Skripta iz predmeta Automatika U Energetici -Vebe-

Prof. dr Kuli Filip

Upravljake i spojne eme1. Putanje u rad trofaznog asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom, uz mogunost izbora smera obrtanja njegovog rotora, vri se pritiskom na jedan od tastera Tl i Td, dok se njegovo zaustavljanje ostvaruje pritiskom na taster Ti. Prikazati upravljaku i spojnu emu ovog motora. Reenje Upravljaka ema motora mora da zadovolji svaki od sledeih zahteva: 1. Ako je motor iskljuen, njegovo ukljuenje (putanje u rad) moe da se izvri delovanjem na bilo koji od tastera Tl i Td, a u zavisnosti od eljenog smera obrtanja rotora; 2. Delovanjem na taster Ti, elektromagnet prekidaa (kontaktora) Ki dolazi pod napon i prekida zatvara svoje glavne kontakte; da po prestanku delovanja na taster Ti ne bi dolo do iskljuenja prekidaa, mora da se obezbedi da krajevi elektromagneta ostanu pod naponom i po otputanju tastera Ti, to se postie radnim (normalno otvorenim) pomonim kontaktom prekidaa Ki, paralelno vezanim sa tasterom Ti; 3. Analogno taki 2., samo za taster Td i prekida Kd;

4. Dok se rotor obre u jednom smeru, npr. onom koji odgovara prekidau Ki, pritiskom na taster Td elektromagnet prekidaa Kd ne sme da dode pod napon, jer bi tada i on zatvorio svoje glavne kontakte, to bi izazvalo dvofazni kratak spoj; to se reava uvodenjem mirnog (normalno zatvorenog) pomonog kontakta prekidaa Ki u strujno kolo elektromagneta prekidaa Kd i obratno; 5. 6. Motor se moe iskljuiti u svakom trenutku, delovanjem na taster Ti; U sluaju delovanja bimetalnog relea, dolazi do iskljuenja motora.

Upravljaka ema koja zadovoljava svaki od ovih zahteva ima sledei izgled:R1

B2 1

Ti2 3 23 3 23

Td4 24

Kd4

Ti24

Kl

11

11

Kl12 12

Kd

Kd

Kl2 3 4

N

1

R M2 3

R M4 1

2

Kao to se vidi, upravljaka ema (ema delovanja) formira se tako to se izmedu faznog i nultog provodnika (u optem sluaju izmedu dva provodnika pod naponom) na jednakom meusobnom rastojanju rea niz uzdunih pozicija, iji se rednj brojevi ispisuju ispod donjeg provodnika. Neke od pozicija predstavljaju strujna kola koja se zavravaju prijemnicima elektrine energije: elektromagnetima prekidaa i vremenskih relea, signalnim sijalicama, servo motorima itd. Ispod svakog strujnog kola u kome se kao prijemnik nalazi elektrina komponenta koja sadri i pomone kontakte, crta se tablica sa dve kolone. U prvu se upisuju redni brojevi pozicija u kojima se nalaze radni (R), a u drugu redni brojevi pozicija u kojima se nalaze mirni (M) pomoni kontakti te elektrine komponente (kontaktora, odnosno vremenskog relea). Monostabilni dvopoloajni prekidai sa neposrednim dejstvom (tasteri) prikazuju se u svom stabilnom stanju. Ukoliko su normalno zatvoreni, njihovi krajevi se oznaavaju ciframa 1 i 2, pri emu se cifrom 2 oznaava onaj kraj koji pri otvorenom tasteru nije pod naponom. Krajevi normalno otvorenih tastera oznaavaju se ciframa 3 i 4, pri emu se cifrom 4 oznaava onaj kraj koji pri otvorenom tasteru nije pod naponom. Pomoni kontakti kontaktora i vremenskih relea prikazuju se u svom stabilnom stanju, odnosno stanju u kome kalem kontaktora, odnosno vremenskog relea, nije pod naponom. Krajevi ovih pomonih kontakata oznaavaju se sa po dve cifre. Prva cifra je ista za oba kraja jednog pomonog kontakta i oznaava redni broj pomonog kontakta u kontaktoru, odnosno vremenskom releu. Ako kontaktor, na primer, ima etiri pomona kontakta, njihovi redni brojevi su 1, 2, 3 i 4. U sluaju normalno otvorenog pomonog kontakta, druge cifre u oznakama njegovih krajeva su 3 i 4 (kao i u sluaju normalno otvorenog tastera). Ako se radi o normalno zatvorenom pomonom kontaktu, druge cifre u oznakama njegovih krajeva su 1 i 2 (kao na upravljakoj emi). Ako se u upravljakoj emi koristi preklopni kontakt bimetalnog zatitnog relea, njegovi krajevi se oznaavaju kao na sledeoj slici:1

B4

Krajevi glavnih kontakata prekidaa oznaavaju se pomou susednih prirodnih brojeva, pri emu se neparnim brojem 2n-l oznaava onaj kraj glavnog kontakta koji je uvek pod naponom, a parnim 2n njegov drugi kraj. Napred opisano oznaavanje krajeva glavnih i pomonih kontakata kontaktora moe se proveriti na sledeem primeru:

2

prema mrei prema prijemniku

1

3

5

11

23

33

41

2

4

6

12

24

34

42

Treba teiti da upravljaka ema bude bez ili sa to je mogue manje ukrtanja uzdunih i poprenih linija. Nije dozvoljeno da se u nunim poprenim linijama, kojima se povezuju pojedine pozicije, postavljaju pomoni kontakti (tada se ne bi moglo odrediti kojoj poziciji pripadaju, to je potrebno znati za svaki pomoni kontakt, radi lakeg praenja eme). Napomenimo da svi pomoni kontakti jedne komponente imaju istu oznaku kao i sama komponenta. Osigura u faznom provodniku (R) upravljake eme ima ulogu zatite svih elemenata eme u sluaju nastanka kratkog spoja. Dugake upravljake eme se ponekad prikazuju na crteu sa veim brojem listova. Svaki takav list sadri broj crtea i redni broj lista. Na svakom od listova (osim na poslednjem) gornji provodnik upravljake eme zavrava se desno usmerenom strelicom, pored koje se ispisuju broj crtea i redni broj lista na kome se provodnik i ema nastavljaju. Takoe, na svakom od listova (osim na prvom) gornji provodnik se zavrava

