadované vlastnosti, provedení, tvar nebo uspořádání opakujících se předmětů nebo způsobů a postupů práce, popř. vymezuje všeobecně užívané technické pojmy. Hlavní úkoly normy jsou: o
zjednodušování a snižování rozmanitosti výrobků a činností;
o
dorozumívací funkce mezi výrobcem a zákazníkem a mezi výrobci v národním i mezinárodním měřítku;
o
zavádění symbolů a kódů ke zjednodušení obchodního styku a překonání potíží způsobených rozdílností jazyků;
o
zlepšení hospodárnosti;
o
ochrana spotřebitele.
Existují normy státní (ČSN), evropské, mezinárodní, předmětové, jakostní a jiné. Zkráceně je technická norma technický předpis, který stanoví technické náležitosti, popř. technická řešení u opakovaných úkonů a dějů. Druhy norem - v soustavě technických norem existuje hierarchický soubor technicko– právních předpisů:
ISO - mezinárodní normy, které shrnují zkušební metody, značení a terminologii. EN - evropské normy, které shrnují zkušební metody, značení, terminologii a bezpečnost výrobků. ČSN - resp. všeobecně národní normy, jako např. DIN, ASA, GOST, které shrnují široký okruh problematik Tyto normy jsou postupně harmonizovány s normami vyšších stupňů ON - oborové normy. Tyto normy byly k 31. 12. 1993 zrušeny a částečně převedeny na normy podnikové (PN) PN - podnikové normy, kterými je řešena problematika jednotlivých výrobků nebo jejich skupin a problematika daného oboru (PNE) technická norma (oficiální předpis) o Normy ISO (International Organization for Standardization) o Normy ANSI (American National Standards Institute) o Normy BS (British Standards) o Normy DIN (Německo) o Normy GOST (Gosstandart) (Rusko) o Normy JIS (Japonsko) o Normy NF (Francie) o Normy ÖNORM (Rakousko) o Normy PN (Polsko) o Normy STN (Slovenská Technická Norma)
Technologie
Stránka 7
Technická normalizace ČR v současnosti patří do působnosti: Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (MPO ČR) – pod divizi rozpočtu a podpory podnikání. Státním orgánem je: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ). Pověřenou organizací pro zabezpečování tvorby a vydávání českých technických norem je: Český normalizační institut (ČSNI), který na základě zákona č. 22/1997 Sb. byl rozhodnutím MPO ČR č. 203/97 ze dne 1. 9. 1997 touto činností pověřen. Právní úprava technické normalizace Právní úprava technické normalizace je obsažena v zákonu č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění zákona č. 71/2000 Sb., zákona č. 102/2001 Sb. a zákona č. 205/2002 Sb. V zákoně jsou rozlišeny: Technické předpisy – „Technickým předpisem pro účely tohoto zákona je právní předpis vyhlášený uveřejněním jeho plného znění ve Sbírce zákonů, obsahující technické požadavky na výrobky, popřípadě pravidla pro služby nebo upravující povinnosti při uvádění výrobku na trh, při jeho používání nebo při poskytování nebo zřizování služby nebo zakazující výrobu, dovoz, prodej či používání, poskytování nebo zřizování služby.„ (zákon č. 71/2000 Sb.). České technické normy – „Česká technická norma je dokument schválený pověřenou právnickou osobou (§ 5) pro opakované nebo stálé použití, vytvořený podle tohoto zákona a označený písmenným označením ČSN, jehož vydání bylo oznámeno ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (dále jen „Věstník Úřadu„). Česká technická norma není obecně závazná. To, že je výrobek v souladu s normami ČR ověřuje autorizovaná zkušebna EZÚ (Elektrotechnický zkušební ústav)
Harmonizované technické normy – „Česká technická norma se stává harmonizovanou českou technickou normou, přejímá-li plně požadavky stanovené evropskou normou nebo harmonizačním dokumentem, které uznaly orgány Evropského společenství jako harmonizovanou evropskou normu, nebo evropskou normou, která byla jako harmonizovaná evropská norma stanovena v souladu s právem Evropských společenství společnou dohodou notifikovaných osob.
Technologie
Stránka 8
Určené technické normy – „Pro specifikaci technických požadavků na výrobky, vyplývajících z nařízení vlády nebo jiného příslušného technického předpisu, může Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví po dohodě s ministerstvy a jinými ústředními správními úřady, jejichž působnosti se příslušná oblast týká, určit české technické normy, další technické normy nebo technické dokumenty mezinárodních, popřípadě zahraničních organizací, nebo jiné technické dokumenty, obsahující podrobnější technické požadavky (dále jen „určené normy„).
Technické dokumenty – „Technickým dokumentem se pro účely tohoto zákona rozumí dokument, který obsahuje technické specifikace výrobku, a není technickým předpisem ve smyslu odstavce 1 ani technickou normou, a který by mohl vytvořit technickou překážku obchodu.„ (zákon č. 205/2002 Sb.). Norma je veřejně dostupný dokument, tzn., že je přístupná ve všech fázích vzniku a používání v praxi. Dále je to dokument založený na souhlasu všech zúčastněných stran se zásadními otázkami řešení. Podrobnější informace nalezneme na internetových stránkách: www.csni.cz
Český normalizační institut byla státní příspěvková organizace, která byla v roce 2008 zrušena rozhodnutím ministra průmyslu a obchodu zrušena. Díky rozhodnutí Ministerstva obchodu a průmyslu byla tato příspěvková organizace pověřena zajišťovat tvorbu, vydávání a pravidelné zveřejňování českých technických norem. V současné době zajišťuje tuto činnost Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Norma je směrnice či pravidlo, které je nutné dodržovat, jeho dodržování je závazné.
Technologie
Stránka 9
1.4. Základní ustanovení norem, přehled bezpečnostních opatření Bezpečnost je stav, při kterém je nebezpečnost na přijatelné úrovni. Jedná o rovnováhu mezi absencí rizika a ostatními požadavky na výrobek, činnosti nebo provoz, včetně užitečnosti, vhodnosti a nákladů. Je to také schopnost nezpůsobit nepřijatelné riziko vzniku škody (Zdroj: ČSN EN 45020 (01 0101)) Zákon č. 174/1968 Sb. o státním odborném dozoru nad bezpečností práce. §6b (1) Vyhrazenými technickými zařízeními jsou zařízení se zvýšenou mírou ohrožení zdraví a bezpečnosti osob a majetku, která podléhají dozoru podle tohoto zákona. Jsou to technická zařízení tlaková, zdvihací, elektrická a plynová. Elektrická zařízení jsou tedy zařízení, kterým se také říká vyhrazená technická zařízení, i přehled dozorovaných zařízeníjsou a dozorových subjektů když v různých Základní oblastech (armáda, doly, železnice) definovány jinak,. viz tabulka. TIČR– organizace státního odborného dozoru
Úřad státního odborného dozoru Ministerstva obrany ČR Státní odborný dozor nad bezpečností práce a technických zařízení
Drážní úřad
ČBÚ Orgány státní báňské správy
Zákon č. 174/1968 Sb.
podle zákona č. 219/1999 Sb., 220/1999 Sb., 221/1999 Sb. a RMO č. 28/2002,
Zákon č. 266/1994 Sb.
Zákon č. 61/1988 Sb.
Vyhrazenými technickými zařízeními jsou zařízení se zvýšenou mírou ohrožení zdraví a bezpečnosti osob a majetku, která podléhají dozoru podle tohoto zákona. Jsou to technická zařízení - tlaková - zdvihací, - elektrická - plynová
Technická zařízení podléhající státnímu dozoru orgánů Ministerstva obrany jsou určená technická zařízení - tlaková, - plynová, - elektrická - zdvihací, - ochranná - ostatní, která jsou konstruována a vyráběna k použití s vojenskou výstrojí, vojenskou výzbrojí, vojenskou technikou, a určená technická zařízení konstruovaná a vyráběná pro potřeby ozbrojených sil umístěná ve vojenských objektech
Určená technická zařízení - tlaková - plynová - elektrická - zdvihací - dopravní - pro ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny - pro ochranu před negativními účinky zpětných trakčních proudů, - kontejnery a výměnné nástavby, která jsou konstruována a vyráběna pro provozování dráhy nebo drážní dopravu a slouží-li k zabezpečení provozování dráhy nebo drážní dopravy, jsou určenými technickými zařízeními.
Vyhrazená technická zařízení -tlaková -plynová -zdvihací -elektrická
TIČR – technická inspekce České republiky, ČBÚ – český báňský úřad
Definice některých používaných pojmů: BOZP ( bezpečnost a ochrana zdraví při práci ) - soubor opatření (technických, organizačních, výchovných), která při správné aplikaci nebo realizaci vytvoří podmínky k tomu, aby se pravděpodobnost ohrožení nebo poškození lidského zdraví snížila na minimum, a také oblast společenské činnosti zahrnující všechny požadavky, opatření, prostředky a metody přispívající k vytvoření podmínek pracovního procesu, které zajišťují zdraví pracujících a jejich práceschopnost. Bezpečný výrobek je výrobek, který za běžných nebo rozumně předvídatelných podmínek užití nepředstavuje po dobu stanovenou výrobcem nebo po dobu obvyklé použitelnosti nebezpečí, nebo jehož užití představuje pro spotřebitele vzhledem k bezpečnosti a ochraně zdraví pouze minimální nebezpečí při užívání výrobku, přičemž se sledují z hlediska rizika pro bezpečnost a ochranu zdraví spotřebitele.
Technologie
Stránka 10
Označení CE na stanoveném výrobku vyjadřuje, že výrobek splňuje technické požadavky stanovené ve všech nařízeních vlády, které se na něj vztahují a které toto označení stanovují nebo umožňují, a že byl při posouzení jeho shody dodržen stanovený postup. Pokud je stanovený výrobek opatřen označením CE, nesmí být souběžně označen českou značkou shody nebo značkou, která by svým významem nebo podobou mohla vést k záměně s označením CE nebo s jiným stanoveným označením.
Vyhláška č. 73/2010 Sb. o stanovení vyhrazených elektrických technických zařízení, jejich zařazení do tříd a skupin a o bližších podmínkách jejich bezpečnosti § 1 a) stanoví vyhrazená elektrická technická zařízení, jejich zařazení do tříd a skupin a bližší podmínky jejich bezpečnosti, Zařazení zařízení do tříd a skupin Zařízení třídy I.
Skupina A Skupina B
Zařízení třídy II.
Technologie
Zařízení určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu Zařízení pracovišť z hlediska úrazu elektrickým proudem zvlášť nebezpečných působením vnějších vlivů; nebezpečí působení vnějších vlivů musí vyplývat z projektové dokumentace
Skupina C
Zařízení v prostorách pro léčebné účely a ve zdravotnických zařízeních
Skupina D
Zařízení ve stavbách určených pro shromažďování více než 200 osob
Skupina E
Zařízení určená na ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny, pokud jsou součástí zařízení uvedených ve skupinách A až D
Skupina A
Zařízení užívaná k výrobě, přeměně, přenosu, rozvodu nebo užití elektrické energie s napěťovými převody vysokého napětí (vn), velmi vysokého napětí (vvn) nebo zvláště vysokého napětí (zvn) se jmenovitým výkonem nad 5 MW
Skupina B
Zařízení o napětí nad 1000 V střídavých a 1500 V stejnosměrných nesloužící pro veřejný rozvod podle energetického zákona s přenášeným výkonem větším než 1 MW
Skupina C
Zařízení určená pro použití v prostředí s nebezpečím požáru
Skupina D
Zařízení neuvedená ve třídě I. s proudem a napětím převyšujícím bezpečné hodnoty podle příslušných technických norem
Skupina E
Zařízení silničních vozidel s vestavěným elektrickým vybavením a zařízení sloužící k připojení těchto vozidel na parkovištích a v kempech
Skupina F
Zařízení v objektech pro přechodné ubytování fyzických osob
Skupina G
Zařízení prozatímních stavenišť a zařízení ve stavbách, ve kterých jsou prováděny bourací práce
Skupina H
Zvláštní a prozatímní zařízení určená k používání na výstavištích, v lunaparcích, v prozatímních scénických zařízeních, při dočasných kulturních a zábavních akcích, prozatímní zařízení pro zvukové a obrazové přenosy
Skupina I
Zařízení v zemědělských stavbách
Skupina J
Zařízení určená na ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny neuvedená ve třídě I. skupině E
Stránka 11
SKUPINA A
Zařízení určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu Zařízení rozděleno do dvou skupin – výbuch plynů, řada norem ČSN EN 60079-0 až 35 výbuch prachů, řada norem ČSN EN 61241-0 až 18
zařízení s výbuchem v doly se vyhláška netýká
SKUPINA B
Zařízení pracovišť z hlediska úrazu elektrickým proudem zvlášť nebezpečných působením vnějších vlivů Nebezpečí působení vnějších vlivů musí vyplývat z projektové dokumentace. Nebezpečnost zařízení se stanovuje podle ČSN 33 2000-5-51 ed. 3, současně vyplývá z vyhlášky č. 499/2006 Sb. o dokumentaci staveb
Technologie
Stránka 12
SKUPINA C
Zařízení v prostorách pro léčebné účely a ve zdravotnických zařízeních Jedná se o instalace (nikoliv o vybavení pracovišť) v prostorech nebezpečných pro možnost působení elektrických zařízení na pacienta (operační sály, zákrokové sály, JIP…). ČSN 33 2140 IEC 60364-7-710
SKUPINA D
Zařízení ve stavbách určených pro shromažďování více než 200 osob Rozpracováno v ČSN 73 0831, ČSN 33 2130, ČSN 33 2000-4-46, ČSN 73 0802, ČSN 73 0875, ČSN 33 2410, ČSN 33 2420 a mnoho dalších norem, které mají zajisťit bezpečnost osob v těchto prostorech a jejich bezpečný únik.
Technologie
Stránka 13
SKUPINA E
Zařízení určená na ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny, pokud jsou součástí zařízení uvedených ve skupinách A až D Řeší ČSN EN 62305-1 až -4, případně vyhláška 268/2009 Sb.
Podle ČSN může být práce na elektrickém zařízení prováděna zásadně ve stavu bez napětí. K zajištění tohoto stavu platí pět pravidel bezpečnosti: Pět pravidel bezpečnosti: -
odpojení
-
zabezpečení zařízení oproti opětovanému zapnutí
-
ověření beznapěťového stavu
-
uzemění a zkratování
-
zařízení, která jsou v blízkosti pod napětím, musí být opatřena kryty nebo zábranami
Desatero (bezpečnosti práce) pro žáka v odborném výcviku nebo teoretickém vyučování 1. Ve věci bezpečnosti a ochrany zdraví při práci máš tato práva: • Vědět o tom, s jakým nebezpečím a riziky se na pracovišti můžeš setkat, jak máš postupovat, abys byl v bezpečí, a jaké kroky je třeba podniknout, pokud dojde k nehodě nebo mimořádné situaci. • Obdržet o této problematice informace, pokyny a školení, konkrétně zaměřené na danou pracovní činnost a pro dané pracoviště. • Být vybaven osobními ochrannými pracovními prostředky, potřebnými pro vykonávání dané činnosti, a mít dostatek informací o jejich používání. • Odmítnout práci, o které se domníváš, že ohrožuje Tvé zdraví. • Zapojit se do dění prostřednictvím dotazů, oznamování nebezpečných pracovních postupů nebo podmínek a žádostí o řešení situace, která nastala.
Technologie
Stránka 14
2. Nevykonávej žádný úkol bez náležitého zaškolení! Před zahájením odborného nebo praktického výcviku jsou žáci, kteří se zúčastní odborného nebo praktického výcviku, podrobeni školení o dodržování pravidel a zásad pro bezpečnou a zdraví neohrožující práci, organizovaných buď školou, nebo pracovištěm, na kterém se výcvik uskutečňuje. Školení o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci (BOZP) má být u žáků, kteří se zúčastní odborného nebo praktického výcviku, prováděno v podobě vstupního proškolení jak před samotným nástupem na výcvik, tak opakovaně v každém novém školním roce před nástupem žáků na cvičné pracoviště nebo při změně pracovního místa nebo práce s novým strojem nebo zařízením nebo přechodu na zcela jinou práci. Dojde-li k tomu, že se před zahájením výcviku nebo před opakovaným nástupem žáků na výcvik školení BOZP neuskuteční, měli by o tom být informováni rodiče nebo zákonný zástupce žáka. 3. Při školení o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci se máš dozvědět, jaká nebezpečí a jaká rizika jsou spojena s Tvojí prací. Máš-li dojem, že ses během školení nedozvěděl vše potřebné, neváhej a neostýchej se zeptat. 4. Na pracoviště vstupuj řádně oblečen a upraven a je-li to stanoveno, tak jen v doprovodu osoby, která výcvik vede. 5. Během odborného a praktického výcviku dodržuj zásady bezpečného chování. Při práci, kterou vykonáváš, se řiď radami a instrukcemi, které jsi obdržel při školení, a dále pokyny učitele/mistra odborného nebo praktického výcviku nebo jiné osoby, která vede výcvik nebo jeho určitou část. Bezpečnostní pokyny a pravidla platí pro pracoviště, stroje a zařízení, na kterých pracuješ, pro pracovní postupy a technologie, které vykonáváš včetně používání ochranných zařízení a osobních ochranných pracovních prostředků. 6. Při práci dodržuj pracovní kázeň a chovej se tak, abys neohrozil zdraví svoje, ani jiných osob. Během odborného a praktického výcviku jsi stále žákem školy a vztahují se na Tebe ustanovení školního řádu. Při výuce v dílnách, laboratořích, odborných učebnách nebo na cvičných pracovištích či přímo v podnicích či provozech se na Tebe vztahují také specifické bezpečnostní předpisy pro tyto prostory 7. Vykonávej jen práci, která Ti byla přidělena a na místě výkonu práce (na pracovišti nebo pracovním místě), které určil učitel/mistr odborného nebo praktického výcviku nebo jiná osoba, která vede výcvik nebo jeho určitou část. 8. Na práci, kterou vykonáváš, se dobře soustřeď. 9. Jsi-li mladší 18 let, nesmíš být zaměstnáván pracemi, které se zřetelem k anatomickým, fyziologickým a psychickým zvláštnostem v tomto věku jsou pro Tebe nepřiměřené, nebezpečné nebo škodlivé Tvému zdraví a vykonávat práce, které uvádí vyhláška č. 288/2003 Sb. Jde např. o práce spojené se zvýšenou zátěží pohybového ústrojí (překračování hmotnostních limitů pro zvedání a přenášení břemen, práce vykonávané po dobu delší než čtyři hodiny za pracovní dobu ve vnuceném tempu nebo v pracovních polohách bez možnosti jejich střídání, trvale vykonávané vsedě nebo vstoje), práce se zdroji ionizujícího záření, práce s karcinogeny a mutageny, látkami toxickými pro reprodukci, práce s nebezpečnými chemickými látkami a přípravky klasifikované jako toxické, vysoce toxické a žíravé, práce spojené s expozicí olovu, práce se zvýšeným rizikem úrazů, práce při výrobě léčiv a veterinárních přípravků, obsahujících hormony, antibiotika a jiné biologicky vysoce účinné látky, práce spojené s expozicí oxidu uhelnatému nebo práce v prostředí, v němž je tlak vzduchu vyšší než okolní atmosférický tlak o více než 20 kPa, v prostředí, v němž je koncentrace kyslíku v ovzduší nižší než 20 % objemových, nebo v prostředí vyžadujícím používání izolačních dýchacích přístrojů. Práce, které jsou mladistvým zakázány, definuje § 6, odst. 1 uvedené vyhlášky. Technologie
Stránka 15
Výjimku představují práce, které jsou osobami mladšími 18 let vykonávány: • z důvodu přípravy na povolání a zpravidla i • pod soustavným odborným dohledem, kterým je zaručena dostatečná ochrana zdraví mladistvých. Tato výjimka se však nevztahuje na práce spojené s expozicí látkám uvedeným v písmenech f), g) a h) odst. 1 citovaného § 6, jako jsou např. karcinogeny a mutageny, azbest nebo přesně vymezené chemické látky a přípravky. 10. Jsi-li mladší 18 let, vztahují se na Tebe omezení týkající se pracovní doby. Nesmíš např. pracovat přesčas nebo v nočních směnách, Tvoje pracovní doba nesmí v jednotlivých dnech překročit 8 hodin a týdenní pracovní doba v souhrnu 40 hodin. Máš také nárok na přestávku v práci nejdéle po 4,5 hodinách nepřetržité práce. Délka přestávek se pro odborný nebo praktický výcvik stanovuje podle charakteru činnosti a s přihlédnutím k základním fyziologickým potřebám žáků. Několik rad závěrem • Neboj se požádat o proškolení nebo pomoc před zahájením práce s novým zařízením či vykonáváním jakékoliv nové práce nebo úkolu. • Neboj se zeptat či požádat o pomoc, když si nejsi jist/a pracovním postupem nebo činností, kterou máš vykonávat. • Bez váhání informuj osobu, která je ředitelem školy pověřená vedením odborného nebo praktického výcviku a dozorem nad žáky o sebemenších rizicích, úrazech či špatném zdravotním stavu Tvém nebo Tvých spolužáků. • Máš-li zdravotní problémy, o kterých se domníváš, že nastaly v souvislosti s odborným nebo praktickým výcvikem, navštiv svého praktického lékaře a seznam jej s tím, jakou práci vykonáváš. • Snaž se o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a zejména o bezpečnostních a zdravotních aspektech práce, kterou vykonáváš, získat více informací, např. u oblastního inspektorátu práce, na krajské hygienické stanici nebo prostřednictvím odkazů a zdrojů informací uvedených na webových stránkách www.bozpinfo.cz nebo http://cz.osha.europa.eu/ nebo jinde na Internetu. Vybrané předpisy týkající se podmínek ochrany zdraví žáků • Zákony o Zákon č. 561/2004 Sb., o předškolním, základním středním, vyšším odborném a jiném vzdělávání (školský zákon), ve znění pozdějších předpisů o Zákon 262/2006 Sb., zákoník práce, ve znění pozdějších předpisů • Nařízení vlády o Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, ve znění nařízení vlády č. 68/2010 Sb. •Vyhlášky o Vyhláška č. 288/2003 Sb., kterou se stanoví práce a pracoviště, které jsou zakázány těhotným ženám, kojícím ženám, matkám do konce devátého měsíce po porodu a mladistvým, a podmínky, za nichž mohou mladiství výjimečně tyto práce konat z důvodu přípravy na povolaní • Dokumenty resortu školství, mládeže a tělovýchovy o Metodický pokyn k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví dětí, žáků a studentů ve školách a školských zařízeních zřizovaných Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy, č.j. 37 014/2005, Věstník MŠMT sešit 2/2006
Technologie
Stránka 16
2. Materiály pro elektrotechniku 2.1. Vodivé materiály Požadují se u nich co nejmenší ztráty, tj. co nejmenší el. odpor. Elektrický odpor závisí na rozměrech a na teplotě vodiče. Rezistivita elektrovodných materiálů má hodnotu v rozmezí ρ = 10-2 až 10-1 μΩ m Teplotní činitel u většiny čistých kovů je αR = 4.10-3 K-1 při teplotách 0 až 100°C Materiály kovových vodičů Nejdůležitější vlastnosti, které je nutno respektovat při výběru materiálu vodiče v elektrotechnice jsou: 1. velká elektrická a tepelná vodivost, 2. vhodné mechanické a technologické vlastnosti (např. pevnost, tvárnost, odolnost proti opotřebení a korozi, snadná spojovatelnost atd.), 3. ekonomika výroby i použití, která je závislá na ceně a dostupnosti materiálů a technologií, nákladech na údržbu a na spolehlivosti a životnosti zařízení. Tab. 1 Vlastnosti nejlepších vodičů Kov
Rezistivita o
při 20 C ρ (Ωm)
Teplotní součinit el odporu αR
Mez
Teplota
Hustota S
pevnosti Rm
tání Tm
(kg/m3)
(MPa)
(oC)
Ag
1,58.10-8
4,10.10-3
180
960
10490
Cu
1,72. 10-8
8,93. 10-3
220
1083
8960
Au
2,12. 10-8
3,98. 10-3
240
1064
19300
Al
2,63. 10-8
4,26. 10-3
80
660
2700
Měď a hliník Tyto dva kovy, jejich slitiny i kompozity jsou v elektrotechnice nejpoužívanější. V posledních letech se jejich roční světová spotřeba ustálila na 4.106 tun Cu, což je 50 % celkové produkce a 1,5.106 tun Al, které tvoří 10 % produkce Al.
Technologie
Stránka 17
Měď Je to kov růžově hnědý (načervenalý), poměrně těžký, dobře tvárný. Dobře se svařuje a pájí. Je poměrně dobře odolný proti korozi. Má dobrou elektrickou i tepelnou vodivost. Vodivostje ovlivněna obsahem příměsí a mechanickým zpracováním. Tvářením za studena rezistivitaměděných vodičů roste v důsledku vzniku velkého množství poruch v mřížce. Původnístrukturu lze po tváření obnovit žíháním. Pro posouzení vodivosti mědi i ostatních vodičů byl zaveden mezinárodní standard IACS (International Annealed Copper Standard), kterémuodpovídá ρ = 1,7241.10-8 Ω m nebo σ = 58.106 S/m. Čistá elektrovodná měď se dodává s obsahem 99,85 až 99,97 % Cu a s odpovídající vodivostí 96,5 až 100 % IACS. Podle mechanického zpracování je ve formě měkké, polotvrdé a tvrdé. a) měkká – pevnost do 300 MPa, (je dobře ohebná, el. vodiče, kabely, vinutí strojů) b) polotvrdá - 300 ÷ 360 MPa (je ještě tvárná, venkovní vodiče, profilové vodiče mech. namáhané) c) tvrdá - 360 ÷ 400 MPa, (má značnou pevnost a pružnost, venkovní vedení VN a silně namáhané konstrukční části el. přístrojů, komutátory,svorky apod.). Zpracovává se hlavně tvářením, obtížněji se obrábí (maže se), špatně zatéká při odlévání. Lze ji svařovat i pájet na měkko i na tvrdo. Při ohřátí na 150°C na povrchu vzniká červená vrstva.
Měďené kontakty Slitiny mědi Mají významné místo v elektrotechnickém průmyslu, kde se kromě výborné elektrické vodivosti uplatňují i dobré mechanické vlastnosti, vysoká tepelná vodivost, odolnost proti korozi a dobrá technologická zpracovatelnost. Pro konstrukční účely se využívají zejména slitiny mosaz a bronz. Pevnost technicky čisté mědi je asi 300 MPa. Mosaz je slitina mědi se zinkem, příp. s dalšími prvky. Na strukturu a vlastnosti má rozhodující vliv chemické složení. Podle obsahu zinku rozeznáváme několik typů slitin, které se vlastnostmi i zbarvením značně liší. Slitiny do 38% Zn jsou měkké, dobře tvárné za studena, červené až sytě žluté a používají se pro tažení a lisování plechových součástí. Slitiny se 46÷50% Zn jsou křehké, méně pevné a mají světlejší zabarvení, jejich výhodou je cena díky nižšímu obsahu deficitní mědi. Mosazi s více než 80% Zn se nazývají tombaky. Pevnostmosazí je závislá na chemickém složení a zpracování a pohybuje se od 300 do 700 MPa.
