1

Úvod, rozdělení a obsah předmětu

Elektrický přístroj je elektrické zařízení, kterým ovládáme, řídíme a chráníme elek-

trický obvod. Zařazuje se do obvodu mezi zdroj a spotřebič. Elektrický přístroj není zdrojem

ani spotřebičem energie.

Rozdělení elektrických přístrojů

• spínací přístroje: vypínače, přepínače, tlačítka, odpínače, odpojovače, stykače

• řídící a spouštěcí přístroje: reostaty, spouštěče

• jistící a ochranné přístroje: pojistky, jističe, chrániče, jistící relé, tepelné ochrany elek-

trických strojů

• elektromagnety a relé

• svodiče přepětí: bleskojistky, omezovače přepětí, přepěťové ochrany nízkého napětí.

Elektrický stroj je zařízení na přeměnu elektrické energie.

Elektrický stroj může být zdrojem elektrické energie (generátor), spotřebičem elek-

trické energie (motor) nebo zdrojem i spotřebičem elektrické energie (transformátor).

Rozdělení elektrických strojů

• netočivé stroje: transformátory

• točivé stroje: generátory – mění mechanickou energii na elektrickou

motory – mění elektrickou energii na mechanickou

o asynchronní stroje

o synchronní stroje

o stejnosměrné stroje

o střídavé komutátorové motory

2

Elektrické přístroje

Štítkové hodnoty elektrických přístrojů

• druh proudu

• jmenovitý kmitočet střídavého proudu

• jmenovité napětí UN

• jmenovitý proud IN

• maximální vypínací proud (vypínací schopnost)

Jmenovité napětí

Jmenovité napětí je efektivní hodnota napětí, pro kterou je zařízení vyrobeno.

Při překročení jmenovitého napětí nastává průraz izolace. Jmenovité napětí je dáno

kvalitou izolace (elektrickou pevností izolantu) a vzdáleností mezi živými částmi (rozměry

zařízení). Podle jmenovitého napětí rozlišujeme elektrické přístroje nn, vn, vvn a zvn.

malé napětí mn 6 V, 12 V, 24 V, 48 V spotřebiče na bezpečné napětí

nízké napětí nn 230/400 V 500 V

veřejná rozvodná síť nn síť nn například v dolech

vysoké napětí vn 6 kV, 10 kV 22 kV, 35 kV

napájení vysokonapěťových motorů distribuční síť vn, nadřazená síti nn

velmi vysoké napětí vvn 110 kV 220 kV

síť nadřazená distribuční síti vn přenosová síť

zvlášť vysoké napětí zvn 400 kV přenosová síť

Opakování – intenzita elektrického pole, elektrická pevnost izolantu

Intenzita elektrického pole je přímo úměrná napětí

mezi deskami a nepřímo úměrná vzdálenosti mezi deskami.

intenzita elektrického pole E [kV/mm ]

[V/m; V, m] nebo [kV/mm; kV, mm]

lU

E =

3

U – elektrické napětí mezi deskami

l – vzdálenost mezi deskami

Elektrická pevnost izolantu je intenzita vnějšího elektrického pole, při níž nastává

průraz izolantu. Vyjadřuje schopnost izolantu odolávat namáhání elektrickým polem.

elektrická pevnost izolantu Ep [kV/mm ]

Skutečnou intenzitu elektrického pole, které je izolant vystaven, musíme vždy porov-

návat s elektrickou pevností daného izolantu. Překročí-li intenzita vnějšího elektrického

pole elektrickou pevnost izolantu, nastane průraz izolantu.

Má-li izolant elektrickou pevnost například 12 kV/mm, znamená to, že izolant tloušť-

ky 1 mm se prorazí při napětí 12 kV.

Pro průrazné napětí Up izolantu tloušťky l platí:

[kV; kV/mm, mm]

PŘ. 1 Určete průrazné napětí izolantu tloušťky 0,5 cm. Elektrická

pevnost izolantu je 5,4 kV/mm.

Ep = 5,4 kV/mm

l = 0,5 cm = 5 mm

Up = ?

Up = Ep ⋅ l = 5,4 kV/mm ⋅ 5 mm = 27 kV

Průrazné napětí izolantu je 27 kV.

Jmenovitý proud

Jmenovitý proud je efektivní hodnota proudu, pro kterou je zařízení vyrobeno. Elek-

trickým přístrojem může trvale procházet, aniž se překročí dovolené oteplení živých částí.

Jmenovitý proud je dán průřezy živých částí, tj. částí, kterými proud prochází. Průře-

zy musí být tak velké, aby nebyla překročena dovolená proudová hustota ve vodiči. Krátko-

době při zkratu musí přístroj vydržet i průchod většího proudu.

lEU pp ⋅=

4

Opakování – proudová hustota

Prochází-li vodičem elektrický proud, vodič je průchodem proudu tepelně namá-

hán (proudově zatěžován) a zahřívá se. Čím větší proud vodičem prochází, tím se vodič za-

hřívá více. Zahřívání vodiče ale nezávisí jen na proudu.

