MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA AGRONOMICKÁ FAKULTA Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Dimenzování elektrických rozvodů - program Sichr
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Brno 2006
Vedoucí bakalářské práce:
doc. Ing. Jan Škyřík, CSc.
Vypracoval:
Vladimír Červinka
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně
Agronomická fakulta
Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky (ÚZPET)
Akademický rok: ZS 2004/2005
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
Řešitel
Vladimír Červinka
Bakalářský studijní program
Zemědělská specializace
Obor
Provoz techniky
Název tématu:
Dimenzování elektrických rozvodů - program Sichr Zásady pro vypracování:
1. Na základě studia literatury stanovit zásady pro jištění a ochranu elektrických sítí. 2. Databáze přístrojů OEZ s. r. o. 3. Nastavení tří režimů v programu Sichr 5.00 (charakteristiky, selektivita, impedance). 4. Příprava nové verze programu Sichr 6.00 (nové vlastnosti a funkce, aktualizovaná databáze).
5. Při zpracování práce řídit se instrukcemi k úpravě bakalářské práce vydané děkanátem agronomické fakulty.
Rozsah práce:
30 - 40 stran, grafy, tabulky, obrázky podle potřeby práce.
Seznam odborné literatury:
1. OEZ s.r.o. : Pojistkové sytémy, kompaktní a vzduchové jističe. Letohrad 2004 2. OEZ s.r.o. : Program pro elektroprojektování Sichr 5.00. www.oez.cz 3. OEZ s.r.o. : Přístroje pro domácí rozvody. Letohrad, 2004 4. OEZ s.r.o. : Teorie jištění a spolupráce přístrojů. www.oez.cz 5. OEZ s.r.o. : Zpravodaj 13/2004
Datum zadání bakalářské práce:
prosinec 2004
Datum odevzdání bakalářské práce:
duben 2006
Vladimír Červinka
doc. Ing. Jan Škyřík, CSc.
zpracovatel bakalářské práce
vedoucí bakalářské práce
prof. Ing. Jan Mareček, DrSc.
prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc.
vedoucí ústavu
děkan AF MZLU v Brně
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma, dimenzování elektrických rozvodů - program Sichr, vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně,dne………………………….. Podpis diplomanta……………………
Chtěl bych poděkovat vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Janu Škyříkovi, CSc. za odborné vedení a obětavou pomoc při vedení bakalářské práce.
2
Obsah OBSAH ................................................................................................................... 3 SEZNAM OBRÁZKŮ .............................................................................................. 4 1. ABSTRAKT ........................................................................................................ 5 2. ÚVOD.................................................................................................................. 6 3. CÍL PRÁCE ......................................................................................................... 7 4. ZÁSADY PRO JIŠTĚNÍ A OCHRANU ELEKTRICKÝCH SÍTÍ........................... 8 4.1. Požadavky na elektrický rozvod: ....................................................................... 8 4.2. Základní elektroinstalační materiál: ................................................................. 8 4.3. Elektrické rozvody v obytných budovách ......................................................... 9 4.4. Průmyslový rozvod............................................................................................ 10 4.5. Dimenzování vodičů rozvodu ........................................................................... 11 4.6. Rozvodné sítě nn ................................................................................................ 12 4.7. Konstanty vedení ............................................................................................... 12 4.8. Výpočet průřezu vedení nn............................................................................... 12 4.9. Výpočet sítě nn................................................................................................... 15 4.10. Mřížová síť....................................................................................................... 16 4.11. Příklady norem ČSN na rozvody el. energie................................................. 17 4.12. Základní pravila elektroinstalace: ................................................................. 17 Světelné obvody................................................................................................ 17 Zásuvkové obvody .................................................................................................... 17 5. SICHR 5.00 ....................................................................................................... 19 5.1. Příprava nové verze programu Sichr 6.10 (nové vlastnosti a funkce, aktualizovaná databáze). ......................................................................................... 19 5.2. Aktualizovaná databáze Sichru 6.00 a 6.10..................................................... 20 5.3. Přístroje OEZ ve formátech DWG, DXF a WMF -OEZ CAD ..................... 21 5.4. Databáze přístrojů OEZ s. r. o ......................................................................... 22 5.5. Nastavení tří režimů v programu: ................................................................... 26 5.5.1. Charakteristiky ........................................................................................ 27 5.5.2. Impedance ............................................................................................... 30 5.5.3. Selektivita................................................................................................ 30 5.6. Vytváření schéma v programu SICHR ........................................................... 31 3
5.6. Jednotlivé prvky a jejich vkládání................................................................... 32 5.7. Princip volby jistících přístrojů: ...................................................................... 32 5.7.1. Ochrana elektrických zařízení před nadproudy ...................................... 32 5.7.2. Selektivita - minimalizace rozsahu poruchy nadproudem v elektrickém rozvodu.............................................................................................................. 35 5.7.3. Kaskádování – ¨zvýšení¨ vypínací schopnosti přiřazeného jistícího přístroje ............................................................................................................. 36 5.7.4. Zajištění ochrany samočinným odpojením od zdroje ............................. 37 5.8. Příklad některých návrhů rozvodů: ................................................................ 39 5.8.1. Příklad některých požadavků u návrhů distribučního rozvodu............... 39 5.8.2. Příklad některých požadavků u návrhů domovního rozvodu.................. 41 5.8.3. Příklad některých požadavků u návrhů průmyslových rozvodu ............. 43 6. ZÁVĚR .............................................................................................................. 46 7. POUŽITÁ LITERATURA................................................................................... 47
Seznam obrázků obr. 1 obr. 2 obr. 3 obr. 4 obr. 5 obr. 6 obr. 7 obr. 8 obr. 9 obr. 10 obr. 11 obr. 12 obr. 13 obr. 14 obr. 15 obr. 16 obr. 17 obr. 18
Průmyslový rozvod paprskový .................................................................... 10 Průmyslový rozvod stromový ...................................................................... 10 Průmyslový rozvod okružní......................................................................... 10 Průmyslový rozvod průběžný ...................................................................... 11 Průmyslový rozvod mřížový........................................................................ 11 Graf fázového diagramu .............................................................................. 13 Otevřené vedení ........................................................................................... 14 Redukce zátěže............................................................................................. 15 Redukce napájecích bodů ............................................................................ 16 Mřížová síť................................................................................................... 16 Vypínací charakteristika 1. .......................................................................... 28 Omezovací charakteristika........................................................................... 29 Vypínací charakteristika 2. .......................................................................... 33 Minimalizace rozsahu poruch ...................................................................... 35 Princip samočinného odpojení..................................................................... 37 Návrh distribučního rozvod ......................................................................... 40 Návrh domovního rozvod ............................................................................ 42 Návrh průmyslového rozvod........................................................................ 44
4
1. Abstrakt
This bachelor work is concentrated on distributions of electricity in distributions nn. It describes basic demands on safety of circuit, their protection, installation principles and dimensioning of circuit. The bachelor work is also concentrated on computer programme Sichr 5.0.. This computer programme is meant for designing electrical networks nn and it could be helpful for people that works with these electrical networks. There is mentioned which calculations and checks this programme makes and how makes diagram of disagned circuit. There are also introduced new versions of that computer programme - Sichr 6.00 and 6.10. There is described database of devices OEZ with which programmes work, operation mode in that programmes make calculations and checks of used component in that work. In conclusion, there are mentioned some examples of some circuit and their demands and process of its solution.
5
2. Úvod Práce je rozdělena do dvou hlavních skupin. První část je zaměřená obecně na rozvody elektrické energie v rozvodných sítích nn a snaží se ukázat problematiku zadané práce. Popisuje základní požadavky na bezpečnost rozvodů elektrické energie tak, aby nedošlo k úrazu elektrickým proudem, způsoby jištění a kritéria pro volbu způsobu jištění a druhu jištění, principy instalace a základní používané způsoby instalace v domovních a v průmyslových rozvodech. Uvádí základní elektroinstalační materiály použité při instalacích. Dále se zabývá dimenzováním obvodů, výpočty vedení, redukcemi vedení a konstantami vedení. Ve druhé části, je práce zaměřena na program Sichr 5.00. Tento program je určen právě k navrhování zmíněných elektrických sítí nn a měl by ulehčit práci lidem, kteří pracují s touto problematikou. Práce tedy představí program a uvede jeho schopnosti. Například provádění výpočtů, kontroly prvků, které byly do návrhu vloženy, úbytky napětí v rozvodu, ochrany proti přepětí, atd. Dále jsou v práci představeny nové verze programu Sichr 6.00 a 6.10. Jsou popsány databáze přístrojů, se kterými programy pracují. Uvedeny jsou zde i nově používané přístroje a jejich odlišnosti od předchozích a trendy ve vývoji. Potom jsou popsány pracovní režimy, ve kterých programy provádí výpočty a kontroly použitých prvků. Práce také vysvětluje, jak se tyto režimy nastavují a co vlastně který režim ukazuje a zdůrazňuje. Kromě vysvětlení samotného návrhu vedení jsou popsány způsoby, kterak lze návrh editovat. Na závěr jsou uvedeny příklady některých rozvodů (distribuční rozvod, domovní a průmyslový rozvod), nejběžnější požadavky na jednotlivé rozvody, na které by se nemělo zapomenout a postup jejich řešení.