Technologie
Stránka 18
Použití mosazí je velmi rozsáhlé od výroby trubic, sít, manometrů, objímek žárovek, hudebních nástrojů, chladičů až po bižuterii. Bronzy jsou slitiny mědi s cínem, příp. s hliníkem, manganem, niklem, beryliem, olovem a podle toho se nazývají cínové, hliníkové atd. Bronzy cínové jsou nejznámější a nejrozšířenější. Do 9% Sn jsou tvárné, s vyšším obsahem do 20% Sn je lze pouze odlévat. Barva slitiny s přísadou cínu nad 5% přechází do zlatova až bíla. Již malé přísady cínu majíznačný vliv na mechanické vlastnosti a deformačním zpevněním lze dosáhnout pevnost až800 MPa. Význačnou vlastností je dobrá odolnost proti korozi a malý součinitel tření. Světový nedostatek cínu však použití omezuje. Bronzy hliníkové jsou slitiny mědi s hliníkem (do 10% Al). Vynikají velkou pevností a tvrdostí. Lze je za tepla tvářet. Velmi dobřeodolávají kyselinám a jiným agresivním prostředím i za vyšších teplot. Bronzy beryliové (asi2% Be) dosahují po tváření a tepelném zpracování pevnosti až 1200 MPa a vyznačují sevelkou odolností proti chemickým účinkům. Typické použití je na vysoce namáhané pružiny. Příklady používaných slitin: Mosaz – Cu (60%) + Zn, kov žluté barvy.Větší mechanická pevnost, levnější, tažná, zpracování lisováním, snadné sváření. Mosazi ke tváření (58 – 96% Cu), k odlévání (58 – 63%) Cu, označené Ms 80, Ms 85, Ms 90. S větším obsahem Cu než 80 % se nazývá tombak. Mosazi niklové – alpaka, pakfonk, nové stříbro, konstantan a nikelin mají světlou barvu. Mosazi cínové odolné proti korozi pro výrobu pružin. Ms 54 (750 °C) – tvrdá pájka na pájení mědi, bronzu, mosazi a oceli. Ms 63 objímky žárovek, špičky ovíjených spojů. Bronzy Cu, Sn, Al, Si, Be apod. Dobrá elektrická vodivost, velká mechanická pevnost, velká tvrdost a odolnost proti korozi. Bronzy k tváření a pro slévárenské účely. Cínový bronz na sběrací kroužky motorů. Přidáním Zn + Pb do cínových bronzů vznikají červené bronzy s lepší slévatelností. Fosforový bronz se používá k výrobě pružin (relé, el. měřicí přístroje) Hliníkové bronzy Cu + Zn + Al do 10% mají nejmenší hustotu, jsou odolné proti korozi. Křemíkové bronzy Si do 5 % mají velkou pevnost a odolnost proti korozi – pro silně namáhané pružiny přístrojů Beryliové bronzy Be do 2,5%. Pevností a pružností se vyrovnají oceli – pružiny a péra. Hliník Je to stříbrobílý kov s velmi dobrou tvárností za tepla i za studena. Proti Cu má menší hustotu a nižší pevnost. Na vzduchu se velmi rychle pokrývá tenkou (nm), tvrdou nevodivou a chemic- chemicky stálou vrstvou Al2O3. Kontaktní vlastnosti jsou, díky izolujícímu oxidu, horší než u Cu. Vrstva Al2O3 se často využívá jako korozně odolná povrchová ochrana. Také pájitelnost a svařitelnost hliníku je horší než u mědi. Nízký bod tání způsobuje zvýšenou tendenci k tečení hliníkových vodičů za studena, což opět zhoršuje kontaktní vlastnosti. Je nutné pravidelné dotahování svorek Podobně jako elektrovodná měď se hliník dodává ve formě měkké, polotvrdé a tvrdé s odpovídajícími hodnotami rezistivity 166 až 182% IACS, přičemž mez pevnosti stoupne ze 70 na 180 MPa. Hliník dělíme na: - měkký (70 ÷ 90 MPa) - polotvrdý (100 ÷ 130 MPa) - tvrdý (150 ÷ 180 MPa)
Technologie
Stránka 19
Elektrovodný hliník Al (91,55%) – výroba elektrolyticky (čistota 99,99%) a pásmovým tavením (čistota až 99,9999%). υ = 659°C . Je paramagnetický. V porovnání s Cu je dostupnější, lehčí, odolnější proti korozi. Umožňuje anodickou oxidaci (eloxování), tepelně odolná vrstva je velmi tvrdá. Menší elektrickou vodivost a horší mechanické vlastnosti. Sváření v ochranné atmosféře nebo při použití zvláštního tavidla, plamenem, elektrickým obloukem wolframovou elektrodou v argonu, odporovým ohřevem nebo tlakem za studena. Al lze pájet měkkou (páj. prostředek) i tvrdou pájkou popř. s použitím ultrazvuku. Při obrábění se maže. Na vzduchu rychle oxiduje, oxid je nevodivý. Pozor na spoje Cu + Al (cupalové, příp. pozinkované spojky). Nejbližší naleziště suroviny pro výrobu hliníkubauxitu je v Maďarsku. Vliv tváření se dá odstranit žíháním při teplotách 220 až 350oC. Slitiny hliníku se používajípro vyšší teploty či větší mechanická namáhání. Jako přídavné prvky se nejčastěji používají Si a Mg. Dispersně se zpevňuje hliník drobnými zrny oxidů SiO2 + MgO, které opět nejsourozpustné v kovové matrici a většinou vzniknou vhodným tepelným zpracováním. Příklademmůže být kov obsahující 0,5% MgO + 5% SiO2 + 3% Fe + Al s pevností až 350 MPa a s rezistivitou ρ = 3,12.10-8 Ω m, používaný na venkovní vn a nn vedení a slitina 0,9% MgO +3% SiO2 + 7,5% Fe + Al, která má zvýšenou odolnost proti tečení a používá se pro vinutívelkých točivých strojů. Pro vysokonapěťové nadzemní vodiče se používají kompozitnímateriály Al-Fe nebo slitina (0,5% MgO + 5% Si + Al-Fe) pro lana spojujících pevnostocelového jádra s dobrou vodivostí a nízkou hmotností hliníku. Hliník je důležitý materiál pro vytváření expandovaných kontaktů a metalizace integrovaných obvodů (IO) na bázi křemíku. V elektrotechnice si v aplikacích udržuje klíčové postavení měď, přestože její náhrada lacinějším hliníkem probíhá již od padesátých let minulého století. Použití: Lana venkovních vedení Al + Fe, vodiče, jádra silových kabelů, vinutí velkýchtransformátorů a velkých točivých strojů, klecová vinutí motorů. Al folie pro kondenzátory, tenkovrstvé struktury IO, vodivé cesty, cívky vysokotónových reproduktorů apod. Slitiny hliníku Hliník se vyznačuje malou hustotou a je řazen mezi lehké kovy. Mechanické vlastnosti jsou silně závislé na čistotě a chemickém složení a velmi výrazně je lze ovlivnit technologií i
zpracováním. Pevnost technicky čistého hliníku je asi 70 MPa, u slitin tepelně zpracovaných však dosahuje až 400 MPa i více. Nepříjemnou vlastností technicky čistého hliníku je sklon k tečení a k relaxaci i za teplot okolo 300ºK. Tvářením za studena lze hliník deformačně zpevnit. Rekrystalizační teplota je 340 až 380ºC. Odolnost proti povětrnostním vlivům je dobrá, neboť atmosférickou korozí vzniká na povrchu pevně lpící oxidická vrstva Al2O3, která brání další oxidaci. Poměrně dobře odolává hliník kyselinám, silněji je napadán kyselinou solnou. Špatně odolává alkalickým roztokům. Díky nízkému elektrochemickému potencionálu je velmi nebezpečná elektrochemická koroze při kontaktu s jiným kovem, zejména s mědí. Zvýšení odolnosti proti korozi lze dosáhnout eloxováním (anodická oxidace), což má za následek vytvoření oxidické vrstvy větší tloušťky. Na eloxovaném povrchu dobře lpí ochranné nátěry. Pro konstrukční účely se používají téměř výhradně slitiny hliníku. Nejvýznamnější vytvrditelnou slitinou hliníku je duralumin (dural), která obsahuje asi 4% Cu a příp. další příměsi (Mg, Mn). Duralumin je tvárný za tepla i za studena. Ve vytvrzeném stavu dosahuje pevnosti přes400 MPa. Nejvyšší pevnosti dosahuje slitina hliníku se 6% Zn (dále Mg, Cu, Mn), a sice asi580 MPa. Slévárenské slitiny hliníku jsou převážně legovány křemíkem a nejznámější je silumin, kterýobsahuje asi 12% Si. Pevnost je asi 200 MPa. Slitina je křehká a nelze ji zpracovat tvářením. Dalšími přísadami Mn, Mg, Cu lze vlastnosti příznivě ovlivnit. Díky dobrým slévárenským vlastnostem se slitiny používají na složité a tenkostěnné odlitky, např. součásti motorových vozidel a elektrotechnických přístrojů.
Technologie
Stránka 20
Další používané slitiny: Dularumin (4 % Cu, 0,6% Mg, 0,6% Mo) – pevnost v tahu 180 ÷ 410 MPa Superdural – pevnost až 580 MPa Silumin – pro odlévání skříní elektrických strojů, kryty kabelových spojek apod. Lehké kovy používané v elektrotechnice: Hořčík Mg Je na vzduchu snadno zápalný, lesklý, málo pevný a málo tvárný. Materiál nazvaný elektron Mg + 3 až 10% Al se používá disky kol pro sportovní auta. Berylium je šedý kov, má vynikající mech. vlastnosti, zejména při vysokých teplotách (beryliová bronz). Kovy s nízkou teplotou tání (do 420°C) Rtuť – Hg Stříbřitě světlý kov, lesklý. Rtuť i její páry jsou jedovaté. Teploměry (i se zatavenými kontakty), výbojky, galvanické články, kapalné kontakty, dříve iusměrňovače. S některými kovy tvoří amalgamy. Galium Ga Kov namodralé barvy. Používá se k dotování germania. AsGa je významný polovodičový materiál proVF. Indium In Stříbřitě lesklý kov používaný v polovodičové elektronice. AnIn pro Hallovy sondy. Cín Sn modifikace α (šedý prášek) a β (běžně používaná) Pocínování Cu a Fe plechů, folií a drátů. Je to supravodivý materiál. Cínový bronz a měkké pájky. Je to kov světle šedé barvy, odolný proti korozi. Používá se pro pocínování Cu a Fe plechů v potravinářství (není jedovatý), jako povrchová ochrana, folie na balení potravin staniol), slitiny a pájky. Olovo Pb Měkký kov modrošedé barvy, má malou pevnost. Dříve ochranné pláště silových kabelů před vlhkostí, dnes hlavně pájky, Pb pohlcuje rentg. záření (stínění). Je to supravodič. Pb i jeho sloučeniny jsou jedovaté. Vizmut Bi Křehký kov světlošedé barvy. V magnetickém poli se zvětšuje jeho rezistivita. Použití: snadno tavitelné pájky a magnetorezistory. Antimon An Křehký kov stříbřitě světlé barvy. Používá se k dotování germania.
Technologie
Stránka 21
Zinek – Zn Je to kov světle namodralý, lesklý, lze jej pájet. Používá se na elektrolytické pozinkováníoceli, na elektrody galvanických článků, na výrobu slitin – mosazi a tvrdých pájek. Kadmium – Cd Je měkký, stříbřitě bílý kov. Vlastnostmi se podobá zinku. Je jedovatý. Elektrody NiCd akumulátorů, elektrolytické kadmiování ocelových součástek, přísada dopájek pro pájení Ag povlaků keramických kondenzátorů a piezorezonátorů. Kovy se střední teplotou tání (1453 ÷ 1534°C): Nikl - Ni Kov světlešedé barvy, lesklý, poměrně těžký a dobře tvárný. Je feromagnetický. Odolný protiatmosférickým vlivům. Má velký koeficient magnetostrikce. Použití na díly vakuové techniky, slitiny magnetické, odporové, termoelektrické a jakopovrchová ochrana kovů. Kobalt – Co Kov bílé barvy, feromagnetický, pro magnetické slitiny s Fe, rychlořezné a žáruvzdorné oceli. Kovy těžko tavitelné (1668 ÷ 3400°C): Wolfram – W Kov ocelově šedé barvy, s nejvyšší teplotou tání, vysokou pevností v tahu. Slitiny s Fe, karbidové slitiny. Wolframové drátky (žhavicí vlákna, žárovky), tepelně namáhané součástivysílacích elektronek a silně tepelně namáhané kontakty. Molybden – Mo Kov světlešedé barvy. Držáky vláken v žárovkách, anody vysílacích elektronek. Molybdenové folie se používají jako nepřímé masky při výrobě tenkovrstvých IO při velkých výrobních seriích. Tantal – Ta Vrstvy tenkovrstvých rezistorů, Ta – elektrolytické kondenzátory, tantalový prach tvoří anodua oxid Ta dielektrikum. Niob – Nb Drahý kov světlešedé barvy, supravodivý. Oxid niobu tvoří dielektrikum některých elektrolytických kondenzátorů. Titan – Ti Kov světlešedé barvy s malou el. i tepelnou vodivostí, s dobrými mechanickými vlastnostmi a vysokou odolností proti korozi. Je supravodivý. Používá se ve vakuové elektrotechnice jako přísada do různých slitin a poslední době našel uplatnění při výrobě silně namáhaných součástek při vyšších teplotách.
Technologie
Stránka 22
Zirkon – Zr Je světlý kov, odolává korozi. Používá se ve vakuové technice jako příměs do slitin. Slouží jako getr ve vakuových součástkách. Ušlechtilé kovy Zlato – Au Žlutý, lesklý kov. Používá se v mikroelektronice pro vysokou odolnost proti normálnímu iagresivnímu prostředí. Netvoří se ani oxidační ani sulfidové povlaky. Je dobře slévatelné, mimořádně tvárné a tažné (válcování, tažení) a lze je spojovat tlakem a svářením. Kontakty, tenké propojovací vodiče v IO (drátky o Ф 17 nebo 25 μm), folie o tloušťce až 1 μm, galvanické vytváření ochranných a kontaktních ploch.
Naleziště zlata v Africe
Stříbro – Ag Kov světlešedé barvy – má největší el. vodivost. Lze vyrobit folie tenké až 5 μm a drátkyo Ф 20 μm. Na vzduchu neoxiduje, působením síry však černá. Elektrody keramických kondenzátorů tvoří vpálená vrstva stříbrného laku. Součásti pro VF techniku se elektrolyticky stříbří. Kontakty pro NN se vyrábějí za slitin Ag, tvrdá pájka, tlustovrstvé vodivé a odporové dráhy se vyrábějí z past na bázi Ag + Pd, Ag + Pt, tantalové kondenzátory. Kovy platinové skupiny: Platina – Pt Patří mezi nejtěžší kovy s velmi dobrou odolností proti atmosférickým i chemicky agresivnímvlivům. Použití pro napěťově i proudově namáhané kontakty v náročnějších podmínkách a katalytické spalování.. Paladium – Pd Podobá se Pt, je však dostupnější a levnější. Používá se pro kontakty a jako tvrdá pájka. Iridium Ir a osmium – Os Mají největší hustotu z kovů, tvrdost a vysokou odolnost proti korozi – slitiny pro vysocenamáhané kontakty.
Technologie
Stránka 23
Rhodium – Rh a Ruthenium – Ru Použití pro kontaktní slitiny a Rh pro galvanické povlaky částí kontaktů vystavených povětrnostním a chemickým vlivům. Alkalické zeminy Baryum – Ba, stroncium – Sr, vápník - Ca Snadno oxidují, musejí být pokryté ochrannou vrstvou. Použití na oxidové katody vakuových elektronek. Baryum slouží jako getr pro zlepšování vakua. Alkalické kovy Mají malou výstupní práci, proto se používají na oxidové katody. Snadno se chemicky slučují. Lithium – Li Má nejmenší hustotu, z kovů je nejměkčí. Použití na slitiny, galvanické články s dlouhou životností. Je to jedovatá látka. Sodík – Na a draslík – K Použití: fotokatody, sodíkové páry jsou využity ve výbojkách. Cesium – Cs a rubidium - Rb Jsou měkké a tvárné jako vosk. Používaly se na fotokatody elektronek a fotonek. Materiály vodivých vrstev Vodivé vrstvy jsou důležitou součástí integrovaných obvodů. Samozřejmý požadavek navysokou vodivost je u nich doplněn požadavkem na dobrou adhezi k podložce i k dalšímvrstvám a na odolnost proti elektromigraci a korozi. Tenké vrstvy (do stovek nm) jsouvětšinou z čistých kovů a nanášejí se odpařením a kondenzací ve vakuu, nebo katodovýmnaprášením. Pro tenké vrstvy se jako podklad používají reaktivní kovy Cr, NiCr, Ti, Al s dobrou adhezí k podložce a překryjí se kovem s vysokou vodivostí a dobroukorozevzdorností (Au, Ni, Pd). Tlusté vrstvy, aplikované převážně v technologii hybridníchintegrovaných obvodů (desítky μm), se nanášejí v pastách ze směsi kovových a skleněnýchčástic a organického nosiče za použití sítotiskových technologických postupů a po nanesení sevypalují. Podložkou bývá korund (Al2O3), sklo tvoří spoj vrstvy s podložkou. Přenos prouduve vrstvách se děje průchodem přes kontakty kovových částic a dobrá vodivost je podmíněnaobsahem nejméně 60 až 70% kovu. Používá se slitin drahých kovů Ag-Pd, AgPt, Pt-Au. Zlato a stříbro zajišťují dobrou vodivost, Pt a Pd brání elektromigraci. Levnější pasty jsou vyráběny na bázi Cu, Al, Ni, a Mo-W. Obdobnými sítotiskovými postupy se nanášejí standardní pájky (PbSn) ve formě pájecích past na pájecí body plošných spojů. Prostřednictvím osazovacích automatů jsou na tyto body osazovány součástky pro montáž SMD a následně zapájeny.
Technologie
Stránka 24
Materiály na bázi uhlíku a jeho kompozity Do této skupiny řadíme elektrotechnický uhlík, vodivé plasty a kompozity typu grafit-kov, plast-kov a plast-grafit. Elektrotechnický uhlík Je nejznámější a nejdéle používaný. Uhlík se v přírodě vyskytuje jako krystalický aneboamorfní. Krystalický uhlík s koordinačním číslem 4 má diamantovou mřížku, atomy jsou vázány silnou kovalentní vazbou, je tvrdý, průsvitný a nevodivý. Struktura grafitu s koordinačním číslem 3 je vrstevnatá. Ve vrstvách je trojnásobná koordinace atomů uhlíku daná hybridizací. Atomy vázané kovalentně jsou umístěny v rozích pravidelných šestiúhelníků tvořících vrstvy. Vrstvy jsou k sobě poutány slabými vazebními silami druhého řádu. Tím jsou dány i mechanické vlastnosti, malá pevnost a štípatelnost ve směru vrstev. Čtvrtý valenční elektron se může snadno pohybovat v rovině vrstvy a chová se podobně jakovolné elektrony v kovech. Tím se vysvětluje dobrá tepelná i elektrická vodivost grafitu a jeho neprůsvitnost. Velikost rezistivity a záporný teplotní součinitel odporu řadí grafit na hranici mezi vodiči a polovodiči (ρ = 10-5 Ω m, α = -10-3 K-1). Amorfní uhlík Připravuje se pyrolýzou organických látek, má strukturu s různým stupněm uspořádanosti avelmi složitým prostorovým umístěním základních stavebních jednotek o rozměrech nm. Fyzikální a mechanické vlastnosti jsou podobné grafitu. Zvláštním rysem grafitu je, že senetaví, jeho oxid je plyn, a tím jsou jeho povrchové vlastnosti stálé. Pro elektrotechniku sepoužívá různě technologicky a tepelně zpracovaný uhlík. Podle stupně krystalinity a obsahunečistot se jeho rezistivita mění od 10-5 do 10-4 Ω m. Technologií přípravy ovlivňujeme i jeho tvrdost a koeficient tření. Velké množství elektrotechnického uhlíku se používá pro kartáčeelektrických strojů, které přivádějí proud k rotujícím částem. Je nutné, aby kromě vodivosti měly i žádanou tvrdost, pevnost, životnost a malý součinitel tření. Někdy se používákompozitů grafit-kov. Jsou vyráběny ze směsi práškového grafitu a prášku kovů, hlavně stříbra a mědi. Jejich rezistivita leží mezi 3.10-6 až 10-8 Ω m. Uhlíkové elektrody se dále používají pro obloukové pece, oblouková svítidla, elektrolýzu, galvanické články a pro svařování. Z grafitového prášku se vyrábějí vrstvové rezistory proslaboproudou elektrotechniku nebo hmotové rezistory ve tvaru hranolů, válců a desek, hodící se pro elektrické vytápění. Polymerní kompozity Skládají se z polymerní matrice a plnidel na bázi kovových prášků nebo sazí ve formě grafitu. Obsahem plnidla v matrici lze ovlivňovat hlavně rezistivitu kompozitu, která se měnív širokém rozsahu. Pod perkolačním prahem (perkolační práh je stav náhlého sníženírezistivity se vzrůstajícím obsahem C) se rezistivita kompozitu blíží rezistivitě matrice (1012až 1016 Ω m). S rostoucím obsahem grafitu se vytvářejí podél makromolekulárních řetězců polymerní matrice vodivé řetízky zprostředkující transport náboje. Nad perkolačním prahem má kompozit rezistivitu 100 až 102 Ω m. Při ohřevu těchto materiálů dochází v důsledku tepelné roztažnosti matrice k přerušení vodivých řetězců a razantnímu nárůstu rezistivity, tento proces je reverzibilní, po ochlazení se opět vytvoří vodivá síť. Polymerní kompozity na bázi grafitu se používají pro výrobu kontaktů, ohebných elektrických vodičů, antistatických podlah, stínících krytů přístrojů, topných těles apod.
Technologie
Stránka 25
Materiály odporové Používají se kovy, nekovy i jejich kompozity. Všeobecné požadavky na jejich vlastnosti jsou: 1. Velká rezistivita, malý teplotní součinitel odporu, stabilita odporu při provozu, malétermoelektrické napětí vůči mědi (v měřící technice). Dobrá spojovatelnost a dobrékontaktní vlastnosti. 2. Velká pevnost a odolnost proti tečení, korozi a oxidaci za vyšších teplot (pro topnéúčely). Z kovových materiálů jsou nejvhodnější slitiny, které mají proti čistým kovůmnižší teplotní součinitel odporu. Čisté kovy se používají ve speciálních případech, např. pro vysoké teploty. Podle rezistivity je můžeme dělit na nízkoodporové a vysokoodporové. Rezistivita odporových materiálů bývá zpravidla v rozmezíρ = (0,02 až 2) μΩ m teplotní činitel odporu αR = (10-6 až 10-4) K-1 v rozmezí teplot 0 až 100°C Nízkoodporové kovové slitiny Jsou to slitiny Cu s Ni a Mn. Nejznámější jsou slitiny konstantan, nikelin a manganin. Konstantan se používá pro výrobu drátových rezistorů do 500 o C. Snadno se pokrývá izolační vrstvou oxidů, takže se z něho dají přímo navíjet rezistory bez další izolace. Nevýhodou je velké termoelektrické napětí při kontaktu s Ag, Cu a Fe. Nikelin se používá pro výrobu rezistorů do 400 o C. Nejužívanější je manganin s nejmenším αR s malým termoelektrickým napětím vůči Cu. Používá se do měřících přístrojů, odporových normálů a přesných rezistorů. Dobře se zpracovává na tenké drátky nebo pásky. Vysokoodporové kovové slitiny Používají se pro výrobu topných odporů do elektrických pecí a jiných elektrotepelných zařízení. O jejich složení rozhoduje odolnost proti oxidaci a stabilita vlastností za vysokýchteplot. Z cenového důvodu se používají slitiny Fe, do kterých se přidávají Cr, Ni a Al. Chroma hliník se při oxidaci pokrývají tenkou stabilní vrstvou Cr2O3 ,respektive Al2 O3 , která brání oxidaci do hloubky. Pro nejvyšší teploty se užívajíkovy s vysokým bodem tání jako wolfram, molybden, tantal a niob ve formě drátků a pásků. Tyto čisté kovy však snadno oxidují, proto musí pracovat v ochranné atmosféře (Ar, H, N ) nebo ve vakuu (10-1 Pa). Bez ochranné atmosféry se dá použít jen platina. Nekovové odporové materiály Používají se v přístrojové i elektrotepelné technice. Pro vysoké teploty se jako topná tělesa využívají hmotové odporníky lisované z prášků uhlíkových, karbidických (SiC) nebo oxidických. Někdy se kombinují kovové prášky s nevodivými oxidy. Tyto látky mají větší tepelnou stabilitu než kovy, u kterých vysoké provozní teploty snižují životnost (oxidace, tečení). Na rozdíl od kovů jsou křehké, neodolávají rázům a ohybovému namáhání. Odporové vrstvy Využívají se při výrobě diskretních součástek a integrovaných obvodů. Technologie jejichpřípravy je stejná jako u vodivých vrstev. Tenkovrstvé rezistory pro integrované obvody sevyrábějí z čistých kovů i ze slitin (Cr, NiCr, Ta, Ti, Mo, W), u kterých požadujeme dobroupřilnavost k substrátu a odolnost proti elektromigraci. Charakteristický je vzrůst rezistivitymateriálu ve vrstvě na 100 až 1000 násobek objemové rezistivity v závislosti na technologiji.
Technologie
Stránka 26
2.2. Elektroizolační materiály – dielektrika a izolanty Charakteristické vlastnosti izolantů (vedle mechanických vlastností): Elektrická rezistivita - ρ (_m) nebo konduktivita – σ (S/m) Poměrná permitivita - εr Činitel dielektrických ztrát - tg δ (v závislosti na kmitočtu), ztráty mohou narůstat při určitých frekvencích následkem materiálových rezonancí Elektrická pevnost - Ep (V/m) Elektrický průraz vzniká nárazovou ionizací atomů izolantu. Ionizaci způsobují elektrony uvolněné z řádných vazeb působením značné síly E. Tepelný průraz vzniká jako následek zuhelnatění materiálu vysokou teplotou vlivem vysokých ztrát. Vnitřní a povrchová rezistivita Elektrickou vodivost způsobují volně pohyblivé ionty příměsí a nečistot, u izolantů s iontovou vazbou také ionty uvolněné z krystalové mřížky. Vnitřní rezistivita izolantů může být v rozmezí: ρ = 107 až 1019 μΩ m Měrné teplo (tepelná kapacita) Odolnost za tepla - vyšší teplota vede ke zhoršení elektrických vlastností a rychlejšímu stárnutí izolantů. Norma rozeznává 7 teplotních tříd Do teploty 90, 105, 120, 130, 155, 180, >180°C. Označené Y A E B F H C Navlhavost a nasákavost - nejvíce navlhají pórovité a vláknité izolanty, zejména organické. Viskozita (pro oleje a laky) Izolační materiály můžeme dělit podle několika hledisek: Podle skupenství: - pevné - přírodní organické makromolekulární látky - anorganické látky - syntetické makromolekulární látky - kapalné (oleje, laky) - plynné (vzduch, vzácné plyny) Podle původu: - anorganické (slída, sklo, azbest, keramika) - organické – rostlinné - živočišné - syntetické - termoplasty - reaktoplasty - fenoplasty - aminoplasty - epoxidy - elastomery
Technologie
Stránka 27
Elektrickou vodivost izolantů způsobují především volně pohyblivé ionty příměsí a nečistot. U izolantů s iontovou vazbou též ionty uvolněné z vlastní krystalové mřížky. Elektrony se podílejí na vodivosti teprve v silném el. poli, nebo při vysokých teplotách. Vnější el. pole působící na dielektrikum způsobuje pohyb volných nosičů el. náboje, který nazýváme el. vodivostí dielektrika a dále posun vázaných nosičů el. náboje označovaný termínem polarizace. Pohybem nábojů z důvodu polarizace vzniká tzv. posuvný proud. Z hlediska polarizovatelnosti dělíme izolanty na: - nepolární - polární U některých izolantů se těžiště kladného a záporného náboje shoduje, takže navenek se jevíjako neutrální. Takové látky nazýváme nepolární. U jiných jsou náboje umístěny nesymetricky, takže vytvářejí elektrické domény orientované různým náhodným směrem, takže jsou navenek rovněž neutrální, ale lze je elektrickým polem orientovat. Ty pak nazýváme polárními. V elektrickém poli vzniká polarizace. Polarizace může být: - pružná (elektronová nebo iontová), která probíhá rychle beze ztrát, - relaxační (pomalá) - speciální (spontání u feroelektrik) - rezonanční Relativní permitivita může nabývat hodnoty 1 až 106. Komplexní permitivita má i imaginární složku, která vyjadřuje tepelné ztráty. Vyjadřujeme je ztrátovým úhlem δ, nebo činitelem ztrát tg δ, který nabývá hodnoty 10-5 až 10-1 . Permitivita materiálu je závislá na teplotě, na frekvenci a na intenzitě el. pole (zejména u feroelektrik). Na frekvenci může nabývat i několik hodnot. Při frekvencích, při kterých dochází ke změně hodnoty, vždy vzrostou přechodně ztráty. Ztráty můžeme rozdělit na: - vodivostní - polarizační - ionizační Izolační materiály dělíme podle využití na: - feroelektrika (kondenzátory) - piezoelektrika (rezonátory, pískátka a sirény) - elektretové (mikrofony)
Technologie
Stránka 28
Tuhá dielektrika - organické látky přírodní Organické látky jsou sloučeniny uhlíku, vodíku, kyslíku a v menším množství i dalších prvků. Mohou to být látky nízkomolekulární nebo vysokomolekulární (polymery). Ve většině případů jsou jejich mechanické vlastnosti značně závislé na teplotě a kromě pevných polymerních sítí s rostoucí teplotou postupně měknou (snižují svoji viskozitu). Ze zbytků po destilaci ropy se připravují vosky parafin a ceresin. Jsou to směsi nasycených uhlovodíků s poměrně nízkou teplotou tání. Reletivní permitivita je přibližně εr = 2,2 ÷ 2,3, tg δ = (3 ÷ 10). 10-4 při 15°C a 1 kHz. Elektrická pevnost je větší než 20 kV/mm. Vyznačují se malou navlhavostí. Podobné vlastnosti mají i bitumeny, rovněž získávané z ropy. Zpracovávají se také rostlinné a živočišné vosky (včelí). Použití je hlavně jalo zalévací hmota sdělovacích transformárorů, slaboproudých kondenzátorů aj. nebo jako napouštěcího přípravku a přísady do jiných hmot. Přírodní pryskyřice jsou živočišného nebo rostlinného původu. Jsou to šelak, kalafuna, kopál a jantar. Jsou mírně polární (εr = 2,5 ÷ 3) s vysokou rezistivitou (1012 ÷ 1015 Ω m) a používají se především jako přísady do elektroizolačních laků a napouštěcích hmot. Výjimku tvoří jantar, který má největší rezistivitu ze všech izolantů vůbec. Jeho elektrická pevnost je asi 200kV/mm. Používá se pro izolace velmi citlivých přístrojů. Z důvodu nízké ceny jsou značně rozšířené izolanty, jejichž základem je celulosa. Jedná se především o papírové a textilní izolace. Celulosa je poměrně silně polární látka s εr = 6,5 ÷ 7 a tgδ = 0,005 ÷ 0,01. V důsledku své polárnosti snadno navlhá a podstatně mění svoje elektrické vlastnosti. Různým technologickým zpracováním a přísadami lze získat různé druhy papíru (kondenzátorový, kabelový aj.). Pro zlepšení elektrických vlastností papíru je nutno jej impregnovat olejem nebo lakovat. Lakovaný papír má Ep = 35 ÷ 60 kV/mm a rezistivitu 1010 Ω m. V kombinaci s reaktoplasty se používá k lisování izolačních desek, trubek apod. Je-li impregnován olejem nebo olejovým kompaundem slouží jako nenahraditelná izolace kabelů VVN. Celulosa se v elektroizolační technice uplatňuje také jako složka do izolačních laků a v textilních izolantech. Významným přírodním izolantem je pryž. Základní surovinou je přírodní kaučuk (polyizopren), který má výrazné viskoelastické vlastnosti a je možné ho použít pro výrobu laků. Větší význam má vulkanizovaný kaučuk, pryž. Síťování se provádí většinou sírou při současném vmíchání různých práškových plnidel (např. sazí). Je to látka polární (síra polárnost zvyšuje), a proto má poměrně vysokou permitivitu i ztráty. Je však nenavlhavá a proto se dobře uplatňuje ve vlhkém prostředí. Nesnáší však vyšší teploty a poměrně rychle stárne. Používá se hlavně při výrobě kabelů. Organické látky syntetické. Syntetické organické látky jsou většinou makromolekulární hmoty, jejichž molekuly mohou mít relativní molekulovou hmotnost stovky, tisíce i více. Z hlediska jejich zpracovatelských vlastností je užitečné rozdělit je na elastomery, termoplasty a reaktoplasty. Elastomery jsou látky elastické (pružné) a jsou tvořeny sítí, ve které jsou polymerní řetězce navzájem propojeny do trojrozměrné prostorové struktury. V elektrotechnice se uplatňují tzv. syntetické kaučuky, podle výchozích surovin butadienový, izoprénový, chloroprénový, polyuretanový, fluorokarbonový, silikonový, butadien-styrénový aj. Jejich vlastnosti se příliš neliší od přírodní pryže. U většiny z nich je vyšší maximální provozní teplota, ale vlivem zvýšené polárnosti většinou i permitivita a ztráty. Elektrická pevnost je jen o málo menší podobně jako rezistivita. Používají se hlavně při výrobě kabelů. Termoplasty jsou makromolekulární látky, které se působením tepla stávají tvárné, plastické. U polystyrenu a polyvinilchloridu při této teplotě dojde k výraznému vzrůstu permitivity a ztráty vykazují maximum. Technologie
Stránka 29
U nepolárních termoplastů (polyetylén, polytetrafluoretylén) jsou elektrické veličiny na teplotě a kmitočtu prakticky nezávislé. Pro své vynikající elektroizolační vlastnosti jako vysokou elektrickou pevnost, nízké ztráty, malou navlhavost nalezly termoplasty široké uplatnění v kabelářském průmyslu, ve výrobě elektroinstalačních materiálů apod. Snadno se mechanicky opracovávají, při vyšších teplotách se lisují a vstřikují do forem nebo vytlačují. Reaktoplasty jsou makromolekulární látky, které se naopak teplem vytvrzují, stávají senerozpustnými a netavitelnými. Příčinou je chemická reakce. Dalším zvyšováním teplotydojde už jen ke zničení polymeru. Nevytvrzené reaktoplasty mají termoplastický charakter aje možno je použít při výrobě laků. Vytvrzené hmoty mají značnou pevnost, ale lze je obrábět. Vytvrzují se ve formách při požadované teplotě a tlaku, např. polyformaldehydové pryskyřice (bakelit). Povrch vytvrzené pryskyřice odpuzuje vodu, rezistivita je 1014 Ω m. Vedle reaktoplastů se používají i pryskyřice tvrditelné při pokojové teplotě přidáním jiné látky -tvrdidla. Volbou tvrdidla je možno měnit vlastnosti vytvrzených hmot. Jou to např. epoxidovénebo polyesterové pryskyřice. Jejich elektrická pevnost je kolem 25 kV/mm, εr = 3,5 ÷ 4 a tg δ = 0,01. Je možné je použít jako elektroizolační laky, lepidla a nejčastěji jako pryskyřicek zalévání. Vyrábějí se z nich různé izolační součásti přístrojů, v kombinaci se skleněnýmivlákny nacházejí použití i jako velmi pevné konstrukční materiály (lamináty). Organické izolanty na bázi přírodních makromolekulárních látek Jsou to dřevo, celulóza, papír a lepenka. Papír byl používán na výrobu kondenzátorů a kabelů. Lepenka obyčejná, lesklá, drážková a transformátorová. Přírodní vlákna (hedvábí, bavlna, juta, len) pro opřádání a oplétání vodičů. Přírodní tkaniny na proklady vinutí. Tkaniny z přírodních i syntetických vláken se impregnují elektroizolačními laky. Dále se používaly izolační tkanice, pásky a trubičky. V dnešní době jsou tyto materiály z velké části nahrazeny plastovými materiály. Anorganické látky (amorfní a polykrystalické) - azbest - slída (polykrystalické) - sklo (amorfní) - keramika křemičitá a oxidová Polykrystalické hmoty jsou složeny z velkého množství krystalů. V přírodě se tak vyskytuje většina minerálních látek. Azbest Pro elektrotechniku se používá chryzolitový a krokydolitový azbest. Je navlhavý. Snáší nejvyšší teplotu 300°C. Je to rakovinotvorná látka. Používá se v podobě provazců, tkanin, papíru, lepenky nebo jako azbestocement nebo azbestopryž. Slída Pro elektrotechniku má velký význam slída, což je kyselý křemičitan hlinitodraselný (muskovit) neboli slída draselná nebo kyselý křemičitan draselnohlinitohořečnatý (flogopit) neboli slída hořečnatá. Jednotlivé krystaly vytvářejí vrstevnatou strukturu, a proto se slída snadno štípe až na tloušťky 0,05 mm. Čistá slída má vynikající elektrické vlastnosti.
