V. Srb - Elektricne Instalacije i Niskonaponske Mreze (Poglavlje 02)

2. TROŠILA I POTROŠAČKA POSTROJENJA 2.1. UTJECAJI TROŠILA NA PRILIKE U NISKONAPONSKIM MREZAMA I INSTALACIJAMA 'v

2.1.1. Trošila, potrošači i postrojenja

.., ...

.

',~.:;'; 1500 V. • istosmjerni napon; mali napon lJ::;; 120 V niski napon 120 < lJ::;; 1500 V visoki napon lJ> 1500 V. e) Prema nazivnoj struji:

6,3 10, 16, 20. 25, 31,5, 40, 50, 63, 80, t OO, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 A (dati prednost masnim vrijednostima) d) Prema vrsti struje: • izmjenična. • istosmjerna.

.

_ -. - -

e) Prema broju faza: • jednofazna, • trofazna.

Osnovne pojmove definirali smo u 1.1.1. Trošila niskog napona prema karakteristikama

........;-.

f)

Prema frekvenciji: • 50 Hz, 60 Hz itd.

g) Prema kategoriji upotrebe: • ova podjela karakterizira upotrebu sklopnih aparata (tablica 2 - l) prema struji uklapanja i isklapanja. h) Prema priključnoj snazi (vidi tablicu 2 - 3), trošila niskog napona možemo podijeliti na trošila: • velike snage (preko 1000 W), • srednje snage (100 do 1000 W), • male snage (ispod 100 W). i) Prema klasifikaciji uređaja i trošila s obzirom na zaštitu od električnih udara (tablica 2 - 2), u skladu s J US N.A9.001. Trošila u

potrošačkim

postrojenjima

a) Prema vrsti energije u koju se pretvara električna

energija, podijeliti na:

trošila

možemo

• • • •

rasvjetna, toplotna, motorska, ostala. Ova podjela poslužit će nam kao osnova za daljnje proučavanje trošila. 61

Kategorije upotrebe grebenastih sklopki za ____

-

izmjeničnu

struju

'

-

Struja uklapanja i isklapanja Kategorija u potrebe

Primjeri za upotrebu

Normalno

Povremeno

COSi o

uklap. isklap. uklap. isklap. ----

-

Sklapanje u beznaponskom stanju - - - - - _.. __ ..

AC II AC 21

2

Neinduktivni ili slabo induk!. teret, teret - - _ .. _ - _ . _ - - - - - - - - ..

čisto

-

-

-

le

le

1,51e

2,51e

2,51e

4le

o mski

1,5 le

0,95

_--~_.

Pokretanje klizno-kolutnih motora - -..----_._--

- - _..

4le ..

.~ ~

Uklapanje i isklapanje induktivnih trošila

;\C 3 12 . .1

-

-

_-_.

0,65 --~"_.~_.-

le

le

3 le

3 le

0,65

lOle 6 le

le

10 le 8 le

8le SIe 6 le

0,65 0,35 0,35

8le

le

le

0,65 0,35 0,35

--------_.

_---

le:::;; 17 A 17 17 A

Pokretanje kaveznih motora, isklapanje motora za vrijeme zaleta

_ _.

Pokretanje kaveznih motora, isklapanje motora za vrijeme zaleta

.

_.. _ - - - - - -

Ie:::;;17A 17 17 A

lOle lOle 8 le

8 le

12 le 12 le 10 le

10 le 10 le 8 le

10 le

10 le

S le

'~-----'

_- - Ie:::;;17A ---

Pokretanje kaveznih motora,. intermitirani pogon. protustrujno kočenje, rezerviranje

17 17 A

6le

6Ie

0,65

oy 0,3.'

----- ----------

;\( . 111

Upravljačke sklopke

10 le

za sklapanje magnets kih

le

0,7 f----

pogona (sklopnika, ventila i sl.)

AC 11 4

lOle

le

II I e

II I e

._--_. li

prema VDE 0660,

TablIca:2

21

prema lEC 408,1 1 prema IFC 292-1.

4)

0.7

--~-

prema lEC 337-1,

Ie=Nazivna pogonska struja

:2 Klase zaštite

električnih uređaja

(prema JUS N.A9.001) -----_.-

Klasa O

Osnovne karak· tcri:;ike uređaja

Nema sredstava za zaštitno uzemljenje

Klasa I

Klasa Il

Osigurana su zaštitna sredst va za uzemljenje

Dodatne izolacije i bez sredstava za zaštitno uzemljenje

Okolina bez zemlje

Spajanje na za štitno uzemljenje

Nisu potrebne

VDE 0106) ..

62

l

_ - - - - - - - - - - ' - - - - - - _ ..... _ - - - - - - -

za napajanje posebni.ill sigurnosnim malim naponom -------------_.