6
3. Cíl práce Cílem této práce je uvedení do problematiky elektrických obvodů sítě nn jako například požadavky na tyto obvody a jejich navrhování i instalaci. Popisuje jednotlivé součásti těchto obvodů a vysvětluje, k čemu slouží a jaké jsou základní vlastnosti. Dále chce představit jeden z počítačových programů, který je určen k usnadnění práce s navrhováním těchto obvodů. Práce se také snaží ukázat jak se s takovým programem pracuje, jak a kde se dá využít a jaká je pak i podoba výsledku práce návrhů obvodu pomocí tohoto programu.
7
4. Zásady pro jištění a ochranu elektrických sítí
4.1. Požadavky na elektrický rozvod: •
Bezpečnost osob, užitkových zvířat a majetku
•
Provozní spolehlivost
•
Životnost
•
Hospodárné použití typizovaných jednotek a celků
•
Přehlednost rozvodů
•
Estetické provedení
•
Snadná přístupnost rozvodů
•
Zamezení nepříznivých vlivů a rušivých napětí při křižování a souběhu se sdělovacím vedením
4.2. Základní elektroinstalační materiál: •
Trubky a lišty: Slouží pro uložení a mechanickou ochranu vodičů. Ukládají se pod omítku, či na zem. Trubky máme: Tvrdá PVC Ohebná PVC Ohebná s kovovým pláštěm = Kopex Ocelozávitová Lišty máme: Protahovací Vkládací
•
Krabice dělíme: Slouží k odbočkám na rozvodu nebo i jen protahovací. Jsou i krabice přístrojové. Instalace je pod omítku nebo na povrch. Materiál je: PVC Šedá litina Hliník 8
•
Vývodky: Chrání vycházející vodič před poškozením o hrany trubek nebo krabic. Materiál je: PVC Porcelán
•
Koncovky: Utěsňují vývody z krabic
•
Spojovací materiál: Slouží ke spojování vodičů, např. v krabicích, svorkovnicích, kabelová okna, uzemňovací svorky
•
Spínače: Slouží k zapínání, vypínání, připínání elektrických obvodů.
•
Zásuvky a vidlice: Vyrábějí se buď pro domácí, nebo pro průmyslový rozvod.
•
Pojistky a jističe: Slouží k jištění obvodů při poruchách na vedení čí přístrojích
.
4.3. Elektrické rozvody v obytných budovách •
Přípojka: Je to vedení spojující budovu s místní rozvodnou sítí. Začíná odbočením z místního rozvodu (nn) a končí v hlavním domovním rozvaděči. Přípojka může být provedena - Přípojka venkovním vedením - Kabelová přípojka
•
Vnitřní domovní zařízení: Může být proveden různými způsoby, především podle povahy objektu, jeho stáří a rozlehlost. Každá tato varianta, však musí odpovídat státní normě ČSN. Typický rozvod dělíme:
Hlavní domovní vedení – začíná v hlavním domovním rozvaděči a svisle rozvádí energii do jednotlivých podlaží. Jeho průřez se volí s ohledem na předpokládané zatížení.
Odbočky k elektroměrům – jsou-li elektroměry u jednotlivých bytů, musí být pro každý z nich samostatná odbočka pomocí odbočné rozvodnice. Jsou-li elektroměry soustředěny v elektroměrovém rozvaděči, připojují se přímo na procházející vedení.
Vedení od elektroměrů k bytovým rozvodnicím – provádí se odbočením z hlavního domovního vedení - a to kabelem, můstkovým vodičem, nebo jednotlivými vodiči.
9
Rozvod v bytě – od jističů v bytové rozvodnici je rozvod rozdělen na určitý počet světelných a určitý počet zásuvkových obvodů. Tento rozvod se provádí podle určitých bezpečnostních zásad vedení kabelu. A to buď - obvodově (po obvodu místnosti) - horizontálně (využívá stropů a podlah)
4.4. Průmyslový rozvod •
Kabelový – kabely jsou obvykle kladeny do kabelových kanálu
•
Přípojnicový – kabely jsou umístěny na zdech pod krytem
Základní typy: - Paprskový: Má samostatné vývody pro každý spotřebič. Je velmi jednoduchý, ale má velkou spotřebu vodičů.
obr. 1
Průmyslový rozvod paprskový
- Stromový: Výhodou je úspora vodičů a místa.
obr. 2
Průmyslový rozvod stromový
- Okružní:Obvod využívá obvodových zdí, u kterých jsou umístěny podružní rozvaděče.
obr. 3
10
Průmyslový rozvod okružní
- Průběžný: Rozvod je veden středem místnosti.
obr. 4
Průmyslový rozvod průběžný
- Mřížový: Podružné rozvaděče jsou napojeny na více míst a jsou spojeny navzájem. Výhodou je spolehlivost při poruchách.
obr. 5
Průmyslový rozvod mřížový
4.5. Dimenzování vodičů rozvodu
Jedná se o určení průřezu vodiče. Zásady - nesmí být překročena dovolená provozní teplota - vodiče musí být dostatečně mechanicky pevné - dostatečná odolnost vůči zkratovým proudům - musí být dodrženo napětí u spotřebičů - musí být zabezpečena správná funkce ochrany
Dovolená provozní teplota je nejvyšší teplota vodiče, při které lze vodič trvale používat bez poškození. Jmenovitá provozní zatížitelnost = jmenovitý proud, to je proud, kterým lze trvale zatěžovat vodič, aniž by se překročila dovolená provozní teplota.
11
4.6. Rozvodné sítě nn Rozvodná síť se dimenzuje s ohledem na dovolený úbytek napětí. Pokles je způsoben - úbytkem napětí na vedení - úbytkem napětí na zdroji Dovolený pokles napětí je dán normou. Velikost úbytku napětí závisí na odebraném proudu a na konstantách vedení.
4.7. Konstanty vedení 1. Činný odpor
R= ρ⋅
l S
(1)
l – délka, S – průřez, ρ -měrný odpor materiálu U vedení střídavého proudu je odpor nepatrně větší než u stejnosměrného, vlivem povrchového jevu (skin efekt). 2. Indukčnost L Závisí na průřezu vodiče, vzájemné vzdálenosti vodičů od sebe a na prostředí, ve kterém se vodiče nachází. Tabulky uvádějí běžné hodnoty indukční reaktance vedení: XL=0,25-0,4Ω/km u vzdušného vedení : XL=0,1Ω/km u kabelového vedení 3. Kapacita C Vedení vytváří kondenzátor mezi vodičem a zemí nebo mezi dvěma vodiči. Tato konstanta se u nn zanedbává, uplatňuje se především u vedení vvn. 4. Svod Je způsoben nedokonalostí izolace proti zemi. Vyjadřuje se svodovou vodivostí, která závisí na stavu vedení a počasí.
4.8. Výpočet průřezu vedení nn Provádí se vždy z úbytku napětí a to dvěma způsoby:
S=
200 ⋅ ρ ⋅ l ⋅ I u ⋅U
(2)
12
1. Otevřené vedení s jedním odběrem na konci a)
Vedení stejnosměrné, kde úbytek napětí vyjadřujeme z Ohmova
zákona: ∆U = R ⋅ I = ρ ⋅
2l ⋅I S
Při procentním úbytku napětí: u =
(2l-odpovídá dvouvodičovému vedení)
∆U 200 ⋅ ρ ⋅ l ⋅ I ⋅100 % = U S ⋅U
Je-li odběr zadán výkonem spotřebiče, dosazujeme za proud: I = P ⋅ 10
2 ⋅ 10 5 ⋅ ρ ⋅ l ⋅ P S= u ⋅U 2
U
(3)
b) Vedení střídavé jednofázové, kde úbytek závisí na činném odporu, indukční reaktanci a účiníku. Velikost úbytku napětí vyjadřujeme graficky z fázového diagramu
obr. 6
Graf fázového diagramu
R ⋅ I ⋅ cos ϕ X ⋅ I ⋅ sin ϕ
∆U = R ⋅ I ⋅ cosϕ + X ⋅ I ⋅ sinϕ U1 = napětí na začátku vedení U2 = napětí na konci vedení R*I = úbytek napětí na činném odporu X*I = úbytek napětí na indukční reaktanci cosϕ = účiník obvodu ∆U = celkový úbytek napětí
13
3
Do vzorce pro úbytek dosazujeme za:
P ⋅ 10 3 I= U ⋅ cos ϕ
(4)
R = 2 ⋅ Rk ⋅ l
X = 2⋅ X k ⋅l Kde dvojka znamená dvouvodičové vedení. Rk je odpor vedení jednoho vodiče na 1 km vedení (tabulková hodnota). Xk je indukce jednoho vodiče na 1 km vedení (tabulková hodnota).
