INVESTICE DO ROZVOJJE VZDĚLÁVÁNÍÍ
é instalace Moderníí elektrické v domácnosti aneb Od pantáty vedou dráty do žárovky nade vraty…
Přednáška v rámci projektu IET1 Mil l St i b Miloslav Steinbauer
Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
1
OSNOVA PŘEDNÁŠKY Historické é okénko é do vývoje ý elektrotechniky Elektrifikace českých zemí Bezpečné elektrické instalace Inteligentní instalační systémy Instalace a multimédia
2
É OKÉNKO É Ý HISTORICKÉ DO VÝVOJE ELEKTROTECHNIKY
ELEKTROTECHNIKA
Začátek Z čát k lze l ztotožnit t t ž it s objevem bj prvního íh použitelného zdroje stálého elektrického proudu - Voltova článku (1800) Již během 1. poloviny 19. století byla prozkoumána většina elektrických vlastností látek za normálních podmínek, byly objeveny zákony platící v elektrických obvodech a nalezena souvislost elektřiny a magnetismu. Nejvýznamnější jména té doby jsou např. Al Alessandro d Volta, V l André A d é Marie M i Ampere, A Georg G Simon Ohm, Hans Christian Oersted, Michael Faraday Gustav Robert Kirchhoff. Faraday, Kirchhoff
Alessandro Volta
4
ELEKTROTECHNIKA
Průkopnické P ůk i ké období bd bí bylo b l v roce 1865 završeno š Dynamickou teorií elektromagnetického pole, ve které James Clerk Maxwell pouhými čtyřmi rovnicemi (a třemi materiálovými) vyjádřil vše podstatné z dosavadních objevů a zároveň jako důsledek svých rovnic předpověděl další, dosud neznámé elektromagnetické jevy.
James Clerk Maxwell
5
ELEKTROTECHNIKA
Období Obd bí 2. 2 poloviny l i 19 19. století t l tí bylo b l ve znamení technických aplikací elektřiny, vynálezů různých elektrických spotřebičů (generátor, oblouková lampa, žárovka, elektromotor, telefon) a jejich zavádění do výroby a domácností. K slavným fyzikům a vynálezcům té doby lze řadit jména jako Heinrich Hertz, William Thomson lord Kelvin, Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Siemens Nikola Tesla Tesla, Alexander Graham Bell, František Křižík.
Thomas Alva Edison
6
ELEKTROTECHNIKA
Třetí Tř tí období bd bí bylo b l odstartováno d t t á objevem bj elektronu v roce 1897 J. J. Thomsonem. To vyvrátilo dosavadní představy o elektrickém fluidu uvnitř látek a umožnilo spolehlivě vysvětlit podstatu většiny elektrických jevů. Dalšími kroky vpřed byly Planckova kvantová teorie, Einsteinova teorie relativity a objevy dalších subatomárních částic - protonu v roce 1911 a neutronu v roce 1932. V elekrotechnice l k h i se novou součástkou čá k stala l vakuová elektronka, umožňující vysílání a příjem rozhlasu. rozhlasu
Lee De Forest
7
ELEKTROTECHNIKA
Po celou P l prvníí polovinu l i 20 20. století t l tí byla b l charakteristická masová elektrifikace obcí a stavba elektráren. elektráren Ve 2. polovině 20. století se nejdůležitějším objevem stal tranzistorový jev v roce 1947, který uskutečnili John Bardeen, William Brattain a William Shockley. Po zvládnutí technologie výroby příměsových ří ě ý h polovodičů l dičů se tranzistor i stal základem elektronických obvodů používaných prakticky ve všech běžných elektronických přístrojích
Replika prvního tranzistoru
8
Č Ý ZEMÍÍ ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH
ELEKTRIFIKACE