Technologie
Stránka 30
Uplatňuje se v ní iontová polarizace (εr = 5 ÷ 7 při 50 Hz). Její vlastnosti se ve směru roviny štěpení a ve směru kolmém liší. Rezistivita je 1013 ÷ 1014 Ω m (muskovit – kolmo) a 106 ÷107 Ω m (muskovit – rovina). Elektrická pevnost slídy je Ep > 100 MV/m, při tloušťce 1 mm je jen 40 ÷ 60 kV/mm, ale podstatně klesá s obsahem vody. Teplotně je nezávislá do 400 ÷450°C a potom klesá. Dielektrické ztráty jsou (1 ÷ 3) 10-4 (muskovit) nebo (10 ÷ 50) 10-4 (flogopit) a jsou výrazně závislé na teplotě a frekvenci. Pro nízké frekvence tgδ s teplotou roste, pro vyšší naopak klesá. Při použití slídy se využívají zejména její izolační a teplovzdorné vlastnosti. Používá se jako dielektrikum v kondenzátorech, jako materiál pro izolační desky (mikanit, mikafolie), pásky, nosiče topných vodičů. Z jemných částic slídy se vyrábí slídový papír, jehož vrstvením s vhodným pojivem se vyrábějí remikanity. Mletá slída s nízkotavitelným sklem jako pojivem se používá k výrobě lisovací izolace (mikalex). Uplatňuje se hlavně ve vysokofrekvenční technice při vyšších teplotách. Je to materiál s výbornými vlastnostmi pro elektrotechniku včetně VF a vakuové techniky. Lze ji použít až do teploty 500°C, při vyšších teplotách se z ní uvolňuje chemicky vázaná voda a rozpadá se (kalcinuje). Rozeznáváme slídu blokovou, kalibrovanou, štípanou nebo mletou. Použitím pojiva se vyrábějí mikanity pro komutátory, pro topidla se používá slída desková nebo svitková (mikafolium a slídová páska). Z odpadu se vyrábí folie – remika, remikanit, remikafolium, remiková páska a remika karton. Ze slídy a skla se vyrábí mikalex. Sklo Mezi amorfní anorganické materiály se často zařazují skla. Jsou to vlastně ztuhlé kapaliny. Jejich uspořádání ve větší části prostoru je chaotické. V dutinách sklovité mřížky jsou rozmístěny ionty přídavných látek (Na+, K+, aj.), které modifikují různé vlastnosti jako teplotu tání, pevnost, křehkost, barevnost a také elektrické vlastnosti. Skla jsou látky silně polární s relativní permitivitou 3,7 (čistě křemenné sklo) až 16 (olovnatá skla) i více ve speciálních případech. S teplotou permitivita roste, při nízkých frekvencích výrazněji než při vyšších frekvencích. Elektrická vodivost je způsobena difuzí iontů převážně alkalických. Při teplotě 20°C je rezistivita skla 1012 ÷ 1018 Ω m a s rostoucí teplotou klesá. Dielektrické ztráty s teplotou exponenciálně vzrůstají. Při 20°C a 1MHz mají běžná křemičitá skla tgδ = (3 ÷ 10) 10-3. Nízkoztrátová skla, u nichž se snížení ztrát dosáhne snížením obsahu alkalických iontů, mají tgδ = 0,001 Elektrická pevnost skla je přibližně200 ÷ 500 kV/mm i více. V praxi je však podstatně menší (40 kV/mm), neboť sklo má poměrně malou povrchovou rezistivitu, v důsledku které dochází snáze k výbojům napovrchu. Použití skla je zejména v oblasti izolační a konstrukční (žárovka, elektronky). Pro vysokonapěťovou elektrotechniku je vhodné borosilikátové sklo (simax), pro výrobu skelných vláken se používá hlinitoborokřemičité sklo (eutal). Sklo je amorfní látka, základní složkou je oxid křemičitý nebo bóritý, další látky jsou oxidy alkalické a oxidy kovu. Tvaruje se při zvýšených teplotách foukáním, tažením, lisováním, válcováním nebo litím. Lze vytáhnout i v tenké vlákno (optický kabel). Důležitá je tepelná roztažnost, která musí odpovídat zataveným kovům. Elektrická pevnost je 300 ÷ 500 MV/m. Použití: - vakuová technika (baňky žárovek, zářivek, obrazovek, elektronek) - mikroelektronika (podklad pro tenké vrstvy) - optoelektronika (vlákna – světlovody pro optické kabely) - skelné lamináty (desky plošných spojů) Technologie
Stránka 31
Křemenné sklo Čistý oxid křemičitý SiO2 99,9% . Propouští UV záření. Má malou teplotní roztažnost, je však drahé. Simax – sklo s velkým obsahem oxidu křemičitého. Boritokřemičité sklo, vlákna a zátavy Mo a W a kovaru. Olovnaté sklo- měkké sklo, má široký rozsah teplot měknutí. Použití - krk obrazovky, ochrana UV zářením. Alkalická skla (Mg) Nesnášejí náhlé změny teploty, tají při nízkých teplotách. Použití: konstrukční účely, kde nejsou velké nároky na elektrické a tepelné vlastnosti. Speciální skla Tvrzená, spékaná, el vodivá skla (cermetové potenciometry), magnetická skla. Keramika - křemičitá- oxidová. Suroviny: kaolin, jíl, živec, křemen, oxid hlinitý, oxid titaničitý. Technologie: mletí za sucha, za mokra, plastické tváření, lisování, lití, termoplastické tváření (lití za tepla pod tlakem). Po vysušení se vypaluje při teplotě 1200 až 1400°C. Smrštivost je 3 až 25%. Potom následuje glazování. Porcelán tvrdý Odolný do 1100°C. izolátory a průchodky pro transformátory, nehodí se pro VF. Kamenina Má horší el. i mech. vlastnosti, nasákavost až 5%, proto se vždy glazuje. Používá se při výrobě velkých izolátorů. Steatit Vzhledem k porcelánu má lepší el. a mech. vlastnosti. Slouží jako náhrada jakostního porcelánu v elektrotepelných a měřicích přístrojích. Hořečnatá kamenina (kerit) se používá až do teploty 600°C. Kordieritová keramika - má malý teplotní součinitel, je odolná proti náhlým změnám teploty až do 1100°C, odolná el. oblouku. Hořečnatá pórovina (pyrostet) používá se jako nosič odporových drátů. Mulitová keramika až do 1700°C Oxidová keramika vyniká vysokou žáruvzdorností. Berylnatá keramika (oxid berylnatý) do 2200°C. Periklasová keramika do 2200°C. Zirkoničitá keramika do 2300°C Forsteritová keramika Je vakuově těsná a má malé ztráty při VF, používá se ve vakuové technice. Celsianová keramika Má malou teplotní roztažnost, nízké ztráty, malou závislost ε a ztrát na frekvenci, používá se pro kostry VF cívek. Stealit Je nejpoužívanější keramika ve VF technice pro nízké dielektrické ztráty. Použití: kostry cívek, součásti elektronek, mechanicky namáhané díly. Ultraporcelán Má velkou pevnost, proto se používá jako konstrukční materiál. Keramika oxidová Jsou to slinuté čisté kovové oxidy. Technologie
Stránka 32
Korundová keramika obsahuje 85 ÷ 99,7% oxidu Al. Keramika do 85% Al 2O 3 se nazývá prokorund. Je žáruvzdorná do 1790°C, má dobré el. i mech. vlastnosti, nízké ztráty, velkou tvrdost, houževnatost a tepelnou vodivost. Je pokovitelná. Použití: výkonné světelné zdroje, podložky pro IO, tavící kelímky a tělíska rezistorů a hřídelky otočných kondenzátorů. Berylnatá keramika Obsahuje oxid berylnatý. Tepelnou vodivostí se vyrovná mědi. Používá se do 2200°C. Rutilová keramika - základem je minerál – rutil – modifikace oxidu titaničitého až 95% TiO2, má dobré dielektrické vlastnosti. Použití: miniaturní kondenzátory pro VF. Zirkoničitá keramika se používá pro teploty 2300 ÷ 2500°C. Feroelektrika - tvoří podskupinu bezsilikátové keramiky obsahující titaničitany BaTiO3. Má vysokou hodnotu ε a vysoké ztráty. Používá se pro výrobu kondenzátorů. Kapalné izolanty Laky Jsou to roztoky filmotvorných látek v organických rozpouštědlech. Filmotvorné látky jsou přírodní nebo syntetické pryskyřice, vysychavé rostlinné oleje a asfalty. Rozpouštědla jsou: benzin, terpentýn, etylalkohol, xylén, toluen apod. Rozpouštědla lze zčásti nahradit ředidly. Lak tuhne odpařováním rozpouštědel, ředidel i chemickými reakcemi (oxidací, polykondenzací či polymerací). Bezrozpouštědlové laky tvrdnou následkem chemických změn. Podle chemického složení rozlišujeme laky: - z přírodních pryskyřic (lihové laky) - z vysychavých olejů (olejové laky) - ze syntetických pryskyřic (syntetické laky) Laky z vysychavých olejů se používají jako ochrana proti povětrnostním vlivům. Fenolformaldehydové laky se používají k napouštění vinutí. Polyamidové laky slouží k izolaci vodičů, jsou však navlhavé. Mezi polyesterové laky patří glyptalové, alhydové a tereftalátové laky. Bezrozpouštědlové laky se používají na vakuově tlakovou impregnaci cívek. Epoxidové laky se připravují jako rozpouštědlové pro izolaci vodičů nebo bezrozpouštědlové k napouštění nebo lepení. Často se používají kombinované laky epoxidesterové. Polyuretanové laky se používají k izolaci vodičů, umožňují pájení bez odstranění izolace, neboť se izolace uplatní jako tavidlo. Silikonové laky vykazují malé změny elektroizolačních vlastností při změně teploty. Jsou velmi pružné a odolávají zvýšené teplotě při pájení. Polyimidové laky jsou trvale odolné do teploty 220°C. Akrylátové laky slouží k izolaci vodičů. Termolepivé laky vytvářejí na lakovaných vodičích tenký termoplastický film, který po zahřátí změkne a slepí dráty navinuté do tvaru cívky (např. vychylovací cívky k obrazovce). Polystyrénové laky se používají hlavně jako lepící laky. Kapalná dielektrika Kapalná dielektrika dobře vyplňují daný prostor, odvádějí přebytečné teplo, usnadňují zhášení případného výboje a odlehčují zatížení pevných izolantů. Hlavními představiteli jsou rostlinné a minerální oleje a syntetické kapaliny. Rostlinné oleje používané dříve (lněný, ricinový) se dnes již jako samostatná dielektrika používají jen zřídka. V některých případech se používají jako přísady např. do elektroizolačních laků. Technologie
Stránka 33
Minerální oleje Podle použití je dělíme na: - transformátorové - kondenzátorové - kabelové Minerální oleje tvoří velkou skupinu kapalných dielektrik (izolantů) dnes značně používaných. Získávají se z ropy destilací. Rafinací se potom odstraňují některé nežádoucí látky obsahující kyslík. Další nečistoty se odstraňují aktivní hlinkou a jejím následným odfiltrováním. Používají se i další metody čistění, např. ochlazení s vykrystalizováním parafinů, odplynění aj. Chemicky jsou minerální oleje poměrně složitá směs uhlovodíků, jejichž zastoupení je dáno druhem a kvalitou ropy. Chemické složení oleje určuje jeho vlastnosti. Přebytek parafinických molekul zvyšuje, benzenových naopak snižuje jeho viskozitu. Parafinické oleje mají menší permitivitu a ztráty. Hlavní funkcí transformátorového oleje je chlazení transformátoru při vyhovujících elektrických vlastnostech. Důležitou roli u nich proto hraje viskozita a její teplotní závislost. Nesmí ani při nejnižších venkovních teplotách klesnout pod určitou hodnotu. Nižší viskozitu mají oleje obsahující složky, které se za vyšších teplot odpařují a tyto páry jsou vysoce hořlavé. Proto důležitým parametrem olejů je bod vzplanutí, tj. teplota, pod kterou se nesmějí uvolňovat z oleje zápalné plyny. Nevýhodou je hořlavost a výbušnost směsi plynů při rozkladu oleje v el. oblouku. U kabelových olejů má teplotní závislost viskozity velký význam. Je potřebné, aby impregnaci (při 115 ÷ 130° C) byla viskozita nízká, neboť olej potom lépe zatéká do dutin a nasytí pórovitou izolaci (např. papír). Naproti tomu v provozních podmínkách je nezbytné zabránit stékání impregnantu z vyšších poloh (požadavek maximální viskozity). K impregnaci kabelů se nepoužívá olej samotný, ale olejové kompaundy s kalafunou. Kalafuna (i když dnes bývá nahrazena z části syntetickými pryskyřicemi) snižuje stékavost a prodlužuje životnost izolace. Úlohou oleje ve spínačích je především co nejrychleji uhasit a přerušit obloukový výboj, ke kterému dochází při oddálení kontaktů. Jedním z nežádoucích produktů oblouku jsou saze, které jsou vodivé a mohou při vyšších koncentracích i ohrozit funkci spínače. Proto oleje pro spínače vybíráme se zřetelem na tuto okolnost (oleje s vyšším obsahem aromátů mají větší sklon ke tvorbě sazí). U olejů do kondenzátorů se požaduje větší stabilita. Nevýhodou minerálních olejů je jejich stárnutí, tj. změna vlastností s časem. Stárnutí je způsobeno mnoha fyzikálně-chemickými pochody, které jsou ovlivněny teplotou, tlakem, zářením apod. Základem těchto jevů je oxidace a proto je snaha bránit jí buď inertní atmosférou, nebo různými přísadami (antioxidanty). Oleje také postupně pohlcují vodu nebo plyny, což také zhoršuje jejich elektrické vlastnosti, zejména elektrickou pevnost. Základní vlastnosti minerálních olejů jsou Syntetické kapaliny Syntetické kapaliny mají vedle izolačních a dielektrických vlastností také vynikající vlastnosti chemické. Jsou nehořlavé a prakticky nestárnou. Jednu skupinu tvoří chlorované difenyly, např. pentachlordifenyl. Je to polární látka s maximem dielektrických ztrát málo pod pokojovou teplotou, εr = 4,4 ÷ 6, Ep = 110 kV/cm. Do druhé skupiny bychom mohli zařadit fluorované uhlovodíky, z nichž nejvýznamnější jsou ty, které mají všechny vodíkové atomy nahrazeny fluorem. Jsou nepolární a mají vynikající elektrické vlastnosti. Jsou nehořlavé, nevýbušné s vysokou chemickou stabilitou. Jejich cena je však ve srovnání s minerálními oleji vysoká. Kromě ceny brání jejich rozšíření i ekologické aspekty. Používání chlorovaných difenylů je už v současné době zakázáno. Technologie
Stránka 34
Fluorované uhlovodíky při výbojích uvolňují fluorované plyny a měly by být zahrnuty rovněž mezi látky závadné. Hledají se proto vhodné náhrady. Jsou to např. polybutany, které mají vysokou stabilitu i při teplotách nad 100°C. Používají se jako náplň nebo impregnant pro kabely, svitkové kondenzátory aj. Velké množství sloučenin představují kapaliny na bázi esterů. Jsou to látky polární, které se svými vlastnostmi vyrovnají chlorovaným difenylům, ale nejsou ekologicky závadné. Elektrolyty Elektrolyty jsou látky kapalné nebo vyjímečně i tuhé, elektricky vodivé. Na rozdíl od kovů vedení elektrického proudu nastává makroskopickým pohybem iontů. Jsou to roztoky látek, jejichž molekuly vznikají spojením dvou iontů opačné polarity. Kladné ionty – kationty jsou přitahovány zápornou elektrodou – katodou a záporné ionty – anionty jsou přitahovány kladnou elektrodou – anodou. Proto musíme uvažovat pohyb kladných i záporných iontů. Počet nosičů el. náboje s teplotou roste, ale při konstantní teplotě je stálý. Pohyblivost nosičů s teplotou mírně klesá, ale při konstantní teplotě je stálá. Pohyblivosti v rostocích jsou o 4 až 5 dekadických řádů nižší, než pohyblivosti elektronů v kovech. V kovových elektrodách a vodičích se však mohou pohybovat jen elektrony, které jsou ovšem záporné. Na elektrodách se vylučují kationty a anionty, dochází zde k chemickým reakcím, vytvářejí se napěťové vrstvy. Protože se podmínky vedení el. proudu mění, neplatí ve vnějším obvodě Ohmův zákon (odpor není konstantní – nezávislý na proudu). Při vedení el. proudu v elektrolytu dochází k přenosu hmoty z anody na katodu. To se využívá při galvanickém pokovování, při elektrolýze (rozklad látek el. proudem), v galvanických článcích jak primárních, tak i sekundárních a při činnosti elektrolytických kondenzátorů. Plynná dielektrika Eektrická. vodivost plynů je za normálních podmínek a při nízké intenzitě el. pole velmi malá, protože v plynu je velmi malé množství iontů a volných elektronů. Díky malé hustotě je však střední volná dráha elektronů i iontů v plynech mnohem větší než-li v kovech nebo polovodičích. Takže i při poměrně malé intenzitě el. pole může dosáhnout energie elektronu vlivem intenzity pole takové hodnoty, že při srážce s molekulou plynu se uvolní další elektron a zbude kladný iont (nárazová ionizace), oba se pak účastní dalšího vedení el. proudu v plynu i další ionizace, proud lavinovitě vzrůstá a vzniká výboj v plynu. Existují tři druhy výbojů: tichý výboj, kdy k nárazové ionizaci dochází v celém průřezu plynového sloupce. Vyšší intenzita pole potřebná pro ionizaci se v důsledku kladného náboje pomalu se pohybujících kladných iontů udržuje pouze u katody, kde je oblast intenzivní lavinové ionizace (katodové světlo). Naproti tomu u anody je oblast bez lavinové ionizace. To se projevuje světélkováním okolo katody. Příklady jsou koróna, Eliášův oheň, nebo doutnavky při sníženém tlaku plynu. Před výbojem teče jen malý proud a při dosažení průrazného napětí proud prudce vzroste, tj. neplatí zde Ohmův zákon. Při jiskrovém výboji ionizace nenastává v celé šíři mezi elektrodami, ale vznikne pouze velmi úzká ionizovaná cesta, která se silně zahřívá. Je klikatá a nestabilní. Výboj je doprovázen praskotem (jiskřením). Závislost proudu na napětí není stabilní, takže neplatí Ohmův zákon. Při obloukovém výboji ionty a elektrony, které dopadají na elektrody, rozžhaví je tak, že elektrody samy začínají emitovat ionty, které se pak účastní přenosu proudu plynem. Dochází ke značnému úbytku materiálu elektrod. S rostoucím proudem se zvyšuje teplota a tím i počet emitovaných iontů; proto s rostoucím proudem klesá napětí a tedy neplatí Ohmův zákon. Obloukový výboj se využívá při obloukovém sváření, v obloukových pecích a intenzivních zdrojích světla. Nežádoucími efekty je opalování a svařování kontaktů spínacích zařízení. Plyny jsou látky s nejmenší elektrickou pevností ze všech dielektrik. Na druhé straně disponují celou řadou výhodných vlastností. Vyplňují rovnoměrně celý objem, mají zanedbatelné, na frekvenci prakticky nezávislé ztráty a po průrazu rychle obnovují svoje izolační vlastnosti. Technologie
Stránka 35
Nejstarším a nejběžnějším používaným izolantem je vzduch. Používá se u venkovních vedení a u vzduchových kondenzátorů a transformátorů. Při 20oC a tlaku 105 Pa má čistý vysušený vzduch relativní permitivitu εr = 1,000594, konduktivitu σ = 10-14 Sm-1 a ztrátový činitel tg δ = 10-6. Dusík Tvoří hlavní složku vzduchu. Vlastnosti dusíku jsou prakticky stejné jako u vzduchu. Dusík však nemá oxidační účinky vyplývající z přítomnosti vzduchu, a proto se používá jako inertní atmosféra chránící okysličování izolačních olejů v transformátorech, jako chladící médium v kryogenní technice, pro plnění VN kabelů a kondenzátorů. Vodík Je 14x lehčí než vzduch, má nejlepší tepelnou vodivost z plynů a nízký odpor třením..Vodík má vynikající chladící účinky. Nachází uplatnění jako chladící a izolační plyn ve velkých elektrických točivých strojích (použití u synchronních kompenzátorů a setrvačníků), jako náplň některých elektronek, jako umělá atmosféra v elektrických pecích, nebo při výrobě polovodičů aj. Chlorovodík Čistoty 99,99% se používá k leptání Si při výrobě polovodičových součástek. Epitaxní růst vrstvy Si a difúze při výrobě polovodičů probíhá pomocí silanu a s nosným plynem jako např. fosfinem, diboranem nebo arsinem. Vzácné inertní plyny Vzácné plyny (He, Ne, Ar, Kr, Xe), pro svoji netečnost označované jako inertní. Mají vysokou el. pevnost, jsou nehořlavé,t epelně stálé, nejsou toxické. Používají se pro plnění VN transformátorů a jako náplň výbojek (neonové a sodíkové výbojky). Ve směsi s dusíkem i pro plnění žárovek v osvětlovací technice. Směs He a Ne je základem heliumneonového laseru. Xenon je vhodný pro plnění fotografických výbojek, neboť jeho spektrum nejlépe odpovídá dennímu světlu.
Technologie
Stránka 36
2.3. Magnetické materiály Magnetické vlastnosti materiálů jsou dány pohybem elektronů a protonů v atomech. Pohyb elektronů okolo jádra – po orbitu vyvolává dráhový moment elektronu. Spinový pohyb vyvolává spinový moment elektronu nebo protonu. Součet všech magnetických momentů určuje výsledný mag. moment atomu a to určuje mag. vlastnosti daného materiálu. Dráhové a sinové mag. momenty se mohou částečně, nebo i zcela vykompenzovat. To závisí na obsazení vnitřních drah atomového obalu elektrony. Mag. vlastnosti materiálu charakterizujeme permeabilitou μ nebo susceptibilitou κ μ = μr . μo κ = μr – 1 Tyto veličiny nejsou obvykle konstantní, ale závisí na intenzitě mag. pole. Rozdělení mag. látek podle permeability: 1/ diamagnetické látky μr < 1 Patří sem inertní plyny, kovy Cu, Hg, Bi, Au, Mg, nekovy grafit, Si, P, S, J, Sb a mnohé organické sloučeniny. 2/ paramagnetické látky μr > 1 Patří sem některé plyny O2, kapaliny, soli Fe vzácné zeminy, cer, erbium,thalium, Pt, Pd, Al, CaO. 3/ feromagnetické látky μr » 1 Jsou to především Fe, Co, Ni, Gd a jejich slitiny. Při určité teplotě (Curie-ho bod) se látka změní na paramagnetickou nebo diamagnetickou. 4/ antiferomagnetické látky. Mag. momenty jsou uspořádány antiparalelně 5/ Ferimagnetika Ferity, vyznačují se špatnou el. vodivostí, takže jsou použitelné i při VF, neboť mají nízké ztráty způsobené vířivými proudy. 6/metamagnetické látky se ve slabých mag. polích chovají jako antiferomagnetické, kdežto v silných mag. polích jako feromagnetické Pro technickou praxi jsou nejdůležitější materiály feromagnetické. Weissova teorie vysvětluje feromagnetizmus takto. Skupiny atomů vytvářejí malé oblasti – domény, jejichž mag. momenty jsou z počátku rozloženy v náhodných směrech, takže se navenek ruší. Vložíme-li takový materiál do vnějšího mag. pole nastává postupně orientace těchto domén do jednoho směru a to označujeme jako zmagnetování tohoto materiálu, které končí nasycením. Při určité vyšší teplotě (Curieova teplota) se materiál vrací do původního stavu Feromagnetizmus se může vyskytovat jen u pevných látek. Zajímavostí je, že slitiny „nemagnetických“ kovů mohou vytvořit feromagnetický materiál. Příkladem je Heuslerova slitina 61%Cu+26%Mn+ 13%Al.