Po dosazení:
2 ⋅ 10 5 ⋅ P ⋅ l u= ⋅ (Rk ⋅ X k ⋅ tg ϕ ) U2
(5)
Potřebný průřez přiřadíme z hodnoty procentního úbytku napětí pomoci tabulek.
c) Vedení střídavé třífázové. Výpočet provádíme stejným způsobem pouze s jedním rozdílem - za proud dosazujeme ze vzorce pro 3.f. výkon:
I=
P ⋅10 3 3 ⋅ U ⋅ cos ϕ
(6)
2. Otevřené vedení s několika odběry.
obr. 7
Otevřené vedení
Celkový úbytek napětí vyjádříme jako součet úbytků napětí na jednotlivých úsecích:
∆U = ∆U1 + ∆U2 + ∆U3 Z celkového úbytku ∆U vypočteme procentní úbytek a z procentního úbytku najdeme v tabulkách potřebný průřez.
14
u=
∆U ⋅ 100 % U
4.9. Výpočet sítě nn Tyto sítě nn bývají značně komplikované. Jsou sestaveny z velkého počtu vodičů s různým průřezem a z různého materiálu. Obvykle mívají více uzlů a většinou i více napájecích míst. Takovou síť řešíme redukcí sítě. (jejím postupným zjednodušováním)
1. Redukce zátěže
obr. 8
Redukce zátěže
Skutečná zátěž P přeložíme do uzlu A a B. K bodu A:
K bodu B:
P ⋅ L1 l P ⋅ L2 P ⋅ L2 = PA ⋅ L ⇒ PA = l
P ⋅ L1 = PB ⋅ L ⇒ PB =
(7)
(8)
2. Redukce materiálu vodičů Je-li síť složena z různých materiálů, převedeme vodiče na materiál, který převládá nejvíce. Redukované vedení bude mít stejný průměr ale jinou délku tak, aby odpor byl stejný. (Pro příklad vodiče z hliníku a mědi)
RCU = RAL l l ρCU ⋅ = ρAL ⋅ x S S
lx =
ρ CU l ρ Al
(9)
3. Redukce průřezu vodičů Je-li síť složena z vodičů různých průměru, provedeme přepočet na jediný průřez, který převládá nejvíce. Postupujeme tak, že vodič průřezu S1 nahradíme vodičem průřezu S2 tak, aby odpor zůstal stejný. Změní se délka.
ρ⋅
l l S = ρ ⋅ x ⇒ lx = 2 ⋅ l S1 S2 S1
(10)
4. Redukce paralelních větví Paralelní větve s odpory R1 , R2 , R3 můžeme nahradit jediným vedením o odběru RX
1 1 1 1 = + + RX R1 R2 R3 15
1 1 1 1 = + + l X l1 l 2 l3
(11)
5. Redukce napájecích bodů Napájené body se stejným napětím lze nahradit jediným napájecím bodem a to podle vztahu:
lX =
obr. 9
l A ⋅ lB l A + lB
(12)
Redukce napájecích bodů
4.10. Mřížová síť Je typická pravidelným uspořádáním v hustě zasídlených městech. Síť je vytvořena z kabelů stejných průřezů, které jsou v místech křížení propojeny. Ve vhodných místech jsou umístěny napájecí body vybavené transformátory 6/0,4kV, které jsou napájeny z hlavní transformátorovny 22/6 kV.
Výhody mřížové sítě: - menší úbytek napětí - všechny transformátory jsou stejné - lepší využití výkonu - bezpečnější dodávky
obr. 10 Mřížová síť
16
4.11. Příklady norem ČSN na rozvody el. energie
1. Prostředí ČSN 33 0330 2. Značení vodičů 34 0165 3. Vedení ČSN 34 1050, 33 2312, 37 5245 4. Průřezy vodičů (dimenzování) ČSN 34 1020 5. Rozvodné zařízení ČSN 35 7030, 33 3230, 33 3210 6. Stupně ochrany krytím ČSN 33 0330 7. Bezpečnostní předpisy pro obsluhu a práci na elektrických zařízeních: ČSN 34 3100, 33 2000-4-41 8. Přepěťové ochrany: ČSN 61643-11 9. Doba odpojení elektrického zařízení: ČSN 33 2000-4-41 10. Vypínací charakteristiky ČSN EN 60 898
4.12. Základní pravila elektroinstalace:
Světelné obvody - na jeden světelný obvod se smí připojit tolik svítidel, aby součet jejich jmenovitých proudů nepřekročil jmenovitý proud jistícího přístroje obvodu - jmenovitý proud se stanoví z maximálního příkonu, pro který jsou svítidla typována - na světelný obvod je možno připojit jednu zásuvku 230V - jištění světelného obvodu může být max.25A (v praxi to je 6-10A)
Zásuvkové obvody - zřizují se pro připojení spotřebičů vidlicí na zásuvky - na zásuvkové obvody lze podle potřeby pevně připojit jednoúčelové sběrnice pro krátkodobé použití do celkového příkonu 1200VA (1100W) - zásuvky musí mít ochranný kolík připojený na PE. Jednofázové zásuvky se připojují tak, aby ochranný kolík byl nahoře a střední (nulovací) vodič byl připojen na pravou dutinu, při pohledu zepředu
17
- na jeden jednofázový obvod (230V) lze připojit 10 zásuvkových vývodů. (dvojzásuvka se považuje za jeden vývod), přičemž celkový instalovaný příkon nesmí překročit 3520VA při jištění 16A, 2200VA při jištění 10A - zásuvky musí být voleny podle druhu napětí a proudu - na jeden trojfázový rozvod lze připojit několik trojfázových zásuvek na stejný jmenovitý proud (P ≤ 15kW) - trojfázové zásuvky o různém jmenovitém proudu se nesmějí zapojovat do stejného obvodu - pro pevné připojení jednofázového spotřebiče o příkonu nad 1200VA se zřizuje samostatně jištěné obvody
Před elektroměrným rozvaděčem nebo jádrem musí být volný prostor o hloubce alespoň 80 cm s rovnou podlahou.
18
5. SICHR 5.00 Program Sichr je určen elektroprojektantům a revizním technikům v elektrických sítích nn. Dají se pomocí něj navrhovat distribuční rozvody, rozvody pro domy, dílny a třeba i výrobní haly s nn rozvodem (nn = nízké napěti do 1000V). Pro navrhování si uživatel může vybírat ze seznamu součástí konkrétní součástku (většinou s obrazovou přílohou), podle parametrů, způsobu montáže a vzhledu, kterou by chtěl v projektu použít. Jednotlivé komponenty potom vkládá za sebe a program automaticky provádí výpočty. A to buď vypínací charakteristiky, impedance nebo selektivity. Programem se dají zjišťovat: • Zkratové proudy v obvodu • Velikosti a vyhovující hodnoty impedančních smyček v obvodu • Selektivní působení jistících prvků v obvodu • Jištění vedení (eventuelně poměry při krátkodobém přetížení, např. při rozběhu) v obvodu • Maximální teplota vedení v oblasti přetížení při působení jistícího prvku v obvodu • Úbytky napětí v rozvodu • Ochrana proti přepětí Výstupy z programu je možné orientovat buď v papírové nebo elektronické formě. Verze 6 nově poskytuje exportem projektu ve formátu .dxf (např. pro AutoCad). Program Sichr 6 je volně šiřitelný program, který lze získat na internetu.