Spajanje na poseba.n mali napon

-------

------

Simbol (prema

Određena

-----

____o

Mjere opreza zbog sigurnosti

Klasa III

I I

I I

[Q]

____-------.1.-._____.._ _ _ _

...

-----

Tablica :2 ~ 3

T,f

Priključne

snage

kućanskih

trošila

Priključna snaga,

Trošilo

uW

Velike snage: strojevi za glačanje pećnica s regulacijom štednjak s 3 grijaće ploče i pećIllcom . sobna grijalica obična i radiJator . stroj za pranje rublje s el. griJanJem . stro) za pranje suđa . bojler s toplinskom izolacIJom . bojler protočni .

3000 1200 do

3000

1000 do

3000

1000 do

3000

2000 do 3000 do

6600 4000

Slika 2.1. Dijagram trajnog pogona

2. Isprekidan pogon - uklapanje i isklapanje je u pauzama koje nisu dovoljne da se trošilo ohladi do temperature okoline (sl. 2.2).

1000 do 3000 2000 do 30000

Srednje snage: glačalo

s regulacijom sušilo kose . pržilica k ruha : . fluorescentna sijalica .. žarulja fi vine sijal ice USISlvač prašine . čistilo parketa . ventila tor, zidni, obični centrifuge za sušenje rublja

400 do 450 do 500 do IS do 25 do 80 do 140 do 250 do 20 do IDO do

1000 600 800 125 1500 2000 600 300 130 200

60 25 do 50 do 120 do 5 cio

lOD

3. Kratkotrajan pogon - pogonsko vrijeme je tako kratko, a pauza tako duga da se nakon svakog ciklusa trošilo ohladi na temperaturu okoline (sl. 2.3). 1,1

Male snage: t ransforrna tor ventilator. stolni radio prijemnik .. televizijski prijemnik aparat za brijanje

b)

85

----

180 15

Potrošačko postrojenje u kojem se nalazi trošilo može biti npr.: • domaćinstvo, • industrija, • javna rasvjeta, • poljoprivreda, itd.

t

Slika 2.2. Dijagram isprekidanog pogona

1,1

c) Prema pokretnosti, trošila mogu biti: • stalna (čvrsta), • pokretna. d) Razlikujemo

slijedeće

vrste pogona:

I. Trajan pogon - pogon traje tako dugo da se dostigne najviša dopuštena temperatura, (sl. 2.1).

Slika 2.3. Dijagram kratkotrajnog pogona

63

e) Prema utjecajima okoline, odnosno uvjetima smještaja - mjesto upotrebe trošila može uvjetovati njegove različi­ te izvedbe. Različite vrste pogonskih prostorija, klima, mehanički utjecaji, zagađenost atmosfere i slično, utjecat će na rad trošila.

zani su spektri uobičajenih izvora s pregledom postotka svjetlosnog toka pri nekoj valnoj duljini. %

2.1.2. Rasvjetna trošila Osnovni pojmovi o rasvjetnoj tehnici Svjetlost je po svojoj fizikalnoj biti elektromagnetski val. Vidljiva svjetlost ograničena je ovim valnim duljinama: 380 nm -- ljubičasta, 780 nm -- crvena. Ljudsko oko različito je osjetljivo na pojedine valne duljine odnosno boje. Relativnu osjetljivost ljudskog oka prikazuje slika 2.4. Različiti izvori svjetlosti emitiraju svjetlost pojedinih valnih duljina različitim intenzitetom. Na slikama 2.5 do 2.7 prika-

780 nm

380

Slika 2.6. Prikaz spektra fluo-sijalice od 40 W (bijele boje)

%

FJD% 380

550

41.0

780 nm

Slika 2.7. Prikaz spektra natrijeve sijalice

niskotlačne

Osnovne veličine i jedinice iz rasvjetne tehnike ovako su definirane:

380

550

780 nm

Slika 2.4. Dijagram osjetljivosti ljudskog oka

Svjetlosni tok tP je snaga svjetlosnog zranekog izvora svjetlosti. ledinica svjetlosnog toka je lumen (kratica lm). Jakost stjetlosti I je gustoća svjetlosnog toka u obuhvaćenome prostornom kutu (j) (sl. 2.8): I=tP/w cd. čenja

Lj (prostorni k ul)

Izvor SVJell~

/

~

Slika 25 Prikaz spektra žarulje od 100 W

64

Slika 2.X. Jakost svjetlosti irasvjetljenost

ledinica jakosti svjetlosti, kandela, (cd) je jedna od temeljnih veličina po mcc1unarodnom (SI) sustavu (vidi 1.1) i definirana je kao šezdeseti dio jakosti svjctlosti crnog tijela površine l cm 3 na temperaturi skrućivanja platine (2042,15 K). Količina svjetlosti Q je umnožak svjetlosnog toka i njegova trajanja, tj.

lm h.

Q=1>' t

Rasvijetljenost je gustoća svjetlosnog toka na nekoj površini A:

E=1>/A

lm/ml.

