Automatika u energetici

Skripta iz predmeta Automatika U Energetici -Vežbe-

Prof. dr Kulić Filip

Upravljačke i spojne šeme 1. Puštanje u rad trofaznog asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom, uz mogućnost izbora smera obrtanja njegovog rotora, vrši se pritiskom na jedan od tastera Tl i Td, dok se njegovo zaustavljanje ostvaruje pritiskom na taster Ti. Prikazati upravljačku i spojnu šemu ovog motora. Rešenje Upravljačka šema motora mora da zadovolji svaki od sledečih zahteva: 1. Ako je motor isključen, njegovo uključenje (puštanje u rad) može da se izvrši delovanjem na bilo koji od tastera Tl i Td, a u zavisnosti od željenog smera obrtanja rotora; 2. Delovanjem na taster Ti, elektromagnet prekidača (kontaktora) Ki dolazi pod napon i prekidač zatvara svoje glavne kontakte; da po prestanku delovanja na taster Ti ne bi došlo do isključenja prekidača, mora da se obezbedi da krajevi elektromagneta ostanu pod naponom i po otpuštanju tastera Ti, što se postiže radnim (normalno otvorenim) pomoćnim kontaktom prekidača Ki, paralelno vezanim sa tasterom Ti; 3.

Analogno tački 2., samo za taster Td i prekidač Kd;

4. Dok se rotor obrće u jednom smeru, npr. onom koji odgovara prekidaču Ki, pritiskom na taster Td elektromagnet prekidača Kd ne sme da dode pod napon, jer bi tada i on zatvorio svoje glavne kontakte, što bi izazvalo dvofazni kratak spoj; to se rešava uvodenjem mirnog (normalno zatvorenog) pomoćnog kontakta prekidača Ki u strujno kolo elektromagneta prekidača Kd i obratno; 5.

Motor se može isključiti u svakom trenutku, delovanjem na taster Ti;

6.

U slučaju delovanja bimetalnog relea, dolazi do isključenja motora.

Upravljačka šema koja zadovoljava svaki od ovih zahteva ima sledeči izgled: R 1

B 2 1

Ti 2 3

23

Td

3

Kd

4

24

11

23

Ti 24

11

Kd

Kl 12

12

Kd

N

1

R M 2 3

Kl

4

Kl 2

3

4

R M 4 1

2

Kao što se vidi, upravljačka šema (šema delovanja) formira se tako što se izmedu faznog i nultog provodnika (u opštem slučaju izmedu dva provodnika pod naponom) na jednakom međusobnom rastojanju ređa niz uzdužnih pozicija, čiji se rednj brojevi ispisuju ispod donjeg provodnika. Neke od pozicija predstavljaju strujna kola koja se završavaju prijemnicima električne energije: elektromagnetima prekidača i vremenskih relea, signalnim sijalicama, servo motorima itd. Ispod svakog strujnog kola u kome se kao prijemnik nalazi električna komponenta koja sadrži i pomoćne 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) pomoćni kontakti te električne komponente (kontaktora, odnosno vremenskog relea). Monostabilni dvopoložajni prekidači sa neposrednim dejstvom (tasteri) prikazuju se u svom stabilnom stanju. Ukoliko su normalno zatvoreni, njihovi krajevi se označavaju ciframa 1 i 2, pri čemu se cifrom 2 označava onaj kraj koji pri otvorenom tasteru nije pod naponom. Krajevi normalno otvorenih tastera označavaju se ciframa 3 i 4, pri čemu se cifrom 4 označava onaj kraj koji pri otvorenom tasteru nije pod naponom. Pomoćni 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 pomoćnih kontakata označavaju se sa po dve cifre. Prva cifra je ista za oba kraja jednog pomoćnog kontakta i označava redni broj pomoćnog kontakta u kontaktoru, odnosno vremenskom releu. Ako kontaktor, na primer, ima četiri pomoćna kontakta, njihovi redni brojevi su 1, 2, 3 i 4. U slučaju normalno otvorenog pomoćnog kontakta, druge cifre u oznakama njegovih krajeva su 3 i 4 (kao i u slučaju normalno otvorenog tastera). Ako se radi o normalno zatvorenom pomoćnom kontaktu, druge cifre u oznakama njegovih krajeva su 1 i 2 (kao na upravljačkoj šemi). Ako se u upravljačkoj šemi koristi preklopni kontakt bimetalnog zaštitnog relea, njegovi krajevi se označavaju kao na sledečoj slici: 1

2

B

Krajevi glavnih kontakata prekidača označavaju se pomoću susednih prirodnih brojeva, pri čemu se neparnim brojem 2n-l označava onaj kraj glavnog kontakta koji je uvek pod naponom, a parnim 2n njegov drugi kraj. Napred opisano označavanje krajeva glavnih i pomoćnih kontakata kontaktora može se proveriti na sledećem primeru:

4

prema mreži prema prijemniku

1

3

5

11

23

33

41

2

4

6

12

24

34

42

Treba težiti da upravljačka šema bude bez ili sa što je moguće manje ukrštanja uzdužnih i poprečnih linija. Nije dozvoljeno da se u nužnim poprečnim linijama, kojima se povezuju pojedine pozicije, postavljaju pomoćni kontakti (tada se ne bi moglo odrediti kojoj poziciji pripadaju, što je potrebno znati za svaki pomoćni kontakt, radi lakšeg praćenja šeme). Napomenimo da svi pomoćni kontakti jedne komponente imaju istu oznaku kao i sama komponenta. Osigurač u faznom provodniku (R) upravljačke šeme ima ulogu zaštite svih elemenata šeme u slučaju nastanka kratkog spoja. Dugačke upravljačke šeme se ponekad prikazuju na crtežu sa većim brojem listova. Svaki takav list sadrži broj crteža i redni broj lista. Na svakom od listova (osim na poslednjem) gornji provodnik upravljačke šeme završava se desno usmerenom strelicom, pored koje se ispisuju broj crteža i redni broj lista na kome se provodnik i šema nastavljaju. Takođe, na svakom od listova (osim na prvom) gornji provodnik se završava

3

levo usmerenom strelicom, pored koje se ispisuju broj crteža i redni broj lista sa koga se provodnik i šema nastavljaju. Kao kombinacija jednopolne strujne šeme (slične onoj koja je data u rešenju zadatka ) i prikazane upravljačke šeme dobija se spojna električna šema (šema veza), koja ima sledeći izgled: R S T N PE

1

1

1

11

1

1

1

1

11

1

2

2

2

12

2

Kl

Kd 2

2

2

12

2

11

3

4

Td 12

2

Z

U

V

4

Tl 3

1

Ti

W

Napomena: Pri uključenju prekidača Kd, priključni krajevi motora, na spojnoj šemi označeni sa U, V i W, dolaze redom na potencijale faza R, S i T. Pri uključenju prekidača Kl , isti priključni krajevi dolaze redom na potencijale faza R, T i S, odnosno dolazi do takozvanog "ukrštanja" faza, čija je posledica promena smera obrtnog elektromagnetskog polja, odnosno promena smera obrtanja rotora. Pomoću zaštitne žile napojnog voda, kučište motora (priključni kraj Z na šemi) povezano je sa zaštitnom sabirnicom razvodnog ormana (sabirnicom PE).