5.1. Příprava nové verze programu Sichr 6.10 (nové vlastnosti a funkce, aktualizovaná databáze).
Verze SICHR 6, která nahradila na začátku roku 2005, verzi 5.02 je doplněná o řadu funkcí a ovládacích povelů pro uživatele. Základní koncepce zůstává zachována - práce s nn paprskovou sítí do 50 paprsků a se třemi základními režimy práce: charakteristiky, impedanční smyčky a selektivita. Nové úpravy programu jsou především svodiče přepětí. Program tak poskytuje výpočet použití svodičů typu T1,T2 a T3 (dříve označované jako B,C,D). Program zahrnuje řadu kontrol jištěním a sledu řazení tohoto druhu ochrany elektrického rozvodu. 19
Součástí nové verze je i aktualizace přístrojů, zejména výkonových pojistek PHN2 a PHN3 bez olovnatých a cadmiových sloučenin, tzv.Cd/Pb-free, vn pojistek PM 80 a 100A a odpínačů VARIUS velikosti FH00. Ve výpočtech dochází ke změně v tom, že kabely je možno jistit proti přetížení nejen na začátku, ale i na konci, zatímco zkratová ochrana je zásadně určována pro začátek vedení. Paralelní kabely jsou automaticky seskupovány s příslušným vlivem na jejich zatížitelnost. Ve vylepšení editace schématu se jedná o možnost kopírování celých skupin přístrojů z paprsku. Posloupnost prvků může zahrnovat i mezery a vývody, nikoli však sběrnice. Funkce individuálního výběru až do počtu 15 prvků není přitom dotčena. Příbuznou funkcí je opakování sledu prvků nějakého úseku paprsku, prakticky bez omezení (až 255 krát). Sled je vykreslen jen jednou a označen postranní modrou svorkou s číselným vyjádřením počtu opakování. Použitelnost je např. pro projektování veřejného osvětlení. Funkce je ovšem vázána na konstantní délky vedení v projektovaných úsecích, výrazně však zkracuje schéma a zpřehledňuje ho - narozdíl od tzv. prodloužených paprsků. Co se týká kompatibility při zpracovávání projektů z dřívějších verzí, byla zavedena kompatibilita pro produkty od verze 3. Zpříjemněním při vkládání kabelů je vyobrazení jednotlivých zvolených uložení. Drobnější úpravou je hlídání délky poznámek u položek paprsku pro tisk. Delší řádek, který by se u dřívějších verzí nevytiskl celý, u této verze pro upozornění na tento fakt zčervená. Dále je nově zavedeno to, že pro instalaci programu, nemusí být uživatel administrátorem počítače. Dnes je již k dispozici verze SICHR 6.10, která je opět rozšířena o další databázi přístrojů, jako třeba u pojistek rekonstruovanými vlastnostmi.
5.2. Aktualizovaná databáze Sichru 6.00 a 6.10
Pojistky: u pojistek došlo k inovaci v oblasti ztrát, zlepšení vzájemné selektivity a také hlediska ekologie, podle směrnice RoHS. Šlo hlavně o pájku s obsahem kadmia a olova, která se nanášela na tavný vodič, z důvodu úpravy tvaru 20
charakteristik. Pojistky jsou pak označovány „Cd/Pb – free“ , to znamená že neobsahují olovo ani kadmium. Motorové pohony jističe: používají se hlavně v průmyslu a automatizaci. Nově jsou nabízeny tyto jističe v provedení napájení 24V nebo 48V. Vhodné jsou tam, kde je zajištěn tento rozvod z akumulátorových baterií. Například u záložních zdrojů. Nadproudové spouště jističů: jsou u nich zachovány jejich původní vlastnosti a navíc je možné nastavit tepelné části vypínací charakteristiky. Tím se dosáhne největší úrovně selektivity. [1] Vzduchové jističe: Nová řada Arion má vyšší vypínací schopnosti a více druhů nadproudových spouští. Takže je širší možnost jejich aplikace. Některé typy mají i grafické displeje. Činnosti spouští mohou řídit mikroprocesory. Svodiče bleskových proudů s elektronicky řízenou zapalovací spouští: Tyto svodiče mohou být, spolu se svodičem přepětí, umístěny přímo vedle sebe nebo do vzdálenosti menší než 10 m, bez nutnosti instalovat mezi ně oddělovací indukčnost. Dříve musel být odstup. Typ SJB pro35/1,5 dokonce nepotřebuje pro instalaci deionizační prostor, takže ho lze instalovat přímo do běžného rozvaděče. (u starších musel být odstup a v okolí 0,3 m, nesměla být žádná neizolovaná část) Kompaktní jističe: Jističe Modeion mají vyměnitelné elektronické spouště se širokým rozsahem. Mohou jistit od 125 do 1000A. Výsuvné a odnímatelné jističe: Rozdíl je v tom, že systém jističů Modeion není dodáván jako specielní provedení, ale stavebnicově si jej uživatel může upravit podle potřeby.
5.3. Přístroje OEZ ve formátech DWG, DXF a WMF -OEZ CAD
OEZ CAD produkt představuje výkresy typu DWG, DXF, WMF. Jde o rozměrové výkresy (bokorys, nárys a další podle potřeby), dále vrtací plány, schémata zapojení a schematické značky přístrojů OEZ: Formát DWG – je určen pro uživatele AutoCADu (R.14 a vyšší), Formát DXF – je určen pro jiné CAD//CAE systémy podporující právě formát DXF (R.14 a vyšší), 21
Formát WMF – lze prohlížet v jakémkoliv obrázkovém prohlížeči a lze ho importovat do grafických (vektorových) programů. Pro uživatele AutoCADu program nabízí menu, které lze nahrát do AutoCADu, poté je možné s výkresy pracovat ve formátu DWG, tj.vkládat rozměrové náčrty, vrtací plány, schémata zapojení a schematické značky přístrojů OEZ. Při vkládání nárysů a schematických značek se zadávají parametry – atributy. Ty upřesňují a blíže specifikují vkládaný nárys nebo schematickou značku. Atributy lze extrahovat a následně exportovat do tabulkového procesoru. Tyto atributy jsou v hladině OEZ_ATR; pak lze tuto hladinu zviditelnit či potlačit. Podobně je možné pracovat i s ostatními hladinami. Všechny hladiny proto mají předponu podle svého určení (např. OEZ_KOT – hladina kot, OEZ_VYK – hladina přístroje atd.). Po vložení bloku do nového výkresu prostřednictvím menu OEZ s ním lze klasicky pracovat tak, jak umožňuje AutoCAD (posouvat, kopírovat, reeditovat atributy atd.).[5]
5.4. Databáze přístrojů OEZ s. r. o
V databázi přístrojů programu jsou přístroje použitelné v různých rozvodech. Jejich použití je v instalacích občanské výstavby a administrativních budovách, ale i v průmyslových instalacích. Prostě sítě s nn rozvodem.
Domovní rozvody Přístroje pro domovní rozvody jsou všechny běžné jisticí, spínací a podobné přístroje, určené pro montáž do elektrických rozváděčů. Jedná se především o jističe do 125A, proudové chrániče, instalační relé a stykače, elektronická relé, spínací hodiny, přepěťové ochrany, spouštěče motoru apod. Všechny přístroje se upevňují na lišty podle DIN EN 50 022. Jejich hlavní použití je v instalacích občanské výstavby a administrativních budovách. Používají se však i v průmyslových instalacích.
22
Jističe do 125 A Jističe LSN, LSE, LST jsou určeny k jištění vedení před přetížením nebo zkratem se jmenovitými proudy od 0,2 A do 125 A. Mají stejný boční profil a využívají stejné základní příslušenství: napěťové a podpěťové spouště, pomocné spínače, propojovací lišty, …
Proudové chrániče Proudové chrániče jsou určeny k ochraně před nebezpečným dotykem živých částí, neživých částí a před vznikem požáru. Speciální proudové chrániče omezují počet nežádoucích vypnutí (rázově odolné) a umožňují selektivní řazení. Všechny proudové chrániče se běžně propojují s jističi LSN, LSE propojovacími lištami. Typ OFI, LFI reaguje jak na sinusový střídavý reziduální proud, tak i na pulzující stejnosměrný proud (jsou typu A).
Přepěťové ochrany Přepěťové ochrany se používají k ochraně elektrických sítí a zařízení před přepětím vzniklým atmosférickými výboji a spínacími proudy v sítích. Snižují napětí a omezují energii přepěťové vlny. K dispozici je široká škála přepěťových ochran všech tří stupňů typu 1, 2, 3 ( třída B, C, D ).
Instalační relé a stykače Instalační relé a stykače jsou používány ke spínání elektrických spotřebičů do 63 A. Jsou vhodné především pro spínání elektrických kotlů, přímotopných konvertorů, bojlerů, akumulačních kamen, osvětlení apod. Dají se použít pro účely automatizace ve spojení s multifunkčním časovým relé, impulsním relé, přednostním relé, světelným navěstím, spínacími hodinami, spínači, tlačítky, …
Elektronická relé a spínací hodiny Elektronické relé a spínací hodiny se používají ke spínání a ovládání elektrických zařízení až do 16 A. Široké použití v domovních, ale i průmyslových aplikacích. Množstvím rozličných funkcí a časových rozsahů zvyšují komfort ovládání..
23
Spínače, tlačítka a přístroje pro signalizaci Spínače, tlačítka a přístroje pro signalizaci mají použití v bytové i průmyslové instalaci a zabezpečovací technice. Jsou vhodné ke spínání elektrických obvodů do 125 A. K signalizaci provozních stavů, nouzového osvětlení, …
Elektrické zdroje a soklové zásuvky Elektrické zdroje slouží k bezpečnému oddělení a napájení obvodů o příkonu max. 10 VA, k napájení domácích zvonků, gongů, telefonů, otvíračů dveří, převodníků, pomocných obvodů stykačů, osvětlení, relé apod.