Tablica 2 - 4

Približni odnosi cijena

količine

svjetlosti

==========····c__ --_--===cSvjetlost voštanice Svjetlost petrolejke Svjetlost žarulje Svjetlost f1uoresc. sijalice

100 .... I SO

jedinica cijene

17,5

jedinica cijene jedinica cijene

0,25

Svjetlosna iskoristivost 1] = 1>/ P lm/W uka zujc na efikasnost izvora svjetlosti. Ona kod suvremenih izvora iznosi 5 cio 170Im/W. Žarulje su izvori svjetlosti s užarenom niti. Svjetlosni tok i trajnost žarulje zavisni su o odstupanjima od nazivnog napona (sl. 2.10). Prilikom paljenja žarulje se zbog naglog povišenja temperature užarene niti u veoma kratkom vremenu poveća njen otpor. Zbog toga je i struja koja poteče žaruljom u trenutku paljenja mnogostruko veća od one u trajnom pogonu (vidi sl. 2.11). Izbijanje II plinovima i metalnim parama stvara se svjetlosna energija u ostalim izvorima svjetlosti.

20 Irn/W

jedinica cijene

iV a[Jomena: Moguće je izračunati i cijenu dnevne svjetlosti u zatvorenom objektu.

ledinica za rasvijetljenost je luks (kratica lx). Rasvjetljaj je umnožak rasvijctljenosti trajanja rasvjete

H = E· t

lx s.

Luminancija (ili sjajnost) L je gustoća jakosti svjetlosti u određenom smjeru promatranja. ledinica za luminanciju je cd/ml.

500

Z5

w

Slika 2.9. Svjetlosna iskoristivost žarulja napona 220 V

!'+--YY'f-+-+Y'H 50 em

~Up~~:.t-~t:tttt~rt;t-rH=1=+-+U:m

O

1/

Vl,...--

V -

l>;: ~t'

Č,

./

____

:- ~

-.I-j

.... - f---- - c- f-

-

_ml

Slika 2.23. Nomogram potrebne energije za jedn()struke prozorc

Potrebnu električnu snagu za zagrijavanje prostorije dobivamo tako da na osnovu površine pojedine plohe, izborom odgovarajuće debljine i slično, odredujemo parcijalnu snagu za jednu plohu. Ukupna potrebna snaga biti će zbroj parcijalnih snaga potrebnih za zagrijavanje pojedinih ploha.

_

Potrebna električna snaga za zagrijavanje prostorija točnije se može izračunati pomoću nomograma koji se izaduju za svak u plohu prostorije. Na slikama 2.22 i 2.23 prikazani su primjeri takvih nomograma za vanjski zid i prozor. Postoje dakako i ostali nomogrami, kao npr. za unutarnji zid, vrata, jednostruki prozor, strop i slično.

~

l.~

:f~tt""Fr"

Primjeri upotrebe elektromotorskih trošila

120

_ _ _- ' - - -

kW

---1--1-

---

,/~

2.1.4. Elektromotorska trošila

40 40

30 30

Kupaonica

f---I1--

100

rn!.

C"-

...

70

50 30

Kuhinja

~

--

10

IZOIO(!jom

SO

_ _ "1'

Slika 2.22. Nomogram potrebne energijc za zagrija' vanje vanjskih zidova

Elektromotori pretvaraju električnu energiju u mehaničku. To je danas najjeftiniji način dobivanja mehaničke energije upotrebljive za razne poslove. Tako jeftino dobiven mahanički rad omogućio je u velikoj mjeri brz razvoj mnogih grana ljudske djelatnosti (posebno industrije) i postizanje sadašnje razine produktivnosti i životnog standarda. Danas je upotreba motora toliko raširena, da ih susrećemo na svakom koraku. U modernom se domaćinstvu npr. nalazi oko 20 elektromotora. Samo stroj za pranje rublja ima najmanje 3 elektromotora. U suvremenoj industriji računa sc da je instalirano oko 5 motora po zaposlenom. Broj raznih izvedbi motora povećava se, a još se povećava, proširenjem područja primjene. Istovremeno je uloženo mnogo napora na standardizaciji motora. Dosad ostvareni rezultati na području standardizacije motora omogućili su zamjenijivost motora opće namjene neovis-

no od proizvođača. Osim toga, standardizacijom pojedinih dijelova motora stvoreni su uvjeti za ekonomičnu proizvodnju motora.

