KNX/EIB – Celosvětově normalizovaný systém inteligentní instalace (6) Ing. Josef Kunc Využití rozváděčů v systémové instalaci KNX/EIB Ovládací přístroje jsou v systémové instalaci umístěny na vhodných místech, nejčastěji v blízkosti dveří, podobně jako domovní spínače v klasické instalaci. Na jiných vhodných místech budou umístěny potřebné snímače různých fyzikálních veličin, které potřebujeme měřit pro zajištění správného chodu celé instalace. Při navrhování a následné montáži systémové elektrické instalace KNX/EIB je potřebné respektovat řadu pravidel, která zajistí její spolehlivý a bezpečný chod po celou dobu provozu. Musí také umožňovat pozdější doplňování o nové funkce a změny uspořádání podle vyvíjejících se požadavků uživatelů. Z toho důvodu je nezbytné celou instalaci montovat podle projektu tak, aby byla přehledně uspořádaná, s dostatečnými počty rozváděčů a rozvodnic. Převážná většina elektrických předmětů je ovládána (spínána, regulována) přístroji umístěnými v těchto rozváděčích. Znamená to, že v praxi je potřebné ukládat samostatná silová vedení z rozváděčů ke každému samostatně ovládanému elektrickému předmětu. A pro maximální přehlednost instalace je potřebné dosáhnout co nejvyššího stupně decentralizace rozváděčů, jak je znázorněno v příkladu na obr. 1.
Obr. 1: Schematické rozmístění rozváděčů v rozsáhlém objektu V každém z rozváděčů budou umístěny obvyklé jisticí a ochranné přístroje (jističe, proudové chrániče, svodiče přepětí), případně další klasické přístroje a navíc v nich budou umístěny přístroje KNX/EIB potřebné pro ovládání všech požadovaných funkcí a také systémové přístroje, jako napájecí zdroje, komunikační rozhraní, liniové a oblastní spojky nebo liniové opakovače, kontroléry apod. Protože přibližně dvě třetiny přístrojů KNX/EIB je obvykle umístěno právě v rozváděčích, je nutné v nich uvažovat s dostatečným prostorem pro jejich montáž. Přitom je nutné kontrolovat tepelné zatížení rozváděčů podle evropské normy EN 60670-24 a pamatovat také na ponechání prostorové rezervy pro umístění dalších přístrojů, pro pozdější úpravy a doplňování systémové elektrické instalace. Je potřebné si také uvědomit, že potřebný prostor pro všechny přístroje v rozváděčích v instalaci KNX/EIB je obvykle až trojnásobný, ve srovnání s prostorem nutným pro montáž pouze jisticích a ochranných přístrojů v klasické instalaci.
V instalaci podle příkladu na obr. 1 budou v hlavním rozváděči HR uloženy především jističe pro vývodní vedení k rozváděčům pro jednolivé oblasti R 100, R200, R300 až R1500 a také pro přívod k podružnému rozváděči R001, v němž budou m.j. uloženy také KNX/EIB přístroje pro realizaci funkcí v prostorách v blízkosti rozváděče HR. Jak by ale mělo být uspořádáno vedení sběrnicového kabelu mezi jednotlivými rozváděči?
