ELEKTROTECHNIKA

ELEKTROTECHNIKA
Obor:
GEOTECHNIKA
Kód oboru: 21 – 42 – M/01
Zaměření: Hlubinné dobývání ložisek
Autoři:
Jan Kubica, Jiří Wojnar
Učební text pouze pro SPŠ Karviná obor geotechnika
1
Korekturu textu provedla Mgr. Lada Vojtková.
2
Ing. Jan Kubica
PaedDr. Jiří Wojnar
Elektrotechnika
Karviná
2013
3
© Jan Kubica, Jiří Wojnar, 2013
4
Obsah
1. kapitola – Výroba a rozvod elektrické energie
11
1.1
Elektrotechnické značky
11
1.2
Elektrizační soustava
17
1.3
Zatížení elektrické soustavy
18
1.4
Elektrárny
20
1.4.1
Tepelná elektrárna
20
1.4.2
Jaderná elektrárna
20
1.4.3.
Vodní elektrárna
21
1.4.4
Přečerpávací elektrárny
23
1.4.5
Obnovitelné zdroje energie
23
1.5
Rozvodná soustava
24
1.5.1
Přenosová soustava
25
1.5.2
Rozvodná síť
25
1.5.3
Transformátor
26
1.5.4
Rozvod elektrické energie v důlních podmínkách
28
1.5.4.1
Dělení prostorů plynujících dolů podle nebezpečí výbuchu metanu
30
1.5.4.2
Dělení prostorů plynujících dolů podle nebezpečí výbuchu uhelného
prachu
30
1.5.4.3
Požadavky na instalace důlních zařízení v důlních provozech
30
1.5.4.4
Nevýbušná elektrická zařízení
32
2. kapitola – Místní rozvod elektrické energie
34
2.1
Domovní přípojka
34
2.2
Bytový rozvaděč
35
2.3
Ochrana uvedením na stejný potenciál
36
2.4
Nadproudové ochrany
36
2.4.1
Rychlost reakce nadproudové ochrany
36
2.4.2
Dělení nadproudových ochran
37
2.4.2.1
Tavné pojistky
37
2.4.2.1.1 Pojistky pro bytové a jim podobné instalace
38
2.4.2.1.2 Válcové pojistky
39
2.4.2.1.3 Nožové pojistky
39
5
2.4.2.1.4 Ostatní pojistky
40
2.4.2.2
Jističe
40
2.5
Přepěťové ochrany
42
2.6
Uzemnění
44
2.7
Nízkonapěťové rozvody
45
2.8
Světelný okruh
47
2.9
Zásuvkové okruhy
48
2.10
Důlní kabelové rozvody 6 kV
50
3. kapitola – Místní rozvod elektrické energie
52
3.1
Vedení elektrického proudu v kovech
52
3.2
Elektrický obvod
53
3.3
Zdroje napětí a proudu
54
3.3.1
Galvanické články
55
3.3.1.1
Alkalické RAM články
60
3.3.2
Zdroje střídavého napětí a proudu
62
3.4
Elektrický vodič
65
3.4.1
Odpor vodiče a elektrická vodivost
66
3.4.2
Ohmův zákon
67
3.4.3
Teplotní délková roztažnost vodičů
70
3.4.4
Rozdělení vodičů podle izolace
70
3.5
Elektrické spotřebiče
73
3.6
Řízení elektrického obvodu
75
3.7
Elektrické veličiny obvodu a jejich výpočet
77
3.7.1
Barevný kód rezistorů
77
3.7.2
Sériové a paralelní zapojení rezistorů
79
3.7.3
Práce a výkon stejnosměrného proudu
80
3.7.4
Zapojování rezistorů zjednodušeně
82
3.7.5
Spojování zdrojů napětí
86
3.7.6
Propojování roznětných náloží
94
4. kapitola – Elektrické světlo a teplo
4.1
91
Elektrické tepelné spotřebiče
91
6
4.2
Vedení elektrického proudu v plynech
93
4.2.1
Fotometrické veličiny
95
4.2.2
Uplatnění plynů a výbojů v plynech u svítidel
96
4.2.3
Osvětlení důlních pracovišť
98
4.2.3.1
Termíny a definice pro svítidla
98
4.2.3.2
Technické požadavky na osvětlovací zařízení
99
5. kapitola – Elektrické stroje
103
5.1
Druhy elektrických strojů
103
5.2
Elektrické motory
103
5.2.1
Stejnosměrné motory
103
5.2.2
Střídavé motory
104
5.2.3
Trojfázový asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko
105
5.2.4
Elektromotory používané v hornictví
108
5.2.5
Výkon střídavého proudu
109
5.2.6
Kompenzace účiníku
113
6. kapitola – Elektrické pohony
117
6.1
Základní provozní pojmy elektrických pohonů
117
6.1.1
Rozdělení elektropohonů
118
6.1.2
Návrh pohonu
118
6.1.2.1
Volba typu motoru
118
6.1.2.2
Dimenzování pohonu
118
6.1.2.3
Návrh struktury regulačních pohonů
119
6.1.2.4
Řízení a regulace pohonu
122
6.2
Elektrická frakce
123
6.3
Elektrické důlní lokomotivy
124
6.4
Výpočet elektrického pohonu
125
6.5
Připojování elektrických strojů
127
6.5.1
Průmyslové zásuvky
127
6.5.2
Přípojná místa výkonových zařízení
127
6.5.3
Ovládací přístroje strojů
128
6.5.3.1
Ruční ovládání
128
6.5.3.2
Dálkové ovládání
128
7
6.5.4
Jistící prvky strojů
129
6.5.5
Přívody elektrické energie
129
7. kapitola – Ovládání pohonů
131
7.1
Základní prvky ovládání pohonů
131
7.2
Vypínací prvky v ovládání pohonů
132
7.3
Automatizované systémy v ovládání elektrických pohonů
134
8. kapitola – Bezpečnost práce na elektrických zařízeních
137
8.1
Zásady bezpečné práce na elektrických zařízeních
137
8.1.1
Účinky elektrického proudu na lidský organismus
137
8.1.2
Odpor (impedance) lidského těla
138
8.1.3
Dovolená dotyková napětí
139
8.1.4
Základní pravidlo ochrany před úrazem elektrickým proudem
140
8.1.5
Třídy ochrany elektrických a elektronických zařízení
141
8.1.6
Ochrany elektrických zařízení v důlních provozech
142
8.2
Úraz elektrickým proudem
142
8.2.1
Rozdělení úrazů elektrickou energií podle příčiny
142
8.2.2
Postup záchranných prací
143
8.2.3
Postup při poskytování první pomoci
144
8.3
Požáry elektrických zařízení
146
9. kapitola – Základy měření v elektrotechnice
149
9.1
Měřicí přístroje
149
9.2
Měření proudu a napětí na ručkovém přístroji
151
9.3
Chyby měření
154
9.3.1
Chyby digitálních měřicích přístrojů
155
9.4
Zvětšování rozsahu měřicích přístrojů
157
Závěr
160
Literatura
161
Rejstřík
162
8
Elektrotechnika
Předmluva
Setkáváte se s učebnicí pro dvouleté pomaturitní studium zakončené maturitní zkouškou.
Učebnice je vytvořena pro předmět elektrotechnika a obor geotechnika se zaměřením na
hlubinné dobývání ložisek. Kód oboru je 21-42-M/01. V této učebnici jsou shrnuty požadavky
na středoškolskou znalost matematiky, fyziky a elektrotechniky v rámci SI soustavy, normy
ČSN EN 80000-6 pro elektřinu a magnetismus a dovednost hledat v elektrotechnických
tabulkách.
V této učebnici je devět kapitol, ve kterých jsou popsány výroba a rozvod elektrické
energie, domovní rozvod elektrické energie, elektrický obvod a jeho prvky, elektrické teplo
a světlo, elektrické stroje, elektrické pohony, ovládání pohonu, bezpečnost práce na
elektrických zařízeních a základy měření v elektrotechnice v návaznosti na práci v dole.
Učebnice slouží současně jako cvičebnice, protože obsahuje mnoho otázek ve cvičeních na
procvičení látky a obrázky, které pomáhají pochopit učivo.
Tuto učebnici lze použít pouze jako učební text pro použití na SPŠ v Karviné.
9
Poděkování
Děkujeme OKD Karviná a SPŠ v Karviné za možnost publikace učebnice elektrotechniky pro
obor Geotechnika 21-42-M/01 se zaměřením na hlubinné dobývání ložisek.
Ing. Jan Kubica, PaedDr. Jiří Wojnar
10
1. Kapitola
Výroba a rozvod elektrické energie
1.1
Elektrotechnické značky
Kreslení elektrotechnických značek se v současnosti řídí normou IEC 60617 – DB, která
nahrazuje ČSN EN 60617 1-13
Značky, které potřebujete znát při čtení elektrotechnických schémat:
Stejnosměrný proud
Napětí může být vyznačeno napravo od značky a typ soustavy nalevo.
PŘÍKLAD: 2/M
230/110 V
Střídavý proud
Číselná hodnota kmitočtu nebo rozsah kmitočtu mohou být uvedeny napravo od značky.
 50 Hz
Střídavý proud 50 Hz
3/N  400/230 V 50 Hz
Střídavý proud: tři fáze se středním vodičem, 400 V (230 V mezi fází a středním vodičem)
50 Hz,(viz také IEC 1293).
Usměrněný proud se střídavou složkou (jestliže je nezbytné rozlišit od usměrněného
a filtrovaného proudu).
N
Střední vodič, střídavý proud (neutrální vodič)
Tato značka pro střední vodič je uvedena v IEC 445.
M
Střední vodič, stejnosměrný proud
Tato značka pro střední vodič je uvedena v IEC 445.
Šíření jednosměrné, tok jednosměrný,
např. energie, signálu, informace, proudu.
11
Současné šíření oběma směry.
Současné vysílání a příjem.
Vodič
Tři vodiče
Doplňková informace může být uvedena jako:
- druh proudu
- rozvodná soustava
- kmitočet
- napětí
- počet vodičů
- průřez každého vodiče
- chemická značka materiálu vodiče.
2×120 mm2 Al
Za počtem vodičů následuje průřez oddělený značkou x.
Používají-li se různé průřezy, oddělují se značkou +.
PŘÍKLAD:
Obvod se stejnosměrným proudem, 110 V, dva hliníkové vodiče o průřezu 120 mm 2
Stíněný vodič
Zásuvkový kontakt
Zásuvka
Kolíkový kontakt
Zásuvka a vidlice, vícepólová
Uzel, vodivé spojení vodičů
Značka představuje jednočárové znázornění
šesti zásuvkových a šesti vidlicových kontaktů
12
Nastavitelný rezistor (Potenciometr)
Reostat
Potenciometr s pohyblivým kontaktem, nastavitelný
Kondenzátor polarizovaný, například elektrolytický
Kondenzátor
Indukční cívka s magnetickým jádrem
Induktor
Cívka
Vinutí
Tlumivka
Polovodičová dioda, všeobecná značka
Dioda luminiscenční, všeobecná značka
Kapacitní dioda
Fotodioda
Fotovodivá součástka s nesymetrickou vodivostí
Primární článek a sekundární článek, delší čára je + pól, kratší je - pól
13
Vypínací kontakt
Zapínací kontakt se samočinným návratem
Vypínací kontakt se samočinným návratem
Tavná pojistka, všeobecná značka
Zapínací kontakt, značka spínače
Anténa
14
Voltmetr
Ampérmetr
Jednofázový střídavý sériový motor
Osciloskop
Žárovka
Zvonek
Trojfázový indukční motor s klecovou kotvou
Motor s kotvou nakrátko
Jednofázový transformátor
Usměrňovač v můstkovém provedení
Usměrňovač v můstkovém zapojení
Invertor, střídač, převodník
(měnič) SS proudu na střídavý
Parabolická anténa znázorněná s napájením obdélníkovým vlnovodem
15
Signální generátor, obecná značka
Volný generátor, obecná značka
Zesilovač, obecná značka
Opakovač, obecná značka
Trojúhelník ukazuje směr přenosu
Watthodinový elektroměr
Optické vlákno nebo kabel s optickými
vlákny
Uzemnění, všeobecná značka
Může být udána doplňková informace, definující kategorii nebo účel uzemnění, pokud není
zřejmý.
Ochranné uzemnění
Tato značka může být použita místo značky k označení uzemnění se specifickou ochrannou
funkcí, například ochrana před úrazem elektrickým proudem v případě poruchy.
Kostra, /jiný možný tvar/
Šikmé čáry mohou být částečně nebo úplně vynechány, pokud nemůže dojít k nejasnostem.
Pokud jsou vynechány, čára vyjadřující kostru musí být silnější, jak je zobrazeno vedle.
16
1.2
Elektrizační soustava
Elektrizační soustava je vzájemně propojený soubor zařízení pro výrobu, přenos,
transformaci a rozvod elektřiny, včetně elektrických přípojek a přímých vedení. Patří zde
i systémy měřicí, ochranné, řídicí, zabezpečovací, informační a telekomunikační techniky.
Elektrizační soustavu dále dělíme na přenosovou a rozvodnou soustavu.
Základní prvky, z nichž se elektrizační soustava skládá, jsou:
- elektrická vedení
- elektrické stanice
Napětí sítě
Jedná se o úrovně napětí používané pro klasifikaci elektrických sítí a při konstrukci
elektrických přístrojů, strojů a zařízení. Napěťové stupně se definují napětím mezi vodiči (ve
více fázových soustavách sdruženým napětím).
V České republice se využívají následující napěťové stupně:
-
malé napětí do 50 V včetně
nízké napětí nad 50 V do 1 000 V
vysoké napětí nad 1 000 V do 52 kV
velmi vysoké napětí od 52 kV do 300 kV
zvlášť vysoké napětí od 300 kV do 800 kV
ultra vysoké napětí nad 800 kV
- zkratka mn
- zkratka nn
- zkratka vn
- zkrátka vvn
- zkratka zvn
- zkratka uvn
Zkratky pro označování druhu napětí se píší i velkými písmeny.
V našich domácnostech je nízké napětí 230 V a 400 V. Nízké napětí 230 V (jednofázové)
je mezi středním (nulovým – N) vodičem a libovolným fázovým (L1, L2, L3) vodičem.
Napětí 400 V (třífázové – sdružené) je napětí mezi libovolnými dvěma fázemi.
Přenosová soustava (PS)
-
uzlová síť zvn, vvn (ČR: 400, 220 a 110 kV)
„páteřní“, rozvedení výkonu z velkých elektráren po celém území ČR
součást mezinárodního propojení
napájí distribuční soustavu (DS)
Rozvodná soustava (RS)
-
okružní a paprskovitá síť vvn, vn, nn (ČR: 110, 35, 22, 10, 6, 3 a 0,4 kV)
Rozvod elektřiny ke konečným spotřebitelům
Regionální a lokální rozvodné soustavy.
17
Obr. 1.1 Přívody elektrické energie Dolu Darkov závod 2 o napětí 110 kV
1.3
Zatížení elektrické soustavy
Obr. 2.1 Denní odběrový diagram rozvodných závodů
Elektrickou energii lze uchovávat jen v malém množství, proto musí být vyráběna souběžně
s tím, jak je spotřebovávána. Spotřeba elektrické energie je plánována a na dobu menší
sezónní spotřeby jsou plánovány odstávky a opravy elektráren. Základem plánování jsou
denní zatěžovací diagramy (obr. 2) pro jednotlivá roční období. Základní zátěž je kryta
18
jadernými elektrárnami (v ČR Dukovany a Temelín) a dobře odsířenými uhelnými
elektrárnami s ekonomicky řízeným provozem, které málo zatěžují životní prostředí. Pro
vykrytí spotřeby při střední zátěži a ve špičkách jsou využívány starší tepelné, vodní nebo
přečerpávací elektrárny. Přečerpávací vodní elektrárny bývají budovány souběžně s jadernými
elektrárnami. Elektrárny kryjící základní odběr (spotřebu) mají nepřetržitý provoz. V nočních
hodinách jsou přebytky elektrického výkonu využívány například k přečerpávání vody
v přečerpávací elektrárně z dolní nádrže do zásobní horní nádrže ( Dlouhé stráně v Jeseníkách
s horní nádrží na hoře Mravenečník). V tomto režimu pracuje generátor jako motor a pohání
vodní čerpadlo.
Tab. 1. Druhy elektráren s výkony a účinností (k 31.5.2012)
Elektrárny
parní (PE)
paroplynové (PPE)
plynové a spalovací (PSE)
vodní (VE)
přečerpávací vodní (PVE)
jaderné (JE)
větrné
fotovoltaické (FVE)
celkem
P
MW
10 624
591
551
1 056
1 146
4 040
225
1 973
20 206

%
52,6
2,9
2,7
5,2
5,7
20,0
1,1
9,8
100,0
PE: ČU, HU, biomasa, ostatní plynná a pevná paliva
PPE, PSE: ZP, bioplyn, biomasa
PE, JE, PPE, PSE: tepelné oběhy, účinnost 30 – 45 %
Obr. 3.1 Přehled elektráren v ČR
Tepelné elektrárny – červeně; jaderné elektrárny žlutě; vodní elektrárny modře.
Začátkem roku 2013 bylo v provozu 13 000 fotovoltaických elektráren o různém výkonu.
19
1.4
Elektrárny
1.4.1 Tepelná elektrárna
Obr. 4.1 Schéma tepelné elektrárny
Spalováním fosilního paliva, obvykle hnědého energetického uhlí, se uvolňuje teplo, kterým
se v parním kotli zahřívá voda, vzniká pára o vysoké teplotě a tlaku. Pára proudí na lopatky
parní turbíny, ve které se část energie páry přemění na kinetickou energii turbíny. Na společné
ose s turbínou je umístěn generátor elektrického proudu, tomuto soustrojí se říká
turbogenerátor nebo turboalternátor. Pára se po průchodu turbínou odvádí do kondenzátoru,
kde ji chladí voda. Čerpadlo vhání zkapalněnou páru zpět do parního kotle a celý proces se
opakuje.
U každé tepelné elektrárny stojí chladicí věže, ve kterých se proudem vzduchu ochlazuje
chladicí voda, která v kondenzátoru ochlazuje páru a tím se sama zahřívá. Kromě popsané
elektrárny vyrábějící pouze elektrickou energii (tzv. kondenzační elektrárna) jsou dnes běžně
v provozu i teplárny, ve kterých probíhá kombinovaná výroba elektřiny a tepla. K výrobě
elektřiny se nevyužívá veškerá dostupná energie páry, ale část energie se využívá
k dálkovému vytápění bytů a průmyslových objektů. Spojení tepelné elektrárny s teplárnou se
nazývá kogenerační jednotka.
Energie přehřáté páry může být využita jen částečně jako u každého tepelného motoru. Je-li
vstupní teplota páry 530 ºC  800 K a výstupní teplota 130 ºC  400 K, pak může být
teoreticky dosažitelná účinnost [(800 – 400)/800] · 100 = 50 %. Turbogenerátory dosahují
prakticky účinnosti 45 %, neboť při přeměně mechanické energie turbíny na elektrickou
energii je dosahováno účinnosti větší než 90 %. (50  90) 100  45%
1.4.2 Jaderná tepelná elektrárna
Liší se od klasické tepelné elektrárny v podstatě jen zdrojem tepla potřebného ke vzniku páry.
Tím zdrojem je jaderný reaktor, ve kterém se teplo získává štěpením jader uranu 238, který je
obohacen uranem s nukleonovým číslem 235, pomalými neutrony. Štěpení uranu může nastat
pouze pomalými neutrony, které uváznou v jádře atomu. Vznikají dva středně těžké prvky
a tři nové neutrony, které dále štěpí další jádra uranu. V jaderném reaktoru jsou důležité řídicí
20
tyče s velkým obsahem kadmia, které jsou schopny zcela pohltit neutrony a tím štěpnou
reakci zastavit, a moderátor (grafit nebo těžká voda), který zpomaluje neutrony.
Kvůli ochraně před radioaktivním zářením má tepelný systém jaderné elektrárny dva okruhy.
Voda v primárním okruhu proudí aktivní zónou reaktoru, odebírá teplo vzniklé štěpením
uranu pomalými neutrony a v parogenerátoru (tepelném výměníku) se tímto teplem zahřívá
voda sekundárního okruhu. Vzniklá pára pohání turbínu stejně jako v klasické tepelné
elektrárně.
Obr. 5.1 Schéma jaderné tepelné elektrárny
1.4.3 Vodní elektrárna – hydroelektrárna
Obr. 6.1 Schéma vodní elektrárny
U nás jsou v provozu tři druhy vodních elektráren: průtočné, akumulační a přečerpávací.
V zahraničí fungují i přílivové elektrárny na pobřeží moří a oceánů.V hydroelektrárnách
roztáčí voda lopatky vodních turbín (Francisova, Kaplanova, Peltonova), které pohánějí
generátor elektrického proudu. Vodní turbíny se dělí podle vodního spádu na nízkotlaké
(rozdíl hladin je do 25 m), středotlaké (spád je 25 až 100 m) a vysokotlaké (spád je přes
100m). Nejpoúživanější nízkotlakou turbínou je Kaplanova (obr. 7). Pro střední a vysoké
21
tlaky se používá Francisova turbína a pro spády nad 400 m se používají akční turbíny
s volným paprskem nebo Peltonova turbína. Účinnost vodních elektráren je až 85 %.
Obr. 7.1 Průtoková vodní elektrárna s Kaplanovou tubínou
Peltonova
Francisova
Kaplanova
Obr. 8.1 Turbíny
Průtočné elektrárny jsou budovány na říčních tocích nebo kanálech. Voda je přiváděna
jezem (nebo náhonem) přímo k elektrárně. Při malém spádu se používá Kaplanova turbína.
Může být instalována se svislou osou (při dostatečném spádu), nebo jako čelní turbína
(obr. 7).
Akumulační elektrárny využívají vody shromážděné v nádrži údolní přehrady za delší
období dešťů nebo tání sněhu. Podle objemu (vzhledem k přítoku) se rozlišuji přehrady
(zásobníky vody) na denní, týdenní, měsíční nebo roční.
22
1.4.4 Přečerpávací elektrárny
Obr. 9.1 Schéma přečerpávací elektrárny
V naší republice jsou tři přečerpávací vodní elektrárny: Štěchovice II; Dlouhé stráně
v Jeseníkách a Malešice u Dukovan. Vodní dílo Dalešice z let 1970-1978 je součástí vodních
děl zajišťujících provoz Jaderné elektrárny Dukovany. Tato 100 m vysoká hráz zadržuje 127
milionů m3 vody. U paty hráze je umístěna přečerpávací elektrárna se čtyřmi Francisovými
turbínami pro spád 90 m s celkovým výkonem 4 x 112,5 MW. Pro výrobu energie i jako
pohon čerpadel jsou použity synchronní generátory s výstupním napětím 13,8 kV. Toto napětí
se pro dálkový přenos transformuje na 420 kV. Elektrárna má svým výkonem 450 MW
a rychlostí uvedení do plného výkonu za 30 sekund nezastupitelnou úlohu při regulaci výkonu
celostátní energetické soustavy i jako okamžitá poruchová rezerva.
1.4.5 Obnovitelné zdroje energie (OZE)
BRKO* - biologicky rozložitelný komunální odpad
Obr. 10.1 Vývoj výroby elektřiny z OZE a její podíl na hrubé domácí spotřebě
23
1.5
Rozvodná soustava
Elektrárny vyrábějí trojfázový střídavý elektrický proud o napětí 10-15 kV. Pro přenos na
velké vzdálenosti se napětí transformuje přímo v elektrárně na hodnotu 110 kV, 220 kV nebo
400 kV. Nadzemním vedením jsou jednotlivé elektrárny zapojeny do rozvodné sítě. Přenos
elektrické energie na velké vzdálenosti se provádí napětím 110 kV a 400 kV a na malé
vzdálenosti napětím 22 kV. Spojovacím prvkem mezi přenosovou a distribuční částí rozvodné
sítě jsou transformační stanice. Ke spotřebiteli se pak napětí transformuje na hodnotu
3 x 230 V/400 V.
Obr. 11.1 Transformátor
Obr. 12.1 Stožár vvn
Proč se k dálkovému přenosu elektrické energie používá co nejvyšší napětí?
Důvodem je snížení ztrát při přenosu. I nejlepší vodiče kladou elektrickému proudu odpor R,
průchodem proudu se vodič zahřívá a část elektrické energie se mění na teplo. Velikost
tepelných ztrát Q (Jouleovo teplo) závisí nejen na odporu vodiče, ale především na druhé
mocnině procházejícího proudu (dvakrát větší proud způsobí čtyřikrát větší ztráty!):
W  Q  U  I  t  R  I 2  t ; J (joule), čte se [džaul]
Výkon elektrického proudu se určí ze vzorce:
W
P
 U  I ; W (watt)
t
Příklad: Máme-li přenést výkon 10 000 W, můžeme použít malé napětí 10 V, ale vodičem
bude procházet velký proud 1 000 A. Když použijeme pro přenos 10 000 V a proud 1 A, pak
hodnota výkonu bude stejná, avšak nastanou mnohem menší tepelné ztráty. Je známo, že čím
větší proud protéká vodičem, tím více se vodič zahřívá.
K dálkovému přenosu se používá napětí od 110 do 400 kV. Elektrické pole kolem vodičů
je při vyšších napětích už tak silné, že mezi vodiči vzniká tichý elektrický výboj zvaný
koróna. Ten vzniká hlavně při napětí nad 100 kV. Zvláště ve vlhkém počasí způsobuje tato
koróna sršení (slyšitelné jako praskot a viditelné jako světélkování v okolí vodičů) a to
výrazně zvyšuje ztráty elektrické energie. Platí, že čím vyšší napětí, tím jsou větší energetické
ztráty způsobené korónou. Vyšší napětí než 400 kV by také vyžadovalo odolnější izolátory
a další nákladné konstrukční úpravy.
24
1.5.1 Přenosová soustava
Dálkový přenos energie zajišťuje přenosová síť vedení velmi vysokého napětí. Linky
propojují jednotlivé zdroje a transformační stanice, aby bylo možno operativně řídit přenos
energie v závislosti na okamžité spotřebě elektřiny v různých oblastech i v případě poruchy na
některé části sítě. Už od 60. let 20. století byla naše přenosová síť propojena s přenosovými
soustavami tehdejších socialistických zemí. V roce 1995 byla naše přenosová síť propojena se
západoevropskou soustavou UCPTE.
V naší republice dnes máme přes 3 000 km linek o napětí 400 kV a přibližně 2 000 km linek
s napětím 220 kV. Na mapce jsou červenou barvou znázorněny linky 400 kV, zelenou barvou
linky 220 kV.
Obr. 13.1 Rozvojové schéma přenosové sítě České republiky (výhled do roku 2021)
1.5.2 Rozvodná síť
V transformační stanici v elektrárně se vysoké napětí transformuje na vvn napětí 110 kV, část
elektrické energie se přivádí do velkých podniků těžkého průmyslu a do měníren, které
zajišťují napájení elektrifikovaných železničních tratí. Zbývající část se přepravuje k dalším
spotřebitelům (lehký průmysl, města, obce), kde se transformuje na napětí 22 kV. K poslední
transformaci na nízké napětí 230 V a 400 V dochází v samotných podnicích, obcích
a městských čtvrtích. Do našich domovů přichází elektrický proud nízkého napětí 230 V.
Obr. 14.1 Schéma rozvodné sítě
25
1.5.3 Transformátor
Obr. 15.1 Značka transformátoru
Transformátor je netočivý elektrický stroj, který přeměňuje (transformuje) střídavé hodnoty
napětí a proudu na hodnoty větší nebo menší téže frekvence.
Jednofázový transformátor se skládá z cívky primární (vždy je připojena ke zdroji střídavého
napětí), sekundární cívky a jádra složeného ze vzájemně odizolovaných plechů, aby se snížily
ztráty způsobené Foucaltovými - vířivými proudy.
Transformátor funguje na principu elektromagnetické indukce – časovou změnou proudu
v cívce primární se indukuje napětí na cívce sekundární.
Obr. 16.1 Transformátor – zapojení v obvodu
Pro napětí U1 platí vzorec: U 1   N1 
ΔΦ
ΔΦ
a pro napětí U2 vzorec: U 2   N 2 
Δt
Δt
Pro poměr indukovaných napětí platí transformační rovnice, která definuje transformační
poměr konstantou úměrnosti k (v elektrotechnice se rovněž používá písmene p, pak však jsou
poměry naopak):
k=
N2 U 2
I