Gubici unamotu statora, rotora i u željezu iznose preko 90 1j'o ukupnih gubitaka. Moment tereta (sl. 2.25) koji motor treba savladati iznosti:

Snaga i struja elektromotora gje

su:

kutna brzina, k = - 1 kod stroja za obradu metala, ljuštilica, itd., k = O za dizala. valjaoničke stanove, transportne uređaje, k = 1 za namatalice i slično, k = 2 za ventilatore. centrifugalne pumpe i slično.

w

gdje su: I struja koju motor povlači iz mreže, u A, U napon mreže u V, P 2 nazivna snaga, tj. predana snaga na osovini motora u kW, cos (P faktor snage motora, lJ korisnost motora. Gubici u motoru (sl. 2.24) mogu se s dovoljnom točnošću izračunat IZ Izraza: p = g

(~.'7 -

1)

Moment motora izjcdnačava se kod ncke brzinc vrtnje s momentom tereta. Ml ~ e

P2

w'

kW

Gubici mogu biti (redosljed prema sudjelovanju u ukupnim gubicima): • • • • •

unamotu statora u namotu rotora u željezu trenju i ventilaciji dodatni gubici

P eU P eU P FC

1

2 1

P trV

P dop

w

Slika 2.25. Momentne karakteristike radnih mehafllzama

Snaga motora P 2 slijedećem odnosu:

U

W

moment su u

kpm

Nm;

odnosno

p 2 ~ 10· M· ns' kada je P 2 ns u l/min,

U

kW, M u Nm i

ili p 2 ~ lvI . ns' ukoliko je /vl izražen lIkpm. I1 s je sinhrona brzina vrtnje. Pin

Slika 2.24. Prikaz toka snage trofaznih asinhronih motora

60/

I1 = - '

.s

p

mm 73

gdje su: f frekvencija, obično 50 Hz, p broj pari polova motora. Faktor snage cos cp (sl. 2.26) i korisnost rl (sl. 2.27) elektromotora ovise o:. • nazivnoj snazi motora, • broju polova elektromotora, • odnosnu a=P 2 /P 2n . cos rp l

~

----~~-

0,9 0,8

2 polol 6 polol

Pl

'" 2 polo - b polol . ---10 polo I

Pz

Slika 227. Korisnost elektromotora u zavisnostI o nazivnoj snazi i broju polova

Na primjer: Motor sa Pzo =0,25 kW, 4-polni irna cos (P = 0,57 i ry = 0,59, a motor sa P 2n = 22 kW, 4-polni irna cos cp = 0,90 i ry = 0,89. U oba slučaja je P z = P 20' tj. elektromotor je veoma opterećen. Izvedbe elektromotora Elektromotore za priključak na izmjeniski napon možemo podijeliti na:

74

Za pokretanje klizno kolutnih asinhronih elektromotora upotrebljava se poseban uputnik ili pokretač . Elektromotori se grade za nazivne snage koje propisuje JUS, a navedene su u tablici 2-10. Tablica

- - ------

Slika 2.26 Cos (P elektromotora u ovisnosti o nazivnoj snazi i broju polova

nični

• asinhrone, koji mogu biti klizno kulutni ili kavezni (s kratko spojenim rotorom), • ikolektorske.

2~

10

Nazivne snage elektromotra u kW Niz I prema JUS N.GO.015/1970. 0,06 0,09 0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1,10

1,50 2,20 3,70 5,50 7,50 II 15 18,5 22

30 37 45 55 75 90 110 132 150

160 185 200 220 250 280 300 315 335

355 375 400 425 450 475 500 530 560

600 330 670 710 750 800 850 900 950 1000

Prema preporukama IEC 34-7/72 izvedbeni oblici električnih strojeva podijeljeni su u dva koda. Kod 2 (opći kod) označava izvedbu pomoću osnovne oznake i tri brojke: Osnovna oznaka. - IM (International Mounting), Prva brojka - oznaka vrste konstrukcije, Druga i treća brojka - oznaka načina montaže, Četvrta brojka - oznaka slobodnog kraja osnovme. Slika 2.28 prikazuje neke oblike električnih strojeva s horizontalnom osovinom prema IEC 34-7/72. Električni strojevi obično se izrađuju u sljedećim stupnjevima mehaničke zaštite (International Protection), vidi glavu 3: IPOO, IP02, IPIIS, IP21S, IP22A, IP44, IP54, IP55. Dodatno slovo S pokazuje da je električni stroj koji ne radi provjeren na prodor vode.

IM 1001

IM 2101

IM 2001

Je at·l;5 w3 t]] 4BJ lill IM 1051

IM 3001

IM 1061

IM 1071

IM 4001

IM 9101

IM 3601

fB f83 1Iffi IM 1201

IM 1101

IM 9201

Slika 2.28. Neki oblici električnih strojeva s horizontalnom osovinom prema lEC 34-7/72

Gubici u motoru zagrijavaju motor i I.ato treba osigurati odgovarajuće hlađe­ nje. Preporukama IEC klasificirani su sistcmi hladenja (IC- International Cooling). Razlikujemo dva osnovna sistema: • motori s otvorenim unutarnjim strujanjem zraka (zrak toplinu iznosi napoljc), • motori sa zatvorenim unutarnjim strujanjem zraka (motor se hladi isijavanjem). Približno potrebna količina zraka za hladenje može se izračunati iz izraza:

Pg Q =_._~-l,l . Ll.?

m"3 /s ~ 0,04 ... 0,5' P g m"3/s

gdje su: j/i razlika temperature okoline rature zagrijanog zraka, P g gubici u kW.