Propojovací systémy Propojovací systémy slouží ke snadnému propojení 1 až 4-pólových jističů, spínačů, proudových chráničů, svodičů bleskových proudů a přepětí apod. Obsahují širokou škálu nástavců k připojení dalších vodičů k přístrojům nad rámec uvedený v technických parametrech daných přístrojů.
Spouštěče motorů Spouštěče motorů se používají k jištění proti přetížení a zkratu 1 až 3 fázových elektromotorů do jmenovitého proudu 25 A, k přímému ručnímu spínání (zapínání/vypínání) elektromotorů. Mají široký sortiment příslušenství : vypínací a podpěťové spouště, skříně, uzamykání, ovládání, ….
Přístroje pro ostatní rozvody V ostatních rozvodech, tam kde je to možné, se používají stejné přístroje jako v domovních rozvodech(světelné okruhy, rozvody pro šatny, kanceláře...), ale pro rozvody s odběrem nad 125A se požívají další prvky, které jsou na příslušný odběr dimenzovány. .
24
Pojistkové systémy Výrobní sortiment pojistkového programu zahrnuje řady nízkonapěťových pojistkových vložek pro jištění distribučních a průmyslových sítí. Obsahuje také pojistkové spodky, řadové a lištové odpínače, pojistkové lišty, nulové můstky, pojistková držadla, pojistky pro jištění polovodičů a jejich držáky i VN pojistky.
Válcové pojistky Vyznačují se především malými rozměry o velikostech 10 x 38 mm, 14 x 51 mm a 22 x 58 mm, vysokou vypínací schopností, vysokou omezovací schopností a nízkými hodnotami přepětí vzniklého během působení pojistkové vložky. Jsou vhodné pro použití v pojistkových spodcích a odpínačích válcových pojistek. Mají charakteristiky : gG pro jištění vedení, kabelů a dalších zařízení před přetížením a zkratem aM pro jištění motorů, nadproudových relé, stykačů a podobných přístrojů pouze před zkratem.
Odpínače válcových pojistek Pojistkové odpínače OPV jsou určeny pro některé válcové pojistkové vložky. Lze s nimi bezpečně zapínat a vypínat jmenovité proudy a nadproudy až do 1,5 násobku jmenovitého proudu. Mezi zajímavé vlastnosti odpínačů patří možnost zaplombování odpínače v uzavřeném stavu, možnost dodatečného osazení světelné signalizace stavu pojistek.
Nožové pojistkové vložky Nožové pojistkové vložky řad PLN, PN, PHN, PNB, NH se vyznačují především vysokou vypínací schopností, vysokou omezovací schopností a nízkými hodnotami přepětí vzniklého během působení pojistkové vložky. Jsou vhodné pro použití v pojistkových spodcích a odpínačích.
Mají charakteristiky: gG pro jištění vedení, kabelů a dalších zařízení před přetížením a zkratem 25
gTr pro jištění distribučních transformátorů na sekundární straně aM pro jištění motorů, nadproudových relé, stykačů a podobných přístrojů pouze před zkratem gF1 pro optimální jištění kabelů PVC.
Pojistkové spodky Pojistkové spodky jsou určeny pro nožové pojistkové vložky velikostí 000, 00, 1, 2, 3. Základny pojistkových spodků jsou ze sklem vyztužené lisovací hmoty nebo z ocelového plechu povrchově upraveného zinkochromátováním a se steatitovými nosiči kontaktů.
Kompaktní a vzduchové jističe Kompaktní a vzduchové jističe jsou určeny pro jištění a méně časté spínání elektrických zařízení před přetížením nebo zkratem se jmenovitými proudy od 10 A až do 6300A. Vyznačují se širokým sortimentem příslušenství: spínačů, napěťových a podpěťových spouští, ručních i motorových pohonů, krytů a připojovacích sad. Bývají v odnímatelném a výsuvném provedení, a proto jsou schopny řešit i velice náročné aplikace v průmyslových instalacích.
Ostatní příslušenství Ostatní příslušenství obsahuje přístroje společné pro různé skupiny kompaktních jističů. Pro jističe Modeion a BA511 to jsou především bloky zpoždění podpěťových spouští. Testery ZES-4 jsou určeny k testování elektronických nadproudových spouští kompaktních jističů Modeion. Záskokový automat MODI je určen pro jističe Modeion a ARION, společně s těmito jističi zabezpečuje „záskok zdrojů“.[2]
5.5. Nastavení tří režimů v programu:
26
Program umožňuje nastavení 3 druhů režimů, typů zpracovávání specifických dat programu, mezi kterými se můžeme přepínat podle potřeby. (podle toho, jaká data, výpočty potřebujeme znát) Režimy práce jsou tedy tři: Charakteristiky Impedance Selektivita
5.5.1. Charakteristiky Režim „Charakteristiky“ je základním a lze v něm nejrychlejším způsobem vytvářet schémata. Režim uvádí základní údaje o prvcích, které jsou společné všem režimům. Pokud si zobrazíme grafy charakteristiky prvků, je možné nastavovacími prvky spouští, pokud jsou použity u zobrazovaných prvků, modelovat vypínací charakteristiky tak, aby bylo dosaženo co možná nejlepšího vzájemného přizpůsobení, kontrolovaného následně režimem „Selektivita“. Režim vypočítává proudy symetrické zkratové (počáteční rázové Ik) a k nim příslušné špičkové hodnoty (ip). Pokud je v rozvodu použit omezující jistící prvek, např. pojistka, odvozují se z jeho omezovacích charakteristik omezené okamžité proudy (io). Dále se vypočítávají maximální hodnoty teplot (tm) jader kabelů a vodičů v oblasti přetížení a úbytky napětí (dU, resp. absolutní hodnoty U). Základním zobrazením charakteristik jsou přetěžovací charakteristiky vodičů a kabelů a vypínací charakteristiky jistících prvků.U pojistek je kromě toho možno zobrazit omezovací charakteristiku a charakteristiku I2t a to volbou z nastavovacího panelu „Přístroje OEZ“.
Vypínací charakteristika tv = f (Ip) vyjadřuje závislost vypínacího času tv (s) na předpokládaném symetrickém efektivním proudu Ip (A). Např. pro Ip = 1 kA je vypínací 27
čas pro danou pojistku tv = 10,3 min. Ve zobrazení charakteristiky se to potom zobrazí jako Ip = 1 kA, tv = 10,3 min .
obr. 11 Vypínací charakteristika 1.
Nejkratší vypínací čas – spodní hranice vypínací charakteristiky - je 10 ms, protože pro oblast kratších vypínacích časů je třeba pracovat s charakteristikami omezovacími a I2t. Omezovací charakteristika io = f (Ip) vyjadřuje závislost omezeného proudu io na předpokládaném proudu Ip. Proud io je vyjádřen v okamžité, špičkové hodnotě. Jeho velikost zahrnuje všechny nesymetrie při spínání.
28
obr. 12 Omezovací charakteristika
Omezovací charakteristika je na levé straně ohraničena dvěma přímkami. Spodní přímka vyjadřuje vrcholovou hodnotu symetrického proudu Ip podle vztahu
io = I p ⋅ 2
Horní přímka vyjadřuje vrcholovou hodnotu nesymetrického proudu podle vztahu io = I p ⋅ κ ⋅
2
, kde κ je koeficient od 2 do 1 pro cosϕ od 0 do 1. Hodnoty io, které se
nenachází na vlastní omezovací charakteristice, je třeba hledat na omezovacích přímkách tak, jak je naznačeno na grafu. Příklad ukazuje, že při symetrickém proudu efektivní hodnoty Ip = 1 kA bude io = 1,4 kA. Při zobrazení charakteristiky se to potom zobrazí jako Ip = 1 kA, io = 1,4 kA Charakteristika I2t I2t = f ( Ip ) Vyjadřuje závislost míry propouštěné energie I2t [A2s] na předpokládaný proud Ip [A] Charakteristika I2t je na levé straně ohraničena dvěma přímkami. Spodní přímka vyjadřuje I2t jedné půlvlny symetrického proudu Ip, jak je naznačeno v praporku na grafu (pro Ip = 10 kA je I2t = 10 000 A 2 s =10 k(A2s) ). Horní přímka potom vyjadřuje I2t prvé půlvlny nesymetrického proudu Ip pro nejhorší cosϕ v obvodu.
29
Hodnoty I 2 t pro vypínací časy delší, než odpovídá jedné půlvlně proudu, leží nalevo od hraničních přímek a měly by korespondovat s hodnotami, které by se například vyčíslily z vypínacích charakteristik (I 2 t = (Ip) 2 tv).