3

levo usmerenom strelicom, pored koje se ispisuju broj crtea i redni broj lista sa koga se provodnik i ema nastavljaju. Kao kombinacija jednopolne strujne eme (sline onoj koja je data u reenju zadatka ) i prikazane upravljake eme dobija se spojna elektrina ema (ema veza), koja ima sledei izgled:R S T N PE

1

1

1

11

1

1

1

1

11

1

Kd2 2 2 12 2 2 2 2 12 2

Kl

11

Td12 3

Ti1 2

Tl3 4

Z

U

V

W

Napomena: Pri ukljuenju prekidaa Kd, prikljuni krajevi motora, na spojnoj emi oznaeni sa U, V i W, dolaze redom na potencijale faza R, S i T. Pri ukljuenju prekidaa Kl , isti prikljuni krajevi dolaze redom na potencijale faza R, T i S, odnosno dolazi do takozvanog "ukrtanja" faza, ija je posledica promena smera obrtnog elektromagnetskog polja, odnosno promena smera obrtanja rotora. Pomou zatitne ile napojnog voda, kuite motora (prikljuni kraj Z na emi) povezano je sa zatitnom sabirnicom razvodnog ormana (sabirnicom PE).

4

4

2. Dati emu delovanja i spojnu elektrinu emu automata stepeninog osvetljenja jednog stambenog objekta sa n spratova, koji treba da omogui da se ukljuenje osvetljenja vri preko stepeninih tastera i traje unapred odreeno vreme - ts. Uzeti da se u prizemlju i na svakom od spratova nalaze po 2 tastera i 2 sijalice, svaka snage 100W. Reenje: Pritiskom na bilo koji taster treba da se upale sve sijalice na stepenitu. Posle vremena ts, podeenog na vremenskom releu, treba da se ugase sve sijalice. Jedan od moguih izgleda zahtevane eme delovanja prikazan je na sledeoj slici:

Upotrebljeno je vremensko rele iji se nain delovanja moe videti iz sledeeg dijagrama:

Pritiskom na bilo koji od tastera Ti (i=l,2,...,2n+2), elektromagnet vremenskog relea T dolazi pod napon, usled ega rele odmah pone odbrojavanje vremena i odmah zatvara svoj radni (pomoni) kontakt, to omoguava da i po otputanju tastera elektromagnet relea ostane pod naponom. Preko tastera Ti, odnosno preko pomonog kontakta vremenskog relea T, vri se napajanje svih sijalica i one svetle. Posle vremena ts vremensko rele otvara svoj pomoni kontakt, usled ega se prekida napajanje sijalica i one se gase. Poto se napajanje svih sijalica vri pomou tastera, odnosno pomou pomonog kontakta vremenskog relea, ovo reenje se moe primeniti samo u sluajevima kada struja stepeninog osvetljenja nije vea od 6A (n5). Odgovarajua spojna ema ima sledei izgled:

5

Za vee zgrade, sa strujom stepeninog osvetljenja veom od 6A, pored vremenskog relea mora da se upotrebi i prekida sa elektromagnetom, iji glavni kontakt moe da podnesu tu veu struju. U tom sluaju ema delovanja ima sledei izgled:

Pritiskom na bilo koji od tastera Ti (i=l,2,...,2n+2), elektromagneti vremenskog relea T i kontaktora K dolaze pod napon i odmah zatvaraju svoje radne kontakte. Pomoni kontakt T vremenskog relea, koje pone sa odbrojavanjem im njegov elektromagnet doe pod napon, omoguava da elektromagneti vremenskog relea i kontaktora ostanu pod naponom i po otputanju tastera. Napajanje svih sijalica se u ovom sluaju vri pomou glavnog kontakta prekidaa K, ime je izbegnuto da se ono vri preko tastera, odnosno pomonog kontakta vremenskog relea. Po isteku vremena ts, vremensko rele otvara svoj pomoni kontakt, usled ega elektromagnet kontaktora prestaje da bude pod naponom. Kao posledica toga, otvara se njegov glavni kontakt i sijalice se gase. Prikazanoj upravljakoj emi odgovara sledea spojna ema:

6

Zadatak se moe reiti i primenom vremenskog relea drugaijeg tipa, iji se nain delovanja moe videti iz sledeeg dijagrama:

Ovo je takozvano vremensko rele "sa kanjenjem", ijom se primenom dobija ema delovanja sledeeg izgleda:

Spojna ema se formira analogno prethodnim sluajevima.

7

3. Izraditi upravljaku emu koja omoguava da se motor automatski zaustavlja posle vremena t od momenta putanja u rad. Predvideti i mogunost runog iskljuenja motora u svakorn trenutku. Reenje: Mogua su dva reenja, a u zavisnosti od tipa primenjenog vremenskog relea.

4. Izraditi upravljaku emu koja omoguava da motor startuje posle vremena t od momenta pritiska na odgovarajui taster i da se zaustavlja po elji (pritiskom na drugi taster). Reenje: Na emi je sa K oznaen elektromagnet glavnog prekidaa, a sa Kl elektromagnet pomonog prekidaa.