4

2. Dati šemu delovanja i spojnu električnu šemu automata stepenišnog osvetljenja jednog stambenog objekta sa n spratova, koji treba da omogući da se uključenje osvetljenja vrši preko stepenišnih tastera i traje unapred određeno vreme - ts. Uzeti da se u prizemlju i na svakom od spratova nalaze po 2 tastera i 2 sijalice, svaka snage 100W. Rešenje: Pritiskom na bilo koji taster treba da se upale sve sijalice na stepeništu. Posle vremena ts, podešenog na vremenskom releu, treba da se ugase sve sijalice. Jedan od mogućih izgleda zahtevane šeme delovanja prikazan je na sledečoj slici:

Upotrebljeno je vremensko rele čiji se način delovanja može videti iz sledećeg dijagrama:

Pritiskom na bilo koji od tastera Ti (i=l,2,...,2n+2), elektromagnet vremenskog relea T dolazi pod napon, usled čega rele odmah počne odbrojavanje vremena i odmah zatvara svoj radni (pomoćni) kontakt, što omogućava da i po otpuštanju tastera elektromagnet relea ostane pod naponom. Preko tastera Ti, odnosno preko pomoćnog kontakta vremenskog relea T, vrši se napajanje svih sijalica i one svetle. Posle vremena ts vremensko rele otvara svoj pomoćni kontakt, usled čega se prekida napajanje sijalica i one se gase. Pošto se napajanje svih sijalica vrši pomoću tastera, odnosno pomoću pomoćnog kontakta vremenskog relea, ovo rešenje se može primeniti samo u slučajevima kada struja stepenišnog osvetljenja nije veća od 6A (n≤5). Odgovarajuća spojna šema ima sledeći izgled:

5

Za veće zgrade, sa strujom stepenišnog osvetljenja većom od 6A, pored vremenskog relea mora da se upotrebi i prekidač sa elektromagnetom, čiji glavni kontakt može da podnesu tu veću struju. U tom slučaju šema delovanja ima sledeći 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. Pomoćni kontakt T vremenskog relea, koje počne sa odbrojavanjem čim njegov elektromagnet dođe pod napon, omogućava da elektromagneti vremenskog relea i kontaktora ostanu pod naponom i po otpuštanju tastera. Napajanje svih sijalica se u ovom slučaju vrši pomoću glavnog kontakta prekidača K, čime je izbegnuto da se ono vrši preko tastera, odnosno pomoćnog kontakta vremenskog relea. Po isteku vremena ts, vremensko rele otvara svoj pomoćni kontakt, usled čega elektromagnet kontaktora prestaje da bude pod naponom. Kao posledica toga, otvara se njegov glavni kontakt i sijalice se gase. Prikazanoj upravljačkoj šemi odgovara sledeća spojna šema:

6

Zadatak se može rešiti i primenom vremenskog relea drugačijeg tipa, čiji se način delovanja može videti iz sledečeg dijagrama:

Ovo je takozvano vremensko rele "sa kašnjenjem", čijom se primenom dobija šema delovanja sledećeg izgleda:

Spojna šema se formira analogno prethodnim slučajevima.

7

3. Izraditi upravljačku šemu koja omogućava da se motor automatski zaustavlja posle vremena t od momenta puštanja u rad. Predvideti i mogućnost ručnog isključenja motora u svakorn trenutku. Rešenje: Moguća su dva rešenja, a u zavisnosti od tipa primenjenog vremenskog relea.

4. Izraditi upravljačku šemu koja omogućava da motor startuje posle vremena t od momenta pritiska na odgovarajući taster i da se zaustavlja po želji (pritiskom na drugi taster). Rešenje: Na šemi je sa K označen elektromagnet glavnog prekidača, a sa Kl elektromagnet pomoćnog prekidača.

8

5. Izraditi upravljačku šemu za puštanje u pogon dva električna motora, koji su na električnu mrežu povezani preko osigurača, prekidača sa elektromagnetom i bimetalnih zaštitnih relea, tako da se motori, i pored želje, ne mogu istovremeno pustiti u pogon pritiskom na odgovarajuce tastere, nego se to može učiniti sa drugim tek posle vremena t rada prvog motora (motori se puštaju u rad proizvoljnim redom). Isključenje svakog motora vrši se pritiskom na poseban taster za isključenje. Rešenje:

6. Na slici je data tropolna šema puštanja u rad trofaznog asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom primenom "upuštača" zvezda - trougao. Potrebno je izraditi upravljačku šemu koja će omogućiti da po pritisku na taster za uključenje motor počne da radi sa statorom vezanim u zvezdu, da bi posle 3 minuta "prešao" na trajan rad sa statorom vezanim u trougao. Motor se isključuje pritiskom na taster za isključenje.

9

Rešenje:

7. Kombinacijom odgovarajućeg dvopolnog bistabilnog prekidača (Inp=6A), potrebnog broja kontaktora i vremenskog relea realizovati funkciju takozvanog glavnog prekidača, koji predstavlja deo električne instalacije pojedinih hotelskih soba. Tek kada je ovaj prekidač uključen, mogu da se uključe prijemnici u sobi (svi monofazni i svi priključeni na istu fazu). Kada se on isključi, prethodno uključeni prijemnici rade još 10s, posle čega se automatski isključuju. Ukupna struja svih prijemnika iznosi 15A. Dati i upravljačku i strujnu šemu Rešenje:

10

8. Dva trofazna asinhrona motora sa kratkospojenim rotorom (M1 i M2) treba istovremeno da rade u jednom pogonu, dok motor M3 služi kao rezerva. U slučaju delovanja povratne bimetalne zaštite bilo motora M1, bilo motora M2, automatski se uključuje motor M3. Pošto se uzrok delovanja bimetalne zaštite motora M1 ili M2 otkloni, ovaj se ponovo uključuje i sva tri motora rade zajedno vreme t, posle čega se motor M3 automatski isključuje, a motori M1, i M2 nastavljaju da rade. Uključivanje i isključivanje motora M1 i M2 vrši se delovanjem na odgovarajuće tastere Tu1, Ti1, Tu2 i Ti2. Ako se, dok motor M3 radi sa jednim od motora M1 i M2, želi isključiti pogon, to se može postići delovanjem na taster za isključenje motora M3 (Ti3) i na taster za isključenje motora koji je sa njim radio. Izraditi upravljačku šemu za ovaj pogon. Rešenje:

9. Tri trofazna asinhrona motora sa kratkospojenim rotorom treba da rade u jednom elektromotornom pogonu. Pritiskom na taster za uključenje motor M1 treba da počne sa radom, da bi se posle vremena t1 uključio motor M2, a isključio motor M1. Potom motor M2 treba da radi vreme t2, posle čega treba da se uključi motor M3, a isključi motor M2. Motor M3 treba da radi vreme t3, posle čega treba da se uključi motor M1, a isključi 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 isključenje ili usled delovanja bimetalne zaštite nekog od motora. Izraditi upravljačku šemu koja će ispuniti sve napred navedene zahteve.

11

Rešenje:

10.Izraditi upravljačku šemu za jedan elektromotorni pogon, koja treba da omogući ispunjenje sledećih zahteva: − motor se startuje i isključuje pritiskom na odgovarajuće tastere; − po pritisku na taster za uključenje, rotor počinje da se obrće na jednu stranu (uvek istu), da bi se posle 2 minuta zaustavio (pauza traje 10 sekundi). Posle toga se motor automatski uključuje, ali se njegov rotor obrće na drugu stranu. I ovaj radni režim traje 2 minuta, posle čega 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 isključenje. Rešenje

K1 i K2 - kontaktori čijim se uključenjem rotor okreće na jednu ili drugu stranu.

