Aparaty i urządzenia stosowane w instalacjach

elektrycznych i elektroenergetycznych

Pojęcie aparatów i urządzeń stosowanych w instalacjach elektrycznych

i elektroenergetycznych jest niezwykle szerokie. Zaliczamy do nich urządzenia pozwalające

na łączenie obwodów elektrycznych, ich zabezpieczanie, wykonywanie pomiarów,

sterowanie odbiornikami czy rozdzielanie energii elektrycznej. Dodatkowo urządzenia te są

stosowane dla szerokiej gamy napięć i prądów od napięć niskich do najwyższych. Oczywiście

mimo takiej samej nazwy, wyłącznik na napięcie 230V w znaczący sposób konstrukcyjnie

różni się od wyłącznika na 110kV, choć funkcjonalnie spełnia takie samo zadanie.

Ze względu na stosowane napięcia aparaty i urządzenia elektryczne możemy podzielić

na:

• niskonapięciowe (stosowane w instalacjach domowych i części przemysłowych)

• wysokonapięciowe i średnionapięciowe (stosowane głównie w stacjach

elektroenergetycznych i niektórych zastosowaniach przemysłowych)

Ze względu na pełnione funkcje aparaty i urządzenia można podzielić na:

• łączeniowe

• pomiarowe

• różnicowoprądowe

• przeciwprzepięciowe

• przeciwzwarciowe

• zabezpieczeniowe (np. czujniki kolejności faz)

• sterownicze i regulacyjne (np. rozruchowe, przekaźniki czasowe, sterowniki

przemysłowe, lampki sygnalizacyjne)

• inne (np. kompenstory mocy biernej)

W zasadzie aparaty przeciwprzepięciowe, przeciwzwarciowe, różnicowoprądowe i część

pomiarowych pełnią funkcję zabezpieczeniową i dlatego można by je było zaliczyć do

urządzeń zabezpieczeniowych, ale ze względu na ich szczególne znaczenie zostały tu osobno

wyróżnione.

Dodatkowo do urządzeń elektrycznych i elektroenergetycznych możemy zaliczyć

zawierające mniejsze elementy rozdzielnice prefabrykowane czy szafy sterownicze.

Większość współczesnych urządzeń niskonapięciowych jest wykonana w technologii

modułowej umożliwiającej ich montaż na standardowej szynie TH 35. Jednak nadal można

spotkać urządzenia do montażu na innego rodzaju konstrukcjach wsporczych.

Urządzenia łączeniowe

Celem zastosowania tych urządzeń jest realizacja załączania i wyłączania obwodów

i urządzeń elektrycznych. Jest to konieczne ze względu na ich normalną pracę. Również stany

awaryjne wymagają wyłączania urządzeń w sposób zapobiegający ich uszkodzeniom.

Urządzenia te możemy podzielić na:

1. wyłączniki – zapewniają załączanie i wyłączanie prądów roboczych,

przeciążeniowych i zwarciowych.

2. styczniki – zapewniają łączenie prądów roboczych i przeciążeniowych.

3. rozłączniki – zapewniają łączenie prądów roboczych.

4. odłączniki – zapewniają widoczną przerwę w obwodzie. Nie mogą być używane

w stanach obciążenia.

5. bezpieczniki – wyłączają prądy zwarciowe i przeciążeniowe. Po jednokrotnym

zadziałaniu wymagają wymiany wkładki topikowej.

6. rozłączniki bezpiecznikowe – połączenie w jednym urządzeniu funkcji rozłącznika

i wyłącznika.