Obr. 2: Příklad topologického uspořádání rozváděčů v rozsáhlé instalaci Předpokládejme, velmi rozsáhlý objekt, v němž systémová instalace KNX/EIB je topologicky uspořádaná do 15 oblastí, přičemž v každé z nich bude 15 linií. Potom rozváděče podle obr. 1 mohou být topologicky uspořádány podle obr. 2. V něm R001 je určen pro přístroje připojené k páteřní linii, sekční rozváděče R100 až R1500 v jednotlivých částech objektu pro napájení a obsluhu jednotlivých oblastí. Vzájemně budou propojeny kabelem sběrnice, která je součástí páteřní linie. Znamená to tedy, že v R001 bude napájecí zdroj pro páteřní linii (linie 0.0) a případně také některé další přístroje, související s činností funkcí ve více oblastech (povětrnostní stanice, spínací akční členy pro nadřazené funkce, IP rozhraní apod.). V rozváděči R100 bude umístěna oblastní spojka OS1, v R200 bude OS2 atd. Bohužel se také někdy setkáváme s chybným řešením v projektech vytvořených zřejmě neznalými projektanty, kdy do rozváděče R001 jsou uložena vedení jednotlivých hlavních linií 1.0 až 15.0 a teprve tam jsou propojena oblastními spojkami. V některých projektech se můžeme setkat dokonce i s tím, že v R001 jsou umístěny také napájecí zdroje pro linie 1.0 až 15.0. Takže v tomto případě bude jednak zbytečně vysoká spotřeba kabelů sběrnice, kdy se v některých případech může stát, že v linii bude překročena přípustná délka vedení sběrnice 1000 m. Navíc, na dlouhém sběrnicovém vedení mezi rozváděči bude vznikat vysoký úbytek napětí, protože většina KNX/EIB přístrojů náležejících liniím 1.0 až 15.0 bude v rozváděčích R100 až R1500 a v jejich blízkém okolí. Dejme tomu, že napájecí zdroj 630 mA pro linii 1.0 bude v rozváděči R001 a po vedení sběrnice bude vzdálen od R100 celkem 200 m. Při jmenovitém zatížení na kabelu YCYM 2x2x0,8 s činným odporem 72 Ω / 1000 m bude úbytek napětí na tomto úseku vedení přibližně 7,2 V, takže napětí na sběrnicových spojkách KNX/EIB přístrojů v rozváděči R100 bude kolem 22 V. Víme-li, že minimální přípustné napájecí napětí na sběrnicových spojkách je 21 V, pohybujeme se již v oblasti kritické pro spolehlivou funkci celého systému. A je logické, že na přístrojích, které budou na sběrnici linie 1.0 za rozváděčem R100, bude napájecí napětí ještě nižší vlivem dalších úbytků napětí na vývodních vedeních linie. Pro zajištění napájecího napětí na sběrnicových spojkách v rozmezí mezi 24 až 29 V je proto zcela nezbytné, aby napájecí zdroj pro linii 1.0 byl v rozváděči R100, tedy co nejblíže k nahromadění přístrojů připojených ke sběrnici v této linii. Obdobně budou ukládány sběrnicové kabely v dalších oblastech a liniích. Vždy ovšem je nutné dbát na správné uspořádání sběrnice.
Sběrnicové kabely klademe pokud možno v souběhu se silovými vedeními, aby byla minimalizována tvorba smyček. Samozřejmě používáme doporučených sběrnicových kabelů se zeleným pláštěm (např. YCYM 2x2x0,8), které jsou obvykle také v pravidelných vzdálenostech (např. po 1 m) označovány potiskem jako KNX, i-bus apod. Na první pohled je tak ve svazcích kabelů možné odlišit sběrnicový kabel od kabelů ostatních. Pro přehlednost je vhodné jednotlivé sběrnicové kabely označit i číslem linie, ke které daný kabel přísluší. Toto označení by mělo být na kabelech v rozváděčích, případně také na některých dalších místech instalace, kde by mohlo dojít k záměně kabelů různých linií. Konce sběrnicových kabelů je vhodné upravit např. izolačními návlačkami, aby nedošlo k náhodnému dotyku odizolovaných částí s jinými vodivými předměty nebo jinými vedeními. Členění rozvodů linií by mělo být vždy pokud možno horizontální (např. ke společné linii budou náležet přístroje v jednom poschodí nebo v jedné z jeho částí), nikoli vertikální, kdy k jedné linii náleží přístroje umístěné kolem stoupacího vedení ve všech podlažích. Rozšiřování a změny v systémové instalaci KNX/EIB Svou decentralizovanou podstatou je instalace KNX/EIB předurčena ke snadnému rozšiřování a k jednoduše uskutečnitelným změnám. Akční členy jsou nejčastěji umisťovány do rozvodnic a rozváděčů. Silové přívody jsou vedeny samostatně ke každému ze spotřebičů elektrické energie. Na první pohled se může takovýto způsob rozvodu jevit nevýhodným. Avšak ve skutečnosti dochází k výrazným úsporám silových vodičů ve srovnání s tradičními způsoby ukládání silových vedení, které navíc pro rozvětvení využívají odbočovacích krabic zpravidla nevzhledně umístěných v interiérech. V klasických instalacích jsou všechna propojení uskutečňována silovými vedeními, zatímco v systémové instalaci KNX/EIB jsou ovládací přístroje (snímače) připojeny k akčním členům obvykle jen nejkratší cestou vedeným sdělovacím kabelem (sběrnicí). Všechna vedení systémové instalace KNX/EIB jsou ukládána skrytě, v interiérech tedy neruší žádné odbočovací krabice. Veškeré svorkování silových obvodů je pouze v rozváděčích a v místech připojení spotřebičů (svítidel, motorů, topných těles apod.).