12

11. U jednom elektromotornom pogonu trofazni asinhroni motori M1 i M2 treba da rade prema sledećem programu: pritiskom na taster za uključenje, motor M1 počinje sa radom, da bi se posle vremena t1 uključio i motor M2. Oni zatim istovremeno rade vreme t2, posle čega se isključuje motor M1. Motor M2 radi još vreme t3, posle čega se i on isključuje. Pomoću jednog tastera za isključenje rad pogona se može prekinuti u bilo kom trenutku. Izraditi upravljačku šemu za ovaj pogon. Rešenje:

12. Izraditi upravljačku šemu za asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom čiji se pogon sastoji u sledećem: po pritisku na taster za uključenje motor radi 5 minuta, posle čega se automatski isključuje i ostaje isključen 10 minuta. Posle toga automatski počinje drugi ciklus rada i pauze, identičan prvom. Po njegovom završetku, motor se još jednom automatski uključuje, da bi se posle 5 minuta konačno isključio. Motor se može isključiti i u bilo kom trenutku, pritiskom na taster za isključenje. Pored svakog vremenskog relea naznačiti podešeno vreme njegovog reagovanja. Rešenje:

13

13. U jednoj prostoriji se nalaze kalorifer K, koji služi za njeno grejanje, i aksijalni ventilator V, koji se koristi za njenu ventilaciju. Kalorifer se greje toplom vodom, a toplota se prenosi u okolinu pomoću ventilatora M. Sem ventilatora M, u kaloriferu se nalazi i kontaktni termostat T, koji onemogučava rad ventilatora M ako je temperatura na mestu na kome je termostat postavljen ispod 5°C. Ventilator V, kojim se potiskuje vazduh iz prostorije, može se pustiti u rad tek posle vremena t rada ventilatora M (po isključenju ventilatora M, automatski se isključuje i ventilator V). Uključenje i isključenje ventilatora M i V vrši se pomoću tastera, i to kako sa glavne razvodne table za ceo objekat, tako i sa lokalne razvodne table za tu prostoriju. Izraditi upravljačku šemu koja će omogućiti opisani rad ventilatora M i V. Rešenje:

14. Rezervoar vode, korisne visine 3m, puni se pomoću pumpe koju pokreće 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 upravljačku šemu koja će omogućiti ispunjenje sledećih zahteva: - motor pumpe se automatski uključuje čim nivo vode u rezervoaru padne ispod 1.5m (informaciju pruža granični prekidač povezan sa plovkom, koji je u stanju "zatvoreno" kad plovak nije u kontaktu sa vodom), - motor pumpe se automatski isključuje čim nivo vode poraste iznad 2.5m (komentar analogan prethodnom), - ako je nivo vode izmedu 1.5m i 2.5m, motor se može ručno isključiti, i - ako motor neprekidno radi 2 sata, uključuje se alarm (koji se može ručno isključiti), a motor se automatski isključuje (nezavisno od dostignutog nivoa).

14

Rešenje:

15. Pritiskom na taster za uključenje motor M1 počinje sa radom, da bi se posle 20 minuta automatski isključio. U slučaju delovanja njegovog povratnog bimetalnog zaštitnog relea, automatski se uključuju rezervni motor M2 i alarm, koji se pritiskom na tzv. "taster za kvitiranje" može isključiti. Rezervni motor se isključuje pritiskom na taster za isključenje, pomoću koga se može isključiti i motor M1. Izraditi upravljačku šemu za ovakav elektromotorni pogon, znajući da opseg podešavanja vremena vremenskih relea koja stoje na raspolaganju iznosi 0-15min. Rešenje:

15

16. Pritiskom na taster za uključenje, motori M1 i M2 istovremeno počinju da rade, da bi se posle 5min. oba motora automatski isključili. Motori ostaju isključeni 15min., posle čega se automatski uključuje: - motor M1, ako je preklopni kontakt jednog automata u položaju 1, ili - motor M2, ako je preklopni kontakt automata u položaju 2. Uključeni motor (M1 ili M2) nastavlja da radi sve dok se ne isključi pritiskom na taster za isključenje. Delovanjem povratnog bimetalnog zaštitnog relea bilo kog od njih, isključuju se oba motora. Izraditi upravljačku šemu prema ovim zahtevima, znajući da na raspolaganju stoje vremenska relea sa opsegom podešavanja vremena 0-10min. Rešenje:

16

17. Izraditi upravljačku šemu za rad motora lifta, koji povezuje samo prizemlje i prvi sprat zgrade. Postoje sledeći granični kontakti: - spoljnih vrata lifta u prizemlju i na prvom spratu, - unutrašnjih vrata lifta, - poda lifta (reaguje kada nekog ima u liftu), i - poda prizemlja i tavanice prvog sprata (pružaju informaciju da je lift stigao u prizemlje, odnosno na prvi sprat). Rešenje:

Legenda: Tug, TUd - tasteri u liftu za njegovo pokretanje naviše, odnosno naniže, Tsg, Tsci - spoljni tasteri za pozivanje lifta (smešteni na I spratu, odnosno u prizemlju), Gopi - granični prekidač poda lifta, Gsv(pr), GSV(sp), Guv - granični prekidači spoljnih vrata lifta u prizemlju i na spratu, kao i unutrašnjih vrata lifta, respektivno, i Gsp, Gpr - granični prekidači na spratu i u prizemlju.

17

Zaštita od direktnog i indirektnog dodira 89. Merno-razvodni orman (MRO) stambenog objekta se iz priključnog ormana (PO) napaja kablom PP41Y 4x50mm2 (r=0.36Ω/km, x=0.098Ω/km), dužine 20m. Dužina distributivnog kabla PP00-Y 4x95mm2 (r=0.19Ω/km, x=0.09Ω/km) izmedu TS i PO ovog objekta iznosi 1200m. Dužina usponskog voda tipa (4xP4mm2+P-Y Ix4mm2)/φ>23mm izmedu MRO i najudaljenijeg razvodnog ormana (RO) iznosi 34m. Otpornost uzemljenja uzemljivača objekta, povezanog sa zaštitnom šinom u MRO-u, iznosi 3.2Ω, dok otpornost uzemljenja uzemljivača TS iznosi 1.6Ω. Proveriti da li se metalno kućište RO može od indirektnog dodira štititi nulovanjem (impedansa faznog namota sekundara transformatora može da se zanemari). Rešenje: Nulovanje (TN sistem zaštite) predstavlja jedan od mogućih vidova zaštite od indirektnog dodira automatskim isključenjem napajanja, a primenjuje se u električnim instalacijama koje su priključene na transformatorsku stanicu sa direktno uzemljenim zvezdištem (što pokazuje slovo T u oznaci TN). Ostvaruje se povezivanjem svih izloženih provodnih delova instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, a u slučaju greške mogu doći pod napon, sa neutralnom tačkom (zvezdištem) sekundara transformatora (slovo N u oznaci TN). To povezivanje se ostvaruje pomoću zaštitnih provodnika (provodnici DE i HF na si. 89.1), odnosno nultih provodnika koji imaju i zaštitnu ulogu (provodnici FG i GO na si. 89.1). Na taj način se u slučaju kvara na izolaciji faznog provodnika dobija zatvoreno strujno kolo (npr. strujno kolo ABCDEFGO, prikazano na si. 89.1). Uloga zaštitnog uređaja (osigurača OS na si. 89.1); je automatsko isključenje napajanja ovakvog strujnog kola u vremenskom intervalu u kome održavanje napona dodira (Uc) većeg od 50V ne bi predstavljalo opasnost od fiziološkog dejstva na osobe u dodiru sa izloženim provodnim delovima. Napomenimo da su u Prilogu 8 date krive strujnog opterećenja topljivih umetaka kako niskoučinskih, tako i visokoučinskih osigurača.