Proudová hustota je poměr elektrického proudu I ve vodiči a průřezu S vodiče. Vy-

jadřuje proudové zatížení vodiče.

proudová hustota J [A/mm2]

[A/m2; A, m2] nebo [A/mm2; A, mm2]

Základní jednotkou proudové hustoty je [A/m2]. Běžně se ale průřezy vodiče udávají

v [mm2], pak se pro proudovou hustotu používá odvozená jednotka [A/mm2].

Čím je větší proud ve vodiči a čím má vodič menší průřez, tím je proudová hustota

ve vodiči větší a vodič se více zahřívá. Překročí-li proudová hustota ve vodiči ur čitou veli-

kost, zahřívání vodiče je větší než dovolené a vodič může být pro své okolí nebezpečný.

Pro izolované měděné a hliníkové vodiče je nejvyšší dovolená proudová hustota při-

bližně 6 – 8 A/mm2. Znamená to, že vodičem průřezu 1 mm2 může procházet nejvýše proud

6 – 8 A, při větším proudu je nutno zvýšit průřez vodiče.

PŘ. 2 Průměr vodiče je 5 mm. Určete proud ve vodiči, je-li proudová hustota 2,5 A/mm2.

d = 5 mm, J = 2,5 A/mm2

I = ?

1) průřez vodiče: S = π ⋅ d2

4 3,14 ⋅ 52

4 mm2 19,6 mm2

2) proud ve vodiči: J = IS ⇒ I = J ⋅ S 2,5 A/mm2 ⋅ 19,6 mm2 49 A

Proud ve vodiči je asi 49 A.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 1

PŘ. 1 Měděným vodičem o průměru 4,5 mm prochází proud 56 A. Určete proudovou husto-

tu ve vodiči a rozhodněte, zda tato hodnota vyhovuje. [3,5 A/mm2]

SI

J =

5

PŘ. 2 Izolant tloušťky 0,45 cm se prorazí při napětí 32,4 kV. Určete elektrickou pevnost

izolantu. [7,2 kV/mm]

Maximální vypínací proud

Maximální vypínací proud (vypínací schopnost) je největší proud, který je přístroj

schopen vypnout. Musí být vždy větší, než je skutečný zkratový proud v daném místě sítě.

Vypínací schopnost je základní údaj jistících a spínacích přístrojů. Pokud by byl maxi-

mální vypínací proud přístroje menší než je skutečný zkratový proud v síti, přístroj by nebyl

schopen zkratový proud vypnout a zhasnout oblouk (viz dále).

Spínací přístroje Spínací přístroje (spínače) spínají elektrické obvody.

Spínání je zapínání, vypínání i přepínání obvodu zatíženého i nezatíženého.

Elektrické kontakty

Elektrické kontakty jsou hlavní částí spínače. Zajišťují přerušení elektrického obvo-

du. Skládají se z pevné a pohyblivé části.

Funkční stavy kontaktů

• Vypnutá poloha: kontakty představují spolehlivé přerušení obvodu. Obvodem neprochá-

zí proud (I = 0), na kontaktech je plné napětí zdroje (UK = U).

• Zapnutá poloha: kontakty představují dokonalé propojení obvodu. Obvodem prochází

jmenovitý proud, na kontaktech je v případě ideálního spínače nulové napětí (UK = 0).

6

Vznik a zhášení elektrického oblouku

Po oddálení kontaktů při vypnutí vznikne mezi kontakty elektrický oblouk.

Elektrický oblouk je jasně ohraničený elektrický výboj o teplotě asi 6 000 oC.

Oblouk vznikne proto, že po oddálení kontaktů se mezi kontakty okamžitě objeví jmenovité

napětí sítě, ale izolační vzdálenost je velmi malá a vzduch se prorazí. Oblouk kontakty tepelně

namáhá, navíc proud prochází obloukem dále a obvod vlastně není přerušen. Oblouk je nutno

v co nejkratší době uhasit, což zajišťuje zhášecí ústrojí.

Zhášecí ústrojí musí mít spínače malého a nízkého napětí s většími jmenovitými

proudy, zhruba nad 10 A, a všechny spínače vysokého a velmi vysokého napětí (nad 1 kV).

Ve spínačích mn a nn na malé proudy (například v domovních spínačích) oblouk buď

vůbec nevznikne, nebo vznikne, ale vzhledem k malému proudu se nemůže se trvale udržet

a zhasne samovolně. Ale například stykač nn se jmenovitým proudem 16 A zhášecí ústrojí

mít musí, protože takto velký proud stačí k trvalému udržení oblouku.

Způsoby zhášení elektrického oblouku

• mechanicky

o rychlým oddálením kontaktů od sebe a natažením oblouku (pákové spínače nn)

o přetržením oblouku na více místech (můstkové kontakty)

• zhášecím médiem

o olejem, v němž jsou kontakty trvale uloženy

o stlačeným vzduchem, který se vhání přímo k oblouku

o plynným izolantem SF6 (fluorid sírový)

o vakuem (nejmodernější způsob)

o křemičitým pískem (pojistky)

• vyfouknutím oblouku magnetickým polem do zhášecí komory.

7

Domovní spínače nízkého napětí

Domovní spínače rozdělujeme podle zapojení na řazení 1 – 7. V situačních schéma-

tech budeme používat následující značky.