8

5. Izraditi upravljaku emu za putanje u pogon dva elektrina motora, koji su na elektrinu mreu povezani preko osiguraa, prekidaa sa elektromagnetom i bimetalnih zatitnih relea, tako da se motori, i pored elje, ne mogu istovremeno pustiti u pogon pritiskom na odgovarajuce tastere, nego se to moe uiniti sa drugim tek posle vremena t rada prvog motora (motori se putaju u rad proizvoljnim redom). Iskljuenje svakog motora vri se pritiskom na poseban taster za iskljuenje. Reenje:

6. Na slici je data tropolna ema putanja u rad trofaznog asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom primenom "uputaa" zvezda - trougao. Potrebno je izraditi upravljaku emu koja e omoguiti da po pritisku na taster za ukljuenje motor pone da radi sa statorom vezanim u zvezdu, da bi posle 3 minuta "preao" na trajan rad sa statorom vezanim u trougao. Motor se iskljuuje pritiskom na taster za iskljuenje.

9

Reenje:

7. Kombinacijom odgovarajueg dvopolnog bistabilnog prekidaa (Inp=6A), potrebnog broja kontaktora i vremenskog relea realizovati funkciju takozvanog glavnog prekidaa, koji predstavlja deo elektrine instalacije pojedinih hotelskih soba. Tek kada je ovaj prekida ukljuen, mogu da se ukljue prijemnici u sobi (svi monofazni i svi prikljueni na istu fazu). Kada se on iskljui, prethodno ukljueni prijemnici rade jo 10s, posle ega se automatski iskljuuju. Ukupna struja svih prijemnika iznosi 15A. Dati i upravljaku i strujnu emu Reenje:

10

8. Dva trofazna asinhrona motora sa kratkospojenim rotorom (M1 i M2) treba istovremeno da rade u jednom pogonu, dok motor M3 slui kao rezerva. U sluaju delovanja povratne bimetalne zatite bilo motora M1, bilo motora M2, automatski se ukljuuje motor M3. Poto se uzrok delovanja bimetalne zatite motora M1 ili M2 otkloni, ovaj se ponovo ukljuuje i sva tri motora rade zajedno vreme t, posle ega se motor M3 automatski iskljuuje, a motori M1, i M2 nastavljaju da rade. Ukljuivanje i iskljuivanje motora M1 i M2 vri se delovanjem na odgovarajue tastere Tu1, Ti1, Tu2 i Ti2. Ako se, dok motor M3 radi sa jednim od motora M1 i M2, eli iskljuiti pogon, to se moe postii delovanjem na taster za iskljuenje motora M3 (Ti3) i na taster za iskljuenje motora koji je sa njim radio. Izraditi upravljaku emu za ovaj pogon. Reenje:

9. Tri trofazna asinhrona motora sa kratkospojenim rotorom treba da rade u jednom elektromotornom pogonu. Pritiskom na taster za ukljuenje motor M1 treba da pone sa radom, da bi se posle vremena t1 ukljuio motor M2, a iskljuio motor M1. Potom motor M2 treba da radi vreme t2, posle ega treba da se ukljui motor M3, a iskljui motor M2. Motor M3 treba da radi vreme t3, posle ega treba da se ukljui motor M1, a iskljui motor M3. Opisani ciklus rada ova tri motora ponavlja se sa periodom T=t1+t2+t3, sve dok se rad pogona ne zaustavi pritiskom na taster za iskljuenje ili usled delovanja bimetalne zatite nekog od motora. Izraditi upravljaku emu koja e ispuniti sve napred navedene zahteve.

11

Reenje:

10.Izraditi upravljaku emu za jedan elektromotorni pogon, koja treba da omogui ispunjenje sledeih zahteva: motor se startuje i iskljuuje pritiskom na odgovarajue tastere; po pritisku na taster za ukljuenje, rotor poinje da se obre na jednu stranu (uvek istu), da bi se posle 2 minuta zaustavio (pauza traje 10 sekundi). Posle toga se motor automatski ukljuuje, ali se njegov rotor obre na drugu stranu. I ovaj radni reim traje 2 minuta, posle ega ponovo nastaje pauza od 10 sekundi. Zatim se opet automatski menja smer obrtanja rotora, a opisani ciklus rada, koji traje 4min 20s, nastavlja da se ponavlja sve do pritiska na taster za iskljuenje. Reenje

K1 i K2 - kontaktori ijim se ukljuenjem rotor okree na jednu ili drugu stranu.

12

11. U jednom elektromotornom pogonu trofazni asinhroni motori M1 i M2 treba da rade prema sledeem programu: pritiskom na taster za ukljuenje, motor M1 poinje sa radom, da bi se posle vremena t1 ukljuio i motor M2. Oni zatim istovremeno rade vreme t2, posle ega se iskljuuje motor M1. Motor M2 radi jo vreme t3, posle ega se i on iskljuuje. Pomou jednog tastera za iskljuenje rad pogona se moe prekinuti u bilo kom trenutku. Izraditi upravljaku emu za ovaj pogon. Reenje:

12. Izraditi upravljaku emu za asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom iji se pogon sastoji u sledeem: po pritisku na taster za ukljuenje motor radi 5 minuta, posle ega se automatski iskljuuje i ostaje iskljuen 10 minuta. Posle toga automatski poinje drugi ciklus rada i pauze, identian prvom. Po njegovom zavretku, motor se jo jednom automatski ukljuuje, da bi se posle 5 minuta konano iskljuio. Motor se moe iskljuiti i u bilo kom trenutku, pritiskom na taster za iskljuenje. Pored svakog vremenskog relea naznaiti podeeno vreme njegovog reagovanja. Reenje:

13

13. U jednoj prostoriji se nalaze kalorifer K, koji slui za njeno grejanje, i aksijalni ventilator V, koji se koristi za njenu ventilaciju. Kalorifer se greje toplom vodom, a toplota se prenosi u okolinu pomou ventilatora M. Sem ventilatora M, u kaloriferu se nalazi i kontaktni termostat T, koji onemoguava rad ventilatora M ako je temperatura na mestu na kome je termostat postavljen ispod 5C. Ventilator V, kojim se potiskuje vazduh iz prostorije, moe se pustiti u rad tek posle vremena t rada ventilatora M (po iskljuenju ventilatora M, automatski se iskljuuje i ventilator V). Ukljuenje i iskljuenje ventilatora M i V vri se pomou tastera, i to kako sa glavne razvodne table za ceo objekat, tako i sa lokalne razvodne table za tu prostoriju. Izraditi upravljaku emu koja e omoguiti opisani rad ventilatora M i V. Reenje:

14. Rezervoar vode, korisne visine 3m, puni se pomou pumpe koju pokree trofazni asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom. U rezervoaru su postavljena dva plovka - prvi na visini 1.5m i drugi na visini 2.5m. Treba izraditi upravljaku emu koja e omoguiti ispunjenje sledeih zahteva: - motor pumpe se automatski ukljuuje im nivo vode u rezervoaru padne ispod 1.5m (informaciju prua granini prekida povezan sa plovkom, koji je u stanju "zatvoreno" kad plovak nije u kontaktu sa vodom), - motor pumpe se automatski iskljuuje im nivo vode poraste iznad 2.5m (komentar analogan prethodnom), - ako je nivo vode izmedu 1.5m i 2.5m, motor se moe runo iskljuiti, i - ako motor neprekidno radi 2 sata, ukljuuje se alarm (koji se moe runo iskljuiti), a motor se automatski iskljuuje (nezavisno od dostignutog nivoa).

14

Reenje:

15. Pritiskom na taster za ukljuenje motor M1 poinje sa radom, da bi se posle 20 minuta automatski iskljuio. U sluaju delovanja njegovog povratnog bimetalnog zatitnog relea, automatski se ukljuuju rezervni motor M2 i alarm, koji se pritiskom na tzv. "taster za kvitiranje" moe iskljuiti. Rezervni motor se iskljuuje pritiskom na taster za iskljuenje, pomou koga se moe iskljuiti i motor M1. Izraditi upravljaku emu za ovakav elektromotorni pogon, znajui da opseg podeavanja vremena vremenskih relea koja stoje na raspolaganju iznosi 0-15min. Reenje:

15

16. Pritiskom na taster za ukljuenje, motori M1 i M2 istovremeno poinju da rade, da bi se posle 5min. oba motora automatski iskljuili. Motori ostaju iskljueni 15min., posle ega se automatski ukljuuje: - motor M1, ako je preklopni kontakt jednog automata u poloaju 1, ili - motor M2, ako je preklopni kontakt automata u poloaju 2. Ukljueni motor (M1 ili M2) nastavlja da radi sve dok se ne iskljui pritiskom na taster za iskljuenje. Delovanjem povratnog bimetalnog zatitnog relea bilo kog od njih, iskljuuju se oba motora. Izraditi upravljaku emu prema ovim zahtevima, znajui da na raspolaganju stoje vremenska relea sa opsegom podeavanja vremena 0-10min. Reenje:

16

17. Izraditi upravljaku emu za rad motora lifta, koji povezuje samo prizemlje i prvi sprat zgrade. Postoje sledei granini kontakti: - spoljnih vrata lifta u prizemlju i na prvom spratu, - unutranjih vrata lifta, - poda lifta (reaguje kada nekog ima u liftu), i - poda prizemlja i tavanice prvog sprata (pruaju informaciju da je lift stigao u prizemlje, odnosno na prvi sprat). Reenje:

Legenda: Tug, TUd - tasteri u liftu za njegovo pokretanje navie, odnosno nanie, Tsg, Tsci - spoljni tasteri za pozivanje lifta (smeteni na I spratu, odnosno u prizemlju), Gopi - granini prekida poda lifta, Gsv(pr), GSV(sp), Guv - granini prekidai spoljnih vrata lifta u prizemlju i na spratu, kao i unutranjih vrata lifta, respektivno, i Gsp, Gpr - granini prekidai na spratu i u prizemlju.

17

Zatita od direktnog i indirektnog dodira89. Merno-razvodni orman (MRO) stambenog objekta se iz prikljunog ormana (PO) napaja kablom PP41Y 4x50mm2 (r=0.36/km, x=0.098/km), duine 20m. Duina distributivnog kabla PP00-Y 4x95mm2 (r=0.19/km, x=0.09/km) izmedu TS i PO ovog objekta iznosi 1200m. Duina usponskog voda tipa (4xP4mm2+P-Y Ix4mm2)/>23mm izmedu MRO i najudaljenijeg razvodnog ormana (RO) iznosi 34m. Otpornost uzemljenja uzemljivaa objekta, povezanog sa zatitnom inom u MRO-u, iznosi 3.2, dok otpornost uzemljenja uzemljivaa TS iznosi 1.6. Proveriti da li se metalno kuite RO moe od indirektnog dodira tititi nulovanjem (impedansa faznog namota sekundara transformatora moe da se zanemari). Reenje: Nulovanje (TN sistem zatite) predstavlja jedan od moguih vidova zatite od indirektnog dodira automatskim iskljuenjem napajanja, a primenjuje se u elektrinim instalacijama koje su prikljuene na transformatorsku stanicu sa direktno uzemljenim zvezditem (to pokazuje slovo T u oznaci TN). Ostvaruje se povezivanjem svih izloenih provodnih delova instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, a u sluaju greke mogu doi pod napon, sa neutralnom takom (zvezditem) sekundara transformatora (slovo N u oznaci TN). To povezivanje se ostvaruje pomou zatitnih provodnika (provodnici DE i HF na si. 89.1), odnosno nultih provodnika koji imaju i zatitnu ulogu (provodnici FG i GO na si. 89.1). Na taj nain se u sluaju kvara na izolaciji faznog provodnika dobija zatvoreno strujno kolo (npr. strujno kolo ABCDEFGO, prikazano na si. 89.1). Uloga zatitnog ureaja (osiguraa OS na si. 89.1); je automatsko iskljuenje napajanja ovakvog strujnog kola u vremenskom intervalu u kome odravanje napona dodira (Uc) veeg od 50V ne bi predstavljalo opasnost od fiziolokog dejstva na osobe u dodiru sa izloenim provodnim delovima. Napomenimo da su u Prilogu 8 date krive strujnog optereenja topljivih umetaka kako niskouinskih, tako i visokouinskih osiguraa.