Prema najvišoj temperaturi koja se oče­ kuju u pogonu odabiru se elektromotori kod kojih se upotrebljavaju odgovarajući izolacijski materijali (vidi 1.3.6). Pri upotrebi asinhronih motora postavlja se na njih niz zahtijeva koji se odnose na minimalne i maksimalne vrijednosti potezne struje, poteznog momenta, pokretnog momenta, dobrote zaleta (M p/J k)' zamašnog momenta, vijek trajanja, porasta temperature, dopuštenog broja uklapanja, brzine porasta temperature u kratkom spoju, dopuštene buke, dopuštenih vibracija i drugo. Korisnost 17 i faktor snage cos cp energetski su pokazatelji motora i na njih se postavljaju često posebni zahtijevi. Dopuštena odstupanja za 17 i cos cp, kao i za ostale bitne elektromagnetske veličine motora, određena su također propisima.

Pokretanje elektromotora Asinhroni elektromotori

pokreću

se:

• Izravno, • posredno, • upuštačima ili pokretačima. Izravno se pokreću motori manjih snaga, obično do 5 kW, no mnogi i preko 20 kW (vidi 4.2.3) - pad napona pri pokretanju mora ostati ispod 10% . Posredna pokretanja su mjere u statorskom strujnom krugu kojih je cilj da umanje struju pokretanja. U posredna pokretanja ubrajamo: • zvijezda-trokut, • pojačano pokretanje (zvijezda-trokut s međustupnjevima),

tempe-

S veličinom motora povećava se i problem njegova hlađenja. Gubici elektromotora povećavaju se približno s trećom potencijom a rashladna površina s drugom potencijom linearnih dimenzija.

• pokretanje dijelom napona, • statorskim predotporom, • transformatorom za pokretanje. U puštačima ili pokretačima mijenja se otpor strujnog kruga rotora. Ta promjena može biti kontinuirana ili stupnjevita, što ovisi o načinu promjene otpora. Tom mjerom smanjuje se struja pokretanja klizno kolutnih motora. 75

Na slici 2.29 prikazane su krivulje struje i momenta trofaznog asinhronog motora, a na sl. 2.30 prikazane su krivulje struje i momenata pri pokretanju asinhronog motora pomoću pokretača zvijezda-trokut.

soo

Previsoke temperature namota možemo spriječiti: a) posredno, pomoću prekostrujnih okidača. Takvi se okidači ugrađuju u prekidače, motorske zaštitne sklopke i slično (vidi glavu 5). b) neposredno, pomoću termistorske zaštite. Ovdje se Koristimo fizikalnom pojavom promjene otpora promjenom temperature. Ekonomičnost

ZO

40

50

80

lOD'/,

Slika 2.2lJ. Knvulj~ stru.i~ i morn~nta troraznog asinhronog motora

y -/\ pJkrrl:JI';je

I M

asinhrnog motora

Pri nabavci novog asinhronog motora treba računati s ukupnim troškovima nastalim tokom njegove upotrebe. Ti troškovi sastoje se od troškova za nabavku motora, troškova za njegovo održavanje i troškova za energiju tokom eksploatacije motora. Godišnji troškovi energije gubitaka mogu se odrediti slijedećom jednadžbom: A = ke' t (1 - 0,5

~\~Jf)

ci'

PN

Cf:- 1)

Namoti motora najčešći su uzrok kvarova. LJ namotima stvorena toplinska

gdje su: ke cijena elektro energije u din, kg cijena grijanja u din, t godišnje trajanje pogona u h, x relativni broj motora u pogonu u grijanim prostorijama, ci prosječno relativno opterećenje motora, 'L: korisnost pri djelomičnom optereće­ nJu, PN nazivna snaga motora u kW. 0,5 faktor koji se uzima tamo gdje se prostorije zagrijavaju pola godine. Izraz u prvoj zagradi uzima u obzir činjenicu da je dio motora postavljen Ll zagrijanim prostorijama gdje se energija grijanja može uštedjeti na račun energije gubitaka motora. Navedeni odnos pokazuje da treba biti

energija podigne temperaturu žice što

osigurana visoka korisnost i pri

može uništiti izolaciju ukoliko temperatura prijede dopuštene iznose.

nom opterećenju. Da bi se to postiglo, nužno je posvetiti brigu optimalnom pri-

'lO

40

50

80

100 '/,

Slika :230 K ri\'uljc momenta i struja pri pokretanju y-;\

Zaštita elektromotora od preopterećenja, od rada na dvi,je faze i od kratkog spoja

76

djelomič­

lagođenju motora i radnog stroja. Motor mora biti izabran tako da radi II području opterećenja 60 do 100% nazivne snage. LJ tom se području kod modernih asinhronih motora korisnost samo neznatno mijenja.