 1
N1 U 1 I 2
je-li k  1, pak se jedná o transformaci nahoru
je-li k  1, pak se jedná o transformaci dolů
N2 je počet závitů na sekundární cívce
N1 je počet závitů na primární cívce, která je připojena ke zdroji střídavého napětí
U2 je napětí na sekundární cívce; V
U1 je napětí na cívce primární; V
I2 je proud na sekundární cívce; A
I1 je proud na cívce primární; A
Pro počítání příkladů pomocí transformační rovnice si můžeme pomoci pravidlem:
26
Kolikrát je větší počet závitů na sekundární cívce než na primární, tolikrát je na sekundární
cívce větší napětí než na cívce primární a tolikrát tam je menší proud.
V elektrotechnice se rovnice píše i naopak se značením transformačního poměru p místo k,
pak je i poměr veličin naopak. Výsledkově výpočty vycházejí stejně.
Žádný transformátor nemá 100% účinnost, avšak pro výpočty podílu ve vzorcích můžeme
brát, že se rovnají. V transformátoru vznikají ztráty zahříváním vodičů cívek, vířivými proudy
a hysterezí.
Jednofázové transformátory se používají tam, kde potřebujeme měnit hodnoty proudu
nebo napětí – rozhlasové přístroje, měřicí přístroje, nabíječky do mobilů, dětská
autodráha.
Obr. 17.1 Trojfázový transformátor
Trojfázové transformátory mají tři magnetické větve. Každá fáze má vlastní primární
a sekundární vinutí. Cívky primárního, popřípadě sekundárního vinutí jsou navzájem spojeny
do hvězdy nebo do trojúhelníku.
Transformátory pro velké výkony se při práci hodně zahřívají, a proto je musíme chladit.
Větší transformátory bývají ponořeny ve speciální nádobě s olejem odvádějícím teplo a chladí
se přes stěny nádoby vzduchem.
Cvičení 1
1.
Na obrázku znázorňujícím transformátor určete počet a poměr závitů a vypočítejte
napětí a proud na sekundární cívce, jestliže na primární cívce bylo napětí 10 V a cívkou
protékal proud 20 mA.
[U2 = 5 V, I2 = 40 mA]
2.
Jaký počet závitů musí být na sekundární cívce vůči primární, jestliže chceme mít na
sekundární cívce 10  větší proud než na cívce primární?
[N1 je 10 x menší]
27
3.
Primární cívka má 600 závitů, sekundární cívka má 6 závitů. Primární cívka je
připojena na napětí 230 V a prochází jí proud 10 mA. Určete velikost napětí a proudu na
sekundární cívce.
[U2 = 2,3 V, I2 = 1 A]
4.
Příkon transformátoru je 800 W, účinnost je 96%. Jaký proud prochází sekundárním
vinutím, jestliže sekundární napětí je 100 V?
[I = 7,68 A]
5.
Určete transformační poměr transformátoru, který připojíme na síťové napětí 230 V
a ze sekundárního vinutí chceme odebírat napětí 10 V a proud 2 A. Jaký je proud I1?
[k = 0,0435; I1 = 0,087 A]
6.
Kde v praxi potřebujeme na sekundárním vinutí velké napětí, malé napětí a velký
elektrický proud?
1.5.3 Rozvod elektrické energie v důlních podmínkách
Obr. 18.1 Schéma distribuční sítě na důlním závodě
28
Rozvod elektrické energie (distribuční síť) pro důlní závod je popsán na obr. 18.1.
V důlním závodě, kde hrozí při výpadku energie zaplynování důlních provozů, musí být
minimálně dva nezávislé přívody elektrické energie. Přívody jsou o napětí 110 kV. Ve
venkovní rozvodně jsou transformátory, které snižují napětí podle požadavku povrchových
strojů a zařízení. Pro důlní provozy je napětí transformováno na 6 kV. Důlní pracoviště jsou
často vzdálená od povrchové rozvodny i několik kilometrů. S ohledem na ztráty na vedení se
rozvádí napětí 6 kV nejblíže ke spotřebičům. V porubech příkony spotřebičů (dobývacího
kombajnu, podporubového a porubového dopravníku, drtiče) dosahují řádově MW. Proto
transformátory umisťujeme v energovlaku v těsné blízkosti porubu. To vidíte na obr. 19.1.
Obr. 19.1 Energovlak umístěný na podporubovém dopravníku
I při ražení důlních děl se snažíme energovlaky umístit v blízkosti velkých spotřebičů
elektrické energie, kterými jsou razicí kombajny, vrtací jednotky, nakládače, drtiče
a dopravníky.
Obr. 20.1 Energovlak v blízkosti ražené čelby zavěšený na ZD nad pásovým dopravníkem
V řadě případů rozvodné kabely vedeme vrty (obr. 18.1), kterými lze délku kabelů značně
zkrátit.
29
1.5.3.1
Dělení prostorů plynujících dolů podle nebezpečí
výbuchu metanu
Podzemní prostory plynujících dolů se z hlediska nebezpečí výbuchu metanu a požadavků na
provoz elektrických zařízení rozdělují na:
a) prostory bez nebezpečí výbuchu metanu („BNM“)
b) prostory s nebezpečím výbuchu metanu („SNM“)
Jako prostory BNM se zařazují podzemní prostory větrané vtažnými větry, které nebyly
dosud použity v místech, kde se razí nebo dobývá, a které bezprostředně nesouvisí
s vyrubanými prostory nebo nevětranými a neuzavřenými důlními díly.
Při jejich zařazování a dále při jejich provozu je organizaci určen takový objemový průtok
důlních větrů, že koncentrace metanu v důlním ovzduší nepřesáhne 0,25% a při poruše
větrání nebo při jeho zastavení na dobu určenou havarijním plánem je v nich vyloučeno
nahromadění výbušné směsi metanu se vzduchem. Ostatní prostory jsou SNM.
Uvedeným způsobem se zařadí i povrchové prostory hlubinných dolů, ve kterých jsou
umístěna elektrická zařízení a kde by mohlo vzniknout nebezpečí výbuchu plynů, zejména
prostor nad ohlubní výdušné jámy a prostor v okolí difuzoru hlavního ventilátoru do
vzdálenosti 30 m.
1.5.3.2
Dělení prostorů plynujících dolů podle nebezpečí
výbuchu uhelného prachu
Podzemní prostory uhelných dolů se z hlediska nebezpečí výbuchu uhelného prachu a nároků
na provoz elektrických zařízení rozdělují na:
a) prostory bez nebezpečí výbuchu uhelného prachu („BNP“)
b) prostory s nebezpečím výbuchu uhelného prachu („SNP“)
Jako prostory BNP se zařazují podzemní prostory, ve kterých se nevyskytuje uhelná drť,
nevytváří souvislá vrstva uhelného prachu a uhelný prach je pravidelně odstraňován.
Ostatní prostory jsou prostory SNP.
Uvedeným způsobem se zařadí i povrchové prostory hlubinných dolů, ve kterých jsou
umístěna elektrická zařízení a kde by mohlo vzniknout nebezpečí výbuchu uhelného prachu.
1.5.3.3
Požadavky na instalace elektrických zařízení v důlních
provozech
Elektrické kabely obvodů nízkého napětí (dále jen „obvodů“) vně nevýbušných závěrů,
nacházející se v důlních dílech zařazených do 2. nebo 3. stupně nebezpečí otřesů, s výjimkou
obvodů jiskrově bezpečných systémů, obvodů nezápalných, obvodů telekomunikačních
a sdělovacích, obvodů roznětných vedení, osobních svítidel a elektrických obvodů důlních
lokomotiv, musí být sledovány přístroji pro kontrolu izolace a při poklesu izolačního stavu
pod 15  /V se musí samočinně vypnout.
Pro kabelové rozvody nad 1 kV mohou být použity pouze kabely s kovovým pancířem
(obr. 21.1) nebo s kovovým stíněním (obr. 22.1). Kabelové rozvody nad 1 kV musí být
v důlních dílech zařazených do 2. nebo 3. stupně nebezpečí otřesů vybaveny zařízením
zajišťujícím jejich vypnutí při zemním spojení. Na konci paprsku kabelového rozvodu nad
1 kV musí být zajištěno toto vypnutí v čase nejvýše 0,2 s.
30
Obr. 21.1 Kabel s kovovým pancířem
Obr. 22.1 Kabel s kovovým stíněním
Kabelové rozvody nad 1 kV musí být v důlních dílech zařazených do 2. nebo 3. stupně
nebezpečí otřesů vybaveny zařízením pro samočinné vypnutí elektrické energie při:
a)
otřesu,
b)
překročení povolené koncentrace metanu v důlním ovzduší.
K vypnutí musí dojít do 2 sekund od překročení nastavené mezní hodnoty kteréhokoliv čidla
umístěného v uvedených dílech. Umístění čidel a oblastí samočinného vypnutí určí závodní
dolu. Způsob a místa samočinného vypnutí elektrické energie iniciovaného otřesem musí být
v oblasti ohrožené účinkem otřesu řešeny v havarijním plánu dolu.
Elektrická zařízení, kabelová vedení a hlavní zemnící vedení, včetně odbočení z něj na
elektrická zařízení a spojovací armatury, musí být v důlních dílech zařazených do 2. nebo 3.
stupně nebezpečí otřesů fyzicky zkontrolována nejméně jednou za šest měsíců a vždy po
otřesu a otřesovém jevu.
Výkonový vypínač VN, jehož kabelovým vývodem je napájeno elektrické zařízení umístěné
v prostorách SNM, musí být vybaven zařízením blokujícím zapnutí vývodu při izolačním
odporu na tomto vývodu menším než 50  /V.
Kontrola izolačního odporu sítě se řídí provozním řádem. Naměřené hodnoty izolačního
odporu jsou zaznamenávány.
31
Obr. 23.1 Zavěšení kabelů elektrického rozvodu na výztuž
Kabely elektrického rozvodu v dole je nutno zavěsit tak, aby nehrozilo nebezpečí jejich
poškození zejména při dopravě materiálu, při trhací práci a podobně. Kabely o různém napětí
zavěšujeme samostatně. Kabely nezavěšujeme na dráty, ale na silonová vlákna (pásky).
Rozteč závěsů je stanovena na dva metry.
1.5.3.4
Nevýbušná elektrická zařízení
Důlní prostory, vyjma prostorů u vtažných jam, jsou zařazeny jako prostory „s nebezpečím
výbuchu metanu“, které označujeme SNM, a „s nebezpečím uhelného prachu“ - s označením
SNP. Zamezit výbuchu metanovzdušné směsi nebo uhelného prachu při provozu elektrických
zařízení je proto potřeba používáním „nevýbušných elektrických zařízení“.
Nejvíce jsou požívána nevýbušná zařízení v provedení „pevný závěr“ (obr. 24.1), nebo
jiskrově bezpečná zařízení. Pevný závěr je definován délkou a šířkou spáry. Funkcí
„závěru“ je zchladit vzniklé zplodiny tak, aby nedošlo k zapálení metanovzdušné směsi vně
nebo uvnitř závěru.
Dva základní parametry závěru jsou délka a šířka spáry. Délka spáry je vzdálenost mezi
vnitřním a vnějším prostorem zařízení v místě spoje dvou ploch, šířka spáry je
vzdálenost těchto ploch, zjednodušeně - mezera mezi plochami.
Obr. 24.1 Nevýbušné elektrické zařízení v provedení „pevný závěr“
Nevýbušná zařízení mají velkou hmotnost. Pro jejich výrobu se vyžadují velmi přesné stroje.
Vnitřní vybavení elektrickým zařízením musí být konstruováno s ohledem na malý vnitřní
prostor, dovolené oteplení a vysokou spolehlivost. Z tohoto důvodu jsou výrazně dražší než
klasická povrchová zařízení. Dnes se vyrábějí pouze zařízení z ocelových dílů a v provozu
jsou ještě zařízení z hliníkových slitin.
32
Jiskrově bezpečná zařízení (obr. 25.1) svou konstrukcí a elektrickými parametry zamezí
vzniku jiskry v metanovzdušné směsi. Mechanická konstrukce je výrazně jednodušší než
u pevného závěru. Náročnější jsou však samotné elektrické obvody.
Obr. 25.1 Jiskrově bezpečné zařízení
Cvičení 2
1. Co je elektrizační soustava?
2. Jakým napětím se přenáší elektrická energie přenosovou soustavou?
3. Jakým napětím se přenáší elektrická energie rozvodnou soustavou?
4. Vyjmenujte aspoň čtyři druhy elektráren.
5. Popište princip činnosti vodní elektrárny.
6. Popište princip činnosti tepelné elektrárny.
7. Popište princip činnosti jaderné elektrárny.
8. Vyjmenujte druhy turbín.
9. Jak velké napětí je přivedeno do důlního provozu?
10. Co jsou prostory s nebezpečím výbuchu metanu?
11. Co jsou prostory bez nebezpečí výbuchu metanu?
12. Co jsou prostory s nebezpečím výbuchu uhelného prachu?
13. Co jsou prostory bez nebezpečí výbuchu uhelného prachu?
14. Jaké kabely se mohou použít pro napětí nad 1 kV?
15. Kolik  /V je hranice izolačního stavu kabelů, při které musí dojít k rozepnutí obvodu?
16. Jaká je horní časová hranice vypnutí obvodu v sekundách?
17. Co je pevný závěr u nevýbušných zařízení?
18. Jaké jsou dva základní parametry závěru?
19. Jaký materiál se používá na výrobu nevýbušných zařízení?
20. Čemu zamezí bezpečná jiskrová zařízení?
33
2. kapitola
Místní rozvod elektrické energie
2.1
Domovní přípojka
Místní rozvodné sítě nízkého napětí jsou v husté městské zástavbě budovány jako zemní
kabelové sítě. Ve venkovské zástavbě jsou upřednostňovány levnější vzdušné rozvody.
Domovní přípojka se skládá z přípojného vedení (od přípojkové skříně na sloupu ke zdi nebo
veřejně přístupné části domu) a ze vstupního vedení (od přípojkové skříně s pojistkami
a elektroměrem k domovnímu nebo bytovému rozvaděči).
Přípojné vedení a elektroměr jsou majetkem rozvodných závodů a jsou zaplombované
jejich pracovníky.
Přípojku k rodinnému domu provádíme měděnými vodiči 5 x 6 mm 2. V domě předpokládáme
výskyt i třífázových spotřebičů. V přípojkové skříni jsou pojistky na 40 A, pokud je vstupní
jistič na 25 A. Pokud má obytný dům více bytových jednotek, upravujeme průřez vodičů
podle předpokládaného odběru elektrického proudu. Vycházíme z proudové hustoty, která
představuje povolené proudové zatížení vodiče. U předepsaných měděných vodičů je
proudová hustota v lištách nebo trubkách 4 A · mm-2. U vodičů s dvojí izolací je proudová
hustota až 6 A · mm-2.
Obr. 1.2 Schéma silového rozvodu obytného domu
34
Obr. 2.2 Třífázová rozvodnice
1 – Přípojková skříň, nožové pojistky, přepěťová ochrana
2 – Elektroměrová skříň s elektroměrem a vstupním (hlavním) jističem
3 – Vnitřní rozvodnice
2.2
Bytový rozvaděč
– ochranný nulovací
vodič (žlutozelený)
PE
– ochranný vodič
(žlutozelený)
N
– nulovací vodič
(světle modrý)
L1
– fázový vodič
(černý, hnědý, šedý)
PCH – proudový chránič
J
– jističe
S
– světelný rozvod
Z
– zásuvkový rozvod
PEN
Obr. 3.2 Schéma bytového rozvaděče (jednofázového)
Rozvod elektrické energie od bytového rozvaděče opět provádíme podle předpokládaného
proudového zatížení. Pro světelné okruhy používáme měděných vodiče o průřezu 1,5 mm 2.
Pro zásuvkové rozvody používáme průřezy 2,5 mm 2, případně 4 mm2. Do rozvaděčů dnes
běžně montujeme proudové chrániče (PCH). Proudový chránič porovnává proud vystupující
fázovým vodičem a proud vracející se nulovacím vodičem.
35
Uniká-li v napájeném obvodu větší proud než 30 mA po dobu minimálně 30 milisekund,
proudový chránič odpojí přívod elektrické energie. Únik energie může být způsoben
dotekem osoby na fázový vodič.
2.3 Ochrana uvedením na stejný potenciál
Vyrovnání potenciálů odstraní rozdíly
potenciálů mezi vodivými neživými částmi
elektrických zařízení a vodivými předměty
v okolí (např. vodovodu) včetně vodivého
stanoviště.
Vyrovnání potenciálu může být provedeno
místně (např. v koupelně nebo v prádelně),
nebo celkově (tj. v rámci rozvodů celé
domovní přípojky), tzn. v celém domě
(obr. 25).
Lišta pro vyrovnání celkového potenciálu je
svorkovnice, na kterou jsou připojeny všechny
vodiče spojené s vodivými částmi domu,
jejichž potenciál má být vyrovnán. Lišta je
montována v blízkosti přívodu kabelové
přípojky (zemní nebo vzdušné), často také
blízko vodovodního kovového rozvodu a je
spojena s uzemňovacím vedením a zemničem.
Obr. 4.2 Vyrovnání celkového potenciálu v obytném domě
2.4
Nadproudové ochrany
Nadproudová ochrana je souhrnný název pro elektrotechnické zařízení, které umožňuje
ochranu elektrického vedení, elektrického stroje, elektrického přístroje nebo elektrické
součástky. Chrání například elektromotor před přehřátím vlivem vyšších hodnot elektrického
proudu, který by stroj příliš tepelně zatěžoval a zkracoval jeho životnost.
2.4.1 Rychlost reakce nadproudové ochrany
Rychlost zapůsobení nadproudové ochrany pojistky/jističe je závislé na velikosti a době/času,
po který procházel el. proud ochranou. Vypnutí ochrany odpojí chráněný obvod.