Obr. 3: Příklad rozvodnice se dvířky ve tvaru rámu pro obraz
V téměř každém projektu je potřebné nalézt takové řešení, které umožní použití nejen sestavy rozváděčů podle obr. 1 a obr. 2, ale také třeba i několika podružných rozváděčů v jednotlivých liniích. Pokud podružný rozváděč (např. plastová rozvodnice v podhledu nebo mezipodlahovém prostoru, anebo také zapuštěná rozvodnice se dvířky s magnetickým uzávěrem a ve tvaru proskleného rámu pro obraz – obr. 3) bude určen pro umístění akčních členů, jističů a případných dalších přístrojů nn, sloužících jen pro zajištění funkcí v několika okolních místnostech, silové rozvody se stanou skutečně velice jednoduchými, s nízkou spotřebou kabelů. Do každého z těchto podružných rozváděčů totiž povede pouze jedno silové vedení (obr. 4). Silové rozvody se tak stávají nejen velmi jednoduchými, ale také velice přehlednými. V praxi se bohužel poměrně často setkáváme se skutečně neprofesionálně navrženými rozváděči. Obvyklým postupem projektantů v těchto případech bývá totiž výběr „vhodného“ rozváděče podle počtu modulů, které je potřebné s určitou (obvykle malou) rezervou uložit do vybrané skříně. Tepelné ztráty na jednotlivých přístrojích nebývají vždy brány do úvahy, stejně jako parametr typových rozvodnic a rozváděčů, který udává, pro jakou tepelnou ztrátu je navržena a odzkoušena příslušná
skříň. Tepelné ztráty přístrojů i rozváděčů jsou přitom běžným katalogovým údajem. Při osazení rozváděče pouze klasickými elektromechanickými přístroji, s poměrně malou výkonovou ztrátou na spínacích kontaktech, nemusí ještě nastat prakticky žádné problémy. Ovšem ve stále větším měřítku se používají elektronické přístroje, jejichž výkonová ztráta je výrazně vyšší a navíc nepřipouštějí tak vysoké oteplení, jaké lze připustit u elektromechanických přístrojů.
Obr. 4: Příklad členění rozváděčů v linii KNX/EIB
Touto problematikou se zabývá ČSN EN 60670: Krabice a kryty elektrických přístrojů pro domovní a podobné pevné elektrické instalace. Její část 24: „Zvláštní požadavky na kryty ochranných přístrojů a podobných výkonových rozvodných zařízení“ byla v evropské normalizační komisi schválena v roce 2005 jako EN 60670-24. Tato norma platí pro rozvodnice a rozváděče pro jmenovitý proud do 125 A, při jmenovitém napětí do 400V a pro zkratové proudy do 10kA (přístroje se zkratovým proudem do 17 kA). Každý návrh rozváděče vychází z maximální výkonové ztráty Pde určené výrobcem pro dodávaný typový rozváděč. Tato ztráta se normou popisovaným způsobem ověřuje během typové zkoušky. Z hlediska uživatele normy – projektanta – je nejzajímavější částí příloha s výpočtem výkonových ztrát všech v rozváděči instalovaných přístrojů Ptot a jejich porovnání s přípustnou maximální ztrátou Pde. Při výpočtech se uvažuje s faktorem rozmanitosti K, jehož hodnota se vypočte jako poměr jmenovitého proudu zařízení Inq a výstupního jmenovitého proudu Inu (součet jmenovitých proudů výstupních zařízení, současně provozovaných). Jmenovitý proud zařízení Inq se vypočte jako součin součtu jmenovitých proudů všech jisticích a řídicích přístrojů, které jsou současně v provozu a koeficientu využití Ke. Přitom koeficient využití pro vstupní obvody je uvažován ve výši Ke = 0,85. Potom jmenovitý proud zařízení Inq bude součinem jmenovitého proudu nebo součtu jmenovitých proudů všech vstupních jisticích nebo řídicích přístrojů, které jsou současně v provozu a koeficientem využití Ke. Celkové ztráty vybavení rozváděče budou: Ptot = Pdp + 0,2 Pdp + Pau, kde Pdp jsou výkonové ztráty jisticích prvků s uvážením vlivu faktoru rozmanitosti K a koeficientu využití Ke. 0,2 Pdp je součet výkonových ztrát na svorkách, zásuvkách, relé, časových spínačích a podobných dalších malých přístrojích. Pau je součet výkonových ztrát na dalších elektrických přístrojích umístěných v rozváděči a nezahrnutých do oblasti Pdp a 0,2 Pdp, jako jsou signální svítidla, zvonkové transformátory, stmívače atd. Vypočtené celkové ztráty Ptot musí být menší nebo rovny jmenovité ztrátě rozváděče Pde. Stanovení výkonových ztrát lze předvést na jednoduchém příkladu, podle schematu na obr. 5.