5.5.2. Impedance Režim „Impedance“ slouží ke zjišťování vhodnosti jistících prvků vzhledem k jištěnému rozvodu z hlediska ochrany majetku a osob odpojením od zdroje podle předepsaných časů. Podle druhu rozvodu je možné specifikovat požadovaný vypínací čas na stanovenou část chématu (části schématu s různými časy opojení jsou pak barevně odlišeny). Vypínací čas se volí tak, že v určeném místě schématu se poklepe na levé tlačítko myši a z pomocného menu se vybere povel „Předepsaný čas vypnutí“. Podle charakteru rozvodu se určí pro jednotlivé jeho části předepsaný vypínací čas. V nabídce jsou volby od 0,2 s do 30 s. Volby 30 s odpovídá normě PEN 33-2000-1 pro distribuční střediska AC soustavy. Hodnoty smyček jsou vypočítávány ve dvou hodnotách. První hodnota (ZS (čas) ) je odvozena z charakteristiky jistícího prvku a vyjadřuje dovolené maximum pro daný vypínací čas. Druhá hodnota (ZSV) se vypočítává ze všech vložených impedancí obvodu včetně parametrů vn strany distribučního transformátoru. Obě hodnoty se porovnávají a výsledky jsou uvedeny u každého jištěného vedení.
5.5.3. Selektivita Režim Selektivita slouží ke zjišťování meze selektivního působení dvou za sebou zapojených prvků. Hlášení o selektivitě je uvedeno bleskem znázorňující poruchový zkrat a označením dvou přístrojů ze schématu. K tomu je připojeno slovní vyjádření, ve kterém se objevují hlášení o minimální, zaručené, ověřené a plné selektivitě nebo též o vzájemné neselektivitě přístrojů. Tyto hodnoty jsou určovány následovně: Minimální selektivita je hodnota, která se odečítá z charakteristik, které běžně nekončí na 10 ms, a tudíž se zde ani nekříží, ale u nichž nebyla dosud zkouškami ověřena selektivita při zkratech. Minimální selektivita je vyčíslena v bodě, ve kterém je vypínací čas předřazeného prvku 20 ms. Jedná se např. o působení pojistek mezi sebou. 30
Zaručená selektivita se určuje z ampérsekundových charakteristik. Pokud se vyšetřované charakteristiky kříží tak, že je možné nalézt bod, ve kterém je rozdíl vypínacích časů 100%, potom je mez zaručené selektivity právě souřadnicí tohoto bodu. Vyskytuje se to například u jističe s předřazenou pojistkou. Pokud je před bodem křížení charakteristik rozdíl mezi vypínacími časy větší než 100 %, potom se za mez zaručené selektivity bere 85 % hodnoty proudu zobrazeného nastavení okamžité spouště předřazeného prvku. To se týká např. dvou jističů nebo jističe s přiřazenou pojistkou. Ověřená selektivita vychází z praktických zkoušek, popřípadě ze srovnání charakteristik I2t (u pojistek). Tyto hodnoty se výlučně vztahují na proudy mimo charakteristiky čas/proud, tedy ke zkratům. Plná selektivita označuje stav, kdy mez selektivity dvou jistících přístrojů má vyšší hodnotu proudu, než je maximální třífázový zkratový proud v místě instalace těchto přístrojů. Není selektivní je vyhodnoceno pro případy, kdy mez selektivity spadá do oblasti vypínacích časů delších než 0,5 hodiny
U pojistek se pracuje s jejich omezovacími charakteristikami a to tak, že v součinnosti s přiřazenými jističi se vyhodnocuje, zda omezený proud pojistky io je menší nebo roven proudu Icm jističe odvozenému z jeho vypínací schopnosti ICU. [3]
5.6. Vytváření schéma v programu SICHR
Schéma je rozloženo na malé části, které se po najetí kurzorem myši nad jednotlivé části na schématu zvýrazní obdélníkem. Ten označuje místo pro možnost vložení prvku. Pro vložení máme možnost zvolit v databází přístrojů, příslušné parametry jednotlivých prvků a i jejich typ montáže a s tím související vzhled. (databáze obsahuje pouze přístroje od firmy OEZ, jiné přístroje tam nelze vkládat)
31
Program nabízí přístroje: Jistící přístroje Kabely a vodiče Sběrnice a vývody Přepěťové ochrany Převody ze soustavy TN-C na soustavy TN-S Proudové chrániče Přechod z třífázové na jednofázovou soustavu
5.6. Jednotlivé prvky a jejich vkládání
Po zvolení místa a prvku, který chceme vložit, se provede výběr hlavních parametrů ve ‚stromové struktuře menu‘ a posléze detailnější určení parametrů ve vyobrazené nabídce. Ve zobrazovaném okně ‚charakteristiky‘ se tlustou čarou vyznačuje právě vkládaný prvek a tenkými čarami předřazené prvky. To umožňuje naši kontrolu (vizuální) a možnost porovnání s předřazenými prvky či vedením.
5.7. Princip volby jistících přístrojů:
5.7.1. Ochrana elektrických zařízení před nadproudy Tyto přístroje mají chránit nejen proti nadproudu, ale vzniku nežádoucích tepelných a mechanických účinků. Přitom přístroj musí tolerovat případné časově omezené nadproudy, vznikající při běžném provozu elektrických zařízení, při jeho zapínání nebo při požadovaném povoleném přetěžování. Správně zvolený přístroj tedy musí zajistit: a) Možnost trvalého jmenovitého zatížení elektrického zařízení. Podle konkrétního požadovaného využití jištěného zařízení musí platit: InJP ≤ InEZ InJP = jmenovitý proud jistícího přístroje InEZ = jmenovitý proud jistícího elektrického zařízení. A v případě elektrického vedení, odpovídá InEZ dovolenému zatěžovacímu proudu IZ.
32
b) Ochranu proti nedovolenému přetížení. Nedovolená přetížení je stav, kdy elektrické zařízení dosáhne v průběhu těchto přetížení většího oteplení než dovoleného. Důsledkem je zkrácení životnosti elektrického zařízení nebo jeho havárie. Vyjádření vlastností jistícího přístroje je jeho vypínací charakteristika. Udává, za jak dlouho jistící přístroj vypne, prochází-li jím konstantní proud určité velikosti. Vyjádřením odpovídajících vlastností elektrického zařízení je jeho přetěžovací charakteristika. Udává, jak dlouho lze při určitém proudu zatěžovat elektrické zařízení, přičemž jeho teplota dosáhne právě dovolené teploty. Ochrana proti přetížení spočívá ve volbě jistícího přístroje, jehož vypínací charakteristika (charakteristika čas – proud) nesmí dovolit svým průběhem překročení dovolené teploty. Jistící přístroj musí tedy odpojit elektrické zařízení dříve než dojde k překročení jeho dovolené teploty. V grafu vypínací charakteristiky jistícího přístroje a přetěžovací charakteristiky elektrického zařízení, musí ležet v celém svém průběhu vypínací charakteristika jistícího přístroje vlevo, respektive pod přetěžovací charakteristikou elektrického zařízení, viz obrázek.
obr. 13 Vypínací charakteristika 2.
33
c) Ochranu proti zkratovým proudům Zkratové proudy mohou být nebezpečné pro elektrické zařízení v důsledku svých tepelných a silových účinků. Ochrana spočívá ve volbě jistícího přístroje, který dostatečně rychle vypne zkratový proud a případně omezí jeho velikost (charakterizováno I2t, který propustí jistící přístroj a io, tj. špičkovou hodnotou omezeného proudu). Např. pro ochranu kabelů před nedovolenými tepelnými účinky zkratových proudů musí platit: I2t ≤ k2S2 I2t = Jouleův integrál charakterizující propuštěnou energii jistícím přístrojem a tedy také prošlou jištěným elektrickým zařízením v A2s k = konstanta daná materiálem jádra, izolace a dovolenou teplotou pro přetížení vodiče (např. pro vodič Cu s izolací z PVC je k =115) S = průřez vodiče v mm2
Silové účinky jsou úměrné kvadrátu špičkové hodnoty zkratového proudu. Proto je někdy nutné omezujícím jistícím přístrojem snížit tuto hodnotu na přijatelnou hodnotu io. Předpokladem, aby byl jistící přístroj schopen ochrany elektrického zařízení před účinky zkratu, je, že musí přední jistící přístroj sám být schopen tento zkratový proud zvládnout vypnout. Z tohoto hlediska je důležité, aby zkratová vypínací schopnost jistícího přístroje byla vyšší nebo rovna největší hodnotě zkratového proudu: I cu ~I cn ~ I 1 ≥ I k“ představují efektivní hodnoty: I cu = jmenovitá mezní zkratová vypínací schopnost udávaná u jističů podle normy ČSN EN 60 947-2 I cn = jmenovitá zkratová vypínací schopnost udávaná u jističů podle normy ČSN EN 60 898 I 1 = jmenovitá zkratová vypínací schopnost udávaná u výkonových pojistek I k“ = počáteční rázový zkratový proud (vypočten z parametrů obvodu) Současně musí platit: I cm ≥ i p (představující špičkové hodnoty) I cm = jmenovitá zkratová zapínací schopnost jistícího přístroje i p = nárazový zkratový proud. [4]
Vypínací charakteristiky jistících přístrojů od různých výrobců nejsou zcela totožné a proto nemusí vždy bezpečně ujistit dané elektrické zařízení. 34
5.7.2. Selektivita - minimalizace rozsahu poruchy nadproudem v elektrickém rozvodu elektivita je v některých obvodech stále důležitější vzhledem k možným důsledkům vzniklých vlivem výpadků elektrické energie. V případě poruchy nadproudem (přetížení, zkrat), je tedy důležité, aby se projevila v co nejmenší části rozvodu. Lze toho dosáhnout odpojením místa s poruchou pouze jistícím přístrojem, který je nejblíže nadřazen místu poruchy směrem ke zdroji (viz obrázek, pojistka 2F6).