Dlouhodobé působení nadproudu, který překračuje jmenovitou hodnotu nadproudové
ochrany, způsobí přetavení pojistky nebo vypnutí tepelné ochrany jističe (obvykle
tvořené bimetalovým páskem). V pojistce se přetaví tavný drátek.
Krátkodobé působení proudu, který značně překračuje jmenovitou hodnotu
nadproudové ochrany pojistky/jističe (např. vlivem zkratu), způsobí rychlé vypnutí
ochrany. Jistič odpadne vlivem zkratové ochrany tvořené elektromagnetem. V pojistce
se přetaví tavný drátek.
36
2.4.2 Dělení nadproudových ochran
Pojistka je elektrická součástka, která chrání před poškozením nadměrným elektrickým
proudem elektrická vedení, elektrická zařízení, elektronické součástky či obvod. Vypnutím
a přerušením obvodu pojistkou je před nebezpečným dotykovým napětím neživých částí
chráněn majetek a jsou chráněny osoby a zvířata. Při překročení mezní hodnoty proudu dojde
k přerušení tavného drátku v pojistce a tím i k přerušení obvodu. Děj je nevratný, pojistka
nesmí být opravována. Vadnou pojistku nahradíme jinou s odpovídající proudovou a tavnou
charakteristikou. Některé pojistky lze vybavit pomocným kontaktem signalizace zapnutého
a vypnutého stavu.
Jistič je elektrický přístroj, který při nadměrném elektrickém proudu (tzv. nadproudu,
většinou při přetížení nebo zkratu) automaticky rozpojí elektrický obvod, tím může chránit
obsluhu před možným úrazem elektrickým proudem a chráněné elektrické zařízení před jeho
poškozením. U jističe se jedná o vratný děj. Lze ho zapnout znovu ručně ovládací páčkou
nebo dálkově a je ho možné vybavit pomocnými částmi. Jsou to kontakty signalizace zapnuto
a vypnuto, podpěťová cívka, vyrážecí elektromagnet, zařízení pro opětovné zapnutí, dálkové
zapnutí a vypnutí apod.
2.4.2.1
Tavné pojistky
Obr. 5.2 Elektrotechnická značka pojistky
Princip tavné pojistky spočívá v tom, že drátek v pojistce se průchodem proudu zahřeje a při
zkratovém proudu se drátek přepálí. Ztrátový výkon je funkcí čtverce proudu, a proto se
stoupající velikostí proudu výrazně zkracuje doba do přetavení vodiče pojistky. Přetavením
vodiče pojistky a uhašením vzniklého elektrického oblouku dojde k přerušení elektrického
obvodu.
Pojistky jsou vyráběny v několika provedeních. Volba konkrétního provedení pojistky závisí
na velikosti a druhu napětí, velikosti proudu, jištěném zařízení a místě použití. Běžně se lze
setkat se závitovými pojistkami s oblým Edisonovým závitem E27 a E14, přístrojovými
trubičkovými pojistkami, pojistkami pro motorová vozidla a u větších obytných celků
v přípojkové skříni jsou užívány válcové nebo nožové pojistky. Pojistka se skládá
z pojistkového soklu a pojistkové vložky = patrony. Pro nezáměnnost jmenovitých hodnot
proudu patrony jsou některé závitové patice vybaveny vymezovacím kroužkem. Pojistková
patrona je určena pro jednorázové použití. Po přetavení vodiče pojistkové patrony musí být
použita nová patrona. Pojistkové patrony je zakázáno opravovat. Opravená pojistková patrona
může být například příčinou požáru a důvodem neplnění finančního plnění ze strany komerční
pojišťovny.
Srdcem pojistky je tavný elektrický vodič, jehož přetavením dojde k rozpojení elektrického
obvodu.
Tavný elektrický vodič musí mít následující vlastnosti:
 velkou konduktivitu i při malých rozměrech
 nízkou teplotu tavení
 malou náchylnost k oxidaci
 snadnou vypařitelnost (bez pevných zbytků)
37
Nejčastěji jsou používány tavné elektrické vodiče vyrobené ze stříbra nebo mědi (dráty,
pásky). V pojistkové patroně pro vyšší napětí nebo vyšší elektrické proudy je tavný vodič
uložen v hasebním prostředku (obvykle v křemičitém písku), který má za úkol tlumit vnitřní
tlakovou vlnu vzniklou působením elektrického oblouku, hasit vzniklý elektrický oblouk
a tím urychlit vypnutí pojistky. Pro jednotlivé typy elektrických pojistek a jmenovité proudy
výrobci udávají "tavné voltampérové charakteristiky". Na vodorovné ose jsou vyneseny
proudy a na svislé ose doba do vypnutí pojistky.
2.4.2.1.1
Pojistky pro bytové a jim podobné instalace
V bytových instalacích s napětím 230/400 V se stále ještě setkáme s keramickými pojistkami.
Systém, běžně používaný i v České republice, se v německy mluvících zemích označuje jako
DIAZED. Prakticky se z něho využívají řady označené DII (6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A,
25 A) a DIII (35 A, 50 A, 63 A). Před rokem 1970 se místo pojistky 16 A používaly 15 A.
Pojistky mají válcový tvar. Elektrický kontakt na širším konci má v konkrétní řadě stejný
průměr pro všechny proudy. Uprostřed tohoto kontaktu je barevný signalizační terčík. Barva
terčíku je přiřazena proudovému rozsahu. Při přerušení pojistky se terčík uvolní a odpadne.
Druhý konec pojistky je zúžený a každému proudovému rozsahu je přiřazena konkrétní
velikost keramické vložky v pojistkovém spodku. Barva vložky se shoduje s barvou terčíku
na pojistce. Přiřazení velikostí pojistek a vložek je takové, že do vložky lze zasunout vždy jen
správnou (nebo slabší) pojistku, nikdy ne silnější. Běžně se lze setkat s pojistkami se závitem
E27 (Edison) do 25 A a E33 (Goliáš) od 35 A. Normalizované barvy jsou: 2 A růžová, 4 A
hnědá, 6 A zelená, 10 A červená, 16 A šedá, 20 A modrá, 25 A žlutá, 35 A černá, 50 A bílá,
60 a 63 A hnědá (měděná), 80 A stříbrná, 100 A červená, 125 A žlutá.
V současnosti se pro vnitřní bytovou instalaci na světelný okruh používají pojistky
a jističe na 10 A a na zásuvkový okruh pojistky a jističe na 16 A.
Obr. 6.2 Klasické keramické pojistky
Pojistkový spodek včetně vložky a hlavice: A) vývod ke spotřebiči; B) přívod proudu ze
sítě; C) vymezovací kroužek; D) objímka (pojistkový spodek); E) šroubovací pojistková
hlavice; F) tavný vodič s barevným signalizačním terčíkem; G) keramická pojistková vložka
38
2.4.2.1.2
Válcové pojistky
Obr. 7.2 Válcová pojistka
Především pro jištění v rozvaděčích výrobních objektů nebo přímo elektrických strojů se
prosadily válcové pojistky. Pojistky jsou symetrické. Válcové keramické tělísko má na
koncích nalisované kovové čepičky jako kontakty. Oba konce jsou stejné. Proudové rozsahy
jsou rozlišeny pouze potiskem, barevné ani tvarové rozlišení není použito. Existují tři
rozměrové řady: 10×38 mm pro proudy 0,5–25 A, 14×51 mm pro proudy 2–50 A
a 22×58 mm pro proudy 4–125 A. Pojistky se zasazují do pojistkových odpínačů. Ty jsou
určeny výhradně k montáži na nosnou lištu (DIN lišta, nebo také TS-35). Samotná pojistka je
umístěna ve výklopné schránce. Pro třífázové obvody existují odpínače, u kterých se odpojí
všechny tři fáze současně. Tyto pojistky se prosazují především pro úsporu místa.
2.4.2.1.3
Nožové pojistky
Pro jištění výkonově silnějších obvodů (např. s trojfázovými motory, celé domy) se používají
nožové pojistky. Nožové pojistky jsou nejčastěji označeny PN nebo NH. Vyrábějí se
v několika rozměrových řadách, které se proudovým rozsahem překrývají. Standardní
velikosti se označují PN000, PN00, PN1, PN2, PN3, PN4a. Jednotlivé velikostní řady jsou
rozlišeny pouze potiskem, tvarové ani barevné rozlišení se nepoužívá. Pojistky těchto typů se
vyměňují pomocí izolovaného držáku, tzv. žehličky. Také pro nožové pojistky existují
odpínače, kde jsou pojistky pro všechny tři fáze umístěny ve společném nosiči a je možné je
vypojit najednou ze všech fází. Princip těchto pojistek je shodný jako u keramických pojistek.
Obr. 8.2 Nožová pojistka
Obr. 9.2 Automobilové nožové pojistky
V automobilech a jiných dopravních prostředcích se používají nožové pojistky s barevným
plastovým tělem, kde barva odpovídá jmenovitému proudu.
39
2.4.2.1.4
Ostatní pojistky
Obr. 10.2 Skleněná trubičková pojistka
Skleněné (keramické) trubičkové pojistky jsou nejčastěji používány v elektronických
zařízeních. Všechny typy pojistek jsou označeny proudovou hodnotou v ampérech,
jmenovitým napětím a případně i dalšími údaji. Žádné typy pojistek nesmí být opravovány.
Po opravě dojde ke změně jmenovitého proudu a vypínací charakteristiky. Tím dojde ke
znehodnocení funkce pojistky. To může způsobit vážné poškození zařízení nebo rozvodů,
úraz elektrickým proudem, požár apod.
2.4.2.2
Jističe
Obr. 11.2 Jednopólový a trojpólový jistič
Jistič poskytuje v elektrickém obvodu tyto základní funkce:
 bezpečné automatické vypnutí obvodu při zkratu
 bezpečné automatické vypnutí obvodu při nadproudu
 (reakce jističe: za 4-20 ms při zkratu; několik vteřin podle velikosti nadproudu)
 jistič je pouze jistící prvek obvodu a není primárně určen k vypnutí a zapnutí obvodu
(k tomu slouží vypínač)
Charakteristickými hodnotami jističe jsou:
 jmenovité napětí, pro které je určen
 jmenovitý proud, který trvale propouští, aniž by rozpojil obvod
 zkratový proud, který je schopen vypnout
 vypínací charakteristika udává závislost času vypnutí na velikosti nadproudu nebo
zkratového proudu. V závislosti na typu jističe a velikosti proudu může jít o časy od
desítek minut do několika milisekund.
Pro určitý způsob použití existují standardizované charakteristiky jističů. Např. jističe určené
pro ochranu elektromotorů (tzv. Motorové jističe) musí být konstruovány tak, aby vysoké
proudy při rozběhu motoru nevedly k jejich nežádoucímu vypnutí.
Rozdělení jističů
Podle napěťové soustavy:
- střídavé jsou mnohem běžnější a také menší, protože ve střídavých obvodech
prochází proud nulou, díky čemuž je snadnější zhášení oblouku (střídavě
periodicky mění polaritu napětí i směr proudu)
- stejnosměrné nelze použít místo střídavého, používají se jen ve stejnosměrných
obvodech
40
Podle akčního členu (spouště):
termomagnetické, pracující na dvou principech:
- bimetal reaguje na nízké násobky jmenovitého proudu – přetížení
- elektromagnet reaguje na vyšší násobky jmenovitého proudu - zkrat
kataraktové (hydraulické) - elektromagnet, jehož ocelové jádro se pohybuje v olejové
náplni - tlumiči. Při působení nadproudu je jádro vtahováno proti síle vnitřní pružiny a tření
v oleji do cívky. Při dostatečném vtažení jádra dojde k přitažení vnější kotvy elektromagnetu
a tím vypnutí jističe.
s elektronickou spouští - jistič obsahuje proudový transformátor, který proud převádí
jističem na hodnoty, následně vyhodnocované blokem elektronické spouště. Při překročení
nastavených hodnot jistič vypne. Tento způsob vybavování se využívá obvykle u jističů od
200 A. Jističe s elektronickou spouští mají výhodu v širokém rozsahu nastavení jmenovitého
proudu (0,4 - 1) x In, volby vypínací charakteristiky, diagnostice jističe (možnost propojení
s PC) apod.
Podle systému zhášení oblouku:
deionové (deionizační komora)
vakuové
Podle provedení:
otevřené (masterpact), obvykle nad 2 kA
kompaktní (MCCB), obvykle do 2 kA.
Vypínací charakteristiky
Charakteristiky běžných jističů se označují písmeny B, C a D. Všechny charakteristiky mají
stejnou tepelnou část, liší se pouze ve zkratové části.
Smluvený nevypínací proud nesmí jistič vypnout nikdy. Smluvený nevypínací proud pro
charakteristiky A, B, C a D je stanoven jako 1,13 násobek jmenovitého proudu, smluvený
vypínací proud je 1,45 násobek jmenovitého proudu.
Smluvený vypínací proud musí vypnout do hodiny.
Význam písmen ve značkách charakteristik:
A Jistí (polovodiče)
B Jistí (odporové spotřebiče) - vypíná do 0,1 s při 3 - 5 násobku jmenovitého proudu. Staré
značení L
C Univerzální jistič (žárovky, motory s lehkým rozběhem) - vypíná do 0,1 s při 5 - 10
násobku jmenovitého proudu. Staré značení U
D Motorový jistič (pro motory s těžkým rozběhem) - vypíná do 0,1 s při 10 - 20 násobku
jmenovitého proudu. Staré značení M
41
ovládací páčka
aretační mechanismus
kontakty
přívodní šroubová svorka
bimetalový člen pro vybavení přetížením
regulační prvek nastavení citlivosti (u běžných
domovních jističů nebývá přítomen)
7. elektromagnetická spoušť pro vybavení zkratem,
zhášecí komora
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Obr. 12.2 Průřez jističem
Obr. 13.2 Jednofázový jistič LSN…/1
2.5
Obr. 14.2 Dvoupólový jistič LSN…/1N
Přepěťové ochrany
Přepěťové ochrany chrání elektrická zařízení před poškozením izolace přepětím vyšším,
než které je schopná izolace vydržet. Nazývají se též "bleskojistky" nebo "svodiče
přepětí". Za přepětí můžeme považovat napětí (U), které je oproti jmenovitému napětí (Un)
dvojnásobné. Překročení jmenovité hodnoty napětí Un o 10-20 % je považováno za normální
provozní stav.
Nastavená ochranná hladina, kdy začne přepěťová ochrana omezovat napětí průchodem
vnitřního proudu, musí být nižší, než je izolační hladina zařízení. Vnitřní ochrana před
bleskem by měla chránit všechna elektrická zařízení, vodivé instalace a vodivé části zařízení
proti účinkům proudu blesku a jeho elektrickému a magnetickému poli. Skládá se z ochrany
vyrovnáním potenciálu a přepěťových ochran elektrického zařízení. Přes lištu vyrovnání
potenciálu jsou všechny vodivé soustavy, např. vodovodní, plynová, topná a klimatizační,
spojeny se základovým zemničem. K ochraně před přepětím v elektrických zařízeních se mezi
42
fázové vodiče a ochranný vodič zapojují svodiče přepětí (obr. 15.2). Svodiče se většinou
skládají ze sériově spojeného jiskřiště a napěťově závislého odporu a odpínače. Nastane-li na
elektrickém zařízení nebezpečné napětí, projde proud obloukem přes jiskřiště a napěťově
závislý odpor (varistor), který klade malý odpor svodovému proudu. Dojde-li při přímém
zásahu bleskem k poškození jiskřiště nebo některého varistoru, odpojí FI-jistič zařízení od
sítě.
Obr. 15.2 Svodiče přepětí (bleskojistky)
Obr. 16.2 Přepěťové ochrany v soustavě TN
Aby byly přepěťové ochrany funkční a účinné, zpravidla se rozdělují na tři stupně:
1. stupeň se instaluje u vstupu do objektu. Výkonové přepěťové ochrany jsou schopné svést
do zemniče proudy 35 až 100 kA a zajistit ochrannou napěťovou hladinu na úrovni 1,5 až
5 kV.
2. stupeň se instaluje na úrovni bytového rozvaděče. Přepěťové svodiče jsou schopné svést do
zemniče proudy 5 až 20 kA a zajistit ochrannou napěťovou hladinu na úrovni 1 kV.
3. stupeň – pokud dané zařízení nemá vlastní přepěťovou ochranu, pak ji zapojujeme do
proudového okruhu těsně před spotřebič.
43
Obr. 17. 2 Stupeň přepěťové ochrany pro domácnosti i provozní podniky
2.6
Uzemnění
Uzemnění zabraňuje vzniku nebezpečného dotykového napětí mezi uzemněnými vodivými
částmi zařízení a zemí.
Uzemnění se skládá ze zemničů a uzemňovacího
vedení.
Zemniče jsou vodiče uložené v zemi, se kterou musí zajistit spojení s požadovaným odporem.
Odpor uzemnění je dán odporem uzemňovacího vedení a odporem šíření proudů ze zemničů
do země. Nejlepším zemničem je tzv. základové uzemnění, což jsou zemnicí vodiče zalité do
železobetonových základů.
Často používáme: páskové zemniče – ocelové pozinkované pásky průřezu nejméně 100 mm2,
případně měděné pásky o průřezu 50 mm2 nebo Cu lana o průřezu35 mm2.
Požadovaný odpor uzemnění do 15 ohmů zaručí 20 až 25 m pásku, který se
ukládá do nezamrzající hloubky 50 až 80 cm. Při méně vodivém terénu
(písek, skála) je třeba zvětšit délku pásku.
tyčové zemniče – pozinkovaná ocel nebo měď o průměru 16 až 30 mm,
délky 1,5 až 2 m. Tyče spojujeme minimálně 30 cm pod povrchem
s minimálním odstupem 2 m. Používáme minimálně 3 tyče (obr. 18.2).
Obr. 18.2 Tyčové zemniče
44
2.7
Nízkonapěťové rozvody
A. Venkovní rozvody
Vodiče nízkonapěťových vzdušných rozvodů – jsou měděná nebo hliníková lana.
Měděné lano s minimálním průřezem 10 mm 2 nebo hliníkové s minimálním průřezem
25 mm2. Vzdušná vedení musí být řádně izolována od nosníků. Samonosnost lanových vodičů
se zvětšuje ocelovým jádrem. K ochraně proti přepětí při úderu blesku jsou na všech
odbočkách, na napájecích přípojkách, koncích vzdušných vedení i přechodech na kabelové
vedení připojeny bleskojistky.
Zemní kabelové rozvody
Používají se většinou čtyř-žilové kabely s PVC izolací vodičů
i PVC (polyvinylchloridovým) pláštěm s vodiči z mědi nebo
hliníku. Hloubka uložení je minimálně 0,6 m, pod vozovkou
minimálně 0,8 m. Do výkopu bez kamenů použijeme jako podklad
8 cm písku, na který položíme kabel. Kabel se před zasypáním
překryje výstražnou plastovou fólií (obr. 19.2). V mechanicky
namáhaných trasách se kabel překrývá cihlami, dlaždicemi nebo
tvárnicemi, případně se vkládá do plastových chrániček.
Obr. 19.2 Výstražná páska
B. Vnitřní bytové rozvody
Tab. 2 Průřezy vodičů v bytech a jejich jištění
C. Vodiče
a) silový kabel CYKY- J 5 x 2,5 mm2; b) instalační plochý vodič CYKY- J 3 x 1,5 mm
Obr. 20.2 Vodiče
45
Značení vodičů
Elektrická střídavá soustava – AC
Elektrická stejnosměrná soustava – DC
Barevné označení žil vodičů
Úplná písmenová značka kabelového vodiče (obr. 20.2)
C – jádro vodiče (C – měď, A – hliník)
Y – izolační obal jádra vodiče (Y – materiály z PVC)
K – typ vodiče (K – kabel)
Y – materiál pláště kabelu (Y – PVC)
J – barevné označení žil vodičů (L1 – hnědá; N – světle modrá; PE – zelenožlutá)
O – pouze fázové vodiče
3 – počet vodičů v kabelu
2,5 – průřez jádra vodiče (podle jmenovité řady průřezů vodičů)
46
2.8
Světelný okruh
V bytovém rozvaděči (obr. 3.2) rozdělujeme vstupní přivaděč proudu na samostatné proudové
okruhy. Jednotlivé okruhy oddělujeme jističi podle předpokládaného proudového zatížení.
V bytě je vhodné mít dva světelné okruhy, abychom při výpadku jednoho okruhu nezůstali
bez osvětlení. Na jeden světelný obvod se smí připojit tolik svítidel, aby součet jejich
jmenovitých proudů nepřekročil jmenovitý proud jisticího přístroje obvodu. Jmenovitý proud
svítidel se stanoví z maximálního příkonu, pro který jsou svítidla typována.
Světelné zdroje se zvlášť nejistí, proti nadproudu a přepětí se jistí jen jejich přívodní vedení.
Spínače pro ovládání světelných obvodů mají být obvykle umístěny u vchodových dveří
v místnosti ovládaného světelného obvodu na té straně, kde se dveře otvírají (na straně kliky
dveří). Nevyžadují-li takové umístění spínačů provozní nebo bezpečnostní podmínky, mohou
být umísťovány i jinde. Kolébkové spínače a ovladače se osazují tak, aby do polohy zapnuto
bylo nutno stlačit kolébku nahoře. Páčkové spínače se osazují tak, aby se zapínaly pohybem
páčky nahoru. Toto ustanovení se netýká střídavých a křížových přepínačů.
Jištění světelných obvodů: Vedení světelného obvodu se jistí jističi nebo pojistkami se
jmenovitým proudem 10 A, nejvýše 25 A.
Obr. 21.2 Základní zapojení svítidla v síti TN-C a v síti TN-S
Obr. 22.2 Montážní schéma elektroinstalace (podle obrázku 21.2)
47
Obr. 23.2 Základní zapojení sériového vypínače č. 5
Obr. 24.2 Základní zapojení střídavého přepínače č. 6
2.9
Zásuvkové okruhy
Zásuvkové okruhy se zřizují pro připojení spotřebičů do zásuvky vidlicí. Na zásuvkové
obvody lze podle potřeby pevně připojit jednoúčelové spotřebiče pro krátkodobé použití do
celkového zdánlivého příkonu 2 000 VA. Zásuvky musí mít ochranný kolík připojený na
ochranný vodič (PE). Jednofázové zásuvky se připojují tak, aby ochranný kolík byl nahoře
a střední vodič (N) byl připojen na pravou dutinku při pohledu zpředu (obr. 25.2). Zásuvky
musí být voleny podle napětí a proudové soustavy. Při použití dvou napěťových soustav musí
být zásuvky vždy nezáměnné. Každá napěťová soustava musí mít stejný typ zásuvek v celém
zařízení.
Jednofázové zásuvky: Na jeden zásuvkový obvod lze připojit nejvýše 10 zásuvkových
vývodů, přičemž dvoj-zásuvka se považuje za jeden zásuvkový vývod. Zásuvky s dvojitými
svorkami se doporučuje připojovat smyčkováním. Dvoj-zásuvka je určena pro připojení na
jeden obvod a nesmí se připojit do dvou různých obvodů, ani se nesmí přerušit propojení
obou zásuvek.
Dimenzování a jištění zásuvkových obvodů: Zásuvkové obvody se musí jistit pojistkou
nebo jističem odpovídajícím nejvýše jmenovitému proudu zásuvky (obr. 27.2). Pro pevně
připojené jednofázové spotřebiče o zdánlivém příkonu 2 000 VA a více se zřizují samostatně
jištěné obvody.
48
Obr. 25.2 Jednofázová zásuvka
Obr. 26.2 Jednofázová dvoj-zásuvka
Obr. 27.2 Elektroinstalační zásuvky v síti TN – S (jednofázová a třífázové)
Obr. 28.2 Elektroinstalační zásuvky v síti TN – C (jednofázová a třífázové)
Obr. 29.2 Montážní schéma zapojení zásuvek v síti TN-C
49
Obr. 30.2 Zásuvky a vidlice třífázové pro pohyblivé rozvody
Obr. 31.2 Zásuvky třífázové pro pevné rozvody
2.10 Důlní kabelové rozvody 6 kV
Elektrické kabely s napětím 6 kilovoltů jsou červené barvy a jsou zavěšeny pod stropem
uprostřed důlního díla (obr. 32.2). Podél kabelového tahu 6 kV je vedeno hlavní zemnicí
vedení v provedení z mědi nebo pozinkovaného pásku. Jedná se o velmi důležitou součást
důlního elektrického rozvodu, která zajišťuje ochranu osob před úrazem elektrickým
proudem. Na tuto zemnicí síť jsou napojeny veškeré neživé části elektrických zařízení
a spotřebičů. Pro spojování kabelů se používají kabelové spojky (obr. 34.2), v současné době
většinou zalévané speciální dvousložkovou hmotou. V provozu jsou i klasické litinové spojky
zalévané kabelovou hmotou (obr. 34.2 – spodní obrázek).
Obr. 32.2 Kabelové rozvody 6 kV a hlavní zemnicí vedení
50
Obr. 33.2 Napojení spotřebiče na zemnicí síť
Obr. 34.2 Kabelové spojky
Cvičení 3
1. Co tvoří domovní přípojku?
2. Jak velká je proudová hustota měděných vodičů v rozvodech do rodinných domů?
3. Jak velký průřez mají měděné vodiče v domovních rozvodech pro světelný okruh?
4. Jak velký průřez mají měděné vodiče v domovních rozvodech pro zásuvkový okruh?
5. K čemu slouží ochrana uvedením na stejný potenciál?
6. Co je nadproudová ochrana?
7. Jaká je funkce pojistky v obvodu?
8. Jaká je funkce jističe v obvodu?
9. Do jakého proudového rozsahu se ve starších bytech používají pojistky na světelný okruh?
10. Do jakého proudového rozsahu se ve starších bytech používají pojistky na zásuvkový
okruh?
11. Do jakého proudového rozsahu se v bytech používají jističe na světelný okruh?
12. Do jakého proudového rozsahu se v bytech používají jističe na zásuvkový okruh?
13. Kde se používají nožové a skleněné válcové pojistky?
14. Jaké známe druhy jističů?
15. K čemu slouží přepěťové ochrany?
16. Jaké je barevné značení vodičů ve střídavé soustavě?
17. Jaké je barevné značení vodičů ve stejnosměrné soustavě?
18. Význam druhu písmen u značení kabelů.
19. Zakreslete zapojení vypínače na světelný okruh.
20. Jak se zapojují vodiče na zásuvku?
21. Jak se zapojují vodiče na zástrčku (kolík)
51
3. kapitola
Elektrický obvod a jeho prvky
3.1
Vedení elektrického proudu v kovech
Elektrický proud v kovech vedou volné elektrony v krystalické mřížce kovu.
Stejnosměrný elektrický proud je pohyb volných elektronů v kovu jedním směrem. Technický
směr proudu je stanoven od + pólu k – pólu zdroje napětí. Technický směr proudu je směr
pohybu kladného náboje v obvodu (směr proti pohybu elektronu).
Velikost elektrického proudu I se určí výpočtem podle vzorce:
I
ΔQ
Δt
Q  I  Δt
Δt 
Q
I
ΔQ je změna elektrického náboje (  označuje změnu veličiny),
jednotka elektrického náboje je C, název jednotky je coulomb [kulomb], Δt je změna času,
jednotka je s = sekunda.
Obvodem protéká elektrický proud 1 ampéru (A), jestliže jím projde elektrický náboj
1 coulombu (C) za dobu 1 sekundy (s).
I
S
Hustota proudu (proudová hustota) se definuje jako vektor j, který je orientován ve
směru pohybu kladného náboje a má velikost číselně rovnou velikosti proudu, který
projde jednotkovou plochou.
Při výpočtech používáme i veličinu proudová hustota:
j =
Jednotkou je A  m 2 (v technické praxi se používá jednotka A  mm 2 ).
Cvičení 1
1.
Určete velikost elektrického proudu, který prochází vodičem, jestliže vodičem za 2 ms
projde náboj 2 μ C .
[I = 1 mA]
2.
Určete čas potřebný k průchodu elektrického náboje 2 μC vodičem, jestliže vodičem
prochází elektrický proud 5 mA.
[ Δt  0,0004s]
3.
Určete velikost elektrického náboje, který za čas 5 minut projde vodičem, kterým
prochází elektrický proud 0,25 A.
[Q = 75 C]
4.
Průměr vodiče je 0,226 mm.
hustotě 4 A · mm -2.
[I = 0,16 A]
Stanovte velikost proudu ve vodiči při proudové
52
5.
Určete velikost náboje, který projde vodičem za 1 den, jestliže vodičem protéká
proud 20 mA.
[Q = 1 728 C]
6.
Stanovte poloměr vodiče, jestliže při proudové hustotě 5 A· mm -2 prochází vodičem
proud 10 A.
[r = 0,8 mm]
3.2.
Elektrický obvod
Elektrický obvod je vodivé spojení elektrických prvků (rezistory, cívky, kondenzátory,
žárovky aj.) se zdroji napětí. Ideálním rezistorem rozumíme zařízení, v němž při průchodu
proudu vzniká jen tepelná energie. V ideální cívce se vytváří jen magnetická energie
a v ideálním kondenzátoru se vytváří jen elektrická energie. Všechny tyto prvky jsou pasivní
(nemohou být trvalým zdrojem energie) a jsou lineární (nejsou závislé na proudu
a napětí). Aktivní prvky jsou zdrojem energie a jsou nelineární (závisí na velikosti
proudu a napětí). Samozřejmě, že ideální prvky jsou modely, které v praxi nenajdeme, ale
dají se na nich modelovat určité děje za určitých podmínek. Každý elektrický obvod si lze
představit jako kombinaci pasivních a aktivních prvků. Skutečné prvky používané v praxi
mají vždy i vlastnosti jiných parametrů, což se vyjadřuje náhradními schématy. Například
každá cívka má kromě indukčnosti i odpor. Lze ji proto nahradit cívkou a rezistorem
zapojenými sériově, nebo paralelně.
Prvky splňují funkce, které jsou od obvodu požadovány, například zesílení signálu, vytváření
elektromagnetických vln, apod. Obvod může mít malou velikost integrovaného obvodu, nebo
je zapojen do větší elektrické sítě. Pokud je dráha, tvořená elektrickým obvodem, uzavřena,
pak se jedná o uzavřený obvod, pokud je v obvodu otevřen spínač, pak se jedná o otevřený
obvod.
Jednotlivé součásti, ze kterých se skládá elektrický obvod, bývají propojeny pomocí vodičů.
Typickým příkladem jednoduchého elektrického obvodu může být baterie (elektrický zdroj),
vodiče, tlačítko (spínač, vypínač) a žárovka (spotřebič) (obr. 3.2.1). Ve většině případů je
situace mnohem komplikovanější, protože běžný spotřebič se může skládat z desítek, stovek
nebo tisíců součástek, z nichž mnohé mohou uvnitř realizovat komplikovaná zapojení
skládající se ze stovek, tisíců nebo i milionů prvků. Elektrický obvod rovněž často obsahuje
více zdrojů (např. propojené bateriové zdroje) a více vypínačů pro odpojování a přepojování
různých částí obvodu.
Aby elektrickým obvodem procházel elektrický proud, musí obvod splňovat tři podmínky:
1) Musí obsahovat zdroj napětí
2) Musí obsahovat spotřebič
3) Mezi spotřebičem a zdrojem napětí musí být vodivé propojení
Spotřebič se zdrojem musí být vodivě propojen
53
Cvičení 2
Kterým ze čtyř obvodů bude podle uvedených pravidel procházet trvale elektrický proud?
Proč? (viz. Obr. 1.3)
1.
2.
3.
4.
Obr. 1.3 Obvody pro cvičení 5
Na dalších dvou obrázcích je znázorněn skutečný obvod a obvod nakreslený pomocí
elektrotechnických značek.
Obr. 2.3 Skutečný elektrický obvod
3.3
Obr. 3.3 Elektrický obvod zakreslený
značkami
Zdroje elektrického napětí a proudu
Zdroje elektrického napětí a proudu rozdělujeme na:
a) zdroje stejnosměrného napětí a proudu – galvanické články a dynama
b) zdroj střídavého napětí a proudu – alternátor
c) Zdroje dále dělíme podle napěťových hladin, na které jsou projektovány spotřebiče
a přenosové soustavy.
54
3.3.1 Galvanické články
Galvanický článek mění chemickou energii na elektrickou. Galvanický článek je složen
z elektrod a jednoho nebo dvou elektrolytů. Na elektrodách vznikají chemické reakce, které
jsou příčinou elektromotorického napětí článku.
Galvanické články ke své činnosti využívají vedení elektrického proudu v kapalinách.
Elektrický proud v kapalinách vedou iony, které vzniknou v kapalinách elektrolytickou
disociací, což je rozpad látky na iony vlivem rozpouštědla.
NaCl se ve vodě rozloží na iony Na   Cl 
NaOH se ve vodě rozloží na iony Na   (OH) 
HCl se vlivem vody rozloží na H   Cl 
Záporný ion – anion vznikne odtržením elektronu z elektricky neutrálního atomu nebo
molekuly a kladný ion – kation vznikne přidáním elektronu k elektricky neutrálnímu atomu
nebo molekule.
Elektrický proud v kapalině je usměrněný pohyb ionů.
Ne každý roztok vede elektrický proud. Roztoky, které vedou elektrický proud, nazýváme
elektrolyty, což jsou roztoky solí, kyselin a zásad. Cukr rozpuštěný v destilované vodě se
nerozloží na iony, a proto nevede elektrický proud.
Pokud elektrolytem vedeme stejnosměrný elektrický proud, pak na elektrodách dochází
k vylučování ionů. Tomuto ději říkáme elektrolýza.
Záporná elektroda se nazývá katoda a při elektrolýze se na ní vylučují kladné iony
(kationy).
Kladná elektroda se nazývá anoda a při elektrolýze se na ní vylučují záporné iony (aniony).
Na katodě se při elektrolýze vylučuje vždy vodík nebo kov!
Jestliže jsou elektrody z mědi, pak se na katodu vylučuje měď a z anody se měď vylučuje do
roztoku při průchodu stejnosměrného proudu elektrolytem.
Obr. 4.3 Obvod na důkaz elektrolýzy
55
Pro vedení elektrického proudu v kapalinách platí Faradayovy zákony elektrolýzy:
1.
 A  Q
m
 A  I  Δ t ; g, kg
Hmotnosti látek vyloučených na elektrodách při elektrolýze jsou přímo úměrné elektrickému
náboji, který prošel elektrolytem.
m = hmotnost vyloučené látky (g; kg)
A = elektrochemický ekvivalent ( g  C 1 ; kg  C 1 ) ; je to konstanta pro určitou látku a najdete
ji v MFCH tabulkách.
Elektrochemický ekvivalent je číselně roven hmotnosti látky v g (kg) vyloučené na
elektrodách při průchodu elektrického náboje 1 C elektrolytem.
Q = elektrický náboj (C); I = elektrický proud (A); t = čas (s)
A 
2.
Mm
ν  F
;
g  C 1 , kg  C 1
Elektrochemické ekvivalenty látek jsou přímo úměrné jejich valárním hmotnostem.
Valární hmotnost látky je číselně rovna podílu molární hmotnosti látky a jejího mocenství.
Aby se vyloučil 1 val jakékoliv látky, musí elektrolytem projít náboj Q = F coulombů.
Spojený Faradayův zákon
3.
m

Mm
 Q  A  I  Δt ;
ν  F
g, kg
Faradayova konstanta F je číselně rovna velikosti náboje, kterým se při jeho průchodu
elektrolytem vyloučí na elektrodě 1 val látky.
Faradayovy zákony platí pro velmi malé i velké proudy.
Mm
ν
se nazývá valární hmotnost (val); M m  molární hmotnost ( g  mol  1 ) ;
F = Faradayova konstanta = 96 500 C · mol – 1; ν = mocenství látky.
Mocenství představuje množství elektronů v atomu prvku, které jsou schopny vytvářet vazbu
s dalšími atomy. Určuje se z názvu sloučeniny a koncovky přídavného jména.
Dusičnan stříbrný – koncovka přídavného jména je -ný, a proto je stříbro jednomocné.
Síran měďnatý – koncovka přídavného jména je -natý, a proto je měď dvojmocná.
Z chemie víte, že koncovky a čísla mocenství jsou tato: -ný = 1; -natý = 2; -itý = 3; ičitý
= 4; -ečný, -ičný = 5; -ový = 6; -istý = 7; -ičelý = 8.
Molární hmotnost látky (prvku) je hmotnostní číslo prvku, které vyčtete z periodické tabulky
prvků.
Pokusy se dá zjistit, že v okolí roztoků, které vedou elektrický proud, je magnetické pole, že
se roztok průchodem elektrického proudu zahřívá a že platí Ohmův zákon po překročení
rozkladného napětí Ur.
U  Ur  R  I
56
Rozkladné napětí je potřebné k tomu, aby elektrolytem při elektrolýze procházel proud,
protože rozkladné napětí překonává polarizační napětí, které vzniká při ponoření elektrod do
elektrolytu, a polarizační napětí působí proti napětí zdroje.
Galvanická polarizace elektrod závisí na jejich jakosti, na hustotě proudu, na jakosti
elektrolytu, na teplotě a na době průchodu proudu elektrolytem. Jsou-li elektrody z kovu,
jehož sůl je v roztoku, např. články Cu (CuSO 4 ) Cu , Ag (AgNO 3 ) Ag , prochází proud za
každého napětí, protože elektrody nejsou téměř polarizované.
Obr. 5.3 Voltampérová charakteristika při vedení elektrického proudu elektrolytem
Následkem polarizace elektrod odpor elektrolytu při průchodu stejnosměrného proudu
elektrolytem nezměříme, protože polarizační napětí způsobuje zdánlivě větší odpor, než je ve
skutečnosti. Polarizace nenastane ihned, ale až po určité době. K měření odporu elektrolytu
používáme střídavého proudu, jehož směr se mění tak rychle, že se polarizační napětí nemůže
uplatnit. Při měření se používá můstková metoda, avšak místo ampérmetru se používá jako
indikátoru telefon, který svým tónem udává střídavý proud. Jsou-li odpory stejné, pak je
hlasitost tónu v telefonu nulová.
Řešený příklad 1
Určete, kolik gramů mědi se vyloučí při elektrolýze na katodě z vodného roztoku CuSO4,
jestliže roztokem prochází proud 5 A po dobu 10 minut. Určete rovněž elektrochemický
ekvivalent mědi.
I=5A
t = 10 min = 600 s
M m Cu  63,54 g  mol  1 (Najdete v periodické soustavě prvků nebo v MFCHT)
ν  2, protože to vyplývá z názvu sloučeniny = síran měďnatý
Vypočteme elektrochemický ekvivalent mědi z 2. Faradayova zákona.
A =
Mm
ν  F

63,54
 3,29  10 4 g  C 1
2  96 500
m  A  I   t  3,29  10  4  5  600  0,987 g
Na katodě se při elektrolýze vyloučí 0,987 g a elektrochemický ekvivalent mědi je
3,29  10 4 g  C 1 .
57
Tab. 3 Mocenství a elektrochemický ekvivalent látek
Látka
cín
Sn
Mocenství Elektrochemický ekvivalent

