TECHNOLOGIE 3 UČEBNÍ TEXTY PRO VÝUKU UČEBNÍCH ELEKTROTECHNICKÝCH OBORŮ
Elektrotechnika
Stránka 1
TECHNOLOGIE učební text pro 3. ročník studia oboru
ELEKTRIKÁŘ ING. Jiří Kroupa
Technologie 3
Stránka - 2 -
Obsah 1. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických přístrojů 1.1. Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav elektrických přístrojů ................................. 4 1.2. Nebezpečí požáru elektrických zařízení ........................................................................... 7 1.3. Činnost na elektrickém zařízení a odborná způsobilost pracovníků ................................ 8 1.4. Pracovní a ochranné pomůcky, bezpečnostní sdělení a tabulky ....................................... 9 1.5. Bezpečnostní předpisy pro činnosti na elektrických zařízeních nn ................................ 13 1.6. První pomoc při úrazech na elektrických zařízeních ...................................................... 14 2. Montáž, údržba, opravy a zapojení transformátorů 2.1. Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav transformátorů ......................................... 15 2.2. Poruchy a kontrola izolace transformátorů ..................................................................... 16 2.3. Magnetické obvody ........................................................................................................ 17 2.4. Chlazení transformátorů ................................................................................................. 18 2.5. Provádění zkoušek hotových výrobků, za provozu, během výroby ............................... 19 3. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických strojů točivých 3.1. Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav elektrických strojů točivých .................... 20 3.1.1 Značka kvality „Kvalitní a bezpečná montáž" ................................................................ 20 3.1.2 Provedení značky ........................................................................................................... 20 3.1.3 Přínos značky pro poskytovatele služeb (držitele značky) ............................................. 20 3.1.4 Přínos značky pro uživatele služeb ................................................................................. 20 3.1.5 Propůjčení značky .......................................................................................................... 21 3.1.6 Údržba a opravy .............................................................................................................. 21 3.2. Nejčastější závady elektrických strojů točivých ............................................................. 22 3.3. Poruchy izolace............................................................................................................... 23 3.4. Kontrola sběracích kroužků, komutátorů a kartáčů ........................................................ 24 3.5. Údržba ložisek ................................................................................................................ 25 3.6. Zkoušení elektrických strojů točivých ............................................................................ 26 3.7. Chlazení a provedení elektrických strojů točivých ......................................................... 27 4. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických zařízení 4.1. Montáž a údržba osvětlovacích soustav ......................................................................... 29 4.2. Opravy osvětlovacích soustav ........................................................................................ 32 4.3. Údržba elektrotepelných zařízení ................................................................................... 33 4.4. Údržba a opravy ostatních elektrických zařízení ............................................................ 36 4.5. Údržba a opravy ostatních elektrických zařízení ............................................................ 37 5. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektronických zařízení 5.1. Číslicová technika, číselné soustavy a kódy, základy Booleovy algebry ....................... 40 5.2. Prvky elektronických obvodů ......................................................................................... 41 5.3. Polovodičové diskrétní součástky .................................................................................. 42 5.4. Integrované obvody ........................................................................................................ 43 5.5. Funkce typických integrovaných obvodů ....................................................................... 44 5.6. Snímače pro automatizaci ............................................................................................... 45 5.7. Zařízení pro vznik a zpracování signálů ......................................................................... 46 5.8. Kombinační logické obvody........................................................................................... 47 5.9. Operační zesilovače ........................................................................................................ 52 5.10. Zapojení s operačními zesilovači ................................................................................... 53 6. Použitá literatura a další studijní prameny ................................................................. 55
Technologie 3
Stránka - 3 -
1.
Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických přístrojů
Montáž je vyvrcholením při elektrotechnické výrobě. Smontováním jednotlivých částí získáme žádaný výrobek. Při montáži je nutné respektovat normu ČSN EN 50110-1 ed.2: Obsluha a práce na elektrických zařízeních. (nahrazuje dřívější normu ČSN 34 3100) 1.1Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav elektrických přístrojů A) Volba provedení strojů, přístrojů a spotřebičů Elektrické stroje, přístroje a spotřebiče musí být voleny, umístěny, připevněny a připojeny tak, aby při obvyklém provozu, pro něhož jsou určeny, nedošlo k předčasnému zhoršení jejich jakosti nebo jejich činnosti, aby byla umožněna jejich řádná obsluha a údržba a aby nebyla ohrožena bezpečnost obsluhy a okolí. B) Jištění a kontrola provozního stavu Elektrické stroje, přístroje a spotřebiče jistíme proti přetížení a zkratu pojistkami a jističi, blíže viz předmět Elektrické stroje a přístroje. Výhodou pojistek je schopnost při malých rozměrech přerušit velký zkratový proud v krátké době. Malé nadproudy naopak vypínají se značným zpožděním – to je jejich nevýhodou. Nevýhodou je také jednorázové zapůsobení. Tavné vložky se nesmějí opravovat. C) Umístění a zapojení elektrických strojů, přístrojů a spotřebičů Přístroje musí být umístěny tak, aby údaje a označení určené pro obsluhu, údržbu a revize byly snadno čitelné, aby bylo možné přístroje snadno obsluhovat a aby neohrožovaly okolí teplotou, jiskrami nebo plameny. Při volbě spotřebiče se musí přihlížet k působení prostředí a k mechanickému namáhání, kterému mohou být spotřebiče vystaveny. Ke zdroji se připojují buď napevno, poddajnými nebo pohyblivými přívody. Přívody musí být dostatečně izolovány proti okolí, a aby se neporušila ochrana vlivem prostředí a před dotykem. Nejrozšířenějším spotřebičem v průmyslových objektech je motor, nejčastěji asynchronní nakrátko. K veřejné síti můžeme přímo připojovat motory do výkonu 3kW, větší až do výkonu 22kW se spouštěcími systémy a po domluvě s rozvodným podnikem. Mezi spouštěcí zařízení patří elektronické softstartéry, přepínače Y/D, spouštěcí transformátory, odporové spouštěče nebo rozběhové spojky. Napětí sítě musí odpovídat napětí, na které je spotřebič (motor) konstruován. Výkonnostní štítky strojů musí být umístěny tak, aby je bylo možno snadno číst. Dojde-li ke změně štítkových údajů o stroji, musí se vedle původního štítku umístit štítek s novými údaji. Při umisťování tepelných spotřebičů je především nutno dbát na to, aby v jejich blízkosti nebyly předměty nebo látky, které by se mohly teplem poškodit nebo vznítit. 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. Technologie 3
Stránka - 4 -
•
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 Systémy údržby – stanovují koncepci a strategii údržby – systém údržby po poruše – systém údržby po prohlídce – systém standardní preventivní péče – systém preventivních periodických oprav – systém postupné výměny skupin – systém údržby podle skutečného technického stavu – systém údržby založený na ekonomické optimalizaci – systém údržby zaměřené na bezporuchovost (reliability centred maintenance, ČSN IEC 300-3-11)významných parametrů degradace objektu. Doba údržby Časový interval, během něhož se na objektu provádí údržbářský zásah buď ručně, nebo automaticky, včetně zpoždění logistických, technických a u údržby po poruše i administrativních.
Vliv údržby na spolehlivost, složky spolehlivosti (pohotovosti) zařízení ovlivnitelné údržbou – –
opravitelnost bezporuchovost
Opravitelnost • u opravovaných zařízení ovlivnitelná vhodným modelem údržby a úrovní organizovanosti údržby • minimalizace dob spojených s údržbou – logistické zpoždění – technické zpoždění – doba preventivní údržby – doba lokalizace porouchané části – doba aktivní opravy (po poruše) – doba kontroly Technologie 3
Stránka - 5 -
– Bezporuchovost • u neopravovaných zařízení nelze prakticky údržbou ovlivnit • u opravovaných zařízení (nebo obnovení funkce vykonávané neopravovaným zařízením) lze vhodným typem údržby předcházet poruchám vznikajících opotřebením • náhlá ztráta funkceschopnosti zařízení způsobená poruchou je převáděna na řízenou (plánovanou) ztrátu funkceschopnosti během provádění plánované preventivní údržby (minimalizace nákladů ze ztráty funkceschopnosti zařízení) • počet zásahů preventivní údržby je vyšší než v případě údržby vyvolané náhodnou ztrátou funkceschopnosti, což může být doprovázeno negativními jevy – zvýšená poruchovost vlivem vyšší počáteční intenzity poruch preventivně vyměňovaných součástek – pravděpodobnost chyb a omylů při údržbě (lidský faktor) Vyhodnocování vlivu údržby na spolehlivost – přiměřenost údržby důležitosti udržovaného zařízení.
Pro popularizaci nejnovějších poznatků z údržby elektrických zařízení je vydáván časopis Řízení & údržba průmyslového podniku
Technologie 3
Stránka - 6 -
1.2 Nebezpečí požáru elektrických zařízení Tuto problematiku řeší norma ČSN EN 135001-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb. Porovnání změn oproti původně platné normě ČSN 73 0862 a z ní vycházející elektrotechnické normy ČSN 33 2312 znázorňují následující tabulky:
Podle podmínek montáže je možné rozdělit elektrické předměty na určené k přímé montáži do hořlavých látek a na ně a ostatní předměty s nutností oddělení od hořlavé látky. V prvním případě se jedná o předměty opatřené některou ze značek, uvedených v tabulce napravo. Pro označení svítidel pro montáž na hořlavé látky se používá značka
Technologie 3
Stránka - 7 -
1.3. Činnost na elektrickém zařízení a odborná způsobilost pracovníků
Obsluha je činnost bez použití nástrojů, kdy pracovník nepřichází do styku se živými částmi elektrického zařízení. Je spojena s provozem tohoto zařízení (spínání, regulování, výměna pojistek nebo žárovek, prohlídka elektrického zařízení a další.) Obsluha pak může být jednoduchá: při selhání nemůže dojít k ohrožení osob, zvířat, věcí. Obsluha složitá: při selhání může dojít k ohrožení osob, zvířat, věcí. Práce je činnost, kdy pracovník používá nástroje a může přijít do styku s živými částmi elektrického zařízení. Patří sem montáž, revize údržba a měření na elektrickém zařízení. Kvalifikace pracovníků § 3 Pracovníci seznámení. § 4 Pracovníci poučení. § 5 Pracovníci znalí. § 6 Pracovníci pro samostatnou činnost. § 7 – 11. § 3 Pracovníci seznámení. Pracovníci seznámení jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti seznámeni s předpisy o zacházení s elektrickými zařízeními a upozorněni na možné ohrožení těmito zařízeními. § 4 Pracovníci poučení 1) Pracovníci poučení jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti seznámeni s předpisy pro činnost na elektrických zařízeních, školeni v této činnosti, upozorněni na možné ohrožení elektrickými zařízeními a seznámeni s poskytováním první pomoci při úrazech elektrickým proudem. 2) Organizace je povinna stanovit obsah seznámení a dobu školení s ohledem na charakter a rozsah činnosti, kterou mají pracovníci uvedení v odstavci 1 vykonávat, a zajistit ověřování znalostí těchto pracovníků ve lhůtách, které předem určí. 3) Seznámení, školení, upozornění a ověření znalostí podle odstavců 1 a 2 provede pro obsluhu elektrických zařízení organizací pověřený pracovník s kvalifikací odpovídající charakteru činnosti. Pracovníci poučení mohou: samostatně obsluhovat jednoduchá elektrická zařízení všech napětí; pracovat na částech elektrických zařízení nn bez napětí, v blízkosti nekrytých částí pod napětím ve vzdálenosti větší než 20 cm s dohledem; na částech pod napětím pracovat nesmějí. § 5 Pracovníci znalí jsou ti, kteří mají ukončené předepsané odborné vzdělání a po zaškolení složili zkoušku ve stanoveném rozsahu.
Technologie 3
Stránka - 8 -
1.4. Pracovní a ochranné prostředky, bezpečnostní sdělení a tabulky 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, • 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 3
Stránka - 9 -
Technologie 3
Stránka - 10 -
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 obsahovatinformace 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 3
Stránka - 11 -
Technologie 3
Stránka - 12 -
1.5. Bezpečnostní předpisy pro činnosti na elektrických zařízeních nn Elektrotechnici, kteří z jednotlivých komponentů sestavují elektrická zařízení, 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. Stát k zabránění úrazům elektrickým proudem a nehodám se škodami na majetku vydává nejen zákony a vyhlášky ale i bezpečnostní předpisy.