Technologie
Stránka 37
Na tvar magnetizační křivky má vliv jak chemické složení, tak i stav krystalové mřížky související s technologickým zpracováním – válcování za tepla, za studena, žíhání, nebo kalení. Měrné ztráty udávané ve W/kg při určité pracovní frekvenci Pro posouzení mag. tvrdých materiálů je důležitý údaj max. součinu (Br Hk)max , který je úměrný měrné energii magnetického pole Curieova teplota je teplota, při která feromagnetické materiály ztrácejí své magnetické vlastnosti. Vlastnosti mag. měkkých materiálů: - snadno se zmagnetují a odmagnetují - mají úzkou hysterezní smyčku - mají malou koercitivu pod 1000 A/m (snadno se odmagnetují) - mají velkou počáteční a max. permeabilitu - mají malé hysterezní ztráty při střídavé magnetizaci Vyrábějí se jako: - tenké elektrotechnické ocelové plechy (trafoplechy a dynamoplechy válcované za tepla ze slitiny Fe s 0,5 až 4,6 % Si). Pro 50 Hz mají tloušťku 0,35 nebo 0,5 mm.- speciální elektrotechn. materiály (oceli válcované za studena, sonaperm, ortoperm mají vysokou permeabilitu a zaručené ztráty (např. 1,1 W/kg), ve tvaru C- jader a toroidů) - elektrotechnické profilové oceli pro relé a elektromagnety, dále jsou to oceli uhlíkové lité, ušlechtilé manganové a niklové.- slitiny s předepsanou permeabilitou, nebo max. indukcí (permaloy tloušťky 0,03 mm, supermaloy, mumetal, permendur, thermoperm, jde o slitiny Fe s Ni a dalšími prvky), konečné tepelné zpracování se provádí ve vodíkové atmosféře při teplotě až 1300°C, proto se nesmějí ohýbat vrtat a nýtovat, používají se pro mag. hlavy, stínící kryty a impulsní transformátory - materiály se zvláštními mag. vlastnostmi Vlastnosti mag. tvrdých materiálů: - nesnadno se zmagnetují a přemagnetují - mají širokou hysterezní smyčku - mají velkou koercitivu - mají velkou remanenci - mají velký součin (Br Hk)max Vyrábějí se jako: - tvárné oceli a slitiny (oceli chromové, wolframové, kobaltové, molybdenové, manganové) - lité magnety (slitiny Al, Ni, Fe,) např. ALNICO (Al, Ni, Co, Fe) - slinuté magnety Technologie
Stránka 38
Materiály se speciálními mag. vlastnostmi Např. s velkou mag. indukcí při nasycení. Slitina Fe+ Co s 50% obsahem Co. Obtížněji se tváří za studena. Pro zlepšení tvárnosti se přidává vanad nebo Cr. Známý je např. permendur 49% Fe, 49% Co, 2% vanadu. Používá se pro pólové nástavce trvalých magnetů a pro elektromagnety (Bmax = 2T) Pravoúhlá hysterezní křivka se dosahuje: - válcováním za studena a vhodným tepelným zpracováním - termomagnetickým zpracováním - mech. napětím vzniklým při válcování (bez mezižíhání) na tenké pásky nebo při tažení na jemné drátky. Termokompenzační materiály Slitiny Ni + Cr nebo 30%Fe + 30%Ni slouží k tepelné kompenzaci mag. obvodů měřicích přístrojů, neboť mají opačnou závislost Br na teplotě. Nemagnetické oceli Jedná se o ocel manganochromová a manganochromniklová. Jejich rezistivita je větší než-li u slitin z neželezných kovů, takže mají menší vířivé ztráty. Použití: rotorové kruhy a klíny generátorů, svorníky transformátorů, bandážovací dráty a pružiny v mag. poli. Magneticky měkké materiály pro vyšší kmitočty Tento druh materiálů se používá pro konstrukci obvodů pracujících v oblasti počáteční permeability při vyšších kmitočtech (f >10 kHz). Nejdůležitější je u nich potlačení ztrát vířivými proudy, které jsou pro takové kmitočty mnohem větší než ztráty hysterezní. Tyto ztráty jsou úměrné konduktivitě materiálu a druhé mocnině kmitočtu, tloušťce plechu a hodnotě pracovní či max. mag. indukce. Kromě toho se při vyšších kmitočtech projevuje negativně i skin-efekt, při kterém je magnetické pole vytlačováno k povrchu magnetika, což se projevuje zdánlivým poklesem permeability. Při mezním kmitočtu poklesne permeabilita na 2/3 hodnoty měřené staticky. Pro tyto účely se používají velmi tenké pásky (10 až 50 μm) slitin FeNi a pásky z amorfních nebo nanokrystalických materiálů. Kovové prášky Tam, kde příliš nezáleží na velikosti permeability, ale je důležité snížit ztráty vířivými proudy se používají magnetické obvody připravené metodami práškové metalurgie.(lisování + slinování) z kovových prášků. Částečky mají průměr do 100 μm a připravují se buď mechanicky (drcením a mletím) nebo chemicky (vyloučením z elektrolytu) nebo pyrolýzou vhodných plynů. Prášky se před zpracováním žíhají ve vodíkové atmosféře k odstranění vnitřního pnutí. Jednotlivé částice jsou od sebe odděleny izolací, většinou anorganického původu. Pro některé účely je vhodné použít pro konstrukci obvodu plátků připravených lisováním částic. Prakticky se používají prášky na bázi čistého železa, permaloy 76Ni2MoFe, který je dolegován Mo pro zvětšení rezistivity, slitiny 50Fe50Ni a sendustu 10Si5AlFe, který je velmi křehký a lacinější než prášky s vysokým obsahem Ni. Jemný prášek sloučeniny Mn+Bi, Fe nebo Fe + Co se lisuje v mag. poli při teplotě 300°C. Technologie
Stránka 39
Používají se také karbonylová jádra z čistého karbonylového železa, sendustová, alsiferová jádra ze slitin Fe s Al a Si. Počáteční relativní permeabilita se pohybuje v rozmezí 50 až 500. Materiály mají anizotropní vlastnosti. Dříve se používaly jako magneticky měkké materiály. Magneticky měkké ferity Vznikají chem. sloučením oxidu železitého Fe2O3 s oxidem vhodného dvojmocného nebo vyjímečně jednomocného kovu Obecný vzorec MOFe2 O3. M označuje dvojmocný iont kovu (Mn, Ni, Zn , Mg, Co, Cd popř. Li) . Tak vznikne např. ferit nikelnatý NiOFe2O3 atd. Nejvíce se používají ferity směsné, v nichž oxid železitý je sloučen se dvěma oxidy dvojmocných kovů. Např. ferity manganatozinečnaté, hořečnato manganaté a nikelnatozinečnaté. Směsné ferity jsou tuhé roztoky dvou nebo více oxidů dvojmocných kovů s oxidem železitým. Ferity se vyrábějí keramickou technologií. Jsou to velice stabilní iontové sloučeniny s vysokou rezistivitou průměrně 105 Ω m. Ztráty vířivými proudy jsou proto nízké. Je možné vyrobit ferit s pravoúhlou hysterezní smyčkou, popř. perminvarového typu. Výlisky se vypalují při 1100 až 1400°C. Přitom dochází k jejich smrštění někdy až o 25%. Výsledný magnetický moment sloučeniny a tím i velikost Bs závisí na velikosti magnetických momentů atomů v mřížce a antiparalelním uspořádání magnetických momentů některých atomů. Jsou tvrdé, křehké a porézní. Klasickými metodami jsou prakticky neopracovatelné. Opracovat je lze jen broušením, řezáním diamantovým kotoučem, nebo ultrazvukem či laserem. Magneticky tvrdé materiály Do této skupiny patří prakticky ta magnetika, jejichž koercitiva je větší než 10 kA/m. Materiály magneticky tvrdé se těžko magnetují i demagnetují. Používají se tam, kde potřebujeme vytvořit stacionární magnetické pole. Magneticky tvrdé materiály jsou citlivé na tepelné vlivy a nejsou dlouhodobě stabilní, mají sklon ke stárnutí, při kterém se jejich vlastnosti zhoršují. V současné době jsou jako magneticky tvrdé materiály nejpoužívanější ferity (55%), po nich následují magnety ze vzácných zemin (32%), slitiny alnico tvoří asi 11% a na ostatní materiály zbývají 2%. Výrazným trendem je zvyšování spotřeby magnetů ze vzácných zemin. Magneticky tvrdé ferity Magneticky tvrdé materiály mají obecný vzorec MO6Fe2O3, kde M je dvojmocný prvek, nejčastěji Ba nebo Sr. Jsou tvrdé a křehké. Vyrábějí se v jednoduchých tvarech metodami práškové metalurgie. Slinují se, nebo se feritový prášek spojuje plastem a pak jsou výrobky ohebné. Použije-li se při lisování magnetické pole, získáme ferity anizotropní s lepšími vlastnostmi ve směru magnetování. Při srovnání se slitinami alnico mají ferity větší koercitivu Hc (200 ÷ 300 kA/m), ale malou remenenci Br (0,42 T), jejich součin (BH)max.je relativně malý (2 ÷ 30 kJ/m3). Jsou laciné, stabilní, odolávají korozi, mají vysokou rezistivitu, na druhou stranu jejich aplikace jsou velkoobjemové a křehké. Používají se při výrobě součástí pro reproduktory, motory a generátory používané v automobilovém průmyslu i v jiných odvětvích, různé druhy mechanických držáků, jako permanentní magnety v TV atd. Patří sem ferit barnatý BaO6Fe2O3, kobaltnatý CoO Fe2O3, strontnatý SrO6Fe2O3 a olovnatý PbO6Fe2O3. Lisují se z práškových oxidů železa a oxidů baria, kobaltu, stroncia a olova do potřebných tvarů a následným vypálením při 1250°C. Jsou tvrdší a křehčí než slitiny Al +Ni+Fe.
Technologie
Stránka 40
Magnetická pryž se vyrábí ze směsi feritu barnatého a polyetylénu. Používá se na mag. závěry ledniček a korekční magnety obrazovek pro vyrovnání geometrie obrazu. Tvrdá magnetika na bázi vzácných zemin Sloučeniny se vzácnými zeminami (samarium, yttrium, lanthan, cér, gadolinium). Vyrábí se práškovou metalurgií. Obrábí se broušením. BH má až 200 kJ/m3. Tyto materiály jsou ze všech magneticky tvrdých materiálů v současné době nejkvalitnější, zatím však brání jejich masovému použití jejich cena. V aplikacích se používají metody práškové metalurgie s lisováním v magnetickém poli. Používají se pro konstrukci náročných miniaturních zařízení jako elektromotorů, sluchátek a magnetických ložisek. Výroba feritů probíhá následovně: Míchání za mokra, směs se suší, prosívá, žíhá – kalcinuje, rozemele se, prášek se lisuje do požadovaného tvaru a vypaluje v průběžných tunelových pecích. Ve vyžíhaném stavu jsou obrobitelné jen nástroji z tvrdých kovů. Lisování se provádí v mag. poli a tím vznikne anizotropní mag. orientovaný výrobek, prakticky nepřemagnetovatelný. Mag. anizotropie se dá dosáhnout také válcováním, které uspořádá feritová zrnka do jedné roviny. Slitiny typu Alnico Jsou to slitiny na bázi Fe, které obsahují Al, Ni, Co a okolo 3%Cu. Vhodně voleným termomechanickým a magnetickým zpracováním se dosahuje vysoké anizotropie a tím požadovaných průběhů demagnetizačních křivek. Používají se téměř výhradně jako materiály orientované. Slitiny Fe-Cr-Co Strukturou i vlastnostmi se podobají materiály alnico, mají však lepší tvářitelnost a dosahují stejných parametrů při nižším obsahu Co. Např. slitina 28%Cr10,5%CoFe (chromindur) může být připravena ve formě tenkých plechů, hodnota součinu (BH)max je cca 90 kJ/m3. Její tvárnost umožňuje vyrobit složité tvary pro telefonní techniku. Slitiny Cu-Ni-Fe Jsou to slitiny se střední velikostí (BH)max, okolo12 kJ/m3 , opět jsou tvárné a používají se pro konstrukci přesných součástek speciálních elektromotorků. Slitiny V-Co-Fe Mají ještě nižší anizotropii, ale jejich vysoká tvárnost umožňuje vyrobit pásy s tloušťkou pouze 0,05 mm. Slitiny Pt-Co Jsou to slitiny s vysokou koercitivou Hc = 400 kA/m a součinem (BH)max dosahujícím 70 kJ/m3 . Jsou drahé a v současné době je dobře nahrazují magnety připravené ze vzácných zemin. Jejich použití je v oblasti miniaturních zařízení, např. magnetických čtecích hlav.
Technologie
Stránka 41
2.4. Polovodičové materiály – polovodiče Ve vodivém materiálu je přebytek volných nosičů elektrického náboje - elektronů. V izolantu je nedostatek volných elektrických vodičů (elektronů). V polovodičích dochází ke generaci (vzniku) jednak elektronů a dále tzv. děr. Polovodičové materiály jsou prvky ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky. Technicky nejpoužívanější polovodičové materiály jsou Křemík a Germanium. V minulosti se používal ještě Selen. Vlastní vodivost polovodiče Atom je elektricky neutrální částice pokud má stejný počet elektronů v elektronovém obalu a protonů v atomovém jádře. Aby tekl elektrický proud je potřeba "uvolnit" elektron. To uděláme "přidáním energie", elektrickým polem - zvýšením napětí, působením světla, tepla, magnetického pole. Elektrony se uvolňují z poslední slupky elektronového obalu atomu, které se říká valenční. Atomy prvků ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky, mají elektronů ve valenční vrstvě elektronového obalu málo, proto elektrický proud je malý, ale jde zvětšit, když do polovodičového materiálu ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků (Mendělejevovy tabulky) přidáme atomy ze 3. nebo 5. skupiny Periodické soustavy prvků Mendělejevovy tabulky a vznikne tzv. nevlastní vodivost polovodiče. Nevlastní vodivost polovodiče Polovodič typu N Pokud přidáme třeba atom z 5. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky získáme záporný atom s volný elektronem a vznikne polovodič s nevlastní vodivostí typ N. Přidaný atom z 5. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky se odborně nazývá donor. Polovodič typu N má elektronovou vodivost. Polovodič typu P Pokud přidáme třeba atom z 3. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky získáme kladný atom, kterému chybí elektron a vznikne polovodič s nevlastní vodivostí typ P. Přidaný atom ze 3. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky se odborně nazývá akceptor. Polovodič typu N má děrovou vodivost.
PN Přechod PN přechod je místo uprostřed polovodičového materiálu mezi jednotlivými typy polovodičů. Říká se mu potenciálový, někdy též elektronový val. Pro správný průchod elektrického proudu je důležitá polarita zapojení, protože existují 2 stavy propustný směr a závěrný směr.
Technologie
Stránka 42
Elektronické polovodičové součástky nemusí mít pouze jeden PN přechod, jako má dioda, ale mohou jich mít více. Např. tranzistory a diakymají 2 PN přechody, tyristory mají 3 PN přechody, triaky mají 4 PN přechody a ještě víc jich mohou mít integrované obvody. Propustný směr Při propustném směru se na stranu polovodiče typu P se připojuje kladný pól zdroje stejnosměrného elektrického napětí a na stranu polovodiče typu N záporný pól stejnosměrného zdroje elektrického napětí. Energie např. z elektrického napětí s kladným potenciálem začne vytrhávat z polovodičů typu N volné valenční elektrony a ty přitahovat ke kladnému pólu zdroje stejnosměrného elektrického napětí. Říká se tomu generování páru. Uvolněný elektron se usídlí v jiném atomu, který má elektronů nedostatek (polovodič typu P) a tomu se říká rekombinace.
Technologie
Stránka 43
2.5.
Vodiče pro navíjení
Vodiče a kabely – základní pojmy Úkolem vodiče je vytvořit vodivou dráhu pro průtok elektrického proudu. Podle toho, k jakému účelu mají být použity, je rozdělujeme na vodiče pro vinutí, silové a sdělovací. Nejjednodušším případem je holý vodič, který je tvořen vodivým jádrem, přičemž izolaci tvoří vzduch, který ho obklopuje. V praxi se používají jak holé vodiče (troleje trakčního vedení, venkovní vedení aj.), tak vodiče, jejichž jádro je opatřené izolačním materiálem, tzv. obalem. Vodiče pro vinutí Měděné vodiče holé Jsou blíže specifikovány normou ČSN EN 60228. Typické použití je pro propojení míst stejného elektrického potenciálu nebo pro velké proudy a nízká napětí.
Vodiče izolované Jsou nejjednodušším druhem izolovaných vodičů, které mají jádro zpravidla plné, kruhového nebo obdélníkového průřezu. Izolaci může tvořit vlákninové opředení, ovinutí páskou, lakovaný film nebo izolace z plastu. Tyto vodiče se používají pro vinutí cívek elektrických strojů a přístrojů. Při jejich výrobě je nejprve holý měděný drát pomocí moderních strojů stupňovitě vytažen na požadovaný průměr a následně izolován různými druhy materiálů. V elektrotechnickém a elektronickém průmyslu se z těchto kvalitních vodičů vyrábí vinutí a cívky. Vodiče pro vinutí se speciálními izolačními materiály se používají i pro výrobu lineárních magnetů, supravodičů pro vysokofrekvenční elektroniku. Teplota 180oC představuje vysoké nároky pro každou izolaci vodiče.
Technologie
Stránka 44
Lakované vodiče Lakované vodiče splňují různé požadavky v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu. Zvláště jejich vysoká elektrická pevnost kombinovaná s mnoha různými typy laků, umožňuje jejich použití pro aplikace, které vyžadují zvláštní mechanickou, chemickou a tepelnou odolnost. Typické použití je pro vinutí s vysokým tepelným a mechanickým namáháním, chladící agregáty, suché a olejové transformátory olejové transformátory, motory a přístroje, servomotorky stěračů, chladící agregáty, pračky, vinutí s vysokým tepelným namáháním vinutí s extrémně vysokým tepelným namáháním, které vyžaduje vysokou spolehlivost, např. lodě, letadla, nukleární oblast, oblast velmi nízkých teplot Vodiče izolované vláknitými materiály, páskami, fóliemi Kulaté a profilové vodiče, holé nebo lakované jsou vyráběny se speciální izolací. Příkladem může být vodič Silix® od firmy VonRoll. SILENT-CZECH pro teploty 200oC. Typické použití je pro vysokonapěťové stroje, motory napájené z frekvenčních měničů, suché transformátory, tlumivky, pólové cívky a další. Izolované vodiče mohou mít jeden nebo více obalů. V nejednodušším případě izolovaného vodiče, který má dva obaly, z nichž vnitřní obal izoluje vodivé jádro a vnější obal – plášť – chrání izolaci proti vnějším škodlivým účinkům, jako jsou atmosférické, chemické, mechanické, tepelné a jiné vlivy.
Technologie
Stránka 45
2.6. Vodiče a kabely v silnoproudé a slaboproudé elektrotechnice, optické vodiče a kabely Silové vodiče a kabely jsou určeny k přenosu elektrické energie, řádově v rozsahu 101 až 108 Wattů stejnosměrného nebo střídavého proudu s kmitočtem několika desítek Hz. Většina silových vodičů je konstruována pro jmenovité napětí, které nepřesahuje 1kV. Výjimku tvoří vodiče pro zvláštní účely, které mohou mít jmenovité napětí větší. Silové kabely podle jmenovitých napětí dělíme na: - nízkonapěťové (nn) pro napětí do 1kV - vysokonapěťové (vn) pro jmenovitá napětí 3, 6, 10, 22 a 35 kV - kabely pro velmi vysoké napětí (vvn) 110 a 220 kV Jádro s izolací se nazývá žílou, přičemž několik žil může mít společný obal. Podle počtu žil rozdělujeme vodiče na jednokilové, několikakilové, které mají dvě až pět žil, a na vodiče mnohokilové s větším počtem žil než pět. Několikažilové a mnohokilové se souhrnně nazývají vícežilové. Izolované žíly mohou být též olisovány společným obalem, tzv. výplní, nad níž jsou další obaly. Na obaly se nejčastěji používají elastomerové nebo plastické materiály, jejichž rozdělení a vlastnosti jsou popsány v kapitole o materiálech. Izolované vodiče větších počtu prvků, které jsou vzhledem k ostatním izolovaným vodičům méně ohebné, se nazývají kabely. Hranice mezi izolovanými vodiči a kabely však není zcela přesná. Název ,,kabel“, kterého se původně používalo pro označení lana, se s přívlastkem ,,elektrický“ přenesl do kabelářské terminologie a označuje silné vodiče, které jsou stočené (slanované) z velkého počtu drátů. Vodiče a kabely lze třídit z nejrůznějších hledisek. Sdělovací nízkofrekvenční a vysokofrekvenční vodiče a kabely Podrobnosti uvádí norma ČSN EN 61 726 Sdělovací vodiče a šňůry, nf, vf a koaxiální kabely. Do této skupiny patří sdělovací a ovládací vodiče a kabely s použitím pro vnitřní řídící obvody, návěstní kabely, sdělovací kabely aj. Slouží k přenosu nízkofrekvenčních signálů mezi sdělovacími zařízeními. Jsou to například signály v řídících obvodech, signalizace pro zabezpečovací techniku v železniční dopravě, v dolech a podobně. Vysokofrekvenční kabely (vf kabely) jsou určeny pro přenos vysokofrekvenční energie v elektronických a telekomunikačních zařízeních. Rozeznáváme kabely koaxiální (souosé) a symetrické (souměrné). Optická vlákna jsou mikroskopická vlákna z velmi čistého skla o průměru lidského vlasu. Tisíce optických vláken uspořádaných do svazků a chráněných pláštěm přenášejí světelné signály na dlouhé vzdálenosti. I když jsou podobné systémům s měděnými vodiči, optická vlákna stále více nahrazují měděné vodiče jako prostředek přenosu komunikačních signálů v aplikacích jako je výroba, řízení procesů a dálkové řízení a sběr dat. 1. Optická vlákna jsou účinnější a bezpečnější než měděné kabely a přenášejí informace s větší věrností. Optické kabely poskytují více než 1000krát větší šířku pásma na více než 100krát delší vzdálenost než měděné kabely a nabízejí větší bezpečnost dat, protože je těžší se na ně neoprávněně napojit než v případě měděných kabelů. 2. Optický kabel dokáže přenést více dat než měděný kabel a na delší vzdálenosti. Může bez nutnosti zesílení přenášet signál na vzdálenost 80 km a dále.
Technologie
Stránka 46
3. Kabely na bázi skla jsou elektricky nevodivé, a proto odpadává nutnost uzemnění a nevadí jim elektrické rušení, dokonce ani blesk. Lze je používat v exteriéru a v blízkosti elektrického vedení. 4. Skleněná vlákna v podstatě nepodléhají korozi. Zatímco měď je citlivá na vodu a chemikálie, s optickými vlákny není spojeno v podstatě žádné riziko poškození nehostinným prostředím a mohou „přežít“ v podmínkách, kde by koaxiální kabel nevydržel, například v přímém kontaktu s půdou. A i když vás to možná nenapadlo… 5. Optické kabely nepředstavují žádné riziko úrazu v případě poškození. Protože přenášejí světlo a nikoli elektrický proud, instalační pracovníci nejsou ohroženi požárem, jiskřením nebo elektrickým šokem. Kabel nemusí obsahovat jen elektrické vodiče, ale i například optické vlákno nebo několik koaxiálních kabelů. Příkladem mohou být výrobky největšího výrobce vodičů u nás nktcables a jejich silové vodiče s integrovanými optickými vlákny:
Technologie
Stránka 47
3. Elektrické rozvody Úvod Elektrické vedení je významnou součástí každého elektrického zařízení a umožňuje přenos elektrické energie a signálů na určité vzdálenosti. Elektrické vedení je tvořeno vodiči, které slouží k vedení elektrického proudu a izolací oddělující živou část od okolí. Výjimku tvoří holé vodiče, kde je izolantem vzduch a ochrana před dotykem je zabezpečena zpravidla polohou. Druhy elektrických vedení: a) vedení z holých vodičů – převážně venkovní; b) vedení v trubkách a lištách; c) vedení z můstkových vodičů; d) vedení kabelová. Požadavky na průřez elektrického vedení: 1) musí splňovat požadavky na dovolené úbytky napětí 2) spolehlivou funkci ochrany před úrazem elektrickým proudem 3) mechanickou pevnost 4) hospodárnost provozu 5) přípustné dovolené oteplení 6) odolnost proti účinkům zkratového proudu 3.1. Jištění a dimenzování vodičů a kabelů a jejich značení Účelem jištění je zabránit škodám nebo ohrožení lidí a zařízení. Při jištění tak jde o to: - preventivně zabránit vzniku nenormálních stavů nebo vzniku následných poruch - omezit následky poruch na nejmenší míru Nenormální stavy a poruchy u elektrických vedení mohou být přetížení, zkraty, zemní spojení nebo přerušení obvodu. Podle časové následnosti rozdělujeme jištěné jevy do dvou skupin: 1. skupina obsahuje poruchy vyžadující okamžitý, přímý a na napětí sítě nezávislý zásah ochrany. Jde především o zkraty. 2. skupina obsahuje nebezpečné stavy, dovolující zpožděný zásah. Jedná se zde například o přetížení, zmenšení izolačních odporů, zvýšení teploty. Většinou dochází k vyhodnocení stavu, jeho signalizaci a následnému zpožděnému vypnutí elektrického obvodu. Požadavky kladené na jistící přístroje. Ochrana elektrického zařízení před nadproudy – jejich tepelnými a elektrodynamickými účinky s tolerancí dovoleného krátkodobého přetížení.
Technologie
Stránka 48
To musí být zajištěno: Jištění vedení. Vlastní přiřazení jistícího prvku k vedení musí být provedeno tak, že pro jeho jmenovitý proud musí být splněna podmínka IN ≤ K . IZ IZ ……… dovolený proud vodiče K…….součinitel pro přiřazení zohledňující typ, uložení, seskupení vodičů včetně teploty okolí. Přesné přiřazení jistících prvků lze provádět v souladu s obsáhlou normou ČSN 33 2000-5523, kde jsou uvedeny k jednotlivým typům, průřezům vodičů a druhu jejich uložení hodnoty součinitelů K a jmenovité hodnoty pojistek. V následující tabulce je uveden výtah informativního přiřazení pojistek a jističů vodičům s Cu jádrem, s izolací z PVC pro vybrané druhy uložení.
Typové značení pro harmonizované silové vodiče podle ČSN 34 7409 – vybrané symboly
Technologie
Stránka 49
3.2.
Přípojkové skříně, rozvodnice, umístění měřících zařízení
Přípojková skříň slouží k jištění domovních kabelových přípojek v sítích NN a pro koncové nebo průběžné (smyčkové) připojení kabelové elektrorozvodné sítě k odběrnému místu. Přípojkové skříně jsou určeny pro připojení kabelů do průřezu 50 mm2 nebo 240 mm2 na přívodu.
Přípojková skříň SS100
Rozvodnice určená pro ovládání laickou obsluhou ČSN EN 61439-3: 2012 Významnou částí souboru je ČSN EN 61439-3: Rozvodnice určené k provozování laiky, která vyšla v říjnu 2012. Jsou tak k dispozici první tři nejdůležitější části, se kterými je možné pokrýt většinu požadavků. Vydání nahrazuje ČSN EN 60439-3 a příslušné změny. Doposud platná ČSN EN 60439-3 (35 7107) z února 1995 je nahrazena k datu 22.3.2015. Do té doby platí souběžně obě normy. Část 3 definuje specifické požadavky na rozvodnice určené k provozování laiky (zkratka DBO, angl.). -mají být provozovány laiky (např. spínání, výměna pojistkových tavných vložek), např. při používání v domácnosti; -výstupní obvody zahrnují ochranná zařízení. Tato mají být provozována laiky, odpovídající např. ČSN EN 60898-1 (jističe pro domovní a podobné použití), ČSN EN 61008 (Proudové chrániče), ČSN EN 61009 (Proudové chrániče s vestavěnou nadproudovou ochranou), ČSN EN 62423 (Proudové chrániče typu B) a ČSN EN 60269-3 (Pojistky pro nekvalifikovanou obsluhu):-jmenovité napětí proti zemi není větší než 300 v AC;-jmenovitý proud výstupních obvodů není větší než 125 ampér; -jmenovitý proud rozvodnice není větší než 250 ampér;-jsou určené pro rozvod elektrické energie;-jsou kryté, stabilní;-jsou určené pro vnitřní nebo venkovní použití. Umístění měřících zařízení Měřicí zařízení se zásadně umisťuje do elektroměrových rozváděčů (dále jen ER) na elektroměrové desky nebo do společných rozváděčů s přístroji pro rozvod za elektroměrem. V tomto případě musí být rozváděč k tomuto účelu zkonstruován a typově schválen. Elektroměrová část a podružný rozváděč musí být konstrukčně i opticky odděleny. Každé odběrné místo musí být měřeno samostatným měřicím zařízením. Konkrétní umístění je vždy nutno projednat s provozovatelem distribuční soustavy před započetím prací v rámci řízení o připojení. V bytových domech se ER umisťují přednostně v samostatném požárně odděleném a neuzamykatelném prostoru nebo na chodbě či na schodišti (nikoliv na rameni schodiště). Odbočení od hlavního domovního vedení je realizováno pro každé odběrné místo samostatnou odbočkou od hlavního domovního vedení.
Technologie
Stránka 50
U rodinných domů (které nemají charakter vícebytových domů), garáží a rekreačních objektů se ER umisťují vně objektu na trvale veřejně přístupném, neuzamykatelném místě. Pokud bude objekt situován na nepřístupném pozemku, musí být ER umístěn na hranici pozemku do pilíře v oplocení, případně na hranici pozemku v místě veřejně přístupném z vnější strany pozemku. Měřicí zařízení (elektroměr) musí být osazeno co nejblíže místu připojení k DS a musí být dostatečně chráněno před vnějšími vlivy prostředí dle ČSN 33 2000-5-51. Otevírání dvířek ER pak musí být umožněno z vnější přístupné strany pozemku (min. 0,8 m před skříní volný prostor) pomocí trnového klíče 6×6 mm s hloubkou otvoru pro trn min. 12 mm. Je nepřípustné uzamykat odběratelské rozváděče zámky. V zahrádkářských a chatových koloniích, v řadových garážích apod. je vhodné soustředit elektroměry pro několik odběratelů do jednoho skupinového ER, který je umístěn na veřejně přístupném, neuzamykatelném místě, instalovaném co nejblíže k místu napojení na distribuční síť NN. Umístění ER pro tyto objekty bude stanoveno ve stanovisku k žádosti o zřízení nového odběrného místa resp. zvýšení rezervovaného příkonu pro odběrné místo. Pro provozovny, obchody apod. se standardně elektroměrové rozváděče umisťují vněobjektu na trvale veřejně přístupném místě s přístupností z veřejné strany, případně se umístění elektroměrových rozváděčů stanoví individuálně ve stanovisku k žádosti o připojení podle charakteru odběrného zařízení, přístupnosti měření a možného vzniku škod při zásahu do zařízení nepovolanou osobou. Standardně se ER umisťují vně objektu na trvale veřejně přístupném místě. Elektroměry se nesmějí montovat do společných skříní nebo výklenků s plynoměry viz ČSN 33 2130. Před ER (přede dveřmi rozváděče) musí být volný prostor o hloubce minimálně 800 mm s rovnou podlahou nebo definitivně upraveným vodorovným terénem. Střed elektroměru má být ve výšce 1000 – 1700 mm od definitivně upravené plochy nebo terénu. V technicky odůvodněných případech (např. je-li více elektroměrů nad sebou) mohou být středy elektroměrů ve výši 700 – 1700 mm od definitivně upravené plochy nebo terénu. Při umístění elektroměrového rozváděče v oplocení, ve zdi nebo v pilíři, mohou být středy elektroměrů a sazbových spínačů níže než 1000 mm. Spodní hrana ER musí být minimálně 600 mm nad úrovní definitivně upraveného terénu. Provedení elektroměrových rozvaděčů Veškerá měřicí místa definovaná v tomto materiálu musí být provedena v soustavě dle ČSN 33 2000-3/ ČSN 33 2000-1: a) TN-C (přívod), TN-C případně TN-C-S (vývod) nebo b) TT – přívod i vývod Třífázové elektroměry musí být připojeny na správný sled fází (L1, L2, L3). Provedení ER musí splňovat bezpečnostní předpisy dané ČSN, zvláště pak opatření k zajištění ochrany před úrazem elektrickým proudem a musí mít vhodnou protikorozní ochranu. Pro připojení odběrného místa ze sítí smí být použit jen ER, který je ve shodě s příslušnými normami, je vybaven dokumentací dle zákona č. 102/ 2001 Sb. (v platném znění) a musí být k němu vydáno prohlášení o shodě dle zákona č. 22/1997 Sb. (v platném znění). Pro přímé měření je možné použít typizované lisované elektroměrové desky podle ČSN35 7020. Pro jednofázové elektroměry se povolují desky s rozměrem 225×300 mm, pro třífázové elektroměry desky s rozměrem 450×450 mm.
Technologie
Stránka 51
Pro montáž elektroměrů a sazbových spínačů (přijímačů HDO) musí být připraveno v rozváděči místo o rozměrech minimálně (v mm):
ER musí být z hlediska bezpečnosti připraveny pro montáž starších měřidel v provedení třídy ochrany I (viz příklady zapojení). V případě montáže měřidel v provedení třídy ochrany II se ochranný vodič nepřipojí. ER mohou být součástí kombinovaných pilířů (elektro+plyn+ER). ER a plynová přípojka musí být plynotěsně odděleny. Přípojková skříň v této sestavě musí být v provedení dle příslušných standardů. Kombinovaný pilíř musí být schválen před započetím všech prací odpovědným pracovníkem. Standardně se kombinované pilíře umisťují vně objektu na trvale veřejně přístupném, neuzamykatelném místě s přístupností z veřejné strany. Vybavení elektroměrových rozvaděčů V ER, v části určené pro osazení měřicího zařízení, je povoleno umístit pouze přístroje pro obchodní měření spotřeby a operativní nebo programové řízení třífázového nebo jednofázového odběru. Přístroje, které hradí odběratel, a jsou jeho majetkem: – hlavní jistič před elektroměrem, – proudový chránič – standardně v sítích TT a ve zvláště odůvodněných případech a po předchozím odsouhlasení i v síti TN, – jistič sazbového spínače, – svorkovnice vodičů PEN (pro síť TN), samostatné svorkovnice vodičů PE a N (pro síť TT), – svorkovnice pro vodiče HDV, – měřicí transformátory proudu, zkušební svorkovnice. Přístroje, které zajišťuje distribuční organizace a jsou jeho majetkem: – elektroměr, – sazbový spínač (přijímač HDO), – případně další příslušenství sloužící pro účely obchodního měření.