Slika 89.1. Primer TN sistema zatite Uobiajen postupak provere nekoliko etapa. efikasnosti zatite od indirektnog dodira nulovanjem sastoji se od

18

Prvo se izrauna impedansa Zs petlje kvara, koja obuhvata izvor, provodnik pod naponom do take kvara i zatitni (nulti) provodnik izmedu take kvara i izvora (sluaj kada ne postoji uzemljiva objekta, oznaen sa RA na si. 89.1), odnosno zatitni (nulti) provodnik izmedu take kvara i izvora, kao i uzemljivae objekta (RA) i TS (RB). Prema si. 89.1, u prvom sluaju (kada ne postoji uzemljiva objekta RA), imamo da je

Z S = ( RT + R AD + RDO ) 2 + ( X T + X AD + X DO ) 2 ,gde su:

(89.1)

RT, Xj-unutranja otpornost i reaktansa izvora, RAD> XAD- zbir otpornosti, odnosno reaktansi, faznih provodnika od izvora do posmatranog izloenog provodnog dela - mesta kvara (RAD = RAB +RBC + RCD, XAD = XAB + XBC + XCD) i RDO, XDO - zbir otpornosti, odnosno reaktansi, zatitnih (nultih) provodnika od mesta kvara do neutralne take sekundara transformatora

( RDO = RDE + RFG + RGO , X DO = X DE + X FG + X GO ).U drugom sluaju je

Z S = RT + j XT + R AD + jX AD + RDE + jX DE + ( RFO + jX FO ) ( R A + RB ),Gde su:

(89.2)

RFO = RFG + RGO i X FO = X FG + X GO .Sredivanjem izraza 89.2 dobija se:

Z S = RT + jX T + RAD + jX AD + RDE + jX DE + + [ RFO ( RFO + RA + RB ) + X FO + j ( RA + RB ) X FO ]( RA + RB ) 2 ( RFO + RA + RB ) 2 + X FO2

(89.3)

Kako je XFO400V Vreme reagovanja 0.4 s 0.2 s 0.1 s

Kriterijum za proveru efikasnosti delovanja zatitne komponente u strujnom kolu, uz pretpostavljenu primenu TN sistema zatite, glasi:

Zs odnosno

Uf Ia

,

Ia

Uf Zs

= Ig

(Zs je impedansa petlje kvara, Uf je nominalan fazni napon (najee 230 (220)V), Ig je struja greke (kvara), a Ia najmanja struja koja obezbeuje automatsko iskljuenje strujnog kola u kome je nastao kvar unutar relevantnog vremenskog intervala iz tabele 89.1. U sluaju primene topljivih osiguraa, struja Ia moe da se oita sa strujne karakteristike upotrebljenog topljivog umetka. Na primer, uz pretpostavku da je Uf=220V, sa dijagrama sa si. P8.1 (Prilog 8) dobija se da brzom topljivom umetku nominalne struje 16A odgovara struja Ia =50A (pri ovoj struji vreme reagovanja umetka iznosi 0.4s). Prema Prilogu 10, za automatske prekidae karakteristike okidanja A: Ia=I5=3In, karakteristike okidanja B: Ia=I5=5In, karakteristike okidanja C: Ia=I5=10In, i karakteristike okidanja D: Ia=I5=20In

(In je nominalna struja automatskog prekidaa, a I5 minimalna struja koja obezbeuje njegovo reagovanje unutar 0.1s, ime je uslov iz tabele 89.1 uvek ispunjen).

22

Za ZS prekidae struja Ia jednaka je struji reagovanja ZS prekidaa (IAn) - da bi ZS prekida efikasno reagovao, struja greke Ig mora da bude veca od IAn. Naglasimo jo jednom da tabela 89.1 vai za strujna kola na koja su prikljuene utinice ili prijemnici sa vrstim prikljukom (bojler, grejalica, izvori svetlosti,...). U razvodnim vodovima, koji su po pravilu zatieni pomou topljivih osiguraa, maksimalno dozvoljeno vreme reagovanja iznosi 5s. Kako najmanja struja koja izaziva reagovanje brzog topljivog umetka nominalne struje 25A unutar 5s iznosi Ia=60A (videti Prilog 8), ispunjen je uslov