Rys. Wyłączniki instalacyjne 1 i 3-fazowy Legrand

Rys. Styczniki: Eaton-DILEM 10(230V 50Hz), i Legrand TSM-1 16A 2P 230V AC

Rys. Rozłącznik bezpiecznikowy 3 biegunowy 63A D02 EATON

Osobną grupę łączników będą stanowić łączniki stosowane w domowych instalacjach

oświetleniowych oraz zasilaniu gniazdkowym:

1. przyciski dzwonkowe,

2. łączniki oświetleniowe jednobiegunowe,

3. łączniki oświetleniowe dwubiegunowe,

4. łączniki oświetleniowe trójbiegunowe,

5. łączniki oświetleniowe grupowe,

6. łączniki oświetleniowe schodowe,

7. łączniki oświetleniowe krzyżowe,

8. gniazda i wtyczki 1 i 3-fazowe

O łącznikach można więcej przeczytać w Łączniki nn:

http://www.gdzie.pl/mczakan/06_laczniki.pdf oraz Montaż łączników instalacyjnych:

http://www.gdzie.pl/mczakan/me4.pdf

Omówione powyżej łączniki mają swoje odpowiedniki dla instalacji

wysokonapięciowych. Szczególnie ważny jest tu podział wyłączników średnich i wysokich

napięć. Są one wykonywane jako:

1. powietrzne

2. małoolejowe

3. próżniowe

4. pneumatyczne

5. z sześciofluorkiem siarki (SF6)

Rys. Wyłączniki: APU-30C 1000 (powietrzny), SCi4 TOMEPOL (małoolejowy),

wyłącznik próżniowy

O łącznikach wysokich napięć można więcej przeczytać na Stacje elektroenergetyczne (str. 18

do 25): https://www.dbc.wroc.pl/Content/1733/dolega_stacje_elektroenergetyczne.pdf

Aparaty i urządzenia pomiarowe

Aparaty i urządzenia pomiarowe są konieczne ze względu na zapewnienie kontroli

nad prawidłową pracą linii zasilających oraz zasilanych odbiorników, pomiar i rejestrację

zużycia energii do celów rozliczeniowych oraz do współpracy z urządzeniami

zabezpieczającymi. Możemy je podzielić na:

1. przekładniki prądowe – pozwalają uzyskać na wyjściu natężenie prądu

proporcjonalne do natężenia mierzonego na wejściu, ale o wartościach

bezpiecznych dostosowanych do zakresów przyrządów pomiarowych.

2. przekładniki napięciowe – obniżają proporcjonalnie napięcie na wejściu

do wartości dostosowanej do zakresów przyrządów pomiarowych.

3. przyrządy pomiarowe – analogowe lub cyfrowe przyrządy umożliwiające pomiar

takich parametrów energii elektrycznej jak natężenie prądu, napięcie, moc,

przesunięcia fazowe napięć i prądów.

4. liczniki, rejestratory – analogowe lub cyfrowe liczniki energii czynnej i biernej,

przesunięcia fazowego oraz mocy szczytowych.

5. czujniki wykorzystywane w automatyce.

Rys. Przekładniki prądowe

Z bardziej szczegółowymi materiałami na temat przekładników prądowych i napięciowych

można zapoznać się na stronie:

https://snauka.pl/przekadniki-budowa-i-zasada-dziaania-przekadnika-prdowego.html

Wyłączniki różnicowoprądowe

Wyłączniki reagujące na różnicę prądów chwilowych wpływających i wypływających

z zabezpieczanych obwodów. Ich głównym zadaniem jest ochrona użytkowników instalacji

przed skutkami porażenia prądem elektrycznym. Aby ich praca była w 100% efektywna,

instalacja elektryczna, w której znalazły one zastosowanie powinna być wykonana jako sieć

TN-S lub TN-C-S, czyli z przewodami N i PE zamiast jednego przewodu PEN. Spełniają funkcję

zabezpieczeń przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim oraz dla prądów różnicowych

równych i większych od 300mA funkcję zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Rys. Wyłącznik różnicowoprądowy 1-fazowy.

Bardziej szczegółowo można się z nimi zapoznać na stronie:

https://bezel.com.pl/2018/08/01/budowa-i-zasada-dzialania/

Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe

W instalacjach elektrycznych niskiego napięcia spełniają funkcję zabezpieczeń

instalacji przed zewnętrznymi przepięciami w postaci impulsów napięciowych, których

źródłem mogą być przepięcia łączeniowe (odłączanie obwodów o dużej indukcyjności) czy

też atmosferyczne (pochodzące od wyładowań atmosferycznych - piorunów).