Technologie
Stránka 52
Přístroje pro rozvod za elektroměrem, spínací přístroje, pomocná relé a stykače pro ovládání obvodů jednotlivých elektrických spotřebičů pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody musí být instalovány mimo ER (část měření). Nejčastěji jsou instalovány v samostatném podružném rozváděči (rozvodnici), nebo ve společném ER prostorově odděleny od části měření. Elektroměrový rozváděč musí být uzavíratelný, dveře rozváděče budou vybaveny typizovanými rozváděčovými zámky na trnový klíč 6×6 mm, s hloubkou otvoru pro trn min. 12 mm. Je nepřípustné uzamykat odběratelské rozváděče zámky. Rozváděče a měřicí místa s elektroměrovou deskou musí být v provedení, které vyhovuje vnějším vlivům dle ČSN 33 2000-3, působící v daném prostoru. Elektroměrové rozváděče a elektrorozvodná jádra s dveřmi, po jejichž otevření nejsou přístupné živé části, musí mít po uzavření dveří krytí alespoň IP 40 v normálních prostorách a IP 43 ve venkovních prostorách. Pro venkovní elektroměrové rozváděče po otevření dveří musí mít krytí alespoň IP 20, při zavřených dveřích je předepsané krytí IP 44. Elektroměrový rozváděč musí umožnit snadnou montáž elektroměrů a sazbových spínačů (přijímačů HDO). Rozváděče budou vybaveny posuvnými upevňovacími šrouby zajištěnými proti otáčení a vypadnutí. Šrouby a matice musí mít vhodnou protikorozní ochranu. Umístění přepěťové ochrany se standardně provede mimo elektroměrový rozváděč v měřené části. Umisťovat přepěťové ochrany typu T1 (dříve „B“) v neměřené části elektrické instalace je možné pouze ve výjimečných případech na základě souhlasu pověřeného pracovníka a je-li to nezbytně nutné k realizaci celkové koncepce zón bleskové ochrany v celém objektu. Provedení části měření elektroměrového rozváděče bude takové, aby elektroměr a sazbový spínač nebyly zakryty krytem. Zajištění elektroměrového rozvaděče proti neoprávněné manipulaci Elektroměrový rozváděč je zajištěn proti neoprávněné manipulaci v neměřených částech předepsanou plombou. Plombování provede příslušný pracovník rozvodného závodu, popřípadě pověřená třetí osoba. Porušení plomb, nezbytné pro provádění elektroinstalačních a revizních prací, musí být předem prokazatelně oznámeno na Středisko služeb zákazníkům (telefonicky, mailem, písemně). Nesmí být porušené cejchovní plomby elektroměru a přijímače HDO. Stejným způsobem musí být oznámeno i ukončení prací a porušení plomb při odstraňování havárií přístrojů v neměřeném rozvodu. V elektroměrovém rozváděči musí být připraveny k zaplombování následující přístroje: – přívod a vývod jističe před elektroměrem, popř. i svorkovnice odbočky od hlavního domovního vedení, – přívod a vývod proudového chrániče, pokud je před elektroměrem zapojen, – přívod, vývod a zapnutá poloha jističe sazbového spínače, – svorkovnice vodičů PEN, popř. svorkovnice vodičů PE a N, – svorkovnice pro vodiče HDV, – u nepřímého měření zkušební svorkovnice a svorkovnice s měřicími transformátory proudu, – ostatní části rozvodů, kudy prochází neměřená instalace. Technologie
Stránka 53
Kryt elektroměru je zaplombován cejchovními plombami, pracovník rozvodného závodu, případně pověřený pracovník provádějící práce v elektroměrovém rozváděči zaplombuje kromě vyjmenovaných přístrojů a částí také svorkovnici elektroměru a sazbového spínače (přijímače HDO). Pro přímé měření je možné použít i typizované lisované elektroměrové desky. K upevnění desky musí být použit upevňovací šroub pod krytem svorkovnice elektroměru. Pro umístění ostatních přístrojů odběratele se mohou použít přístrojové desky. V případě umístění hlavního jističe, chrániče či ochranné svorkovnice na přístrojové desce musí být upevňovací šrouby těchto přístrojových desek uzpůsobeny pro zaplombování, a to nejméně dva na jednu přístrojovou desku, diagonálně umístěné. Je vhodné umístit hlavní jistič, proudový chránič (je-li použit) a jistič sazbového přijímače pod společný plombovatelný kryt. Standardní vybavení a zapojení elektroměrových rozvaděčů Hlavní jistič před elektroměrem Před elektroměr se musí osadit hlavní jistič odpovídající technickým normám ČSN EN 60898 anebo ČSN EN 60947 s vypínací charakteristikou B se stejným počtem pólů, jako má elektroměr fází. Hlavní jistič před elektroměrem je jisticí zařízení odběratele, které svou funkcí omezuje výši rezervovaného příkonu v daném odběrném místě. Proudovou hodnotu jističe před elektroměrem je nutno dimenzovat podle soudobého příkonu odběrného místa. Jistič musí být umístěn ve svislé poloze, tedy aby pohyb ovládací páčky jističe byl nahoru a dolů a páčka byla v zapnuté poloze nahoře. V případech, kdy je v odběrném místě připojen spotřebič s velkým rozběhovým (záběrným) proudem, je možné po předchozím písemném odsouhlasení ve stanovisku k žádosti o připojení použít hlavní jistič s vypínací charakteristikou C. V odůvodněných zcela výjimečných případech může být povolen jistič s vypínací charakteristikou D. Normalizovaná řada proudových hodnot jističů: 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 A – přímé měření 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 A – nepřímé měření Použití pojistek, pojistkových odpínačů a sdružených jističů s proudovými chrániči není povoleno. Pokud použije odběratel jako hlavní jistič před elektroměrem jistič s nastavitelnou tepelnou spouští, musí být tato konstrukčně upravena tak, aby bylo možné nastavení spouště řádně zaplombovat a aby byla v poloze nastavení výrobcem jasně definována hodnota nastaveného proudu. Elektronická spoušť hlavního jističe musí mít nastavenou charakteristiku B a takto nastavená musí být zaplombována. Při nedodržení těchto podmínek bude pro stanovení sazby uvažována maximální nastavitelná hodnota. Jisticí prvek musí být již z výroby opatřen nezáměnným označením jmenovité hodnoty proudu (např. barva ovládací páčky, odpovídající hodnotě jištění, barevný terčík na jističi apod.) a jeho vypínací charakteristikou. Jistič sazbového spínače Sazbový spínač (přijímač HDO) u dvoutarifního měření musí být jištěn proti přetížení jističem o hodnotě jmenovitého proudu 2 A. Jistič musí být možno zaplombovat v zapnuté poloze. Jistič musí být umístěn ve svislé poloze, tedy aby pohyb ovládací páčky jističe byl nahoru a dolů a páčka byla v zapnuté poloze nahoře.
Technologie
Stránka 54
Napájení sazbové cívky elektroměru se standardně připojuje na vstupní pomocnou svorku fáze L1 elektroměru. V případě, že není vyvedena na elektroměru pomocná svorka fáze L1, je napájení realizováno ze svorky hlavního jističe. Zapojení elektroměrového rozváděče U třífázových elektroměrů musí být dodržen správný sled fází (L1, L2, L3). Elektroměr musí být připojen na přívodní fáze ve sledu L1, L2, L3 z levé strany. V sítích TN se pro ochranu při poruše (před dotykem neživých částí) použije automatické odpojení od zdroje nadproudovým jisticím prvkem – jističem. Při použití jističe se vodič PEN nerozděluje v elektroměrovém rozváděči v části měření. Rozdělení na ochranný (PE) a střední (N) vodič se provede až v podružném rozváděči. Ve výjimečných případech možnost využití proudového chrániče v neměřené části ER a požadavky na provedení ER stanovuje odpovědný pracovník ve stanovisku k připojení. V sítích TT se použije ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí ER automatickým odpojením od zdroje nadproudovým jisticím prvkem (jističem) a doplňková ochrana se realizuje pomocí proudového chrániče. Pokud je u oceloplechového rozváděče použita v síti TT ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovým chráničem, musí být přívod do proudového chrániče proveden ve dvojité izolaci např. použitím izolačních návleků. Technické podmínky připojení tepelných čerpadel včetně podmínek a požadavků na umístění a provedení měřicích souprav stanovuje ve stanovisku k žádosti o připojení. Sazbový spínač (přijímač HDO) Ke každému dvoutarifnímu elektroměru musí být osazen samostatný sazbový spínač (přijímač HDO). Skupinové ovládání více odběrů není u nových a rekonstruovaných odběrných míst povoleno. V systémech s blokováním ohřevu TUV, akumulačního nebo přímotopného vytápění jsou silové obvody těchto soustav ovládány výkonovými stykači. Sazbový spínač přes své spínací kontakty řídí příslušnou cívku stykače. Ovládací obvod (spínací kontakty sazbového spínače a ovládací cívky daného stykače) budou jištěny jističem o jmenovité hodnotě obvykle do 2 A, a to pro každý stykač (ovládací obvod) zvlášť. Měřicí transformátory proudu (MTP) Elektroměry pro přímé měření se osazují pouze do 80 A (včetně) jmenovitého proudu hlavního jističe. Pro měření nad 80 A jmenovitého proudu hlavního jističe je nutné použít nepřímé měření s úředně ověřenými měřicími transformátory proudu (MTP). MTP musí odpovídat třídě přesnosti 0,5 S, jmenovitý sekundární proud musí být 5 A, jmenovitá zátěž měřicích transformátorů min. 10 VA. Lze použít pouze MTP schválené k používání na území České republiky a úředně ověřené autorizovaným metrologickým střediskem. Jmenovitý primární proud měřicích transformátorů proudu se při návrhu vybere z následující řady: 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 750, 1000 A. Volí se proud odpovídající jmenovitému proudu hlavního jističe nebo proud nejbližší vyšší.
Technologie
Stránka 55
Elektroměr musí být zapojen na zkušební svorkovnici schválenou pro použití. Svorkovnice musí být namontována tak, aby napěťové propojky po povolení šroubů vlastní vahou rozpojily napěťové obvody. Napěťové obvody nepřímého měření jsou jištěny pouze hlavním jističem. Stanovení způsobu měření, primárního proudu MTP apod. bude uvedeno ve stanovisku k žádosti o zřízení nového odběrného místa. Dimenzování vodičů při přímém měření Přívod a vývod z elektroměru bude proveden plným vodičem Cu o minimálním průřezu 6 mm2. Do elektroměru lze připojit vodič o max. průřezu 16 mm2. Svorka středního vodiče elektroměru se propojí se svorkovnicí N nebo svorkovnicí PEN plným vodičem Cu o min. průřezu 6 mm2. Ochranné propojení elektroměru se svorkovnicí PEN se proveden plným vodičem Cu o min. průřezu 6 mm2. U nových ER se nepřipouští použití slaněných vodičů. U stávajícího odběrného místa, kde jsou použity slaněné vodiče, musí být zakončeny lisovacími dutinkami. Obvody sazbového spínače (přijímače HDO) se propojují plným vodičem Cu o průřezu 1,5 mm2. Ovládací vodiče, kterými je připojená elektroměrová měřicí souprava, musí být trvale a nezaměnitelně označeny návlečkami dle následující tabulky:
Technologie
Stránka 56
Barevné značení vodičů musí být následující:
Nepřímé měření Spojovací vedení lze provést pouze plnými vodiči, a to jednožilovými izolovanými vodiči uloženými v trubce (žlabu) nebo kabelem s příslušným počtem vodičů o daném průřezu, materiálu a barevným označením jednotlivých žil. Připojování
měřicích
transformátorů
(minimální
průřez
vodičů):
Pokud by odběratel požadoval vzdálenost větší než 60 m, musí být projednána s pracovníkem odpovědným za vyřizování žádosti o připojení. Pokud není elektroměr v jedné skříni s MTP, propojí se kabelem CYKY 7C×4 se zkušební svorkovnicí umístěnou v odběratelském rozváděči. Lze také použít tři kabely CYKY 3C×4. Napětí se přivede do zkušební svorkovnice kabelem CYKY 5C×2,5 (zapojí se 4 vodiče). Žlutozelený vodič se nezapojuje. Připojení napěťových obvodů se provede v zaplombované části odběratelského rozváděče za hlavním jističem co nejblíže u MTP. Kabely se vedou bez přerušení od MTP a místa připojení napětí do zkušební svorkovnice. Vstupní (primární) připojovací svorky MTP se označují P1, P2, svorky výstupní (sekundární) se označují S1, S2. Označení začátků a konců vodičů (mezi MTP a zkušební svorkovnicí)
Technologie
Stránka 57
Obvody pro řízení sazby se propojují vodičem Cu stejného průřezu jako napěťové obvody elektroměru. Obvod pro napájení optopřevodníku bude propojen Cu vodičem červené barvy o průřezu 1,5 mm2. Označování vodičů je stejné jako u přímého měření. Hlavní domovní vedení Hlavní domovní vedení je elektrické vedení od přípojkové skříně až k odbočce k poslednímu elektroměru. HDV začíná na výstupních svorkách v přípojkové skříni a je majetkem odběratele. V budovách s nejvýše třemi odběrateli není nutné HDV a odbočky k elektroměrům lze provést přímo z přípojkové skříně. V bytových domech a objektech občanské výstavby, kde je to vhodné, se zřizuje více hlavních domovních vedení viz ČSN 33 2130. HDV musí být provedeno v soustavě TN-C co nejkratší cestou takovým způsobem, aby byl ztížen neoprávněný odběr elektřiny. Provedení HDV musí být vodiči se stejným průřezem po celé délce vedení bez přerušení s výjimkou odbočení k elektroměrům. HDV musí být provedeno tak, aby jeho výměna byla možná bez stavebních zásahů – např. v ochranných trubkách, kanálech, dutinách konstrukcí apod. Průřez HDV se dle ČSN 33 2130 a ČSN 33 2000-4-43 volí s ohledem na očekávané zatížení. Jednofázové odbočky k měřícím zařízením (elektroměrům) lze provést u zařízení do soudobého příkonu 5,5 kW. Pro bytové objekty (byty) se provádějí zásadně trojfázové odbočky. Minimální průřezy pro HDV jsou 4 x 10 mm2 Cu nebo 4 x 16 mm2 Al. Prozatímní odběry Připojení prozatímního odběrného místa musí být provedeno technicky odpovídajícím elektroměrovým rozváděčem, který bude umístěn vně objektu na trvale veřejně přístupném místě, tedy bude přístupný i v době nepřítomnosti odběratele. Rozváděč musí být řešen tak, aby měřicí souprava (elektroměr) byla trvale přístupná pracovníkům provádějícím odečet, kontrolu či výměnu měřicího zařízení. Otevírání dvířek elektroměrového rozváděče proto musí být umožněno z vnější přístupné strany pozemku pomocí trnového klíče 6×6 mm s hloubkou otvoru pro trn min. 12 mm. Je nepřípustné uzamykat prozatímní elektroměrové rozváděče zámky. Místo připojení k DS určuje odpovědný pracovník rozvodného závodu. Celková délka připojovacího vedení od místa napojení na distribuční síť k prozatímnímu elektroměrovému rozváděči musí být co nejkratší, nejvíce však 15 metrů při připojení z venkovního vedení a 5 m z kabelového vedení. Delší vedení lze připojit pouze v odůvodněných případech a po předchozím odsouhlasení odpovědným pracovníkem rozvodného závodu. Za bezpečný stav prozatímního zařízení od jeho připojení do odpojení zodpovídá jeho provozovatel. Každý prozatímní elektroměrový rozváděč musí být vybaven uzamykatelným hlavním vypínačem ve vypnutém stavu, kterým je možné celé prozatímní odběrné místo odpojit od napětí. Hlavní vypínač musí být volně přístupný bez použití nástroje. Umístění a provedení prozatímního elektroměrového rozváděče musí být takové, aby bylo možné elektroměr namontovat a provozovat jen ve svislé poloze. Stupeň krytí prozatímního elektroměrového rozváděče musí být nejméně IP 44, jsou-li všechny dveře uzavřeny a je–li vybaven všemi odnímatelnými kryty a ovládacími panely.
Technologie
Stránka 58
Elektroměrový prozatímní rozváděč s nainstalovanými zásuvkami musí být chráněn proudovým chráničem, jehož vybavovací proud nepřesahuje 30 mA. Proudový chránič plní pouze funkci ochrany před nebezpečným dotykem, a proto musí mít odběrné zařízení předřazeno odpovídající jištění. Prozatímní rozváděč je zajištěn proti neoprávněné manipulaci v neměřených částech předepsanou plombou. Plombování provede příslušný pracovník rozvodného závodu, případně pověřený pracovník. Přívodní vedení musí být vhodně chráněno proti mechanickému poškození, a to v souladu s ČSN 34 1090. Prozatímní elektroměrový rozváděč musí být proveden v souladu s příslušnými ČSN. Přepěťové ochrany odběrného zařízení Požadavek na umístění přepěťové ochrany v neměřené části odběrného zařízení musí být vždy projednán s odpovědným pracovníkem rozvodného závodu před započetím elektroinstalačních prací, tedy ve fázi přípravy projektové dokumentace. Přepěťové ochrany ve vlastnictví odběratele jsou součástí odběrného zařízení a standardně se umisťují do měřené části zařízení odběratele. Přepěťové ochrany se umisťují dle těchto základních zásad: a) Přednostně se přepěťová ochrana umisťuje do měřené části odběrného zařízení, b) Umisťovat přepěťové ochrany třídy T1 v neměřené části elektrické instalace objektu je možné jen tehdy, je-li to nezbytně nutné k realizaci koncepce zón bleskové ochrany. Přitom je vhodné realizovat kompletní přepěťovou ochranu objektu, to znamená zřídit vnější ochranu před bleskem (podle ČSN EN 62305) a vnitřní vícestupňovou ochranu před přepětím. Umístění a provedení přepěťové ochrany v neměřené části musí být projednáno s odpovědným pracovníkem E.ON před započetím elektroinstalačních prací. Přepěťová ochrana nesmí být umístěna v ER. Svodič přepětí bude umístěn v samostatné skříni. Ve velmi ojedinělých a odůvodněných případech lze umístit po předchozím projednání s odpovědným pracovníkem E.ON i do přípojkové skříně (při splnění požadavků na skříň - viz PNE 33 0000-5). Před elektroměrem lze použít pouze svodiče přepětí typu T1, které obsahují jiskřiště nebo sériově řazené jiskřiště a varistor, doplněné o předřazené pojistky. Nelze osazovat svodiče varistorové nebo paralelně řazené jiskřiště a varistor. Místo montáže v neměřené části instalace bude zabezpečené proti neoprávněné manipulaci předepsanou plombou. Podrobnosti stanovuje PNE 33 0000-5. Skříň s omezovači přepětí musí být připravena pro zaplombovaní a musí splňovat předepsané krytí IP 44. Lze použít pouze svodiče přepětí, skříně a ER s odpovídajícím schválením pro tento účel a vyhovující zákonu č. 22/1997 Sb. v platném znění a souvisejícím předpisům. Oznamovací povinnost Porušení plomb, nezbytné pro provádění elektroinstalačních a revizních prací, musí být předem prokazatelně oznámeno na Středisko služeb zákazníkům (telefonicky, mailem, písemně). Stejným způsobem musí být oznámeno i ukončení prací a porušení plomb při odstraňování havárii přístrojů v neměřeném rozvodu. Opětovné zaplombování se řídí podle platného ceníku. Osvobození z platby je u plombování OM v souvislosti s prováděnými povinnými revizemi elektroinstalace HDV nebo při poruše hlavního jističe.
Technologie
Stránka 59
Požadavky na umístění, provedení a zapojení měřících souprav připojených k elektrické síti nn Energetický zákon č. 458/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů definuje dle § 31 jednotné požadavky ECD na umístění, provedení a zapojení měřicích souprav u nových nebo rekonstruovaných míst výrobců elektrické energie na hladině NN dle vyhlášky 82/2011 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Kromě níže uvedených požadavků musí měřicí soupravy odpovídat právním předpisům a ustanovením technických norem. Způsoby dodávky elektrické energie z obnovitelných zdrojů do distribuční sítě: a) výrobce dodá celou vyrobenou energii do sítě, b) výrobce dodává do sítě pouze přebytky a část vyrobené energie sám spotřebovává. Umístění elektroměrového rozvaděče ER se umisťuje na trvale přístupném místě z veřejného prostranství i v době nepřítomnosti odběratele, na hranici pozemku do pilíře v oplocení tak, aby bylo umožněno otevření elektroměrového rozváděče z vnější přístupné strany pozemku pomocí trnového klíče 6x6 mm s hloubkou otvoru pro trn min. 12mm. Je nepřípustné zamykat odběratelské rozváděče zámky. Vybavení ER V prostoru měření je možné umístit pouze přístroje pro obchodní měření dodávky a spotřeby a operativní nebo programové řízení dvousazbových elektroměrů. Přístroje, které hradí odběratel, a jsou jeho majetkem: – hlavní jistič před elektroměrem, – jistič sazbového spínače, – svorkovnice vodičů PEN (pro síť TN-C), samostatné svorkovnice vodičů PE a N (pro síť TT a TN-S), – optický převodník, – svorkovnice pro vodiče HDV. Přístroje, které zajišťuje rozvodná organizace a jsou jeho majetkem: – elektroměr, – sazbový spínač (přijímač HDO), – případně další příslušenství sloužící pro účely obchodního měření. Základní typová schémata elektroměrových rozvaděčů: schéma zapojení s jednofázovým jednosazbovým elektroměrem
Technologie
Stránka 60
Příklad zapojení s třífázovým dvousazbovým elektroměrem a jednopovelovým přijímačem HDO
Příklad zapojení měření s třífázovým dvousazbovým elektroměrem a třípovelovým přijímačem HDO pro vytápění tepelným čerpadlem a s blokováním přímotopného vytápění a ohřívačů TUV
Technologie
Stránka 61
3.3.
Materiál pro rozvody, trubky, lišty, krabice, pomocný materiál
V této kapitole se seznámíme s některými výrobky, které se používají k instalaci elektrických obvodů malého a nízkého napětí. Rodina těchto zařízení je velmi početná, patří sem spínače domovní, spínače na spotřebiče, domovní zásuvky a vidlice, přívodky a objímky elektrických světelných zdrojů a další. Dále pak to je úložný materiál, tj. elektroinstalační krabice, elektroinstalační trubky, lišty, žlaby příchytky a spojovací materiál, svorky, svorkovnice, rozvodky i pojistkový materiál. V neposlední řadě jsou to i vodiče a kabely, kabelové soubory, spojovací a izolační materiál.
Technologie
Stránka 62
3.4. Zapojení jednoduchých instalačních obvodů a) domovní
Technologie
Stránka 63
b) průmyslové reverzační stykačové zapojení třífázového elektromotoru
Technologie
Stránka 64
3.5. Elektrická zařízení v koupelnách V obytných budovách patří koupelny a sprchové kouty k suchým místnostem, protože je tam vlhkost jen dočasná. Přesto existuje v těchto místnostech zvláštní nebezpečí , způsobené vlkostí. Proto v koupelnách a sprchových koutech rozlišujeme zóny 0,1,2 a 3 podle ČSN 33 2000-7701 viz spodní obrázek.
Přípustné elektrické předměty a spotřebiče v zónách 0,1 a 2: Zóna 0- jen spotřebiče, které jsou výslovně přípustné pro zónu 0, např. pevně instalovaná nástěnná svítidla na malé napětí SELV do AC 12 V nebo VC 30 V. Zdroj proudu musí být mimo zóny 0 a 1. Zóna 1- pevně instalované a pevně připojené přístroje a nutné zásuvky , např. pro: ohřívač vody, zařízení vířivé vany, čerpadlo odpadní vody - přístroje a svítidla s malým napětím SELV nebo PELV do AC 25 V nebo DC 30 V, zdroje proudu nesmí být v oblastech 0 a 1 umístěny. Zóna 2 – všechny elektrické předměty přípustné v zóně 1, - zásuvky pro holící strojky, které jsou připojeny na dělící transformátor.
Technologie
Stránka 65
3.6. Moderní elektrické rozvody Instalační sběrnice EIB Instalační sběrnice zaručuje naprostý komfort bydlení. Jakmile se začne stmívat, zapne se osvětlení zahrady, pračka se zapne dálkovým ovládáním atd. Dokonce i když budete na dovolené, bude vše působit dojmem, jako byste byli doma. Díky moderní digitální instalační technice můžete bez problémů plánovat a programovat – zcela podle svých životních zvyků, požadavků na pohodí a bezpečnost – a zbytek nechat na domácí technice. Pojďme si tedy trochu přiblížit něco z terminologie běžné v systémech domácí automatizace. - Sběrnice (anglicky bus) je systém přenosu informačních dat mezi jednotlivými prvky domácí automatizace. Propojuje např. vypínač přes nějaký naprogramovatelný řídící prvek třeba počítač s ovládaným přístrojem třeba osvětlením místnosti. Většinou se signály sloužící k řízení přístrojů posílají po kabelech, ale lze to i bezdrátově. Aby se sjednotila rozličná řešení od různých světových výrobců a daly se dohromady do systému zapojovat různé přístroje, dohodly se někteří výrobci, že budou používat jednotný systém takovýchto sběrnic. - Jedním z takových systémů je EIB, který zavedlo sdružení vedoucích firem v oblasti elektroinstalací v Evropě European Instalation Bus Association (EIBA). Jde o decentralizovaný instalační řídící systém pro zařízení budov, umožňující měření, regulaci, zapínání a vypínání, hlídání a kontrolu strojů, přístrojů a zařízení v budovách. Sdružení EIBA a velcí světoví výrobci např. Siemens spolu posléze založili asociaci KNXA (Konnex-Association) a začali zavádět nový standard KNX. Někteří výrobci označují svoje výrobky KNX/EIB nebo jen KNX. Jde o propracovanější verzi, která je ale zpětně kompatibilní se staršími výrobky označenými EIB. Bezdrátová řešení je označováno KNX RF (radiofrekvenční) a nabízí ho mj. právě Siemens . - V Americe (ale nejen tam, je možno se s ním setkat i u nás) je pak rozšířen jiný standard sběrnicového systému LON (Local Operating Network). Existují i další standardy, a také řada firem má své vlastní proprietární tedy uzavřené řešení komunikačních sběrnic. - V systému EIB se paralelně s vedením 230 V klade i vedení datové sběrnice. Na ní se pak napojují jednotlivé snímače a ovladače. Zařízení systému EIB – snímače, čidla nebo spínače, vysílající na sběrnici signály informující o stavu konkrétního zařízení: Zapnuto, vypnuto, teplota, intenzita osvětlení apod. Ovladače – zařízení ovládající všechny výkonné přístroje na základě signálů ze snímačů: stmívaje, stykače, termoregulátory. Systémové komponenty - slouží ke správnému směrování signálů, spojení mezi různými úseky sběrnice, napájení sběrnice (DC 24V). Jsou vstupními místy pro připojení programovacího přístroje. Výhody systému EIB
jednoduchá instalace
jednoduché a málo nákladné pozdější změny či rozšíření
decentralizovaný systém, při výpadku zařízení funguje celek dál
úspora energie a nákladů
Technologie
Stránka 66
3.7.
Kabelové vedení a soubory
a) Kabelová vedení Oproti izolovaným vodičům mají kabely dodatečný plášť a výztuž. Proto je možná jejich instalace ve ztížených podmínkách, jako je například v zemi, ve vodě nebo v betonu. Hranice mezi izolovanými vodiči a kabely však není zcela přesná. Název „kabel“, kterého se původně používalo pro označení lana, se přívlastkem „elektrický“ přenesl do kabelářské terminologie a označuje silné vodiče, které jsou stočené (slanované) z velkého počtu drátů. Rozdělení: Podle použití -silové kabely, ovládací kabely Podle konstrukce -plastové kabely, kabely s napuštěnou papírovou izolací, olejové kabely Podle dovoleného napětí -nízkonapěťové kabely, kabely na střední napětí, kabely na vysoké a velmi vysoké napětí b)Kabelové soubory patří sem kabelové spojky a koncovky. Slouží ke spojování kabelů mezi sebou nebo s jinými díly. Kabelové spojky -prodlužovací spojky, odbočkové spojky, přechodové spojky, uzavírací spojky Kabelové koncovky -vnitřní koncovky, venkovní koncovky Požadavky na kabelové soustavy: -zajištění spolehlivého elektrického spojení, spolehlivé spojení koncových součástí, ochrana proti vniknutí vody, tepelná stálost, mechanická pevnost
Technologie
Stránka 67
3.8.
Přípojnicový rozvod
K moderním přístrojům zajišťujícím např. hladký rozběh motorů či ochranu zařízení a lidí se do elektroinstalace počítá i samotný rozvod elektřiny. Pro hladinu nn, lze nabídnout několik možných způsobů pro přenos elektrické energie. Jedním je zatím nejčastěji realizovaný způsob: kabely a kabelové žlaby či rošty. Dalším je použití pásoviny, ať již izolovaných či nechráněných vodičů. Spolehlivost, bezpečnost, efektivita, přizpůsobivost – to jsou základní požadavky na moderní elektroinstalaci. Není rozhodující, zda jde o rodinný domek, nemocnici, obchodní centrum či továrnu. Vedle požadovaných vlastností se někde přihlíží k estetice, jinde k čistotě technického řešení, na dalším místě je vyžadována možnost dodatečně změnit rozvod. Neizolované, živé vodiče v podobě pásů jsou vhodné do prostředí, kde se většinou pohybují jen lidé se vzděláním v oblasti elektrotechniky. Jejich použití v komerčních centrech či garážích zábavních parků, prostě všude tam, kam přijdou i lidé v elektrotechnice neznalí a nepoučení, je přinejmenším nebezpečné. Proto se tyto vodiče opatřují izolací (zapouzdřením). Spolu s uzavřením proudovodných drah do stabilního tvaru a některými dalšími konstrukčními úpravami jsou zlepšovány elektrické i neelektrické vlastnosti přenosu a přenosového média. Vznikají tak zapouzdřené přípojnicové systémy, které oproti kabelovým vedením nebo samotným pásovinám mají značné přednosti. Ať jde o mnohapatrovou výškovou budovu, rozlehlou tovární halu či jen malou dílničku, přípojnicové systémy poskytují mnoho výhod:
možnost bezpečně napojit libovolný spotřebič na libovolném místě, připojit a odpojit ho bez nutnosti vypínat byť jen část elektrického rozvodu (není nutné čekat na plánované odstávky nebo tyto odstávky větších celků dělat z důvodu malé změny v rozvodu elektrické energie), je velmi výhodná v situacích při nepřetržitém provozu, např. v nemocnici, možnost dělat dodatečné úpravy v odběrech pouhým sejmutím odbočné skříňky z rozvodu, jejím přezbrojením či změnou odbočné skříňky a opětovným použitím na rozvod, možnost později měnit dosavadní trasu díky standardizovaným dílům, které lze snadno přemístit a opět smontovat v nové trase, úspora místa a schopnost přizpůsobit se stavebním členitostem budovy, zpřehlednění rozvodu již od samotného rozváděče až k posledním spotřebičům.