2.1.5. Ostala trošila

U ostala trošila možemo ubrojiti: • električni alat, • elektromedicinske aparate, • ispra vIjače.

Električnim

alatom smatra sc stroj koji energija, a izrađen je tako da električni dio stroja s ostalim dijelovima tvori jednu funkcionalnu cjelinu. Elektromedicinski aparat je pogonsko sredstvo u kojem se elektricitet posredno ili neposredno upotrebljava u medicinske svrhe. Ispravljačima napajama elektrolize, postrojenja za galvanska presvlačenja materijala, pogonska sredstva slabe struje, punimo akumulatore itd. pokreće električna

2.2. EKOLOŠKI UTJECAJ PRI UPOTREBI TROŠILA 2.2.1. Zagrija,ranje

D.jeIovanje na klimu Toplinska energija javlja sc zbog: • gubitka Ll transformatoru, • gubitka u vodovima, • nesavršenost trošila (npr. kod motora i rasvjete). Da bismo ilustrirali ekološko značenje zagrijavanja zbog gubitaka električne energije, pretpostavimo gustoću optereće­ nja od 50 MW/km 2 koja se danas javlja u velikim gradovima i 200 MW/km 2 , kao što imamo Ll vrlo velikim industrijskim postrojenjima. Pretpostavljamo da gubici u transformacijama iznose do 2(Yo. Međutim, za tako velike gustoće opterećenja treba predvidjeti barem dva stupnja transformacije (npr. 110/20 i 20/0,4 kV) pa dakle predanu električnu energiju dva puta transformiamo što prouzročuje približne gubitke od 4(/';). Gubici u vodovima mogu se približno izračunati iz izraza V=n·/ 2 ·R.·10-' kW/m " gdje je II broj opterećenih vodiča, a Rw djelatni otpor vodiča po metru duljine.

Pretpostavimo ipak da ukupni gubici u vodovima svih naponskih razina iznose Y~;o, a gubici II troši!ama barem 10%, II prosjeku (kod rasvjete znatno više) pa će uz navedene gustoće opterećenja gubici biti: Za

gustoću opterećenja

MW/km 2 gubici II transformaciji gubici u vodovima gubici utrošilima

u

SO

200

')

8

~

2,5 5

\o 20 --~-

Ukupni gubici

9,S

38

Ukupni gubici su dakle 9,5 odn. 38 MW/km 2 ili 9,5 odn. 38 Wim (približ.no l kg/h ugljena na 100 m 2 ). Iz gornjeg možemo zaključiti da gubici u električnoj mreži i trošila uvjetuju zagrijavanje okoline. Zagrijavanje zbog gubitaka može imati: • klimatski utjecaj i • pogonski utjecaj. Klimatski litjecaj povezan je sa biološkim. Poznato je da su kahelski kanali legla gloda vaca, a k ućišta elek tromotora prebivališta raznih insekata i slično.

77

Poqonski utjecaji zagrijavanja okoline ogleda se u tome da se može smanjiti efekt nekih instalacija, npr. rasvjeta u hladnjači, rasvjeta kod klimatizacije ljeti. Međusobno zagrijavanje pogonskih sredstav·a· smanjuje njihovu opteretivost.

sa boljim lJ određene nazivne snage. Elektromotor s boljim lJ po pravilu je skuplji zbog većih troškova proizvodje (vidi slike 2.31 i 2.32).

Primjer: l. Gubici u distributivnoj mreži Jugoslavije iznosili su 1972. godine toliko da bi izgubljena električna energija bila dovoljna za zagrijavanje 100.000 stanovnika tokom jedne sezone.

2. Rezultati ispitivanja znanstvenog instituta Vaseda u Tokiju o međusobnoj povezanosti kretanja temperature i suvremenih instalacija lijepo ilustrira naprijed navedeno. Prema rezultatima ispitivanja u Tokiju prosječan godišnji broj noći s temperaturom iznad 25'C povećan je sa 5,4'/0 u razdoblju 1926--1934. godine na I l olt, u razdoblju 1965 -1975. godine. U 23 četvrti Tokija količina topline koja se godišnje gubi u raznim instalacijama i vozilima odgovara približno količini topline koja se oslobodi sagorijevanjem 10 milijuna tona nafte. U južnom centru, Marunuočiju, toplinska energija koja se stvara u instalacijama. vozilima itd. iznosi po jedinici porvšiIle 20 do 60°1" toplinske energije sunčanog isija vanja. Naročlt utjecaj na to imaju instalacije hlađenja u zgradama i vozilima Zbog toga se posljednjih godlna prosječna godišnja temperatura u Tokiju podiže za I C.