Vlastníí začátky Vl čá k vzniku ik elektrizačních l k i č í h soustav spadají d jí do poloviny 19. století Zpočátku se elektrická energie přenášela stejnosměrným proudem. Zásadní překážka byla v nemožnosti výroby a přenosu větších výkonů Střídavýý p proud a možnost jjeho výroby ý y byl y znám jjiž kolem roku 1870. Teprve však pozdější objevy synchronního y alternátoru,, trojfázové j soustavy, y, transformátoru a Teslova objevu asynchronního motoru,, znamenalyy zásadní změnu v rozvojij všeobecné elektrizace střídavým proudem. 10
ELEKTRIFIKACE
Prvníí využití P ži í elektřiny l k ři b bylo l pro svícení í í (obloukové lampy, žárovky) Motory na DC proud byly drahé a málo spolehlivé Zavedení 3f AC soustavyy byl y umožněn dálkovýý přenos p elektřiny a nastal rozmach elektrifikace Na počátku 20. 20 století nastal boom elektrických spotřebičů
11
ELEKTRICKÉ SPOTŘEBIČE
1905 – žehlička 1905 – Vánoční svíčky 1909 – vysavač 1911 – toustovač 1921 – lednička 1925 – mixér 1927 – kotoučová pila 1935 – fén 1937 – pračka 1939 – TV 1947 – klimatizace 1967 – mikrovlnná trouba
1975 – videorekordér 1978 – PC 1982 – CD 1984 – telefonní záznamník 1997 – DVD 1999 – plazmová TV 2002 – wi-fi router
12
NIKOLA TESLA (1856-1943) (1856 1943) Nejprve pracoval v Paříži Nejprve pracoval v Paříži v Edisonových továrnách Asynchronní motor h í
1882 idea 1888 patent
1886 zakládá Tesla Electric Co. 1886 zakládá Tesla Electric Co Spolupráce s G. Westinghousem
Volba kmitočtu: 125 Hz, 133 Hz 25, 30 Hz 60 (50) Hz
Vítězství koncepce střídavého proudu 1891 1891 –
vodní elektrárna Niagara (2× 3725 kW) vodní elektrárna Niagara (2× 3725 kW) 13
ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ
14.11.1882 14 11 1882 b bylo l uvedeno d d do provozu Městské divadlo v Brně - 1. plně elektrifikované divadlo v Evropě Elektrifikaci Městského divadla provedla pařížská Societé electrique, na projekt a jeho realizaci dohlížel Edisonův asistent Francis Jehl Instalováno celkem 1920 žárovek, z toho 960 na jevišti, 140 v hledišti a 820 v dalších d lší h prostorách á hb budovy d .P Prostranstvíí před divadlem osvětlovalo 5 obloukových lamp. lamp 14
ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ
Napájení divadla zajišťovala samostatná parní elektrárna na Offermannově, dnešní Vlhké ulici, asi 300 m vzdálená. Vedení pomocí Edisonových kabelů (měděné vodiče izolované slámou a uložené v trubce zalité asfaltem) Vnitřní vedení bylo opředenými vodiči, jiště é olověnými jištěné l ě ý i „pojistkami“ ji tk i“
15
ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ
1882 osvětlili ě lili obloukové bl k é llampy Františka Křižíka Staroměstskou radnici v Praze Další rozvoj městského osvětlení První městskou elektrárnu p postavilo v roce 1889 město Praha – Žižkov První větší elektrárnou produkující střídavý proud byla roku 1900 pražská elektrárna v Holešovicích
16
ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ
1919 – 22.6. 22 6 přijat řij t zákon ák o všeobecné š b é elektrizaci. l kt i i Při vzniku ik republiky mělo přístup k elektřině 34 % obyvatel (na Slovensku pouze 2 %), %) ale pouze 10 % měst a obcí obcí. 1920 - výnosem ministra veřejných prací zavedena třífázová soustava 50 Hz a napětí pro místní sítě 3 x 380/220 V a dálkové 100 kV 1926 - dostavěna p první velká elektrárna v českých ý zemích Ervěnice s výkonem 70 MW 1948 - první přečerpávací elektrárna ve Štěchovicích 1955 - elektrifikováno celé území českých zemí (poslední elektrifikovanou obcí na území České republiky byla Hrčava, okres Frýdek-Místek) ý í 17