W przypadku ograniczników przeciwprzepięciowych w instalacjach domowych

stosuje się przede wszystkim urządzenia oparte na warystorach, które zwiększają swoją

rezystancję przy gwałtownym wzroście natężenia prądu. Więcej można przeczytać pod

adresem: OPP01: https://www.fachowyelektryk.pl/technologie/aparatura-modulowa/2292-

ochronniki-przeciwprzepieciowe-klasy-b-i-b-c.html

i OPP02: https://legrand.pl/system/files/download/ochronniki_poradnik_0.pdf

Można też zapoznać się z tego typu urządzeniami na stronie:

https://bezel.com.pl/2018/08/01/ochrona-przed-przepieciami/

Rys. Legrand Ochronnik ogranicznik przepięć 4P klasa C

W instalacjach przesyłowych stosuje się ograniczniki (ochronniki)

przeciwprzepięciowe w liniach zasilających, ze względu na swoją specyfikę szczególnie

narażonych na wyładowania atmosferyczne. Można je podzielić na:

1. iskierniki,

2. odgromniki wydmuchowe,

3. odgromniki zaworowe.

Bardziej szczegółowo można się z nimi zapoznać w materiale: Prądy zwarciowe i skutki

zwarć. Przepięcia: (str. 22 do 27):

http://www.gdzie.pl/mczakan/ochrona_przeciwprzepieciowa_przyczyny_zwarc.pdf

Zabezpieczenia przeciwzwarciowe

Zabezpieczenia przeciwzwarciowe bazują na wyłącznikach i bezpiecznikach.

Ich zadaniem jest możliwie szybkie wyłączenie prądu zwarciowego tak, żeby nie dopuścić do

uszkodzenia linii zasilających oraz odbiorników przez przepływ prądu o zbyt dużym

natężeniu. Głównym problemem przy wyłączaniu tak dużych prądów jest pojawianie się łuku

elektrycznego będącego źródłem wysokiej temperatury i potrafiącego długotrwale

przewodzić prąd przez kolumnę plazmy mimo mechanicznego przerwania obwodu. W tym

celu w wyłącznikach stosuje się specjalne komory gaszeniowe, wydmuchuje łuk sprężonym

powietrzem gazem czy polem elektromagnetycznym, umieszcza styki w oleju, gazie

obojętnym lub próżni. Z tego powodu wyłączniki posiadają bardzo zróżnicowaną konstrukcję,

zależną od przeznaczenia, zastosowanych napięć i przewidywanych prądów które urządzenia

te mają wyłączać. Natomiast w bezpiecznikach topik przepalający się podczas zadziałania

tegoż bezpiecznika przeważnie umieszcza się w specjalnym gasiwie, najczęściej w drobno

zmielonym piasku.

Większość z wyłączników posiada człony wyzwalające powodujące ich zadziałanie.

Ponieważ często pełnią funkcję zabezpieczającą nie tylko przed prądem zwarciowym,

posiadają kilka takich członów, zależnych od różnych czynników. Człon odpowiedzialny za

wyłączenie prądów zwarciowych jest zazwyczaj członem elektromagnetycznym, którego

działanie polega na tym, że odpowiednio wysokie natężenie prądu zwarciowego płynącego

przez elektromagnes przyciąga zworę, która z kolei odblokowuje sprężynę otwierającą

wyłącznik. W wyłącznikach pracujących na wysokich napięciach, funkcję tę spełniają często

zewnętrzne przekaźniki nadprądowe.

W przypadku bezpieczników, funkcję wyłączającą spełnia umieszczony w jego

wkładce topikowej cienki drucik lub taśma metalowa, zwana topikiem, której przekrój jest

tak dobrany, żeby doszło od jej natychmiastowego stopienia pod wpływem przepływu prądu

zwarciowego, oraz do stopienia po pewnym czasie dla prądu przeciążeniowego.