I a = 60 A

Uf Zs

=

220 V = 275 A 0.8

odakle se zakljuuje da i primena pojednostavljene procedure pokazuje da se metalno kuite RO moe od indirektnog dodira efikasno tititi nulovanjem. Primetimo da je zahtev iz tabele 89.1 koji se odnosi na nominalan napon od 220V blai od onog koji proizilazi iz dijagrama sa si. P14.1. 90. Impedansa faznog provodnika vazdunog Al/e voda od TS do prikljunog mesta (PM) jednog stambenog objekta iznosi (1.6+jO.9). Kablom PP00 4x35mm2 (r=0.52/km i x=0.10/km), duine 30m, povezani su PM i MRO objekta, dok provodnik (4xP6mm2+P-Y 1 x6mm2)/29mm, duine 25m, napaja RO u najudaljenijem stanu. Iz ovog RO se provodnikom PP/R-Y 3x2.5mm2, duzine 15m, napaja protoni bojler (Pn=3000W). Ako je otpornost uzemljenja uzemljivaa objekta 1.2, a TS - 0.5Q (zvezdite sekundara transformatora je direktno uzemljeno), proveriti da li se protoni bojler moe od indirektnog dodira tititi zatitnim uzemljenjem. Impedansa faznog namota transformatora moe da se zanemari. Reenje Zatitno uzemljenje (TT sistem zatite), kao mogui vid zatite od indirektnog dodira automatskim iskljuenjem napajanja, takoe se primenjuje u elektrinim instalacijama koje su prikljuene na transformator sa direktno uzemljenim zvezditem (na ta ukazuje prvo slovo T u oznaci TT). Ostvaruje se povezivanjem svih izloenih provodnih delova instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, sa zemljom, odnosno zajednikim uzemljivaem (drugo slovo T u oznaci TT), a pomou odgovarajuih zatitnih provodnika. U TT sistemu, kao to je prikazano na si. 90.1, petlja kvara se sastoji od izvora, faznih provodnika do mesta kvara, zatitnih provodnika od mesta kvara do uzemljivaa objekta (otpornosti uzemljenja RA), i dva uzemljivaa: uzemljivaa objekta i uzemljivaa neutralne take sekundara transformatora (otpornosti uzemljenja RB). Impedansa petlje kvara se izraunava po formuli

Z S = ( RT + R AE + REG + R A + RB ) 2 + ( X T + X AE + X EG ) 2 ,u kojoj su:

(90.1)

RT, XT - unutranja otpornost i reaktansa izvora, RAE, XAE - zbir otpornosti, odnosno reaktansi, faznih provodnika od izvora do mesta kvara ( RAE = RAB + RBC + RCD + RDE i XAE = XAB + XBC + XCD + XDE), i REG, XEG - zbir otpornosti, odnosno reaktansi, zatitnih provodnika od mesta kvara do zajednike sabirnice koja je povezana sa uzemljivaem objekta (REG = REF + RFG i XEG = XEF + XFG).

23

Slika 90.1. Primer TT sistema zatite Na identian nain kao u prethodnom primeru, u kome je analiziran TN sistem zatite, odreduju se struja kvara Ik i vreme trajanja kvara tc. Napon dodira se moe izraunati po formuli

UC = Zk Ik ,u kojoj je

(90.2)

Z k = ( REG + R A ) 2 + X EG REG + R A .

2

(90.3)

Sa si. P14.1 sada se moe odrediti vreme tm i uporediti sa vremenom tc-. Resavanjem konkretnog problema opisanog tekstom zadatka, dobija se:

24

RT = X T = X EG = 0 RA = 1.6 + 0.52 0.03 + X AE 25 15 + = 1.80 56 6 56 2.5 = 0.9 + 0.1 0.3 0.90 15 25 + = 0.18 56 2.5 56 2.5

REG =

Z S = (1.80 + 0.18 + 1.2 + 0.5) 2 + 0.90 2 = 3.79 Ik = 220 = 58 A 2.79

Kako nominalna struja protonog bojlera iznosi 3000/220=13.6A, usvaja se (brzi) topljivi umetak osiguraa nominalne struje 16A, koji struju kvara od 58A prekida za vreme tc=200ms. Napon dodira iznosi

U C = (0.18 + 1.2) 58 = 80VKako je njegovo najvee dozvoljeno trajanje tm=500ms, to se posmatrani protoni bojler moe od indirektnog dodira tititi zatitnim uzemljenjem. Napomenimo da se jednostavnim povezivanjem nulte i zatitne sabirnice u MRO-u sa TT sistema zatite prelazi na TN sistem zatite. Pri tome je neophodno i da se nulti provodnik kabla PP00 4x35mm2, ija je izolacija svetlo plave boje, na svojim krajevima obloi izolir trakom uto-zelene boje. Kao to nudi pojednostavljenu proceduru za proveru efikasnosti TN sistema zatite, referenca 22 sadri i pojednostavljeni algoritam za ocenu efikasnosti TT sistema zatite. Naime, jedino je potrebno da se proveri ispunjenost sledeeg zahteva:

RA

50V Ia

(RA je zbir otpornosti uzemljenja uzemljivaa objekta i maksimalne ukupne otpornosti zatitnih provodnika koji povezuju izloene elektroprovodne delove instalacija i opreme sa zemljom, dok je Ia najmanja struja koja obezbeduje automatsko iskljuenje napajanja unutar 5 sekundi). Napomenimo da nezavisno od tipa primenjene zatitne komponente (topljivog osiguraa ili automatskog prekidaa), TT sistem zatite moe efikasno da se primeni samo ako je nominalna struja zatitne komponente do 16A. Naime, prema Prilogu 10, struja Ia za automatski prekida nominalne struje 16A iznosi:

I a = I 4 = 3I n = 3 16 A = 48 A (karakteristika okidanja : B), odnosno I a = I 4 = 5I n = 5 16 A = 80 A (karakteristika okidanja : C ).