ZadmoljaYajući 'l

pogonskog sredstva

Najefikasnija mjera za smanjenje zagrijavanja je poboljšanje lJ pogonskog sredstva. Međutim, treba ukazati na gospodarski vid tog problema. Pretpostavimo da nastojimo odabrati elektromotor

\-----------\

I I II

). '"

r

I ...... r g

"-l. . . . . . --tl -_._--'-------'-------'------

K1V

Kili

KII

KI

Slika 2J I. Gubici i korisnost motornog trošila u ovisnosti o kvaliteti motora

ZOO

h

Slika 2.32. Godišnji troškovi za gubitke kod raznih kvaliteta motora

Gubici u clektromotoru iznose:

Ako II najlošijeg elektromotora označi­ mo s 11Iv, a elektromotore nešto boUe kvalitete s lJili itd. do lJI i za svaku pojedinu tako zadanu kvalitetu uz primjenu gornjeg Izraza izračunamo gubitke P g1V do P g1 . dobivamo: 11Iv =0,5 IlIIl

= 0,7

1111

= 0,85 = 0,90

'l,

P g1V = P 2 Pglll = 0,42 P 2 Pgli = 0, i 8 P 2 P g1 = 0,11 P 2

Ekonomski opravdane gubitke možcmo izračunati, računajući ukupne godišnje troškove za sve kvalitetc motora koji nam stoje na raspolaganju: Cl

TM l =-+c·k· PgI n

ex

TM x =-+t·k·P n gx gdjc su: TM godišnji troškovi elektrom otra u dinanma, t godišnja upotreba elektromotora II h, k cijena električne energije u din/k Wh,

II

Pgj,

PgX ,

trajanje upotrebe elektromotora II godinama, CI gubici Cljena motora najviše kvalitete, C x gubici i cijena motora zadovoljavajuće kvalitete.

Prema tome, mo izračunati:

zadovoljavajući 17x

može-

P2

'1

_oo_P 2 + P gX

=~-

x

Sličan račun možemo provesti za svako pogonsko sredstvo. Dakako da u ovom računu nisu uzeta u obzir djelovanja na klimu.

Dopuštene granične vrijednosti određe­ ne su za svako frek vencijsko područje. Dopušteni naponi smetnji, snaga smetnji i dopuštena jakost električnog polja smetnji određeni su tehničkom regulativom. Tako su npr. prema JUS N.NO.900j78 smetnje klasificirane na slijedeći način: Za područje karakterističnih frekvencija određeni su dozvoljeni naponi smetnji, snage smetnji i jakost polja smetnji za pojedine vrste pogonskih sredsta va (sl. 2.33, sl. 2.34 i tablica 2-11). dB I}! V) 7o~-1-+----+-o-f-----+-

N

66

-~

o-f-----

30 imp/min

Snaga smtnji Jakost polja dB(pW) smetnji dB (,uV/m) 30do300MHz 30 do 300 MHz

Stupanj N

I - - - - - - - - - f - - - - - - - - - - - - - - - - - --

vrijednosti

- ,--------------

Stupanj N

- - - - - - - - - - - - - - - - - - .---- - - - - - - - - - -

Trajna smetnja prenosni alat 700 do 1000W

Neprekidni niz

> 30 imp/min

N+4dB

N+4dB

Trajna smetnja prenosni alat 1000 do 2000 W

Neprekidni niz

> 30 imp/min

N + 10dB

N + 10dB

-.-----r-----~~__+~~~--~~_+_-------.-~___t_~--------

Trajna smetnja aparata većih dimenzija, aparata s bater. napajanjem, igračaka itd.

TraJ~a-~~;~lja za

industrijska postroJenja -------------------

-

Neprekidni niz

> 30 Imp/mm

-I~-~r---;-depre 1m mz

--

--

>

,

--

lm Pi mm

----

na razine ispod graničnih vrijednosti propisanih tehničkom regulativom. Praktički postupci ograničavaju se najčešće na: a) smanjenje intenziteta izvora smetnji odstranjenjem iskri i nagli promjena jakosti struje. To se može postići: • upotrebom čvrstih spojeva, • održavanjem ispravnih izolacija i • ispravnim kontaktnim površinama (npr. četkice kolektora), b) upotrebom uzemljene metalne zaštite kojom se smanjuje ili uklanja polje smetnje, c) upotrebom provodnog kondenzatora, odnosno odgovarajućeg spoja kondenzatora i prigušnica čime se smanjuje napon smetnji (vidi sliku 2.35). Kapacitet kondenzatora kojim se u dovoljnoj mjeri smanjuje napon smetnji možemo izračunati iz empirijskog izraza: 80

40 dB (liV lm) udalj. 10 m

Stupanj N

------~~-- -

--- --- -----

-

-----------------

40 dB (fl V/m) udalj.30m

N + l4dB -------

--

--~~-----

- ~ - - --

------

,-------

DIJ~~O:~n~~d

I

XI -

II

Te

VJ

J

Električno zoštlcenl pristupačni diJelovI

L __ ~_'L__

Slika 2.35. Mjera za suzbijanje radiosmetnji

1000 Un

C=~2

J.lF

gdje je U n nazivni napon (samo za napone od 24 V do 500 V). Problematika radio- i TV-smetnji razvija se posljednjih desetak godina u posebnu elektrotehničku specijalnost. O tome postoji opsežna literatura. Kao primjer opsega problematike navodimo da

najnoviji DIN 57228/82 koji tretira osnove i definira pojmove S tog područja ima četiri dijela. Pogonska sredstva koja su tako nači­ njena da ne izazivaju nedopuštene radio-smetnje dobivaju oznaku RSO.