Slika 89.1. Primer TN sistema zaštite Uobičajen postupak provere nekoliko etapa.

efikasnosti

zaštite

18

od indirektnog

dodira nulovanjem sastoji se od

Prvo se izračuna impedansa Zs petlje kvara, koja obuhvata izvor, provodnik pod naponom do tačke kvara i − zaštitni (nulti) provodnik izmedu tačke kvara i izvora (slučaj kada ne postoji uzemljivač objekta, označen sa RA na si. 89.1), odnosno − zaštitni (nulti) provodnik izmedu tačke kvara i izvora, kao i uzemljivače objekta (RA) i TS (RB). Prema si. 89.1, u prvom slučaju (kada ne postoji uzemljivač objekta RA), imamo da je

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

(89.1)

gde su: RT, Xj-unutrašnja otpornost i reaktansa izvora, RAD> XAD- zbir otpornosti, odnosno reaktansi, faznih provodnika od izvora do posmatranog izloženog provodnog dela - mesta kvara (RAD = RAB +RBC + RCD, XAD = XAB + XBC + XCD) i RDO, XDO - zbir otpornosti, odnosno reaktansi, zaštitnih (nultih) provodnika od mesta kvara do neutralne tačke sekundara transformatora

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

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

(89.2)

Gde su:

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 + 2

+

[ RFO ( RFO + RA + RB ) + X FO + j ( RA + RB ) X FO ]( RA + RB ) 2 ( RFO + RA + RB ) 2 + X FO

(89.3)

Kako je XFO400V

Vreme reagovanja 0.4 s 0.2 s 0.1 s

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

Zs ≤

Uf Ia

,

odnosno

Ia ≤

Uf Zs

= Ig

(Zs je impedansa petlje kvara, Uf je nominalan fazni napon (najčešće 230 (220)V), Ig je struja greške (kvara), a Ia najmanja struja koja obezbeđuje automatsko isključenje strujnog kola u kome je nastao kvar unutar relevantnog vremenskog intervala iz tabele 89.1. U slučaju primene topljivih osigurača, struja Ia može da se očita 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 prekidače -

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 prekidača, a I5 minimalna struja koja obezbeđuje njegovo reagovanje unutar 0.1s, čime je uslov iz tabele 89.1 uvek ispunjen).

22

Za ZS prekidače struja Ia jednaka je struji reagovanja ZS prekidača (IAn) - da bi ZS prekidač efikasno reagovao, struja greške Ig mora da bude veca od IAn. Naglasimo još jednom da tabela 89.1 važi za strujna kola na koja su priključene utičnice ili prijemnici sa čvrstim priključkom (bojler, grejalica, izvori svetlosti,...). U razvodnim vodovima, koji su po pravilu zaštićeni pomoću topljivih osigurača, 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 Ω

odakle se zaključuje da i primena pojednostavljene procedure pokazuje da se metalno kućište RO može od indirektnog dodira efikasno štititi nulovanjem. Primetimo da je zahtev iz tabele 89.1 koji se odnosi na nominalan napon od 220V blaži od onog koji proizilazi iz dijagrama sa si. P14.1. 90. Impedansa faznog provodnika vazdušnog Al/Če voda od TS do priključnog mesta (PM) jednog stambenog objekta iznosi (1.6+jO.9)Ω. Kablom PP00 4x35mm2 (r=0.52Ω/km i x=0.10Ω/km), dužine 30m, povezani su PM i MRO objekta, dok provodnik (4xP6mm2+P-Y 1 x6mm2)/φ29mm, dužine 25m, napaja RO u najudaljenijem stanu. Iz ovog RO se provodnikom PP/R-Y 3x2.5mm2, duzine 15m, napaja protočni bojler (Pn=3000W). Ako je otpornost uzemljenja uzemljivača objekta 1.2Ω, a TS - 0.5Q (zvezdište sekundara transformatora je direktno uzemljeno), proveriti da li se protočni bojler može od indirektnog dodira štititi zaštitnim uzemljenjem. Impedansa faznog namota transformatora može da se zanemari. Rešenje Zaštitno uzemljenje (TT sistem zaštite), kao mogući vid zaštite od indirektnog dodira automatskim isključenjem napajanja, takođe se primenjuje u električnim instalacijama koje su priključene na transformator sa direktno uzemljenim zvezdištem (na šta ukazuje prvo slovo T u oznaci TT). Ostvaruje se povezivanjem svih izloženih provodnih delova instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, sa zemljom, odnosno zajedničkim uzemljivačem (drugo slovo T u oznaci TT), a pomoću odgovarajućih zaštitnih provodnika. U TT sistemu, kao što je prikazano na si. 90.1, petlja kvara se sastoji od izvora, faznih provodnika do mesta kvara, zaštitnih provodnika od mesta kvara do uzemljivača objekta (otpornosti uzemljenja RA), i dva uzemljivača: uzemljivača objekta i uzemljivača neutralne tačke sekundara transformatora (otpornosti uzemljenja RB). Impedansa petlje kvara se izračunava po formuli

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

(90.1)

u kojoj su: RT, XT - unutrašnja 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, zaštitnih provodnika od mesta kvara do zajedničke sabirnice koja je povezana sa uzemljivačem objekta (REG = REF + RFG i XEG = XEF + XFG).

23

Slika 90.1. Primer TT sistema zaštite Na identičan način kao u prethodnom primeru, u kome je analiziran TN sistem zaštite, odreduju se struja kvara Ik i vreme trajanja kvara tc. Napon dodira se može izračunati po formuli

UC = Zk ⋅ Ik ,

(90.2)

u kojoj je 2

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

(90.3)

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

24

RT = X T = X EG = 0 25 15 + = 1.80Ω 56 ⋅ 6 56 ⋅ 2.5 = 0.9 + 0.1 ⋅ 0.3 ≈ 0.90Ω

RA = 1.6 + 0.52 ⋅ 0.03 + X AE

REG =

15 25 + = 0.18Ω 56 ⋅ 2.5 56 ⋅ 2.5

Z S = (1.80 + 0.18 + 1.2 + 0.5) 2 + 0.90 2 = 3.79Ω Ik =

220 = 58 A 2.79

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

U C = (0.18 + 1.2) ⋅ 58 = 80V Kako je njegovo najveće dozvoljeno trajanje tm=500ms, to se posmatrani protočni bojler može od indirektnog dodira štititi zaštitnim uzemljenjem. Napomenimo da se jednostavnim povezivanjem nulte i zaštitne sabirnice u MRO-u sa TT sistema zaštite prelazi na TN sistem zaštite. Pri tome je neophodno i da se nulti provodnik kabla PP00 4x35mm2, čija je izolacija svetlo plave boje, na svojim krajevima obloži izolir trakom žuto-zelene boje. Kao što nudi pojednostavljenu proceduru za proveru efikasnosti TN sistema zaštite, referenca 22 sadrži i pojednostavljeni algoritam za ocenu efikasnosti TT sistema zaštite. Naime, jedino je potrebno da se proveri ispunjenost sledečeg zahteva:

RA ≤

50V Ia

(RA je zbir otpornosti uzemljenja uzemljivača objekta i maksimalne ukupne otpornosti zaštitnih provodnika koji povezuju izložene elektroprovodne delove instalacija i opreme sa zemljom, dok je Ia najmanja struja koja obezbeduje automatsko isključenje napajanja unutar 5 sekundi). Napomenimo da nezavisno od tipa primenjene zaštitne komponente (topljivog osigurača ili automatskog prekidača), TT sistem zaštite može efikasno da se primeni samo ako je nominalna struja zaštitne komponente do 16A. Naime, prema Prilogu 10, struja Ia za automatski prekidač 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, očitana 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, što je veoma teško postiči (pogotovo u urbanim sredinama). Jasno je da bi se gornja granica otpornosti RA dalje smanjivala sa povećanjem nominalne struje razmatranih zaštitnih komponenti. Kako je tako male otpornosti uzemljenja uzemljivača objekta u praksi teško realizovati, preporučuje se primena zaštitnog uredaja diferencijalne struje (zaštitnog strujnog (ZS) prekidača), kao dopunske mere zaštite. Njegova najvažnija karakteristika je nominalna diferencijalna struja (struja greške) Ik* = I Δn , čije su standardne vrednosti: 30mA, 100mA, 300mA, 500mA i 1A (videti Prilog 12). Jednostavno se pokazuje da je največa dozvoljena vrednost otpornosti uzemljenja RA u slučaju primene ZS prekidača odredena formulom

R A MAX = *

Za I k

50V . I k*

= 0.3 A , koja.predstavlja staiju greške često koriščenog ZS prekidača, dobija se da otpornost

uzemljenja uzemljivača objekta može da iznosi do 166D, što se lako postiže 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 1.2Ω

odakle se zaključuje da primena pojednostavljenog algoritma potvrduje da se posmatrani protočni bojler može od indirektnog dodira efikasno štititi zaštitnim uzemljenjem. Napomena: Da je umesto topljivog osigurača instaliran autotnatski prekidač iste nominalne struje (16A) i uobičajene karakteristike okidanja (B), gornji uslov ne bi bio ispunjen, jer je u torn slučaju

I a = 3 ⋅ 16 A = 48 A ≥ 41.7 A. Naravno, isti zaključak bi važio i za automatski prekidač karakteristike okidanja C. 91. U instalaciji jednog industrijskog objekta, čiji je deo prikazan na si. 91.1, primenjen je IT sistem zaštite (neutralna tačka sekundara transformatora uzemljena je preko impedanse Z=800Ω i uzemljivača otpornosti uzemljenja RB=1Ω) Najpre dolazi do proboja izolacije na fazi R prijemnika PR1, koji je uzemljen preko uzemljivača otpornosti uzemljenja RAi. Izračunati napon dodira za ovaj slučaj, a zatim analizirati šta če se desiti kada posle izvesnog vremena, a pre nego što je kvar na PR1 otklonjen, dode do proboja izolacije na fazi S prijemnika PR2, ako je: a)prijemnik PR2 uzemljen preko istog uzemljivača RA1 (ne postoji uzemljivač RA2), i : b)prijemnik PR2 uzemljen preko uzemljivača RA2.

26

Slika 91.1. Jednopolna šema dela instalacije jednog industrijskog objekta

Rešenje Sistem zaštitnog voda (IT sistem zaštite) podrazumeva: − da je zvezdište sekundara transformatora izolovano ili uzemljeno preko velike impedanse Z (što pokazuje slovo I u oznaci IT), i − da su svi izloženi provodni delovi instalacije, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, uzemljeni pojedinačno, po grupama, ili zajedno (slovo T u oznaci IT). S obzirom da je u slučaju 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 zvezdište sekundara transformatora (si. 91.3 i 91.4)), to po pravilu ne dolazi do reagovanja zaštitne komponente i isključenja mesta kvara, niti se uspostavljaju opasni naponi dodira. Dakle, i pored pojave kvara, prijemnici nastavljaju da rade. Zbog toga se IT sistem zaštite primenjuje na svim onim mestima na kojima kvar na bilo kom prijemniku ne sme da isključi niti taj, niti ostale prijemnike (pozorišta, pogoni.hemijske industrije, itd.).

27

Slika 91.2. IT sistem zaštite u kome je neutralna tačka izolovana od zemlje

Slika 91.3. IT sistem zaštite u kome je neutralna tačka spojena sa zemljom prcko velike impedanse Z i u kome je uzemljivač TS (RB) odvojen od uzemljivača izioženih elektroprovodnih delova (RA)

Slika 91.4. IT sistem zaštite u kome je neutralna tačka spojena sa zemljom preko velike impedanse Z i u kome su izloženi provodni delovi povezani sa uzemljivačem TS

28

S obzirom na mogućnost pojave drugog kvara, kada se IT sistem zaštite prevodi u TT ili TN sistem, preporučuje se upotreba uredaja za nadzor izolacije. Ovaj uredaj zvučno i/ili vizuelno signalizira pojavu prvog kvara, posle čegaje neophodno da se kvar brzo pronade i eliminiše. U slučaju prikazanom na si. 91.3 struja prvog kvara je praktično, odredena formulom

Ik ≈

Uf

(91.1)

R A + RB + Z ′

a napon dodira formulom

U C = RA ⋅ I k

(91.2)

U slučaju prikazanom na si. 91.4 struja prvog kvara je ogranicena jedino impedansom Z i praktično nema pojave napona dodira na izloženim provodnim delovima. Iako je na si. 91.2, 91.3 i 91.4 prikazan i neutralni provodnik, preporučuje se da se, ako nije neophodno, u ovim sistemima ne izvodi, jer bi njegovo povezivanje sa zemljom, nastalo usled greške, poništilo prednosti koje poseduju sistemi u kojima neutralna tačka 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 slučaju kvara na izolaciji druge faze radi se o struji medufaznog kratkog spoja). Pri tome razlikujemo dva slučaja: − kada u istoj instalaciji izloženi provodni delovi nisu spojeni na isti uzemljivač, a dva kvara nastanu u različitim grupama, zaštita se postiže prema uslovima TT sistema, i − kada su u istoj instalaciji svi izloženi provodni delovi spojeni na isti uzemljivač, zaštita se postiže prema uslovima TN sistema. Analizirajmo oba ova slučaja na našem konkretnom primeru (si. 91.5).

Slika 91.5. Tropolna šema električnc instalacije koja odgovara analiziranom primeru

29

Prilikom pojave kvara na izolaciji faze R prijemnika PR1 uspostavlja se petlja kvara čija je impedansa 2

2

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

( RS 1 = 0.12 ⋅ 0.2 + 1.82 ⋅ 0.035 + 2 ⋅ X S1

Primetimo da bi se zanemarivanjem impedansi faznih i zaštitnih provodnika dobila praktično ista vrednost

Z S 1 = 32 + 1 + 800 = 833Ω. Dalje je

220 = 0.26 A(osigurač od16 A neće reagovati) i 833 = 32 ⋅ 0.26 = 8.32V < U Cmdoz = 50V .