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)
Technologie 3
Stránka - 13 -
1.6. První pomoc při úrazech na elektrických zařízeních Při poskytování první pomoci při úrazech elektřinou je nutné jednat rychle, nikoli však ukvapeně. Jen správným postupem lze postiženého zachránit a zabránit dalšímu úrazu postiženého popřípadě zachránce. Zásady první pomoci při úrazech elekřinou: Vyprosit postiženého z dosahu elektrického proudu. a) přerušením napájení dotyčného zařízení -vypnutím hlavního vypínače -vypnutím jističů nebo vyšroubováním pojistek -vytáhnutím zástrčky ze zásuvky b) odsunutím izolačním předmětem -vodiče způsobujícího úraz -postiženou osobu c) přerušením vodiče Jakmile je postižený vyproštěn z proudového obvodu, je zachránce povinen poskytnout mu první pomoc než přijde lékař. Při úrazech elektřinou je hlavní zásadou nepřevážet postiženého, nenní-li popálen na větší ploše kůže a nekrvácí-li nezadržitelně z větších tepen. Dále je nutné mít postiženého pod dohledem do příchodu lékaře a neopouštět postiženého ani na okamžik. Ihned po úrazu je nutné zjistit, zda postižený: -je při vědomí -spontánně dýchá -má hmatný tep na velkých tepnách -je poraněn (krvácení, popálení, zlomeniny, apod.) Technická první pomoc Zachránce musí dbát především na vlastní bezpečnost, musí pamatovat na to, aby se sám nedostal do elektrického obvodu. Postiženého je třeba vyprostit z dosahu el. proudu. Zachránce se nesmí dotýkat holou rukou jeho těla, pokud zasažení trvá. Proud lze vypnout vypínačem, jističem, vytažením zástrčky ze zásuvky apod. Není-li to možné, odstraní se vhodným způsobem vodič el. proudu pomocí suchého nevodivého předmětu, jakým je např. dřevěná tyč, či se postižený pomocí takovým předmětem vyprostí. Zdravotnická první pomoc. Po vyproštění z proudového obvodu je zachránce povinen poskytnout první pomoc až do příchodu lékaře. Zachránce se nezdržuje ošetřováním drobných poranění, pouze se soustředí na rány, které silně krvácejí z tepny, kam přiloží prozatímní stlačující obvaz. U postiženého, který nedýchá, musí ihned zahájit a až do příchodu lékaře udržovat umělé dýchání. V umělém dýchání z úst do úst počtu vdechů asi 15 za minutu je nutno pokračovat nepřetržitě až do oživení. Není-li hmatný tep na velkých cévách, přistoupí zachránce k nepřímé masáží srdce. Uloží postiženého na tvrdou podložku a postaví se na jeho levou stranu. Levou ruku položí napříč přes pravou a stlačuje rytmicky hrudní kost asi 60 krát za minutu. Zachránce pokračuje v nepřímé srdeční masáži tak dlouho, až se obnoví srdeční činnost. Tyto činnosti lze ukončit, dýchá-li postižený, má hmatný tep a nejeví známky vážnějšího zranění. Pak musí být neustále pod dohledem a jeho dýchací cesty a srdeční činnost sledovány. Nejeví-li postižený známky života, je nutno pokračovat v první pomoci až do příchodu lékaře.
Technologie 3
Stránka - 14 -
2.
Montáž, údržba, opravy a zapojení transformátorů
Pro správnou funkci zařízení i jeho údržbu je velmi důležitá volba transformátoru. Z hlediska údržby i životnosti je vhodnější volbou větší transformátor zatěžovaný méně, než transformátor zatěžovaný na 100% výkonu nebo dokonce přetěžovaný. 2.1. Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav transformátorů Jak již bylo konstatováno dříve, montáž je vyvrcholením při elektrotechnické výrobě. Smontováním jednotlivých částí získáme žádaný výrobek. Na začátku je důležitá příprava – ČSN 33 2000-1: Kontrola kvality projektu před zahájením montáže a nákupem materiálu Výběr elektrických zařízení: každá součást elektrického zařízení, která je v něm použita, musí vyhovovat příslušným evropským normám nebo harmonizačním dokumentům nebo národním normám ve kterých je zaveden harmonizační dokument. Pokud evropské normy nebo harmonizační dokumenty neexistují, musí odpovídat národním normám. Ve všech ostatních případech musí být poskytnuty odpovídající odkazy na IEC nebo na odpovídající zahraniční normy. Charakteristické vlastnosti z hlediska napětí (+6%, -10% do konce roku 2008 sítě v ČR!) z hlediska proudu za normálních provozních podmínek, tak za mimořádných po dobu než zapůsobí jistící prvek z hlediska kmitočtu z hlediska výkonu z hlediska izolačního odporu (min.0,5Megaohmů v instalacích nn) Podmínky instalování (odolnost vnějším vlivům, namáhání a odpovídající charakteristické vlastnosti prostoru, v němž je elektrické zařízení umístěno). Ochrana před škodlivým působením (účinník, proudový náraz, asymetrické zatížení, harmonické složky. Elektrické zařízení jako celek i jeho jednotlivé části musí být vybrány a sestaveny tak, aby osoby nebyly vystaveny nebezpečným účinkům ozáření nebo polí jakéhokoliv druhu, vyvolaným elektrickým zařízením. Pro zřizování elektrických rozvodů a zařízení musí být použito vhodných materiálů (certifikáty, osvědčení o typových a kusových zkouškách, prohlášení o shodě a doklady a dokumentace stanovená zejména Nařízením vlády č. 17/20003 Sb. pro stanovené výrobky nn) a práce musí být provedena řemeslně (dobré řemeslné úrovně odpovídající použitelným technickým normám) pracovníky s odpovídající kvalifikací (stále platí vyhláška č. 50/1978 Sb. o odborné způsobilosti v elektrotechnice - viz též nová Evropská bezpečnostní norma ČSN EN 50110-2). Značení vodičů – ČSN EN 60446 (33 0165), ČSN 330165, ČSN 33 0166 a ČSN 33 0167. Značení svorek zařízení a konců vybraných vodičů, včetně obecných pravidel písmennočíslicového systému (např. neutrální vodiče N a střední vodiče M, svorky pro vnější obvody DC, AC, svorky a vodiče pracovního uzemnění a pracovního pospojování FB - ČSN EN 60445. Zde je důležité ustanovení ČSN 33 2000-1 v čl. 134.1.4, poznámka N: Pevné spoje vodičů provedené předepsaným způsobem nejsou přerušením.
Technologie 3
Stránka - 15 -
2.2.
Poruchy a kontrola izolace transformátorů
Poruchy transformátorů se vyskytují poskrovnu. V případě nevyhovujícího izolačního odporu se nesmí transformátor provozovat v zařízení. Nejchoulostivější částí transformátoru je vinutí. Při spojení několika závitů nakrátko vzroste v nich prudce proud a závity se zahřejí tak, že někdy dojde až k roztavení vodičů. Příčinou bývá vada již při výrobě nebo déle trvající přetížení transformátoru. Zjednodušeně lze říct: -čím nám připadá cívka vinutí jako drát (má málo závitů), tím je měřené napětí menší (může být i 0,01V) -s rostoucími závity (roste odpor) se zvyšuje měřené napětí -čím tenčí drát tím větší odpor při stejném počtu závitů, opět větší odpor=větší měřené napětí Je-li napětí nepřiměřeně velké na parametry cívky, může být přerušená (přepálená). Tuhle situaci uvažujeme pouze u proudově zatěžovaných cívek, eventuelně u použitých velmi tenkých vodičů. Situaci si ověříme proměřením klasickým ohmmetrem. Musíme vyloučit vliv cizího odporu třeba vypájením jednoho vývodu z desky. Na cívce transformátoru je nepřiměřeně malé napětí nebo nulové - cívka může mít mezizávitový zkrat. Velice nepříjemná situace je to v případě, neznáme-li skutečné parametry cívky. Základní parametry, které by měly být uvedeny: * počet závitů * odpor vinutí * materiál vodiče a izolace (nejčastěji CuS, smaltovaná měď) Ověření indukčnosti provést odporovou technikou (klasicky ohmmetrem) s vyloučením jiných vlivů a porovnat s štítkovou (jmenovitou) hodnotou, eventuelně metoda porovnaní s jinou stejnou indukčností (CCT). Při evidentně proražené cívce by měl být odpor menší. Informačně se měří i odpor proti kostře, je-li součástí. V oblasti vf techniky (desítky závitů) počet závitů není tak vysoký, takže není potřeba využívat tenké ani silné vodiče. Klasické 0,8 mm Cu nehrozí žádný stav přerušení nebo proražení. S klesající frekvencí rostou závity. S rostoucími závity roste objem cívek. Aby nebyly cívky příliš velké, zmenšujeme průměr vodiče. Tím se nám zvětšuje i pravděpodobnost přerušení cívek. Nejčastěji se s tím můžeme setkat u transformátorů pro převod 220V/50Hz. Nepřiměřený odběr proudu sekundárního vinutí je hlavní příčinou jeho přerušení. Transformátor stačí proměřit ohmetrem jednotlivě, pro všechna vinutí. Dále se měří mezizávitový zkrat primáru a sekundáru. Tak jako u kondenzátoru, tak i u transformátoru se může zkrat projevit při určitém napětí. Proto je jistější ověřovat činnost transformátoru napěťovou technikou neboli v činnosti. Je-li na primárním vinutí napětí (protéká klidový proud), ale na sekundárním vinutí naměříme nulové napětí, jedná se patrně o přerušené sekundární vinutí. Identifikujeme-li poruchu na cívce či transformátoru, je jeho odstranění výměnou, mámeli jinou indukčnost stejných parametrů (pozor na dodržení eventuelní orientace vinutí). Každý, kdo měl co do činění s přemotávání třeba transformátoru, což je druhá možnost, si umí představit extrémní případy a problémy s tím spojené. Měníme-li vinutí cívky, je nutné si prvně změřit všechny možné parametry vinutí. Parametry jsou individuální dle typu kostry. Prakticky existuje několik metod, a to: a/ zachování stejné indukčnosti (průběžné měření) b/ stejný počet závitů (kolik se odmotá, tolik se přimotá) c/ stejné prostorové rozměry (výška, šířka apod.)
Technologie 3
Stránka - 16 -
2.3.
Magnetické obvody
Elektrotechnický plech (trafoplech nebo také, dynamoplech) je označení pro plech ze slitiny železo-křemík, který je magneticky měkký. Používá se pro výrobu magnetických obvodů elektrických strojů, jako jsou elektromotory, generátory, transformátory. V železných jádrech z masivního materiálu vznikají působením proměnlivého magnetického pole indukované vířivé proudy. Ty jsou mimo využití v zařízeních pro indukční ohřev nežádoucí. Při přenosu elektrického výkonu se jádro vířivými proudy úměrně frekvenci zahřívá. Abychom se nežádoucímu zahřívání vyhnuli, zhotovují se železná jádra pro elektrické stroje skládaná z izolovaných plechů, nebo vinutá z pásku (například toroidy). Magneticky měkké materiály se působením elektromagnetického pole chovají jako magnety a po zániku pole se vracejí do nemagnetického stavu. Obyčejné trafoplechy mohou být využívány s indukcí nejvýše 1,3 T (Tesla). Speciálně vyvinuté železo-křemíkové slitiny mohou pracovat s indukcí až 1,75 T. Konstrukční provedení Běžná železná jádra se skládají z výstřižků ze železných plechů, předem alespoň jednostranně izolovaných. V minulosti se plechy izolovaly olepením papírem. Moderní plechy se izolují pokrytím fosfátovou vrstvou. Obvyklá tloušťka plechů pro nízkofrekvenční aplikace je 0,5 mm. Pro měniče, využívající vyšší frekvence nebo pro nízkoztrátové aplikace se využívají plechy tloušťky 0,35 mm. Vinutá jádra (toroid, C-jádro) se vinou z izolovaných pásků právě tloušťky 0,35 mm. Klasickým tvarem, široce používaným pro transformátory je tvar EI. Při lisováním vzniknou v každém cyklu dva díly E a dva díly I. Při tom nevzniká žádný odpad, proto se tyto plechy také někdy označují jako bezodpadové. Velikosti plechů se označují zkratkou EI.., přesné rozměry jsou definovány v ČSN EN 60740-1. Za písmeny EI následuje číselný údaj, který označuje šířku středního sloupku v milimetrech, na schematickém obrázku označené pod písmenem "d". Ostatní geometrické rozměry je možné z tohoto základního rozměru odvodit. Příkladně šířka plechu (největší rozměr) "a" je vždy právě trojnásobkem rozměru "d". Pro síťové transformátory je obvyklé vkládat plechy do cívky (kostry cívky) střídavě. To znamená, že na jedné straně se střídá vždy tvar E s tvarem I. Tím se minimalizuje vzduchová mezera. Pokud vkládáme všechny plechy jedním směrem, můžeme vytvořit definovanou vzduchovou mezeru, což je významné u síťových tlumivek. Kruhové plechové výstřižky pro motory a generátory mají obvykle výřezy, které po složení plechů do paketu vytvoří drážky pro vinutí. Plechy mohou být pokryty speciálním lakem, takže se následným zahřátím slepí dohromady. Účelem je zlepšení mechanických vlastností a snížení hluku způsobeného vibracemi. Tato metoda může nahradit impregnaci nebo svařování. Působením proměnného magnetického toku vzniká rozpínání a smršťování magnetického obvodu (magnetostrikce), která má za následek kmitavý pohyb, jehož frekvence je dvojnásobkem frekvence sítě. To vyvolává tzv. magnetický hluk. Kromě nepříjemných zvukových projevů může mít chvění za následek poškození izolace vinutí nebo poškození izolace mezi plechy. Pro odstranění těchto jevů je nutné při revizích elektrických strojů kontrolovat stažení magnetických obvodů a zjištěné závady odstraňovat.