obr. 14 Minimalizace rozsahu poruch
Nevypínají tedy i jiné předřazené jistící přístroje (pojistka 2F4 nebo jistič 1Q2) a důsledky poruchy se tak omezí pouze na část elektrického rozvodu za pojistkou 2F6. Takovéto působení jistících přístrojů (jističů, pojistek) označujeme jako selektivní a hovoříme o tzv. selektivitě jištění. V opačném případě může vypnout dokonce až jistič 1Q2 a celý rozvod tak může být bez dodávky elektrické energie. Pokud jistící přístroje umožňují takovéto působení do nejvyšší hodnoty zkratového proudu v daném místě el. rozvodu, hovoříme o plné selektivitě. Pokud selektivní působení je splněno jen do určité hodnoty proudu, potom tuto hodnotu proudu označujeme jako mez selektivity. Selektivní působení jistících přístrojů lze v oblasti malých nadproudů (u jističů do hodnoty vybavovacího proudu zkratové spouště nadřazeného jističe, u pojistek do proudu odpovídajícímu vypínacímu času cca 10 ms) určit jednoznačně z vypínacích charakteristik. Tato oblast vypínací charakteristiky nadřazeného jističe musí ležet nad odpovídající oblastí vypínací charakteristiky přiřazeného jističe. Selektivní působení jistících přístrojů v oblasti větších nadproudů nelze jednoznačně s dostatečnou přesností určit z vypínacích charakteristik. Uplatňují se zde vlastnosti jistících přístrojů, které vypínací charakteristiky nereprezentují
35
dostatečně. Selektivitu (mez selektivity) v této oblasti je nutné stanovit na základě zkoušek konkrétní dvojice jistících přístrojů.[4]
5.7.3. Kaskádování – ¨zvýšení¨ vypínací schopnosti přiřazeného jistícího přístroje V případech, kdy není důležitá selektivita jistících přístrojů (v určité části elektrického rozvodu), můžeme za určitých podmínek použít v elektrickém rozvodu jistič s nižší vypínací schopností, než je zkratový proud v daném místě a snížit tak investiční náklady na elektrický rozvod. Rozhodující podmínkou je předřadit takový jistící přístroj, který vypíná dostatečně rychle a je tak schopen omezit svým působením energii zkratového proudu na hodnotu, kterou zvládne vypnout přiřazený jistič. Vypínají tedy oba jistící přístroje. Zkratová vypínací schopnost předřazeného jistícího přístroje musí být samozřejmě vyšší nebo rovna maximálnímu zkratovému proudu v místě jeho použití. Maximální hodnota „zvýšené “ vypínací schopnosti přiřazeného jističe, a tím i hodnota maximálního zkratového proudu, do které může být za těchto podmínek použit, je dána zkouškami konkrétní kombinace přístrojů. Pro kaskádování lze s výhodou použít jako předřazeného jistícího přístroje pojistky. Mají velké omezovací schopnosti při nižší ceně proti jističům. V případě použití omezujícího předřazeného jistícího přístroje lze stanovit hodnotu „zvýšené“ vypínací schopnosti z jeho omezovací charakteristiky. Musí přitom platit, že omezený proud io (vrcholová hodnota) předřazeným jistícím přístrojem je menší nebo roven zapínací schopnosti Icm přiřazeného jističe, tj.: io ≤ Icm Potom je hodnota „zvýšené “ vypínací schopnosti rovna hodnotě předpokládaného zkratového proudu Ip, který odpovídá io. Předpokládaný zkratový proud Ip = Ik“. Takto stanovená hodnota „zvýšené“ vypínací schopnosti je vždy menší než stanovená zkouškami – tedy na straně bezpečnosti. Při kaskádování dosáhneme podstatně lepšího výsledku při kombinaci pojistka-jistič než při kombinaci jistič-jistič. Je to proto, že pojistky omezují zkratový proud mnohem více než jističe. Kaskádování s použitím pojistek je také výrazně levnější než kaskádování s použitím kompaktních jističů.[4]
36
5.7.4. Zajištění ochrany samočinným odpojením od zdroje Elektrický proud procházející lidským organismem může být svými fyziologickými účinky smrtelně nebezpečný. Záleží předně na jeho velikosti a době, po kterou organismem prochází. Je tedy důležité zajistit taková opatření, která nedovolí, aby se nebezpečným stal. Jedním z těchto opatření před úrazem elektrickým proudem, dotykem neživé částí (ochrana při poruše) je ochrana samočinným odpojením od zdroje. Tato ochrana je nejrozšířenější. Vyžaduje v síti TN spojení všech neživých částí instalace s uzemněným bodem prostřednictvím ochranných vodičů. Podle druhu sítě plní funkci ochranného vodiče buď samostatný vodič značený PE - sítě TN-S, nebo sdružený vodič plnící současně i funkci středního vodiče a je značený PEN - sítě TN-C. V sítích TN-C-S je část rozvodu realizována pomocí vodiče PEN, zbývající část za místem rozdělení tohoto vodiče samostatným ochranným vodičem PE a středním vodičem N. Princip ochrany samočinným odpojením je patrný z obrázku (síť TN-S):
obr. 15 Princip samočinného odpojení
Při poruše – spojení živé části elektrického zařízení s neživou částí, např. při poškození izolace dojde ke zkratu a dříve neživá část se stane živou. Poruchový (zkratový) proud prochází od zdroje fázovým vodičem přes ochranný přístroj (pojistka, jistič nebo proudový chránič) do místa poruchy a odtud se vrací ochranným vodičem ke zdroji. Pro tuto dráhu zkratového proudu, z důvodu důležitosti velikosti její impedance, se vžil název impedanční smyčka. Zkratový proud má při galvanickém spojení živé a neživé části v místě poruchy velikost Izk=U 0 /Zs. Aby bylo zajištěno samočinné odpojení elektrického zařízení s poruchou od zdroje, musí na tento proud zareagovat vypnutím ochranného přístroje. Musí 37
být tedy zkratový proud Izk větší nebo roven proudu Ia, který zajišťuje samočinné vypnutí ochranného prvku ve stanovené době. Z výše uvedeného vyplývá podmínka uvedená v ČSN 33 2000-4-41 pro ochranu samočinným odpojením v síti TN: Zs * Ia ≤ U0 Zs = impedance poruchové smyčky zahrnující zdroj, pracovní vodič k místu poruchy a ochranný vodič mezi místem poruchy a zdrojem. Ia = proud zajišťující samočinné působení (vypnutí) ochranného přístroje ve stanovené době. V případě použití proudového chrániče je Ia rovno jmenovitému reziduálnímu proudu I∆n U0 = jmenovité střídavé napětí proti zemi (efektivní hodnota) Zohlednění provozních vlivů na velikost reálné impedanční smyčky, tj. předně pokles napětí, teplota vodičů v okamžiku poruchy, zanedbání impedance jistících přístrojů a přechodových odporů a v případě měření impedanční smyčky ještě přesnost měřících přístrojů, je provedeno bezpečnostními součiniteli kv =1,25 pro výpočet a km =1,5 pro měření. Těmito součiniteli je třeba dělit hodnotu impedance Zs , abychom získali největší možné hodnoty impedancí při výpočtu reálného obvodu: Z sv =Z s /k v nebo při měření realizovaného rozvodu: Z sm =Z s /k m Zsv = největší možná vypočtená hodnota impedance poruchové smyčky z parametrů obvodu Zsm = největší možná změřená hodnota impedance poruchové smyčky kv = bezpečnostní součinitel zahrnující zanedbané hodnoty impedancí a pokles napětí km = bezpečnostní součinitel zahrnující zanedbané hodnoty oteplení vedení při poruše vedení, chybu měřícího přístroje a pokles napětí. Bezpečnostní součinitelé nemusí být použity v případech, kdy se použijí přesnější výpočtové nebo měřící metody, případně jejich kombinace. Také nemusí být použity, postupuje-li se podle ČSN IEC 1200-53. Maximální doba odpojení elektrického zařízení v síti TN při poruše je stanovena také normou ČSN 33 2000-4-41, a to v závislosti na velikosti napájecího napětí proti zemi: U0 = 230V má dobu odpojení 0,4 s. U0 = 400V má dobu odpojení 0,2 s U0 > 400V má dobu odpojení 0,1 s
38
Doba odpojení delší ale nepřesahující 5 s je dovolena pro koncové obvody napájející upevněná zařízení. Přitom je nutné, aby byla splněna jedna z níže uvedených podmínek: a) impedance ochranného vodiče mezi hlavním rozváděčem a místem, ve kterém je spojen s hlavním pospojováním nesmí být větší než: (50 V/U0 ) * Zs b) u hlavního rozváděče existuje pospojování, které zahrnuje stejné neživé části jako hlavní pospojování. Pro rozvodné sítě dodavatelů el.energie lze podle ČNE 33 0000-1 uvažovat maximální dobu odpojení 30 s.[4]
5.8. Příklad některých návrhů rozvodů:
5.8.1. Příklad některých požadavků u návrhů distribučního rozvodu je charakterizován z hlediska požadavků na jistící přístroje. •
Pro proměnlivé zatížení jednotlivých jeho částí rozvodu musíme patřičně nadimenzovat vedení včetně napájecího transformátoru.