Přípojnice LD – 1000až 5000 Ampér
Technologie
Stránka 68
3.9. Připojování pracovních strojů s elektrickými motory Připojování elektrických strojů a pohonů s elektromotory dle ČSN 33 2190 Hlavní zásady
správné zavedení vodičů (+ dostatečně dlouhé konce přívodů, aby poskytovaly rezervu) ochrana před nebezpečným dotykem dimenzování a jištění přívodních vodičů odrušení souměrnost zatížení fází přístup, zejména k ovládání a kontrolním částem dostatečný prostor pro přirozené chlazení v okolí strojů nesmí být hořlavé látky viditelné pokyny pro obsluhu, údržbu a revize
přístupný výkonnostní štítek. Pokud není přístupný, umístí se jiný na viditelném místě. Dojde-li ke změně, umístí se vedle původního štítku další. Je-li při obsluze stroje nebezpečí úrazu (např. rotujícími částmi), musí se dát stroj vypnout z místa obsluhy. Spínače musí vypnout všechny vodiče obvodů, které mají napětí proti zemi (vyjma středního vodiče). Jsou normalizována jednak základní ustanovení pro všechny druhy strojů, jednak doplňující ustanovení pro jednotlivé druhy strojů. Konečně zvláštní požadavky jsou normalizovány pro elektrické pohony se jmenovitým výkonem do 100 kW, napájenými z rozvodné sítě nízkého napětí. ČSN 33 2190 byla schválena 19.12.1986 a nabyla účinnosti od 1.11.1987.
Elektrické stroje točivé Výkon motoru má být cca o 5 až 15 % větší než je zatížení. Úbytek napětí max. 7 %, při rozběhu 10 %. Asynchronní motory s kotvou nakrátko Přímo na síť lze připojit motor do 11 kW. Hvězda / trojúhelník se používá do 15 kW při lehkém rozběhu (do hvězdy musí dosáhnout 85 % otáček). Při těžkém rozběhu se do 7,5 kW použije rozběhová spojka. Do 15 kW se s rozběhovou spojkou dovoluje připojení přímo na síť, ale rozběhový proud nesmí překročit 2,5násobek jmenovitého proudu a rozběhová spojka musí umožnit úplný rozběh naprázdno. Kroužkové asynchronní motory Rozběhový proud max. 2,5 násobek jmenovitého proudu. Při přepnutí z rozběhového na jmenovitý proud nesmí být skok větší než 1,9 násobek. Motory pro přerušovaný chod Záběrný proud max. 3násobek jmenovitého proudu. Jednofázové motory Lze je připojit přímo na síť, pokud nemají větší ráz při spouštění než 3,5 kVA. Stejnosměrné motory Přímo na síť lze připojit motory do 2 kW. Záběrný proud max. 2,5násobek jmenovitého proudu. ČSN 33 2190 Schválená 12/86 s účinností od 11/87 Usazování a umisťování všech elektrických strojů točivých i netočivých, včetně výkonových transformátorů, reaktorů, tlumivek, výkonových polovodičových měničů, silových kondenzátorů a pohonů s elektromotory. Požadavky na připojování elektrických pohonů včetně, dovážených strojů a pohonů, s elektromotory se jmenovitým výkonem do 100 kW, na rozvodné sítě nízkého napětí a hlediska pro volbu elektromotorů těchto pohonů.
Technologie
Stránka 69
Usazování a umísťování. Připojovat lze pouze taková zařízení, která odpovídají všeobecným předpisovým normám, zejména ČSN 33 2000. Základní požadavky na elektrické stroje a pohony: Stroje a pohony smějí být zatěžovány jen podle jmenovitých údajů Přívody musí být zavedeny a připojeny tak, aby byly dostatečně izolovány proti okolí a aby se neporušila ochrana před vlivem prostředí a před dotykem, a aby byla zaručena ochrana před nebezpečným dotykovým napětím. Je třeba užít krytí, aby odolával působení vlivů, před kterým jej má chránit. Stroje určené k připojení na elektrizační soustavu musí splňovat požadavky ČSN 33 3430 Dimenzování a volba připojovacích vodičů se provádí podle způsobů zatížení, mechanického namáhání s přihlédnutím na účinky zkratových proudů, úbytku napětí, tepelné odolnosti, prostředí a z hlediska hospodárnosti. Stroje a pohony se umísťují a připojují tak, aby nebyly zdrojem nepřípustného rušení, a musí vyhovovat ČSN 33 42 00 a ČSN 34 2860. Stroje a pohony nesmějí přetěžovat síť. Jejich jmenovité napětí a kmitočet musí odpovídat síti stejně i rovnoměrnému zatížení fází viz ČSN 33 3430. Zařízení musí být jištěny, aby byla zajištěna jejich bezpečnost za všech předpokládaných provozních stavů. Jištění proti zkratu, proti přetížení, ochrana proti samovolnému spuštění stroje a proti nebezpečnému poklesu napětí, musí být provedeno podle ČSN 33 2200, popř. podle pokynů výrobce. Pro umístění přednostně volíme místo v prostředí obyčejném,jinak v místě s méně škodlivými vlivy. Pro obsluhu a údržbu volíme dobře přístupné místo pro montáž a demontáž ČSN 34 3102Prostor, v němž má být stroj nebo pohon s přirozeným chlazením umístěn větrat, aby oteplení nepřestoupilo dovolenou mez a aby nebylo přehříváno při přetížení a od okolí, od částí strojů a pohonů tak při provozu (od odporů, topidel). Nesmí být snížený izolační stav strojů a pohonů a tím umožněn vznik unikajících proudůV okolí strojů nesmí být hořlavé látky, plameny a jiskry, při chodu elektrického zařízení, které tyto hořlavé látky mohou zapálit, musí být zachována potřebná požární bezpečnost a zajištěna ochrana životního prostředí.Přívody ke strojům a pohonům musí být řádně připojeny a provedeny viz ČSN 33 2000-5-54 a ČSN 33 22 00 a dodrženy předepsané vzdálenosti mezi vodiči. Umístění výkonnostního štítku, údaje pro obsluhu, údržbu a revize, musí být viditelné výkonnostní štítek se nesmí měnit ani odstranitUmístění, usazení ČSN 34 3205 Vypínání stroje ČSN 33 2180-79Odpojení vedení, spínání obvodů ČSN 33 2180, povrchové cesty a vzdušné vzdálenosti ČSN 34 0130, pro přípojnice platí ČSN 33 3210 Průřez přívodních vodičů Větší průřez, než dovoluje svorkovnice stroje, musí být vhodně vyřešeno použitím přechodové skříně pro připojení stroje, které zaručí i krytí vodičů ve svorkovnici. Konec přívodů , k nimž se stroje a pohony připojují, musí být dostatečně dlouhé, aby poskytovaly případnou rezervu pro opravy a aby připojovací svorky nebyly v provozu mechanicky namáhány.Volba, umístění, usazení a připojení výkonových transformátorů, reaktorů a tlumivek platí ČSN 33 32 40 a ČSN 34 3270.Pro volbu, umístění usazení a připojení výkonových měničů a usměrňovačů platí ČSN 35 1530, ČSN 35 15 6 a ČSN 35 1561Pro usazení a připojení kondenzátorů pro silnoproudá zařízení platí ČSN 35 8205. Pro elektrické pohony s elektromotory se jmenovitým výkonem do 100kW, napájených z rozvodné sítě nízkého napětí. Volba elektromotoru: Při volbě druhu pohonu pro určité zařízení se musí vycházet z jeho specifických vlastností, na plné zatížení. K rozvodné síti lze připojovat jen elektromotory, které odpovídají článků této normy. Připojení na síť provedení přípojky musí odpovídat ČSN 33 3320. Rychlé změny
Technologie
Stránka 70
velikosti napětí při spouštění motorů nesmí překročit přípustné hodnoty podle ČSN 33 3430. Kompenzace účiníku, ke zlepšení poměrů v rozvodném systému podle ČSN 33 3080. Práce a obsluha elektromotorů je nutno dodržet předpisy ČSN 34 3102 a ČSN 34 3205. Způsoby připojení trojfázových a jednofázových elektromotorů. Asynchronní motory nakrátko až do výkonu 11 kW připojit na síť nn přímo bez zvláštního spouštěcího zařízení. Pro předchozí projednání přihlášky k odběru elektřiny odběratel u rozvodného energetického podniku, který stanoví závazné podmínky pro připojení. Přepínač hvězda - trojúhelník, transformátor. Při lehkém rozběhu se do výkonu 15kW užije přepínače hvězda - trojúhelník nebo spouštěcí transformátor. Motor musí dosáhnout v poloze do hvězdy nebo na prvním stupni transformátoru téměř jmenovitých otáček (alespoň 85%). Přepínání má být automatické. Přepínač hvězda - trojúhelník musí při řádné obsluze zamezit zapnutí přímo do trojúhelníku; musí mžikově přepínat a umožnit vypnutí z polohy hvězda i trojúhelník. Při těžkém rozběhu se do výkonu 7,5kW užije rozběhové spojky. Dovoluje-li spojka úplný rozběh naprázdno, lze připojit tyto motory do výkonu 15kW přímo na síť, záběrný proud nesmí být větší než 2,5 násobek jmenovitého proudu, přitom nestejnoměrnost při přepínání nesmí být větší než 1,9 násobek jmenovitého proudu. Kroužkové asynchronní motory: Spouštěče musí být řádně dimenzovány s ohledem na způsob spouštění, tzn., spouštějí-li se motory se zatížením polovičním nebo plným, popř. s přetížením, musí odpovídat ČSN 35 3150, ČSN 35 3152. Umístění a upevnění spouštěčů musí odpovídat části z ČSN 33 2180-79. U motorů s odklápěčem kartáčů a spojkou nakrátko a u spouštěčů velkých motorů, musí být vyloučeno chybné spouštění. Motory určené pro přerušovaný chod (motory výtahů, jeřábů, odstředivek, apod.), nesmí být záběrný proud větší než 3 násobek jmenovitého proudu. Pro komutátorové motory platí tatáž ustanovení. Jednofázové motory: Způsoby připojení stejnosměrných motorů. Stejnosměrné motory lze připojovat na síť nn do výkonu 2 kW. Záběrný proud nemá být větší 2,5 násobek jmenovitého proudu. Způsoby připojení přenosných a převozných motorů. Přenosné a převozné motory se připojují na sít’ pohyblivým přívodem, který vyhoví ČSN 34 0350. Motor se připojuje vidlicí pohyblivého přívodu do zásuvek motorového obvodu nebo odběrného zařízení nebo zásuvky přenosné přípojky, z rozvodných sítí nn. V žádném případě není dovoleno připojovat motor přímo na venkovní vedení. Vidlice musí být volené podle ČSN 33 2180-79. Provedení pohyblivého přívodu musí být takové, aby vyhovovalo pracovnímu prostředí, průřezem vodičů a typem vidlic a zásuvek odpovídal proudovému zatížení, příkonu motoru a musí mít ochranný vodič spojený s ochranným kontaktem vidlice s ochrannou svorkou motoru. Připojení dvoupólové vidlice musí odpovídat ČSN 33 2180-79. Vodiče nesmějí mít průřez menší než 2,5 mm2 Cu. Nedoporučuje se užívat přívody o délce větší než 50m. Je-li však přívod krátký, nastaví se dalším pohyblivým přívodem stejného průřezu, který je opatřen na jednom konci vidlicí a na druhém pohyblivou zásuvkou. Nedovoluje se spojovat vodiče navazováním. U připojování motoru se musí zvlášť dbát na to, aby nebyl přívod poškozován jezdícími povozy, smýkáním, zkrucováním, apod. Je-li přívod k motoru připojen pevně, musí být průchod do krytu vozíku či nosítek proveden tak, aby se ani při delším používání nepoškodil, a nesmí být poškozován ani při uzavírání krytu. Přes cesty lze přívod zavěsit na podpěrách v předepsané výšce nad zemí nebo uložit na zem s dostatečnou ochranou před mechanickým poškozením.
Technologie
Stránka 71
3.10.
Elektrické rozvody ve zvláštních prostorách
Elektroinstalace v zemědělských a zahradnických zařízeních – v těchto zařízeních existuje pro lidi a užitková zvířata zvýšené nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Je to dáno tím, že vlhkost, prach chemické látky, kyseliny a soli působí škodlivě na elektrická zařízení. Navíc je zde zvýšené nebezpečí požáru, protože jsou zde snadno vznětlivé látky jako seno a sláma. Problematiku elektrických zařízení v zemědělských objektech řeší ČSN 33 2000-7-705. Platí zde také ČSN 33 2000-3 stanovující vzájemné vlivy okolí a elektrických zařízení. Přehled ochranných opatření: 1) Pevné instalace v systému TN, TT nebo IT 2) Ochranné zařízení při hodnotě vybavovacího proudu a.
v obvodech se zásuvkami IΔN ≤ 30mA
b.
ve všech ostatních obvodech IΔN ≤ 0,5A
3) Mezní hodnota přípustného dotykového napětí UL v oblastech chovu zvířat je:
25 V střídavého napětí nebo
60 V stejnosměrného napětí
4) Pospojování a uzemnění neživých vodivých částí, která jsou v oblasti chovu zvířat nutná. Vyrovnání a nastavení potenciálu v prostoru stání zvířat – do betonových podlah stájí se klade pro snížení potenciálového rozdílu kovová mříž, jako například svařovaná konstrukce ze stavební oceli.
Krytí elektrických předmětů dle ČSN EN 60529 pro tyto prostory:
Předměty pro normální potřebu IP 44
Světla, rozvaděče, ovládací přístroje IP 4X, v prašných místnostech pak IP 5X
Přístroje pro bezpečná malá napětí IP 2X
Technologie
Stránka 72
3.11. Elektrická zařízení ve stavebnictví Elektrická zařízení na stavbách jsou veškerá elektrická zařízení pro provádění prací, například na výškových a hlubinných staveništích. Ke staveništím patří také zdiva, která se přestavují, renovují nebo bourají. Staveniště musí být zásobována elektrickou energií ze zvláštních napájecích míst: - staveništních rozvaděčů - malými rozvaděči s proudovým chráničem IΔN ≤ 30mA a s ochranou před zkratem a maximálně dvěma zásuvkami - ze stabilních rozvaděčů pro staveniště - s použitím zařízení pro zásobování z náhradního zdroje - transformátory s oddělenými vinutími Elektrické rozvaděče pak obsahují: měřící zařízení, ochranná zařízení a potřebné zásuvky. Musí odpovídat ČSN 34 1090 a dále ČSN EN 60439 a ČSN 2000-7-704. Krytí minimálně IP 43, plastové nebo kovové provedení. Zásuvky pro domovní instalace se nesmějí používat. Pro přívod se většinou používá vedení s pryžovým pláštěm typu H07RN-F o půřezu měděného jádra 10 mm2.
Pokud je přívodní vedení mechanicky namáháno, je nutné je chránit například trubkou odolnou proti tlaku nebo instalací vedení ve výšce. Ochranná opatření za těmito rozvaděči - jsou povoleny systémy TN-S,TT nebo IT. Zásuvky pro jednofázový provoz do 32A musí mít proudový chránič v síti TN-S a TT s jmenovitým rozdílovým proudem IΔN ≤ 30mA ,všechny ostatní zásuvky musí mít ochranu s IΔN ≤ 500mA. Zásuvky, instalační spinače a odbočné zásuvky musí mít krytí minimálně IP X4 (ochrana před tryskající vodou). Světla na staveništi musí být provedena s krytím minimálně IP X3 (ochrana proti kropení a dešti).
Technologie
Stránka 73
3.12. Elektrické instalace ve zvláštních případech tj. nebezpečí výbuchu, požáru Místa ohrožená požárem jsou místnosti nebo venkovní prostory, ve kterých se nacházejí lehce vznětlivé látky a elektrický oblouk nebo vysoká teplota může způsobit vznik požáru. K takovým místům patří papírenské, textilní nebo dřevozpracující provozy nebo sklady sena a slámy. Na místech ohrožených požárem jsou přípustné sítě podle ČSN 33 2000-4-482 :
Síť TN-S s proudovým chráničem (jmenovitý rozdílový proud IΔN ≤ 300mA)
Síť TT s proudovým chráničem při IΔN ≤ 300mA
Systém IT s kontrolou izolace (vypnutí při druhé chybě během 5s )
Použití nadproudové ochrany v místech ohrožených požárem.
Použitá elektrická zařízení musí být způsobilá pro použití v místech ohrožených požárem. Teplota svítidel může být za normálního provozu maximálně 90oC, při poruše maximálně 115oC. Dálkově ovládané elektromotory musí být chráněny proti přetížení, například nadproudovými relé. Nejběžnější protipožární systémy:
Detektory kouře reagující na kouř vznikajícího požáru
Detektory tepla reagující na zvýšení teploty nad prahovou hodnotu
Termodiferenciální detektory reagují na prudký nárůst teploty
Tlačítka slouží k manuálnímu nahlášení požáru
Lineární hlásiče reagují na přerušení infračerveného paprsku kouřem
Plamenné hlásiče reagují na charakteristiku plamene
Hlásiče do prostředí s nebezpečím výbuchu
Technologie
Stránka 74
Elektroinstalace v prostorách ohrožených výbuchem Při výrobě, zpracování a skladování hořlavých látek, například benzínu, laků, acetonu, vznikají páry, které ve spojení s kyslíkem ve vzduchu mohou vytvořit výbušnou směs. Pokud tuto směs nechtěně zapálíme, například jiskrou ve vypínači nebo elektrickým obloukem, může dojít k výbuchu. Stejná situace může nastat i v provozech se značnou prašností, jako jsou mlýny, cukrovary nebo zařízení na mletí plastů. K výbuchu pak může dojít při určitré koncentraci prachu a zapálení směsi, například jiskrou od vypínače. Zapálení směsi může vyvolat i zvýšená teplota usazeného prachu na elektrických zařízeních, například elektromotoru. Oblasti ohrožené výbuchem se pak dělí podle pravděpodobnosti vzniku výbušné atmosféry na pásma U plynů a par jsou to pásma 0,1 a 2, u hořlavých prachů jsou to pásma 20,21 a 22 v souladu s ČSN EN 60079 ( ČSN 33 2320 )
Rozdělení do pásem výbušné oblasti Požadavky na elektroinstalaci v prostorách ohrožených výbuchem – zařízení, která se zde instalují, jsou nutná jen pro provoz v těchto místech. Musí být vybrána podle skupiny výbušnosti a teplotní třídy hořlavých plynů nebo látek. Elektrická zařízení zde použitá musí vyhovovat ČSN EN 60079-14 ( ČSN 33 2320 ).
Technologie
Stránka 75
3.13.
Prozatímní elektrická zařízení
Za prozatímní elektrická zařízení je možné považovat taková zařízení, jejichž doba používání je podstatně kratší než životnost použitých přístrojů a materiálů, ze kterých jsou zařízení zhotovena. Umožňuje to opakované použití, a tím úspory vynaložených nákladů na vyrobení zařízení. U prozatímního elektrického zařízení jsou sledována ekonomická hlediska. Znamená to, že je hodnocena pracnost zhotovení, montážní náklady na uvedení do provozu a po ukončení používání a v některých případech i materiálové ztráty vzniklé v průběhu používání zařízení. Pro prozatímní zařízení proto existují některé úlevy ve srovnání s trvalými zařízeními. V žádném případě to však neznamená, že by mohlo jít o takové změny, které by byly na úkor bezpečnosti samotného zařízení, nebo by vznikala rizika pro okolí. Z tohoto důvodu jsou v dosud platné normě ČSN 34 1090 také uvedeny případy, kdy je zřizování prozatímních zařízení výslovně zakázáno. Z hlediska bezpečnosti je vždy prioritní požadavek odstranění prozatímního zařízení ihned po pominutí důvodu, pro který bylo zřízeno. Odpovědnost za stav prozatímního zařízení je na provozovateli, a to od vzniku zařízení až po jeho demontáž. Podstatné jsou zákazy zřizování prozatímních zařízení, které platí pro obytné a zemědělské objekty, objekty občanské výstavby, pro prostředí s nebezpečím výbuchu a požáru snadno zápalných látek. Prozatímní elektrická zařízení nebo jejich části musí být v době, kdy nejsou používány, vypnuty, pokud jejich vypnutí neohrozí bezpečnost osob a technických zařízení. Hlavní vypínač musí být trvale přístupný a viditelně označen výstražnou tabulkou HLAVNÍ VYPÍNAČ, VYPNI V NEBEZPEČÍ (Vyhláška č. 48/1982 Sb.):
Na prozatímní elektrická zařízení se vztahují všechny ostatní elektrotechnické předpisy. Zařízení nesmí být přístupno veřejnosti, avšak není-li to možné, musí se přístupové cesty k takovému zařízení označit výstražnou tabulkou:
Prozatímní elektrická zařízení musí být pod pravidelným dohledem pracovníka s vyšší kvalifikací min. § 6 vyhl. č. 50/1978 Sb. Připojení takového zařízení na veřejnou sít musí být předem dohodnuto s příslušným rozvodným závodem a musí být provedena výchozí revize.
Technologie
Stránka 76
3.14. Veřejné osvětlení Veřejné osvětlení (někdy označované zkratkou VO) je osvětlení ulic, silnic nebo jiných veřejných prostranství. Veřejné osvětlení je veřejně prospěšnou službou. Zařízení veřejného osvětlení je podle zákona o pozemních komunikacích příslušenstvím pozemních komunikací a vlastní je obec nebo správce komunikace. Mimo pozemní komunikace, například v uzavřených areálech (nemocnice, školy, závody), v budovách nebo na železničních stanicích, zřizuje a vlastní osvětlení obvykle vlastník nebo provozovatel pozemku nebo objektu. Osvětlovací soustava zahrnuje svítidla, podpěrné a nosné prvky, elektrický rozvod, rozvaděče a ovládací systém. Nejrozšířenějším světelným zdrojem pro veřejné osvětlení v ČR je vysokotlaká sodíková výbojka. Hlavním důvodem je její vysoká světelná účinnost (70-130lm/W), poměrně přijatelná cena, vysoká životnost (16000h) a malé rozměry, což usnadňuje konstrukci svítidla. Hlavní nevýhodou je pak typická žlutooranžová barva světla a špatné podání barev. Dalším v současnosti používaným zdrojem je halogenidová výbojka, jejichž největší výhodou je kvalitní bílé světlo, které ospravedlňuje její nižší světelnou účinnost(80-90lm/W), kratší životnost a vyšší cenu oproti sodíkovým výbojkám. V minulosti oblíbeným světelným zdrojem byla rtuťová výbojka, která se však již pro nové osvětlovací soustavy nepoužívá a pouze dožívá ve starších svítidlech. Oproti sodíkové výbojce má nižší světelnou účinnost (4060lm/W), nižší životnost, o málo lepší podání barev a typické modrozelené světlo. Ostatní světelné zdroje se v ČR vyskytují poměrně málo, jde hlavně o sodíkové nízkotlaké výbojky a kompaktní zářivky. Velkou budoucnost potom mají LED, u nichž zatím většímu rozšíření brání jejich cena, která se však s technologickým vývojem postupně snižuje.
Technologie
Stránka 77
3.15. Hromosvody, bleskojistky a svodiče přepětí Hromosvod, bleskosvod - zařízení k ochraně budov, objektů a živých bytostí v nich před nebezpečnými účinky blesku; vytváří umělou vodivou cestu k přijetí a svedení bleskového výboje do země. Má tři části: a) jímací zařízení, zachycující blesk (vodiče, tyče, mříže) b) svody, které tvoří vodivé spojení od jímacího zařízení k uzemnění, přičemž každý svod má být připojen k vlastnímu zemniči c) uzemnění, zajišťující svod blesku (výboje) do země; je tvořeno zemniči různého tvaru (tyče, desky, pásky), které jsou zapuštěny v zemi Tato zařízení se zřizují především tam, kde by mohl výboj blesku:
ohrozit zdraví nebo životy osob (bytové domy, nemocnice, školy) způsobit poruchu (elektrárny, plynárny, vodárny, nádraží) způsobit hospodářské či kulturní škody (výrobní haly, muzea, archivy) nebo na objektech, které sousedí s objekty významnými a v případě zásahu by je mohly ohrozit požárem.
Vnější hromosvod (LPS - lighting protection system) má tři hlavní části – jímací soustavu, svod(y) a uzemnění.
Jímací soustavy dle provedení dělíme na mřížové soustavy, tyčové jímače, hřebenové vedení a náhodné jímače (jiné konstrukční prvky, použitelné jako jímací zařízení, např plechová krytina).
Svody mohou být strojené, vodiči vedenými na povrchu či skrytými, nebo náhodné (ocelové sloupy, výztuž atd.)
Uzemnění může být provedeno zemnícími tyčemi, deskami, dráty, či pásky, uloženo v zemi, nebo v základovém betonu Samotný hromosvod může být buď spojený s konstrukcí budovy, nebo izolovaný od chráněné budovy. Bleskojistka je zařízení, které chrání elektrická vedení a přístroje před bleskem, případně i před přepětím jiného původu. Nejjednodušší bleskojistka je jiskřiště se dvěma elektrodami: jedna je spojena s chráněným vodičem, druhá se zemí. Při výrazném překročení nominálního napětí vznikne mezi elektrodami elektrický výboj, který energii svede do země. U moderních bleskojistek bývá jiskřiště umístěno v ochranné atmosféře, často v keramické trubičce.Jako bleskojistka může sloužit i neonová trubice nebo jiná výbojka s vysokým startovacím napětím nebo polovodičový prvek (varistor). Svodiče přepětí (přepěťová ochrana) jsou určeny pro ochranu elektrických zařízení a spotřebičů před účinky krátkodobých přepětí, která se vyskytují při přímém nebo nepřímém úderu blesku. Svodič toto přepětí svede do země a tím chrání elektrické přístroje a vedení. Pro účinnou ochranu vnitřních instalací se svodiče přepětí řadí do tří stupňů, přičemž každý ze tří stupňů kaskády redukuje energii přepěťové vlny na přijatelnou mez. Třídy svodičů přepětí: -třída I (B) - svodiče bleskových proudů, obvykle zkoušeny vlnou 10/350 μs. Impulzní svodové proudy až 100 kA -třída II (C) - svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro 20 (40) kA -třída III (D) - svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro ochranu nejcitlivějších elektronických spotřebičů, impulzní proudy do 10 kA .
Technologie
Stránka 78
4. Výroba plošných spojů 4.1.
Druhy plošných spojů, pájecí technika
Vývoj vzájemného spojování elektronických součástek jde v celé historii elektroniky soubežně s jejich modernizací. V začátcích radiotechniky byly vývody součástek řešené jako pripojovací šroubky s maticemi, pod které se přitahoval propojovací drát. To si vyžadovala značnou rozměrnost součástek. Pozdeji se precházelo na pájecí očka pod šroubky, což záhy vedlo ke drátovým, pájeným spojovaným vývodům. Tím se mohly začít zmenšovat rozměry součástek. Vzájemné propojování sice ješte zůstalo drátové, ale již ve třicátých letech minulého století se objevují první pokusy o jiné způsoby propojování na pevné podložce. Vznikají první vodivé laky, kterými se na izolační podložce vytvářejí spoje, různí výrobci se začínají pokoušet o galvanické pokovování či lepení ražených fólií. Začátkem čtyřicátých let se objevují první praktické pokusy realizace amerického patentu z r.1925 na odleptávání spojů. Výrobní technologie je však drahá, takže vše upadá na několik let v zapomnění. Teprve vývoj nových materiálů a výrobních postupů umožnil koncem téhož desetiletí techniku odleptávání plošných spojů znovu oživit. V padesátých letech se začíná již úspešně probojovávat na první místo ve spojování elektronických prvků. Nové výrobní technologie materiálů pro součástky umožnily jejich další miniaturizaci a integraci. Vznikají první hybridní obvody, kde již vývody a jejich upevnění jsou nejen na součástce, ale i na desce s plošnými spoji začíná činit potíže. Koncem šedesátých let prichází firma Philips s prvními součástkami s bezdrátovými vývody. Zahajuje tak novou éru - technologii povrchové montáže součástek, u které již vývody tvoří jen boční stěny součástky, která se pak vpájí na desku ze strany spojů. V počátcích rozvoje desek s plošnými spoji se měděná fólie lepila na tvrzený papír nebo textil, nejaký čas se používal prevážně pertinax. Později, s rozvojem umělých pryskyřic se pozvolna začalo přecházet na sklolamináty se zalaminovanou měděnou fólií. Dnes se vyrábí pro různá použití značné množství různých podkladových materiálů, které se od sebe liší hlavně v použití pro kmitočtově závislé obvody, kde významnou roli hraje kapacitní vodivost této podložky. Pro velmi vysoké kmitočty řádu GHz se používají teflonové lamináty /duroid/ s příměsemi dále zvyšujícími jakost podložky. U nás se první pokusy s plošnými spoji objevují v roce 1957. Hromadnejší výroba se však rozjíždí až na počátku šedesátých let s fólií lepenou na pertinaxové podložce /cuprexcart/. Brzy se však přechází na epoxidový laminát /cuprextit/. Tyto izolační podložky se vyrábějí od tlouštky asi 0,1 mm pro speciální použití, až po několikamilimetrové, sloužící zároveň jako nosná deska k upevnění težších součástek /transformátory, tlumivky, relé apod./. Měděné fólie mají tlouštku od 5 um i více pro mikromodulové obvody i méně, do 105 um i více pro obvody s větší proudovou zatížitelností. Pri vlastní výrobě spojového obrazce z měděné fólie se nejčasteji používá metoda vykrytí, kdy se část fólie, která má být na desce zachována, vhodným způsobem zakryje, aby k mědi nepronikla leptací lázeň, do které se celá deska vloží. Po odleptání nepotřebné mědi se deska očistí a případně pokryje pájecím lakem. Přesné vykrytí měděné fólie obrazcem spojů umožňuje vhodná maska. K výrobě desky s plošnými spoji je tedy potřeba, kromě vlastní desky s plátovanou mědí a vhodných pomůcek k jejímu leptání i návrh, kresba a výroba vykrývací masky obrazce spojů, předlohy, které mají být v měděné fólii vyleptány.