A
g  C 1
2
6,15  10 4
hliník Al
3
0,93  10 4
chrom Cr
3
1,80  10 4
měď
Cu
2
3,29  10 4
stříbro Ag
1
11,2  10 4
železo Fe
2
2,89  10 4
železo Fe
3
1,93  10 4
zinek
Zn
2
3,39  10 4
vodík
H
1
0,10  10 4
Cvičení 6
1. Kolik gramů stříbra se vyloučí při elektrolýze na katodě, jestliže elektrolytem je vodný
roztok dusičnanu stříbrného a elektrolytem procházel proud 10 A po dobu 30 minut.
[m Ag = 20,16 g]
2.
Určete výpočtem hodnotu elektrochemického ekvivalentu stříbra.
[A = 11,19 g · C – 1]
3.
Určete, kolik železa se vyloučí elektrolýzou na katodě z vodného roztoku síranu
železnatého, jestliže roztokem prochází proud 20 A po dobu 10 hodin. Určete hodnotu
elektrického náboje, který prošel elektrolytem.
[m Fe = 208,1 g; Q = 720 kC]
4.
Určete, kolik gramů vodíku se vyloučí na katodě při elektrolýze vody, jestliže vodou
prochází proud 15 A po dobu pěti hodin.
[m H = 2,7 g]
5.
Napište rovnice pro elektrolytickou disociaci KOH, KNO3, NaBr, HCl.
U galvanických článků musí být elektrody chemicky různé; přitom ušlechtilejší kov je vždy
pólem kladným. Protože potenciálové rozdíly se mění s koncentrací, dostaneme galvanický
článek i ponořením dvou elektrod ze stejného kovu do dvou různě koncentrovaných roztoků.
Galvanické články jsou primární (článek se nedá znovu po vybití nabít) a sekundární
(článek se dá znovu nabít). Dále se dělí na mokré a suché (podle elektrolytu).
Parametry galvanických článků
1. druh článku – primární a sekundární
2. Ue = elektromotorické napětí (napětí naprázdno) – napětí na nezatíženém zdroji
3. Ri vnitřní odpor článku – v důsledku vnitřního odporu zdroje se po připojení na
spotřebič naměří na zdroji svorkové napětí, které je vždy menší, než napětí naprázdno.
Články s malým vnitřním odporem se nazývají tvrdé zdroje a články s velkým
vnitřním odporem měkké zdroje.
58
4. elektrický výkon PV = množství energie, kterou je článek schopen dodat obvodu za
jednotku času
5. kapacita zdroje – udává, kolik hodin můžeme ze zdroje odebírat proud 1A. Udává se
v Ah (ampérhodinách)
6. měrná energie = podíl celkové energie a hmotnosti článku ( kJ/kg )
7. hustota energie = podíl celkové energie a objemu článku ( MJ/ m 3 )
8. životnost = doba odebírání energie z článku při běžném zatížení
9. nabíjecí proud a nabíjecí doba – pro sekundární články (akumulátory)
10. účinnost = podíl výkonu a příkonu
11. cena je ovlivněna náklady na výrobu a poptávkou na trhu
Nejjednodušší a nejstarší je Voltův článek. Elektrody jsou ze zinku a mědi, elektrolytem je
roztok kyseliny sírové. Elektromotorické napětí činí 1,05 V. Vně směřuje proud od mědi
k zinku, uvnitř od zinku k mědi. V důsledku elektrolýzy se kladná elektroda z mědi pokrývá
bublinkami vodíku, iony SO 4  dávají s iony Zn   síran zinečnatý ZnSO 4 , který přechází do
roztoku. Zinku z elektrody ubývá a zinek se pokrývá bublinkami kyslíku. Vzniká polarizační
článek + O (H2SO4) H -, jehož elektromotorické napětí působí proti EMN článku. Polarizační
napětí může mít velikost až 1,68 V, takže výsledné napětí klesá na nulovou hodnotu. Aby
k tomu nedošlo, v praxi se zabraňuje polarizaci tím, že se kladná elektroda, na které se
vylučuje vodík, obklopí látkou, která okysličuje vodík na vodu.
Daniellův článek má dva elektrolyty, roztok CuSO4 obklopuje měděnou elektrodu a roztok
H2SO4 obklopuje elektrodu zinkovou. Elektromotorické napětí článku činí 1,1 V. Poněvadž se
při práci článku vylučuje na kladné elektrodě měď, nenastává na ní žádná chemická změna,
a proto nenastává polarizace. Článek dává stálé napětí.
Plochá baterie je odvozena z Leclanchéova článku. Tři články s EMN 1,5 V jsou sériově
propojeny. Anodou je uhlík, který je obklopen burelem (MnO2); ten okysličuje vylučující se
vodík a tím se zabraňuje polarizaci. Katodou je zinek, elektrolytem je koncentrovaný
roztok salmiaku, který je zapuštěn do zvláštní pasty. Elektromotorické napětí článku je 4,5 V.
Olověný akumulátor je sekundární galvanický článek. Aby sloužil jako zdroj
stejnosměrného napětí, musí se napřed nabít. Elektrody jsou olověné a elektrolytem je
zředěný roztok kyseliny sírové. Při nabíjení se anoda pokrývá červenohnědým oxidem
olovičitým ( PbO2) a katoda olovem. Z roztoku mizí voda a tvoří se kyselina sírová (roztok se
stává koncentrovanějším). Vzniká galvanický článek + PbO 2 (H2SO4) Pb -. Při nabíjení
vzroste elektromotorické napětí jednoho článku až na hodnotu 2,7 V. Při vybíjení elektrody
nabývají původního stavu, mizí kyselina sírová a znovu se vytváří voda.
Při poklesu napětí jednoho článku na hodnotu 1,85 V je nutné akumulátor znovu nabít.
Pokud je napětí článku pod touto hodnotou, akumulátor se už znovu nenabije
a v důsledku chemických změn se zničí! Elektromotorické napětí celého akumulátoru je
12 V.
Ni – Cd akumulátor je sekundární galvanický článek, kde je kladnou elektrodou nikl
a zápornou kadmium, elektrolytem je hydroxid draselný. Je to kvalitnější baterie, než olověný
akumulátor.
Ni – MH akumulátor je sekundární článek, kde M je kov, H je vodík. Jedná se o velmi
kvalitní, nejedovatý akumulátor.
59
Tab. 4 Primární články
Článek
Elektrody
Voltův
+ měď Cu
- zinek Zn
Leclanchéův
+ uhlík C
- zinek Zn
alkalický
+ burel
- zinek Zn
zinkostříbrný
+ stříbro Ag
- zinek Zn
+ burel
- lithium Li
lithiový
Elektrolyt
Ue
V
Em
kJ  kg  1
EV
MJ  m  3
Poznámka
k. sírová
H2 SO4
salmiak
NH4 Cl ,
burel
MnO2
hydoxid
draselný
KOH
1
?
?
1. galvanický
článek
1,5
240
450
obyčejné
baterie
1,2
280
900
kvalitnější
baterie
KOH
2,2
440
1 400
KOH
3,1
?
2 100
velmi kvalitní
baterie
dlouhá
životnost
Tab. 5: Sekundární články
Článek
olověný
akumulátor
nikl –
ocelový
akumulátor
(NiFe)
nikl
kadmiový
alkalický
akumulátor
nikl vodíkový
3.3.1.1
Elektrody
+ PbO2
- Pb
+ nikl Ni
- ocel
+ nikl Ni
- kadmium Cd
+ nikl Ni
- MH
(M je kov)
Elektrol
yt
k. sírová
H2 SO4
Ue
V
až
2,7
Em
kJ  kg  1
EV
MJ  m  3
140
240
KOH
1,2
?
?
hydoxid
draselný
KOH
KOH
1,3
1,3
120
280
Poznámka
tvrdý zdroj
nízká
účinnost
350
kvalitnější
baterie,
jedovatý
720
kvalitní
akumulátory,
nejedovatý
Alkalické RAM články
RAM je zkratkové slovo a vyjadřuje sousloví Rechargeable Alkaline Manganese, což
v překladu znamená manganičitá znovunabíjecí baterie. Tato baterie byla vyvinuta týmem
Battery Technologies Inc. (BTI) v Kanadě pod vedením Karla Kordesche, který je rovněž
autorem původní technologie pro alkalické baterie z šedesátých let 20. století.
Nová baterie RAM PURE ENERGY XL = energeticky čistá znovunabíjecí manganičitá
baterie s prodlouženou životností (XL znamená EXtendee Life = prodloužený život) se skládá
60
z anody, která je tvořena slisovanými kroužky oxidu manganičitého (burelu), nasyceného
grafitem za účelem zvýšení vodivosti. Tyto kroužky jsou zalisovány do poniklovaného
ocelového kalíšku, který tvoří pouzdro. Anoda dále obsahuje přísady umožňující opakované
nabití. Katodu tvoří želé nasycené práškovým zinkem. Povrch zrníček je ošetřen indiem.
Vývod katody je ocelová pozlacená jehla s čepičkou, která je záporným vývodem. Separátor
odděluje anodu a katodu, aby nedocházelo ke zkratu a mohly přitom probíhat chemické
reakce. Separátor je z netkané textilie a celofánu.
Vlastnosti RAM článků Pure Energy:
– prodávají se plně nabité a jsou hned připraveny k použití
– netrpí téměř vůbec samovybíjením a vydrží v nabitém stavu při nepoužívání 4 – 7let
– netrpí paměťovým efektem a je vhodné je často dobíjet. Čím dříve je započato jejich
dobíjení, tím menší chemické změny v nich nastanou a tím vyšší kapacitu mají pro další
cyklus
– počet nabíjecích cyklů je 50 - 200
– mají EMN 1,5 V
– mají kapacitu 2 000 mAh u tužkového článku
– snášejí vysoké provozní i nabíjecí teploty (až 600 C), což umožňuje jejich nabíjení
solárními nabíječkami na přímém slunci
– jsou ekologicky čisté (mohou se vyhodit do odpadkového koše)
– dodávají se v rozměrech R6 AA (tužková) a R03 AAA (mikrotužková baterie).
Tab. 6 Porovnání RAM článků s jinými zdroji napětí
Parametr
napětí Ue (V)
kapacita (mAh)
počet nabíjecích
cyklů
zachování min.
kapacity 80 %
paměťový efekt
okamžitě
použitelné
obsah těžkých
kovů
Alkalické
baterie
1,5
až 2 400
Akumulátory
NiCd
1,2
500 - 800
Akumulátory
NiMH
1,2
1 500 – 2 400
RAM
RAM XL
1,5
1400 - 1600
1,57
až 2000
1
200
200
25 - 200
50 - 200
7 let
2 měsíce
1 měsíc
5 let
7 let
NE
ANO
minimální
NE
NE
ANO
NE
NE
ANO
ANO
Kadmium
Nikl a Kobalt
bez t. k.
bez t. k.
bez těžkých
kovů
Použití RAM a RAM XL v praxi: fotoaparáty, blesky, kapesní svítilny do odběru proudu
1 A, pagery, operátory, navigace, minipočítače, digitální hry, dálkové ovladače, měřicí
přístroje, zálohy dat, ...
Dynamo je točivý elektrický stroj, který mění mechanickou energii na elektrickou. Skládá se
z pevné části statoru a otáčivé části rotoru. V magnetickém poli statoru se otáčí rotorové
cívky. V cívkách se indukuje střídavé napětí, jež je pomocí komutátoru vyvedeno na vývody
dynama. Komutátor (mechanický usměrňovač) přepíná póly cívky tak, aby bylo na vývodech
napětí stejné polarity. Protože vinutí rotoru má více cívek, jejichž napětí se sčítá, je výstupní
napětí dynama téměř stejnosměrné s malým zvlněním. Napětí dynama je závislé na otáčkách
n a magnetickém toku statoru Φ.
U=knΦ ,
kde k je konstanta dynama, která závisí na způsobu vinutí a počtu závitů cívek.
61
3.3.2 Zdroj střídavého napětí a proudu
Alternátor je točivý elektrický stroj, který mění energii mechanickou na energii elektrickou.
Funguje na principu elektromagnetické indukce. U jednofázového alternátoru smyčka rotuje
úhlovou rychlostí v magnetickém poli, periodicky se mění magnetický indukční tok s časem
a v důsledku toho se ve smyčce indukuje napětí. V praxi je rotorem magnet (elektromagnet)
a statorem (nepohyblivou součástí) je vinutí cívky.
Ve spotřebitelské síti má napětí frekvenci 50 Hz.
Střídavá napětí o vyšších frekvencích než 50 Hz získáváme v elektronických oscilátorech.
Trojfázový generátor má vinutí cívek statoru umístěno tak, že osy cívek svírají úhel 120 , což
2
je π rad.
3
Obr. 6.3 Alternátor
Jestliže turbína nebo jiný pohon otáčí rotorem a v jeho budícím vinutí prochází stejnosměrný
proud, vzniká točivé magnetické pole, které v trojfázovém vinutí statoru vyvolá (indukuje)
trojfázové střídavé napětí. V cívkách se pak indukují napětí:
u1  U m  sin(ω  t )
2π 

u 2  U m  sin ω  t 

3 

4π 

u 3  U m  sin  ω  t 

3 

u1  u 2  u 3  0 , součet napětí se vždy rovná nule.
Vinutím statoru prochází proud při připojení statoru ke spotřebiči. Přenos energie se děje
čtyřmi vodiči (zapojení do hvězdy) a třemi v zapojení do trojúhelníka. V praxi se i v zapojení
do trojúhelníka používá čtvrtý vodič jako ochranný.
62
a – zapojení do hvězdy
b – zapojení do trojúhelníka
L 1, 2, 3 jsou fázové vodiče; N je nulový vodič
Obr. 7.3 Zapojení do hvězdy a trojúhelníku
Ve spotřebitelské síti mají fázová napětí efektivní hodnotu 230 V (napětí mezi nulovým
vodičem a kterýmkoliv fázovým vodičem).
Napětí mezi kterýmikoliv dvěma fázovými vodiči je napětí sdružené, to má hodnotu
400 V.
u1 , u 2 , u 3 jsou v obrázku fázová napětí, u 12 , u13 , u 23 jsou v obrázku sdružená napětí:
Uf 
US
3

400
3
 230 V Fázová i sdružená napětí mají číselně stejně velké efektivní
hodnoty, které nám ukazují měřicí přístroje
U ef 
U ef
Um
U m  U ef  2 ,
,
U m  230  2  325 V , kde U m je maximální napětí.
2
je efektivní napětí, U f je fázové, U S je sdružené a U m je maximální napětí.
Obr. 8.3 Souměrné zatížení alternátoru v zapojení do hvězdy
63
Při souměrném zatížení se proud ve vedení rovná fázovému proudu ve fázích alternátoru
i spotřebiče. Směr fázových proudů pokládáme za kladný ve směru od alternátoru ke
spotřebiči. Proud ve středním vodiči má kladný směr od spotřebiče k alternátoru. Při
souměrném zatížení trojfázové soustavy svírají fázory napětí a proudů úhel 1200 a impedance
v jednotlivých fázích jsou shodné: Z U  Z V  Z W . Proud ve středním vodiči I N  0.
Pro fázové proudy platí
I U  I V  I W  0 a všechny proudy jsou stejné.
IU 
UU
UV
UW
, IV 
, IW 
ZU
ZV
ZW
Středním nulovým vodičem, neprochází žádný proud.
Nesouměrné zatížení sítě je způsobeno připojením několika různých jednofázových
spotřebičů. Například obytné domy jsou připojeny na čtyřvodičové vedení, avšak jednotlivé
byty jsou připojeny vždy jen na jednu fázi. Nejčastěji dochází k tomu, že souměrný zdroj je
zatížen nesouměrně, neboť je obtížné odhadnout zatížení jednotlivých fází spotřebiči obyvatel
domu.
Platí:
IU  IV  IW  IN
ZU  ZV  ZW
Při nesouměrném zatížení prochází středním vodičem proud IN, který má vždy hodnotu menší
než ve fázových větvích. V sítích nízkého napětí se nesmí střední vodič (nulový) přerušit
(má současně ochrannou funkci) a nesmí se do něj vřazovat ani vypínače, ani pojistky.
Obr. 9.3 Zatížení alternátoru v zapojení do trojúhelníku
I UV 
U UV
 IU  IV
Z UV
I VW 
U VW
 IV  I
Z VW
64
W
I WU 
U WU
 IW  IU
Z WU
Přeměna stejnosměrného proudu na střídavý proud a naopak pomocí elektronických obvodů
není v dnešní době problém.
Obr. 10.3 Funkční schéma roznětnice KRAB 1200
1 – čtyři kusy monočlánků (baterie) 4 x 1,5 V = 6 V
2 – měnič stejnosměrného proudu o napětí 6 V na střídavý proud o napětí 6 V
3 – transformace střídavého proudu o napětí 6 V na napětí až 1200 V
4 – měnič střídavého proudu o napětí až 1 200 V na stejnosměrný proud o napětí až 1 200 V
5 – akumulace energie v kondenzátoru po jeho nabití až na napětí 1200 V
Použité elektroznačky: 1 – baterie; 3 – transformátor; 5 – kondenzátor;
– střídavý proud;
– stejnosměrný proud.
Roznětnice KRAB 1 200 má elektrické obvody nejen pro transformaci a akumulaci elektrické
energie, ale má další funkční celky, mezi které patří kontrola nabití výstupního kondenzátoru,
výstupní spouštěč – spínač a omezovač dodávky proudu roznětnicí do proudového okruhu na
4 ms. Délka proudového impulzu má zamezit vzniku elektrických oblouků na strženém
propojovacím vedení mezi náložemi po jejich aktivaci. Další důležitou kontrolkou roznětnice
je kontrola stavu monočlánků, pokud je jejich energie vyčerpaná, musí se vyměnit za funkční.
Problém s monočlánky odpadá u kondenzátorových roznětnic DBR – 12, kde získáme
potřebnou energii pro roznět rozbušek mechanicky otáčením klikou alternátoru. Otáčení
provádíme tak dlouho, až se rozsvítí kontrolka nabití výstupního kondenzátoru.
3.4
Elektrický vodič
Elektrický vodič je látka, která vede elektrický proud. Elektrický vodič musí obsahovat volné
částice s elektrickým nábojem, což jsou u vodičů z pevné látky volné elektrony, u kapalin to
jsou iony, u plynů iony a volné elektrony a u vakuových elektronek se přenáší elektrický
proud pomocí termoemise – uvolněné elektrony ze žhavené katody. Vodič lze také definovat
jako látku s rezistivitou pohybující se mezi 10-6 a 10-8 Ωm. V elektrotechnice se vodičem také
označují vodivý drát, kabel, pásek nebo lanko, které se používají pro vodivé propojení
součástek v elektrickém obvodu.
Obr. 11.3 Elektrický vodič
65
Dělení vodičů
Podle mechanismu vedení elektrického proudu dělíme vodiče na 2 skupiny:
 vodiče 1. řádu (kovy a uhlík ve formě grafitu). U těchto vodičů se přenosem náboje
nemění jejich fyzikální a chemické vlastnosti
 vodiče 2. řádu (roztoky a taveniny iontových solí, kyselin a zásad = elektrolyty)
Proud přenášejí elektricky nabité částice zvané iony. Pohybem ionů dochází k přenosu
částic na elektrody a chemickým změnám látky. Iony jsou proti elektronům větší,
jejich pohyblivost je menší, takže i vodivost je nižší.
3.4.1
Odpor vodiče a elektrická vodivost
Vodič má odpor 1  , jestliže vodičem prochází proud 1 A a na koncích vodiče je napětí
1 V.
R
U
I
R  ρ
l
S
Rt  R0  (1  α Δt )  R0  (1  α ΔT )
Δt  ΔT
Číselná hodnota rozdílu teplot v °C a K (kelvinech) je stejná.
Pro měrný elektrický odpor (rezistivitu) platí vzorec:  t  ρ0  ( 1  α Δ t )
G
1
S
 
R
l
je elektrická vodivost s jednotkou S (siemens)
Tab. 7 Veličiny a jednotky, které se používají při výpočtech hodnot veličin z Ohmova zákona
a ze vzorců pro elektrický odpor
Veličiny
Jednotky
R = elektrický odpor
U = elektrické napětí
I = elektrický proud
ρ = měrný elektrický odpor = rezistivita
Ω
V
A
  m
1
  mm  m  μ  m
Elektrotechnická praxe užívá jednotku
Mikroohmmetr je rezistivita vodiče o ploše průřezu 1 mm2, délce 1 m a odporu 1 .
2
l = délka vodiče
πd2
2
 plocha průřezu vodiče
S = πr 
4
m
R0 = elektrický odpor při počáteční teplotě
Δt,ΔT  rozdíl teplot
 = teplotní součinitel elektrického odporu
Ω
K (kelvin)
K-1
G =
γ
m2
1
= vodivost
R
S (siemens)
1
= měrná vodivost = konduktivita
ρ
S  m  mm2  MS  m1
66
Tab. 8 Hodnoty teplotních součinitelů elektrického odporu látek
Látka

K 1
konstantan
rtuť
stříbro
měď
hliník
wolfram
železo
0,00005
0,001
0,0041
0,004
0,004
0,0045
0,0065
Tab. 9 Konduktivita a rezistivita některých látek
Látka
stříbro
měď
zlato
hliník
wolfram
zinek
železo (ocel)
nikelin
konstantan
grafit


1
MS  m
65
59
45
37
18
17
17
2,38
2,04
0,0167
μΩ  m
0,0152
0,0178
0,0220
0,0267
0,0536
0,0591
0,0596
0,4200
0,4900
60
Nejlepší vodivost (konduktivitu) má stříbro. Jako vodič se však používá vzhledem ke své ceně
výjimečně. Jako vodič nejčastěji používáme měď. Hliník cenově i váhově na daný průřez
vychází lépe, je však křehký a hodí se jen na trvalé nehybné propojení. V důlních podmínkách
u elektrických rozbušek používáme i ocelové, pocínované vodiče s izolací z PVC.
Špatné vodiče (s malou vodivostí, resp. velkým odporem: uhlík, nikelin, konstantan,
chromnikl a řada dalších převážně slitin) se hodně zahřívají a ve vodiči vzniká velké množství
tepla. Takové vodiče se používají např. jako topné spirály v tepelných elektrických
spotřebičích, které se rovněž označují jako odporové vodiče.
V elektrotechnice se velmi často používá elektrotechnická měď, u které nás zajímá odpor
vodiče při průřezu 1 mm2 při délce 1 m, což je rezistivita vodiče v μΩ m (viz. tabulka 8).
Při teplotě, která se blíží 0 K se vodič nemá téměř žádný elektrický odpor a tomuto jevu
říkáme supravodivost.
3.4.2 Ohmův zákon
Elektrický proud procházející vodičem je přímo úměrný napětí na koncích vodiče při
konstantním elektrickém odporu vodiče.
Ohmův zákon
I
U
R
U  R I
Tyto vzorce vyjadřují lineární závislost proudu na napětí při konstantním odporu.
Vzorec
R
U
I
je odvozen z Ohmova zákona
67
Je to výpočet ohmické konstanty vodiče (rezistoru), která nezávisí na velikosti proudu
a napětí, protože odpor je vlastnost vodiče (rezistoru). Je to definiční vztah pro jednotku
elektrického odporu.
Vodič má odpor 1 ohmu, jestliže vodičem protéká proud 1 ampéru a mezi konci vodiče
je napětí jednoho voltu.
I je elektrický proud ; A (ampér)
U je elektrické napětí ; V (volt)
R je elektrický odpor ; Ω (ohm)
Elektrický odpor je vlastnost vodiče, rezistoru (prvku).
Obr. 12.3 V-A charakteristika rezistoru s konstantním odporem
Toto je grafické vyjádření závislosti proudu na napětí u rezistoru, pro který platí
Ohmův zákon. Rezistor má konstantní odpor, když zanedbáme jeho zahřívání.
Schéma zapojení prvků v obvodu, na kterém ověřujeme Ohmův zákon. Tento obvod lze
použít jen při malých odporech rezistoru. Pro měření se doporučuje použít hodnotu odporu
rezistoru do 100 .
Obr. 13.3 Schéma zapojení pro ověření Ohmova zákona
Cvičení 3
Příklady na výpočet elektrického odporu
1. Jaká je hodnota velikosti elektrického odporu rezistoru, jestliže na něm naměříme 100 V
a prochází jím proud 250 mA.
[R = 400 Ω]
68
2.
Určete velikost napětí na rezistoru o odporu 2 kΩ, kterým prochází elektrický proud
100 mA.
[U = 200 V ]
3. Určete velikost elektrického proudu, který prochází rezistorem o odporu 200 Ω, na kterém
je napětí 100 V.
[I = 0,5 A]
4.
Jak se změní hodnota elektrického odporu prvku v obvodu, jestliže se velikost napětí
dvakrát zvětší, avšak velikost elektrického proudu zůstane stejná?
[2  se zvětší]
5.
Jak se změní velikost napětí na rezistoru, jestliže velikost odporu zůstane stejná
a velikost elektrického proudu se zmenší na polovinu?
[2  se zmenší]
6.
Určete délku vodičů z mědi a hliníku, jejichž odpor je 200 Ω, plocha průřezu je
0,025 mm2 a ρCu  0,0178 μΩm , ρAl  0,0285 μΩm .
[ l Cu  280,9 m; l Al  175,4 m]
7.
Určete velikost elektrického odporu vodiče o délce 28 090 m, který je z mědi a plocha
průřezu vodiče má velikost 5 mm2.
[R = 100  ]
8.
Určete měrný elektrický odpor (rezistivitu) a konduktivitu materiálu vodiče, který má
délku 1 km, průměr vodiče je 3,57 mm, elektrický odpor má velikost 200 Ω.
1
[ ρ  2 μΩm,   0,5 MS ·m ]
9.
Určete velikost elektrického odporu vodiče při teplotě 50 C , jestliže při teplotě 20 C
má velikost 50 Ω. ( α  0,0042 K 1 )
[ R50  56,3  ]
10. Určete velikost teplotního rozdílu u vodiče, který má při počáteční teplotě elektrický
odpor 1,5 Ω a při konečné teplotě je velikost elektrického odporu vodiče 1,55 Ω,
teplotní součinitel odporu α  0,005 K 1 .
Δ t  6,7 C
11. Na čem závisí velikost elektrického odporu vodiče?
12. Co se stane s velikostí elektrického odporu vodiče, u kterého snížíme teplotu?
14. Ovlivňuje hodnotu elektrického odporu vodiče materiál vodiče?
15. Nakreslete V-A charakteristiku rezistoru, pro který platí Ohmův zákon.
16. Zkuste nakreslit závislost odporu na teplotě u kovového vodiče.
69
3.4.3 Teplotní délková roztažnost vodičů
Teplotní délková (lineární) roztažnost vodiče je jev, při kterém se délka vodiče zahřátého
na určitou teplotu roztáhne v daném směru o určitou délku, nebo se při ochlazení vodič zkrátí.
Tento jev je pozorován u venkovního elektrického vedení, kdy za velkých letních teplot
dochází k prodloužení vodičů a při poklesu teploty v zimě dochází ke zkrácení vodičů
a někdy i k jeho přetržení.
Rozepsáním změny délky lze vztah zapsat ve tvaru
l  l 0  (1  t )
l0 je délka vodiče (m) při počáteční teplotě t0 (obvykle 0 °C nebo 20 °C).
l je výsledná délka vodiče (m)
t je rozdíl mezi konečnou a počáteční teplotou (°C, K)
 je teplotní součinitel délkové roztažnosti (K-1)
3.4.4 Rozdělení vodičů podle izolace
A. Holé vodiče
Tyto vodiče se používají tam, kde za běžných podmínek (včetně tzv. podmínek jedné
poruchy) nehrozí nežádoucí chování vodiče (bezprostřední ohrožení života a zdraví, zkrat
apod.) nebo tam, kde je naopak žádoucí, aby vodivé jádro bylo přístupné přímo. Jsou to
vodiče:
 Holý měděný drát kruhového průřezu - užívá se k výrobě spojek uvnitř rozvaděčů
 Měděné tyče obdélníkového nebo obecně nekruhového průřezu - na přípojnice uvnitř
rozvoden, rozvaděčů, jako součást přípojnicových rozvodů, kterými se napájejí stroje
v průmyslových provozech
 Měděné pletivo - pás spletený z tenkých měděných drátků, používá se k propojení
kovových dveří nebo oddělitelných krytů různých strojů a rozvaděčů
 Trolejový drát - drát s rybinovou upevňovací drážkou, slouží jako vrchní napájecí
vedení na elektrifikovaných drahách (tramvaje, trolejbusy, elektrifikované železnice,
starší typy mostových jeřábů)
 Lana pro vzdušná vedení VN a VVN, jádro je tvořeno pevným ocelovým lanem,
opleteným hliníkovými vodiči
 Hromosvodní drát - ocelový, žárově pozinkovaný drát průměru 8 až 10 mm používaný
na svody systémů ochrany před atmosférickým přepětím
 Zemnicí páska - ocelová, žárově pozinkovaná páska k uložení do základů budov
a k propojení jednotlivých svodů bleskosvodu
 Odporová vlákna ze slitin železa - pro žhavicí spirály žárovek, zářivek a elektronek
 Odporové dráty (pásky) také ze slitin železa - pro topné elementy v zařízeních pro
elektrické topení (akumulační kamna, vzduchové clony), případně jako brzdové
odpory ve vozidlech elektrické trakce
 Ostatní holé, neizolované vodiče
o Kolejnice na elektrifikovaných železnicích, v metru a tramvajových tratích.
Ocelové kolejnice tvoří jeden přívodní vodič, druhým přívodním vodičem je
trolej, jako vrchní napájecí vedení
o Vodiče vytvořené jako součást motivu plošného spoje
70
B. Izolované vodiče
Pokud je to potřeba, bývá vlastní vodivý materiál obalen izolační vrstvou, jejímž účelem je
zabránit zkratům, v agresivním prostředí prodloužit životnost vodiče, a zejména pak u vyšších
napětí (nad 50 V~ a 60 V=) zabránit ohrožení osob.
Vodiče s plastovou izolací
Na jádro takového vodiče se za vysoké teploty (podle druhu materiálu zhruba od 130 po
420 °C) nanáší roztavený plast - nejčastěji měkčené PVC (běžné nebo bezhalogenové), pro
kabely s vyšší teplotní odolností polyetylen, pro energetické kabely HFFR, EVA
(etylenvinylacetát), polyamid, FEP, teflon atd. Specialitou pro vodiče s vysokou tepelnou
odolností je izolace ze silikonového kaučuku, která se nanáší obdobně jako ostatní plasty, ale
děje se tak za běžné pokojové teploty a teprve poté se izolace na vodiči vypaluje v
horkovzdušném tunelu.
Vodiče s minerální izolací
Vodiče pro vinutí elektrických strojů točivých i transformátorů jsou obaleny tkanicí ze
skelných vláken prosycených pryskyřicí. Izolační materiál je příbuzný materiálu, který se
používá pro výrobu plošných spojů. Jde vesměs o vodiče větších průřezů obdélníkového
tvaru.
Vodiče s lakovou izolací
Tyto vodiče se nazývají smaltované a používají se například pro vinutí elektromotorů
a alternátorů - velmi dobře odolávají vysokým teplotám a mechanickému namáhání.
 Lakované vodiče s tepelně odolným lakem - pro vinutí pracující za vyšších teplot
(typicky v teplotních třídách H nebo C). Pro připojení konců vinutí z těchto vodičů je
nutné izolaci mechanicky odstranit
 Pájitelné (samopájitelné) vodiče - lak je stabilní při provozní teplotě, ale při zahřátí
páječkou se rozteče a odkryje povrch vodiče. Při zapojování konců vinutí z tohoto
typu vodiče není nutné mechanické odstranění izolace.
 Spékatelné vodiče - mimo vrstvu, která funguje jako závitová izolace je vodič opatřen
další vrstvou , kterou lze po navinutí tepelně vytvrdit, spéct. Tím se zlepší izolační
vlastnosti výsledného vinutí a zvýší se mechanická tuhost vinutí. Tato úprava může
v řadě případů nahradit vakuově-tlakovou impregnaci vinutí.
Vodiče s textilní izolací
Tato izolace může být nanesena opředením nebo opletením.
C. Barvy izolace
Izolace vodičů je různobarevná. Na základě přijaté ČSN IEC 757 jsou od roku 1996
definovány tyto základní barvy (v závorce používaná zkratka):
 černá (č) - black (BK)
 hnědá (h) - brown (BN)
 rudá (r) - red (RD); český název "červená" barva se v kabelařině zásadně nepoužívá,
aby nedošlo k záměně s pojmem "černá".
 oranžová (or) - orange (OG)
 žlutá (žl) - yellow (YE)
 zelená (z) - green (GN)
 modrá (m) - blue (BU)
 fialová (f) - violett (VI)
 šedá (š) - grey (GY)
 bílá (b) - white (WH)
 růžová (ru) - pink (PK)
 zlatá (zla) - golden (GD)
71
tyrkysová (t) - turquoise (TQ)
stříbrná (stř) - silver (SR)
Kabelářská výroba pak přidala ještě další barvy, na které IEC v původním dokumentu z roku
1983 nepomyslel:
 světle hnědá (sh) - tan (TA)
 světle modrá (sm) - light blue (LB)
 bezbarvá transparentní (tt) - transparent (TT).
Barvy pak lze vzájemně kombinovat - jedna barva se použije jako základní (75 - 85 %
povrchu) a druhá jako přístřiková (15 - 25 % povrchu). Toho využívají zejména výrobci
automobilů - vzhledem ke stále rostoucímu množství elektrických obvodů v autech rostou
i nároky na rozlišitelnost obvodů, a tak se dnes setkáváme již s několika stovkami typů
kombinací.
Ovšem v silových rozvodech existuje jediná přípustná barevná kombinace povolena pro
žlutou a zelenou barvu, jejichž vzájemný poměr musí být mezi 30 a 70 % a které se smí
použít výhradně jako ochranný vodič.