žárovkové svítidlo

žárovkové svítidlo s oddělenými obvody (lustr)

krabicová rozvodka sloužící k odbočování vodičů

Řazení 1 – jednopólový vypínač

Zapíná a vypíná jednopólově jeden obvod z jednoho místa.

Má dvě polohy a dva vývody. Zapojuje se vždy do fázového vodiče. U žárovek musí

být fázový vodič připojen na vnitřní přívod objímky, ne na závit objímky.

Řazení 2 – dvoupólový vypínač

Zapíná a vypíná dvoupólově jeden obvod z jednoho místa.

Má dvě polohy a čtyři vývody.

Řazení 3 – trojpólový vypínač

Zapíná a vypíná trojpólově jeden obvod z jednoho místa.

8

Má dvě polohy a šest vývodů. Používá se pro ovládání trojfázového spotřebiče.

Řazení 4 – skupinový přepínač

Ovládá dva obvody z jednoho místa. Zapíná jeden obvod nebo druhý obvod. Neumí

zapnout oba obvody najednou.

Má tři polohy a tři vývody. Lze jej vyrobit pouze v otočném provedení, proto se dnes

již nepoužívá. Přívodní fázový vodič musí být připojen na propojené kontakty.

Řazení 5 – lustrový (sériový) přepínač

Ovládá dva obvody z jednoho místa. Zapíná jeden obvod nebo druhý obvod nezávisle

na sobě nebo oba obvody najednou.

Má čtyři polohy a tři vývody. Užívá se nejčastěji pro svítidlo s oddělenými obvody.

Příkladem je lustr se šesti žárovkami; mohou svítit dvě žárovky nebo čtyři žárovky nebo

všech šest žárovek. Přívodní fázový vodič musí být připojen na propojené kontakty.

9

Řazení 6 – schodišťový (střídavý) přepínač

Ovládá jeden obvod dvěma přepínači ze dvou míst.

Má dvě polohy a tři vývody. Přívodní fázový vodič a vodič ke spotřebiči z druhého

přepínače musí být připojen na hlavní (prostřední) kontakt. Název je odvozen od typického

použití – osvětlení schodiště; dole si rozsvítíme, nahoře zhasneme. Na obrázku je schéma

ovládání jednoho světla ze dvou míst.

Řazení 7 – křížový přepínač

Ovládá jeden obvod několika přepínači z více než dvou míst.

Má dvě polohy a čtyři vývody. Spojuje dva přívodní a dva vývodové vodiče buď pří-

mo nebo křížem. První a poslední přepínač musí být schodišťový, mezi nimi může být libo-

volný počet křížových přepínačů. Příkladem použití je osvětlení dlouhých chodeb. Na obráz-

ku je schéma ovládání jednoho světla ze tří míst.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 2

Nakreslete oba typy schémat pro ovládání jednoho světla ze čtyř míst.

10

Spínací přístroje vn, vvn

Rozdělení

• odpojovače: spínají obvody bez zatížení (bez proudu)

• odpínače a úsečníky: spínají jmenovité proudy

• výkonové vypínače: spínají všechny proudy, musí vypnout i zkratový proud.

Odpojovače

Odpojovač slouží k bezpečnému a viditelnému odpojení elektrických zařízení od na-

pětí z důvodu bezpečnosti práce na zařízeních vn, vvn.

vedení

odpojovač

výkonový vypínač

odbočka

Odpojovač je spínač s mechanickým kontaktem, který nemá zhášecí ústrojí a může

spínat obvod pouze bez zatížení (tj. obvod již vypnutý). Zařazuje se před výkonový vypínač

vn, vvn. Při vypnutí vypíná první výkonový vypínač (se zhášením oblouku), druhý odpojovač

(již bez proudu). Při zapnutí se zapíná první odpojovač, druhý výkonový vypínač.

Důvodem používání odpojovačů je bezpečnost. Technik, který jde pracovat například

na vypnuté vedení 22 kV, musí vidět na odpojovači, že je vedení skutečně vypnuté od zdroje.

Úsečníky

Úsečník je spínač pro přímou montáž na stožár vedení vysokého napětí distribuční

sítě 22 kV nebo 35 kV. Spíná jmenovité proudy.

Úsečník viditelně odpojuje odbočky venkovního vedení nebo přípojky k transformá-

torům vn/nn. Oblouk se při vypínání vyfoukne ohřátým vzduchem a vlastním magnetickým

polem nahoru mezi růžky, kde se přetrhne.

11

Odpínače

Odpínač spíná jmenovité proudy, zkratové proudy není schopen vypnout.

Pojistkový odpínač nn, vn je kombinací pojistky a odpínače. Odpínač vypíná jme-

novité proudy, pojistka proudy zkratové. Pojistkový odpínač je levnější náhradou výkono-

vého vypínače tam, kde nevadí přerušení dodávky elektrické energie během výměny pojistek.

Výkonové vypínače

Výkonový vypínač vypíná jmenovité i zkratové proudy a musí mít zhášecí ústrojí. Je-

ho maximální vypínací proud musí být větší, než je zkratový proud v daném místě sítě.