Technologie
Stránka 79
4.2. Chemické přípravky Bezpečnostní poznámka: Chlorid železitý FeCl3 není přímo zvlášť nebezpečný, ale zanechává obtížně odstranitelné hnědé skvrny, které se na oblečení po čase mohou změnit v díry. Ruce v roztoku zbytečně nenamáčíme, po práci je důkladně umyjeme a ošetříme krémem. Pro odstranění mědi je nejvýhodnější její chemické odleptání ve vhodném roztoku. Aby se postup urychlil, používá se ohřáté lázně a pohybu desky v lázni, nebo naopak postřik fólie roztokem. Nejrozšířenějším používaným leptacím roztokem je ve vodě rozpustný chlorid železitý, někdy i s malým přídavkem kyseliny chlorovodíkové /solné/ či dusičné /2 až 5 %/. Přídavek kyseliny urychluje leptání hlavně v první fázi a pomáhá odleptat i znečistěná místa. Působením chloridu železitého na měď se redukuje kysličník železitý na železnatý, pri čemž vzniká chlorid mědnatý. Postupným vyčerpáním lázně klesá koncentrace chloridu železitého a roste obsah mědi. Klesá při tom i rychlost leptání. Lázeň s obsahem mědi 50 g/1 l se považuje za vyčerpanou. Ohřátí leptací lázně z běžné teploty 20oC na 80oC urychlí leptací pochod približne čtyřikrát. Význačný vliv na rychlost leptání má také koncentrace roztoku chloridu železitého. Rychlost leptání je duležitá nejen z hlediska efektivnosti, ale i z ryze praktických důvodů. Při pomalém leptání dochází totiž k podleptání. Leptání měděné fólie probíhá nejen ve směru kolmém na destičku, ale i ve směru s ní rovnoběžném. Dochází tím k podleptání a tedy zužování vlastních spojů. Naopak při velmi účinném a agresivním roztoku dochází někdy k vytvoření síta, tj. některá méně zakrytá místa nebo malé kazy /zvlášte pri fotochemickém způsobu/ neodolají agresivnosti leptadla a v těchto místech se potom fólie rovnež odleptá, na hotové destičce jsou potom při pohledu proti světlu patrné malé tečky. Kromě chloridu železitého lze měděnou folii odleptat i jen roztokem kyseliny solné a peroxidu vodíku. Rychlost leptání i v tomto případě závisí na koncentraci složek směsi, na její teplotě a intenzitě promíchávání. Pro leptání musí být roztoku dostatečné množství, aby se peroxid ve směsi v průběhu leptání nevyčerpal a nezastavil se tak leptací proces. Leptací roztok lze připravit buď z tekutého peroxidu vodíku, nebo jeho tabletkové varianty. Tablety peroxidu jsou k dostání v drogériích nebo i lékárnách. Jsou výhodnejší, protože tekutý peroxid časem ztrácí svoji koncentraci. Leptací roztok si lze pripravit pro rychlejší, střední či pomalejší leptací proces. Čím je roztok peroxidu vodíku koncentrovanější, tím je proces leptání rychlejší, to znamená, při použití tablet – s počtem tablet rozpuštěných v kyselině vzrůstá rychlost leptání. Mírněji pracující roztok je výhodnejší k leptání tenkých vodivých spojů či jejich husté sítě. Pomaleji pracující lázeň připravíme z 1 dílu kyseliny solné /30 až 35 %/ pozvolna vlévané do 2 dílu 10 % tekutého peroxidu vodíku /ne naopak, neboť by docházelo ke značnému rozprskávání/ nebo 1 dílu kyseliny pozvolna vlévané do stejného množství vody s právě rozpuštěnými třemi až pěti tabletami peroxidu. Jedno balení /20 tablet/ vystačí asi na 15 dm2 jednostranného cuprextitu. Tablety také můžeme vložit až do misky, ve které je již položená deska politá zředěnou kyselinou solnou. Leptáme ve větrané místnosti nebo na volném prostranství, aby vyvíjející se plyny mohly volně unikat do prostoru. V průběhu leptání lze desku z roztoku opatrně vyjmout /pinzetou z organické hmoty/, opláchnout ve studené vode a zkontrolovat proti světlu. Leptací směs mírně podleptává okraje krycí vrstvy, což dělicí čáry s výhodou přiměřeně rozšíří. Dobu leptání můžeme prodloužit až na dvojnásobek doby, za kterou se odleptala fólie, spojové čáry a také okraje označených vrtacích dílků se přitom postupně dále leptají do větší šírky. Po leptání desku vyjmeme pinzetou a opláchneme ve studené vodě.
Technologie
Stránka 80
Leptání v kyselině chlorovodíkové Bezpečnostní poznámka: Pozor, pracujeme s kyselinou a silným okysličovadlem. Je třeba dávat pozor hlavně na oči. Při zasažení okamžitě vypláchnout proudem vody. Proces uvolňuje dráždivé výpary, které napadají všechno kovové. Je nezbytné pracovat venku. Ruce do roztoku pokud možno nenamáčíme a v případě potřísnění je co nejdříve umyjeme. Samotný peroxid vodíku i v koncentraci 10% způsobuje popáleniny na kůži (bílé fleky). Leptacím roztokem je směs kyseliny chlorovodíkové HCl a peroxidu vodíku H2O2. Peroxid vodíku je třeba použít s koncentrací alespoň 10%, lépe 30%. V nouzi lze použít i peroxidové tablety. Kyselinu i peroxid je možné běžně koupit v drogerii. Leptací proces probíhá bouřlivě a trvá jednotky minut. Roztok se značně zahřívá. Pokud roztok přestane leptat, je třeba přidat peroxid. Použitý roztok se obtížně skladuje, protože uvolňuje velmi agresivní výpary (chlorovodík) a peroxid se postupně rozkládá (a zbývá po něm voda čímž se snižuje koncentrace kyseliny v roztoku). Leptání v kyselině chlorovodíkové nelze pro domácí použití doporučit. Leptání v kyselině dusičné Bezpečnostní poznámka: Kyselina dusičná způsobuje vážné popáleniny a je nezbytné nepotřísnit sebe ani oděv. Kyselina dusičná HNO3 je naštěstí pro běžného člověka nedostupná protože je velmi nebezpečná (způsobuje vážné popáleniny a používá se při výrobě výbušnin) a tak se tímto leptacím roztokem nemusíme zabývat. Gravírování laserem (rytí povrchu tvrdých materiálů) V současnosti experimentálně používaná metoda k vytváření desek s plošnými spoji. Alternativní úprava Pokud se chystáme desku okamžitě po vyrobení osadit, je možné změnit postup tak, že desku nejdříve vyvrtáme, poté pomocí jemného smirkového papíru (hrubost 1600) pod vodou vyleštíme a hned bez lakování pájíme. Tento postup vyžaduje čistotu (nesahat na měď rukama) a rychlé zpracování aby měď nezoxidovala. Desku po osazení umyjeme od zbytků tavidla a nalakujeme ochranným lakem.
Technologie
Stránka 81
4.3. Výroba desek s plošnými spoji
1.Příprava motivu DPS – nejdříve navrhneme motiv plošného spoje. Nejlepší a nejjednodušší cestou je návrh DPS pomocí softwaru v PC a následný tisk v měřítku 1:1 na průhlednou fólii. Ideální je tisknout předlohu pomocí laserové tiskárny na film Laser Star (100-062), nebo pomocí inkoustové tiskárny na film Jet Star Premium (100-075). Správně by se měl motiv tisknout zrcadlově, aby byl zajištěn kontakt inkoustu nebo toneru s fotorezistem během UV expozice. 2.Expozice desek s fotocitlivou vrstvou nebo desek FPC-16 – Zvolte vhodnou velikost desky. Pokud je to nutné, upravte velikost desky pomocí nůžek např. z řady DM 9000 DM 9001, Model 45 nebo DM 525. Odstraňte ochrannou černou fólii z desky (obnaží se tak fotorezist). Umístěte fólii s předlohou na desku tak, aby se co nejtěsněji dotýkala fotocitlivé vrstvy a pak desku s fólií vložte do UV osvitové jednotky fólií dolů. Na časovači nastavte čas expozice (cca 3 minuty), uzavřením horního krytu automaticky začne expozice. 3.Vyvolání obrazu – Vložte desku do vývojové komory v jednotce Rota Spray nebo v procesním tanku PA pomocí rámu na DPS. Toto je společně s kvalitou tisku předlohy a expozicí nejkritičtější část výroby DPS. Je velmi důležité, aby deska nezůstala ve vývojce příliš dlouho a aby byla vývojka ve správné koncentraci. Obraz může po vývoji vypadat dobře, ale příliš dlouhá doba ve vývojce nebo příliš koncentrovaný roztok může způsobit zeslabení vrstvy fotorezistu a pak následné problémy s podleptáním. Roztok 4006 Vývojky s vodou v koncentraci 20:1 nebo 25g 4007 vývojky na 1l vody je dostatečný. Tyto vývojky spolu s moderními fotorezisty na deskách mohou být použity bez nutnosti ohřevu, tzn. při teplotě okolí. Po vývoji vyjměte desku a opláchněte ji. Desku můžete vložit zpět do vývojky na několik sekund, pokud je to nutné, pak ale musí být ihned znovu opláchnuta. 4.Sprejové mytí – používejte sprejový oplachový tank v jednotce Rota Sprej nebo v procesním tanku PA ihned po vyjmutí desky z vývojky. Obě jednotky mají selenoidem ovládaný ventil, který zajišťuje přívod oplachové vody. 5.Leptání – vyvolané a opláchnuté desky se poté vkládají do leptací jednotky. Pokud používáte naše probublávací leptací jednotky PA, vkládají se desky do koše umístěného ze spodní strany víka leptací komory. Pak se koš s deskami vloží do leptacího roztoku. Po uzavření víka zapněte vzduchové čerpadlo. Leptání trvá cca 5 minut při teplotě 45oC. Pro dosažení nejlepších výsledků je dobré otočit desku v koši o 180o a vložte ji zpět do leptacího roztoku. Před manipulací s deskou ji nezapomeňte opláchnout. Nikdy neotevírejte víko leptací komory, pokud je zapnuté vzduchové čerpadlo. Po dokončení leptání opět desku řádně opláchněte.
Technologie
Stránka 82
6.Odstranění fotorezistu – nyní je vyleptaná deska stále pokryta fotorezistem (fotocitlivou vrstvou). Zbytky fotorezistu mohou být odstraněny pomocí přípravku SN120 nebo nejlépe v jednotce PA107(univerzální jednotka) s přípravkem PC155 (roztok pro odstraňování fotorezistu) při teplotě 45-55oC. Fotorezist je odstraněn za cca 2-3minuty (je vhodné kontrolovat desku v průběhu tohoto intervalu). Po odstranění fotorezistu opět desku opláchněte. 7.Čištění desky – desku nyní osušíme a očistíme pomocí silikonového bloku PC180(jemný brusný přípravek). Tím zajistíme, že měď bude perfektně čistá, zbavená veškerých oxidů a nečistot po chemických procesech. Po ‘‘obroušení‘‘ zůstanou na desce drobné zbytky silikonu, které odstraníme pomocí suchého hadříku nebo ubrousku. 8.Chemické cínování – předtím, než měď na desce stihne znovu zoxidovat, doporučujeme vnořit desku do přípravku PC168 (roztok pro chemické pocínování) např. v univerzální jednotce PA107 po dobu 7-15minut. Po vnoření desky do tohoto roztoku se okamžitě začnou vázat molekuly cínu obsažené v roztoku na měď na desce a to i při nízkých teplotách. To zabrání mědi oxidovat a navíc to zlepší smáčivost mědi a tím usnadní i následné pájení. Pro dosažení co nejlepších výsledků vnoříme po dokončení chemického pocínování desku do studené vody, poté opláchneme horkou vodu a důkladně osušíme hadříkem, nebo papírovou utěrkou. Odleptání nevykryté mědi je velmi důležitá fáze výroby plošného spoje. Po jejím odleptání a odstranění vykrývací masky máme již z měděné fólie vytvořený hotový obrazec plošných spojů. K leptání se používá roztoků, které měď rozpouštějí, ale nepůsobí přitom na materiál vykrývací masky. Vlastní leptání navíc musí probíhat přiměřenou rychlostí a musí být průběžně sledováno, aby nedocházelo k podleptání mědi pod vykrývací maskou.
Prokovený plošný spoj s potiskem
Technologie
Stránka 83
4.4.
Technika SMT, nářadí, technika SMD
Tato technologie, původně určená jen pro velkosériovou produkci, se přesunula i do malosériové a dokonce i kusové a amatérské výroby. Odhaduje se, že klasické miniaturní prvky s drátovými vývody ztěží výrobně dožijí druhé poloviny tohoto desetiletí. A protože práce s prvky SMD vyžaduje i urcité specifické přístupy, predevším při návrhu desek s plošnými spoji, seznámíme se s nimi blíže. Součástky pro povrchovou montáž - SMD /cesky označované SPM/ a jejich povrchová montáž /PM/ na desku ze strany plošných spojů, jsou dnes ve světě převládající obvodovou technologií. Elektronické prvky s drátovými výstupy, ač jsou sebevíce miniaturizovány, jsou vytlačovány. Zatím se jich však ješte používá a to prevážně u tzv. smíšených montáží, kdy ze strany spojů jsou pripájeny prvky SMD a z druhé strany pak součástky s drátovými vývody. Tato smíšená montáž bude zřejmě i v blízké době stěžejní predevším u amatérských výrobků. Nová technologie má přednost nejen ve své jednoduchosti. Další její výhodou je podstatně větší hustota součástek na desce plošných spojů. Je pochopitelné, že u plošné montáže, ve světě označované zkratkou SMA, bude záležet, jaké typy součástek se na desku plošného spoje budou osazovat. Při aplikaci pasivních součástek SMD, tranzistoru v pouzdru SOT /small outline tranzistor – tranzistor malých rozměrů/ a integrovaných obvodů v pouzdru SO je možné zmenšit modul zapojení z 2,5 mm /2,54 mm/ na 1,25 mm /1,27 mm/. V případě použití aktivních součástek větší integrace, jako jsou nosiče čipů /obvody flat pack a obvody quad pack/ je možné přejít ještě na menší moduly /0.635 mm, 0,625 mm, 0,406 mm a 0,254 mm/. Z uvedených aspektů je zřejmé, jaký vliv a dopad má použití nových typů součástek na vlastní nosnou desku plošných spojů. Při povrchové montáži pasivních součástek a obvodu malé integrace lze používat desky plošných spojů bez otvorů. Povrchová montáž součástek má před klasickými technologiemi, které nahrazuje, několik předností. Jsou to : - podstatná redukce potřebné plochy desky plošných spojů, zmenšení potřebné plochy je od 40% do 70% /prům.o 50%/ větší hustota osázené desky - podstatné snížení nákladů na osazení desky - možnost zcela automatizovaného osazení součástek na desku plošného spoje - vetší odolnost proti nárazům a vibracím /důsledek menší hmotnosti součástek a pevnejší přichycení/ - vetší spolehlivost osazených desek se součástkami SMD v důsledku menšího počtu pájených spojů – výhodnejší vysokofrekvenční vlastnosti /odstranění parazitních kapacit a indukčnosti přívodů/ - nižší cena /menší spotřeba materiálu/ - unifikace typu jednotlivých desek - zvýšení uživatelských hodnot a kvality - menší spotřeba materiálu - menší prostor potřebný pro výrobu plošných spojů - menší hmotnost a menší rozměry hotových výrobků - levnější desky plošných spojů, není zapotřebí vrtání a pokovování otvorů /při aplikaci pasivních součástek a obvodů malé integrace/. Vzhledem k pokračující miniaturizaci je nutné přecházet k menším rastrům zapojení, a tím i ke zvětšení hustoty osazených součástek na desce plošných spojů. Výhodou povrchové montáže součástek je i to, že mohou být osazovány na obou stranách desky. V současné době, kdy je v elektronickém průmyslu hnací silou číslicová technika, jsou nejčasteji používanými součástkami polovodičové prvky - integrované obvody a tranzistory. Dá se říci, že dominantními polovodičovými součástkami pro povrchovou montáž jsou integrované obvody. Jsou vyráběny v různých malých provedeních: integrované obvody s malými rozměry /SO nebo SOIC/ nosiče čipu na plastovém nosiči /PLCC/ a s méně používaným pouzdřením typu flat pack nebo quad pack. Tranzistory pro povrchovou montáž se vyrábějí ve třech modifikacích v plastovém pouzdru s malými rozměry : SOT-23, SOT-89 a SOT-143. V tomto pouzdření lze zhotovovat tranzistory, diody a FET. SOT-143 je čtyřvývodová verze SOT-23 se stejnými rozmery a teplotními charakteristikami, SOT-89 je poněkud vetšího provedení než SOT-23 o jmenovitém zatížení do 1 W. Diody a stabilizacní diody mohou být pouzdřeny v provedení MELF /metal electrode face bonding/ a MINI MELF s malým válcovým tvarem o jmenovitém zatížení až do 0,5 případně 1,0 W.
Technologie
Stránka 84
Po polovodičích jsou u povrchové montáže nejvíce zastoupeny čipové rezistory a kondenzátory. Rozmezí dodávaných rezistoru v tomto provedení je od 10 do 2,2 M . Kondenzátory SND se dělí do 3 kategorií : keramické několikavrstvové /asi 18 %/ o kapacitě 1 pF až do 1uF, tantalové o kapacitě 0,1 až 100 uF a elektrolytické hliníkové o kapacitě 1,5 do 47 uF. Ve vývoji jsou ještě další typy konstrukcních součástek jako např. toroidní transformátory, magnetické součástky, pulsní transformátory, konektory, přepínace, jazýčkové spínače, křemenné krystaly apod. Vývoj v této technologické oblasti neustále rychle pokračuje. Při průmyslové povrchové montáži lze elektricky vodivý spoj mezi vývodem součástky a deskou plošných spojů vytvořit bud tradičním způsobem - pájením /přetavením nebo vlnou/, nebo použitím elektricky vodivého lepidla. Pájení přetavením se používá, jsou-li k dispozici všechny součástky v provedení pro povrchovou montáž. V tomto případě jde o tzv. čistou povrchovou montáž. Součástky se osazují do pájecí pasty, která má určitou lepící schopnost a dostatečne přichytí osazovanou součástku na desku plošných spojů. Pasta se na desku plošných spojů nanáší vetšinou sítotiskem nebo pomocí šablony. Po osazení se pájka ohřeje a přetaví /pájení infraohřevem, kondenzační pájení atd./. Při metodě pájení vlnou příp. bežném pájení pájkou je nejprve třeba přilepit /přichytit/ součástky na desku plošných spojů. Proto se nejdříve nanese /dávkováním nebo sítotiskem/ na desku plošného spoje příslušné množství lepidla potřebné pro přilepení součástky. Pak následuje osazení bezvývodových /čipových/ součástek, lepidlo se vytvrdí a pevně přichytí osazené součástky. Deska se pak obrátí a osazené přilepené součástky se pájejí vlnou. Pájecí vlna muže být jednoduchá s turbulentním účinkem, dvojitá, popř. i trojitá. Tento způsob pájení lze výhodně použít i v případě, kdy nejsou k dispozici všechny potřebné součástky v provedení pro povrchovou montáž /SMD/ a je nutné přistoupit ke smíšené montáži, tj. osazením klasickými součástkami s vývody a součástkami bez vývodu /SMD/ na jednu desku. Bezvývodové součástky jsou pak osazeny mezi vývody klasických součástek na straně pájení desky plošného spoje a všechny součástky se pájejí najednou. U povrchové montáže součástek se pro výrobu desek plošných spojů nevyžadují spec. materiály. Je tedy možné používat desky bežného provedení, jako např. z tvrzeného papíru, skloepoxidového laminátu apod. V zahraničí se pro tuto technologii nejvíce používá materiál FR4. Pro jednostranné aplikace lze používat i materiál FR3 a pro vysokofrekvenční aplikace pak spec. materiály. Přechodem na technologii povrchové montáže lze podstatně omezit potřebné rozměry desky plošných spojů. V určitém případe je možno velikost desky zachovat a lze zmenšit hustotu osazení součástek, což přispívá k lepším teplotním poměrům desky a ke zvýšení její spolehlivosti. Materiál desky plošných spojů pro povrchovou montáž by měl mít součinitel délkové roztažnosti přibližně stejný jako materiály používaných součástek. Jinak by v důsledku rozdílných teplotních dilatací desky plošných spojů a součástky mohlo vzniknout nadměrné mechanické namáhání pájecího spoje. Velikost mechanického napětí je přitom dána rozdílem teplot, velikostí součástky a rozdílem součinitelů délkové roztažnosti. Bezpečné osazování součástek nezávisí tedy jen na jejich velikosti, ale např. i na režimu prac. nasazení zapájeného zařízení, tj. zejména na mezních teplotách při provozu a na změnách teploty okolí. Odolnost zapájeného spoje proti prasknutí závisí také na jeho tvaru. V některých případech je tedy nutné použít spec. upravené desky plošných spojů. Při bežné aplikaci povrchové montáže na skloepoxidové desce plošných spojů /FR4/ mohou být dle zkušeností bez nebezpečí, následujícího praskání zapájených spojů osazovány miniaturní pasivní součástky /rezistory, keramické kondenzátory/ až do velikosti 10mm, integrované obvody v provedení SO, plastové nosiče čipu, obvody flat pack, quad pack, TAB /Mikropack/ atd. Nedoporučuje se osazovat keramické nosiče čipu, jejichž součinitel délkové roztažnosti neodpovídá roztažnosti desky. Tloušťky desky plošných spoju se neliší od běžných provedení. V současné době jsou u evropských výrobců k dispozici desky o tlouštkách 0,8 až 3,2mm, přednostní rozměr je 1,6mm.
Technologie
Stránka 85
Měděná fólie se vyrábí v tlouštkách 35 um, 70 um a 105 um popř. i více. Materiál FR4 je dodáván s měděnou fólií 18 um, 9 um i 5 um. Tyto nejtenčí fólie se používají pro nejjemnější spoje, což je právě případ některých spec. aplikací povrch. montáže. Použitím miniaturních součástek SMD podstatně vzrostla hustota spojů a součástek na desce. S tím souvisí i rostoucí požadavky na zhotovení nejjemnějších vodičů a mezer pro některé aplikace. Již po celé desetiletí prognózy směřovaly k požadavkům rozměru šířky vodičů pod 0,12 mm/120 um/. Skutečnost však vypadá zcela jinak, přes 90% dnes vyráběných desek má šířku vodiče 0,25mm. Hlavním důvodem tohoto zpoždění bylo selhání aplikace vhodných technologií výroby plošných spojů. S dnešními technologiemi výroby desek je možné s pomerně malými náklady zhotovovat spoje o šířce od 0,15mm. Požadavky na příliš velkou hustotu vodivého obrazce u spec. aplikací mohou způsobit velkou zmetkovost výroby a vést k nadměrným cenám desek. A přitom již existují metody, jimiž lze ekonomicky vyrábět desky s velkou hustou vodivých obrazců. Před nasazením technologie povrchové montáže se na deskách plošných spojů vrtaly pro vývodové součástky otvory v rastru 2,54mm. Součástky pro povrchovou montáž jsou však vyráběny v rastru 1,27mm a menším. A tak nyní výrobci plošných spojů musí čelit požadavku na jemnější obrazce spojů. Některé firmy, specializované na výrobu desek plošných spojů s velkou hustotou provedení, používají pro obvody SO a PLCC v rastru 1,27mm šířžky spojů a mezer vodivého obrazce 0,2mm. Propojovací otvory mají průměr 0,5mm. Odborníci tvrdí, že u příští generace pouzdření integrovaných obvodů v rastru 0,635mm budou zapotřebí šírky spojů a mezer menší než 0,127mm. Z elektrického hlediska bez problému jsou vodiče a mezery s šířkou 0,16 a 0,2mm. V tomto případě je možné v rastru 2,54mm vést až dva spoje mezi vývody osazeného integrovaného obvodu. Tím lze hustotu propojení zvýšit o 20 až 40%. Tuto technologii využívají přední výrobci desek plošných spojů. Určité problémy však nastávají při dalším zkracování desek. Vzhledem k malým mezerám mezi spoji mohou při pájení snadno vznikat můstky. Jejich následné odstranění je však zdlouhavé a nákladné. Kromě toho jsou spoje s takovou hustotou zapojení náchylné na poškození pri transportu i při osazování součástek. Výroba desek plošných spojů s velkou hustotou zapojení tedy není zcela bez problému. Při povrchové montáži se má postupně přecházet k ješte menším rastrům. Lze bez nadsázky tvrdit, že ve velmi krátké době budou šířky spojů a mezer okolo 0,076mm. Pro ruční osazování SMD součástek je klíčovou záležitostí vhodné pastové tavidlo. Další důležitou pomůckou je jemná pinzeta. Postup osazení pak vypadá tak, že na plošky určené pro SMD součástku naneseme malé množství tavidla a pinzetou pak usadíme součástku do tavidla, aby se přilepila, přimáčkneme ji k plošnému spoji (jehlou, pinzetou) a páječkou s nepatrným množstvím pájky (cínu) ji prohřejeme. Pájka (cín) na nožičce součástky vytvoří hladký přechod na plošku spoje.
Technologie
Stránka 86
Při pájení integrovaných obvodů nejprve připájíme 2 protilehlé vývody, pod lupou zkontrolujeme, zda jsme se trefili, a pokud ano, zapájíme zbytek vývodů a opět zkontrolujeme výsledek.
Kdo má jen trafopáječku udělá si do ní smyčku z tenčího drátu (průměr 0,8mm, tlustý zvonkový drát). Mikropáječka má výhodu v tom, že se s ní snáze udrží vhodná teplota při pájení spoje a neohrožuje citlivé součástky statickou elektřinou a elektromagnetickými impulsy při pájení. Topným drátem trafopáječky teče značný proud řádu 100A a vytváří silné magnetické pole. Magnetické součástky se pak lepí na smyčku.
Technologie
Stránka 87
5. Údržba elektrických a elektronických zařízení Pod pojmem údržba máme u elektrického zařízení na mysli činnost, jejímž cílem je zajistit spolehlivé užití elektrického zařízení, prodloužení jeho životnosti, ale hlavně minimalizaci rizika úrazu elektrickým proudem. Pokud bychom chtěli použít definici účelu údržby podle oddílu č. 7 ČSN EN 50110-1 ed. 2 z roku 2005 Obsluha a práce na elektrických zařízeních, tak je obdobná. Článek 7.1.1 zavedl nové dělení údržby: Účelem údržby je udržet elektrické zařízení v provozuschopném a bezpečném stavu. Údržba může sestávat z preventivní údržby, která se vykonává na základě běžných postupů s cílem zabránit poruše a udržovat zařízení v provozním stavu, nebo opravné údržby, kterou se opravují nebo nahrazují opotřebované části.. Provádění pravidelné údržby je provozovateli přímo nařízeno zákonem:
vyhláška 48/1982 Sb. základní požadavky k zajištění bezpečnosti práce a tech. zařízení
soubor vyhlášek a nařízení vlády navazujících na zákony 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky a 406/2000 Sb. o hospodaření energií
5.1. Provádění rekonstrukcí a modernizací elektrických rozvodů Obecné zásady rekonstrukce Při rekonstrukcích elektrických rozvodů v bytových objektech nebo jiných objektech občanské vybavenosti je nutné mít na paměti především rozdíl mezi opravou elektrického zařízení a rekonstrukcí. Oprava elektrického zařízení je zaměřena na zajištění bezpečnosti a funkčnosti elektrických rozvodů bez vlivu na jejich věcné a morální zastarávání. Rekonstrukce se provádí z důvodu zhodnocení elektrického zařízení objektu na současně platná kritéria tohoto zařízení. Z tohoto pohledu je nutné při aplikaci požadavků vycházet z elektrotechnických předpisů. To znamená, že při rekonstrukcích je bezpodmínečně nutné vycházet ze současně platných předpisů, které ovšem akceptují nová zařízení, určená pro bytovou výstavbu (například vířivé vany s elektrickým pohonem a ovládáním). Při konzervaci starého stavu pouhou opravou nelze tato nová elektrická zařízení připojovat bez rizika úrazu elektrickým proudem. Investoři mají obvykle v úmyslu provést rekonstrukci tak, aby byla co nejlacinější. Například provést pouze rekonstrukci přívodu do bytu a zásuvkového obvodu koupelny tak, aby byla zajištěna doplňková ochrana pomocí citlivého proudového chrániče. To však může být tím nejvhodnějším řešením pouze v případech, kdy jsou ostatní části instalace dobře zachovalé. Pokud je instalace celkově zchátralá (izolace vodičů jeví známky degradace, přívody k vypínačům jsou ulámané, zdířky zásuvek vypálené a podobně), je třeba provést celkovou rekonstrukci instalace. Z toho vyplívá i postup přípravy oprav a rekonstrukce elektrických rozvodů: -provedení revize elektrických rozvodů v bytových objektech (rozvodů na společných komunikacích i v bytech) za účelem stanovení naléhavosti a rozsahu nutných zásahů do elektrických rozvodů, -vyhodnocení poznatků získaných revizí z hlediska bezpečnostního, technického i morálního, a rozhodnutí o hloubce zásahu (údržba, částečná rekonstrukce, celková rekonstrukce), -provedení určeného zásahu s ohledem na skutečnosti uvedené v revizní zprávě (Závady) a také s ohledem na další předpokládanou životnost elektrických rozvodů (často bude nezbytné provádět především celkovou rekonstrukci elektrických rozvodů v bytových objektech). Technologie
Stránka 88
Je nutné rovněž zvážit dopad užití rozvodu TN-C-S. Z německé praxe vyplívá, že je vhodné rozdělit rekonstrukci elektrických silnoproudých rozvodů alespoň do dvou na sebe navazujících etap. Jako první etapa se provede kompletní rekonstrukce elektrických rozvodů na společných komunikacích (hlavní domovní vedení, rozvody pro osvětlení schodiště, sklepní prostory a další). Ve druhé etapě se provádí rekonstrukce bytů. Při rekonstrukci elektrických rozvodů je nutné vypracovat Protokol o určení vnějších vlivů. Cílem revize provedené před rekonstrukcí je určit nedostatky nejen z hlediska okamžitého stavu bezpečnosti elektrické instalace, ale i jejich dalších nedostatků (využitelnosti, degradace materiálů, poruchovosti, dalšího předpokládaného nepříznivého vývoje).