Třídy teplotní odolnosti izolace
Pro vinutí elektrických strojů točivých i netočivých je běžné udávat nejvyšší přípustnou
teplotu písmenným kódem, takzvanou teplotní třídou (třídou teplotní odolnosti). Teplota se
určuje měřením odporu vinutí.
Tab. 10 Teplotní třídy izolací
Třída
Teplota (ºC)
Y
90
A
105
E
120
B
130
F
155
H
180
C
>180
1 – vodič; 2 – izolace; 3 – stínění; 4 – izolace
hnědý vodič – fázový – L1
žlutozelený vodič – ochranný – PE
světlomodrý vodič – nulovací (střední) - N
Obr. 14.3. Elektrický vodič se stíněním
Obr. 15.3. Elektrický kabel
Cvičení 4
1.
Kde se používají holé vodiče?
2.
Vyjmenujte druhy izolací vodičů.
72
3.
Na jaký vodič se v sítích používá černě, hnědě a šedě, modře a žlutozeleně zbarvená
izolace?
4. Jaký je význam velkých písmen na izolacích vodičů?
3.5
Elektrické spotřebiče
Elektrický spotřebič je elektrotechnická součástka, která mění (spotřebovává) elektrickou
energii na jiný druh energie. Elektrický spotřebič spolu se zdrojem elektrického proudu je
nejdůležitější částí elektrického obvodu.
Toto zařízení se často skládá z více součástek a je kombinací různých druhů přeměn energií.
Parametry spotřebičů
Důležitým parametrem elektrických spotřebičů je elektrické napětí a elektrický příkon,
který určuje, kolik elektrické energie za jednotku času spotřebič potřebuje k tomu, aby začal
fungovat.
Parametry bezpečnosti
Parametry bezpečnosti (bezpečnostní předpisy) u elektrických zařízení jsou určeny
k zabránění úrazům způsobeným elektrickým proudem. Proto jsou výrobci elektrických
spotřebičů (i dovozci) povinni před uvedením výrobku na trh provádět základní zkoušky (dle
ČSN 34 5610, ČSN 34 5611, …) a rovněž získat osvědčení autorizované zkušebny EZU
Praha (Elektrotechnický zkušební ústav).
Třída ochrany
Elektrický spotřebič lze podle způsobu připojení v elektrické instalaci zařadit do některé ze
tříd ochrany.
Tab. 11 Třídy spotřebičů
Třída
spotřebiče
Třída
ochrany 0
Popis + příklady
Spotřebiče nemají pracovní izolaci a naše norma jejich užití zakazuje. …
Třída
ochrany I
Spotřebiče mají pracovní izolaci a jsou opatřeny ochrannou svorkou nebo
ochranným kontaktem. Patří sem:
Pračka, sporák, žehlička, počítač, …
Třída
ochrany II
Spotřebiče mají dvojitou nebo zesílenou izolaci a nemají (nesmějí mít)
ochrannou svorku. Mají celý povrch buď z izolantu nebo mohou mít některé
části kovové, avšak vždy oddělené zesílenou izolací. Patří sem:
Holicí strojek, fén, vrtačka, bruska, …
Třída
ochrany III
Spotřebiče se připojují k malému napětí, tedy k sítím SELV a PELV. Patří sem:
Nízkovoltové žárovky, nízkovoltová elektrická zařízení v zahradnictví,
lékařství, zemědělství, …
Stupeň krytí
Krytí je konstrukční opatření, které je součástí elektrického spotřebiče. Poskytuje ochranu
před dotykem s živými a pohybujícími se částmi. Rovněž však chrání spotřebič před
poškozením, vnikem cizích těles a vody či vodních par.
73
Přeměna energií ve spotřebičích:
a) změna elektrické energie na tepelnou – odporový drát nejčastěji ve formě
topné spirály obsažené v tepelných elektrických spotřebičích: elektrický vařič,
elektrická trouba, elektrický přímotop, pračka, elektrický bojler, rychlovarná
konvice, ponorný ohřívač, kulma, fén, žehlička, elektrická rozbuška (obr. 3.12
a 3.13) apod.
b) změna elektrické energie na mechanickou - elektromotor, kuchyňský robot,
mixér, vysavač, elektrické čerpadlo, elektrická bruska, okružní pila
elektromobil, startér, elektrická lokomotiva, vrtačka, soustruh, přehrávače,
rekordéry, dopravníky, kombajny, nakladače, apod.
c) změna elektrické energie na zářivou energii (energii některého z druhů
elektromagnetického záření) - katodová trubice, zářivka, televizor, monitor
počítače, digitální budík, kalkulačka, elektromagnetický dipól, mobilní telefon,
infrazářič, mikrovlnná trouba, laser, GPS, LED apod.
d) změna elektrické (elektromagnetické) energie na zvuk – reproduktor, rádio,
televizor, sluchátka, telefon, elektroakustické hudební nástroje apod.
e) změna elektrické energie na chemickou energii - zařízení pro elektrolýzu,
galvanizaci, elektrická rozbuška apod.
f) změna mechanické energie na elektrickou energii – generátory
g) změna tepelné energie na elektrickou – termočlánek
h) změna světelné energie na elektrickou – fotorezistor, fotodioda
Elektronické spotřebiče
Zvláštní skupinu tvoří elektronické spotřebiče, obsahující elektronické obvody, které nemusejí
přímo měnit elektrickou energii na jiný druh energie, ale zpracovávají elektrické signály od
vstupního zařízení do výstupního.
Mezi elektronické spotřebiče patří počítač, mobilní telefon, přehrávač, rekordéry,
gramofon, magnetofon, video, elektronické hudební nástroje, zesilovač, mixážní pult,
kontrolní, řídicí a přenosové systémy apod.
Obr. 16.3. Elektrická rozbuška
1 – vodič; 2 – elektrická pilule; 3 – přenosová a zpožďovací nálož; 4 – roznětná nálož
Obr. 17.3 Řez elektrickou rozbuškou
74
3.6
Řízení elektrického obvodu
A. Řízení elektrických obvodů pomocí kontaktních přístrojů
Nejjednodušším způsobem ovládání elektrických obvodů je využití kontaktních přístrojů.
V úvodu třetí kapitoly na obrázku 3.3 je znázorněn elektrický obvod ovládaný vypínačem. Na
obrázcích 21.2 až 24.2 v druhé kapitole jsou znázorněna elektrická schémata ovládání
světelných okruhů pomocí vypínačů a přepínačů.
Kontaktní přístroje rozdělujeme podle rozpojovaného napětí a proudu, druhu proudu
(stejnosměrný a střídavý) a ovládané zátěže (zátěž ohmická, indukční a kapacitní).
Obr. 18.3 Elektrotechnická
značka spínače (vypínače)
Obr. 19.3. Vypínač pro světelné okruhy
Obr. 20.3. Přepínač
Obr. 21.3. Stykač
Na obrázku 20.3 je přepínač, který slouží pro spouštění elektrických motorů do příkonu 3 kW
pro trojfázový proud v zapojení do hvězdy a po rozběhu motoru s možností přepnutí do
trojúhelníku.
Spotřebiče o větším příkonu nad 3 kW, případně spotřebiče, které chceme ovládat dálkově
nebo pomocí elektroniky, ovládáme pomocí stykače (obr. 21.3). Stykač je zařízení pro
spínání nebo rozepínání elektrického spojení.
75
Obr. 22.3. Schematická značka třífázového stykače
1-2, 3-4, 5-6 jsou fázové kontakty, 11-12 jsou pomocné rozpínací kontakty a 23-24 spínací
kontakty
1 – ovládací cívka
2 – pružina
3 – magnetický obvod (celé magnetické jádro i spodní
část), vrchní pohyblivá část se jmenuje kotva
4 – pohyblivé kontakty
Obr. 23.3 Vnitřek stykače
Stykače a relé mají podobnou konstrukci, princip i charakteristické parametry. Když
přivedeme napětí na svorky cívky, vzniká magnetické pole a kotva s pohyblivými kontakty je
přitažena. Pohyblivé kontakty se spojí s pevnými nebo se přeruší spojení. U stykačů jsou
hlavní proudové kontakty spínací. Pomocné kontakty jsou spínací nebo rozpínací. Výměnou
jednotlivých částí, například sady kontaktů nebo cívky, je možno stykač upravit pro jiné
napětí nebo vybavit jiným typem kontaktů. Stykače se rozdělují do kategorií podle druhu
proudu a použití. Příslušná kategorie musí být na stykači uvedena.
Obr. 24.3 Vnitřek kompaktní stykačové skříně
76
V důlních provozech pracují elektrické spotřebiče o příkonech v desítkách až stovkách
kilowattů. Stykače pro uvedené příkony musí mít speciální kontakty opatřené zařízením pro
zhášení oblouků, které vznikají zejména při odpojování indukčních zátěží. Na obrázku 24.3
je kompaktní stykačová skříň, která slouží pro ovládání tří elektrických zařízení. Sdružování
více stykačů do jedné skříně je řešeno z důvodů úspory místa a finančních prostředků.
Stykačové skříně v nevýbušném provedení jsou větší a dražší.
B. Řízení elektrických obvodů bezkontaktními přístroji
Pro spínání elektrických spotřebičů se využívá elektronických součástek, kterými mohou být
spínací tranzistory, tyristory a triaky. Při tomto způsobu spínání nevzniká elektrický oblouk
a nevzniká mechanické namáhání, proto jsou při vhodné konstrukci bezkontaktní spínače
velice spolehlivé. Výhodou mohou být i malé rozměry těchto přístrojů a široké možnosti
nastavení jejich funkce.
Nevýhodou je větší odpor při sepnutém stavu a z toho vyplývající ztráty a zahřívání
elektronických spínacích součástek. Ve vypnutém stavu je elektrický odpor mnohem nižší než
u rozepnutého kontaktu, proto nelze bezkontaktní spínání použít pro bezpečné vypnutí
elektrického zařízení – k bezpečnému vypnutí se použije hlavní vypínač, který svými
kontakty mechanicky odpojí zařízení od zdroje.
C. Výkonové spínače s elektronickým vypínáním
Moderní výkonové spínače zahrnují i jističe a elektroniku zajišťující:
· Ochranu před přetížením,
· Ochranu před zkratem mezi aktivními vodiči,
· Ochranu před zkratem na zem, před chybovým proudem na zem,
· Ochranu před nesymetrickým zatížením fází,
· Ochranu před podpětím a
· Hlídání teploty, např. teploty vinutí motoru.
Kromě toho jsou některé výkonové spínače vybaveny ukazateli (měřicími přístroji) fázových
proudů, výkonu, účinku (cos j) a indikátory vypínacích funkcí.
Pro dálkové sledování a řízení jsou moderní výkonové spínače vybaveny také komunikačním
rozhraním, např. rozhraním RS 485, AS-I-Bus nebo PROFIBUS-DP.
Moderní výkonové spínače zajišťují všechny běžné ochrany a předávají po datové síti
informace o svém stavu.
3.7
Elektrické veličiny obvodu a jejich výpočet
Mezi veličiny, které je v elektrických obvodech nutné umět vypočítat, patří elektrický proud,
napětí, elektrický odpor, rezistivita, konduktivita, celkový odpor obvodu při sériovém
a paralelním zapojení spotřebičů, celkové napětí a proud při sériovém zapojení spotřebičů
a zdrojů, práce a výkon elektrického proudu, účinnost zařízení a tyto výpočty je třeba
aplikovat na pracoviště v dole.
3.7.1 Barevný kód rezistorů
Na značení se používá 12 barev, které se v podobě úzkého proužku nanášejí těsně vedle sebe
po obvodu válcového tělíska rezistoru.
77
Tab. 12 Význam barev proužků na rezistorech
Barva
stříbrná
zlatá
černá
hnědá
červená
oranžová
žlutá
zelená
modrá
fialová
šedá
bílá
žádná
1. proužek
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
2. proužek
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
Součinitel
10 2
10 1
1
10
10 2
10 3
10 4
10 5
10 6
10 7
10 8
10 9
-
Odchylka
 10%
 5%
 1%
 2%
 0,5%
 0,25%
 0,1%
 20%
Při určování velikosti odporu rezistoru musíme nejdříve zjistit, na které straně tělíska jsou
proužky naneseny blíže ke kraji – k čepičce. Tam je začátek barevného kódu a odtud se
stanoví pořadí proužků k opačnému konci.
První a druhý proužek zleva udává dvojčíslí, které patří do jmenovité řady hodnot. Třetí
proužek určuje násobitel. Abychom se vyhnuli problémům, zapamatujme si následující radu:
Za dvojčíslí připíšeme tolik nul, kolik udává číslo ve druhém sloupci, které patří barvě
ve třetím sloupci.
V praxi to znamená: třetí proužek je černý (0) - žádnou nulu nepřipisujeme
hnědý (1) - připíšeme 1 nulu, násobíme deseti
červený (2) - připíšeme 2 nuly, násobíme stem
oranžový (3) - připíšeme 3 nuly, násobíme tisícem atd.
Čtvrtý proužek značí dovolenou úchylku v procentech. Stříbrný a zlatý proužek patří vpravo,
tedy na konec barevného kódu.
Někdy však je problém správně vyhodnotit barvy (špatně se vytiskly, jiný odstín …).
Největší jistota při správném určení odporu rezistoru – použijte ohmmetr!
Řešený příklad 2 podle tabulky 12
Rezistor má odpor 35 000 Ω s odchylkou  5%
Obr. 25.3 Barevné značení hodnot odporu rezistoru
78
Cvičení 9
1.
Určete číselné hodnoty odporu rezistoru k52, 8k2, 6M8, 2M1, M43, 50, 430, 24k, 5M5,
[520 Ω; 8 200 Ω; 6 800 000 Ω; 2 100 000 Ω; 430 000 Ω; 50 Ω; 430 Ω; 24 000 Ω;
5 500 000 Ω]
2.
Určete hodnotu odporu podle barevných proužků: 1. proužek žlutý, 2. proužek je
oranžový, 3. proužek žlutý, 4. proužek zlatý.
[R = 430 000 Ω s odchylkou  5%]
3.
Určete hodnotu odporu rezistoru podle barevných proužků: 1. proužek šedý, 2. proužek
červený, 3. proužek hnědý, 4. proužek oranžový.
[R = 820 Ω]
4
Hodnoty odporů rezistorů z příkladu 2 a 3 ověřte ohmmetrem.
3.7.2 Sériové a paralelní zapojení rezistorů
a) sériové zapojení (za sebou)
b) paralelní (vedle sebe)
Obr. 26.3 Sériové a paralelní zapojení rezistorů
a)
I = konstantní
b)
U  U1  U 2
U = konstantní
I  I1  I 2
1. K. z.
1
1
1


R R1
R2
R  R1  R2
U paralelního zapojení se pro uzly používá 1. Kirchhoffův zákon (K. z.):
Algebraický součet proudů v uzlu je roven nule: I – I1 – I2 = 0; I = I1 + I2
Platí znaménková dohoda: Proudy, které do uzlu vstupují, považujeme za kladné a proudy,
které z uzlu vystupují, považujeme za záporné.
79
Příklady na sériové a paralelní zapojení rezistorů
Cvičení 6
1.
Dva rezistory o odporech R1 = 50 Ω a R2 = 150 Ω jsou zapojeny do série na celkové
napětí 100 V. Určete napětí na jednotlivých rezistorech, celkový proud a proud I1 a I2
a celkový odpor.
[ U 1  25 V; U 2  75 V; I C  I1  I 2  0,5 A]
2.
Tři rezistory o odporech R1 = 20 Ω, R2 = 40 Ω, R3 = 80 Ω jsou zapojeny paralelně, kde
celkový proud je 8,75 A. Určete celkový odpor, celkové napětí, U1 až U3, proudy I1 až I3.
[ RC  11,43Ω; U = 100 V; I1  5 A; I 2  2,5 A; I 3  1,25 A]
3.
Čtyři rezistory o odporech R1 = 100 Ω, R2 = 50 Ω, R3 = 20 Ω, R4 = 15 Ω jsou zapojeny
sériově. Elektrickým obvodem prochází celkový proud 2 A. Vypočítejte celkový odpor,
celkové napětí a napětí na jednotlivých rezistorech.
[ RC  185 Ω ; U C  370 V; U 1  200 V; U 2  100 V; U 3  40 V; U 4  30 V]
4.
Čtyři rezistory o odporech R1 = 20 Ω, R2 = 60 Ω, R3 = 150 Ω, R4 = 300 Ω jsou zapojeny
paralelně. Celkové napětí je 30 V. Určete celkový proud a odpor v obvodu a proudy I1
až I4.
[ RC  13,04 ; I  2,3 A; I 1  1,5 A; I 2  0,5 A; I 3  0,2 A; I 4  0,1 A]
3.7.3 Práce a výkon stejnosměrného elektrického proudu
Pro práci elektrického proudu platí vzorec: W  U  I  Δt ; jednotka je J (joule)
I = elektrický proud, U = elektrické napětí, Δt  změna času, Q = teplo
Jestliže vodičem projde za 1 s elektrický proud 1 A a na koncích vodiče naměříme elektrické
napětí 1 V, pak elektrická síla vykonala práci 1 J.
Jouleův – Lenzův zákon W  U  I  Δt = Q
Práce vykonaná elektrickým proudem ve vodiči je číselně rovna teplu, které vznikne konáním
práce.
Použijeme-li Ohmův zákon, pak můžeme psát vzorec ve tvaru:
U 2  Δt
W  R  I  Δt 
 G  U 2  Δt  Q
R
2
Výkon elektrického proudu: P 
, kde Q je teplo; J
U2
W
U  I  Δt
2
s jednotkou W

 U  I = RI =
R
Δt
Δt
(watt)
80
Zařízení má výkon 1 W, jestliže vykoná práci 1 J za dobu 1 s.
V praxi se používají jednotky kilowatt
megawatt
gigawatt
Účinnost:
η
= 1 kW = 1 000 W
= 1 MW = 1 000 000 W
= 1 GW = 1 000 000 000 W
Pv
 číslo  1 bez jednotky nebo:
Pp
η 
= 103 W
= 106 W
= 109 W
Pv
 100  číslo %
Pp
 = účinnost; bez jednotky, nebo v %
Pp = příkon, je číselně roven energii dodané do soustavy za jednotku času; W
PV = výkon, je číselně roven energii spotřebované soustavou za jednotku času; W
η  1 perpetuum mobile - účinnost stroje  100%, což v praxi není možné, protože existují
vždy nějaké energetické ztráty, které jsou způsobeny např. třením, teplem apod.
Cvičení 7
1.
Určete práci a výkon elektrického proudu, jestliže vodičem o odporu 14 Ω prochází
elektrický proud 8 A po dobu 42 minut.
[W = 2 257 920 J ; P = 896 W]
2.
Zařízení o odporu 100 Ω je připojené na napětí 100 V po dobu 30 minut. Určete práci
elektrického proudu a jeho výkon.
[W = 180 000 J; P = 100 W]
3.
Příkon zařízení je 5 kW, výkon 3 kW. Určete účinnost zařízení.
[ η  60 %]
4.
Výkon zařízení je 2 kW. Určete příkon, jestliže účinnost zařízení je 70%.
[Pp = 2 857 W]
5.
Odvoďte v praxi používanou jednotku kWh a určete 1 kWh = ? J.
[1kWh = 3 600 000 J]
6.
Jak dlouho je elektrické zařízení připojeno ke zdroji napětí 50 V, jestliže práce
elektrického proudu je 0,5 kWh a proud má hodnotu 200 mA?
[ Δ t  180 000 s = 50 h]
7.
Jaký je rozdíl mezi výkonem a příkonem?
8.
Co je to účinnost?
81
3.7.4 Zapojování rezistorů zjednodušeně
Při zjednodušování zapojení vycházíme ze zákonitostí pro sériové a paralelní zapojování
rezistorů.
Pak platí, že jakkoli složitý obvod z rezistorů jde zjednodušeně překreslit na sériové
nebo paralelní zapojení rezistorů.
Řešený příklad 3
Na vzorovém příkladu je vysvětlen postup řešení. Tento vzorový příklad je poněkud
složitější. Je návodem, jak řešit i jednodušší příklady.
V kombinovaném zapojení podle obrázku je zapojeno deset rezistorů o odporech
R1 = 20 Ω, R2 = 20 Ω, R3 = 30 Ω, R4 = 50 Ω, R5 = 50 Ω, R6 = 150 Ω, R7 = 20 Ω, R8 = 40 Ω,
R9 = 80 Ω, R10 = 100 Ω. Obvodem prochází celkový elektrický proud 3 A. Vypočtěte celkový
odpor, celkové napětí, napětí U1 až U10 a proudy I1 až I10.
Obr. 27.3 Schéma k zadání vzorového příkladu
Všemi odpory protéká proud I = 3 A, protože při sériovém zapojení rezistorů je proud všude
stejný.
Pro celkový odpor platí: RC  R  R4  R  R  R10
(1)
Odpor R  určíme jako celkový odpor 3 paralelně zapojených rezistorů R1 , R2, R3
podle vzorce:
R  R3  R1  R3  R1  R2
1
1
1
1



= 2
R1  R2  R3
R
R1
R2
R3
R 
R1  R2  R3
20  20  30
12 000
=

 7,5 
R2  R3  R1  R3  R1  R2
20  30  20  30  20  20
600  600  400
82
(2)
(3)
Napětí U  určíme z Ohmova zákona:
U   R   I c  7,5  3  22,5 V
Jelikož víme, že při paralelním zapojení je napětí konstantní, můžeme psát, že:
U   U 1  U 2  U 3  22,5 V
I1 pak spočítáme ze vzorce:
I1 
U  22,5

 1,125 A
R1
20
I2 
U  22,5

 1,125 A
R2
20
I3 
(4)
(5)
(6)
U  22,5

 0,75 A
R3
30
Kontrolu pro výpočet proudu provedeme pomocí 1. Kirchhoffova zákona pro uzel:
I = I1 + I2 + I3 = 1,125 + 1,125 + 0,75 = 3 A
I4 = IC = 3 A, neboť při sériovém zapojení je proud všude stejný
(viz zjednodušené schéma)
(8)
U 4  R4  I C = 50 3 = 150 V
(9)
Dále určíme výpočtem R  jako výsledný odpor paralelně zapojených rezistorů R5 a R6:
1
1
1


R  R5 R6
Pro U  platí vzorec:
R 
R5  R6
50  150 7 500


 37,5 Ω
R6  R5 150  50 200
U   R   I C  37,5  3  112,5 V
(10)
(11)
Zase využijeme znalosti, že při paralelním zapojení je napětí konstantní a z toho vyplývá, že:
U   U 5  U 6  112,5 V
(12)
Pomocí Ohmova zákona spočítáme proudy I5 a I6:
I5 
U  112,5

 2,25 A
R5
50
(13)
I6 
U  112,5

 0,75 A
R6
150
(14)
Pomocí 1. Kirchhoffova zákona o uzlu provedeme kontrolu:
I C  I 5  I 6  2,25  0,75  3 A
83
Spočítáme odpor R  podle vztahu platného pro paralelní zapojení:
1
1
1
1



R  R 7 R8 R9
R  
(15)
R7  R8  R9
20  40  80
640 000


 11,43 
R8  R9  R7  R9  R7  R8 40  80  20  80  20  40 3200  1600  800
U   R  I C  11,43  3  34,29 V = U 7  U 8  U 9
pro:
(16)
Spočítáme podle Ohmova zákona proudy I 7 až I 9 :
I7 
U  34,29

 1,715 A
R7
20
I8 
U  34,29

 0,857 A
R8
40
I9 
U  34,29

 0,429 A
R9
80
(17)
Podle 1. Kirchhoffova zákona pro uzel provedeme kontrolu výpočtu proudů:
I C  I 7  I 8  I 9  1,715  0,857  0,429  3 A
Pro U 10 platí:
(18)
U 10  R10  I C  100  3  300 V
Pro RC z upraveného obvodu platí: RC  R   R4  R   R   R10
(19)
(20) = (1)
R C  7,5  50  37,5  11,43  100  206,43 Ω
U C  RC  I C  206,43  3  619,29 V
(21) = (4)
U C  U   U 4  U   U   U 10  22,5  150  112,5  34,29  300  619,29 V (22)
Poslední vztah pro napětí platí pro sériové zapojení rezistorů zjednodušeného obvodu.
Cvičení 8
1.
Určete celkový elektrický odpor soustavy zapojené podle obrázku, jestliže odpory
rezistorů jsou R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω, R3 = 30 Ω, R4 = 50Ω, R5 = 150 Ω, R6 = 50 Ω,
R7 = 100 Ω, R8 = 200 Ω. Zakreslete zjednodušené schéma zapojení rezistorů.
[RC = 243,57 Ω]
84
Obr. 28.3 Schéma zapojení rezistorů k příkladu 1
2.
Celkový proud v předchozím příkladu je 5 A. Určete napětí na jednotlivých rezistorech.
[UC = 1 217,85 V; U1 = 25 V; U2 = 50 V; U3 = U   U  = 75 V; U4 = 250 V;
U5 = 750 V; U  = U6 = U7 = U8 = 142,85 V]
3.
Při použití výsledků výpočtů z příkladů (1) a (2) určete velikost proudů I1 až I8.
[I1 = I2 =2,5 A; I3 = 2,5 A; I4 = I5 = 5 A; I6 = 2,587 A; I7 = 1,4285 A; I8 = 0,71425 A]
4.
Určete celkový elektrický odpor rezistorů zapojených podle obrázku, jestliže odpory
rezistorů jsou R1 = 50 Ω, R2 = 200 Ω, R3 =25 Ω, R4 = 75 Ω. Nakreslete zjednodušené
zapojení a do původního obrázku zakreslete proudy IC a I1 až I4.
[RC = 58,75 Ω ]
Obr. 29.3 Schéma zapojení rezistorů k příkladu 4
5.
Celkové napětí v příkladu (4) je 118 V. Určete velikost celkového proudu v obvodu.
[IC = 2A; přesná hodnota je 2,0085 A; dosadíte při výpočtu napětí v příkladu 6]
6.
Určete velikost napětí U1 až U4 a proudů I1 až I4 v příkladu 4.
[U1 = U2 = 80 V; U3 = U4 = 37,5 V; I1 = 1,6 A; I2 = 0,4 A; I3 = 1,5A; I4 = 0,5 A]
7.
Určete celkový odpor rezistorů podle obrázku 30.3. Rezistory mají odpory o
velikostech R1 = 50 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 75 Ω, R4 = 25 Ω. Rezistory R1 a R2 jsou
zapojeny sériově a R3 a R4 jsou zapojeny paralelně.
[RC = 268,75 Ω]
Obr. 30.3 Schéma zapojení rezistorů k příkladu 7
85
8.
Určete napětí na jednotlivých rezistorech z příkladu (7), proudy I1 až I4 a celkový proud,
jestliže celkové napětí je UC = 1 075 V.
[IC = 4 A = I1 = I2 = I´ ; I3 = 1A; I4 = 3A; U1 = 200 V; U2 = 800 V; U3 = U4 = U´ =75V]
3.7.5 Spojování zdrojů napětí
Zdroje napětí můžeme spojovat do série, paralelně nebo smíšeně.
Spojování zdrojů v sérii používáme pro získání vyššího napětí. Zápornou svorku zdroje
spojujeme s kladnou svorkou dalšího zdroje.
Obr. 31.3
Pro stejné využití všech zdrojů je výhodné spojovat do série zdroje, které mají stejná
napětí naprázdno a stejné vnitřní odpory.
Výsledné napětí zdrojů je rovno součtu jednotlivých napětí zdrojů.
Paralelních spojení zdrojů se používá pro získání většího proudu. Spojujeme vždy spolu
všechny kladné a záporné póly zdrojů.
Obr. 32.3
Pro správný chod zdrojů je nutné, aby měly všechny zdroje stejné napětí naprázdno
a stejně velké vnitřní odpory, aby nevznikaly vyrovnávací proudy.
Celkový proud je dán součtem proudů jednotlivých zdrojů.
A jak to pak vypadá v praxi?
86
A. Zapojování monočlánků do série
Obr. 33.3 Sériové zapojení zdrojů
Obr. 34.3 Značka baterie
Celkové napětí
Stejnosměrné zdroje zapojujeme do série podle obrázku 33.3, záporný pól zdroje napojujeme
na kladný pól následujícího zdroje.
Na obrázku 33.3 znázorňují šipky směr svorkového napětí (ideálního napětí, kde nebereme
v úvahu vnitřní odpor zdroje)
Paralelní propojování zdrojů provádíme tehdy, když potřebujeme zvětšit proud.
B. Sériové propojení roznětných náloží
Obr. 35.3 Ražené důlní dílo pomocí trhací práce po propojení roznětných náloží
Řešený příklad 4
Na obrázku 36.3 je připraveno k odpalu 100 roznětných náloží s trhavinou propojených do
série.
Obr. 36.3 Celkové schéma roznětného okruhu
87
Obr. 37.3 Elektrické schéma zátěží roznětného okruhu podle obrázku 36.3
RXC = odpor přívodního vedení XCYAR – 1,5, které tvoří dvě měděná lanka o průřezu
1 mm2 s rezistivitou 0,0178 µΩm (odpor vodiče 0,02 Ω na 1 m délky vodiče při jeho
průřezu 1 mm2). Délka vodiče je 150 m a vedení se skládá ze dvou vodičů. Celkový
odpor přívodního vedení pak vypočítáme podle vzorce
RXC 
  l XC  N
, kde  je rezistivita vodiče v µΩm (Ωm · m/mm 2), lXC je délka
S
jednoho přívodního vodiče v m, N je počet přívodních vodičů a S je plocha průřezu
vodiče v mm2.
  l XC  N
RXC 
S
0,0178 150  2
 5,34 
1

RPRV = odpor propojovacího vedení, které je z mědi, průměr vodiče je 0,5 mm, rezistivita
činí 0,0178 µΩm. Délka vodiče je 20 m a vodiče jsou 2. Pro použití předchozího vzorce si
ještě vypočítáme plochu průřezu vodiče podle vzorce
S
 d2
4

3,14  0,25
 0,196 mm 2  0,2 mm 2
4
Propojovací vedení slouží k propojení konců přívodního vedení s roznětnou sítí.
Celkový odpor propojovacího vedení vypočteme
RPRV 
  l PRV  N
S

0,0178 20  2
 3,63 
0,196
RR = odpor okruhu rozbušek. Okruh rozbušek se skládá ze sto náloží a každá nálož má
vlastní elektrickou rozbušku. Přívodní vodiče jsou buď z oceli o d = 0,6 mm, nebo z mědi
o d = 0,5 mm. Ocel má rezistivitu 0,06 μΩ m a plochu průřezu vodiče 0,28 mm2, měď má
rezistivitu 0,0178 µΩm a plochu průřezu 0,196 mm 2. Standardní délka přívodních vodičů je
3,4 m.
RR  RPV  R P , kde
R PV je odpor přívodních vodičů a R P je odpor pilule v rozbušce, který je v rozmezí
0,4 – 0,7 Ω.
RPV z oceli je RPV 
  l PV  N
S