Č É ELEKTRICKÉ É INSTALACE BEZPEČNÉ
BEZPEČNÁ ELEKTROINSTALACE
Musíí chránit á před: ř úrazem
elektrickým ý p proudem před vznikem požáru před poškozením připojených zařízení (nadproudem, přepětím) před ř d zničením ič í sebe b sama
19
ZNAČENÍ VODIČŮ BARVAMI Střídavý rozvod
Stejnosměrný rozvod
Vodič, žíla kabelu
Poznávací barva
L
Fá ý b k j í Fázový nebo krajní
č á h ědá b š dá černá, hnědá nebo šedá
N
Nulový (střední)
světlemodrá
PE
Ochranný
zelená / žlutá
PEN PEN
Vodič PEN Vodič PEN
zelená / žlutá (+ světlemodrá) žlutá (+ světlemodrá)
Vodič, přípojnice
Poznávací barva
L+
Kladný pól
tmavě červená
L‐
Záporný pól
tmavě modrá
M
Vodič ze středu
světle modrá
PE, PEM Ochranný
zelená/žlutá 20
OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - POJISTKA
Umělé nejslabší místo elektrického obvodu Vypnutím je zničena a musí se vyměnit Jmenovitá hodnota
barva
2A
růžová
4A
hnědá
6A
zelená
10 A
červená
16 A
šedá
20 A
modrá
25 A
žlutá
35 A
černá
50 A
bílá
63 A
měděná
80 A
stříbrná
100 A
červená
125 A
žlutá 21
OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - JISTIČ
Po vypnutí yp lze opět p zapnout p Obsahuje nadproudovou a zkratovou spoušť
22
OCHRANNÉ PŘÍSTROJE - PROUDOVÝ CHRÁNIČ
Nechrání p před nadproudy p y Vypíná při překročení velikosti rozdílového proudu I Chráničem prochází všechny pracovní vodiče (fázové a nulový), ý ochrannýý vodičč musíí vést é mimo PE Poruchový ( díl ý) (rozdílový) proud
L1 L2 L3 N
i = iL1+iL2+iL3+iN
i Součtový proudový transformátor
Vypínací proud
Vypínací kontakty Spotřebič
Spoušť šť 23
POUŽITÍ PROUDOVÝCH CHRÁNIČŮ
Hlavníí chránič Hl h á ič 300 mA A – ochrana h před ř d požárem žá vlivem unikajících proudů Další chrániče 30 mA jako doplňková ochrana před přímým dotykem pro skupiny spotřebičů a zásuvek, nezpožděné nebo (G)
24
TYPICKÉ PORUCHY V SÍTI NN
25
ŠKODY ZPŮSOBENÉ PŘEPĚTÍM
26
ŠKODY ZPŮSOBENÉ BLESKEM
27
VÝVOJ ELEKTROMAGNETICKÉ KOMPATIBILITY
28
ZÓNY BLESKOVÉ OCHRANY
Označení zóny
Charakteristika
0A
Oblast mimo budovu. Mohou nastat přímé údery blesku.
0B
Chráněno před přímým úderem blesku
1
Uvnitř budovy. Pouze dílčí bleskové proudy, tekoucí např. svody nebo vedením vyrovnání potenciálu, mají omezenou energii. Elektromagnetické pole je tlumeno stíněním 1.
2
Uvnitř budovy. Dílčí bleskové proudy jsou omezeny zónou 1. Elektromagnetické pole je dále tlumeno stíněním 2. 2
3
Oblast uvnitř budovy (např. kovová pouzdra přístrojů). Prakticky žádná přepětí a žádné rušivé elektromagnetické pole
29
OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTÍM
30
OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTÍM
Třída požadavků typ I (B) (svodič bleskových proudů, tzv. hrubá ochrana) typ II (C) (svodič přepětí, tzv. střední ochrana) typ III (D) (přepěťová ochrana, tzv. jemná ochrana)
Funkce Ochranné zařízení pro vyrovnání á í potenciálů t iálů v ochraně před účinky blesků při přímých nebo blízkých úderech. Ochranné zařízení proti ř ětí vzniklých iklý h přepětí následkem vzdálených úderů blesku nebo při spínání. Zařízení k přepěťové ochraně koncových spotřebičů, zapojených zpravidla do zásuvek.