Aerodinami(~ka buka nastaje zbog strujanja zraka (ventilator). M ehani(~ka huka prouzročena je gibanjem mehaničkih dijelova (ležajeva, vibracije limova kućišta). /)20 dBlA)

dB

;;;~~6:it22ZWI~~:::; 100

120 o

2.2.3. Buka

~ IDO ~-."",,=t====t==-k----+-:,~b,.c;~80

Razjašnjenje pojmova

-o OJ >

+01

o e

80 60

N

Buka je (prema definiciji) nepoželjan zvuk te ima fiziološko i psihološko djelovanje. Ljudsko uho osjeća zvuk kao izmjenični "zvučni tlak" koji se superponira statičkom atmosferskom tlaku. Ljudsko uho osjetljivo je na širok raspon tlakova. Odnos između najvišeg prema najnižem iznosi priblično 10 6 . Uobičajena jedinica tlaka nije prikladna za izražavanje osjeta zvuka uhom. Uveden je stoga pojam "razina zvučnog tlaka" (ili kraće: "razina zvuka"), koji se definira kao: p L = 10 log ._--

PO

dB

gje je P o =2'Hr 5 N/m 2 referentni tlak koji je međunarodno prihvaćen. Time se raspon od 10 6 pretvara u raspon od 120 (p o je prag čujnosti pri 1000 Hz). Ljudsko uho nije podjednako osjetljivo na svim frek vencijama. Ista razina zvuč­ nog tlaka proizvodi jači subjektivni dojam ako je zvuk više frekvencije. Zbog toga se za mjerenje zvuka upotrebljavaju instrumenti kojih karakteristika nije linearna, nego korigirana tako da imaju po prilici isti odziv kao ljudsko uho. Oblik te karakteristike također je međunarodno standardiziran. Takav instrument ne mjeri više razinu zvučnog tlaka nego razinu zvuka ili buke, koja se izražava dB (A) "decibelima A" (vidi sliku 2.36). 60 dB (A) odgovara običnom govoru, 85 dB (A) dovodi do trajnog oštećenja sluha, a 120 dB (A) je prag bola od zvuka. Buka koju proizvode električna pogonska sredstva može biti trojaka porijekla: 6 \'

SRR Eleklritne instalaCIJe i niskona[1onske mrelc

t'7L,-4Lr~-+-~~""'+---::;=:"....---.iL-t-----m-·2

g 40

" cr o

O ~ N

e

··-0

20

ct:

O

20

100

500

1000

5000 (l000 ti Z

Slika 2.36. Grafički prikaz krivulja iste razine zVllk~1 II ovisnosti o frekvenciji zvuka izraženoj u Hz i razini zvučnog tlaka II d B

M aqnetska huka nastaje zbog vibracija izazvanih magnetostrikcijom (prigušnice, transformatori) ili zbog magnetskih sila u zračnim rasporima (elek tromotor). Osobito je važno uočiti da pojava buke ne mora značiti (ali može) da uređaj nije Ispravan. Ljudsko uho reagira na frekvencijski opseg od 16 Hz do 20000 Hz. Šum je izraz za spektar 7vučne pojave, a ne intenzitet djelovanja na uho (slika 2.37).

t

A

A

eI S t I A ~

Ion

to

Jto

Sto 7to f

Provilo;1 Ion

A

A

.sum Slika 2.37. Intenzitet

zvučne

pojave --

zvučni

tlak

81

Z vučna snaga je snaga zvuka izražena u vatima. Kao primjer navodimo da je zvučna snaga ljudskog glasa 10- 5 W, malog elekromotora 10- 8 W. Buka električnih pogonskih sredstava ne može se u svim slučajevima potpuno ukloni-

ti, ali je tehničkom regulativom određena dopuštena razine buke koju smije stvarati neko pogonsko sredstvo (vidi tablicu 2 - 12). Ukoliko se želi smanjiti buka nastala električnim pogonskim sredstvima, mogu se primijeniti tehnički zahvati prikazani na slici 2.38.

Tablica 2-12

Dozvoljena srednja vrijednost razine buke L u dbA na udaljenosti 1,0 ID od površine stroja (prema lEe 34-911972) ._-

----

Brzina vrtnje n min- l

600