0,06  3,4  2
 1,46  a při RP = 0,7 Ω
0,28
Po odpor jedné rozbušky pak platí
RR1  RPV  RP  1,46  0,7  2,16  a pro 100 rozbušek to je
RR1 100  216 
88
RCRO = Celkový odpor roznětného okruhu z obrázku 37.3 vypočteme podle vztahu
RCRO  RXC  RPRV  100 R1
RCRO  5,34  3,63  216  225 
Celkovým odporem můžeme ověřit schopnost roznětnice daný okruh iniciovat. Rozbušky
DeM-zb-S se zvýšenou bezpečností proti nahodilé iniciaci elektrostatickým nebo
indukovaným proudem potřebují pro iniciaci minimální proud 0,45 A. Roznětnice používané
k elektrickému odpalu se nabíjejí na napětí 1 200 V. Možný proud I v řešeném roznětném
okruhu ověříme výpočtem dle vztahu:
Požadavek minimálního proudu je tímto splněn a aktivační proud 2,12 A pro uvedené
rozbušky je rovněž splněn. Uvedená výše aktivačního proudu musí být zajištěna po dobu
4 ms. Schopnost roznětnice dodávat aktivační proud po dobu 4 ms jsme schopni ověřit
výpočtem pomocí přechodového jevu, což se však v praxi nepoužívá. V praxi je nutné znát
povolenou výši odporu roznětného okruhu pro danou roznětnici. Odpor roznětného okruhu při
odpalu si střelmistři ověřují ohmmetrem.
Tab. 13 Hlavní parametry kondenzátorových roznětnic
Typ
roznětnice
m
kg
C
μF
E
J
U
V
KRAB - 1200
DBR – 12
SCHAFFLER 808
SCHAFFLER 844
3,50
2,20
3,20
6,70
16
25
10
16
18,0
5,0
14,6
1200
1200
1000
1350
mezný odpor R
pro rozněcovadla S

250
430
195
370
poznámka
důl. bezp.
důl. bezp.
důl. bezp.
důl. bezp.
C. Propojování spotřebičů paralelně
Paralelní propojování spotřebičů využíváme zejména u tvrdých zdrojů, například spotřebiče
v domácnosti připojujeme na jeden zdroj (obr. 38.3).
Obr. 38.3 Paralelní světelný okruh
V domácnosti je zdrojem elektrické energie veřejná elektrická síť 230 V o napětí působícím
mezi fázovým vodičem L1 a nulovacím vodičem N. Celkový příkon jednotlivých žárovek
o příkonu 75 W sčítáme podle vztahu
89
PC  75  75  75  75  75  300 W
U spotřebičů musíme z důvodu jištění znát odebíraný proud. Pokud by spotřebiče odebíraly
větší proud než je jmenovitý proud jistícího prvku, ten odpojí přívod proudu. Odebíraný proud
můžeme vypočíst z celkového příkonu:
I
PC 300

 1,3 A
U 230
Na světelné okruhy v domácnostech používáme jističe na jmenovitý proud 10 A, což pro daný
případ plně vyhovuje.
Elektrické rozbušky čistě paralelně nezapojujeme, pokud nemáme nízkonapěťovou roznětnici
a nezapojujeme menší počet elektrických rozbušek. Při zapojení sta rozbušek paralelně
bychom potřebovali iniciační proud 212 A, přívodní a propojovací vodiče by musely mít
průřez několik desítek milimetrů čtverečních, což je v podstatě kabel. Tento způsob by byl
pro praxi nepoužitelný.
D) Sérioparalelní zapojení spotřebičů
Při hloubení jam by počet elektrických rozbušek zapojených do série překročil mezní odpor
pro rozněcovadla, která by nedostatečným proudem nebyla iniciována. V tomto případě jsme
nuceni rozněcovadla zapojit sérioparalelně. Vhodné je, aby byl v každé samostatné větvi
stejný počet rozněcovadel, pak jejich celkový odpor klesne na polovinu a iniciační proud se
zdvojnásobí, což může být dostatečné. Při rozdílném počtu rozněcovadel v jednotlivých
větvích odebere větší část energie roznětnice větev s menším počtem rozněcovadel. Větev
s větším počtem rozněcovadel obdrží menší náboj z roznětnice, který nebude stačit na iniciaci
a dojde k selhávce.
Obr. 39.3 Sérioparalelní zapojení rozněcovadel
Řešený příklad 5
Pro 100 rozbušek sériově propojených vychází odpor 216 Ω. Když máme dva rozbuškové
obvody o sto rozbuškách propojeny paralelně, pak je jejich odpor (obr. 39.3)
RC 
I
RR1  RR2
216  216
 RXC  2 RPRV 
 5,34  7,26  120,6 
RR1  RR2
432
U ROZN.
1 220

 10,12 A
RC
120,6
Na stránce 63 máte vysvětleny příklady na sérioparalelní zapojení spotřebičů.
90
4. kapitola
Elektrické teplo a světlo
Elektrické tepelné spotřebiče
4.1
Elektrické tepelné spotřebiče využívají jevu, kdy průchodem elektrického proudu koná
elektrický proud práci, která je číselně rovna vzniklému teplu, což popisuje
Jouleův - Lenzův zákon
W  U  I  Δt = Q
Použijeme-li Ohmův zákon, pak můžeme psát vzorec ve tvaru:
U 2  Δt
W  R  I  Δt 
 G  U 2  Δt  Q , kde Q je teplo; J
R
2
Množství tepla, které vznikne ve vodiči za 1 s průchodem elektrického proudu, je přímo
úměrné elektrickému odporu vodiče a čtverci proudu. (J.P. Joule 1841)
Ze vzorce vyplývá, že když má zařízení velký odpor a protéká jím velký proud, pak i vzniklé
teplo je velké.
Rovněž při výpočtech používáme vzorec pro výpočet elektrického odporu v závislosti na
teplotě.
Rt  R0  (1  α Δt )  R0  (1  α ΔT )
, kde ΔT  t
A vzorec pro rezistivitu v závislosti na teplotě
 t  ρ0  ( 1  α Δ t )
Ještě jednou připomínám tepelné spotřebiče uvedené na straně 64, u kterých je vznik tepla
žádoucí:
-
odporový drát, nejčastěji ve formě topné spirály obsažené v tepelných elektrických
spotřebičích: elektrický vařič, elektrická trouba, elektrický přímotop, pračka,
elektrický bojler, rychlovarná konvice, ponorný ohřívač, kulma, fén, žehlička,
elektrická rozbuška, klasická žárovka s wolframovým vláknem
-
tavné pojistky a bimetalový pásek v jističi
-
mikrovlnné záření v mikrovlnné troubě, které rozkmitá atomy látky na větší rychlost
a tím se látka zahřeje
U těchto zařízení je vznik tepla nežádoucí:
-
každý vodič se průchodem elektrického proudu zahřívá
-
elektromotor
-
počítač
-
zahřívání elektronických spínacích součástek
91
-
stykače musí mít speciální kontakty opatřené zařízením pro zhášení oblouků, které
vznikají zejména při odpojování indukčních zátěží
-
transformátor
Řešený příklad 6
Žárovkou zapojenou na spotřební síť 230 V prochází při teplotě vlákna 2 500 C proud
0,272 A. Jak velký je nárazový proud v okamžiku rozsvícení žárovky (při 20 C ),
je-li teplotní součinitel odporu wolframu 0,0045 K-1. (Vzorový výpočet)
U = 230 V
t1 = 20 °C
t2 = 2 500 °C
I = 0,272 A
  0,0045K 1
In = ? A
─────────
Řešení:
Odpor Rt při svícení je:
Rt =
U
230

 845,59 
I 0,272
Δt  t 2  t1  2 500  20  2 480 C
Odpor R1 při zapnutí žárovky určíme ze vztahu:
R1 
Rt  R1  (1  α Δt )
845,59
845,59
Rt
 69,54 
=
=
(1  α  Δt ) (1  0,0045 2480)
12,16
Nárazový proud při zapínání je:
In 
U
230

 3,31A
R1 69,54
Je to přibližně dvanáctkrát více než při svícení, a proto se vlákno žárovky při sepnutí obvodu
často přepálí.
Velmi důležité je rovněž dotahovat všechny šroubky u vypínačů. Při nedotažených šroubcích
dochází k vytvoření elektrického oblouku a následně pak i k požáru.
92
4.2
Vedení elektrického proudu v plynech
Plyny jsou za normálních podmínek nevodivé. Aby v plynu vznikly volné nosiče elektrického
náboje (iony a volné elektrony), musí na plyn působit ionizátor, který z elektricky
neutrálních molekul plynu odtrhne elektrony, a proto vzniknou volné nosiče elektrického
náboje – elektrony a iony. Ionizátorem je kterékoliv záření, které má dostatečně velkou
energii na uvolnění elektronu z molekuly plynu – tepelné, elektromagnetické, ...
Vedení elektrického proudu v plynu je:
a) nesamostatný výboj – iony a volné elektrony vzniknou pomocí vnějšího zdroje energie
(záření) a po odstranění ionizátoru výboj zanikne, protože dochází k opětovnému sloučení
elektronů a kladných ionů (k rekombinaci),
b) samostatný výboj – výboj v plynu pokračuje i po odstranění ionizátoru, protože uvolněné
částice způsobují další ionizaci nárazem na molekuly plynu, u kterých se ještě elektrony
neuvolnily.
Pro práci (energii), která z molekuly vytrhne elektrony, platí W  E  W i , kde Wi je
ionizační práce: Wi  e  U i .
Vhodnými částicemi na ionizaci plynu jsou elektrony, protože při malé hmotnosti vzhledem
k molekulám plynu dosahují velkých rychlostí, a proto uvolňují elektrony snadněji než jiné
částice. Počet srážek je přímo úměrný hustotě plynu, a proto i počet uvolněných elektronů na
hustotě plynu závisí.
Obr. 1.4 Voltampérová charakteristika výboje v plynu
Pokud máme plyn v trubici s elektrodami, na které přivádíme napětí, pak v ionizovaném
plynu s rostoucím napětím proud roste. Při U  U n platí I  U a při určitém napětí Un
přestane rekombinace a všichni nositelé náboje přejdou na elektrody (dosáhne se hodnoty
nasyceného proudu In). Pokud proud dále stoupá, pak je příčinou další ionizace ionizátor,
93
nebo jde o ionizaci nárazem. Toto se děje při U  U Z ( U Z je zápalné napětí). Velikost
zápalného napětí závisí na tlaku plynu a druhu plynu. Za nižšího tlaku roste střední volná
dráha částic, tím se získá větší kinetická energie částic, která je potřebná k ionizaci nárazem,
a proto je za nižšího tlaku plynu zápalné napětí menší.
Při U  U Z dochází ke vzniku samostatného výboje v plynu.
Samostatný výboj v plynu za nízkého tlaku se často nazývá doutnavým výbojem. Při tlaku
asi 5 332,9 Pa se v trubici objeví úzký, hadovitě se vlnící červený pruh, který vychází
z anody, ale nesahá až ke katodě. Při dalším snižování tlaku v trubici se barevný pruh
rozšiřuje a zkracuje – vzniká anodový sloupec, který je od katody oddělen tmavým
Faradayovým prostorem, a na katodě se objeví doutnavé katodové světlo. Dalším snižováním
tlaku anodový sloupec bledne, stává se vrstevnatým a katodové světlo pokrývá celou katodu.
Při tlaku 2,67 Pa světelné jevy v trubici mizí a proti katodě se objeví žlutozelená fluorescence
stěn trubice.
Užití doutnavého výboje v praxi:
– anodového světla se využívá ve světelných reklamách, protože anodové světlo sleduje
zakřivení trubice, a rovněž ve výbojkách, které se upravují jako zářivky,
– katodové světlo se využívá v doutnavkách (kontrolní světla na spínačích). Mají tvar žárovky,
jsou plněny neonem pod tlakem 1 066,58 – 1 333,22 Pa a obsahují dvě blízké elektrody,
buď ve tvaru prstence a kloboučku, nebo prstence a terčíku, nebo ve tvaru dvojité závitnice.
Při stejnosměrném napětí je katoda obalena oranžovým světlem, při střídavém napětí svítí
střídavě obě elektrody. Doutnavky potřebují velmi malý proud (0,1 mA), jsou proto velmi
úsporné. Doutnavky slouží ke stabilizaci proudu i napětí,
– ve spektrálních trubicích, které jsou uprostřed zúženy, nastává zde velká hustota proudu,
a proto spektrální trubice vydávají velký jas. Trubice jsou plněny vodíkem, heliem, dusíkem,
neonem, argonem, kryptonem, kyslíkem.
Samostatný výboj v plynu za obvyklého a zvýšeného tlaku
Ve vzduchu za normálního tlaku je potřeba k ionizaci elektrické pole o velké intenzitě
(106 V.m-1). Samostatný výboj v tomto případě ovlivníme velikostí napětí.
Tichý výboj (Towsendův) – iony vznikají v celém prostoru mezi elektrodami. Vzniká při
velkém napětí mezi elektrodami. Je pozorován nad nejzakřivenějšími částmi vodičů (hroty
stožárů, hroty věží – Eliášovo světlo). Intenzita elektrického pole je 4  106 V  m  1 .
Tichý výboj, který se nazývá koróna, se tvoří na dálkovém vedení přenosu elektrické energie
pro napětí větší než 100 000 V. Koróna způsobuje značné ztráty ve vedení, a proto se používá
dutých vodičů, které mají při stejném odporu menší křivost.
Jiskrový výboj je elektrický průraz plynu za normálního a vyššího atmosférického tlaku. Je
to průchod velkého náboje při velkém napětí. Teplota jiskry je až 50 000 K. Každá jiskra je
doprovázena praskotem, který je způsoben tím, že Joulovo teplo vyvinuté okamžitým velkým
proudem vyvolá na výbojové dráze mimořádné ohřátí plynu. To vyvolá velký tlak a tlaková
vlna způsobuje slyšitelný praskot. Napětí, při kterém dochází k jiskře, závisí na tvaru
a vzdálenosti elektrod, na druhu plynu a tlaku plynu.
Příkladem jiskrového výboje je blesk mezi dvěma mraky nebo mezi mrakem a zemí. Doba
trvání blesku je 1 ms při napětí 109 V a tento výboj představuje energii 5 000 kWh.
Obloukový výboj vzniká mezi uhlíkovými elektrodami, mezi mosaznými elektrodami
(vypínače) a elektrický oblouk se využívá u svařování a u svítidel.
94
4.2.2 Fotometrické veličiny
Fotometrické veličiny charakterizují přenos energie světelného záření a jeho účinek na zrak.
Svítivost I bodového zdroje v daném směru definujeme jako podíl světelného toku  
vyzařovaného zdrojem v tomto směru do malého prostorového úhlu  a velikosti tohoto
prostorového úhlu.
I 
Φ
Ω
jednotka je cd (kandela)
Zdroj má svítivost 1 cd, jestliže do prostorového úhlu 1 sr vyzařuje světelný tok 1 lm.
Světelný tok Φ vyjadřuje intenzitu zrakového vjemu normálního oka vyvolaného energií
světelného záření, které projde za jednotku času určitou plochou v prostoru, kterým se světlo
šíří.
Φ  I  Ω  E  S
jednotka je lm (lumen)
Zdroj má světelný tok 1 lm, jestliže má svítivost 1 cd a vyzařuje do prostorového úhlu
1 sr.
Osvětlení E je číselně rovno světelnému toku, který dopadá kolmo na plochu o obsahu S .
E 
Φ
I  
I
 2
 2
S
r  
r
jednotka je lx (lux)
E 
I  cos 
r2
Plocha 1 m2 má osvětlení 1 lx, jestliže na ni dopadá světelný tok 1 lm.
Osvětlení dané plochy závisí i na svítivosti zdroje I, na vzdálenosti plochy od zdroje a na úhlu
dopadu světla na tuto plochu. Pro čtení je nutné osvětlení 500 lx, rýsování 1 500 lx, ...
Obr. 2.4 Prostorový úhel Ω
Obr. 3.4 Úhel dopadu
Prostorový úhel 
Ω 
ΔS
r2
jednotka steradián (sr)
Světelná účinnost K je číselně rovna podílu světelného toku a zářivého toku.
95
K 
Φ
Φe
jednotka (lm · W – 1)
Světelná účinnost se někdy také v literatuře nazývá měrný světelný výkon.
Osvětlovací normy popisuje norma ČSN EN 13032-1.
4.2.3 Uplatnění plynu a výbojů v plynu u svítidel
Žárovky jsou světelné zdroje, ve kterých vzniká světelné záření zahříváním vlákna žárovky
na vysokou teplotu (3 653 K). Uvnitř skleněné baňky je buď vakuum, nebo směs vzácných
plynů pro snížení odpařování wolframu. Wolfram, který se odpařuje, se usazuje na skle a
černý povlak postupně snižuje hodnotu světelného toku. 100W vakuová žárovka má teplotu
vlákna asi 2 450 K a halogenová žárovka asi 3 200 K. Žárovky jsou běžnými zdroji světla
a halogenové nízkovoltové žárovky se používají v reflektorech motorových vozidel.
Žárovky mají světelnou účinnost 7 – 8 %, zbytek energie je teplo. Životnost je přibližně
1 000 hodin. Světelná účinnost je 13,8 – 36 lm/W.
Halogenové žárovky. Náplní těchto žárovek jsou páry bromu, fluóru nebo jódu pod nízkým
tlakem. Páry na sebe vážou emitovaný wolfram a pak se opět usazují na rozžhaveném vlákně
(halogenový cyklus). Tím se životnost žárovky prodlužuje na dvojnásobnou.
Halogenové žárovky na 230 V dosahují větších výkonů (1 000 W), používají se ve
fotografických reflektorech.
Zářivky jsou nízkotlaké rtuťové výbojky, v nichž se ultrafialové záření výboje mění vrstvou
luminoforu na světlo. Luminofor je prvek, který po dodání energie zářením následně
vyzařuje viditelné světlo. Zářivka se skládá ze skleněné trubice, která je uvnitř pokryta
luminoforem. Trubice naplněná argonem (někdy směsí s neonem) na tlak přibližně 400 Pa
a parami rtuti má na obou koncích žhavené spirálovité wolframové elektrody pokryté oxidem
barya, který snižuje zápalné napětí a zabraňuje rozprašování elektrod a zvětšuje intenzitu
rezonančních čar rtuti.
Obr. 4.4 Zapojení zářivky
96
Doutnavkový zapalovač připojený do série s tlumivkou vytvoří napětí asi 1 000 V, dojde
k zapálení obloukového výboje mezi elektrodami zářivky. Po zapálení výboje je střídavý
proud omezován tlumivkou. Na induktivním jalovém odporu je úbytek napětí takový, že se
výboj udržuje při napětí asi 80 V, které by nestačilo na zapálení výboje.
Předřadné odpory zářivky se startérem a tlumivkou mají tepelné ztráty a způsobují fázový
posun mezi proudem a napětím (cos  = 0,4).
Elektronické předřadné obvody mají napětí usměrněno a ze stejnosměrného napětí spínaný
zdroj vyrobí střídavé vysokofrekvenční napětí (35 kHz). Do žhavícího obvodu elektrod je
umístěn termistor s kladným teplotním součinitelem odporu, který po zapnutí umožní
nažhavení elektrod. Po zapálení prochází obvodem proud se jmenovitou hodnotou. Na vstupu
obvodů zářivky kondenzátor funguje jako odrušovací člen, který zabraňuje pronikání rušivého
vf – kmitočtu do napájecí sítě.
Řídicí elektronika pro některé zářivky umožňuje provoz zářivky bez stroboskopického
(blikavého) efektu a s účiníkem cos  = 0,95 bez nutnosti kompenzace.
Při provozu zářivek na střídavé napětí bliká světlo s kmitočtem síťového napětí.
Osvětlíme-li tímto světlem rotující kolo, jeví se kolo jako stojící. Toto je stroboskopický
efekt, který je nebezpečný u točivých strojů v dílnách.
Zářivky mají dlouhou životnost (8 000 – 12 000 h při četnosti spínání 8krát za 24 h)
a velkou světelnou účinnost (40 – 85 lm/W). U standardní 40W zářivky se 21 % dodané
energie přemění na světlo.
Kompaktní zářivková svítidla jsou malá zářivková svítidla se šroubovací žárovkovou paticí
na 230 V, nebo na nízké napětí s dvoukolíkovou paticí. Při stejném světelném výkonu jako
klasická žárovka mají 4 - 5krát menší spotřebu energie a 8x větší životnost.
Rtuťové výbojky se používají na osvětlení velkých výrobních a sportovních hal. Jsou to
výbojky s luminoforem nebo bez něj, kde tlak rtuťových par je 105 Pa.
Halogenidové výbojky jsou vysokotlaké rtuťové výbojky, jejichž světlo vzniká zářením par
rtuti a zářením produktů štěpení halogenidů (převážně jodidů), které určují barevnost světla.
Poloha provozu je předepsána výrobcem. Mají větší světelný výkon než pouze rtuťové
výbojky. Použití je stejné jako u rtuťových výbojek.
Sodíkové nízkotlaké výbojky mají menší tlak par, ionizační i budící potenciály. Jsou
provozovány jen ve vodorovné poloze a používají se k osvětlování silnic, kolejišť a přístavů.
Sodíkové světlo je velmi dobře vnímáno zrakem.
Sodíkové vysokotlaké výbojky se používají na osvětlení velkých prostorů. Náplň trubic tvoří
xenon a amalgam sodíku. Zápalné napětí činí 2 kV a více. Výhodami jsou malé rozměry při
velkém výkonu, dobrá barevnost, dlouhá životnost (přes 8 000 h).
Světelné trubice jsou plynem plněné výbojky s nežhavenými elektrodami, vysokým
zapalovacím i provozním napětím (1 000 – 10 000 V) a malým světelným výkonem.
Používají se pro reklamní účely a barva světla závisí na druhu použitého plynu a druhu
luminoforu. Jako nadproudové ochrany se používají tavné pojistky nebo jističe do 16 A.
Pro vodiče se musí použít průřez minimálně 1,5 mm2. Výbojky mají velkou světelnou
97
účinnost 40 – 130 lm/W podle typu výbojky, dlouhou životnost a dobrou svítivost i na
velkou vzdálenost.
Cvičení 1
1.
Jak se nazývají volné nosiče elektrického náboje v plynech?
2.
Co to je ionizátor?
3.
Kdy v plynu nastává nesamostatný a samostatný výboj?
4.
Co to je zápalné napětí?
5.
Co je doutnavý výboj a kde se používá v praxi?
6.
Co je jiskrový a obloukový výboj a kde je pozorován v praxi?
7.
Srovnejte výhody a nevýhody žárovky a zářivky.
8.
Čím se liší kompaktní zářivkové svítidlo od klasické žárovky?
9.
Jak velký světelný tok má všesměrový zdroj světla tvaru koule, který má svítivost 4 cd?
[ Φ  50,24 lm]
10. Jak velkou svítivost má všesměrový kulatý zdroj světla o světelném toku 12,56 lm?
[I = 1 cd]
11. Kolik lumenů světelného toku musí mít žárovka, která kolmo osvětluje stůl o ploše
0,72 m2, aby osvětlení bylo 500 lx.
[Φ  360 lm]
4.2.4 Osvětlení důlních pracovišť
Jak bylo uvedeno v odstavci 4.2.2, osvětlovací normy popisuje norma ČSN EN 13032-1. Pro
osvětlení důlních pracovišť dosud platí z roku 1996 normy ČSN 36 0050-1, 2 a 3 navazující
na normu ČSN 36 0050 z roku 1983.
Pro osvětlení důlních pracovišť musí být zpracován projekt, který určuje typ, množství
a umístění svítidel pro dané osvětlované prostory. Řídící pracovníci při svých pochůzkách
kontrolují funkčnost všech svítidel. Nefunkční osvětlení může být klasifikováno i jako příčina
úrazu. Jako nefunkční se považuje svítidlo se svítivosti sníženou pod 80 %.
4.2.4.1
Termíny a definice
Pro projektování osvětlení v dolech platí následující termíny a definice:
 dlouhé pole svítidel: podélně i plošně připevněná svítidla,
 kompaktní svítidlo: malé a robustní svítidlo,
 navrhovaný koeficient: koeficient, jehož velikost se řídí očekávanými světelnými
poměry při použití navržených svítidel a především intervaly údržby; pro doly se
udává p = 2,
 referenční bod: místo na srovnávací rovině, ve kterém se zjišťují hodnoty osvětlení,
 základní rovina pro jmenovitou intenzitu osvětlení: rovina, na níž se měří nebo
určuje jmenovitá intenzita osvětlení. Základní rovinou pro jmenovitou intenzitu
98
osvětlení v podzemí je všeobecně počva, popřípadě podloží, pokud není uvedena jiná,
důležitějším zrakovým úkolům odpovídající základní rovina.
4.2.4.2
Technické požadavky na osvětlovací zařízení
a) Kvalitativní znaky
Kvalita osvětlení se posuzuje podle následujících znaků:
 střední intenzity osvětlení
 rovnoměrnosti rozdělení intenzity osvětlení
 omezení oslnění
 barvy světla a podání barev
Zásadou je optimalizace ve všech uvedených znacích. V daném případě a v daných
možnostech může příslušet zrakovému úkolu jeden nebo druhý jakostní znak.
b) Svítivost a rovnoměrnost
Pracovní místa musí být osvětlena tím intenzivněji, čím méně poznáváme podrobnosti
a čím rychlejší jsou průběhy pohybů.
V příloze A jsou uvedeny směrné hodnoty pro intenzitu osvětlení, které jsou
považovány za postačující pro dané osvětlovací účely. Hodnotou se rozumí intenzita
osvětlení Eη. Přihlédneme-li k úbytku světla následkem stárnutí světelných zdrojů
a znečištěním svítidla, jsou tyto hodnoty při navrhovaném osvětlení násobeny
navrhovaným koeficientem p = 2.
Pro zrakové podmínky na pracovním místě je vedle střední svítivosti důležitá také
rovnoměrnost rozdělení intenzity osvětlení. Měřítkem pro rovnoměrnost rozdělení
intenzity osvětlení je poměr mezi minimální a střední svítivostí.
Tab. č. 14 Svítivost stacionárních osvětlovacích zařízení v podzemí dolů
Jmenovitá
svítivost1)
Účel osvětlení (zrakový úkol)
Eη
lx
optické vedení
3
základní zřetelnost
6
v pracovním prostoru
Provozní příklad
lokomotivní chodba
porub, čelba
15
přehlednost
30
značení nebezpečí/redukování
oslnění hlavovým svítidlem
oblast porubového vynášecího
a nakládacího dopravníku
Pásový pohon/montážní místo
štítová výztuž
60
1202)
prostorový přehled
šachetní zarážky
200
detailní značení (bez
hlavového svítidla)
opravářská a montážní oblast dílny
1)
K přihlédnutí úbytku světla znečištěním a stárnutím jsou hodnoty násobeny navrhovaným
koeficientem p = 2, jehož velikost je určena podle pravděpodobných rizikových poměrů
2)
Svítivost zvolíme v závislosti na žádané přesnosti rozeznávání, velikosti poznávaných
předmětů, rozsáhlosti prostoru, viditelnosti zhoršené prachem nebo vlhkostí
a předvídaných
intervalech údržby.
99
c) Omezení oslnění Pro přesnou práci usilujeme o poměr lepší než 1:3. Oko má konečné
schopnosti detekce. Je schopné vidět při osvětlení 100 000 lx, ale také při osvětlení
0,1 lx. Oko však není v jedné scéně schopno vidět rozdílně osvětlené předměty
s rozdílem osvětlení větším než 1:10. Poměr jasu 1:100 již způsobuje oslnění.
d) Barva světla a podání barev
Barva světla má jenom malý vliv na zrakový výkon očí, určuje ale podstatně
příjemnost osvětlení. Z obvyklých používaných barev pro zářivky, a to barvy světla
teplé bílé (TB), neutrální bílé (NB) a bílé denní světlo (DB), má být pro podzemí
použita neutrální bílá.
Osvětlené barevné předměty budou ovlivněny spektrálním složením světelného zdroje.
Barevné reprodukční vlastnosti světelného zdroje jsou rozdělovány v odstíny. Odstín
1 je pro vysoké nároky. Se žárovkou je zajištěn barevný reprodukční odstín 3, při
kterém jsou stále znatelná barevná bezpečnostní značení (příkazové a zákazové štítky),
např. u elektrického vedení a trhavin.
e) Požadované údaje svítidel a světelných zdrojů
Používaná svítidla a zdroje světla musí splňovat tyto požadavky:
 přípustné pracovní polohy
 těsnosti proti prachu a vodě
 křivky svítivosti
 provozní účinnosti světla
 rázové a vibrační pevnosti
 mechanické pevnosti
 odolnosti proti korozi
 míry a hmotnosti
 měrného výkonu světelného zdroje
 životnosti
 signálové stálosti
ČSN 36 0050-1 určuje
 barvu světla
 barevný reprodukční odstín
 zpožděné spínání
 světelný tok světelného zdroje
 nevýbušná svítidla musí splňovat požadavky kapitoly 21 ČSN EN 50014,
kapitoly 17 ČSN EN 50018 a článku 4.3 ČSN EN 5001
f) Dlouhé pole svítidel
Dlouhé pole svítidel se může používat pro celkové osvětlení v chodbách a prostorech.
Provedení s osazením zářivkami je také vhodné pro pomocné poruby.
g) Kompaktní svítidla
Kompaktní svítidlo se může používat přednostně v porubech. Je také vhodné pro jiné
stíněné prostory, např. pod pracovními povaly v ražení chodeb.
h) Světlomet
Světlomet je možno použít:
 jako pevné zabudované zařízení na vozidlech a pojízdných pracovních strojích
100