Rozhraní ZBO 0→1
Maximální ochranná úroveň 4 kV
Impulsní proud svodiče 50 kA
Schopnost absorpce energie až 60 J
10 kA
až 1800 J
1 kA
1J
(kat. přepětí III)
1→2
2,5 kV (kat. přepětí II)
2→3
1,5 kV (kat. přepětí I)
31
Ý Á Í ELEKTROINSTALACE VÝVOJ DOMÁCÍ
VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ
Za sto let se od počátku čá se v instalacích í mnoho nezměnilo Klasické
žárovky jsou vytlačovány úspornými zářivkami. U vypínačů se sice změnil design, ale funkce je stále stejná (klasický, (klasický schodišťový, schodišťový křížový, křížový tlačítko). tlačítko) Také u zásuvek se mění pouze design, i když jsou i vícenásobné s krytem, vícenásobné, krytem clonami, clonami chráničem… chráničem Pojistky v rozvaděčích nahradily jističe. 33
VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ
Ve druhé é polovině ě 20. stoletíí se začaly č v domácích instalacích uplatňovat automatizační prvky časové
spínače spínací hodiny, HDO schodišťové h dišť é automaty hlídače hladin instalační relé přednostní relé 34
KONVENČNÍ INSTALACE
Konvenční č í elektroinstalace je složena ž z různých ů ý samostatných systémů (ovládání osvětlení, ovládání vytápění, ovládání rolet)
Zapojení v klasické elektroinstalaci je pevné, změny znamenají další náklady (sekání a vrtání do zdí)
Problémem P blé může ůž být propojení j í různých ů ý h systémů té ů (např. rozsvítit světlo při spuštění rolet či realizace centrálních funkcí)
35
VÝVOJ DOMÁCÍCH INSTALACÍ
Ke k K koncii 20 20. století l í se d domy začínají čí jí vybavovat b stále ál více datovými systémy (EZS, EPS, digitální TV/R, I Internet) ) Požadavky na vzájemné propojení těchto systémů s klasickou instalací a na nové sofistikovanější funkce daly vzniknout tzv. inteligentní budovy Opustila se klasická koncepce silové instalace, vznikly systémy y y ovládané datovou sběrnicí,, které se dále integrovaly s jinými datovými systémy
36
Č Í SYSTÉMY É INTELIGENTNÍÍ INSTALAČNÍ
INTELIGENTNÍ INSTALACE
Komfortní f í ovládání: á á í
stmívací funkce,
ovládání prostřednictvím dotykového displeje, IR ovladačem, mobilem nebo přes internet, hlasem,
regulace teploty podle předem nastavených programů individuálně podle místností.
Automatizace:
funkce se provádí automaticky na základě určené veličiny, veličiny
lze vykonávat několik funkcí na základě jednoho povelu či události, události
příchodové/odchodové (centrální funkce).
38
INTELIGENTNÍ INSTALACE
Bezpečnost: č
EZS s rozšířenými funkcemi je součástí systému, s možností zasílání SMS či připojení na PCO,
ochrana domu při špatném počasí,
Dotykové části senzorů jsou napájeny bezpečným napětím 24 VDC.
Regulace:
regulací vytápění lze dosáhnout až 30% úspor, úspor
regulací osvětlení lze dosáhnout až 10% úspor,
závislé á i lé spínání í á í ((např. ř při ři soumraku, k nastavené t é tteplotě), l tě)
blokování vybraných spotřebičů při vysokém tarifu.
39
INTELIGENTNÍ INSTALACE
Flexibilita
instalaci lze připravit univerzálně, dvoudrátová sběrnicová instalace (rozvod po celém domě),
jednotky lze poté připojit na tuto sběrnici kdekoliv,
programování aplikace přes počítač,
jjednotkyy lze kdykoliv y postupně p p doplňovat, p , jednotky lze zaměnit (silnější výstup, větší počet i/o),
40
INTELIGENTNÍ DOMÁCÍ INSTALACE XComfort INELS EIB KNX …
41
SYSTÉM INELS
INELS® je j systém é iinteligentní li í elektroinstalace l k i l určený č ý zejména pro:
spínání,stmívání, regulaci a měření, sledování stavů v objektech.
Výměna informací se uskutečňuje prostřednictvím instalační sběrnice CIB, která zajišťuje napájení i přenos zpráv Na sběrnici se připojují aktory (výkonové členy) a senzoryy 42
SYSTÉM INELS
43
SYSTÉM INELS
44
SYSTÉM INELS
45
PROGRAMOVÁNÍ Časový program vytápění
Vizualizace INELS
46
VIZUALIZACE Základní html rozhraní
SCADA/HMI rozhraní h í
47
PRAKTICKÁ UKÁZKA INELS
48
INELS – START KIT Kit osvětlení - žárovky
Kit osvětlení - zářivky
49
INELS – START KIT Kit osvětlení - vytápění
50
VZÁJEMNÉ PROPOJENÍ FUNKCÍ
51
É INSTALACE A MULTIMÉDIA
MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM
53
MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM
54
MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉM – DOTYKOVÝ PANEL
55
INVESTICE DO ROZVOJJE VZDĚLÁVÁNÍÍ
Konec Tel.: 541 149 511 Fax: 541 149 512 e-mail:
[email protected]
http://www.utee.feec.vutbr.cz
56