Za topljive umetke nominalne struje 16A, struja Ia, oitana sa si. P8.1, iznosi:

25

I a = 35 A ( za brze umetke), odnosno I a = 50 A ( za trome umetke).Dakle, maksimalna dozvoljena vrednost otpornosti RA kretala bi se u opsegu 0.62 - 1.43O, to je veoma teko postii (pogotovo u urbanim sredinama). Jasno je da bi se gornja granica otpornosti RA dalje smanjivala sa poveanjem nominalne struje razmatranih zatitnih komponenti. Kako je tako male otpornosti uzemljenja uzemljivaa objekta u praksi teko realizovati, preporuuje se primena zatitnog uredaja diferencijalne struje (zatitnog strujnog (ZS) prekidaa), kao dopunske mere zatite. Njegova najvanija karakteristika je nominalna diferencijalna struja (struja greke) Ik* = I n , ije su standardne vrednosti: 30mA, 100mA, 300mA, 500mA i 1A (videti Prilog 12). Jednostavno se pokazuje da je najvea dozvoljena vrednost otpornosti uzemljenja RA u sluaju primene ZS prekidaa odredena formulom

R A MAX =Za I k*

50V . * Ik

= 0.3 A , koja.predstavlja staiju greke esto korienog ZS prekidaa, dobija se da otpornost

uzemljenja uzemljivaa objekta moe da iznosi do 166D, to se lako postie u skoro svim vrstama tla. Kako najmanja struja koja izaziva reagovanje brzog topljivog umetka nominalne struje 16A unutar 5s iznosi Ia=35A, ispunjen je uslov

I a = 35 A

50V 50V = = 41.7 A RA 1.2

odakle se zakljuuje da primena pojednostavljenog algoritma potvrduje da se posmatrani protoni bojler moe od indirektnog dodira efikasno tititi zatitnim uzemljenjem. Napomena: Da je umesto topljivog osiguraa instaliran autotnatski prekida iste nominalne struje (16A) i uobiajene karakteristike okidanja (B), gornji uslov ne bi bio ispunjen, jer je u torn sluaju

I a = 3 16 A = 48 A 41.7 A.Naravno, isti zakljuak bi vaio i za automatski prekida karakteristike okidanja C. 91. U instalaciji jednog industrijskog objekta, iji je deo prikazan na si. 91.1, primenjen je IT sistem zatite (neutralna taka sekundara transformatora uzemljena je preko impedanse Z=800 i uzemljivaa otpornosti uzemljenja RB=1) Najpre dolazi do proboja izolacije na fazi R prijemnika PR1, koji je uzemljen preko uzemljivaa otpornosti uzemljenja RAi. Izraunati napon dodira za ovaj sluaj, a zatim analizirati ta e se desiti kada posle izvesnog vremena, a pre nego to je kvar na PR1 otklonjen, dode do proboja izolacije na fazi S prijemnika PR2, ako je: a)prijemnik PR2 uzemljen preko istog uzemljivaa RA1 (ne postoji uzemljiva RA2), i : b)prijemnik PR2 uzemljen preko uzemljivaa RA2.

26

Slika 91.1. Jednopolna ema dela instalacije jednog industrijskog objekta

Reenje Sistem zatitnog voda (IT sistem zatite) podrazumeva: da je zvezdite sekundara transformatora izolovano ili uzemljeno preko velike impedanse Z (to pokazuje slovo I u oznaci IT), i da su svi izloeni provodni delovi instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, uzemljeni pojedinano, po grupama, ili zajedno (slovo T u oznaci IT). S obzirom da je u sluaju pojave prvog kvara na izolaciji jedne faze struja kvara veoma mala (ogranicena je kapacitivnim impedansama preostale dve faze prema zemlji (si. 91.2), odnosno velikom impedansom Z preko koje je uzemljeno zvezdite sekundara transformatora (si. 91.3 i 91.4)), to po pravilu ne dolazi do reagovanja zatitne komponente i iskljuenja mesta kvara, niti se uspostavljaju opasni naponi dodira. Dakle, i pored pojave kvara, prijemnici nastavljaju da rade. Zbog toga se IT sistem zatite primenjuje na svim onim mestima na kojima kvar na bilo kom prijemniku ne sme da iskljui niti taj, niti ostale prijemnike (pozorita, pogoni.hemijske industrije, itd.).

27

Slika 91.2. IT sistem zatite u kome je neutralna taka izolovana od zemlje

Slika 91.3. IT sistem zatite u kome je neutralna taka spojena sa zemljom prcko velike impedanse Z i u kome je uzemljiva TS (RB) odvojen od uzemljivaa izioenih elektroprovodnih delova (RA)

Slika 91.4. IT sistem zatite u kome je neutralna taka spojena sa zemljom preko velike impedanse Z i u kome su izloeni provodni delovi povezani sa uzemljivaem TS

28

S obzirom na mogunost pojave drugog kvara, kada se IT sistem zatite prevodi u TT ili TN sistem, preporuuje se upotreba uredaja za nadzor izolacije. Ovaj uredaj zvuno i/ili vizuelno signalizira pojavu prvog kvara, posle egaje neophodno da se kvar brzo pronade i eliminie. U sluaju prikazanom na si. 91.3 struja prvog kvara je praktino, odredena formulom

Ik

Uf R A + RB + Z

(91.1)

a napon dodira formulom

U C = RA I k

(91.2)

U sluaju prikazanom na si. 91.4 struja prvog kvara je ogranicena jedino impedansom Z i praktino nema pojave napona dodira na izloenim provodnim delovima. Iako je na si. 91.2, 91.3 i 91.4 prikazan i neutralni provodnik, preporuuje se da se, ako nije neophodno, u ovim sistemima ne izvodi, jer bi njegovo povezivanje sa zemljom, nastalo usled greke, ponitilo prednosti koje poseduju sistemi u kojima neutralna taka nije direktno spojena sa zemljom. Ako prvi kvar nije otklonjen, a pojavi se drugi kvar (na izolaciji druge faze ili neutralnog provodnika), uspostavlja se struja dvostrukog kvara (u sluaju kvara na izolaciji druge faze radi se o struji medufaznog kratkog spoja). Pri tome razlikujemo dva sluaja: kada u istoj instalaciji izloeni provodni delovi nisu spojeni na isti uzemljiva, a dva kvara nastanu u razliitim grupama, zatita se postie prema uslovima TT sistema, i kada su u istoj instalaciji svi izloeni provodni delovi spojeni na isti uzemljiva, zatita se postie prema uslovima TN sistema. Analizirajmo oba ova sluaja na naem konkretnom primeru (si. 91.5).