Technologie 3
Stránka - 17 -
2.4.
Chlazení transformátorů
Transformátor jako netočivý elektrický stroj má své ztráty, které se projevují jako ztráty tepelné čili teplo. Toto teplo je třeba odvádět pro zajištění dlouhodobé životnosti. Podle normy ČSN EN 60076 je třeba dodržet tři pravidla v souvislosti s chlazením a to: průměrná roční teplota má být 200C, maximální denní průměrná teplota 300C a maximální špičková teplota 400C. To zabezpečuje chlazení. 1. Přirozené (samotížné) Přirozené chlazení je pro transformátory lepší a vhodnější. Zvláště pro transformátory suché, které pro svou kvalitní funkci potřebují u podlahy nehybný koláč studeného vzduchu, který cívky ve spodní části nasávají a oteplený vzduch samotižně vystoupá nahoru. Takto je zajištěno nejlepší chlazení. Pro správné větrání jsou nutné dva parametry. Rozdíl výšky mezi nasávaným a odsávaným venkovním vzduchem a s tím související velikost chladících otvorů. Kdysi se dělaly tzv. anglické dvorky. Venkovní chladící vzduch se přiváděl pod transformátor. Pokud se nahoru nainstaloval komín, vznikl tzv. komínový efekt, byl výsledek chlazení velmi kvalitní. 2. Nucené (s ventilátorem) Dnes se ale v praxi většinou setkáváme s naprosto nedostatečným chlazením nuceným. Vlivem šetření se dnes transformátory zavírají do těsných prostor. Stěny jsou vyzděné z nějakého velmi dobře tepelného izolačního materiálu typu Ytong a odvod přebytečného tepla přes stěny je tímto takřka vyloučen. Ve dveřích se vyrobí chladící žaluzie ve výšce alespoň půl metru kvůli výšce sněhu v zimním období a na druhé straně se u stropu nainstaluje vysokoobrátkový ventilátor. Malé transformátory jsou obvykle chlazeny vzduchem. Velké transformátory jsou obvykle chlazeny olejem. Nové transformátory jsou vyráběny jako bezolejové. Jejich vinutí je zalito v izolační pryskyřici. Přímé vodní chlazení se nepoužívá. Voda je i při nepatrném znečištění vodivá a elektrickým proudem je rozkládána na výbušnou směs vodíku a kyslíku.
Druhy chladiv a jejich označení O - oleje A - vzduch W - voda L - nehořlavá izolační kapalina G - plyn S - pevný izolant
Technologie 3
Stránka - 18 -
2.5.
Poruchy a kontrola izolace transformátorů
Závady Velmi často bývá u síťových transformátorů přerušeno (přepáleno) primární vinutí. Někdy bývají malé síťové transformátory vybaveny na primární straně (230V) speciální tepelnou pojistkou, která v případě tepelného přetížení transformátoru rozpojí primární vinutí a toto se jeví navenek jako přerušené. Proto doporučujeme velmi opatrně odstranit vrchní izolaci transformátoru a přerušenou tepelnou pojistku nahradit novou. Samozřejmě je třeba zjistit, proč došlo k tepelnému přetížení transformátoru. Nadměrně prudké oteplení transformátoru může zapříčinit také tzv. mezizávitový zkrat ve vinutí. Transformátor se po připojení primárního napětí prudce ohřeje, často hlasitě “vrčí“ a odebírá naprázdno velký proud. Sekundární napětí je menší než jmenovité anebo se blíží k nule. Takto poškozený transformátor se nesmí používat a musí se převinout. Kontrola U transformátorů měříme ohmmetrem neporušenost jednotlivých vinutí. Ohmický odpor zjišťujeme zpravidla pomocí multimetru. Odpor vinutí odhadujeme – vycházíme z velikosti cívky a průměru drátu. Nezapomeneme orientačně měřit izolační odpor mezi primárním a sekundárním vinutím transformátoru a izolační odpor mezi jádrem a primárním a sekundárním vinutím transformátoru. Měl by být co největší, řádově desítky MW, popř. neměřitelný. Izolační odpor měříme malým napětím multimetrem) na transformátoru zabudovaném a zapojeném v zařízení. Odstranění závad Síťový transformátor vyjímáme ze zařízení pouze v případě, že izolační odpor mezi primárním a sekundárním vinutím vykazuje jednoznačně zkrat nebo jsou jeho hodnoty velmi nízké (stovky až desítky ohmů). Poté zkontrolujeme izolační odpor měřidlem izolačního odporu. Transformátor vyjmeme ze zařízení! Měřidlo izolačního odporu používáme na transformátory vyjmuté ze zařízení i v případě, jsou-li pochybnosti o jeho izolačním stavu. Transformátor poškozený mezizávitovým zkratem se nesmí používat a musí se převinout. Pozor však na autotransformátor. Zde měříme neporušenost vinutí včetně odboček a spolehlivý dotyk běžce autotransformátoru s vinutím pomocí multimetru přepnutým na měření odporů (bez napětí na autotransformátoru).
Technologie 3
Stránka - 19 -
3. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických strojů točivých Základní názvy a technická data elektrických strojů točivých jsou uvedeny v příslušných normách ČSN-ESČ, včetně požadavků na: bezpečnost, obsluhu, třídy izolací, dovolených oteplení, přetížitelnosti, mechanickou pevnost, izolační odpory, zkušební napětí, způsoby zkoušení, přejímání aj. K rozlišení výrobků nebo služeb na trhu slouží ochranné známky. 3.1. Všeobecné zásady montáže, údržby a oprav elektrických strojů točivých. 3.1.1 Značka kvality „Kvalitní a bezpečná montáž" Značka Kvalitní a bezpečná montáž vznikla v roce 2005 na základě požadavku a ve spolupráci s Unií elektrotechniků ČR. Vyjadřuje skutečnost, že držitel značky poskytuje služby, které jsou na dobré úrovni a které vyhovují požadavkům EU a že tato skutečnost je prověřena třetí nezávislou stranou. Udělení značky potvrzuje, že držitel značky poskytuje v oblasti elektromontážních prací službu, která je: Provedena kompetentním personálem Bezpečná a ověřená zkouškami podle platných předpisů Využívá kvalitních a spolehlivých komponentů Provedena postupem šetrným pro životní prostředí a bezpečným pro zpracovatele Požadavky na držitele značky vycházejí z principů, které jsou v Evropě uznávány pro tento druh služeb. 3.1.2 Provedení značky Značka vychází z tradiční a veřejnosti známé chráněné značky ESČ, která ve své původní podobě vyjadřuje stálou shodu vlastností výrobků s normami na elektrickou bezpečnost a je jednou z nejstarších značek tohoto druhu v Evropě. Základní eliptická značka ESČ je umístěna v kruhu s vloženým textem „Ekologie - Bezpečnost - Kvalita", který konkretizuje zaměření značky. Oblast služby, pro kterou je značka poskytována, je uvedena textem pod základní značkou ESČ.
Značka patří mezi přijaté značky v rámci „PROGRAMU ČESKÁ KVALITA".
3.1.3 Přínos značky pro poskytovatele služeb (držitele značky) Minimalizace rizik vyplývajících z nízké funkčnosti, bezpečnosti a spolehlivosti Zvýšení image malé firmy s prosazením na trhu, zlepšování podnikatelských vztahů Zlepšování vlastní služby i její prodejnosti na základě znalostí předpisů a technologií Udržování nekonfliktních vztahů s orgány dozoru Zajištění dobrých vztahů s partnery na montážním pracovišti Kontinuální zlepšování výsledků 3.1.4 Přínos značky pro uživatele služeb Záruka poskytnutí kvalitních a odborných služeb Záruka standardních postupů a výsledků poskytování služeb Záruka dodržení ekologických požadavků Technologie 3
Stránka - 20 -
Záruka dodržení všech požadavků na bezpečnost Záruka kvalifikovaného řešení neshod a reklamací
3.1.5 Propůjčení značky Právo na užívání značky může být udělováno organizacím nebo fyzickým osobám, které jsou schopny prokázat v oblasti elektromontáží, případně i projektování a provádění revizí: Požadovanou elektrotechnickou způsobilost (kvalifikaci) Technickou, technologickou a personální způsobilost Plnění zákonných požadavků ve vztahu k produktu, životnímu prostředí a bezpečnosti Znalost komponentů a materiálů pro montáž Schopnost řídit své vztahy se zákazníky, investory, dodavateli a vlastními zaměstnanci Schopnost řídit kontinuitu vlastního podnikání Značka může být udělena na základě úspěšného završení certifikačního postupu podle evropského předpisu CLC/TS 50349:2004 (v ČR vydané jako ČSN 330501 "Kvalifikace dodavatelů elektroinstalace") a dalších specifických požadavků na uchazeče o značku, které vycházejí ze základních systémových norem ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001 a příslušných zákonných předpisů. Kritéria pro udělení značky stanovuje certifikační orgán Elektrotechnického zkušebního ústavu ve spolupráci s Unií elektrotechniků České republiky. Značku uděluje EZÚ na dobu 3 let na základě přezkoumání zprávy z posouzení, kterou vyhotoví posuzovatel jmenovaný příslušným produktovým manažerem EZÚ. 3.1.6 Údržba a opravy Tato činnost začíná již správnou volbou elektrického stroje pro daný účel a prostředí. Není třeba asi připomínat, že elektrické zařízení při nesprávném nebo neopatrném zacházení, při nedokonalé nebo neodborné montáži či údržbě může způsobit úraz nebo smrt. Bezpečnost elektrického zařízení je závislá na množství činitelů proměnných nejen v čase, ale i ve vzájemných vztazích. Ochrana zdraví při práci a bezpečnost jsou stanoveny závaznou formou v části páté hlavy I a II zákona č. 251/2005 Sb., ve znění pozdějších předpisů, zákoník práce, zákonem č.309/2006 Sb., ve znění pozdějších předpisů, nařízením vlády č. 591/2006 Sb., vyhláškou č. 50/1978 Sb., ve znění pozdějších předpisů, vyhláškou č.20/1979Sb., ve znění pozdějších předpisů, nařízením vlády č. 101/2005 Sb., ve znění pozdějších předpisů, ČSN 34 1090, ČSN 33 2000-7-704. Konstrukční a technologický pokrok má za následek zvyšující se spolehlivost elektrických točivých strojů, avšak jejich poruchy nemohou být zcela vyloučeny. Po provedení základní očisty a odstranění všech nečistot na povrchu i uvnitř elektrického zařízení je nutné zvážit další postup. Způsob obnovy bude ovlivněn požadavkem na rychlost obnovy provozu zařízení. V případě dostatečné časové rezervy lze postupovat pracnějším a časově náročnějším způsobem, spočívajícím v dokonalém vyčištění zařízení a jeho postupném vysušení. Vyměněny jsou pouze nezbytně nutné části zařízení, které nelze z důvodů nerozebíratelnosti dokonale vyčistit a vysušit. Revitalizace elektrických strojů je poněkud náročnější a vyžaduje jejich úplné rozebrání, aby byl co nejlepší přístup k vinutí a ložiskům. Pokud se jedná o asynchronní motory, bude hlavním problémem vysušení statorového vinutí. V případě komutátorových strojů bude situace ještě komplikovanější, neboť bude nutné ošetřit budicí vinutí, vinutí kotvy s komutátorem a unášeč kartáčů. Dalším opatřením jsou pravidelné kontroly a revize během jejich používání. Účelem revize elektrického zařízení je ověřování jejich stavu z hlediska bezpečnosti. Obsah, postupy a lhůty jejich provádění stanovují normy a předpisy.