Výkonové vypínače rozdělujeme podle způsobu zhášení oblouku na

• máloolejové vypínače – oblouk je zhášen v oleji; jde o zastaralý princip, již se nevyrábějí

• tlakovzdušné vypínače – oblouk je zhášen stlačeným vzduchem; jde o zastaralý princip,

již se nevyrábějí

• vypínače SF6 – oblouk je zhášen plynem SF6 (fluorid sírový); jde o moderní spínače pou-

žívané až do 400 kV

• vakuové vypínače – oblouk je zhášen ve vakuu; jde o nejmodernější způsob zhášení

oblouku, používají se na úrovni vn (do 35 kV)

• magnetické vypínače – jediný typ vhodný i pro stejnosměrné napětí, používají se napří-

klad na železnici se stejnosměrným napájením 3 kV.

Nadproudové jistící přístroje Při normálním provozním stavu není v síti větší napětí než jmenovité a ve vodičích

neprocházejí větší proudy než jmenovité. Nežádoucí stavy, které narušují bezpečnost a spo-

lehlivost provozu elektrických zařízení, se nazývají poruchy.

Nežádoucí stavy při provozu elektrických zařízení se nazývají poruchy. Dojde-li k po-

ruše, je třeba postiženou část rozvodu co nejrychleji odpojit od zdroje.

Rozdělení poruch

• nadproud – každý proud větší než proud jmenovitý

• přepětí – každé napětí větší než napětí jmenovité.

12

V sítích nn slouží k ochraně proti nadproudům nadproudové jistící přístroje – pojist-

ky, jističe a nadproudová relé. Příčinami nadproudů jsou přetížení nebo zkrat.

Přetížení

Přetížení vznikne při zatěžování sítě větším proudem, než je jmenovitý proud.

Při přetížení vznikají menší nadproudy, které však mohou trvat delší dobu. Nadprou-

dový jistící přístroj vypne přetížení tím dříve, čím je nadproud vyšší. Přetížení vznikne na-

příklad tak, že na zásuvkový obvod připojíme spotřebiče, jejichž celkový odebíraný proud

překračuje jmenovitý proud jističe, který zásuvku jistí (zpravidla 16 A).

Zkrat

Zkrat je poruchový stav vznikající při spojení fází navzájem nebo fází s vodičem,

který je vyvedený z uzlu vinutí trojfázového zdroje (N, PE, PEN).

Zkrat je nejvážnější porucha elektrického zařízení a nelze jí zcela zabránit. Sítě nn

230/400 V jsou napájeny z distribu čního transformátoru. Jeho vstupní vinutí je napájeno

z distribuční sítě vn 22 kV nebo 35 kV, výstupní vinutí na straně nn je spojeno do hvězdy

a z uzlu je vyveden čtvrtý vodič sítě PEN.

Při zkratu například mezi fázovým vodičem L1 a vodičem PEN je zkratový proud

v uzavřeném obvodu omezen pouze nepatrným odporem vodičů L1 a PEN a vinutím transfor-

mátoru a dosahuje nebezpečně velkých hodnot. V bytových rozvodech dosahují zkratové

proudy hodnot řádově stovky ampér, v průmyslových rozvodech až desítky kiloampér. Proto

musí být zkrat co nejrychleji jistícím přístrojem vypnut.

Zkratové proudy ohrožují provoz a bezpečnost elektrických zařízení i osob svými

13

o tepelnými účinky – ve vodičích vzniká Jouleovo teplo a živé části se okamžitě po vzniku

zkratu začnou velmi rychle ohřívat

o silovými účinky – mezi dvěma vodiči s proudem působí síla, která může být při zkratu

velmi velká a může způsobit například mechanické poškození vodičů nebo deformaci vi-

nutí elektrických strojů.

Veškerá elektrická zařízení musí vydržet následky zkratového proudu až do doby, než

nadproudový jistící přístroj odpojí obvod od zdroje.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 3

PŘ. 1 Vysvětlete, co je to Jouleovo teplo. Napište vztah, který vyjadřuje tepelné účinky zkra-

tového proudu (Jouleovo teplo).

PŘ. 2 Napište vztah, který vyjadřuje silové účinky zkratového proudu (sílu mezi dvěma vo-

diči s proudem ve vzduchu).

PŘ. 3 Nakreslete a popište náhradní schéma zdroje napětí ve stavu nakrátko. Napište vztah

pro zkratový proud zdroje.

U nadproudových jistících přístrojů udáváme:

o jmenovitý proud: proud, který může jistícím přístrojem trvale procházet; po jeho překro-

čení jistící přístroj zapůsobí a vypne obvod

o vypínací schopnost (maximální vypínací proud): nejvyšší zkratový proud, který je jis-

tící přístroj schopen vypnout a uhasit vzniklý oblouk (jistič 16 A / 6 kA).

Maximální vypínací proud pojistky nebo jističe (vypínací schopnost) musí být větší,

než je skutečný zkratový proud v daném místě sítě.

Pojistky

Pojistka je úmyslně zeslabené místo v proudové dráze.

Pojistka jistí obvody proti nadproudu tak, že tepelným účinkem nadproudu se pře-

taví tavný drátek v pojistkové vložce a přeruší se obvod. Pojistka jistí zejména proti

zkratu, který vypíná velmi rychle.