Obr. 5: Příklad zapojení přístrojů použitých v rozváděči
Nejdříve je nutné stanovit ztráty Pdp: Číslo obvodu
Ztráta na pól (W)
Počet pólů
Ztráta Pd (W)
Koeficient
Ztráta na přístroj (W)
využití Ke
Vstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod Výstupní obvod
0 1 2 3 4 5 6 7
5,3 4,5 3,3 3,3 1,1 2,8 2,8 2,8
3 3 3 3 2 3 3 3
15,9 13,5 9,9 9,9 2,2 8,4 8,4 8,4 CELKEM
Faktor rozmanitosti K 0,85 0,724 0,724 0,724 0,724 0,483 0,483 0,483 Pdp (W)
13,515 9,774 7,168 7,168 1,593 4,057 4,057 4,057 51,389
Při výpočtu faktoru rozmanitosti se uvažuje přístroj podle toho, zda je v první úrovni za vstupním jističem, nebo v některé z dalších úrovní. Ke = 0,85 K pro první úroveň: K1 = Ine x Ke / (Inu1 + Inu2 + Inu3 + Inu4) = 63 x 0,85 / (40 + 16 + 16 + 2) = 0,724 K pro druhou úroveň: K2 = Inu1 x K1 / (Inu5 + Inu6 + Inu7) = 40 x 0,724 / (20 + 20 + 20) = 0,483 Stanovení výkonových ztrát dalších přístrojů: Číslo obvodu 08 09
Přístroj transformátor stmívač
Výkonová ztráta 5 6 CELKEM
Takže celkové ztráty: Ptot = Pdp + 0,2 Pdp + Pau = 51,389 + 10,278 + 11 = 72,667 W
Počet přístrojů 1 1 Pau (W)
Ztráta celkem 5 6 11
Znamená to, že použitá prázdná rozvodnice nebo rozváděč musí být výrobcem deklarován pro výkonovou ztrátu alespoň 73 W. Máme-li počítat nejméně se 20% prostorovou i výkonovou rezervou pro budoucí úpravy a doplňování, měli bychom použít rozváděč otypovaný pro výkonovou ztrátu nejméně 90 W. Při správném návrhu, bude v každém rozváděči, v každé rozvodnici nejméně 20% prostorová rezerva a současně také postačující rezerva ztrátového výkonu, postačující pro pozdější doplňování novými prvky, pro zvýšení úrovně komfortu, ale také pro zajištění třeba i dosud netušených nových funkcí systémové instalace. Dalšími doplněními přístrojového vybavení, se kterými je vhodné počítat, jsou úpravy systémové instalace navazující na změny ve způsobech využívání objektu. Především v některých kancelářských prostorách může i poměrně často docházet ke změnám požadavků na řízení jednotlivých funkcí (někdy i v souvislosti s úpravami prostorového členění), vynuceným např. změnou uživatelů daného prostoru nebo se změnou technologie provozování objektu. Mnohdy postačí pouhé přeprogramování přístrojů, s drobnými změnami na straně snímačů a akčních členů – tedy bez jakýchkoli zásahů do stavební konstrukce. Náročnější změny lze zpravidla uskutečnit jen s poměrně malými zásahy do způsobů ukládání silových vedení.