Technologie 3
Stránka - 21 -
3.2. Nejčastější závady elektrických strojů Pravidla vyhledávání závad platí stejně pro každý elektrický spotřebič, stroj nebo zařízení. Setkáváme se proto u často se vyskytujících elektrických zařízení s určitou algoritmizací úkonů při vyhledávání závady. Příkladem může být následující tabulka pro vyhledávání závad motorů. Příčiny Závada
Motor se nerozbíhá a je přitom tichý Po počátečním rozběhu se motor přestane rozbíhat a je tichý
Všeobecné Na svorkách není napětí: -hlavní přívod nemá napětí, -nesprávné propojení svorek -porucha vinutí, přerušení vývodů Vypnul jistič nebo se přetavily pojistky -jistič je špatně nastaven -pojistky jsou poddimenzované -rozběh je příliš těžký -závada v přívodu -závada ve vinutí motoru
Motor se nerozběhne na jmenovité otáčky a běží se zvětšeným proudem
Synchronní
Komutátorové
Stejnosměrné
stroje
stroje
stroje střídavé
stroje
Zdvižené kartáče
Jsou přetaveny
nejméně dvě pojistky v trojfázové síti
Zdvižené kartáče
Porucha vinutí v obvodu kotvy
Jsou přetaveny nejméně dvě pojistky v trojfázové síti
Rotorový obvod je přerušen -vedení ke spouštěči je přerušeno -kartáče nedosedají na kroužky -spouštěč je přerušen alespoň ve dvou fázích
Motor se nerozbíhá a mírně elektromagneticky bzučí
Motor se nerozbíhá a značně elektromagneticky bzučí
Asynchronní
Závada ve vinutí nebo vedení, rotor drhne o stator (zkřížený stator), motor je přetížen technologickým zařízením, porucha ložisek, motor nemá správné napětí Špatné zapojení svorkovnice nebo ostatních obvodů, přetížení technologickým zařízením, závada ve vinutí, motor nemá správné napětí
Přívod v jedné fázi je přerušen: -jedna pojistka je přetavená, -je vadný kontakt nebo spoj, -je špatně zapojena svorkovnice Motor má nevhodný průběh momentové charakteristiky vzhledem k technologickém u zařízení, závada ve spouštěči, poškozená klec
Nesprávné buzení motoru, poškozené rozběhové vinutí,
Motor má nevhodný průběh momentové charakteristiky, je poškozeno rozběhové vinutí
Nesprávné zapojení, přívod v jedné fázi je přerušen, nesprávná poloha kartáčů
Nesprávné zapojení, nesprávná poloha kartáčů
Nesprávná poloha kartáčů, porucha vinutí
Budicí proud neodpovídá štítkovým hodnotám, nesprávná poloha kartáčů
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 3
Stránka - 22 -
3.3. Poruchy izolace Degradační faktory působící na izolaci elektrické zařízení Z vlivů vyjmenovaných v ČSN 33 2000-3 (Vnější vlivy působící na elektrické zařízení) se jedná o následující druhy: 1. Teplota, vlhkost 2. Nadmořská výška 3. Přítomnost vodní masy 4. Výskyt cizích pevných těles, korozivních nebo znečišťujících látek 5. Mechanické namáhání 6. Výskyt flóry a fauny 7. Přítomnost elektromagnetického, elektrostatického a ionizujícího působení 8. Sluneční záření, seizmické účinky Z těchto vlivů ve zvýšené míře uplatňují teplota okolí, vlhkost, výskyt cizích pevných těles a korozivních nebo znečišťujících látek. Izolace vodičů Izolace vodiče elektrického stroje má vodič izolovat proti magnetickému obvodu. V němž je uložen, proti sousedním vodičům a jiným neaktivním částem. Životnost elektrického zařízení závisí hlavně na jakosti a trvanlivosti použité izolace. Při návrhu běžného zařízení se předpokládá, že za obvyklých podmínek vydrží izolace 20 let. Trvanlivost materiálů používaných na izolace závisí na mnoha činitelích, jako je teplota, elektrické a mechanické namáhání (chvění, otřesy, vliv rozdílné tepelné roztažnosti), škodlivé účinky okolí (vlhkost, nečistoty, chemikálie), apod. Nejdůležitější z těchto činitelů je teplota. Pro malé a některé střední stroje se používá na vinutí smaltovaných vodičů profilovaných nebo kulatých. Vodiče bývají dvakrát opředeny bavlnou. Pro vyšší teploty se k opředení používá skelného vlákna. Základy diagnostiky Schopnost elektrických strojů vykonávat svoji funkci je založena na existenci magnetického pole ve vzduchové mezeře, které vytváří uzavřenou smyčku v ploše příčného řezu plechů statoru a rotoru. Složky magnetického toku v koncových částech stroje vně jader mají nežádoucí charakter. Proto se dostupné signály, které jsou vhodné pro detekci možných poruch, odvozují se od magnetického pole ve vzduchové mezeře. Magnetické pole se musí analyzovat za účelem rozlišení mezi těmi složkami, které se vyskytují při obvyklých provozních podmínkách, a mezi složkami, které jsou přisuzovány určitým poruchám, a které neexistují ve zdravém stroji. Jelikož se vinutí, budící magnetické pole, skládá z cívek symetricky rozložených po obvodu, a protože součet napájecích proudů je obvykle nulový, vytváří pole ve vzduchové mezeře také periodickou funkci podél obvodu.
Technologie 3
Stránka - 23 -
3.4. Kontrola sběracích kroužků, komutátorů a kartáčů Sběrací kroužky jsou obvykle uloženy na ocelovém pouzdru, navlečeném na hřídel. Bývají ocelové nebo bronzové a navzájem jsou izolované. K vinutí motoru jsou připojeny axiálními izolovanými vývody.
Sběrací kroužky Ke sběracím kroužkům přiléhají grafitické nebo kovografitické kartáče. Převádějí rotorový proud do vnějších obvodů, sloužících k řízení motoru. Jsou navzájem izolované a nesené zvláštní konstrukcí, upevněnou na základové desce, ložiskovém stojanu nebo ložiskovém štítě motoru. Kartáče bývají trvale přiloženy ke kroužkům pouze u motorů, jejichž rychlost otáčení se řídí vnějšími rotorovými obvody. V naprosté většině případů se motor s přiloženými kartáči pouze rozbíhá. Po ukončení rozběhu jsou kroužky spojeny nakrátko a kartáče se odklopí, což zabezpečuje zvláštní mechanismus. Spojovač nakrátko tvoří kontakty na pouzdru, posuvném po hřídeli i za chodu motoru. Jsou-li kartáče opotřebeny na třetinu až polovinu původní délky, je nutné je vyměnit. Trojfázové vinutí rotoru, spojené do hvězdy nebo do trojúhelníku, je vyvedeno ke třem kroužkům, které jsou izolovaně nasazeny na hřídeli. Na kroužcích jsou kartáče, z nichž se odvádí proud do trojfázového spouštěče, který je tvořen třemi sadami stejných odporů, jež se trojramennou pákou s kartáči spojují do uzlu.
Spouštění kroužkového asynchronního motoru Některé motory mívají odklápěč kartáčů, jímž se po dokončení rozběhu kroužky spojují nakrátko. Tak se vyloučí přechodové odpory na kartáčích a odpory ke spouštěči. Pak se nadzvednou kartáče, aby se zbytečně neopotřebovávaly. Sběrač proudu tvarovaný, fosforová bronz 0,05mm
Technologie 3
Stránka - 24 -
3.5. Údržba ložisek Zjistíme-li dotykem nebo měřením přehřátí ložiska, pak je to způsobeno: nedostatkem nebo špatným druhem maziva v ložisku, nečistotou do něj vniklou, vůlí v ložisku, přílišným tahem řemene nebo poškozeným ložiskem v důsledku nevyváženého rotoru, osovým tlakem případně špatně vystředěnou spojkou.
Další možnou příčinou jsou ložiskové proudy. Ložiskové proudy jsou vytvářeny dvěma zdroji: nepravidelnostmi „jha" statoru, souhlasnými proudy u motorů napájených z měničů. Pokud „jho" obsahuje nepravidelnosti, jako například ventilační kanály, spojky, rybinové stahovací zářezy, atd., je jejich počet a rozložení podél obvodu rozhodující pro indukci hřídelových napěti, které mohou vést k ložiskovým proudům protékajícím oběma ložisky. Ložiskové proudy obvykle obsahují převážně základní kmitočet, a díky saturačním účinkům i superponovanou složku o trojnásobném základním kmitočtu. Dlouhodobé zkušenosti ukazují, že ložiska jsou ohrožena tehdy, když efektivní hodnota hřídelového napětí přesáhne 200 mV až 250 mV. V tomto případě je na odpovědnosti výrobce, aby zabránil ložiskovým proudům pomocí izolace ložiska na nepoháněné straně (NDE). K základním podmínkám správné montáže ložisek patří čistota a šetrné zacházení.
Technologie 3
Stránka - 25 -
3.6. Zkoušení elektrických strojů točivých
ČESKOSLOVENSKÁ NORMA TOČIVÉ ELEKTRICKÉ STROJE Zkoušky
Červenec 1992
ČSN 35 0010
a její změna ČSN 350010:1992/Z1 (35 0010) 1.1.2001 – ukázka hlavičky dříve vydané a doposud platné normy Obsah normy: Termíny a definice, zkoušky a zkoušení, měření izolačního odporu a sušení, měření oteplení, rozběhové zkoušky, účel zkoušek, typové zkoušky, podmínky při zkoušení, měřicí přístroje, základní mechanické zkoušky, zkoušky strojů zvláštního provedení, prohlídky - čistoty,vinutí, sběracího ústrojí, komutátorů, svorkovnice a ochranné a uzemňovací svorky, hřídele, drážky pro pero, čepů, ložisek ventilátorů a vývažků, dosedacích ploch, šroubových spojů, závěsných prvků, kontrola stupně krytí, výkonnostních a jiných štítků, maznic a olejoznaků, příslušenství stroje, úprava povrchu, konzervace a balení, kontrola rozměrů a montáže, montážních rozměrů, vůle v ložiskách, krytů, vzduchové mezery a montážní vůle, házivosti komutátoru a sběracích kroužků, měření kmitání, hluku a kritických otáček, měření osového rozchodu a kontrola osového magnetického tahu, kontrola chodu sběracího ústrojí, komutátoru a sběracích kroužků, kontrola ozubených převodů, zkouška mechanické odolnosti, měření momentu. Základní elektrické zkoušky - měření činného odporu vinutí, zkouška elektrické vinutí přiloženým napětím, měření izolačního odporu, měření naprázdno, měření měření charakteristik při zatížení, zkouška přetížitelnosti, zkouška komutace, řiditelných vlastností, oteplovací zkouška, rozběhové zkoušky, zkouška elektrické vinutí přiloženým napětím, měření izolačního odporu a sušení strojů
Technologie 3
odolnosti nakrátko, zkouška odolnosti
Stránka - 26 -
3.7. Chlazení a provedení elektrických strojů točivých U točivých elektrických strojů se převážně používá vzduchové nucené chlazení. Standardní třífázové motory jsou obyčejně chlazeny vrtulí umístěnou na motorové hřídeli. Tento způsob chlazení pracuje na neregulovaných motorech, které jsou provozovány na plný výkon
Rychlostně regulované motory, jako například servomotory proto vyžadují nucenou ventilaci. Tato ventilace garantuje konstantní chlazení motoru bez závislosti na rychlosti motoru. Výhody nové generace nucené ventilace motorů jsou vyšší třída krytí, nízká hlučnost a vyšší chladící výkon.
Elektrické motory jsou často provozovány v různých rychlostech řízeny přes frekvenční měnič. To znamená, že motor musí produkovat vysoký výkon i při malých rychlostech. Sama ventilace přes synchronně se točící lopatky ukotvené na hřídeli je v tomto případě nedostatečná. Systém nucené ventilace (druhý obrázek) je řešením tohoto problému. Obsahuje kryt, v němž je umístěný ventilátor nezávislý na funkci motoru, který chladí. Systém nucené ventilace je druh kontinuálního vzduchového průtoku, který zajišťuje dostatečný chladící výkon ve všech provozních podmínkách motoru.
Technologie 3
Stránka - 27 -
Vlastní provedení elektromotorů je specifikováno v normě ČSN EN 50347 (35 00 00) Při posuzování elektromotorů je třeba vzít v potaz následující parametry: Všeobecně: normy a předpisy pro elektromotory, strukturu objednacího čísla, zkrácená označení pro zvláštní provedení, tvary, tolerance. Z elektrických údajů: napětí a kmitočet, výkon, teplotu okolí, účinnost a účiník, jmenovitý moment, momentová pásma, izolace, ochrana motoru, krytí motoru, otáčky a směr otáčení Z mechanických údajů: chlazení a ventilace, hluk, provedení svorkovnice, provedení kostry, závěsná oka, opatření pro montáž převodovky, připojení motoru, ložiska, přípustná zařízení, přípustná radiální zatížení, přípustná axiální zatížení, nátěr, mechanický chod, chvění, hřídelové konce, příslušenství, náhradní díly, technická data pro výběr a objednávání, rozměry a certifikáty Přehled norem, vztahujících se k elektrickým točivým strojům je přehledně uvedeno v následující tabulce.
Technologie 3
Stránka - 28 -
4. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektrických zařízení 4.1. Montáž a údržba osvětlovacích soustav Projekt, instalace, audit. Když se přistupuje k projektu prvnim krokem je provedeni důkladného auditu osvětlení v každé budově, protože tento audit bude potom potřebný v procesu montáže nebo rekonstrukce. Data z auditu zahrnují informace o typu svítidel, lamp a předřadníků instalovanych v každé mistnosti a ve všech budovách. Při auditu rovněž zjišťujeme možnosti vypínani osvětlení v situacích, kdy to není potřebné, např. v prázdných uličkách. Osvětlení ve vyrobním závodě obecně svítí mnohem více hodin ročně než v kanceláři nebo v prodejně, takže učinné osvětlovací zařizení má rozhodující význam. Nová halogenová svítidla maji velký světelný výkon s velmi vysokou učinností. Výrobcem deklarované parametry světelného výkonu se časem zhoršují, takže po uplynutí pouhých 60 % provozní životnosti klesne světelný výkon o více než 40 %, i když spotřeba energie zůstane stejná jako u nových lamp.