I k1 = U C1

a) Usled pojave drugog kvara (na izolaciji faze S prijemnika PR2), uspostavlja se petlja međufaznog kratkog spoja, koja podseća na petlju TN sistema. Njena impedansa (krećući se duž petlje, a počev 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 ⋅

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)Ω + j 0.107 ⋅ 0.017 + 2 ⋅

Dalje je

IK2 =

380 = 442 A 0.86

Jasno je da će prvo reagovati osigurač 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 zaštita efikasna, nezavisno od vrednosti napona dodira Uc2- Prijemnik PR 1 će nastaviti daradi. b) Postojanje uzemljivača RA2 podrazumeva da zaštitne sabirnice ormana RO-2 i RO-3 nisu spojene (ne postoji zaštitni provodnik između tačaka 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 međufaznog kratkog spoja, koja podseća na petlju TT sistema. Njena impedansa je praktično jednaka

Z S 3 = R A1 + R A 2 = 32 + 18 = 50Ω.

30

Dalje je

IK3 =

380 = 7.6 A < 10 A, 50

tako da neće reagovati zaštitni uredaji (osigurači), što praktično znači održavanje drugog kvara i pored opasnih napona,dodira

U C1 = 32 ⋅ 7.6 = 243.2V i U C 2 = 18 ⋅ 7.6 = 136.8V . Analizirani slučaj pokazuje da se primena većeg broja međusobno izolovanih uzemljivača ne preporučuje. Oni treba galvanski da se povežu (čime se prelazi na slučaj analiziran pod a), ili moraju, kao dopunska mera zaštite, da se instaliraju zaštitni naponski (ZN) prekidači. Jedan kraj elektromagneta svakog od njih povezuje se sa zaštitnom sabirnicom razvodnog ormana koja je galvanski povezana sa odgovarajućim uzemljivačem objekta, a drugi kraj sa mernim uzemljenjem (otpornosti od oko 800Ω), koje se izvodi na rastojanju ne kraćem od 10m od najbliže tačke tog uzemljivača (uzima se da ono predstavlja referentnu tačku nultog potencijala). Ako je napon dodira, odnosno napon na krajevima elektromagneta, veći od 50V, dolazi do reagovanja ZN prekidača, koje se prenosi na odgovarajući glavni prekidač koji prekida napajanje mesta kvara (videti rešenje problema br. 93). Napomenimo da i za slučaj nastanka drugog kvara u IT sistemu zaštite koji se svodi na TN sistem, referenca 22 sadrži pojednostavljeni algoritam za proveru njegove efikasnosti. Analiziraju se sledeća dva slučaja: – neutralni (nulti) provodnik nije izveden, i – neutralni (nulti) provodnik jeste izveden. U prvom slučaju, zaštita se smatra efikasnom ako je ispunjen uslov

Zs ≤

U , 2I a

Ia ≤

U 2 Zs

odnosno uslov

U ovim nejednakostima: - Zs predstavlja impedansu dela petlje kvara koji sadrži fazne provodnike jedne faze i sve zaštitne 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 odgovarajuće zaštitne 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 slučaju nastanka dva kvara (oba na faznim provodnicima) u IT sistemu zaštite sa jedinstvenim uzemljivačem objekta

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

Z s1 = 0.12 ⋅ 0.2 + 1.82 ⋅ 0.035 + 2 ⋅

22 15 + 4.46 ⋅ 0.017 + = 0.585Ω , 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 <

U 380V = = 324.8 A. 2Z s1 2 ⋅ 0.585Ω

Analogno je

Z s 2 = 0.12 ⋅ 0.2 + 1.82 ⋅ 0.035 + 2 ⋅

15 22 + 4.46 ⋅ 0.017 + = 0.535Ω, i 56 ⋅ 2.5 56 ⋅ 2.5

I a 2 = 35 A (vi det i pri log 8 : I n = 10 A), pa je ispunjen uslov

I a 2 = 35 A <

U 380 = = 355.1A. 2Z s 2 2 ⋅ 0.535Ω

Dakle, u posmatranom slučaju IT sistem zaštite i pri nastanku kvara na faznom provodniku druge faze (kada se svodi na TN sistem zaštite) predstavlja efikasnu zaštitu od indirektnog dodira.

32

U slučaju kada je instaliran i neutralni provodnik, pored prethodnog, mora da bude ispunjen i sledeći uslov:

Zs ≤

Uf 2I a

,

odnosno uslov

Ia ≤

Uf 2Z s

U ovim nejednakostima: - Zs predstavlja impedansu dela petlje kvara koji sadrži neutralni provodnik i sve zaštitne provodnike (kompletna petlja kvara prikazana je na si. 91.7), - Uf je nominalni fazni napon (230V ili 220V), i - Ia je najmanja struja koja obezbeduje reagovanje odgovarajuće zaštitne komponente unutar 0.8s, ako je kvar nastao u strujnom kolu, odnosno unutar 5s, ako je kvar nastao u nekom razvodnom vodu.

Slika 91.7.Petlja kvara u slucaju nastanka dva kvara (jedan na faznom i drugi na neutralnom provodniku) u IT sistemu zaštite sa jedinstvenim uzemljivačem objekta Da drugi kvar na prijemniku PR2 nije predstavljao spoj faznog provodnika i kućišta ovog prijemnika, nego spoj nultog provodnika i kućišta, onda bi trebalo proveriti ispunjenost sledećeg kriterijuma

Ia ≤

Uf 2Z s

.

Kako je (uz zanemarivanje reaktansi)

22 15 + 4.46 ⋅ 017 + 2 ⋅ + 4.46 ⋅ 0.017 + 1.82 ⋅ 0.035 + 0.26 ⋅ 0.2 = 0.639Ω 56 ⋅ 2.5 56 ⋅ 2.5 Ω (rn = 0.26 za S N = 70mm 2 ), i km I a = 45 A (Pr i log 8 : I n = 16 A, t k = 0.8s ), Zs =

ispunjen je uslov

I a = 45 A ≤

Uf 2Z s

=

220V = 172.1A, 2 ⋅ 0.639Ω

33

odakle može da se zaključi da bi i u ovom slučaju IT sistem zaštite bio efikasan. Naglasimo da se za sve sisteme zaštite od indirektnog dodira zasnovane na automatskom isključenju napajanja (TN, TT i IT sistem) zahteva i izvodenje glavnog izjednačavanja potencijala u objektu. Slika 91.8 prikazuje primer izvedenog glavnog izjednačavanja potencijala u jednom objektu u kome je primenjen TN sistem zaštite.

Slika 91.8. Glavno izjednačavanje potencijala u TN sistemu zaštite Sledeći elementi moraju da budu galvanski povezani: - glavni zaštitni provodnik (zaštitni provodnik napojnog kabla - PEN provodnik na si. 91.8),