14

Vypínací charakteristika pojistky

Vypínací (tavná, ampérsekundová) charakteristika je graf závislosti doby vypnutí po-

jistky na velikosti proudu, který pojistkou prochází.

schématická značka pojistky

Charakteristika pojistky je závislá: čím větší proud pojistkou prochází, tím kratší je

doba vypnutí (doba přetavení vlákna). Na vodorovnou osu se vynáší násobek jmenovitého

proudu pojistky IN. Při průchodu jmenovitého proudu pojistka nevypne nikdy. Pojistka vypíná

asi až při průchodu 1,3 násobku jmenovitého proudu (pojistka se jmenovitým proudem 10 A

vypne při proudu asi 13 A).

Výhody pojistek

o jednoduchá konstrukce

o nízká cena

o velká rychlost působení při zkratu.

Nevýhody pojistek

o jednorázové použití (pojistkové vložky se nesmějí opravovat)

o proti přetížení jistí špatně

o vypínají jen jednu fázi.

Druhy pojistek

• Závitové pojistky nn mají jmenovitý proud 2 – 63 A. Výměnu závitových pojistek mo-

hou provádět i osoby bez elektrotechnické kvalifikace; je nutno vypnout hlavní jistič (vy-

pínač) a pojistkovou vložku dát nejprve do hlavice, poté zašroubovat. Dnes jsou závitové

pojistky nahrazovány válcovými pojistkami nebo jističi a používají se málo.

15

• Výkonové nožové pojistky nn mají jmenovitý proud 4 – 1 600 A. Veškerou manipulaci

s výkonovými pojistkami mohou provádět jen pracovníci s elektrotechnickou kvalifikací.

Nožové pojistky se používají například v přípojkové skříni domu jako hlavní jištění.

• Válcové pojistky nn jsou moderní pojistky, které nahrazují závitové i výkonové nožové

pojistky. Jmenovitý proud je 0,25 – 125 A, maximální vypínací proud 120 kA. Vyrábějí se

ve třech rozměrech s průměry 10, 14 a 22 mm. Montují se na pojistkové spodky nebo

do pojistkových odpínačů.

• Pojistky vn mají jmenovitý proud 2 – 100 A, jmenovité napětí je 6 – 35 kV. Při nad-

proudu se přetaví tavný vodič navinutý na keramické izolační trubce v porcelánovém

pouzdře. Tavný vodič je obklopený křemičitým pískem. Jistí například vstupní vedení vn

do distribučního transformátoru vn/nn.

• Mezi speciální pojistky nn patří například velmi rychlé pojistky k ochraně polovodičo-

vých součástek, přístrojové (trubičkové skleněné) pojistky pro jištění měřících přístrojů,

domácích spotřebičů a elektronických zařízení nebo pojistky do motorových vozidel.

Jističe

Jistič je jistící nadproudový přístroj k jištění obvodů proti přetížení i zkratu. Skládá

se z tepelné spouště proti přetížení a z elektromagnetické zkratové spouště.

Obě spouště jsou v sérii a při nadproudu jedna z nich pomocí speciálního mechanismu

rozpojí kontakty jističe a tím přeruší obvod. Po vybavení jističe lze jistič opět ručně zapnout;

jistič ale nelze zapnout, pokud trvá příčina vypnutí (nadproud).

Vypínací charakteristika jisti če

Tepelná spoušť je založena na principu bimetalu (dvojkovu). Bimetal je ohříván

průchodem proudu, mechanicky se ohýbá a dosáhne-li ohnutí určité velikosti, bimetal vypne

kontakty jističe. Tepelná spoušť má závislou charakteristiku – čím větší proud jističem

prochází, tím kratší je doba vypnutí. Tepelná spoušť začíná reagovat na 1,05 – 1,15 náso-

bek jmenovitého proudu, a tak jistí i proti malým přetížením (jistič se jmenovitým proudem

10 A vypne již při proudu mezi 10,5 – 11,5 A).

Elektromagnetická spoušť je cívka nastavená na určitou velikost proudu (3 – 16 ná-

sobek jmenovitého proudu podle druhu vypínací charakteristiky). Dosáhne-li proud této hod-

16

noty, cívka vtáhne jádro a dojde k vypnutí kontaktů jističe. Elektromagnetická spoušť má

nezávislou charakteristiku – cívka vypíná vždy za stejnou velmi krátkou dobu.

schématická značka jističe

Charakteristika jisti če je polozávislá s typickým tvarem se zlomem, kdy začíná vy-

pínat zkratová spoušť (její vypínací doby jsou mnohonásobně kratší než vypínací doby tepel-

né spouště). Oblouk je zhášen vyfouknutím magnetickým polem do zhášecí komory. Ta je

tvořena řadou ocelových plechů, do nichž je oblouk vtažen vlastním magnetickým polem.

Typy jisti čů

• Podle počtu pólů:

o střídavé – počet pólů je 1, 1 + N, 2, 3 nebo 3 + N

o stejnosměrné – počet pólů je 1 nebo 2.

• Podle jmenovitého proudu:

o malé jističe do 125 A

o velké jističe do 6 300 A.