Umieszczone wokół topika gasiwo gasi łuk elektryczny powstały po przepaleniu drutu

topikowego.

Kolejnym rodzajem urządzeń stanowiących rodzaj zabezpieczenia

przeciwzwarciowego są dławiki zwarciowe. Wpięte na początku linii elektroenergetycznej

pozwalają zmniejszyć skutki zwarcia w samej linii nie pozwalając na całkowity spadek

napięcia na zasilających ją szynach zbiorczych.

Aparaty zabezpieczeniowe

Aparaty te służą do zabezpieczania obwodów elektrycznych przed innymi niż zwarcia

czy przeciążenia czynnikami mogącymi zakłócić pracę instalacji elektrycznej. Są one

najczęściej włączone w obwód sterowania urządzeniami elektrycznymi i w razie sytuacji

awaryjnej wyłączają ich zasilanie. Wobec szerokiej gamy takich urządzeń, można wymienić

między innymi:

1. czujnik kolejności faz

2. czujnik zaniku fazy

3. czujniki termiczne montowane na urządzeniach odbiorczych

Rys. Czujnik kolejności i zaniku fazy CKF-337 F&F

Aparaty sterownicze i regulacyjne

Aparaty te znajdują zastosowanie w wielu miejscach instalacji elektrycznych.

Pozwalają sprawnie sterować wszelkimi instalacjami elektrycznymi i elektroenergetycznymi.

Jednocześnie stanowią bardzo szeroki asortyment od urządzeń bardzo prostych, do

pozostających na wysokim poziomie zaawansowania technicznego. Możemy wyróżnić

między innymi takie urządzenia jak:

1. przyciski sterownicze normalnie otwarte

2. przyciski sterownicze normalnie zam

3. lampki kontrolne,

4. przyciski bezpieczeństwa z blokadą,

5. przełączniki,

6. automaty schodowe (załączenie oświetlenia przyciskiem na określony czas),

7. przekaźniki schodowe (załączenie i wyłączenie oświetlenia przyciskiem

8. przekaźniki czasowe (załączanie

algorytmu – np. PCU-510

9. przekaźniki elektromagnetyczne (elementy

podtrzymywanie zasilania układów sterowania),

10. przekaźniki rozruchowe gwiazda

11. automaty zmierzchowe (załączanie oświetlenia w zależności od natężenia

oświetlenia),

12. czujniki ruchu (załączenie oświetlenia na

przestrzeni),

13. cyfrowe sterowniki automatyki przemysłowej

W zasadzie można by było do nich zaliczyć również wymienione już czujniki zaniku fazy

i czujniki niewłaściwej kolejności faz.

Rys. Przycisk NO Simens,

przycisk bezpieczeństwa z

Aparaty sterownicze i regulacyjne

Aparaty te znajdują zastosowanie w wielu miejscach instalacji elektrycznych.

Pozwalają sprawnie sterować wszelkimi instalacjami elektrycznymi i elektroenergetycznymi.

tanowią bardzo szeroki asortyment od urządzeń bardzo prostych, do

pozostających na wysokim poziomie zaawansowania technicznego. Możemy wyróżnić

między innymi takie urządzenia jak:

normalnie otwarte (NO),

normalnie zamknięte (NC),

przyciski bezpieczeństwa z blokadą,

automaty schodowe (załączenie oświetlenia przyciskiem na określony czas),

przekaźniki schodowe (załączenie i wyłączenie oświetlenia przyciskiem

przekaźniki czasowe (załączanie obwodów na zadany czas według zadanego

510 DUO),

elektromagnetyczne (elementy pomocnicze, pozwalają

podtrzymywanie zasilania układów sterowania),

przekaźniki rozruchowe gwiazda-trójkąt,

automaty zmierzchowe (załączanie oświetlenia w zależności od natężenia

czujniki ruchu (załączenie oświetlenia na skutek ruchu obiektów z zadanej

cyfrowe sterowniki automatyki przemysłowej.