34

- glavni zemljovod (koji povezuje glavnu sabirnicu za izjednačavanje potencijala i uzemljivač objekta), glavna sabirnica za izjednačavanje potencijala, i - strani elektroprovodni delovi, i to: ƒ metalne cevi premošćen),

vodovodnih

i

gasnih

instalacija

(napominjemo

da vodomer mora da bude

ƒ metalne kanalizacione cevi, ƒ metalni delovi konstrukcije objekta, centralnog grejanja i vazdušne klimatizacije, ƒ gvozdeni delovi armiranih konstrukcija (ako su dostupni), ƒ uzemljivač gromobranske zaštitne instalacije, ƒ instalacija spoljne TV antene, i ƒ odvodnici prenapona Jasno je da su pomoću zaštitnih provodnika svi izloženi elektroprovodni delovi opreme i instalacija u objektu galvanski povezani sa glavnim zaštitnim provodnikom, a preko njega i sa glavnom sabirnicom za izjednačavanje potencijala. Napomenimo da se, što se tiče glavnog izjednačavanja potencijala, jedina razlika izmedu TN sistema zaštite sa jedne strane i TT i IT sistema zaštite sa druge strane, sastoji u tome da napojni kabl u TT i IT sistemu ne sadrži zaštitni provodnik (PEN provodnik sa si. 91.8), odnosno da je glavni zaštitni provodnik u ovim sistemima povezan sa glavnom sabirnicom za izjednačavanje potencijala (i preko nje sa uzemljivačem objekta), ali ne i sa neutralnom tačkom sekundara transformatora. Od glavne sabirnice za izjednačavanje potencijala do zaštitne sabirnice u svakom glavnom razvodnom ormanu administrativno-poslovnog ili industrijskog objekta potrebno je da se izvede kabl za izjednačavanje potencijala, čiji je presek jednak preseku nulte (zaštitne) žile napojnog kabla tog razvodnog ormana. Da li metalni plaštevi telekomunikacionih kablova, kao potencijalni izloženi elektroprovodni delovi, treba da budu povezani sa glavnom sabirnicom za izjednačavanje potencijala? Odluku o tome donosi osoba odgovorna za projektovanje (izvođenje) telekomunikacionih instalacija u objektu (videti P22.4.4). Nezavisno od primenjenog sistema zaštite od indirektnog dodira, neophodno je da se u kupatilu izvede lokalno izjednačavanje potencijala (prikazano na si. 91.9), pomoću koga se vrši galvansko povezivanje svih metalnih masa u kupatilu i sudopere u kuhinji.

35

Slika 91.9. Lokalno izjednačavanje potencijala u kupatilu

92. Proveriti da li u delu instalacije jednog industrijskog objekta, koji je prikazan na slici, postoje uslovi za zaštitu od indirektnog dodira nulovanjem.

Rešenje Aktivni potencijalni pad napona na faznom namotu sekundara transformatora iznosi

ur =

100 ⋅ Pcu = 1.35%, Sn

36

dok je reaktivni procentualni pad napona jednak 2

2

u x = uk − ur = 5.85%. Aktivna i reaktivna otpornost faznog namota sekundara transformatora redom iznose

2

RT =

2

ur ⋅ U n u ⋅U = 0.002Ω i X T = x n = 0.009Ω. 100 ⋅ S n 100 ⋅ S n

Impedansa faznog (nultog) provodnika kabla izmedu TS i RO iznosi (0.170+j0.023)Ω, dok je impedansa fazne (zaštitne) žile provodnika koji povezuje RO i PR jednaka (0.626+j0.009)Ω. U slučaju proboja izolacije fazne žile u prijemniku PR, struja kvara iznosi

I K1 =

220 (0.002 + 2 ⋅ 0.170 + 2 ⋅ 0.626) 2 + (0.009 + 2 ⋅ 0.023 + 2 ⋅ 0.009) 2

= 137.9 A.

Vreme trajanja kvara iznosi 12ms 0.5 A 200 245.5 , Rg=242+2+1.5=245.5Ω,

ZS prekidač će prekinuti napajanje razvodnog ormana.

43

100. U jednom stanu, u kome je primenjeno nulovanje kao sistem zaštite od indirektnog dodira, majstor je priključne krajeve akumulacionog bojlera u kupatilu odvojio od napojnog trožilnog voda. U kupatilu je izvedena kutija za izjednačavanje potencijala, na koju su povezani svi metalni delovi u njemu i koja je provodnikom P-Y 1x6mm2 povezana sa zaštitnom šinom u razvodnom ormanu stana. Razvodni orman je usponskim vodom 4xP1x6mm2 + P-Y 1x6mm2/φ23mm povezan sa merno-razvodnim ormanom, čiji je spoj nulte i zaštitne šine povezan sa uzemljivačem zgrade. Pošto su žile napojnog trožilnog voda bojlera sa nepropisno obojenom izolacijom (koja je iste boje za nultu i zaštitnu žilu), kako majstor, koji poseduje samo voltmetar, može da ustanovi koja je od te dve žile nulta, a koja zaštitna? Rešenje Majstor će uključiti neki monofazni prijemnik veće snage (npr. protočni bojler) i krajeve voltmetra povezati sa jednom od dve žile iste boje i sa kutijom za izjednačavanje potencijala u kupatilu. Ukoliko kazaljka ne skreće, ta žila je zaštitna (inaće je nulta). Objašnjenje: potencijalna razlika izmedu nulte žile i zemlje posledica je proticanja struje i pada napona na nultom provodniku usponskog voda, koji je rezultat uključenja prijemnika samo jedne faze. 101. Trofazni asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom, čiji su podaci: Pn=8kW, ηn=0.82, cosφn=0.76, cosφp=0.50, Ip/In=6.6, tp=5s, nalazi se u objektu čiji se prijemnici električne energije od indirektnog dodira štite zaštitnim uzemljenjem, pri čemu se kao uzemljivač koristi mrežni temeljni uzemljivač objekta. Znajući da su dimenzije osnove objekta 100mx65m i da specifične otpornosti betona i okolnog tla redom iznose 800 Ωm i 150 Ωm, proveriti da li se opisani motor može efikasno štititi primenom zaštitnog uzemljenja (uzemljivač direktno uzemljene neutralne tačke sekundara transformatora iz koga se objekat napaja ima otpornost uzemljenja 4.3 Ω, a ukupna impedansa faznih i zaštitnih provodnika u strujnom kolu TT sistema zaštite motora može se zanemariti). Da li bi zaštita bila efikasna ako bi se postojeći uzemljivač transformatorske stanice zamenio kvalitetnijim uzemljivačem čija otpornost uzemljenja iznosi 2Ω? Rešenje

I n = 19.5 A, ( I p = 128.7 A i t p = 5s ) ⇒ T 35 A Rt = 0.45

ρz

f ( ρ b , ρ z ) = 0.45

ρz

(0.14 ⋅

ρb + 0.74) ρz

S S 150 800 + 0.74) = 1.24Ω Rt = 0.45 (0.14 150 100 ⋅ 65 220 = 39.7 A Ik = 4.3 − 1.24 U c = I k ⋅ Rt = 39.7 ⋅1.24 = 49.2V < 50V zaštita je efikasna. 220 + 68 A ⇒ tc + 5 min 2 − 1.24 U c = 68 ⋅1.24 = 84.3V ⇒ t m = 480ms < tc zaštita nije efikasna. Ik =

102. Strujno kolo javnog osvetljenja se Al kablom preseka 35mm2 (r=O.868Ω/km) napaja iz razvodnog ormana RO-O, koji se kablom PP00 4x120mm2 (r=0.153Ω/km), dužine 500m, napaja iz TS 10/0.4kV. Najudaljeniji stub je na oko 500m od RO-O i povezan je sa uzemljivačem u obliku konture izvedene od Fe/Zn traka 25mmx4mm, ukupne dužine 1600m, koje su položene na dubini 0.8m u zemljištu specifične električne otpornosti l00Ωm. Da li se TT sistem zaštite svetiljke na ovom stubu može smatrati efikasnim, ako se strujno kolo kome ona pripada štiti osiguračem sa umetkom B35A (u RO-O), i ako se zna da otpornost uzemljenja TS (RB) nije veća od 2.8Ω? Sve reaktanse se mogu zanemariti.