5.2. Činnost na elektrickém zařízení, druhy údržby Při činnosti na elektrickém zařízení dodržujeme tyto zásady: (Desatero pro laiky) -
Přesvědč se ještě před použitím elektrického přístroje nebo zařízení o jeho řádném stavu.
-
Dodržuj pokyny k obsluze. Neměň nastavení bezpečnostních prvků.
-
Nepoužívej nikdy navlhlé elektrické přístroje a zařízení.
-
Při poruše vypni ihned spínač a u spotřebičů napojených pohyblivými přívody vytáhni vidlici ze zásuvky. Výměnu žárovek a závitových pojistek prováděj ve stavu bez napětí.
-
O poruše nebo neobvyklém jevu na elektrickém zařízení ihned informuj odborníka, zařízení dále nepoužívej a zajisti, aby je nemohl použít nikdo jiný.
-
Neprováděj žádné opravy ani amatérská vylepšení.
-
Informuj se o použití elektrického ručního nářadí, zajímej se o ochranná opatření a dodržuj je (důležité zejména v prostředí vlhkém, mokrém, horkém, s nebezpečím výbuchu apod.).
-
Neodstraňuj zábrany a neotvírej přístupy do místností s elektrickým zařízením, dodržuj pokyny na výstrahách.
-
V blízkosti elektrického zařízení prováděj práce pouze v součinnosti s odborníkem.
-
Nepřibližuj se k přetrženým vodičům elektrického vedení (ani spadlým na zem) a nedotýkej se jich. Před zahájením práce v blízkosti venkovních vedení se seznam se zvláštními bezpečnostními opatřeními a při práci je dodržuj.
Deset zásad pro pracovníky seznámené a poučené -
Na elektrickém zařízení vykonávej činnost pouze v rozsahu seznámení, popř. poučení.
-
Nepracuj na živých částech elektrického zařízení, ani se jich nedotýkej. Nezasahuj do elektrického zařízení, hrozí možnost úrazu, požáru, výbuchu.
-
Před přemístěním spotřebiče připojeného pohyblivým přívodem tento spotřebič bezpečně odpoj vytažením vidlice ze zásuvky. (Neplatí pro spotřebiče, které jsou k tomu účelu zvlášť konstruovány a uzpůsobeny, jako některé spotřebiče pro domácnost, elektrické ruční nářadí apod.) Dodržuj návody, instrukce a místní provozní předpisy k provozování elektrických zařízení.
Technologie
Stránka 89
-
Při zjištění závady elektrického zařízení toto zařízení vypni a závadu ohlas.
-
Nezahajuj práci dříve, než odborný pracovník předá vypnuté a zajištěné pracoviště. (Odborný pracovník musí o stavu zařízení bez napětí přesvědčit ostatní tak, že se vlastní holou rukou dotkne vypnuté části.)
-
Dodržuj zákaz činnosti v ochranných pásmech elektrického vedení, popř. v jejich blízkosti.
-
Nepřibližuj se k přetrženým vodičům elektrického vedení (ani spadlým na zem) a nedotýkej se jich.
-
V případech činnosti nad rámec poučení dodržuj zásady formulované v bodech 2, 3 a 7 (týká se poučených pracovníků).
Pět zásad pro odborníky při činnosti na elektrickém zařízení: -
Vypni!
-
Zajisti!
-
Odzkoušej!
-
Uzemni a zkratuj!
-
Odděl živé a neživé!
Údržba – typy údržby: •
Údržba (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-01)
Kombinace všech technických a administrativních činností, včetně činnosti dozoru, zaměřených na udržení objektu ve stavu nebo jeho navrácení do stavu, v němž může plnit požadovanou funkci. • Preventivní údržba (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-07) Údržba prováděná v předem určených intervalech nebo podle předepsaných kritérií a zaměřená na snížení pravděpodobnosti poruchy nebo degradace fungování objektu. • Údržba po poruše (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-08) Údržba prováděná po zjištění poruchového stavu a zaměřená na uvedení objektu do stavu, v němž může plnit požadovanou funkci. • Prediktivní údržba; předpovídaná údržba (ČSN EN 13306:2002 Terminologie údržby – bod 7.5)Údržba podle stavu prováděná na základě předpovědi odvozené z analýzy a vyhodnocení
Technologie
Stránka 90
5.3. Vybavení pracoviště údržby, pracovní a ochranné pomůcky, bezpečnostní tabulky Osobní ochranné prostředky a pracovní pomůcky jsou zejména: Izolační boty, rukavice, ochrana očí neochranná přilba, ochranný oděv, izolační koberce a plošiny, izolované přenosné a pevné zábrany, přepážky, praporky, bezpečnostní tabulky, zámky, značky, uzemňovací a zkratovací zařízení, prostředky osobního zajištění pro práci ve výškách, vyprošťovací háky, zkoušečky, izolační ovládací tyče, izolované nářadí, indikátory plynů, žebříky, stupadla, lana, zdvihadla a podobně. Osoby používající osobní ochranné prostředky a pracovní pomůcky při činnostech (obsluze, práci) na elektrických zařízeních musí být poučeny a vycvičeny v jejich používání s ohledem na jejich charakter. Osobní výstroj (pracovní oděv) a osobní ochranné prostředky musí být voleny vzhledem k možným elektrickým rizikům. Doporučuje se u vybraných pracích používat pracovní oděv výrazné barvy, například oranžové. Při činnostech v blízkosti napětí nebo na zařízení pod napětím se nesmí používat volně vlající oděvy, oděvy ze snadno vznětlivých látek. Zakazuje se pracovat s vyhrnutými rukávy, nosit prsteny, vodivé řetízky, kovové hodinky a podobně. Povinnosti zaměstnavatele při poskytování osobních ochranných pracovních prostředků OOPP Podle § 104 zákoníku práce a nařízení vlády č. 495/2001 Sb., kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky pro poskytování osobních ochranných pracovních prostředků a mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků je zaměstnavatel povinen zejména: • poskytnout zaměstnancům osobní ochranné pracovní prostředky v případě, že nelze rizika odstranit nebo dostatečně omezit technickými prostředky kolektivní ochrany nebo opatřeními v oblasti organizace práce, • poskytovat zaměstnancům mycí, čisticí a dezinfekční prostředky (za dezinfekční prostředky se považují též ochranné masti), • poskytovat zaměstnancům ochranné nápoje na pracovištích s nevyhovujícími mikroklimatickými podmínkami, v rozsahu a za podmínek stanovených nařízením vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, • zpracovat vlastní seznam (na základě zjištěných a vyhodnocených rizik a konkrétních podmínek práce) pro poskytování OOPP a mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků zaměstnancům, • poskytovat osobní ochranné pracovní prostředky přiměřeně všem osobám, které se s jeho vědomím zdržují na jeho pracovišti; týká se i exkurzí, návštěv, kontrolních orgánů apod., • poskytovat pouze osobní ochranné pracovní prostředky, které chrání zaměstnance před konkrétním rizikem, neohrožují zdraví zaměstnance, nebrání při výkonu práce a splňují požadavky stanovené nařízením vlády č. 21/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na osobní ochranné prostředky, • udržovat osobní ochranné pracovní prostředky v použivatelném stavu, • poskytovat osobních ochranné pracovní prostředky bezplatně; jejich poskytování nesmí zaměstnavatel nahrazovat finančním plněním,
Technologie
Stránka 91
• stanovit způsob, podmínky a dobu používání ochranných prostředků na základě četnosti a závažnosti vyskytujících se rizik, charakteru a druhu práce a pracoviště, jejich vlastností, s přihlédnutím k vlastnostem těchto ochranných prostředků • seznámit zaměstnance s používáním ochranných prostředků a kontrolovat jejich používání, • použití OOPP pro více zaměstnanců je možné pouze v případě, že byla učiněna opatření, která zamezí ohrožení přenosnými chorobami. OOPP musí • být po dobu používání účinné proti vyskytujícím se rizikům a jejich používání nesmí představovat další riziko, • odpovídat podmínkám na pracovišti, • být přizpůsobeny fyzickým předpokladům jednotlivých zaměstnanců, • respektovat ergonomické požadavky a zdravotní stav zaměstnanců. Povinnosti zaměstnanců • každý zaměstnanec je povinen dbát podle svých možností o svou vlastní bezpečnost, o své zdraví i o bezpečnost a zdraví osob, kterých se bezprostředně dotýká jeho jednání, případně opomenutí při práci, • používat při práci osobní ochranné pracovní prostředky a ochranná zařízení, • seznámit se s návodem na používání a údržbu přidělených OOPP a dodržovat pravidla, která jsou v něm uvedena, • provádět drobnou údržbu přidělených ochranných prostředků, • používat ochranné prostředky pouze k účelu, ke kterému jsou určeny, • nakládat s přidělenými ochrannými prostředky šetrně a hospodárně.
Technologie
Stránka 92
Jak poznáte, že osobní ochranný pracovní prostředek splňuje požadavky předpisů? Pro každý nový OOPP vydává výrobce ES prohlášení o shodě a současně na výrobek umisťuje označení CE. Toto označení je grafickým vyjádřením ES prohlášení o shodě a znamená, že výrobek splňuje základní požadavky nařízení vlády č. 21/2003 Sb., a zároveň také požadavky evropské směrnice 89/686/EHS pro OOPP. Pro OOPP složité konstrukce, které jsou určeny k ochraně před vysokými riziky (ochrana proti pádu, ochrana dýchacích orgánů, ochrana proti vysokým teplotám, chemikáliím, apod.), je označení CE doplněno identifikačním číslem notifikované osoby, která provádí pravidelné kontroly vyráběných OOPP. Jak má být osobní ochranný pracovní prostředek dále označen? - názvem, identifikační značkou výrobce (dovozce), - typem výrobku, - číslem normy a příslušnými symboly ochrany a stupni (třídami) ochrany (jsou-li předepsány), - datem výroby a také dobou životnosti (pokud je to předepsáno). K OOPP musí být dodán návod k použití v českém jazyce a musí obsahovat informace o - používání, skladování, čistění, údržbě, přezkušování a dezinfekci, - dosahované účinnosti osobního ochranného prostředku, - vhodném příslušenství osobního ochranného prostředku a o náhradních dílech, - třídách ochrany odpovídajících různým úrovním nebezpečí a z toho vyplývajících omezení používání, - době použitelnosti osobního ochranného prostředku nebo jeho určitých součástí, - způsobu balení vhodném pro přepravu, - významu všech označení umístěných na osobním ochranném prostředku. Další informace o OOPP je možno nalézt na internetové adrese: www.vubp.cz
Technologie
Stránka 93
Barevné označení Zpravidla se označují pro nebezpečí teplé barvy (žlutá - pozor, oranžová - nebezpečí, červená - stát). Barvy, které mají přiřazený konkrétní bezpečnostní význam. Účelem bezpečnostních barev je rychle upoutat pozornost na zdroje rizika a nevyhnutelné ochranné opatření. Červená barva signalizuje nebezpečí, zákaz, resp. příkaz „stát“, označuje se jí zařízení na ochranu před požáry. Žlutá nebo žlutooranžová barva znamená výstrahu, upozornění na bezprostředně hrozící nebezpečí (např. výbuchu, požáru, škodlivé látky, záření, pádu) a potřebu kontroly. Modrá barva se používá ve významu příkazu, nařízení, činnosti, povinnosti nosit OOPP apod. Zelená barva znamená stav bez nebezpečí, označuje se jí nouzový východ, únikové cesty, první pomoc. Barevná kombinace
Účel
žlutá / černá
označení nebezpečných míst
červená / bílá
zákaz vstupu nebo umístění prostředků požární ochrany
modrá / bílá
příkazové značení
zelená / bílá
označení bezpečných prostorů
Barvy jsou kombinovány poměrem 1:1 v barevných pruzích se sklonem 45°, obvykle v pravém (normovém) a levém (protisměrném) provedení. ČSN ISO 3864 (018010) Norma předepisuje bezpečnostní barvy a bezpečnostní značky k předcházení úrazům, zdravotním rizikům, požárům a případům havárií. Norma uvádí definice, účel bezpečnostních barev a značek, bezpečnostní barvy a kontrastní barvy, geometrický tvar a význam bezpečnostních značek, navrhování grafických symbolů, tvorbu bezpečnostních značek, dodatkové tabulky a vztahy mezi rozměry bezpečnostních značek a vzdáleností pozorování. Normativní příloha A uvádí kolorimetrické a fotometrické vlastnosti materiálů a informativní příloha B uvádí příklady bezpečnostních značek:
Technologie
Stránka 94
Bezpečnostní tabulky – podniky jsou podle bezpečnostních předpisů povinny na všech pracovištích označit bezpečnostními značkami nebezpečí a zákazy. Podobně jako se u silničního provozu rozlišují značky zákazové, příkazové, výstražné a informativní nebo značky požární ochrany. Bezpečnostní značky smějí obsahovat jen symboly, to znamená grafické značky, aby každý zaměstnanec, nezávisle na své mateřštině rozuměl jejich významu. V případě nutnosti je možné uvést přídavnou značku, viz následující obrázek.
Kromě toho se pracovníci mohou dostat do styku s nebezpečnými látkami. Nebezpečné látky a přípravky musí být rovněž označeny. Musí být například uvedeno: označení látky nebo přípravku, symboly s příslušným vyznačením nebezpečí. Přehled nejpoužívanějších symbolů viz tabula dole.
Technologie
Stránka 95
5.4. Rozvodny, údržba rozvodných přístrojů Rozvodná zařízení musí především odpovídat ustanovením (343100) ČSN EN 50110-2 ED. 2 normám pro dimenzování elektrických zařízení. Musí být řešena tak, aby při předpokládaném způsobu obsluhy a práce na nich bylo možno za normálních podmínek dodržet požadavky (343100) ČSN EN 50110-2 ED. 2 a navazujících norem. U nových zařízení musí být umožněno předpokládané rozšíření. 1.2. Každé rozvodné zařízení musí mít dokumentaci, která odpovídá skutečnému stavu a při každé změně na zařízení se neprodleně upraví. Forma dokumentace se volí tak, aby vyhovovala použitým prostředkům pro řízení provozu i pro práce na zařízení. 1.3. Rozvodné zařízení musí být schopno bezpečného provozu v prostředí, pro které je určeno. Prostředí se určuje podle ČSN 33 0300 a ČSN 33 3220. 1.4. Na každém rozvodném zařízení se musí provádět předepsané opravy, revize a údržba. Postupy při opravách, revizích a údržbě všech částí rozvodného zařízení se řeší tak, aby potřeba práce a materiálu byla co nejmenší a příslušný obvod rozvodného zařízení byl co nejkratší dobu mimo provoz. Elektrická rozvodná zařízení (rozvaděče, instalace a spotřebiče), musí být provedeny tak, aby byla vyloučena možnost náhodného dotyku vodičů, svorek nebo dalších živých částí elektrického rozvodu a zabránilo se tak možnosti úrazu elektrickým proudem nebo ohrožení zdraví osob v nejbližším okolí elektrických předmětů. Dále nesmí při provozu elektrických zařízení dojít k výbuchu, požáru či jinému ohrožení osob nebo majetku. Na každém rozvodném zařízení se musí provádět předepsané opravy, revize a údržba. Postupy při opravách, revizích a údržbě všech částí rozvodného zařízení se řeší tak, aby potřeba práce a materiálu byla co nejmenší a příslušný obvod rozvodného zařízení byl co nejkratší dobu mimo provoz (ČSN 33 3210). V souladu s platnými elektrotechnickými normami a předpisy s národní i
mezinárodní platností je třeba, aby veškerá elektrická zařízení i elektrické přístroje vyhovovala následujícím požadavkům: 1. Bezpečnost osob i věcí Elektrická rozvodná zařízení (rozvaděče, instalace a spotřebiče), musí být provedeny tak, aby byla vyloučena možnost náhodného dotyku vodičů, svorek nebo dalších živých částí elektrického rozvodu a zabránilo se tak možnosti úrazu elektrickým proudem nebo ohrožení zdraví osob v nejbližším okolí elektrických předmětů. Dále nesmí při provozu elektrických zařízení dojít k výbuchu, požáru či jinému ohrožení osob nebo majetku. 2. Provozní spolehlivost Pod pojmem provozní spolehlivost elektrického silnoproudého rozvodu se skrývá schopnost tohoto zařízení přenést elektrickou energii v požadovaném množství a kvalitě na dané místo v daném čase. Tomuto požadavku musí být přizpůsobeno provedení elektrického silnoproudého rozvodu i přístrojového vybavení. V některých případech to znamená zvláštní požadavky na provedení rozvodu, kdy je třeba zajistit dodávku energie důležitým spotřebičům záložním (nezávislým) zdrojem elektrické energie. Z tohoto hlediska rozlišujeme tzv. stupně důležitosti spotřeby: Spotřeba 1. stupně důležitosti Jako spotřebiče 1. stupně důležitosti označujeme takové spotřebiče nebo skupiny spotřebičů, u nichž při výpadku napájení může dojít k ohrožení zdraví, nebo u kterých výpadek představuje velké ekonomické ztráty, například narušení chodu technologického procesu. Technologie
Stránka 96
Takové spotřebiče vyžadují zajištění rezervního zdroje, nezávislého na pracovním zdroji, který by pokryl tuto důležitou spotřebu. Nezávislým zdrojem může být záskokový zdroj (UPS), zdroj záložního napájení - dieselagregát apod. Příkladem spotřebičů tohoto stupně důležitosti mohou být zařízení pro přenos a zpracování dat, zdravotnická zařízení s nepřetržitým provozem (např. anesteziologicko-resuscitační oddělení ...), nebo zařízení pro zajištění požární bezpečnosti staveb (např. odvětrání chráněných únikových cest...) apod. Spotřeba 2. stupně důležitosti Výpadek napájení se pro tuto kategorii spotřeby projeví omezením popř. zastavením chodu, avšak nedochází přitom k narušení technologických procesů, ani k ohrožení zdraví či životů lidí. U tohoto druhu spotřebičů je třeba dodávku elektrické energie pokud možno zajistit, ale nevyžadují se zvláštní zařízení či opatření pro náhradní napájení, ani záskokový zdroj elektrické energie. Příkladem takovéto spotřeby druhého stupně důležitosti jsou obráběcí stroje, mechanické dílny, různé průmyslové provozy apod. Spotřeba 3. stupně důležitosti Do této kategorie spotřeby zahrnujeme všechny ostatní spotřeby a odběratele, u kterých nemusí být dodávka elektrické energie zajišťována zvláštními opatřeními (např. bytové jednotky, školy, úřady...). Je třeba si uvědomit, že v rámci jednoho objektu (komplexu) je obvykle více zařízení o různých stupních důležitosti. Náhradní zdroje el. energie se potom navrhují pouze pro pokrytí spotřeby prvého stupně důležitosti. 3. Přehlednost provozu Požadavek na přehledné uspořádání rozvodných zařízení vychází z nutnosti rychlé lokalizace a odstranění případné poruchy. Tento požadavek je specifický např. pro elektrické stanice a rozvodny, kde je soustředěno velké množství elektrických zařízení, přístrojů a předmětů k náležitému přehledu přispívá např. tablo se schématem zapojení, tablo poruchové signalizace nebo monitor, na kterém se zobrazí okamžité údaje o vybraném zařízení. 4. Přizpůsobitelnost rozvodného zařízení Požadavek přizpůsobitelnosti je důležitý zejména v průmyslových provozech, kde některé stroje či spotřebiče mění v průběhu pracovní činnosti svou polohu či stanoviště, nebo mají přímo charakter pohyblivých, převozných či přenosných spotřebičů. Tomu musí odpovídat i návrh rozvodného zařízení, aby bylo zajištěno napájení spotřebičů na každém stanovišti a při všech možných podmínkách činnosti. V takovém případě má velký význam určitý stupeň univerzálnosti rozvodného zařízení, které umožní rychlé připojení uvedených spotřebičů k rozvodné soustavě. Příkladem takového uspořádání může být i přípojnicový rozvod v průmyslovém závodu. S podobnými požadavky se však setkáváme i u rozvodných zařízení provizorního charakteru na staveništích. 5. Rychlé odstranění poruch Poruchy v rozvodu elektrické energie znamenají nežádoucí stavy narušení plynulosti dodávky elektrické energie odběratelům. Jejich množství lze různými preventivními opatřeními minimalizovat, ale nelze je zcela vyloučit z provozu rozvodných zařízení. Proto se v rozvodu používají elektrické ochrany, které mají zajistit co nejrychlejší odpojení poškozené části rozvodu od zdrojů elektrické energie. Elektrické ochrany mají schopnost zjistit místo a druh poruchy a v co nejkratším čase odpojit porušený úsek. Čím rychlejší bude odpojení poruchy, tím menší budou i její následky.
Technologie
Stránka 97
6. Hospodárnost provozu Univerzálnost použití elektrické energie umožnila značné rozšíření elektrických strojů, přístrojů a spotřebičů všeho druhu. Tato zařízení však mají být provozována takovým způsobem, aby pracovala s co největší účinností a co nejmenšími ztrátami. Při navrhování rozvodných zařízení je tedy třeba, aby zdroje elektrické energie, průřezy napájecích cest i elektrické přístroje řazené v rozvodu odpovídaly úrovni zatížení a využití elektrických spotřebičů. V tomto smyslu hospodárnost představuje účelné využití průřezů vodičů i jmenovitých výkonů elektrických přístrojů, tedy hospodárnost elektrického rozvodu. Z tohoto hlediska není tedy vhodné navrhovat vodiče a kabely s velkou rezervou zatížení, pokud není zřejmý perspektivní nárůst zatížení v době životnosti vodiče. Jinak by materiál vodiče nebyl hospodárně využíván a investiční náklady by byly zbytečně velké. Rovněž velké rezervy výkonů u navrhovaných elektrických spotřebičů nejsou hospodárným řešením, pokud tyto výkony nebudou v provozu dostatečně využity. 7. Hospodárné využití opakovaných celků V elektrickém silnoproudém rozvodu se vyskytují jednotlivá zařízení a elektrické přístroje v určitých typizovaných velikostech. Jsou to například transformátory, rozvaděče, ale i vypínače, vodiče nebo svítidla. Při návrhu elektrického rozvodu musí být výběr těchto přístrojů a zařízení takový, aby bylo zajištěno jejich hospodárné využití v provozu a aby se nevytvářely zbytečně veliké rezervy ve výkonech, v použitých materiálech přenosových cest i v celých typizovaných zařízeních a přístrojích. 8. Hospodárnost ve spotřebě barevných kovů Jako elektrovodné materiály pro vodiče v elektrickém silnoproudém rozvodu se používají především měď, dále hliník a ocel. Přitom oceli se používá u venkovních elektrických vedení zejména jako nosná část vodičů AlFe a dále jako nosná část závěsných kabelů. Pro vnitřní rozvody se používá nejčastěji měď pro malé průřezy vodičů a hliník pro větší průřezy převážně kabelových vedení. Protože barevných kovů není nadbytek, je potřeba navrhovat průřezy vodičů tak, aby odpovídaly stupni zatížení a byly provozně dobře využívány. 9. Estetické požadavky Požadavky na uložení vodičů, rozvodných krabic, zásuvek a vypínačů, stejně jako volba a umístění vhodných svítidel pro daný prostor, mohou být velice odlišné podle povahy a účelu interiéru. Rozvodná zařízení i použité světelné zdroje a svítidla včetně jejich polohy musí být v souladu s celkovým řešením interiéru a je třeba, aby elektrotechnik spolupracoval s architektem a investorem na daném řešení.
Technologie
Stránka 98
5.5. Zkoušení a měření při opravách, hledání závad, určení místa poruchy Při opravách a úpravách instalací a jejich uvádění do provozu, stejně jako při změnách na připojených zařízeních, je třeba provést měření k zajištění bezpečnosti života, zdraví a majetku. Revize elektrických zařízení přitom zahrnuje podle ČSN 33 2000-6-61 prohlídku a zkoušení. Tam, kde nestačí pro posouzení bezpečnosti elektrických zařízení prohlídka, je nutno prokázat dodržení přípustných parametrů zkouškou. Součástí zkoušky je i měření. Její výsledky je třeba zaznamenat do zprávy o revizi. Po dokončení nové instalace, provedení změn v jejím uspořádání nebo v případě úprav a oprav připojených elektrických zařízení je třeba překontrolovat jejich bezpečnost Prohlídka – první krok při revizích představuje svědomitě provedená celková vizuální kontrola. Provádí se obvykle v okamžiku, kdy je celá instalace bez napětí. Lze během ní často odhalit i velmi závažné chyby v zapojení elektrické instalace nebo v připojených zařízeních. Úkolem prohlídky je potvrdit, že elektrická instalace i trvale připojená elektrická zařízení vyhovují bezpečnostním požadavkům souvisejících norem, resp. dalších předpisů a že nejsou poškozeny tak, aby to mohlo ohrozit jejich bezpečnost. Zahrnuje také posouzení, zda jsou instalace i připojená zařízení zapojena v souladu s požadavky normativní řady ČSN 33 2000a pokyny jejich výrobců. Prohlídka by měla i při svém minimalizovaném rozsahu ověřit alespoň následující skutečnosti: provedení ochrany před úrazem elektrickým proudem; bezpečnostní vzdálenosti (poloha, přepážky, kryty, zábrany); výběr vodičů (materiál, proudové dimenzování, úbytky napětí); dodržení odpovídajícího způsobu spojování a značení vodičů; druh, umístění a nastavení ochranných a kontrolních přístrojů; druh a umístění funkčních spínacích prvků; značení jednotlivých rozvodných systémů, jejich částí a prvků; osazení bezpečnostních tabulek a informativního značení; správnost označení používaného při provozu zařízení; použití vhodných prvků a opatření pro ochranu před vnějšími vlivy; provedení nutných protipožárních opatření (ucpávky, přepážky); přítomnost a úplnost schémat i další dokumentace, vyžadované souvisejícími předpisy; možnost provádění bezpečné údržby. Dříve než začneme s opravou, musí se jednoznačně stanovit závada a určit vadná místa. Jen tak se totiž každý opravář vyvaruje toho, aby musel např. po obtížném rozebírání motoru konstatovat, že tato práce byla zbytečná a že je vada na svorkovnici nebo vůbec mimo motor. Při údržbě a preventivní kontrole elektrických strojů je kladen důraz na tři základní parametry, které bývají zdrojem závad, a to na mechanické, tepelné a elektrické. Tyto parametry bývají většinou provázány a při vzniklé poruše se postupně vyskytují všechny společně – původně elektrická nebo mechanická závada způsobí posléze oteplení apod. Proto optimální údržba spočívá v kontrole všech tří parametrů pomocí příslušných měřicích a diagnostických přístrojů. Technologie
Stránka 99
Zkoušky V případech, kdy není vizuální kontrola postačující, je nutno provést odpovídající zkoušky. Jedná se zejména o úkony zkoumající následující skutečnosti: spojitost hlavního a doplňujícího pospojování, spojitost vyrovnání potenciálů v ochraně před bleskem, izolační odpor elektrické instalace, provedení ochrany SELV a PELV resp. elektrickým oddělením obvodů, odpor podlahy a stěn, funkci samočinného odpojení od zdroje, funkci systémů i jednotlivých částí elektrické instalace, zapojení (připojení) přístrojů, dosahované úbytky napětí. Přezkoušení galvanického spojení mezi vyrovnáním potenciálů a ochrannými vodiči Úkolem je ověření spojitosti a kvality galvanického propojení mezi ochrannými vodiči, uzemňovacím vodičem a vodiči systému vyrovnání potenciálů. Vždy je třeba nejprve v celé délce prohlédnout vodič potenciálového vyrovnání, zkontrolovat velikost použitých průřezů a správnost jejich uložení. Při této kontrole by mohla být související zařízení teoreticky ještě zapojena, nicméně v praxi se i pro tuto zkoušku zpravidla již odpojují od napájení.
Dále se měří dodržení maximální přípustné hodnoty ohmického odporu v trase ochranných a uzemňovacích vodičů. Totéž platí i pro vodiče potenciálového vyrovnání.
Technologie
Stránka 100
Měření izolačního odporu – jsou-li elektrická zařízení připojena k napájecímu napětí, protéká díky konečné hodnotě izolačního odporu nutně určitý, byť velmi malý, chybový proud. Jestliže se z důvodu poruchy izolace zvětší nad určitou mez, může způsobovat lokální ohřev. V extrémním případě může být dokonce příčinou požáru. K tomu všemu přitom může docházet bez toho, aby vybavily předřazené nadproudové ochrany. Měření tohoto typu se provádí na zařízení bez napětí a měří se ohmický odpor mezi fázovými vodiči, resp. středním vodičem a ochranným vodičem. Zkoušku si lze částečně ulehčit tím, že se fázové vodiče propojí se středním. U zařízení se jmenovitým napětím do 500 V se v souladu s ČSN 33 2000-6-61 používá stejnosměrné zkušební napětí 500 V. Tato hodnota odpovídá i standardním elektrickým instalacím s provozním napětím 230/400 V. Elektrické obvody SELV a PELV se ověřují nižším stejnosměrným zkušebním napětím 250 V.
Technologie
Stránka 101
6. Použitá literatura a další studijní prameny 1)Barták, Mravinač, Neumann, Vařák: Diagnostika poruch izolací elektrických strojů. SNTL, Praha 1984 2)ČSNCLC/TS60034-18-34(350000) - červen 2005 Točivé elektrické stroje - Část 18-34: Funkční hodnocení izolačních systémů - Zkušební postupy pro vinutí s tvarovanými cívkami Hodnocení termomechanické odolnosti izolačních systémů 3)Kuba, J.- Mach, P.: Technologické procesy Vydavatelství ČVUT Praha, 2001 4)IEC 60034-18 uvádí všeobecné principy pro hodnocení izolačních systémů točivých elektrických strojů. 5)ČSN CLC/TS 60034-24: Točivé elektrické stroje - Část 24: 6) Wikipedia. cz 7)Honys V., Prouza J.: Elektrotechnologie II pro 3. ročník, SNTL 1989 8)Časopis: Elektro 9)Časopis: Řízení a údržba průmyslového podniku 10)Rutar Jaromír, Automatizace – Úvod do automatizace řízení 11)Norma ČSN 33 3210 Rozvodná zařízení 12)Norma ČSN 35 0010 Točivé elektrické stroje – zkoušky 13)Klaus Tkotz: Příručka pro elektrotechnika 14)Dušan Poláček: Technické kreslení podle mezinárodních norem III 15) Josef Heřman: Příručka silnoproudé elektrotechniky 16)Šavel Josef: Elektrotechnologie, materiály, technologie v elektronice a elektrotechnice
Technologie
Stránka 102
Technologie
Stránka 103