k nepřímému osvětlení technicky problémové oblasti, např. předstihů ražených
chodeb a přechodové oblasti porub/chodba
k osvětlení vzdáleně ležících objektů, např. u jámy při prohlídce lana nebo při
zavěšování břemen.
i) Podoby osvětlovacích zařízení
Svítidla v podzemí nemohou být uspořádána výhradně podle světelně technických
hledisek. Dostupné průřezy, vestavěná a provozní zařízení ztěžují výběr
připevňovacích bodů a vyžadují kompromisy.
Při umísťování svítidel je třeba zajistit aby:
 svítidla byla chráněna před poškozením
 světlo dopadalo bez překážky na užitečnou rovinu
 bylo zabráněno oslnění
 svítidla byla bez nebezpečí dosažitelná k údržbě.
Dlouhé pole svítidel má být, pokud možno, umístěno souběžně s větrním proudem a to
pro udržení co možná nejmenšího znečištění. Pokud jde o výšku zavěšení svítidel, je
nutno zvážit to, že větší výška jednak rovnoměrně rozděluje intenzitu osvětlení a dává
méně nebezpečné oslnění, na druhé straně ale zmenšuje svítivost na počvě a ztěžuje
údržbu.
j) Signalizování a výstraha spouštění
Osvětlovací zařízení není určeno k signalizování. S jistým omezením je možné užití
osvětlovacího zařízení dovrchních dopravníků pro výstrahu spouštění, pokud průběhy
spouštění nejsou časté a kmitočet blíkání světelného zdroje je větší než 2 Hz.
POZNÁMKA: Pro signalizování a výstrahu spouštění je dávána přednost akustickým
zařízením. Při silném okolním šumu může být účelné optické signální zařízení. Potom
má být používáno speciální signální svítidlo.
k) Stroboskopický efekt
Střídavým proudem napájené zářivky mohou u rotační strojní části simulovat menší
počet otáček nebo zastavení. Tomuto stroboskopickému efektu zamezíme dvojitým
zapojením nebo elektronickým předřadníkem (norma ČSN EN 60928,
ČSN EN 60929).
l) Zesvětlení
Osoby a předměty jsou před jasným pozadím snadno postřehnutelné. Prostorově
ohraničené plochy jsou proto podle možností zesvětlené. Bílý až jasně žlutý nátěr
vozidla, stroje a jiného provozního zařízení (štítové výztuže) zlepšuje znatelnost
předmětů. Vypřáškování pracoviště mletým vápencem (např. překladiště, nástupiště ,
montážní komory, čelby apod.) slouží nejen jako protivýbuchové opatření, ale
podstatně zlepšuje viditelnost a tím využití světla.
m) Údržba osvětlovacích zařízení
Svítidla mají být čištěna v pravidelných časových intervalech, jakož i v případě
potřeby. Pro usnadnění údržby mají být svítidla lehce a bez nebezpečí dosažitelná
a světelné zdroje dobře přístupné. U dlouho životných osvětlovacích zařízení, např.
v náražištích a dílnách, má být podle určených dob účinnosti prováděna výměna
světelných zdrojů ve skupině se současným čištěním svítidla. Udržba osvětlovacího
zařízení má být provedena, poklesne-li střední svítivost na 80 % jmenovité svítivosti.
101
Obr.5.4 Osvětlení náražiště
Obr. 6.4 Údržba (čištění) osvětlovacího tělesa
Pravidelné čištění světel v dole je velmi důležité pro dobrou viditelnost na pracovišti! Rovněž
je pravidelná kontrola osvětlení pracovišť důležitá i z hlediska bezpečnosti práce.
102
5. kapitola
Elektrické stroje
5.1
Druhy elektrických strojů
Elektrické stroje jsou zařízení, která buď vyrábějí elektrickou energii, nebo ji ke své činnosti
potřebují. Do první skupiny patří alternátor (str. 52) a dynamo (str. 51), jejichž činnost již byla
popsána v předchozích kapitolách, a v druhé skupině jsou elektromotory a transformátor (str.
16).
5.2
Elektrické motory
Elektrické motory se používají v hornictví pro pohon dopravníků, dobývacích strojů,
hydraulických agregátů, důlních lokomotiv, těžních strojů apod.
Dělí se na stejnosměrné a střídavé podle toho, zda na stator přivádíme stejnosměrný nebo
střídavý proud. Dále používáme univerzální motory, které se dají použít jak na stejnosměrný,
tak i na střídavý proud.
5.2.1 Stejnosměrné motory
Stejnosměrné motory mají tyto části:
- stator
- rotor
- komutátor
Obr. 1.5 Řez stejnosměrným motorem
Stator je nepohyblivá část motoru. Má kostru s hlavními póly s budicím vinutím.
Rotor je pohyblivá část motoru. Je složen z plechů s izolační vrstvou, na povrchu rotoru jsou
drážky, v nichž je uloženo vinutí a z něj odbočují vývody k lamelám komutátoru.
Komutátor mění střídavý proud na stejnosměrný. Vlivem komutátoru je ve vodičích rotoru
stále stejný směr proudu, a proto má magnetická síla Fm = B · I · l stále stejnou orientaci.
B je magnetická indukce; T (tesla)
I je elektrický proud; A (ampér)
l je aktivní délka vodiče; m (metr)
Fm je magnetická síla; N (newton), čte se [ňutn]
103
Podle vzájemného zapojení budicího a rotorového vinutí rozlišujeme stejnosměrné motory na:
1. s paralelním buzením
2. se sériovým buzením
3. s kompaudním buzením
4. s cizím buzením
1. Motor s paralelním buzením - budicí vinutí je připojeno paralelně k vinutí motoru. Budicí
vinutí má velký počet závitů malého průřezu. Reostatem lze měnit budicí proud a tím se mění
otáčky rotoru ve velkém rozsahu. Motor má ještě spouštěcí rezistor, u kterého se při rozběhu
motoru odpor zmenšuje a při skončeném rozběhu je velikost odporu spoštěče nulová. Při
spouštění motoru je odpor reostatu na budícím vinutí nulový a u spouštěče maximální. Motor
má tvrdou charakteristiku, to znamená, že otáčky s rostoucím zatížením klesají jen nepatrně.
Motor je vhodný pro všechny druhy průmyslových pohonů, zvláště pak pro automatizovaná
zařízení. Používá se například u obráběcích strojů, dopravníků a dopravních prostředků.
2. Motor se sériovým buzením – má vinutí statoru a rotoru zapojeno sériově a proud, který
oběma vinutími prochází, je stejný. Budicí vinutí má malý počet závitů o velkém průřezu.
Motor má měkkou charakteristiku, to znamená, že otáčky s rostoucím zatížením výrazně
klesají. Motor má velký záběrný moment, točivý moment s klesajícími otáčkami roste. Je to
typický trakční motor, vhodný pro elektrická vozidla a transportní zařízení.
3. Motor s kompaundním buzením – má paralelní i sériové budicí vinutí. Podle toho, které
z obou vinutí převládá, lze dosáhnout charakteristik blízkých buď motoru se sériovým, nebo
paralelním buzením. Používá se na zařízení s velkými setrvačnostmi, jako jsou zdvihací,
lisovací a válcovací stroje.
Otáčky stejnosměrných motorů je možné regulovat těmito způsoby:
-
-
-
změnou napájecího napětí rotoru – provádí se zařazováním odporu do obvodu rotoru.
S rostoucím odporem otáčky klesají a naopak. Regulace se provádí na nižší otáčky, než
jsou základní, a ekonomicky je výhodnější, má-li motor svůj regulovaný zdroj
stejnosměrného napětí,
změnou budicího proudu – při zvětšování budicího proudu otáčky klesají, budicí proud
regulujeme zařazováním reostatu do obvodu budicího vinutí. Tento způsob používáme na
zvětšování otáček nad základní otáčky. Ztráty jsou ve srovnání s výkonem motoru malé,
kombinací obou předchozích způsobů,
(reverze) – což je změna směru točení motoru přehozením přívodů k budicímu vinutí nebo
vinutí motoru.
5.2.2 Elektrické motory střídavé
1. synchronní, kde jsou otáčky magnetického pole stejné jako otáčky rotoru
2. asynchronní, kde jsou otáčky pole a rotoru různé
Jednofázové asynchronní motory pro pohon domácích spotřebičů. Ty se dělí na:
Jednofázové motory s pomocnou odporovou fází do výkonu asi 250 W. Tam je tepelná
zátěž vinutí velká, a proto se tyto motory nepoužívají pro pohon s častým vypínáním
a zapínáním.
Kondenzátorové motory s provozním kondenzátorem jsou vhodné pro pohony s lehkou
zátěží nebo pro chod naprázdno.
Motory s rozběhovým kondenzátorem jsou vhodné pro zařízení, která při rozběhu pracují
pod velkou zátěží (ždímačky).
104
Motory s rozběhovým i provozním kondenzátorem (rozběhový kondenzátor se po rozběhu
odpojí) se používají pro pohony s těžkou zátěží (kompresory).
Motory se stíněnými póly jsou vhodné pro malé výkony asi jen do 500 W a používají se na
pohon ventilátorů, čerpadel, ždímaček.
Synchronní motory se používají pro pohon velkých jednotek, které nevyžadují regulaci otáček
a časté spouštění. V hornictví se používají pro pohon kompresorů, ventilátorů, odstředivých
čerpadel apod.
5.2.3 Trojfázový asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko
Rotorem asynchronního elektromotoru je soustava spojených vodičů - tyčí (kotva nakrátko).
Tyče rotorového vinutí motoru s kotvou nakrátko jsou z hliníku a vyrábějí se tlakovým litím.
Velikost a tvar rotorových tyčí ovlivňuje rozběhovou charakteristiku motoru, proto se
vyrábějí rotory s různými tvary drážek, buďto je drážka kruhová, nebo hluboká.
Obr. 2.5 Drážky
Statorové vinutí se může skládat z dvoupólového nebo vícepólového vinutí. U trojfázových
asynchronních motorů jsou do drážek statorového svazku plechů vložena tři vinutí, jejichž
začátky jsou proti sobě posunuty o 120°. Spojíme-li konce těchto tří vinutí, vznikne zapojení
do hvězdy. Je-li spojen konec jednoho vinutí se začátkem následujícího vinutí, vzniká
zapojení do trojúhelníka.
Obr. 3.5 Zapojení vinutí statoru do hvězdy a do trojúhelníka a zapojení svorkovnice
105
Zavedeme-li do statoru (stejného jako u trojfázového generátoru) trojfázový proud, vznikne
v dutině statoru točivé magnetické pole (vektor B se otáčí s frekvencí proudu).
Točivé magnetické pole vyvolá v rotoru indukované proudy. Na rotor začnou v magnetickém
poli působit síly, které se jej snaží uvést vůči točivému magnetickému poli do relativního
klidu (Lenzův zákon). Rotor se roztočí, frekvence jeho otáčení je nižší než frekvence točivého
pole. U asynchronního motoru jsou otáčky (frekvence) rotoru vždy menší než tzv.
synchronní otáčky (frekvence) točivého magnetického pole.
Rozdíl frekvencí točivého pole a rotoru se nazývá skluz. Jeho velikost se mění se zatížením
motoru. Čím je větší skluz, tím je větší indukovaný proud a tím větší je odběr energie ze
sítě a na rotor působí větší magnetická síla. Tím se současně zvětšuje moment otáčení
motoru.
V praxi se skluz vyjadřuje v procentech podle vzorce: s 
f p  fr
fp
 100 (%)
Skluz při plném zatížení elektromotoru bývá 2-5%. U motorů do 5,5 kW je to 3,5 % až 6 %,
u motorů o větších výkonech to je 2,5 až 3,5 %. Skluz asynchronních motorů se zatížením
roste. V okamžiku připojení k síti (zapnutí) se chová motor s kotvou nakrátko jako
transformátor se sekundárním vinutím spojeným nakrátko. Odběr proudu je proto velký,
zvláště při použití tyčí kruhového průřezu. Činný (ohmický) odpor je velmi malý a u motoru
převažuje induktivní odpor. To způsobí zpoždění rotorového proudu za napětím rotoru téměř
o 90°. Proto je účiník cos  při rozběhu motoru velmi malý. Činný výkon a užitečný
záběrový moment je přes velký statorový proud malý. Tyto nevýhody odstraňuje rotor
s hlubokými drážkami.
Motory s hlubokými drážkami v rotoru nebo dvojitou klecí mají menší záběrný proud
při současně zvětšeném záběrném momentu.
Obr. 4.5 Řez asynchronním motorem s kotvou nakrátko
Když připojíme statorové vinutí elektromotoru k trojfázové síti (zdroji napětí), vzniká točivé
elektromagnetické pole. Otáčky tohoto pole závisí na frekvenci sítě a počtu pólově párových
106
vinutí. Čím větší je frekvence sítě a čím menší je počet pólově párových vinutí, tím větší jsou
otáčky.
Tab. 15 Synchronní otáčky při frekvenci 50 Hz pro běžné počty pólpárů
f  60
, kde f je frekvence napětí v síti 50 Hz a p je
p
počet pólpárů. Cívka se dvěma póly je jeden pólpár. [n] = ot./min.
Pro synchronní otáčky platí vzorec nS 
Pro otáčky rotoru u asynchronního elektromotoru pak platí vzorec:
nR 
f  60
 1  s   nS  1  s  , kde s je skluz.
p
Regulace otáček je možná:
- změnou frekvence – vyžaduje to zvláštní střídavý zdroj s možností změny frekvence,
regulace je jemná a hospodárná,
- změnou počtu pólpárů – lze provádět po velkých skocích, regulace je hospodárná,
- změnou skluzu – regulace je jemná, ale není hospodárná, protože část energie se mění na
teplo. Skluz se mění změnou odporu rotorového vinutí. Tuto změnu nelze uskutečňovat
u motorů s klecovým vinutím.
Vlastnosti asynchronních motorů:
–
–
–
–
při jmenovitém výkonu odebírají motory jmenovitý proud
motory mají nejlepší účiník při jmenovitém výkonu
přípustná tolerance kolísavosti napětí je podle ČSN  10 %
k omezení záběrných proudů (šestinásobek až osminásobek jmenovitého proudu)
předepisují provozovatelé sítě spouštěcí zařízení
– při zapojení hvězda - trojúhelník se záběrný proud zmenší na jednu třetinu, při zapojení do
hvězdy a po rozběhu se motor přepne na zapojení do trojúhelníka
– spouštěcí transformátory a spouštěcí rezistory zmenšují záběrný proud snížením napětí.
U spouštěcího zařízení se snížením napětí zmenší záběrný proud, ale kvadraticky se vzhledem
k napětí zmenší i záběrný moment. Rozběh je proto možný jen při chodu naprázdno nebo jen
s malým zatížením.
K regulaci napětí se proto používá měkký startér (u motorů s kotvou nakrátko do 1,5 kW jsou
to tyristory v antiparalelním zapojení místo rezistorů). Záběrný proud, záběrný moment
a doba rozběhu jsou v tomto případě nastavitelné. Motory mají nejlepší účiník při jmenovitém
výkonu.
107
V praxi se ještě používají další elektromotory:
Trojfázové motory s kroužkovou kotvou, u kterých jsou vinutí statoru i rotoru zapojeny do
hvězdy. Tyto motory jsou vhodné pro těžké rozběhy k pohonu strojů, které potřebují velký
záběrný moment, např. motory pro jeřáby, tiskařské lisy nebo odstředivky.
Motory s přepínáním počtu pólů se používají pro pohony obráběcích strojů.
Univerzální motory, které se mohou zapojit na stejnosměrný nebo střídavý zdroj. Svou
konstrukcí odpovídají sériovému komutátorovému motoru a používají se pro pohon
elektrického nářadí, domácích spotřebičů a kancelářských strojů.
5.2.4 Elektrotomotory používané v hornictví
Trojfázové asynchronní motory v obyčejném konstrukčním provedení se používají na
povrchu i v podzemí tam, kde nehrozí nebezpečí výbuchu, na povrchových dolech
v úpravnách apod.
Používá se např. trojfázový asynchronní motor s krytím TP 44, 100 kW, 500 V, 50 Hz na
pohon hlavního čerpadla v prostředí bez nebezpečí výbuchu (PBNV).
Motory řady F pro těžké pracovní podmínky jsou vybaveny tepelnou ochranou ze tří
pozitivních termistorů, vestavěných do vinutí motoru. Vývody termistorů ústí na svorkovnici
motoru. Při rostoucí teplotě roste odpor termistorů, které jsou vloženy do obvodu citlivého
relé, a to signalizuje nadměrnou teplotu, nebo vypíná silový obvod chráněného motoru. Pro
pohon pásového dopravníku šířky 1,6 m se používá motor s krytím IP, izolací třídy B, 320
KW, 6 000 V, 2p = 4.
Malé nevýbušné důlní motory s dvojitou rotorovou klecí do 15 kW, 500 V, 50 Hz se
používají k pohonu malých důlních čerpadel, elektrických vrtaček, malých dopravníků,
elektrických vrátků apod.
Střední nevýbušné důlní motory s dvojitou rotorovou klecí od 15 do 100 kW, 500 V, 50 Hz
se používají k pohonu uhelných kombajnů, pluhů, razicích strojů, nakladačů a těžkých
dopravníků.
Velké nevýbušné důlní motory s dvojitou rotorovou klecí nad 100 kW pro napětí 500 nebo
1 000 V, 50 Hz se používají k pohonu velkých uhelných kombajnů a jiných velkých
technologických celků.
Motory od 100 do 200 kW se používají k pohonu těžkých strojů ve slepých šachticích
a motory nad 200 kW se používají k pohonu hlavních čerpacích stanic.
Motory bývají chlazené vzduchem s vlastním vnějším povrchovým ventilátorem, který žene
vzduch na podélná chladcí žebra na obvodu statoru. Chladicí žebra jsou zakryta ocelovým
plechem, který je chrání před uhelným prachem i před mechanickým poškozením.
Elektromotory v prostorech s nebezpečím výbuchu se uzavírají do tzv. nevýbušných
závěrů. Prostředí závěru ochladí zblodiny výbuchu, takže vně závěru již k výbuchu nedojde.
Druhy závěrů:
- pevný závěr je nevýbušný závěr, který snese bez poškození výbuch směsi uvnitř záběru,
přičemž nedojde k přenosu výbuchu. Spáry a vůle musí mít předepsaný rozměr, mezi
dosedací plochy závěru se nesmí vkládat žádné těsnění, neboť by nebyla zachována
předepsaná šířka spáry. Značí se Ex3,
- pískový závěr je vyplněn pískem. Zabraňuje přístupu výbušné směsi k živým částem,
které by mohly způsobit výbuch. Značí se Ex1 a bývá použit u důlního transformátoru,
- kapalinový závěr Ex5 je vyplněn tekutinou, která izoluje elektrické části od výbušného
prostředí,
108
-
závěr s vnitřním přetlakem Ex6 je závěr, u kterého je vnitřní prostor provětráván buď
proudem čistého vzduchu, nebo inertního plynu, anebo je jimi vypněn pod stálým
přetlakem vůči okolí.
Cvičení 1
1. Co tvoří stator elektromotoru?
2. Co je rotor elektromotoru?
3. Co způsobí roztočení rotoru elektromotoru?
4. Co je skluz elektromotoru?
5. Liší se konstrukčně elektromotor od generátoru?
6. Jakým způsobem regulujeme otáčky elektromotoru?
7. Jak vypočítáme synchronní otáčky elektromotoru?
8. Jak vypočítáme asynchronní otáčky elektromotoru?
9. Popište činnost trojfázového asynchronního elektromotoru.
10. Jaké elektromotory se používají v běžné praxi?
11. Jaké druhy elektromotorů se používají v hornictví?
12. Jak zajišťujeme, aby při činnosti elektromotoru nedošlo na šachtě k výbuchu?
5.2.5
Výkon střídavého proudu
Činný jednofázový výkon
P  U  I  cos
jednotka je W = watt
Zdánlivý jednofázový výkon
S U  I
jednotka je VA = voltampér
Jalový jednofázový výkon
jednotka je VAr
Q  U  I  sin
voltampér reaktantní (reaktivní)
VoltAmpere reaktiv; reaktiv (lat.) = zpětně působící [10]
Ve vzorcích označuje cos účiník a  je fáze, což je fázový posun mezi proudem a napětím.
K fázovému posunu nedochází pouze tehdy, když zařízení funguje jen jako rezistor
s odporem. Vzorec pro činný výkon střídavého proudu se dá vyjádřit i pomocí maximálních
hodnot napětí a proudu, když za efektivní hodnoty U a I dosadíme:
U ef 
Um
2
a za I ef 
Im
2
109
P  U  I  cos 
cos 
P
P

S U I
U m Im
1

 cos   U m  I m  cos
2
2
2
účiník můžeme určit pomocí činného a zdánlivého výkonu.
Účiník není účinnost!
Fázi  určíme na kalkulačce navolením tlačítek cos1 číslo = a přečtením výsledku.
Jestliže máte určenu hodnotu  , pak navolíte na kalkulačce tlačítko sin. Tuto hodnotu pak
využijete při výpočtu jalového výkonu.
Účinnost zařízení pak vypočítáme ze vzorce:
η
Pv
Pp
η
Tento výraz nemá jednotku a výsledek je menší než 1.
Pv
 100 
Pp
%
Pv označuje výkon a Pp příkon.
Cvičení 2
1.
Na štítku elektromotoru na střídavý proud jsou údaje: 230 V, 5 A, cos   0,8 . Jaký je
činný, zdánlivý a jalový výkon elektromotoru?
[P = 920 W, S = 1 150 VA, Q = 690 VAr]
2.
Určete velikost proudu v elektromotoru na 230 V při účiníku 0,9, jestliže činný výkon je
3 kW, a určete, zdali bude motor fungovat při 16 A jističi.
[I = 14,49 A; bude fungovat]
3.
Určete u motoru z předchozího příkladu zdánlivý a jalový výkon.
[S = 3 332,7 VA, Q = 1 452,7 VAr]
4.
Na štítku pračky jsou uvedeny tyto údaje: činný výkon 1 850 W, napětí 230 V,
elektrický proud 10 A. Určete fázi (posunutí mezi U a I) v obvodu a účiník.
[  5432, cos  0,804]
5.
Jednofázový motor odebíral proud 10 A po dobu 5 minut při napětí 230 V; elektroměr
za tu dobu naměřil 0,13 kWh. S jakým účiníkem pracoval motor?
[cos   0,68]
6.
Co znamenají značky W, VA, Var?
7.
Co ovlivňuje účiník?
110
Výkon trojfázového proudu je dán součtem (součinem) výkonů v jednotlivých fázích
P  3Pf  3  U f  I f  cos 
Pro zapojení do hvězdy platí U f 
US
, I f  I , U  US ,
3
a činný výkon trojfázové soustavy pak bude
PČ  3 
US
3
 I f  cos  
3
3
 3
3  U S  I f  cos  ; W
Pro zapojení do trojúhelníka platí
US  U , I f 
činný výkon
IS
3
, I  IS a
3
3
 3
Výkon trojfázové soustavy pak bude
PČ  3  U S 
IS
3
 cos  
3  U S  I S  cos  ; W
činný výkon
Úhel  je fázový posun mezi fázovým napětím U f a fázovým proudem I f .
S  3  U S  I ; VA
zdánlivý výkon
Q  3  U S  I  sin ; VAr
jalový výkon
Výkon trojfázové soustavy se stanoví při zapojení do trojúhelníka i do hvězdy podle stejného
vztahu, v němž I je proud ve vedení, U je napětí mezi fázovými vodiči a  je fázový posun
mezi fázovým napětím U f a fázovým proudem I f . U nesouměrného zatížení jsou fázové
posuny v jednotlivých fázích různé, a proto v tomto případě účiník vyjadřujeme podílem
činného a zdánlivého výkonu. Účiník cos u motoru závisí na jeho zatížení. Při chodu
naprázdno dosahuje hodnoty od 0,1 do 0,3 a motor působí jako cívka (cívky) s indukčností.
S rostoucí zátěží se cos zvětšuje a při jmenovitém zatížení dosahuje hodnoty uvedené na
identifikačním štítku. Pokud je výkon motoru zvolen pro určitý provoz příliš velký, účiník se
zmenšuje. Pokud je motor přetížen, vede navýšení proudu k větším ztrátám a k nedovolenému
zahřátí vinutí. Někdy je výhodné změnit u trojfázových soustav zapojení do trojúhelníka
na zapojení do hvězdy, protože tím snížíme hodnotu příkonu soustavy!
Řešený příklad 7
Stanovte změnu příkonu trojfázového elektromotoru o výkonu P = 12 kW v zapojení do
trojúhelníka na napětí 3 x 400 V, přepojíme-li vinutí do hvězdy.
111
Odpor jedné fáze je
U
U
Rf 


I
If
3
3 U

I
3  U 3  U 2 3  4002


 40 
P
P
12 000
3 U
Po přepojení do hvězdy je na každé cívce napětí
Uf 
US
3

400
3
 230 V
U f 230

 5,75 A a ten dosadíme do vzorce pro P.
Rf
40
Příkon elektromotoru přepojeného do hvězdy je za předpokladu, že elektromotor bereme jako
spotřebič s odporem R (pak je cos = 1), P  3  U  I f  3  400  5,75  3 983,7 W
Proud v jedné fázi je
If 
a víme, že U  U S .
Jestliže spotřebič zapojený do trojúhelníka přepojíme do hvězdy, zmenší se jeho příkon na
třetinovou hodnotu výkonu.
Práce trojfázové soustavy
W  P  Δt , kde P je výkon a Δt je změna času
Pro činnou práci dosadíme do vzorce za P činný výkon
W  3  U  I  Δt  cos ;
Pro jalovou práci dosadíme místo P jalový výkon Q
W j  3  U  I  sin  Δt
Pro zdánlivou práci dosadíme místo P zdánlivý výkon S
WZ  3  U  I  Δt
J
Řešený příklad 8
Jak velký síťový a fázový proud odebírá trojfázový elektromotor v zapojení do trojúhelníku
ze sítě 3 x 400 V, je-li jeho výkon 13 500 W, účinnost 90 % a cos  je 0,8.
PP 
PV 13 500

 15 000 W
η
0,9
PP  3  U  I S  cos
IS 
If 
PP
3  U  cos
IS
3

27,06
3

15 000
3  400  0,8
 27,06 A
 15,62 5 A
Síťový proud (sdružený) je 27,06 A, fázový proud je 15,62 A.
112
Cvičení 3
1. Určete, jak se změní příkon trojfázového spotřebiče o výkonu 3 kW zapojeného do
trojúhelníku na napětí 3 x 400 V, přepojíme-li spotřebič do hvězdy.
[P = 998 W]
2.
Na štítku mikrovlnné trouby jsou zapsány hodnoty příkonu 1 200 W a výkonu 900 W.
Určete účinnost trouby a velikost práce elektrického proudu, je-li trouba v chodu 2 min.
[  0,75  75 %; W  108 000 J  0,03 kWh]
3.
Určete práci a výkon elektrického proudu v trojfázově zapojené soustavě do trojúhelníka
na napětí 3 x 400 V. Proud ve vedení je 5 A, účiník je 0,65 a doba činnosti je 2 hodiny.
[W = 16,2 MJ = 4,5 kWh; PČ = 2 252 W]
4. Určete činný, jalový a zdánlivý výkon trojfázového alternátoru, který dodává při zapojení
do trojúhelníka do sítě sdružené napětí 400 V a síťový proud 160 A. Jde o souměrné
zatížení při účiníku 0,6.
[ PČ  66 511 W; Q  88 681 VAr; S  110 851 VA]
5. Trojfázový elektromotor o výkonu 3 kW v zapojení do trojúhelníka na napětí 3 x 400 V
pracuje s účinností 75 % při účiníku 0,85. Určete činný, zdánlivý a jalový příkon, fázový
a síťový (sdružený) proud.
[ PP  4 000 W; S P  4 705,9 VA; Qp  2 479 VAr; I S  6,79 A; I f  3,92 A]
5.2.6
Kompenzace účiníku
V elektrických sítích se vyskytují hlavně fázové posuny způsobené především
magnetizačními proudy, které mají indukční charakter. Aby se elektrická energie získaná ze
zdroje proměnila v užitečnou práci, je potřeba, aby byl její přenos ke spotřebiči uskutečněn
při co největším účiníku. Instalace trojfázových asynchronních elektromotorů a jiných
indukčních spotřebičů v průmyslu se negativně projevuje tím, že kromě činného výkonu musí
elektrárna dodávat do místa spotřeby i indukční jalový výkon. Jalový výkon zatěžuje
alternátory, sítě, elektromotory, transformátory a omezuje výrobu a přenos elektrické energie.
Dodávka elektrické energie při malém účiníku znemožňuje plné využití výkonu alternátorů
v elektrárnách, spotřebuje se větší množství mědi a vyžaduje větší zdánlivý výkon
transformátorů.
Jalový proud zatěžuje síť, a proto provozovatelé sítě požadují hodnoty účiníku zátěží
kompenzovat na hodnotu přibližně 0,9.
U jednotlivých motorů se to děje paralelně zapojenými kompenzačními kondenzátory
k cívkám. Kompenzační kondenzátor má být umístěn co nejblíže k motoru.
Při jednotlivé kompenzaci se musí kompenzační kondenzátory vybít po vypnutí během
jedné minuty na napětí maximálně 50 V.
Jalový výkon kompenzačních kondenzátorů má být zhruba 35 % výkonu motoru, aby
při částečné zátěži nedošlo k překompenzování.
V praxi se při kompenzaci účiníku postupuje takto – náhradní obvod elektromotoru si lze
představit jako paralelně zapojený obvod R, L, C.
Vyjdeme z fázorových diagramů pro proudy a výkony za podmínky, že I L  I C a QL  QC .
113
Tady je nutné vědět, že při paralelním propojení cívky a kondenzátoru je napětí na
π
kondenzátoru i cívce stejné, ale proud na kondenzátoru předbíhá napětí o
rad
2
π
a proud na cívce, který je větší než na kondenzátoru, se za napětím zpožďuje o
rad.
2
Toto se zakreslí do fázorového diagramu podle obrázku 5.5.
Obr. 5.5 Fázorový diagram proudů
Obr. 6.5 Fázorový diagram výkonů
Budeme brát motor napřed bez kondenzátoru a ten bude mít činný výkon P, jalový QL
a zdánlivý S1 . Pak k cívce paralelně připojíme kondenzátor a motor bude mít činný výkon P,
jalový QL  QC a zdánlivý S 2 (viz obr. 7.5).
Obr. 7.5 Fázorový diagram výkonů při paralelním zapojení cívky a kondenzátoru
Kompenzací účiníku se u spotřebiče zmenší odebíraný proud na hodnotu I (obr.5.5)
a zdánlivý výkon se zmenší z S1 na S2. Hodnota cos se zvětší z cos1 na cos 2 .
114
Řešený příklad 9
Jednofázový motor s výkonem P = 0,5 kW při účiníku cos  1 = 0,65 je připojen na napětí
U = 230 V, f = 50 Hz. Stanovte kapacitu kondenzátoru, který se musí připojit ke svorkám
elektromotoru, aby se účiník zlepšil na cos  2 = 0,9.
Zdánlivý výkon elektromotoru bez kondenzátoru je
S1 
P
500