W zasadzie można by było do nich zaliczyć również wymienione już czujniki zaniku fazy

czujniki niewłaściwej kolejności faz.

Rys. Przycisk NO Simens, przycisk modułowy 16A, 2R Hager,

przycisk bezpieczeństwa z blokadą

Rys. Lampki sygnalizacyjne LED

Aparaty te znajdują zastosowanie w wielu miejscach instalacji elektrycznych.

Pozwalają sprawnie sterować wszelkimi instalacjami elektrycznymi i elektroenergetycznymi.

tanowią bardzo szeroki asortyment od urządzeń bardzo prostych, do

pozostających na wysokim poziomie zaawansowania technicznego. Możemy wyróżnić

automaty schodowe (załączenie oświetlenia przyciskiem na określony czas),

przekaźniki schodowe (załączenie i wyłączenie oświetlenia przyciskiem – np. BIS 411),

obwodów na zadany czas według zadanego

pozwalają np. na

automaty zmierzchowe (załączanie oświetlenia w zależności od natężenia

skutek ruchu obiektów z zadanej

W zasadzie można by było do nich zaliczyć również wymienione już czujniki zaniku fazy

, 2R Hager,

Rys. Lampki sygnalizacyjne LED

Rys. Automat schodowy AS-B 220 F&F, przekaźnik schodowy BIS-411,

przekaźnik czasowy PCU 510 DUO

Rys. Automat zmierzchowy AZ-112, czujnik ruchu 180°,

regulator mikroprocesorowy MC-20D

W przypadku instalacji elektroenergetycznych wysokich i średnich napięć, możliwe

było by dołączenie do powyższych urządzeń automatyki zabezpieczeniowej i restytucyjnej

takich jak:

1. przekaźniki zabezpieczeniowe,

2. przekaźniki nadprądowe,

3. zabezpieczenia podnapięciowe,

4. przekaźniki gazowo-przepływowe (Buchholza – zabezpieczają transformatory

energetyczne na wypadek przegrzania lub utraty oleju),

5. blokady manipulacyjne (zabezpieczają przed błędnymi łączeniami),

6. układy sterowania ze sterownikiem kwitującym (pokazuje stan wyłącznika),

7. SPZ (samoczynne ponowne załączenie – samoczynnie próbuje załączyć linię po

awaryjnym wyłączeniu)

8. SZR (samoczynne załączenie rezerwy – załącza linię czy transformator rezerwowy

w miejsce uszkodzonego)

W oparciu o urządzenia automatyki działają również zaawansowane układy

zabezpieczeń linii energetycznych oraz urządzenia zapewniające selektywność zadziałania

tych zabezpieczeń.

Inne aparaty i urządzenia stosowane w instalacjach elektrycznych i elektroenergetycznych

Wśród aparatów i urządzeń występuje duża gama takich, które nie dają się włączyć

w podaną powyżej klasyfikację. Nie wszystkie też dało się tu omówić. Do tych trudnych do

zakwalifikowania możemy wymienić między innymi:

1. kompensatory mocy biernej (pozwalają kompensować moc bierną, a tym samym

poprawiać wartość współczynnika mocy),

2. urządzenia zasilania awaryjnego prądu stałego – akumulatornie,

3. urządzenia zasilania awaryjnego prądu przemiennego – falowniki,

4. urządzenia prostownicze,

5. urządzenia dzwonkowe, dzwonki,

6. zamki elektromagnetyczne.

Powyżej przedstawiono jedynie gamę wykorzystywanych aparatów i urządzeń

elektrycznych i elektroenergetycznych. Dokładniej część z nich zostanie omówiona podczas

dalszych zajęć.

Materiały na zajęcia z Elektroenergetyki dla zawodu „Technik energetyk” w Śl.TZN w Katowicach

Opracował: Maciej Czakański