• Podle vypínací charakteristiky:

o jistič s charakteristikou typu B

o jistič s charakteristikou typu C

o jistič s charakteristikou typu D.

17

Jednotlivé typy vypínací charakteristiky B, C, D se liší tím, na jaký proud je nasta-

vena elektromagnetická zkratová spoušť. Na jističi je označen typ charakteristiky spolu se

jmenovitým proudem bez značky A (například B 16).

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 4

Pro jističe LSN do 63 A firmy OEZ Letohrad vypište z katalogu vlastnosti a použití jednotli-

vých typů vypínacích charakteristik B, C, D.

Proudové chrániče Proudový chránič je přístroj na ochranu před úrazem elektrickým proudem.

Proudový chránič je moderní přístroj, jehož význam a povinné použití neustále roste.

Proudový chránič reaguje na průraz izolace (zkrat) i na zhoršení izolačního stavu,

kdy poruchový proud prochází přes uzemněnou neživou část do země.

Princip činnosti

18

Základní částí chrániče je součtový proudový transformátor, kterým procházejí

všechny pracovní vodiče (fázové a střední N) chráněného elektrického zařízení.

V normálním provozu je součet proudů v pracovních vodičích roven nule při sou-

měrném i nesouměrném zatížení sítě.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 5

PŘ. 1 Vysvětlete pojmy „souměrné“ a „nesouměrné“ zatížení sítě.

PŘ. 2 Vysvětlete, proč je v normálním provozu součet proudů v pracovních vodičích roven

nule.

Prochází-li proud některé fáze přes neživou část do země (porucha izolace nebo do-

tyk osoby živé části), vznikne v transformátoru proudová nesouměrnost (součet proudů není

roven nule), v uzavřeném kruhovém jádře vznikne magnetický indukční tok a ve vinutí se in-

dukuje napětí. Toto napětí se přivede na vypínací cívku, která odpojí svými rozpínacími kon-

takty všechny pracovní vodiče od zdroje.

Chránič reaguje na rozdílový proud v pracovních vodičích a vypíná, překročí-li tento

rozdílový proud určitou velikost, na niž je chránič nastaven.

Chránič musí mít předřazeno nadproudové jištění (pojistku nebo jistič), protože

nereaguje na přetížení ani na mezifázové zkraty bez spojení se zemí. Hodnotu jmenovitého

proudu pojistky nebo jističe předepisuje výrobce proudového chrániče.

Chránič zajišťuje i protipožární ochranu, protože odpojí instalaci při vzniku nebez-

pečného unikajícího proudu (proudu, který uniká přes izolaci do země).

Kontrolu správné funkce chrániče zjišťuje kontrolní tla čítko SB. Při jeho stisknutí si-

mulujeme poruchový stav a chránič musí vypnout. Testování se musí provádět v pravidelných

intervalech, které uvádí výrobce.

Proudový chránič s nadproudovou ochranou

Proudový chránič s nadproudovou ochranou je přístroj, který je kombinací proudové-

ho chrániče a jističe. Kromě ochrany před úrazem elektrickým proudem zajišťuje i ochranu

proti nadproudu (přetížení a zkratu).

19

Proudový chránič do zásuvky

Někteří výrobci vyrábějí proudový chránič do zásuvky. Proudový chránič má vidlici,

která se zapojí přímo do zásuvky 230 V/50 Hz, a vlastní zásuvku, do které se připojí spotře-

bič. Typickým příkladem použití je ruční elektrické nářadí.

Zapojení jednofázové zásuvky 230 V/50 Hz s proudovým chráničem

Vodič PEN (kombinace barev žlutá a zelená) je nutno při použití proudového chrániče

rozdělit na samostatný vodič střední N (světle modrý - slouží k vedení proudu) a na samostat-

ný vodič ochranný PE (kombinace barev žlutá a zelená - slouží k ochraně před úrazem elek-

trickým proudem).

Vodič N musí procházet chráničem (pracovní proud se musí vracet chráničem),

vodič PE nesmí procházet chráničem (poruchový proud se musí vracet mimo chránič).

schématické značky proudového chrániče

20

Štítkové hodnoty proudového chrániče

• Jmenovitý proud IN – proud, který může v sepnutém stavu trvale kontakty chrániče pro-

cházet. Jeho velikost se volí podle jmenovitého proudu chráněného zařízení (16 – 25 –

40 – 63 – 80 – 100 A).

• Vybavovací proud (jmenovitý reziduální proud, citlivost) I∆N – proud, při jehož úniku

do země chránič vypíná. Čím je vybavovací proud menší, tím je chránič citlivější (10 –

30 – 100 – 300 – 500 mA).

• Počet pólů: 2 – pro jednofázové spotřebiče

4 – pro trojfázové spotřebiče.

• Jmenovité napětí UN – 230/400V, 50 Hz.

• Doba vypnutí: chrániče bez zpoždění (běžné) – do 0,2 s (bez označení)

chrániče se zpožděním minimálně 10 ms G

chrániče selektivní (se zpožděním minimálně 40 ms). S

Účelem zpoždění je dosáhnout selektivity jištění a zabránit nežádoucímu vypnutí hlav-

ního (předřazeného) chrániče.