Světelný zdroj je primárním prvkem světelné soustavy. Jeho světelné a další parametry tedy limitují celou osvětlovací soustavu jak po stránce světelně technické, tak po stránce i provozně ekonomické i z hlediska provozní údržby. Jako náhrada halogenovych svitidel se většinou použivají svítidla s několika zařivkami o vysokém výkonu a často také s vysoce výkonnymi předřadníky. Tyto lampy neztracejí v průběhu používaní více než 10 % výkonu za celou dobu jejich provozní životnosti, takže stále produkují stejně intenzivní světlo s menší spotřebou energie. Zařivky spotřebovávají asi polovinu energie ve srovnáni s halogenovými výbojkami a v závislosti na ceně energie a ročních provozních hodinách se mohou zaplatit za jeden až čtyři roky. Další možností je náhrada starších zařivek typu T-12 a magnetických tlumivek současnou generací lamp T-8 a účinnějšími elektronickými předřadníky. Regulaci zářivkového osvětlení je možno realizovat pomocí čidel pohybu a fotobuněk. Použití čidel může výrazně přispět k úsporám energie.
Technologie 3
Stránka - 29 -
Je tedy nutno dosáhnout těchto základních cílů: - úsporu elektrické energie při provozu osvětlení - maximální snížení nákladů na provozní údržbu - jednoduchou montáž a manipulaci pro zkrácení doby a zlevnění údržby Technické provedení a montáž Technické provedení svítidla je důležité z hlediska jeho montáže, připojení a následné údržby. Rovněž je nutné postupovat s ohledem na ustanovení ČSN 33 2000-4-428.(Ochranná opatření z hlediska vnějších vlivů, tj. ochrana proti požáru) Proto bychom při výběru svítidla měli posuzovat: - provedení upevňovacího prvku na výložník nebo dřík stožáru - způsob otvírání krytu předřadníku - počet nezbytných úkonů a použití nástrojů - zda umožňuje otevření tohoto krytu současně provést i výměnu světelného zdroje - zajištění krytu před odpadnutím - zajištění krytu v otevřené poloze před působením větru - provedení spojovacích a zajišťovacích prvků z hlediska klimatických vlivů - způsob provádění výměny světelného zdroje - světelně činná část se musí otevřít - pevnost a stabilita těsnění, zajištění krytu před odpadnutím - zajištění krytu v otevřené poloze před působením větru - provedení spojovacích a zajišťovacích prvků z hlediska klimatických vlivů - způsob vyjímání bloku objímky zdroje - automatické odpojení elektrického přívodu zdroje při vyjmutí bloku objímky - odolnost svítidla proti otřesům, zkouška na dynamické namáhání - provedení připojovací svorkovnice svítidla - konektorové připojení umožňující odpojení svítidla bez nástroje - výměna celého bloku bez nástroje - přístup ze spodu a z vrchu, práce v přirozené pozici
Technologie 3
Stránka - 30 -
Údržba spočívá především v trvalém zajištění světelných podmínek pro kvalitní a bezpečnou práci a v hospodárném využívání elektrické energie pro osvětlování. Základní ustanovení o údržbě osvětlovacích soustav a o jejich technickém zabezpečení musí být obsaženo již v projektové dokumentaci. Údržba musí být prováděna podle místních provozních a bezpečnostních předpisů vypracovaných ke konkrétním podmínkám. Je řešena v normách TNI 36 0451 Údržba vnitřních osvětlovacích soustav, ČSN 360011 část 1 a 3 Osvětlení vnitřních prostorů a Osvětlení pracovních prostorů. Tyto předpisy obsahují: - závazné údaje o osvětlení a místa jejich ověřování - pravidla pro obsluhu osvětlení - pracovní postup údržby, způsob likvidace odpadů - způsob zajištění bezpečnosti práce a technického zařízení - způsob zajištění takových podmínek pro práci, které neohrožují zdraví - vybavení pracovníků pracovními pomůckami - vybavení pracovníků ochrannými prostředky - určení odpovědných pracovníků a jejich kvalifikace - stanovení lhůt činností (včetně revizí) korigovaných na základě výsledků kontrolních měření - způsob zajištění evidence stavu osvětlovacích soustav, údržbových prací a výsledků kontrolních měření Čistění svítidel a světelných zdrojů Čištění se provádí suchou nebo mokrou cestou, a to v termínech stanovených v místních provozních a bezpečnostních předpisech. Na sucho odstraňujeme prach pomocí štětců, smetáků, prachovek nebo vysavače. Tímto postupem lze odstranit pouze prachové částice, které pevně neulpěli na osvětlovacím zařízení Čištění namokro spočívá v oplachování vodou s přídavky vhodných čisticích prostředků (podle charakteru znečištění svítidel). Z důvodu bezpečnosti práce se osvětlovací tělesa čistí zásadně po demontáži (demontovaná tělesa se dopraví na pracoviště určené k čištění svítidel). Kryty svítidel z plastů je vhodné po očištění opláchnout roztokem s antistatickým účinkem. Tím se omezí povrchové elektrostatické náboje a podstatně se zpomalí zaprášení. Po opláchnutí již kryty neutíráme Nejvyšší dovolené teploty svítidel jsou za normálních podmínek 900C, za poruchových podmínek 1150C. U svítidel bez údajů výrobce musí být bodové reflektory umístěny od zápalných materiálů ve vzdálenosti do 100W alespoň 0,5m; od 100W do 300W alespoň 0,8m a od 300W do 500W alespoň 1m.
Technologie 3
Stránka - 31 -
4.2. Opravy osvětlovacích soustav a) Opravy elektrických rozvodů osvětlovacích soustav V rozvaděčích, ze kterých je osvětlovací soustava napájena, provádíme celkovou prohlídku, čištění, kontrolu šroubových spojů a výměnu opotřebených nebo vadných elektrických předmětů (vypínačů, jističů, stykačů, časových a pomocných relé, pojistkových spodků, svorkovnic, panelových přístrojů atd.) V rámci údržby se také vyměňují poškozené nebo vadné přívodní kabely ke svítidlům a kabely ovládacích obvodů (včetně oprav nebo výměn konstrukčních částí pro jejich upevnění – uložení – a výměn ovládacích přístrojů – vypínačů, tlačítek, fotoelektrických spínačů atd.) Do komplexu prohlídek a kontrol osvětlovacích soustav zahrnujeme rovněž měření izolačního stavu rozvaděčů, rozvodů a svítidel, kontrolu ochrany před nebezpečným dotykovým napětím, měření proudů a napětí včetně kontroly osvětlenosti. K vybavení pracovníků pro opravy svítidel a údržbu elektrických rozvodů osvětlovacích soustav patří: - základní sortiment izolovaného nářadí s brašnou - zkoušečka napětí do 500 V - univerzální měřič napětí a proudů (klešťový) - měřič izolačního odporu – měřící napětí 500 V - přístroj pro měření impedance smyčky (kontrola ochrany nulováním) - luxmetr - osobní ochranné a pracovní prostředky b)Opravy elektrických obvodů svítidel Závady v elektrické části svítidel můžeme úspěšně odstraňovat, známe-li zapojení obvodu a jeho funkci. Zapojení svítidel se žárovkami je jednoduché a nebudeme se jim zde zabývat. Základní zapojení zářivek a výbojek stručně popíšeme. Postup při zjišťování závad vyplývá z popisu funkce jednotlivých obvodů. Pro zapálení výboje v zářivce je nutné nažhavení elektrod zatavených na obou koncích trubice. To umožní doutnavkový zapalovač – tzv. startér, který sériově zapojené žhavící elektrody připojí přes předřadnou tlumivku L na síť. Nažhavením elektrod a napěťovou špičkou na předřadné tlumivce (vzniklou při rozpojení startéru) dojde k zapálení výboje ve rtuťových parách zářivky. Bezpečnostní zásady - svítidla musí být umístěna tak, aby nedošlo k ohrožení osob, - vždy je nutné dbát na to, aby svítidla nebyla umístěna v blízkosti hořlavých materiálů, - elektrické přívody ke svítidlům musí být od svítidla odděleny nehořlavou a tepelně izolující podložkou, - svítidla ve vlhkých prostorách musí být umístěna tak, aby nedocházelo k jejich naplnění vodou, - připojování svítidel je vždy třeba provádět při vypnutém elektrickém proudu (vypnutý jistič) a dle přiloženého návodu, - přívodové vodiče se spojují se svítidlem obyčejně izolační svorkou. Vodiče musí být vždy kryty touto izolační svorkou, aby nebylo možné se dotknout nekrytých vodivých částí, - zavěšení svítidla se provádí vždy na hák či závěs, svítidlo nikdy nesmí viset přímo na vodiči, - upevnění svítidla musí být vždy zajištěno tak, aby nedocházelo pohybu svítidla a k překroucení či natažení elektrických vodičů.
Technologie 3
Stránka - 32 -
4.3. Údržba elektrotepelných zařízení Podle principu přeměny elektrické energie na teplo rozeznáváme elektrotepelná zařízení odporová, oblouková, indukční, dielektrická, plazmová a laserová. Údržbou a bezpečností těchto zařízení se zabývá technická norma ČSN EN 60519–2 (335002) Bezpečnost u elektrotepelných zařízení. Část 2: Zvláštní požadavky pro odporová elektrotepelná zařízení. Elektricky vodivý materiál se buď přímo ohřívá procházejícím proudem (přímý ohřev), nebo jsou zdrojem tepla topné články (nepřímý ohřev). Do teploty 13000C se používají kovové topné články (slitiny Cr, Ni, Fe, Al), pro vyšší teploty se používají články nekovové (silit, umělá tuha a další). Údržba odporových pecí se provádí podle návodu výrobce. Můžeme se setkat i se speciálními materiály.
Příkladem může být topný element TUBOTHAL. Jako topný materiál se používá KANTHAL APM. Při teplotě 1000°C má více než dvojnásobnou životnost ve srovnání s NiCr materiály. Elementy TUBOTHAL dosahují výkonu až 40kW na 1 metr délky elementu.