Slika 91.5. Tropolna ema elektrinc instalacije koja odgovara analiziranom primeru

29

Prilikom pojave kvara na izolaciji faze R prijemnika PR1 uspostavlja se petlja kvara ija je impedansa

Z S 1 = RS1 + X S1 = 833.4 ( RS 1 = 0.12 0.2 + 1.82 0.035 + 2 X S1 22 + 32 + 2 + 800 = 0.4 + 32 + 2 + 800 = 833.4 i 56 2.5 = 0.084 0.2 + 0.104 0.035 = 0.02).

2

2

Primetimo da bi se zanemarivanjem impedansi faznih i zatitnih provodnika dobila praktino ista vrednost

Z S 1 = 32 + 1 + 800 = 833.Dalje je

I k1 = U C1

220 = 0.26 A(osigura od16 A nee reagovati) i 833 = 32 0.26 = 8.32V < U Cmdoz = 50V .

a) Usled pojave drugog kvara (na izolaciji faze S prijemnika PR2), uspostavlja se petlja meufaznog kratkog spoja, koja podsea na petlju TN sistema. Njena impedansa (kreui se du petlje, a poev od faznog namota izvora R) iznosi

Z S 2 = 0.12 0.2 + j 0.084 0.2 + 1.82 0.035 + j 0.104 0.035 + 2 + j 0.107 0.017 + 2

22 + 4.46 0.017 + 56 2.5

15 + 4.46 0.017 + j 0.107 0.017 + 1.82 0.035 + j 0.104 0.035 + 56 2.5 + 0.12 0.2 + j 0.084 0.2 = (0.86 + j 0.04)Dalje je

IK2 =

380 = 442 A 0.86

Jasno je da e prvo reagovati osigura od 10A (u strujnom kolu prijemnika PR2). Vreme njegovog reagovanja iznosi tc2=2ms. Kako je ono mnogo manje od 70ms, koliko, saglasno dijagramu sa si. P14.1, iznosi maksimalno dozvoljeno trajanje teorijski maksimalnog napona dodira od 380V, to je zatita efikasna, nezavisno od vrednosti napona dodira Uc2- Prijemnik PR 1 e nastaviti daradi. b) Postojanje uzemljivaa RA2 podrazumeva da zatitne sabirnice ormana RO-2 i RO-3 nisu spojene (ne postoji zatitni provodnik izmeu taaka M i N na si. 91.5, odnosno umesto kabla PP00-Y 5x4mm2, prikazanog na si. 91.1, izveden je kabl PP00 4x4mm2). Usled pojave drugog kvara (na izolaciji faze S prijemnika PR2), uspostavlja se petlja meufaznog kratkog spoja, koja podsea na petlju TT sistema. Njena impedansa je praktino jednaka

Z S 3 = R A1 + R A 2 = 32 + 18 = 50.

30

Dalje je

IK3 =

380 = 7.6 A < 10 A, 50

tako da nee reagovati zatitni uredaji (osigurai), to praktino znai odravanje drugog kvara i pored opasnih napona,dodira

U C1 = 32 7.6 = 243.2V i U C 2 = 18 7.6 = 136.8V .Analizirani sluaj pokazuje da se primena veeg broja meusobno izolovanih uzemljivaa ne preporuuje. Oni treba galvanski da se poveu (ime se prelazi na sluaj analiziran pod a), ili moraju, kao dopunska mera zatite, da se instaliraju zatitni naponski (ZN) prekidai. Jedan kraj elektromagneta svakog od njih povezuje se sa zatitnom sabirnicom razvodnog ormana koja je galvanski povezana sa odgovarajuim uzemljivaem objekta, a drugi kraj sa mernim uzemljenjem (otpornosti od oko 800), koje se izvodi na rastojanju ne kraem od 10m od najblie take tog uzemljivaa (uzima se da ono predstavlja referentnu taku nultog potencijala). Ako je napon dodira, odnosno napon na krajevima elektromagneta, vei od 50V, dolazi do reagovanja ZN prekidaa, koje se prenosi na odgovarajui glavni prekida koji prekida napajanje mesta kvara (videti reenje problema br. 93). Napomenimo da i za sluaj nastanka drugog kvara u IT sistemu zatite koji se svodi na TN sistem, referenca 22 sadri pojednostavljeni algoritam za proveru njegove efikasnosti. Analiziraju se sledea dva sluaja: neutralni (nulti) provodnik nije izveden, i neutralni (nulti) provodnik jeste izveden. U prvom sluaju, zatita se smatra efikasnom ako je ispunjen uslov

Zs odnosno uslov

U , 2I a

Ia

U 2 Zs

U ovim nejednakostima: - Zs predstavlja impedansu dela petlje kvara koji sadri fazne provodnike jedne faze i sve zatitne provodnike (kompletna petlja kvara prikazana je na si. 91.6), - U je nominalni medufazni napon (400V ili 380V), i - Ia je najmanja struja koja obezbeduje reagovanje odgovarajue zatitne komponente unutar 0.4s, ako je kvar nastao u strujnom kolu, odnosno unutar 5s, ako je kvar nastao u nekom razvodnom vodu.

31

Slika 91.6. Petlja kvara u sluaju nastanka dva kvara (oba na faznim provodnicima) u IT sistemu zatite sa jedinstvenim uzemljivaem objekta

Slika 91.6 jasno pokazuje da navedeni uslov treba da ispune relevantne zatitne komponente u svakoj od faza iji provodnici predstavljaju deo petlje kvara. Kako je u analiziranom sluaju (uz zanemarivanje reaktansi)

Z s1 = 0.12 0.2 + 1.82 0.035 + 2

22 15 + 4.46 0.017 + = 0.585 , i 56 2.5 56 2.5

I a1 = 50 A (vi det i pri log 8 : I n = 16 A),ispunjen je uslov

I a1 = 50 A