44

Rešenje

Rs = R1 + R2 + Rk + Rb R1 = 0.153 ⋅ 0.5 = 0.0765Ω, R2 = 0.868 ⋅ 0.5 = 0.434Ω, R1 − R2 ≈ 0.51Ω 100 8 ⋅1600 2 Rk = ≈ 0.2Ω ln 2π ⋅1600 π ⋅ 0.025 ⋅ 0.8 Sve dok je napon dodira Uc≤50V, trajanje kvara nije bitno, a to se dešava ako je

Rk ⋅ I k ≤ 50V ⇒ I k ≤

50 = 250 A. 0.2

Kako je

Ik =

220 220 ≤ 250 A ⇒ RB ≥ − 0.71 = 0.17Ω. 0.51 + 0.2 + RB 250

Napomenimo da će čak i za RB=2.8Ω osigurač (umetak B35A) reagovati, jer je tada struja kvara 62.7A (tc=2min). Ako je RB250A. Vreme reagovanja umetka B35A je tada manje od 150ms, pa je zaštita i u ovom slučaju efikasna. 103. U betonskom temelju jednog objekta, čije su dimenzije osnove 60mx40m, nalazi se mrežni uzemljivač. Specifična otpornost okolnog, približno homogenog tla, iznosi 300Ωm, a betona 400Ωm. Pored mrežnog uzemljivača izveden je i uzemljivač u obliku pravougaone konture, dimenzija 64mx44m, položene na dubini 0.8m i obrazovane od Fe/Zn traka 30mmx4mm. Uzemljivači su galvanski povezani. Znajući da koeficijent medusobnog uticaja mrežnog uzemljivača i pravougaone konture iznosi 0.8, proveriti da li ovaj složeni uzemljivač, kao element petlje kvara u sistemu zaštitnog uzemljenja, obezbeduje efikasnu zaštitu od indirektnog dodira u slučaju kvara na protočnom bojleru snage 3000W (koji se nalazi u ovom objektu), nastalom probojem na masu srednje tačke grejača. Otpornost uzemljenja uzemljivača zvezdišta sekundara transformatora iznosi lΩ, a impedanse svih napojnih i razvodnih vodova izmedu TS i protočnog bojlera mogu se zanemariti (zanemaruje se i otpornost vode izmedu tačke proboja grejača i metalnog oklopa protočnog bojlera). Rešenje

300 400 + 0.74) = 2.55Ω (0.14 300 60 ⋅ 40 300 8 ⋅ 216 2 Rk = = 3.41Ω ln 2π ⋅ 216 π ⋅ 0.03 ⋅ 0.8 2.55 ⋅ 3.41 Rt ⋅ Rk Re = = = 1.82Ω ( Rt + Rk ) ⋅η (2.55 + 3.41) ⋅ 0.8 Rt = 0.45

3000 = 13.6 A ⇒ I OS = 16 A 220 U 2 220 2 Rgr = = = 16.13Ω Pgr 3000 In =

45

Rp

Rgr 2

+

( Re − RB ) ⋅ Re + RB +

Rgr

2 = 8.07 + (1.82 + 1) ⋅ 8.07 = 10.16Ω Rgr 1.82 + 1 + 8.07 2

Rgr I′ =

2 Re + RB +

Rgr

⋅I =

8.07 ⋅ 21.65 = 16.04 A 2.82 + 8.07

2 U c = I ′ ⋅ Re = 16.04 ⋅1.82 = 29.2V < 50V zaštita je efikasna.

104. U jednom stanu došlo je do kvara na protočnom bojleru, odnosno do spoja mase bojlera i jedne tačke njegovog grejača. Ako se zna da je primenjen TT sistem zaštite, dokazati da će se najveći napon dodira imati u slučaju proboja na masu one tačke grejača na koju je priključen fazni provodnik.

46

Rz = r ⋅ Rgr + =

( RA + RB )(1 − r ) ⋅ Rgr RA + RB + (1 − r ) ⋅ Rgr

RA − RB − r (1 − r ) Rgr RA + RB + (1 − r ) Rgr

U d = RA ⋅ I ′ = RA = RA ⋅ U ⋅

=

r ( RA − RB ) − r (1 − r ) Rgr − (1 − r )( RA + RB ) RA + RB + (1 − r ) Rgr

=

Rgr

(1 − r ) Rgr RA + RB + (1 − r ) Rgr

I = RA ⋅

(1 − r ) Rgr

U = RA + RB + (1 − r ) Rgr Rz

(1 − r ) RA + RB + r (1 − r ) Rgr

− ( RA + RB + r (1 − r ) Rgr ) − (1 − r )( Rgr − 2rRgr ) ′ U d = RA ⋅ U ⋅ = ( RA + RB + r (1 − r ) Rgr ) 2 = − RA ⋅ U ⋅

RA + RB + (1 − r ) 2 Rgr ( RA + RB + r (1 − r ) Rgr ) 2

< 0 ⇒ U d ↓⇒ U d max = U d (r = 0).

105. Na slici je dat jednopolni prikaz dela instalacije jednog industrijskog objekta, kod koga je primenjen IT sistem zaštite (sa neutralnom tačkom sekundara transformatora uzemljenom preko impedanse Z=1000Ω. i uzemljivača otpornosti uzemljenja RB=2Ω). Zaštitna sabirnica u RO-2 povezana je sa uzemljivačem objekta otpornosti uzemljenja RA=45Ω. Najpre dolazi do proboja na izolaciji faze S motora M. Izračunati napon dodira za ovaj slučaj, a zatim analizirati šta će se desiti kada posle izvesnog vremena, a pre nego što je kvar na motoru M otklonjen, dode do proboja na izolaciji faznog provodnika u prijemniku PR, koji je priključen na sabirnicu faze S u RO-2.

Rešenje I kvar (proboj na izolaciji faze S motora M):

220 = 0.21A (osigurač T 35 A neće reagovati) 1000 − 2 − 45 U c = I k ⋅ RA = 0.21 ⋅ 45 = 9.45V < 50V ⇒ nema opasnosti Ik ≈

II kvar (proboj na izolaciji faze S prijemnika PR): Neće doći do obrazovanja petlje dvofaznog kratkog spoja. Oklop prijemnika PR će doći na napon UC=9.45V (osigurač od 16A nede reagovati). Instalacija ce nastaviti da radi.

47

106. Prema važećem IEC standardu, TT sistem zaštite se smatra efikasnim ako je ispunjen uslov u kome:

RA ≤

50V , Ia

- RA predstavlja zbir otpornosti uzemljenja uzemljivača objekta i maksimalne ukupne otpornosti zaštitnih provodnika i zemljovoda, koji povezuju izložene elektroprovodne delove instalacije i opreme sa uzemljivačem, i - Ia predstavlja minimainu struju kvara koja obezbeđuje da odgovarajuća zaštitna komponenta reaguje unutar 5s. Koliko puta je maksimalna dozvoljena vrednost otpornosti RA manja u slučaju kada osigurač sa brzim topljivim umetkom od 16A predstavlja jedinu zaštitnu komponentu nego u slučaju kada je pored njega instaliran i ZS prekidač struje reagovanja 0.3A? Rešenje U prvom slučaju je I a1 ≈ 35 A (dijagram a, sa slike P8.1), pa je RA max1 = Kako je u drugom slučaju I a 2 = I g = 0.3 A, odnosno kako je *

RA max 2 =

50V 166.67 R = 166.67Ω, to je A max 2 = = 116.6. 0.3 A 1.43 RA max1

48

50V = 1.43Ω. 35 A