Dalším příkladem je KANTHAL SUPER HT, nový topný element, který vyniká svými optimálními vlastnostmi při velmi vysokých teplotách až do 1830°C ve vzduchu, kyslíku a cyklických podmínkách. Tento element je vhodný pro teploty v pecní komoře až do 1750°C. Speciální vlastností elementu KANTHAL SUPER HT je výrazně nižší tvorba ochranné vrstvy oxidů. Tento aspekt má zásadní vliv na velikost pnutí mezi základním materiálem elementu a vrstvou oxidů, což výrazně prodlužuje životnost při cyklických ohřevech. Tepelných zařízení je celá řada a platí pro ně i celá řada speciálních norem. Některé z nich obsahují též požadavky na obsah průvodní dokumentace od výrobce, zpracování návodů pro instalaci a provozování, na údržbu a opravy, servis včetně termínů pravidelné kontroly, a také požadavky na požární bezpečnost. Při instalaci a provozování tepelného zařízení je nutné se pečlivě seznámit především s návodem výrobce a dodržovat pokyny v něm uvedené. Výrobce totiž může stanovit přísnější požadavky např. na bezpečné vzdálenosti, údržbu, servis a pravidelné kontroly, než jaké jsou uvedeny v souvisejících technických normách. Jedna ze základních je ČSN 06 1008:1997 Požární bezpečnost tepelných zařízení. Tato norma stanovuje technické požadavky na požární bezpečnost pro instalaci, navrhování a montáž tepelných zařízení ve stavbách trvalých i dočasných. Norma neplatí pro instalaci tepelných zařízení v železničních kolejových vozidlech, pro instalaci spotřebičů na vnitrostátních plavidlech a dále pro ruční spotřebiče, jako jsou např. žehličky, páječky, lampy a jiné. Technologie 3
Stránka - 33 -
Stanovuje také zkušební podmínky a zkušební metody pro určování bezpečných vzdáleností tepelných zařízení od povrchů hořlavých hmot a požadavky na technickou dokumentaci tepelných zařízení z hlediska požární bezpečnosti. Základní rozdělení tepelných zařízení Lokální spotřebiče Mohou být elektrické, mohou spalovat pevná, kapalná a plynná paliva. Můžeme je dále rozlišovat z hlediska účelu použití na spotřebiče k vytápění (konvekční a sálavá kamna, krby, infračervené zářiče, elektrická otopná tělesa, kotle pro ústřední vytápění nebo pro ústřední ohřívání užitkové vody, teplovzdušné jednotky k lokálnímu nebo ústřednímu vytápění) nebo k vaření, popř. k pečení, ohřevu či chlazení (sporáky, vařiče, pečící trouby a skříně, smažiče, opékače, varné kotle, průtokové a zásobníkové ohřívače vody, chladničky apod.). Soustavy ústředního vytápění Jsou tvořeny zdrojem tepla, rozvodnými a teplosměnnými částmi (potrubní rozvody, otopná tělesa, regulační prvky, popř. výměníky tepla apod.) a můžeme je rozlišovat: - z hlediska provozu na přímotopné nebo s akumulací tepla, - z hlediska použité pracovní látky na vodní (teplovodní, teplovodní nízkoteplotní s nejvyšší pracovní teplotou otopné vody do 65°C, horkovodní) nebo parní (nízkotlaké, středotlaké). Společné požadavky na instalaci tepelných zařízení Instalovat a provozovat se smí pouze tepelné zařízení, které bylo schválené z hlediska požární bezpečnosti. Při instalaci a provozování tepelného zařízení je nutné se řídit návodem výrobce, předmětovými normami na příslušné tepelné zařízení včetně požadavků na požární bezpečnost. Při instalaci je nutné dodržovat bezpečné vzdálenosti tepelných zařízení od povrchů stavební konstrukce, podlahové krytiny a zařizovacích předmětů z hořlavých hmot, které by měly být uvedeny v technické dokumentaci pro odběratele. Jestliže není možno např. z prostorových důvodů dodržet předepsanou bezpečnou vzdálenost, použije se ochranná zástěna - konstrukce (konstrukční prvek) určená k ochraně konstrukcí a předmětů z hořlavých hmot, umístěných vedle nebo nad tepelným zařízením, proti účinkům sálání tepla z tepelného zařízení. V případě, že by oteplení, příp. teploty povrchu stěn stavební konstrukce nebo podlahové krytiny, na níž je tepelné zařízení nainstalováno, převýšily při jeho provozu přípustnou hodnotu stanovenou předmětnou normou, je nutno použít izolační podložku - konstrukce (konstrukční prvek) umístěná pod tepelným zařízením instalovaným na podlaze nebo mezi stěnou a na ní upevněným tepelným zařízením a určená k ochraně podlahové krytiny nebo stěny z hořlavých hmot proti tepelným účinkům tepelného zařízení. Bezpečná vzdálenost Je to nejmenší vzdálenost vnějšího povrchu tepelného zařízení (spotřebiče, včetně kouřovodu, teplovzdušné jednotky, zdrojů tepla nebo rozvodných a teplosměnných částí soustavy ústředního vytápění) od hmoty daného stupně hořlavosti (např. stavební konstrukce, podlahové krytiny, zařizovacího předmětu, skladového materiálu apod.), při níž teplota povrchu této hmoty nepřekročí vlivem provozu tepelného zařízení přípustnou hodnotu. Pro spotřebiče vyrobené a provozované podle dříve platných norem (kromě infračervených zářičů), které nemají bezpečnou vzdálenost uvedenu v dokumentaci od výrobce, jsou informativní bezpečné vzdálenosti uvedeny v příloze D (informativní) k ČSN 06 1008. Pro infračervené zářiče a tmavé zářiče jsou bezpečné vzdálenosti od povrchů stavební konstrukce, podlahové krytiny nebo zařizovacího předmětu z hořlavých hmot předepsány zpravidla v dokumentaci výrobce na příslušný zářič. Není-li tomu tak, musí být při instalaci dodrženy následující hodnoty pro:
Technologie 3
Stránka - 34 -
a) světlé infračervené zářiče na plynná paliva a elektrické zářiče s teplotou topné plochy větší než 500 °C: 1) ve směru hlavního sálání nesmí být v žádném případě menší než 2 000 mm; 2) v ostatních směrech 800 mm; b) tmavé zářiče na plynná paliva, včetně zářiče se sálavými trubkami a elektrické zářiče s teplotou topné plochy nejvýše 500 °C: 1) ve směru hlavního sálání 1 000 mm; 2) v ostatních směrech 500 mm u zářiče s reflektorem bez izolace a 300 mm u zářiče s reflektorem s izolací. Charakteristika prostředí Při instalaci tepelných zařízení je nutné dodržovat stanovené požadavky podle charakteristiky prostředí. Při určování prostředí je rozhodující zhodnocení konkrétních podmínek, vyskytujících se v prostoru, kde mají být instalována a provozována tepelná zařízení. Doporučuje se, aby posouzení prostředí prováděla odborná komise, složená z kvalifikovaných odborníků, jako jsou např. vedoucí provozu, technolog výroby, bezpečnostní technik, požární technik, elektrotechnik, popř. odborníci dalších profesí. Technická dokumentace pro odběratele S každým tepelným zařízením musí být dodána technická dokumentace v českém jazyce, obsahující: a) údaje o charakteristice prostředí, ve kterém smí být tepelné zařízení umístěno, b) návod k montáži a obsluze, obsahující předpis pro instalaci a předpis pro obsluhu a údržbu, včetně upozornění, v jakých termínech má být prováděna pravidelná údržba a kdo ji smí provádět. Přehled tepelných spotřebičů v domácnosti, změna elektrické energie na tepelnou - odporový drát nejčastěji ve formě topné spirály obsažené v tepelných elektrických spotřebičích elektrický vařič, elektrická trouba, elektrický přímotop, pračka, elektrický bojler, rychlovarná konvice, ponorný ohřívač, kulma, fén, žehlička, elektrická opalovací pistole, žárovka.
Technologie 3
Stránka - 35 -
4.4. Údržba a opravy ostatních elektrických zařízení – spínací přístroje Do skupiny spínačů patří široký sortiment druhů určených pro různé účely, různá napětí a různé výkony. Jsou to např. vypínače, přepínače, odpínače, odpojovače, úsečníky, uzemňovače, zkratovače, stykače, jističe, relé, kontroléry, spouštěče, pojistky a chrániče. Dále se spínače dělí podle celé řady hledisek, např. podle způsobu zabudování, ovládání, provedení kontaktů, zhášení oblouku a časového působení. Bezchybný a bezpečný provoz spínacích přístrojů předpokládá, že doprava, skladování, usazení na místě, montáž a také obsluha a opravy budou prováděny odborným a odpovídajícím způsobem. Tyto spínací přístroje jsou určeny pro použití v normálních provozních podmínkách podle definice normy ČSN EN 62271-1. hodnoty: Teplota okolí: maximální hodnota: + 40 °C, maximální střední hodnota za 24 hodin: + 35 °C, minimální hodnota (odp. „minus 40 venk.“): – 40 °C Údržba Z praxe vyplývá, že je v provozu mnoho nejrůznějších starších přístrojů. Jejich stav a provozuschopnost odpovídá podmínkám, v jakých pracují, a péči uživatelů. Vlivem času a provozu dochází k opotřebení a znečištění jednotlivých dílů. Není-li na jističi vykonávána pravidelná odborná údržba, nelze vyloučit ani to, že mechanismus jističe přestane fungovat právě ve chvíli, kdy je to nejméně vhodné. Často se stává, že technici při servisní prohlídce přístrojů odhalí včas, nebo dokonce na poslední chvíli hrozící nebezpečí zkratu či požáru vlivem znečištění povrchu nebo degradaci izolace přístrojů, nedokonalé spoje nebo chybějící izolační přepážky. Mnoho součástí přístrojů může být poškozeno, ačkoliv to na první pohled není vidět. Nejde vždy pouze o poškození samotného přístroje. Jsou to také např. nedotažené spoje v nepřístupných místech, spoje natřené v místě dotyku barvou nebo nedostatečné upevnění přípojnic. Často se také najdou cizí předměty v elektrickém zařízení, jejichž přítomnost či náhlé uvolnění může způsobit výrazné škody. Mnohdy je také zjištěno nevhodné nastavení nadproudových spouští jističů, které může způsobit nežádoucí výpadek části nebo celého zařízení. Odstranění takovýchto „sekundárních“ závad rovněž zvyšuje bezpečnost a spolehlivost zařízení.
Technologie 3
Stránka - 36 -
4.5.
Údržba a opravy ostatních elektrických zařízení – rozvodná zařízení
Problematiku řeší platná norma: příklad hlavičky dříve vydané československé normy
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. 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 3
Stránka - 37 -
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.
Technologie 3
Stránka - 38 -
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. Elektroinstalace již dávno není jen o počtu zásuvek a spínačů. Mnohem častěji se v domovní elektroinstalaci prosazují i prvky automatizace a komunikace (ovládání osvětlení, vytápění, žaluzií, ovládání pomocí telefonu, atd.). V neposlední řadě bývá krom funkce též kladen důraz na stránku designu přístrojů.
Technologie 3
Stránka - 39 -
5. Montáž, údržba, opravy a zapojení elektronických zařízení 5.1. Číslicová technika, číselné soustavy a kódy, základy Booleovy algebry Číslicová technika je označení pro obor zabývající se zařízeními, která zpracovávají signály ve formě číslicových, obvykle digitálních dat. Je základem mnoha zařízení současné techniky. Číselná soustava je způsob reprezentace čísel. Podle způsobu určení hodnoty čísla z dané reprezentace rozlišujeme dva hlavní druhy číselných soustav: poziční číselné soustavy a nepoziční číselné soustavy. V praxi se však také používaly způsoby reprezentace používající postupy z obou těchto druhů. Dnes se obvykle používají soustavy poziční. Zápis čísla dané soustavy je posloupností symbolů, které se nazývají číslice. Mezi nejčastěji používané poziční číselné soustavy patří: jedničková (unární, počet číslic 1) – přestože si to ani neuvědomujeme, tuto soustavu běžně používáme při počítání na prstech nebo při psaní čárek označujících počet piv na účet v restauračních zařízeních. Může být řazena mezi speciální poziční soustavy nebo i zcela mimo dělení na poziční/nepoziční soustavy. dvojková (binární, počet číslic 2) – přímá implementace v digitálních elektronických obvodech (použitím logických členů), čili interně ji používají všechny moderní počítače osmičková (oktální, oktalová, počet číslic 8) desítková (decimální, dekadická, počet číslic 10) – nejpoužívanější v běžném životě šestnáctková (hexadecimální, počet číslic 16) – používá se v oblasti informatiky, pro číslice 10 až 15 se používají písmena A až F Booleova algebra je algebraická struktura, která modeluje vlastnosti množinových a logických operací. Je nazvána podle irského matematika George Boolea.Ve dvouhodnotové (Booleově) logice je A = {nepravda, pravda}, 0 = nepravda, 1 = pravda a operace odpovídají logickému součtu, logickému součinu a negaci. Logický člen neboli hradlo je základní stavební prvek logických obvodů, který vyčísluje logickou funkci. Typicky má jeden či více vstupů a jediný výstup. Hodnota na výstupu logického členu je funkcí hodnot vstupních. Nejjednodušším logickým členem je invertor. Realizuje funkci tzv. logické negace. Je možno použít negovaného logického součinu, kdy se všechny vstupy propojí paralelně (mezi sebou). Funkce Značení norma
symbol
Pravdivostní tabulka
ANSI/MIL (A) IEC
0
1
1
0
DIN
Technologie 3
Stránka - 40 -
5.2. Prvky elektronických obvodů Elektronický obvod se skládá z jednotlivých elektronických součástek, jako jsou rezistory, tranzistory, kondenzátory, indukčnosti a diody propojené vodiči nebo jinými spoji, kterými může téct elektrický proud. Propojení součástek a vodičů umožňuje provádět nejrůznější jednoduché i složité operace: zesilování signálů, provádění výpočtů, přenášení dat, apod. Elektronické obvody mohou být vytvářeny propojováním diskrétních součástek, v současnosti je ale obvyklejší vytvářet propojení fotolitografickými technikami na laminovaných deskách plošných spojů, do kterých jsou připájeny součástky podle zapojení, aby se vytvořil požadovaný obvod. V integrovaném obvodu (IC), se součástky a propojení vytvářejí na jednom substrátu, typicky polovodiči jako je křemík nebo (méně často) galiumarsenid. Pro testování nových návrhů se používají nepájivá kontaktní pole a univerzální desky s plošnými spoji, které návrhářům umožňují rychle provádět změny obvodu při vývoji. Elektronické obvody dělíme na analogové, digitální a smíšené obvody (kombinující analogové a digitální obvody). Příklad asynchronního BKO realizovaného diskrétními součástkami:
Základní komponenty analogových obvodů jsou vodiče, rezistory (dříve odpory), kondenzátory (kapacity), indukčnosti (cívky), diody a tranzistory. Analogové obvody jsou nejčastěji reprezentovány pomocí schémat, na kterých se vodiče znázorňují čarami a každý druh součástky má zvláštní symbol. Analýza analogových obvodů využívá Kirchhoffovy zákony: součet všech proudů v uzlu (tj. místě, kde se vodiče spojují) se rovná 0, a součet přírůstků a úbytků napětí v uzavřené smyčce vodičů je 0. Vodiče se obvykle považují za ideální propojení s nulovým úbytkem napětí; každá rezistance nebo reaktance se modeluje explicitním přidáním parazitních prvků, jako jsou diskrétní rezistory nebo indukčnosti. Aktivní součástky jako tranzistory se často považují za řízené zdroje proudu nebo napětí: například polem řízený tranzistor může být modelován jako zdroj proudu mezi elektrodami S (source) a D (drain), který je řízen napětím na elektrodě G (hradlo).