•
Relativně malými zkratovacími proudy. (uvažujeme s výkonem distribučního transformátoru do 630kVA a maximální zkratový proud je 15kA)
•
Pro ochranu samočinným odpojením od zdroje se požaduje čas odpojení do 30s.
•
Jištění pojistkami vyhovuje žádným nárokům na dálkové ovládání jistících přístrojů a minimální nároky na signalizaci.
•
Správně zvolená selektivita rozhodujících jistících částí rozvodu zajistí minimalizaci výpadků dodávky elektrické energie.
•
Pro minimalizaci investičních nákladů zvolíme jištění pojistkami.
•
Při proměnlivé teplotě okolí zvolíme takové přístroje, které jsou méně teplotně závislé.
39
obr. 16 Návrh distribučního rozvodu
40
Pojistky - Pojistky vn jistí transformátor proti zkratu vzniklému před hlavním jistícím přístrojem, nejistí jej proti přetížení. Obvykle se volí jmenovitý proud těchto pojistek 2-3x větší než je jmenovitý proud jištěného transformátoru.
Transformátor vn/nn – Volíme pro proměnlivé zatížení a dimenzujeme s ohledem na dovolené přetěžování. Tato volba musí být v souladu s ČSN (IEC 354)
Rozvaděč nn – hlavní jistící přístroj – Jistí transformátor a vedení (do transformátoru) proti přetěžování. Požaduje se plná selektivita s přiřazenými pojistkami. Při jištění pojistkami musíme mít na zřeteli některé nedostatky: - fyzicky náročnější manipulace s pojistkovým odpínačem - riziko vzniku dvoufázového chodu - proti přetížení nejistí tak dobře jako třeba jističe. (jistí do 1,3In) - jistí pouze do určitého výkonu
U rozvaděčů nn se ještě používá rezervní vývod. [4]
5.8.2. Příklad některých požadavků u návrhů domovního rozvodu Je charakterizován z hlediska požadavků na jistící přístroje: •
Zpravidla menšími zkratovými proudy
•
Vysokou bezpečnostní obsluhy
•
Snadnou obsluhou a údržbou (v současné době kromě přípojkové skříně bez pojistkový rozvod)
41
obr. 17 Návrh domovního rozvodu
Přípojková skříň – Připojení nekrytými pojistkovými spodky nebo závitovými pojistkami není z bezpečnostních důvodů vhodné. Hlavní domovní vedení – Je jištěno pojistkami v přípojkové skříni. Z důvodu dosažení dostatečné selektivity je vhodné, aby jmenovitý proud pojistek jistících hlavní domovní vedení byl alespoň o dva stupně větší než jmenovitý proud hlavního jistícího přístroje před domovním elektroměrem. Z hlediska ochrany samočinným odpojením se používá maximální doba odpojení 5 s. Hlavní jistící přístroj, elektroměrový rozvaděč – Jako hlavní jistící přístroj je vhodné použít jistič. Ten mívá obvykle vypínací charakteristiku B (ČSN EN 60 898) nebo krátkou
42
spoušť nastavenou v rozsahu 3-5 In (ČSN EN 60 947-2). Jiný jistící nastavení může být použito pouze se souhlasem rozvodných závodů. Jmenovitý proud hlavního jističe určuje měsíční plat za příkon. V elektroměrovém rozvaděči nebo v podružném rozvaděči je proveden převod sítě z TN-C na TN-S. Elektroměrový rozvaděč může mimo hlavní jistič dále obsahovat proudový chránič a svodiče přepětí. Podružný rozvaděč – V podružném rozvaděči je provedeno rozbočení na jednotlivé koncové obvody a jejich jištění proti přetížení a zkratu. Zároveň zajištěním ochrany samočinným odpojením od zdroje. Z hlediska snadnosti obsluhy se používají hlavně jističe. V podružném rozvaděči jsou dále umístěny proudové chrániče pro doplňkovou ochranu obvodů, která je vyžadována příslušnými normami. (Např. světelné a zásuvkové okruhy v koupelnách podle zón, v nichž jsou umístěny nebo venkovní zásuvky...) [4]
5.8.3. Příklad některých požadavků u návrhů průmyslových rozvodu U průmyslových rozvodů se často liší požadavky v rámci jednoho objektu. Jsou kladeny požadavky na dálkové ovládání jistících přístrojů a signalizaci různých provozních stavů v souvislosti s řízením různých technologických procesů. Napájecí transformátor bývají dimenzovány na vyšší výkony. Mohou dosahovat i MVA a tudíž i zkratová případné zkratové proudy značných hodnot. Většinou je požadována selektivita jištění. Pokud požadujeme menší investiční náklady, volí se zase jištění pojistkami.
43
obr. 18 Návrh průmyslového rozvodu
44
Napájení 1 transformátorem je možné jen pro provozy, kdy vlivem výpadku proudu nehrozí velké ekonomické ztráty nebo není třeba ohrožena bezpečnost. Obvykle jsou transformátory napájeny z různých sítí. K jištění transformátoru použijeme odpovídající jističe, které by měly být selektivní k vn pojistkám odpovídajícího jmenovitého proudu. Jističe mohou mít místní i dálkové ovládání s pomocným pohonem. [4]
45
6. Závěr Práce je zaměřena na problematiku elektrických obvodů sítě nn, požadavků na tyto obvody, jejich navrhování a instalaci. Popsala jednotlivé součásti těchto obvodů a vysvětlila, k čemu slouží a jaké jsou jejich základní vlastnosti. Práce se dále zaměřila na návrhy obvodů sítě nn, pomoci firemního počítačového programu Sichr. Představila program, který lze použít k usnadnění práce s navrhováním těchto obvodů. Popsala, jak se s takovým programem pracuje, jak a kde se dá využít. Součástí práce je i ukázka podoby výsledku práce na návrhů obvodu pomoci tohoto programu. Popisuje i prvky, které se dají v programu použít pro návrh elektrického obvodu. To je v podstatě i hlavní nevýhodou tohoto programu. V nabídce komponentů, jsou totiž jen produkty firmy OEZ, která program Sichr vyvinula. Práce se dále zmiňuje o nových verzích programu Sichr 6 a 6.10 a jejich vylepšení oproti verzi 5 a o nových produktech, které lze v programu použít k návrhu. Nejsou to jen náhrady starších typů součástí, ale naznačuje i ekologický trend v používání surovin při výrobě, kterým se ubírá firma. Tento trend je podmíněn novými směrnicemi. Programy Sichr nejsou samozřejmě jediným programem pro návrh elektrických rozvodů. Je řada jiných programů např.: Cadllek, Autodesk elekrical, Moeler, Schrack, které se zabývají touto problematikou. Stejně však, jako program Sichr, pracují pouze s databází přístrojů té firmy, která je vyvinula, nebo která se podílela na vývoji.
46
7. Použitá literatura 1. Firma OEZ, Zpravodaj podzim 2005 2. www.oez.cz, databáze zařízení v programu Sichr 6.1 3. Firma OEZ, Manuál programu sichr, 2005 4. Firma OEZ, Zpravodaj 13/2004 5. Firma OEZ, Zpravodaj jaro 2005
47