Použití proudového chrániče

Podle současných norem je povinné použití proudových chráničů v místech se zvýše-

ným nebezpečím úrazu elektrickým proudem. Dále je uvedeno několik příkladů:

o zásuvky v bytových koupelnách

o zásuvky na staveništích

o venkovní zásuvky

o všechny zásuvky (v bytových i jiných prostorách), které obsluhují osoby bez elektrotech-

nické kvalifikace.

Elektromagnety Elektromagnet je přístroj, který využívá silových účinků elektrického proudu.

Elektromagnety se používají se k ovládání kontaktů elektrických přístrojů (stykače,

relé) a v dalších zařízeních (elektromagnetické spojky, ventily, upínadla, třídiče kovů atd.).

21

Části

• magnetický obvod – pevné feromagnetické kotva

jádro

• budící cívka magnetický

• kotva – pohyblivá část z feromagnetického obvod

materiálu, která se posouvá působením elek-

tromagnetických sil a mění polohu vnějšího

mechanismu, s nímž je spojena.

Rozdělení

• stejnosměrné – nejčastější použití, jednoduchá konstrukce (jádro z plného materiálu), ne-

výhodou je nutnost napájení z usměrňovačů

• střídavé – jádro složené z elektrotechnických plechů kvůli ztrátám vířivými proudy, výho-

dou je snadná dostupnost střídavé napájecí sítě.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 6

Napište, jak, kde a proč vznikají ztráty vířivými proudy. Vysvětlete, jak se u elektrických

strojů a přístrojů zmenšuje jejich velikost.

Stykače Stykač je dálkově ovládaný spínací přístroj pro časté spínání a pro automatické

a dálkové spínání. Tvoří jej cívka elektromagnetu, která ovládá kontakty.

Stykače se používají zejména pro spínání elektromotorů, elektrického osvětlení a vytá-

pění, ohřívačů vody, čerpadel atd. Stykač má hlavní kontakty, které vypínají obvod, zpravid-

la trojfázově, a pomocné kontakty (nejčastěji dva spínací a dva rozpínací), které slouží na-

příklad k signalizaci stavu stykače.

Hlavní kontakty jsou drženy v zapnuté poloze elektromagnetem, tj. tehdy, je-li

na ovládací cívku stykače přivedeno napětí.

Odpojíme-li ovládací cívku od napětí, pružina vrací kontakty do klidové vypnuté

polohy. Typická napětí ovládací cívky stykače jsou 12 V, 24 V a 230/50 Hz nebo 12 V, 24 V

a 220 V stejnosměrných.

22

Označení svorek stykače

1 3 5 13 21 31 43 A1 1 – 2, 3 – 4, 5 – 6 hlavní kontakty

13 – 14, 43 – 44 pomocné spínací kontakty

21 – 22, 31 – 32 pomocné rozpínací kontakty

A1 – A2 ovládací cívka stykače

2 4 6 14 22 32 44 A2

Základní štítkovou hodnotou stykače je jmenovitý proud hlavních kontaktů; tj.

proud, který mohou hlavní kontakty v sepnutém stavu trvale přenášet. Bývá v rozmezí desítek

až stovek ampérů.

Relé Relé je přístroj obsahující spoušť, která ovládá kontakty.

Relé rozdělujeme podle druhu spouště:

o elektromagnetická spoušť – cívka

o tepelná spoušť – bimetal (dvojkov)

o elektronická spoušť – polovodičové prvky.

Příkladem relé s elektromagnetickou spouští je instalační relé. Obsahuje cívku elek-

tromagnetu na různá stejnosměrná i střídavá napětí, která ovládá pohybem kotvy spínací, roz-

pínací nebo přepínací kontakty.

Instalační relé pracuje na stejném principu jako stykač, ale jmenovitý proud kontaktů

je menší (zpravidla do 16 A).

KA

ovládací cívka spínací kontakt rozpínací kontakt

(v klidu rozepnut) (v klidu sepnut) přepínací kontakt

23

Jistící nadproudové relé

Jistící nadproudové relé se používá k ochraně elektromotorů proti přetížení.

Příčinami přetížení motoru jsou zejména překročení dovoleného zatěžovacího mo-

mentu (točivé síly) motoru. Důsledkem přetížení je nadměrné oteplení motoru.

Základní štítkovou hodnotou jistícího nadproudového relé je jmenovitý proud. Po je-

ho překročení relé vybaví tím dříve, čím je přetížení větší.

Velikost jmenovitého proudu relé lze v určitém rozmezí nastavit a nastavuje se

přesně na hodnotu jmenovitého proudu motoru.

Schéma zapojení trojfázového asynchronního motoru na síť

silový obvod ovládací obvod

Popis silového obvodu

FU1: pojistky, které chrání proti zkratu stykač, tepelné relé i motor

KM1: hlavní kontakty stykače, které připojují motor k síti

FA1: tepelné jistící nadproudové relé: bimetal je ohříván proudem motoru, při přetížení

motoru proud vzroste a relé vybaví tak, že pomocný rozpínací kontakt relé odpojí

cívku stykače od napětí.

24

Tepelné jistící nadproudové relé vypíná při přetížení motor nepřímo, prostřednictvím

stykače.