Technologie 3
Stránka - 41 -
5.3. Polovodičové diskrétní součástky Dioda je elektronická součástka se dvěma elektrodami. Termín dioda původně znamenal elektronka s dvěma elektrodami, v současnosti se jedná prakticky pouze o polovodičovou součástku. Každá dioda má dva pracovní vývody, které se nazývají katoda a anoda. Základní funkcí diody je, že dovoluje tok proudu směrem od anody ke katodě od velmi nízkého napětí, např. Schottkyho dioda 0,3 V, křemíková dioda 0,7 V. Ve směru opačném, tedy od katody k anodě, proud obvykle neteče. Dělení diod -Podle konstrukčního principu a účelu to může dioda být: Polovodičová dioda – je založena na P-N přechodu, který dovoluje tok proudu pouze jedním směrem, Hrotová dioda – historicky nejstarší typ polovodičových diod, Základ krystalky Plošná dioda Schottkyho dioda – Nevyužívá P-N přechodu, ale přechodu kov-polovodič,elektronka dvojitá dioda – elektronka pro dvoucestné usměrnění, Spínací dioda - 0,1 až 0,2 V Usměrňovací dioda - 0,5 V Některé polovodičové diody se nevyužívají pro usměrňování napětí, ale kvůli vedlejším jevům, ke kterým může při polovodičovém usměrňování docházet. Fotodioda – dopadající světelné nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu P-N vytvoření dvojice elektron – kladná díra, a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení vodivosti nebo ke zvýšení napětí na přechodu P-N LED – svítivá dioda. Rekombinace v oblasti přechodu P-N při průchodu proudu v propustném směru způsobují vydávání světelného záření. Napětí 1,2 V Zenerova dioda – bývá konstruována tak, že v závěrném směru dochází při napětí několika voltů k nedestruktivnímu zenerovu průrazu. Díky tomu může fungovat jako stabilizátor napětí Tunelová dioda +0 V, Inverzní dioda Kapacitní dioda (varikap, varaktor) je speciální dioda konstruovaná tak, aby měla větší kapacitu. S velikostí napětí na diodě se mírně mění její kapacita. Tohoto jevu se používá pro vytvoření řízené kapacity, např. v ladících obvodech rádiových přijímačů.
Technologie 3
Stránka - 42 -
5.4. Integrované obvody Integrovaný obvod (zkratka IO) je moderní elektronická součástka. Jedná se o spojení (integraci) mnoha jednoduchých elektrických součástek, které společně tvoří elektrický obvod vykonávající nějakou složitější funkci. Integrované obvody dělíme na monolitické a hybridní. Monolitické IO dnes jasně převažují. Jejich jednotlivé součástky jsou vytvořeny a vzájemně spojeny (s pomocí difuze a epitaxe) na jediné polovodičové, nejčastěji křemíkové, destičce. Na obrázku je křemíková destička paměti EPROM o kapacitě 256 x 8 bitů ze 70. let, kterou bylo možno mazat ultrafialovým zářením (proto měla paměť průhledné okénko). Matice paměťových buněk jsou dvě obdélníkové pravidelně mřížované části v horní polovině destičky. Celkově byl tento obvod složen z necelých 5000 součástek (tranzistorů).
Křemíková destička z paměti je vyobrazena na předchozím obrázku. Hybridní IO se skládají z několika součástek (zpravidla některé z nich bývají monolitické IO), které jsou přilepeny a pospojovány na malé destičce (zpravidla keramické). Rozdělení integrovaných obvodů Vedle dělení na monolitické a hybridní. Integrovaný obvod je tedy zapojení, u kterého jsou však jednotlivé součástky speciálním technologickým postupem vytvořeny a vzájemně spojeny v malé křemíkové destičce – pak hovoříme o monolitických integrovaných obvodech. Jiným typem jsou hybridní integrované obvody, v nichž jsou jednotlivé součástky, které jsou třeba tisíckrát menší než běžně známé součástky, napájeny, napařeny nebo jinak vytvořeny a vzájemně propojeny na společné destičce. Integrovaný obvod je to poté opět zapouzdřený, ale součástky jsou v něm umístěny samostatně. Existuje celá řada dalších kritérií, podle kterých je lze IO dělit. Patří mezi ně například: analogové nebo číslicové obvody Podle stupně integrace SSI – malá integrace (anglicky Small Scale Integration) MSI – střední integrace (anglicky Middle Scale Integration) LSI – vysoká integrace (anglicky Large Scale Integration) VLSI – velmi vysoká integrace (anglicky Very Large Scale Integration), někdy také XLSI (anglicky eXtra Large Scale Integration) a dále na unipolární a bipolární obvody, programovatelné a neprogramovatelné obvody, sériově a zakázkově vyráběné obvody Mezi hlavní výhody integrovaných obvodů patří zejména: miniaturizace, stále se zvyšující výkon, nižší energetické nároky na provoz, spolehlivost, hromadná sériová výroba snižuje cenu. Veškeré tyto výhody se zvětšují s vzrůstající miniaturizací a zvyšováním komplexnosti obvodů. Užití – Integrované obvody se využívají ve veškeré spotřební elektronice, ale i různých vědeckých zařízeních, např. na umělých družicích. Některá zařízení obsahující integrované obvody.
Technologie 3
Stránka - 43 -
5.5. Funkce typických integrovaných obvodů Kombinační logické obvody jsou takové logické obvody, ve kterých stavy na výstupech závisí pouze na okamžitých kombinacích vstupních proměnných a nezávisí na jejich předchozích hodnotách, s výjimkou krátkého přechodového děje: Kombinační logické obvody nemají žádnou paměť předchozích stavů, takže jedné kombinaci vstupních proměnných odpovídá právě jediná výstupní kombinace funkčních hodnot. Mikroprocesor je složitý logický integrovaný obvod, který je jádrem celého mikropočítače. Mikroprocesor vykonává sled aritmetických a logických operací podle zadaného programu a tak realizuje námi požadovanou funkci. Samotný program je uložen v paměti programu ve formě instrukcí, které jsou postupně načítány a vykonávány. Mikroprocesor zajišťuje nejen správné provádění těchto instrukcí, ale též řídí ostatní části mikropočítače – zpracovává data v paměti, řídí tok dat ze vstupních obvodů do mikropočítače a jejich zpracování a též řídí tok dat z počítače ven přes výstupní obvody. Jednočipový mikropočítač Samotný mikroprocesor je pouze řídící jednotka, která se chová podle námi zadaného programu. Pro svou funkci však nevyhnutelně potřebuje paměť, ve které je uložen samotný program, a také paměť, ve které jsou uložena data, se kterými mikroprocesor pracuje. Mikroprocesor dále potřebuje vstupní a výstupní obvody, které mu umožní komunikovat s okolím a ovládat tak připojená zařízení. Integrováním mikroprocesoru, paměti programu, paměti dat a obvodů rozhraní na jediný čip vznikne jednočipový mikropočítač. V jediném integrovaném obvodu tak máme k dispozici malý univerzální počítač. Mikrokontrolér je jednočipový mikropočítač vhodný pro využití v řízení. Kromě vstupních a výstupních obvodů jsou v něm integrovány i mnohé další obvody – např. analogově-digitální nebo digitálně-analogový převodník, čítač, časovač, komparátor, synchronní sériový port, USB, PWM (pulsně-šířkový modulátor), EEPROM a další.. Logické obvody jsou obvody, které slouží k realizaci logických funkcí a jsou základem všech číslicových systémů. Logické obvody pracují s diskrétními stavy (se dvěma logickými signály 0 a 1), na rozdíl od obvodů analogových, které zpracovávají spojitý signál (viz např. rozdíl mezi digitálním a analogovým voltmetrem nebo ampérmetrem). Kromě čistě logických obvodů existují i obvody, které pracují jak s logickými, tak i analogovými signály - analogově-digitální nebo digitálně-analogový převodníky nebo komparátory. Sekvenční logický obvod se proto na rozdíl od kombinačního logického obvodu skládá ze dvou částí – kombinační a paměťové. Obě tyto části je možné realizovat logickými členy (hradly). Zatímco kombinační část sekvenčního obvodu je možné si představit jako standardní kombinační logický obvod, který lze reprezentovat logickou funkcí, paměťová část je tvořena kombinačním obvodem, ve kterém je zavedena zpětná vazba. Kombinační obvody se zpětnou vazbou nazýváme (bistabilní) klopné obvody. Díky zpětné vazbě, která přivádí signál z výstupu obvodu zpět na jeho vstup, jsou schopny si klopné obvody uchovat (zapamatovat) předchozí stav i ve chvíli, kdy již vstupní informace není k dispozici. Integrovaný zesilovač v sobě sdružuje výkonovou část, tedy tu, která se stará o samotné zesílení signálu, a část řídící - to bývá regulace hlasitosti, vyvážení stereováhy, upravení tónových korekcí, přepínání vstupů apod.
Technologie 3
Stránka - 44 -
5.6. Snímače pro automatizaci Senzor (z anglického sensor, tentýž význam mají nepřejaté výrazy čidlo nebo snímač) je funkční prvek tvořící vstupní blok měřicího řetězce, který je v přímém styku s měřeným prostředím. Pojem senzor je ekvivalentní pojmu snímač, převodník nebo detektor. Citlivá část senzoru se občas označuje jako čidlo. Senzor jako zdroj informace snímá sledovanou fyzikální, chemickou nebo biologickou veličinu a transformuje ji na měřicí veličinu – nejčastěji na veličinu elektrickou. Senzory můžeme dělit podle: měřené veličiny, média sloužícího k přenosu signálu (elektrické, hydraulické, pneumatické a jiné senzory), fyzikálního principu (způsobu převodu hodnoty měřené veličiny na hodnotu signálu), druhu styku s prostředím (dotykové či distanční, bezdotykové senzory), podle stupně integrace. Dalšími parametry sloužícími k popisu senzorů jsou citlivost, práh citlivosti, dynamický rozsah, reprodukovatelnost (podle odchylky na naměřených hodnotách jedné veličiny) a chyby senzoru (aditivní, multiplikativní) nebo dle výrobní technologie: elektromechanické, mechanické, pneumatické, elektrické, elektronické, elektrochemické, polovodičové, mikroelektronické, optoelektronické aj. Příklady senzorů: Rezistivní (odporová) Odporový touchscreen se skládá ze dvou vrstev. Svrchní polyesterová vrstva je natažena ve vzdálenosti několika tisícin milimetru od spodního skleněného senzoru. Svrchní vrstva má na své vnitřní straně vodivý povrch. Také na vnější straně spodního skleněného senzoru je průzračná vodivá vrstva. Svrchní vrstva je pod napětím. Když se uživatel dotkne obrazovky, spojí se polyesterová vrstva spodního senzoru a do čtyř rohů senzoru začne téci proud, podle čehož kontroler vyhodnotí polohu prstu na obrazovce. Kapacitní(elektricky-citlivá) Na čtyři rohy dotykového senzoru se přivádí napětí, které pomocí elektrod vytváří homogení napěťové pole. Dotek prstu odvádí proud z obou stran v závislosti na vzdálenosti od okrajů. Kontroler poté vyhodnotí polohu prstu na obrazovce podle průtoku proudu. Akustická(povrchová akustická vlna) Touchscreen se skládá ze skleněné desky, vysílače a přijímače povrchové vlny. Prst, který se dotkne panelu, absorbuje část povrchové vlny v místě doteku, což je vyhodnoceno kontrolerem. Sklo má 98 - 100% světelnou propustnost. Jedná se o moderní dotykovou technologii, která je odolnější než odporová. Ovšem prach, voda, či jiné nečistoty mohou omezit funkci touchscreenu. Infračervená Technologie je určena pro velmi náročné aplikace. Je to jediná technologie, která nemusí spoléhat na povrchový senzor pro registraci doteku, takže je prakticky nemožné opotřebit dotekové sklo. Tato technologie kombinuje vynikající optický výkon s vynikajícími těsnícími schopnostmi. Po doteku prstem, rukavicí, nehtem nebo tužkou, provede pokaždé rychlou a přesnou odpověď. Technologie 3
Stránka - 45 -
5.7. Zařízení pro vznik a zpracování signálů Signál – fyzikální veličina, která přenáší nějakou zprávu. Zpráva může obsahovat určité množství informace (kolik informace obsahuje, to závisí na příjemci). Signál může být reprezentován popisem závislosti jednoho parametru (závislá proměnná) na parametru jiném (nezávislá proměnná). Příklady:
Část zařízení pro získání informace -základním posláním této části je podat informaci: -o průběhu řízených technologických pochodů -o stavu strojního zařízení, na kterém tyto pochody probíhají -prostředkem pro získání informace jsou snímače (čidla) -snímají časový průběh fyzikálních veličin nebo stav části strojního zařízení -informaci sejmou, zpracují a převedou na informaci vhodnou pro další zpracování Fyzikální veličina může být: tlak, teplota, mechanické namáhaní, výška hladiny, otáčky, napětí, kmitočet, atd. Stav zařízení může být: poloha, drsnost povrchu, použitý obráběcí nástroj, Přes značně rozsáhlý sortiment snímačů je snaha racionalizovat jejich výrobu unifikací výstupního signálu -(unifikace = sjednocení) Unifikace signálu je nutná pro vzájemnou komunikaci mezi jednotlivými částmi přenášejícího informaci Unifikovaný signál je realizován převodníkem, který může, ale nemusí, být součástí snímače Unifikované signály v automatizaci -signály, které se přenášejí od převodníků k dalšímu zpracování Unifikovaný signál: -pneumatický 20 až 100kPa -proudový 0 až 20mA nebo 4 až 20mA -napěťový 0 až 1V nebo 0 až 10V
Technologie 3
Stránka - 46 -
5.8. Kombinační logické obvody Kombinační logické obvody jsou takové logické obvody, ve kterých stavy na výstupech závisí pouze na okamžitých kombinacích vstupních proměnných a nezávisí na jejich předchozích hodnotách, s výjimkou krátkého přechodového děje: Kombinační logické obvody nemají žádnou paměť předchozích stavů, takže jedné kombinaci vstupních proměnných odpovídá právě jediná výstupní kombinace funkčních hodnot. Logický člen neboli hradlo je základní stavební prvek logických obvodů, který vyčísluje logickou funkci. Typicky má jeden či více vstupů a jediný výstup. Hodnota na výstupu logického členu je funkcí hodnot vstupních:
Základní logické členy Pomocí logických členů AND, OR a NOT lze realizovat libovolný logický obvod a tedy i číslicový systém. Členy AND a OR jsou za pomoci členu NOT komplementární. To znamená, že je možné je vhodným způsobem vzájemně nahradit. Lze implementovat jakýkoliv číslicový systém pouze za pomoci logických členů NAND nebo NOR nebo AND a NOT anebo OR a NOT (vždy stačí členy se dvěma vstupy), nikoli však například pomocí členu XOR. NAND a NOR se nazývají univerzální logické členy. Opakovač (repeater) Nejjednodušším logickým členem je opakovač, který realizuje funkci identity. Může pracovat i jako buffer - zpožďovací člen s velmi krátkým zpožděním, typicky ns (nanosekundy), oddělovací člen s otevřeným kolektorem, výkonový budič (například sběrnice).
Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol
ANSI/MIL (A) IEC
0
0
1
1
DIN
NOT (Invertor) Dalším nejjednodušším logickým členem je invertor. Realizuje funkci tzv. logické negace. Někdy se místo něj používá negovaného logického součtu s přivedením hodnoty pouze na jediný vstup (v tomto případě "A"). Vzhledem k tomu, že na zbylém anebo zbylých vstupech bude logická 0, nebude mít tento vstup již na provedení operace vliv. Taktéž je možno použít negovaného logického součinu, kdy se všechny vstupy propojí paralelně (mezi sebou). Technologie 3
Stránka - 47 -
Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol
ANSI/MIL (A) IEC
0
1
1
0
DIN
AND (Konjunktor) Tento člen provádí funkci tzv. logického součinu (konjunkce). Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol (B)
(A)
ANSI/MIL
IEC
DIN
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
OR (Disjunktor) Tento člen provádí funkci tzv. logického součtu (disjunkce). Funkce Značení norma ANSI/MIL
Technologie 3
Pravdivostní tabulka
symbol (A)
(B)
Stránka - 48 -
IEC
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
DIN
NAND (Shefferova funkce) Tento člen provádí funkci tzv. negovaného logického součinu (Shefferovu funkci) neboli součet negací. Je to nejběžněji používané hradlo . Propojením vstupů je schopno pracovat jako invertor. Lze pomocí něho realizovat většinu klopných obvodů. Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol (B)
(A)
ANSI/MIL
IEC
DIN
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
NOR (Peirceova funkce) Tento člen provádí funkci tzv. negovaného logického součtu (Peirceovu funkci) neboli součin negací. Propojením vstupů je schopen pracovat jako invertor. Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol
IEC
DIN
Technologie 3
(B)
(A)
ANSI/MIL 0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
Stránka - 49 -
XOR Tento logický člen vyčísluje exkluzivní logický součet. Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol (B)
(A)
ANSI/MIL
IEC
DIN
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
XNOR Jedná se o negaci exkluzivního logického součtu. Funkce Značení norma
Pravdivostní tabulka
symbol
IEC
DIN
(B)
(A)
ANSI/MIL 0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Integrovaný obvod 7400 se 4 hradly NAND je vyrobený pomocí tranzistorů
HW realizace Logický člen je možno realizovat vhodným zapojením aktivních součástek, tranzistorů, dále pak diod, rezistorů či dalších pasivních součástek. Často se lze setkat s logickými členy ve formě integrovaných obvodů (například řady 74xx), v nichž jsou hradla sestavena z několika tranzistorů. Logické integrované obvody se dělí na TTL, SCHOTTKY STTL, SCHOTTKY ALS, HTL, DTL, LS, CMOS, NMOS a další podle technologie výroby.
Technologie 3
Stránka - 50 -
Různá provedení hradla NAND
TTL
TTL LS
TTL s otevřeným kolektorem
CMOS
NMOS
DTL
Dnes se samostatné logické členy používají velmi málo a nahrazují je logické obvody s vyšší integrací, které provádějí složitější logické funkce. Tyto funkce jsou ale stále realizovány z mnoha jednodušších obvodů. Dalšími možnostmi realizace mohou být např. relé, hydraulické ventily či elektronky.
Technologie 3
Stránka - 51 -
5.9. Operační zesilovače Operační zesilovač (zkratka OZ) je univerzální stejnosměrný zesilovací analogový elektronický obvod, jenž je základním prvkem analogových elektronických systémů. Operační zesilovač je často v praxi pro výpočty nahrazován ideálním operačním zesilovačem. Operační zesilovače byly původně vyvinuty pro realizaci matematických operací (odtud pak jejich název) v éře analogových počítačů. První operační zesilovače byly konstruovány z elektronek a později se přešlo na diskrétní polovodičové součástky. Dnešní operační zesilovače jsou téměř výhradně konstruovány jako integrované obvody, přičemž často jeden takový obvod sdružuje několik OZ. Symetrické OZ vyžadují dvojí napájení, např +10 a −10 V oproti zemi. Jejich vstupní i výstupní signál proto může být kladný i záporný. Nesymetrickým OZ stačí jen jedna polarita napájení, jejich použití je trochu jednodušší. (Samozřejmě ale neumožňují dodat záporná napětí na výstupu, pročež se nehodí pro některá zapojení.) Většinou jde o malý integrovaný obvod se složitým vnitřním zapojením. Vyznačuje se těmito vlastnostmi: Jeden ze vstupů je značen "+", druhý "−" a OZ zesiluje rozdíl jejich napětí. Má velmi značné zesílení (a obvykle neznámé) v řádu 100000x. Pokud je napětí na +vstupu jen o málo vyšší než na −vstupu, výstupní signál je kladný, jinak je záporný. Vstupy mají obrovský vstupní odpor – OZ je ovládán napětím a ze vstupů neodebírá skoro žádný proud. Můžeme jej takto použít k porovnání, který ze dvou vstupů má vyšší napětí. Když ale chceme zesilovat nějaký signál, je obvykle zesílení příliš velké a navíc jej přesně neznáme. V tomto případě je výhodné zesilovací schopnosti OZ dobrovolně oslabit pomoci zpětné vazby. OZ využijeme zejména tam, kde je potřeba dosáhnout velkého zesílení pro signál, který je stejnosměrný nebo má nízkou frekvenci. OZ většinou zkreslují signál o vyšších frekvencích, než jsou akustické. Dobře poslouží jako jednoduchý, lineární a přitom silný zesilovač.
Zesílení rozdílového signu:
Technologie 3
Stránka - 52 -
5.10. Zapojení s operačními zesilovači Neinvertující zapojení se zpětnou vazbou Zpětná vazba znamená, že nějakým způsobem propojíme signál výstupu na vstup. Pokud je zpětná vazba kladná, zvýší míru zesílení a to vede obvykle k nestabilitě obvodu, který se pak přepne do horní nebo dolní krajní polohy a setrvává v ní. Pokud je kladná vazba zpožděná, může to způsobit rozkmitání obvodu. V našem případě použijeme zápornou zpětnou vazbu, abychom OZ "zkrotili" a dali jeho zesilovacím schopnostem rozumné a známé meze. V nejjednodušším případě obvod zapojíme takto:
Vidíme, že rezistory R1 a R2 zde tvoří napěťový dělič. Řekněme, že R1 má rezistenci 10 kΩ a R2 = 90 kΩ. Potom bude na −vstupu napětí rovné jedné desetině výstupu. Když na +vstup přivedeme napětí řekněme 0,5 V, operační zesilovač bude zvyšovat napětí na výstupu tak dlouho, dokud napětí na −vstupu nedosáhne stejné úrovně. To ale vyžaduje, aby na výstupu byl desetinásobek napětí na +vstupu! Takto jsme zesilovač "donutili" 10x zesilovat napětí. Zesílení v neinvertujícím zapojení jednoduše spočítáme podle vzorce:
Invertující zapojení se zpětnou vazbou Operační zesilovač lze (mimo jiné) zapojit i tak, aby měl zesílený signál obrácenou hodnotu. Oproti předchozímu zapojení stačí zaměnit uzemnění a vstup signálu.
Zde se OZ opět snaží dosáhnout stejného napětí na svých vstupech. Protože je na +vstupu nulové napětí, musí mít výstup vždy opačné napětí, aby to vyrovnal. Zesílení invertujícího zapojení pak spočítáme takto:
U asymetrického OZ bychom samozřejmě nemohli dosáhnout záporného výstupu: pro získání invertujícího zapojení proto nepřipojíme +vstup k zemi, ale k dalšímu napěťovému děliči, který poskytuje poloviční napětí zdroje (viz níže).
Technologie 3
Stránka - 53 -
Obdélníkový generátor Následující zapojení využívá: kladnou zpětnou vazbu s rezistory (hystereze) zápornou zpětnou vazbu jako integrační článek Obvod střídavě vybíjí a nabíjí kondenzátor. Jako výstup můžeme použít obdélníkový i trojúhelníkový průběh. Průběhy napětí v čase jsou na grafu:
Generátor trojúhelníkového, obdélníkového a pseudosinusového signálu Následující zapojení se 4 operačními zesilovači má 3 výstupy, na kterých s volitelnou frekvencí generuje trojúhelníkový, obdélníkový a (trochu hranatý) sinusový signál.
Červená část je napěťový dělič, poskytující operačním zesilovačům polovinu napájecího napětí jako střed, oproti němuž zesilují střídavý signál. Žlutá část je oscilátor, v němž vzniká obdélníkový a trojúhelníkový signál. Ve fialové části trojúhelníkovému signálu zachováme amplitudu, ale zesílíme proud, aby případný odběr nezkreslil frekvenci oscilátoru. Zelená část využívá úbytku napětí na diodách, aby zachovala strmé hrany trojúhelníkového signálu pro malé výchylky a aby zeslabila signál pro větší výchylky. To upraví trojúhelníkový signál na přibližně sinusový! Modrá část je klasický zesilovač.
Další zapojení Další zapojení OZ umožňují z nich jednoduše sestavit generátory pilového nebo obdélníkového signálu, filtry některých frekvencí apod. Užitečné (přestože zdánlivě zbytečné) zapojení vznikne, když pouze propojíme výstup na −vstup a signál přivedeme na +vstup. Obvod sice nebude zesilovat, umožní ale odebírat proud na výstupu, aniž by do něj musel téci proud na vstupu. Když nahradíme zpětnovazební rezistor kondenzátorem, výstupem zesilovače bude integrál vstupního signálu. Technologie 3
Stránka - 54 -
6. Použitá literatura a další studijní prameny 1) Barták, Mravinač, Neumann, Vařák: Diagnostika poruch izolací elektrických strojů. SNTL, Praha 1984 2) ČSN CLC/TS60034-18-34(350000) - červen 2005 Točivé elektrické stroje - Část 18-34: Funkční hodnocení izolačních systémů - Zkušební postupy pro vinutí s tvarovanými cívkami 3) Kuba, J.- Mach, P.: Technologické procesy Vydavatelství ČVUT Praha, 2001 4) ČSN EN IEC 60034-18 Všeobecné principy pro hodnocení izolačních systémů točivých elektrických strojů. 5) ČSN CLC/TS 60034-24: Točivé elektrické stroje - Část 24: 6) Ladislav Maixner: Mechatronika, Computer Press, 2006 7) Honys V., Prouza J.: Elektrotechnologie II pro 3. ročník, SNTL 1989 8) Marcela Antošová: Číslicová technika, nakladatelství Koop, 2009 9) Časopis: Řízení a údržba průmyslového podniku 10) Rutar Jaromír, Automatizace – Úvod do automatizace řízení 11) ČSN 33 3210 Rozvodná zařízení 12) ČSN 35 0010 Točivé elektrické stroje – zkoušky 13) ČSN EN 13306 Terminologie údržby 14) ČSN EN 60300 Management spolehlivosti 15) ČSN EN ISO 14001 Systémy environmentálního managementu 16) Šavel Josef: Elektrotechnologie, materiály, technologie v elektronice a elektrotechnice 17) Wikipedia. cz 18) Časopis: Elektro 19) Klaus Tkotz: Příručka pro elektrotechnika 20) Dušan Poláček: Technické kreslení podle mezinárodních norem III 21) Josef Heřman: Příručka silnoproudé elektrotechniky
Technologie 3
Stránka - 55 -
Technologie 3
Stránka - 56 -