Popis ovládacího obvodu

FU2: pojistky, které jistí ovládací obvod proti zkratu

FA1: pomocný rozpínací kontakt tepelného relé (při přetížení relé vybaví, kontakt se ro-

zepne a odpojí cívku stykače od napětí, tím odpojí hlavní kontakty stykače motor

od sítě)

SB2: tlačítko STOP (rozpínací)

SB1: tlačítko START (spínací)

KM1: ovládací cívka stykače na 230 V/50 Hz.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 7

Vysvětlete význam kontaktu KM1 v ovládacím obvodu.

Přepětí a svodiče přepětí Přepětí je poruchový stav, při němž se napětí zvýší nad hodnotu jmenovitého napětí.

Přepětí namáhá izolaci elektrických zařízení (elektrických strojů a přístrojů, vedení,

rozvodných zařízení) a může být příčinou průrazu izolace.

Druhy přepětí

Podle příčiny vzniku rozlišujeme následující druhy přepětí.

• Atmosférické přepětí je způsobené úderem blesku do elektrického zařízení. Dosahuje vy-

sokých hodnot, ale trvá krátce.

• Spínací přepětí je způsobené činností samotných elektrických zařízení. Dosahuje nižších

hodnot, ale trvá déle a opakuje se. Vzniká zejména při spínání indukční zátěže.

• Pulsní přepětí je zvláštním druhem přepětí, které trvá velmi krátkou dobu a způsobuje

poruchy elektronických zařízení (spotřební elektroniky, počítačů a zařízení k nim připoje-

ných). Vzniká přímým úderem blesku do budovy, elektromagnetickou indukcí při úderu

blesku do vzdáleného místa a průmyslovou činností, zejména spínáním elektromotorů.

25

Svodiče přepětí

Svodič přepětí tvoří izolačně nejslabší místo sítě a při zvýšení napětí se na tomto pře-

dem zvoleném místě izolace prorazí a přepětí se svede do země.

Svodič přepětí omezuje přepětí na velikost, která je pro připojené elektrické zařízení

bezpečná. Je jednofázový a zapojuje se mezi fázový vodič a zem.

Typy svodičů přepětí

• ochranná jiskřiště

• bleskojistky

o vyfukovací bleskojistky

o ventilové bleskojistky

• omezovače přepětí (bezjiskřišťové bleskojistky)

• přepěťové ochrany nn.

Ochranné jiskřiště

Ochranné jiskřiště je tvořeno dvěma kovovými růžky. Jeden růžek je spojen s chráně-

nou částí, druhý je uzemněn. Překročí-li napětí nastavenou hodnotu, vznikne mezi růžky

elektrický oblouk, který vytvoří vodivou dráhu mezi chráněnou částí a zemí a svede pře-

pětí do země. Oblouk stoupá vzhůru a samovolně se přetržením uhasne. Ochranné jiskřiště se

používá zejména jako ochrana izolátorů.

Vyfukovací bleskojistka

Vyfukovací bleskojistka obsahuje jiskřiště (dvě kovové elektrody) v trubici z umělé

pryskyřice. Při přepětí vznikne na jiskřišti oblouk, přepětí se svede do země, vnitřek trubice

zuhelnatí a vyvine se množství plynů, které oblouk vyfouknou. Používá se zejména k ochra-

ně venkovních vedení vn.

DOMÁCÍ ÚKOL Č. 8

Popište stručně princip varistoru. Nakreslete voltampérovou charakteristiku varistoru.

26

Ventilová bleskojistka

Ochrana proti přepětí v sítích od nn až do zvn. Základem je

jiskřiště v sérii s varistorem uložené v porcelánovém plášti. V hor-

ní části pláště je svorka pro připojení chráněné živé části (fázového

vodiče), v dolní části je svorka pro uzemnění.

Při přepětí vznikne na jiskřišti oblouk, odpor varistoru je ma-

lý a proud prochází do země. Po odeznění přepětí odpor varistoru

vzroste, tím klesne proud, který nestačí k udržení oblouku a oblouk zhasne.

Ventilová bleskojistka se používá zejména k ochraně výkonových transformátorů vn,

vvn, zvn v rozvodnách.

Omezovač přepětí

Omezovač přepětí se také nazývá bezjiskřišťová bleskojistka. Je tvořen varistorem,

který je trvale připojen mezi chráněnou živou část a zem.

Při jmenovitém napětí je odpor varistoru tak velký, že proud procházející trvale vari-

storem je velmi nepatrný. Při přepětí odpor varistoru prudce klesne a proud prochází

do země. Po odeznění přepětí (při jmenovitém napětí) odpor varistoru opět vzroste.

V posledních letech se omezovače přepětí staly hlavní přepěťovou ochranou silových

rozvodů všech napěťových stupňů a postupně nahrazují ventilové i vyfukovací bleskojistky.

Přepěťové ochrany nn

Přepěťové ochrany nn slouží k ochraně zařízení nn proti pulsnímu přepětí.

V objektu se zřizuje ochrana silových (silnoproudých) rozvodů a ochrana sdělova-

cích rozvodů (anténní systémy, datové sítě atd.).