 769,23 VA
cos 1 0,65
Jalový výkon elektromotoru je
QL  S12  P 2  769,232  5002  584 ,6 VAr
Připojením kondenzátoru se má účiník zlepšit na cos  2 = 0,9. Zdánlivý výkon s připojeným
kondenzátorem je
S2 
P
500

 555,55 VA
cos  2 0,9
Na kalkulačce navolíme postupně tlačítka
cos1 0,9   2  25,840  250 5031
sin 25,840  0,4359
Jalový výkon bude podle obr. 7.5
QL  QC  S 2  sin  2  555,55  0,4359  242,16 VAr
QC  QL  S 2  sin  2  584,6  242,16  342,44 VAr
QC  U  I C
IC 
QC
342,44

 1,488 A
U
230
U
 U  ω  C  U  2  π  f  C  230  2  3,14  50  C
1
ωC
IC
1,488
C 

 20,6 μ F
U ω
230  2  3,14  50
1,488 
U

XC
Kapacita paralelně připojeného kondenzátoru je 20,6 μ F .
Další možnost odvození vzorce pro výpočet kapacity kompenzačního kondenzátoru
(stačí znát jalový výkon na kondenzátoru, napětí a frekvenci)
115
Q
U
 U ω  C
IC  C
U
XC
Q
U ω  C  C
U
Q
Q
342,44
C  2C  2 C

 20,6 μF
2
U  ω U 2π  f
230  6,28  50
IC 
Cvičení 4
1. Určete kapacitu kondenzátoru paralelně připojeného k cívce statoru elektromotoru, když
je elektromotor připojen na napětí 230 V při frekvenci 50 Hz. Činný výkon elektromotoru
je 250 W, cos 1  0,7 a chceme účiník cos  2 zvětšit na hodnotu 0,95 .
[C = 10,38 μF ]
2. Vypočtěte kapacitu kondenzátoru, který je paralelně připojen k cívce statoru motoru,
jestliže elektromotor je připojen na napětí 230 V při frekvenci 50 Hz. Činný výkon
motoru je 3 kW, cos1  0,7 a chceme získat účiník  2  0,9.
[C = 96,9 μF ]
3.
Určete kapacitu kondenzátoru paralelně připojeného k cívce elektromotoru zapojeného
do trojúhelníku na napětí 3 x 400 V, který má výkon 13 500 W, cos 1  0,8 , f = 50 Hz.
Účiník chceme zvětšit na hodnotu 0,9.
[C = 23,8 μF]
Při řešení tohoto příkladu postupujte takto:
1. Vydělte výkon motoru třemi, protože potřebujete zjistit výkon na 1 statorové cívce.
2. Další postup je úplně stejný jako u vzorového příkladu.
Na výpočet kapacity můžete použít oba konečné vzorce ze vzorového příkladu a zjistíte, že
výsledek je stejný. Napětí při řešení je 400 V.
Postupné výsledky pro Vaši orientaci jsou tyto.
[P1 = 4 500 W; S1 = 5 625 VA; QL = 3 375 VAr; S2 = 5 000 VA;   25,84 0  250 5031 ;
sin   0,4359 ;
116
6. kapitola
Elektrické pohony
Elektrický pohon je označení pro soubor všech technických prostředků zajišťujících pohon
nějakého strojního mechanismu za pomoci elektrické energie, zpravidla za pomoci nějakého
elektromotoru (viz. 5. kapitola), který pak obvykle tvoří základní část elektrického pohonu.
Výhody elektrického pohonu proti neelektrickému
 rychlá, téměř okamžitá pohotovost nasazení,
 jednoduchost ovládání a dobrá řiditelnost mechanických veličin (moment, rychlost,
poloha)
 dobrá účinnost
 malá hmotnost, malá náročnost na údržbu a snadná vyměnitelnost
 možnost použití ve složitých a nebezpečných prostředích.
Hlavními nevýhodami elektrického pohonu jsou
 závislost na přívodu elektrické energie (výjimkou je pohon s napájením pomocí
akumulátorů, které však jsou schopny dodat jen omezený příkon),
 vysoké jmenovité otáčky (vyžaduje použití mechanických převodů).
6.1.
Základní provozní pojmy elektrických pohonů
Spouštění pohonu: činnost potřebná pro rozběh pohonu.
Rozběh pohonu: přechod EP z klidu na stanovenou rychlost
 záběr – začátek rozběhu pohonu,
 doba rozběhu – z klidu na stanovenou rychlost,
 míra rozběhu – kvantifikuje obtížnost rozběhu a lze jej definovat vztahem dle
velikosti míry rozběhu m: lehký rozběh m ≤ 0,75
normální rozběh 0,75 < m ≤ 1,5
těžký rozběh m > 1,5
Zastavení pohonu: přechod pohonu z pracovní rychlosti do klidu
 doběh pohonu: zastavení pohonu bez brzdění motorem
 brzdění pohonu: - činnost potřebná pro zastavení pohonu (elektrické motorem,
mechanické brzdou).
Obr. 1.6 Blokové schéma elektrického pohonu
117
Prvky elektropohonu
Prvky elektrického pohonu jsou například napájecí, regulační, ovládací, řídicí, signalizační
zařízení a další prvky (obr. 1.6), které zajišťují požadované parametry přeměny elektrické
energie, dodávané z vnějšího prostředí (například z napájecí elektrorozvodné sítě,
z baterie apod.), na mechanickou energii požadovaných parametrů. Součástí pohonu tedy
bývá i celá řada dalších elektrických strojů, přístrojů či jiných specializovaných zařízení
(např. řízený usměrňovač elektrického proudu, měřicí přístroje, signalizační prvky, vypínače
proudu, motorové jističe, různé regulační mechanismy včetně ovládacího počítače atd.).
6.1.1 Rozdělení elektropohonů
Rozdělení podle druhu pohybu:
 točivý pohon
 netočivý pohon (např. lineární)
Rozdělení podle druhu použitého motoru
 stejnosměrný pohon (se stejnosměrným motorem)
 střídavý pohon (s hnacím střídavým elektromotorem)
 pohon s krokovým motorem
Rozdělení podle řízení otáček:
 jednorychlostní motory
 vícerychlostní motory
 s plynule nastavitelnou rychlostí
Rozdělení podle druhu řízení
 ovládaný pohon
 regulovaný pohon (regulátor se zpětnou vazbou)
6.1.2 Návrh pohonu




Volba typu pohonu (typ motoru, stanovení, zda má být pohon řízený, regulovaný nebo
neřízený, volba celkové koncepce – tj. rozhodnutí, zda je výhodnější převodovka nebo
frekvenční měnič FM).
Dimenzování pohonu
Návrh struktury regulačních obvodů (výběr snímačů, návrh regulačních smyček,
stanovení parametrů jednotlivých regulátorů)
Volba jištění a ochran proti úrazu elektrickým proudem.
6.1.2.1
Volba typu motoru (viz kapitola 5)
6.1.2.2
Dimenzování pohonu
Rovnice pohonu
Každé soustrojí má svoji účinnost. Pro návrh pohonu musíme znát jeho maximální
požadovaný výkon.
Pokud se pohon skládá pouze z elektrického motoru, účinnost je 100 %. Pokud se pohon
skládá z elektrického motoru o výkonu PM a převodovky, výkon pohonu Ppo je snížen o ztráty
v převodovce vyjádřené její účinností ηp. Pak Ppo  PM  P ; W (watt) a ztráty výkonu pohonu
mohou zvětšit i regulační a řídicí prvky.
118
6.1.2.3
Návrh struktury regulačních pohonů
Pracovní režimy pohonu
Obr. 2.6 Pracovní režimy elektrických pohonů




pracovní režimy se zobrazují v rovině (M,ω),
když je výkon motoru (P = M · ω; W) kladný, pak motor pracuje v režimu
motorickém (1Q),
je-li výkon záporný (záporný moment a kladné otáčky), potom motor pracuje v režimu
brzdném (2Q),
jestliže je výkon záporný (kladný moment a záporné otáčky), pak nereverzovaný
motor pracuje v brzdném režimu (4Q).
Mechanické charakteristiky elektrických pohonů
Podle typu motoru rozlišujeme tři typické průběhy hnacího momentu M = f( ) nebo
momentové charakteristiky.
Obr. 3.6 Momentové charakteristiky elektrických pohonů
Točivý moment elektrického stroje je základním parametrem a je rozhodující pro velikost,
hmotnost a cenu stroje.
119
Mechanické (zatěžovací, pracovní) charakteristiky elektrických pohonů
 Točivý moment elektrického stroje je základním parametrem a je rozhodující pro
velikost, hmotnost a cenu stroje.
 Závislost M(ω) se nazývá momentovou charakteristikou stroje.
Mechanické charakteristiky zátěžných mechanizmů
 Pasivní zátěžný moment
Tyto momenty působí vždy proti směru pohybu pracovního mechanizmu a mění tedy
své znaménko se změnou směru otáčení. (Hoblovková charakteristika obr. 4.6).
Obr. 4.6 Hoblovková charakteristika

Aktivní zátěžný moment
vzniká při zvedání a spouštění břemen a je nezávislý na otáčivé rychlosti. Ve 4Q
působí zátěžný moment ve směru působení hnacího momentu a je tedy aktivní
(Jeřábová charakteristika obr. 5.6),
Obr. 5.6 Jeřábová charakteristika
120

Kalandrová charakteristika
Obr. 6.6 Kalandrová charakteristika

Ventilátorová charakteristika
Obr. 7.6 Ventilátorová charakteristika

Navíječková charakteristika
Obr. 8.6 Navíječková charakteristika
121
6.1.2.4
Řízení a regulace pohonů
Pohony dělíme na řízené a regulované.
Pohony řízené
Pohon můžeme řídit:
a) změnou převodového poměru převodovky (mechanicky),
b) změnou počtu pólpárů (p) elektrického motoru a tím změnou otáček (str. 97).
Pro těžký rozjezd hřeblových dopravníků snížíme zvýšením počtu pólpárů
elektrického motoru jeho otáčky a tím i zatížení celého pohonu. Při těžkém rozjezdu
mají elektrické pohony několikanásobně zvýšen odběr proudu. Dimenzování
energetické přenosové soustavy na taková přetížení by bylo velmi nákladné. Po
uvedení dopravníku do chodu se zvýší snížením počtu pólpárů rychlost dopravníku
bez zbytečných proudových rázů. Prvotní zpomalený rozjezd pásových dopravníků
rovněž značně šetří pásový potah (při rozjezdu s plným výkonem pohonu dochází
k prokluzu v hnacích válcích pásového dopravníku a k poškozování pásového potahu),
c) změnou frekvence (str. 97) pomocí frekvenčních měničů (viz vztah pro výpočet otáček
elektromotoru na straně 97, kdy vede zvýšení frekvence u dodávané elektrické energie
ke zvýšení otáček elektrického motoru a při snížení frekvence ke snížení otáček).
V současné době jsou pro plynulé rozjezdy zaváděny tyristorové a tranzistorové
frekvenční měniče,
d) změnou skluzu
Obr. 9.6 Pohon řízený
Pohony regulované
U řady elektrických pohonů jsou požadovány přesné otáčky. U takovýchto pohonů musíme
mít přístroj pro sledování otáček výstupní hřídele (na obrázku 10.6 označený jako Tacho)
a další přístroje pro vyhodnocení naměřených a požadovaných veličin, které následně
vyhodnocuje regulátor a pomocí akčních veličin ovládá frekvenční měnič.
Obr. 10.6 Pohon regulovaný
122
6.2
Elektrická trakce
Elektrická trakce je elektrický pohon drážních vozidel, zejména vlaků, tramvají, podzemní
nebo trolejbusové dráhy. Hlavními přednostmi elektrické trakce jsou menší znečištění
a hluk, vyšší energetická účinnost a nižší provozní náklady. Rozlišujeme trakci nezávislou,
kde si vozidlo veze zdroj energie, a závislou, s vnějším vedením proudu. Hlavní nevýhodou
nezávislé trakce je omezená kapacita a velký objem akumulátorů, u závislé trakce náklady na
elektrické vedení. Zvláštním případem je kombinovaná trakce, například dieselelektrická, kde
si vozidlo vyrábí proud spalovacím motorem a generátorem.
Závislá trakce
Nejdůležitější je závislá trakce, kde se proud přivádí zvenčí stabilním vedením. Vedení může
být nadzemní (trolej), pozemní (kolej) nebo podzemní. Výhodou pozemního vedení (třetí
nebo boční kolej) jsou menší náklady, hlavní nevýhodou je nebezpečí pro chodce. Tu se
snažily obejít podzemní systémy s kanálkem mezi kolejemi. Po stranách kanálku, přístupného
pouze úzkou štěrbinou, jsou dvě měděné sběrnice, a do kanálku zasahuje sběrná tyč vozidla se
dvěma kluznými sběrači. Kanálek se však zanáší nebo plní vodou a systém je tak
nespolehlivý. Proto se dnes pozemní vedení používá jen u podzemních a předměstských drah
s vlastním tělesem, kam nikdo nemá přístup. Určité problémy vznikají na výhybkách
a kříženích, kde se vůz chvíli pohybuje setrvačností a sběrače musí překonávat mezery.
Nejdůležitější jsou proto systémy s vrchním vedením, jednou nebo dvěma trolejemi
v bezpečné výšce kolem 4 m nad zemí. Trolej je tvořena silným měděným drátem zvláštního
"osmičkového" průřezu, zavěšeným na sloupech. Úseky troleje v max. délce asi 500-800 m se
musí napínat závažím a kladkami. U tramvajových vedení jsou závěsy troleje častější, kdežto
u železničních vedení je trolej zavěšena na podélném nosném lanu a sloupy jsou ve
vzdálenosti 30-50 m. Dalším problémem závislé trakce jsou sběrače proudu. Původní rámové
sběrače nahradily Spragueovy odpružené sběrací tyče s kladkou nebo smykovou botkou.
Novější vývoj se ale vrací k odpruženým pantografům a polopantografům, které jsou
spolehlivější a vyhovují i pro nejvyšší rychlosti.
Obr. 11.6 Vrchní vedení
Obr. 12.6 Pantograf
Napájecí soustavy
Do roku 1963 byla vozidla napájena stejnosměrně - tzv. Křižíkova napájecí soustava, později
se začíná přecházet na střídavé napájení.
123
stejnosměrné (Křižíkova soustava)
1. 250 V - podzemní dráhy
2. 600 V - tramvaje, trolejbusy (např. v Plzni nebo Opavě)
3. 750 V - pozdější trolejbusové vedení, metro (na 600 V i 750 V se používají stejné
trolejbusové vozy)
4. 1 500 V - v Holandsku, část Francie
5. 3 000 V - Itálie, Polsko, Belgie, část ČR, část zemí bývalého SSSR

střídavé
1. 15 kV, 16 a 2/3 Hz - v Německu, Rakousku, Švýcarsku, Švédsku, Norsku
2. 25 kV, 50 Hz - novější; část Francie, Maďarsko, Indie, Pákistán, část ČR, část
Slovenska
3. 25 kV, 60 Hz - v Japonsku

6.3
Elektrické důlní lokomotivy
A. Elektrické trolejové důlní lokomotivy
Důlní trolejové lokomotivy mohou být vybaveny trakčními motory na stejnosměrný, střídavý
nebo pulzní proud. Trakční proud se přivádí trolejovým drátem, odebírá se pantografovými
nebo tyčovými sběrači. Jako zpětný vodič slouží kolejnice, které musí být v místě spojů
propojeny měděnými lanovými spojkami.
Obr. 13.6 Elektrická trolejová důlní lokomotiva
Lokomotivy jsou vybaveny hlavní elektrodynamickou brzdou a pomocnou brzdou
mechanickou. U nejtěžších typů se používají i brzdy elektromagnetické, které působí na
kolejnice. Trolejové vedení je rozděleno na samostatné izolované úseky, které jsou
samostatně napájeny z měnírny tak, aby úbytek napětí v soustavě nepřekročil 30%.
Trolejové vedení musí být umístěno v dostatečné výšce nad temenem kolejnic, a to 1,8 m
v chodbách, které neslouží jako cesty pro běžnou chůzi, 2 m v chodbách určených pro chůzi
a 2,2 m v blízkosti jam, nárazišť, sýpů a ústí štol.
124
B. Elektrické akumulátorové důlní lokomotivy
Zdrojem energie pro trakční stejnosměrné sériové motory je olověný nebo alkalický
akumulátor, umístěný na lokomotivě. Akumulátory se nabíjejí ve stanici vybavené nabíjecími
stoly se zařízením pro usnadnění výměny baterií (přesuvné nebo zvedací rampy).
Trakční napětí je v rozmezí 40 – 120 V. Lokomotivy se vyrábějí v provedení pro normální
nebo výbušné prostředí. Akční rádius je dán kapacitou baterie.
Obr. 14.6 Elektrické akumulátorové důlní lokomotivy
6.4
Výpočet elektrického pohonu
Pro správnou volbu převodovky a hnacího elektromotoru je potřeba znát následující údaje:
požadovaný výstupní krouticí moment M2, výstupní otáčky převodovky n2, způsob zatěžování
převodovky a tomu odpovídající provozní součinitel Sm. Na základě těchto vstupních hodnot
lze následně stanovit odpovídající velikost, výkon převodovky a převodový poměr " i ".
Vztahy pro výpočet jednotlivých veličin
Výstupní krouticí moment M2
Krouticí moment M2 je dán požadovaným zatížením převodovky. M2 lze vyjádřit jako sílu F2,
která působí na rameno o délce r2.
M 2  F2  r2 ; N  m
Převodovky ani elektrické motory nenavrhujeme, ale volíme z nabídky výrobců nejblíže
vhodné komponenty dle provedeného výpočtu.
Provozní součinitel Sm
Aby byla zaručena optimální životnost převodovky v různých pracovních režimech zatížení,
používáme při volbě velikostí převodovky tzv. provozní součinitel Sm, který je dán
součinem dílčích faktorů, zohledňujících jednotlivé podmínky:
S m  S1  S 2  S 3  S 4
125
Tab. 16 S1 = faktor zatížení
normální rozběh bez rázu, malá urychlovaná hmota (ventilátory, zubová čerpadla,
montážní pásy, dopravní šneky, míchačky tekutin, plnicí a balicí stroje)
rozběh s mírnými rázy, nerovnoměrný provoz, střední urychlovaná hmota (transportní
1,25
pásy, výtahy, navijáky, hnětací míchací stroje, dřevoobráběcí, tiskařské a textilní stroje)
nestejnoměrný provoz, silné rázy, velká urychlovací hmota (míchačky betonu, sací
1,5 čerpadla, kompresory, buchary, válcová stolice, přepravníky pro těžké zboží, ohýbací a
lisovací stroje, stroje se střídavým pohybem)
1,0
Tab.17 S2 - faktor plynulosti provozu
S2
1,0
1,15
1,3
1,5
počet sepnutí za hodinu
0 až 10
10 až 50
50 až 100
100 až 200
Tab. 18 S3 - faktor provozní doby
S3
0,8
1,0
1,2
1,3
počet sepnutí za den
0 až 4
4 až 8
8 až 16
16 až 24
Tab. 19 S4 - faktor pohonu
S4
1,0
1,2
druh elektromotoru
elektromotor bez brzdy
elektromotor s brzdou
Při výběru konkrétní převodovky je pak třeba dbát na to, aby byl provozní součinitel Sm menší
než servisní faktor převodovky Sf.
Servisní faktor Sf
Servisní faktor převodovky Sf udává přibližně poměr mezi maximálním krouticím momentem
na výstupu převodovky, kterým může být převodovka trvale zatěžována, a skutečným
výstupním krouticím momentem, který je schopen poskytnout zvolený elektromotor.
Sf 
M 2 max.
; bez jednotky
M2
Maximální krouticí moment M2max je stanoven pro provozní součinitel Sm = 1, který je uváděn
v tabulkách. Hodnoty servisních faktorů pro jednotlivé varianty velikostí, převodů
a přiřazení elektromotorů jsou rovněž uváděny v tabulkách.
126
Výkon elektromotoru P1
Pro stanovení potřebného výkonu elektromotoru P1 je použit vzorec:
P1 
M 2  n2  100
; kW
60 000 
,
kW 
Nm · min 1  100
60 000  %
Část výkonu je spotřebována na překonání mechanického odporu převodovky. Tento podíl
vyjadřuje účinnost  , která je poměrem mezi výkonem na výstupu P2 a příkonem P1 na
vstupu
 
P2
 100 
P1
%
Převodový poměr i
Převodový poměr je poměrem vstupních a výstupních otáček převodovky
n
i  1 ; bez jednotky
n2
n1; min-1, kde n1 jsou jmenovité otáčky elektromotoru
n2; min-1, kde n2 jsou výstupní otáčky převodovky
6.5
Připojování elektrických strojů
6.5.1 Průmyslové zásuvky
Stejně jako u domovní zásuvky a vidlice slouží k dočasnému spojení pohyblivého přívodu
k pevnému zdroji energie. Ovšem podmínky použití jsou podstatně odlišné. Jednak přenášené
proudy bývají podstatně větší než u domovních zásuvek a také prostředí, do něhož jsou tyto
zásuvky určeny, jsou podstatně náročnější než běžné domovní zásuvky.
U nás se používají průmyslové zásuvky na jmenovité proudy 16, 32, 63, 125 a výjimečně
250 A.
6.5.2 Přípojná místa výkonových zařízení
Výkonová zařízení s velkým odběrem proudu se připojují elektrickým kabelem přímo na
ovládací stykače. Pokud je vzdálenost mezi stykačem a elektrickým strojem větší, elektrické
kabely se propojují elektrickými spojkami, případně pomocí spojovacích krabic (obr. 10.6.)
Ve výbušném prostředí není dovoleno používat žádná zásuvková propojení.
Obr. 15.6 Důlní spojovací krabice DSVS
127
6.5.3
Ovládací přístroje strojů
6.5.3.1
Ruční ovládání
Stroje malého výkonu ovládáme přímo ručně pomocí spínačů. Pokud chceme stroj ovládat
z jednoho místa (např. pomocí počítače nebo automatiky) i na velké vzdálenosti, pro jejich
ovládání používáme stykače. U strojů o velkém příkonu (např. důlní kombajn, lžícový
nakládač apod.) nejsou ovládací stykače umístěny na daných strojích, ale jsou instalovány
samostatně vzhledem ke svým rozměrům (obr. 16.6).
Obr. 16.6 Ovládací stykač hřeblového dopravníku
6.5.3.2
Dálkové ovládání
Dálkové ovládání známe i z domácnosti. Většinou se jedná o zařízení pracující na optickém
systému (např. dálkový ovladač televizoru), v průmyslu častěji k dálkovému ovládání
využíváme elektromagnetické vlnění s patřičnou elektronikou.
V rámci elektrických zařízení existují speciální přístroje, které umožňují dálkové nebo
automatické ovládání důlních strojů a zařízení.
Dálkové ovládání můžeme rozdělit na bezdrátové a klasické pomocí kabelu. Dálkové
bezdrátové ovládání se používá zejména pro ovládání všech dobývacích kombajnů, pro
nejnovější typy razicích kombajnů a také např. pro ovládání zařízení pro dopravu sekcí. Tyto
dálkové systémy pracují zejména na principu radiového spojení nebo bezdrátové komunikace
bluetooth. Dálková ovládání výrazně přispívají zejména ke zvýšení bezpečnosti a zvýšení
komfortu obsluhy strojů.
Obr. 17.6 Dálkové bezdrátové ovládání dobývacího kombajnu
128
Pro ovládání ostatních strojů se používá klasické dálkové ovládání. V místě obsluhy stroje
jsou ovládací tlačítka a pomocí kabelu jsou ovládány příslušné spínače elektrických motorů
strojů. Do této skupiny lze zařadit i systémy ovládání mechanizovaných výztuží pořízených
v rámci programu POP 2010 nebo dobývací komplexy s uhelnými pluhy.
Obr. 18.6 Dálkový ovladač mechanizované výztuže řízený počítačem
Samostatnou skupinou jsou stroje s automatickým ovládáním. Zapnutí nebo vypnutí stroje je
provedeno při splnění určitých parametrů, nezávisle na obsluze. Do této skupiny patří systémy
pásových dopravníků v rámci dopravních linek nebo i systémy ovládání mechanizovaných
výztuží, kdy při splnění nastavených parametrů dojde například k přeložení sekce. Stroje
a zařízení s automatickým ovládáním musí splňovat vysoké požadavky pro zajištění
bezpečnosti pracovníků.
6.5.4 Jisticí prvky strojů
Veškeré elektrické spotřebiče, včetně elektrických motorů, musí být jištěny nadproudovými
ochranami (viz část 2.4 Nadproudové ochrany).
Domácí spotřebiče jsou chráněny vhodně dimenzovanými jističi v bytovém rozvaděči.
Výkonové spotřebiče mají buď samostatné jističe, nebo jsou proti nadproudům jištěny
přístroji, které jsou součásti zdrojů energie (např. transformátorů).
Funkcí stykačové soupravy (obr. 16.6) není jen zapínat a vypínat elektrický motor, ale má
uvnitř zabudovány různé další zabezpečovací prvky. Ty slouží k ochraně samotného motoru,
kabelu a také pro dálkové ovládání stykače od stroje nebo místa obsluhy. Jedná se
o nadproudové ochrany, tepelné ochrany vyhodnocující teplotu motoru, relé blokující zapnutí
při poklesu izolačního stavu na vývodu, relé hlídající celistvost ochranného vodiče, jiskrově
bezpečné převodníky a podobně.
6.5.5 Přívody elektrické energie
Pro elektrické rozvody k odběrným místům (v domácnosti mezi bytovým rozvaděčem
a zásuvkou ve zdi), které se stávají po své instalaci nepohyblivé, používáme plnoprůřezové
vodiče (např. obr. 20.2).
Pro pohyblivé přívody používáme šňůrová vedení, skládající se z velkého množství tenkých
drátků, které zajišťují ohebnost přívodů (např. obr. 11.3).
U strojů, jejichž součástí není ovládací stykač, mají kabely kromě silových vodičů (napájející
elektrický motor) i ovládací vodiče, které mají většinou podstatně menší průřez (obr. 19.6).
129
Obr. 19.6 Elektrický vlečný kabel
Cvičení 1
1.
Co všechno řadíme k elektrickému pohonu?
2.
Vysvětlete rovnici pohonu.
3.
Jak dělíme elektropohony?
4.
Vysvětlete pracovní režimy pohonu z hlediska momentu a otáček.
5.
Vysvětlete grafy zátěžových momentů.
6.
Čím se mohou řídit otáčky pohonu?
7.
Co je to trakce a jaké jsou její druhy?
8.
Jaké se používají v praxi důlní lokomotivy a na jakém principu pracují jejich pohony?
9.
Na jaký proudový rozsah jsou v České republice průmyslové zásuvky?
10. Jaké znáte druhy ovládání strojů?
11. Jaké jsou jistící prvky strojů a jaké jsou principy jejich činnosti?
12. Jakými vodiči se přivádí elektrická energie ke strojům?
130
7. Kapitola
Ovládání pohonů
Ovládání jednoduchých elektrických zařízení bylo vysvětleno v kapitole číslo 6.
U průmyslových elektrických zařízení je situace různá. Chod některých strojů můžeme
kontrolovat z místa obsluhy, jako např. nakládač, zvedací zařízení, agregát apod., dlouhá
zařízení, jako např. pásový nebo hřeblový dopravník, pásový vlek a klece v jámě
kontrolujeme osobně periodicky a nepřímo, pomocí vyhodnocovacích zařízení (automatiky).
Hlavní podmínkou je, že se stroje musí spouštět pouze z jediného místa.
Pokud se na zařízení pracuje, je nutno zařízení zajistit tak, aby se nedalo spustit, a na
spouštěcí místo je nutno vyvěsit tabulku „POZOR – na zařízení se pracuje!“.
Zařízení se samo nezastaví bezdůvodně, pokud není v automatickém režimu. Proto je nutné
každé zařízení před spuštěním celé zkontrolovat.
Před spuštěním dopravníků, ale i všech ostatních strojů, které můžou ohrozit okolo jdoucí
osoby, musí zaznít varovný signál.
7.1
Základní prvky v obvodu ovládání motoru
Obr. 1.7 Základní prvky v obvodu ovládání elektrického asynchronního motoru
Tlačítka START a STOP u automatizovaných systémů nahrazujeme kontakty ovládanými
řídicími přístroji (počítačem, čidly apod.)
131
7.2
Vypínací prvky v ovládání elektrických pohonů
Průmyslové stroje se většinou neovládají jedním tlačítkem. Spouštěcí místo, jak již bylo
uvedeno, musí být pouze jedno, pro zastavování zařízení však může být i několik „STOP“
tlačítek. „STOP“ tlačítka většinou mají barvu červenou.
V provozech kolem dlouhých zařízení (pásové a hřeblové dopravníky, pásové vleky, lanové
dráhy apod.) instalujeme tzv. „blokovací zařízení“, které se skládá z vypínače pohonu
zařízení a na něho napojeného lanka nataženého kolem celého daného zařízení ze strany
běžné chůze.
Obr. 2.7 „STOP“ tlačítko s blokovacím lankem kolem pásového dopravníku
Dalšími vypínacími prvky elektrických zařízení jsou:
 zábrany proti vjetí osoby do drtiče hřeblového dopravníku (obr. 3.7 a 4.7)
 zábrany proti přejetí výstupní stanice u dopravy osob na pásových dopravnících
(obr. 6.7), lanových drahách (obr. 5.7), pásových vlecích apod.
 dojezdové vypínače, které vypnou patřičný elektrický pohon (např. dojezdový
vypínač pásového vleku). Dojezdové vypínače musí být velmi spolehlivé.
Většinou nepracují na mechanickém principu. U pásových vleků používáme jako
dojezdové vypínače elektrické snímače reagující na magnetické pole
 koncové vypínače, které vypnou elektrický pohon zařízení při přejetí dojezdových
vypínačů (např. koncový vypínač přejetí dojezdového vypínače u pásového vleku,
obr. 7.7)
Obr. 3.7 Vypínací zařízení podporubového dopravníku před drtičem
132
Obr. 4.7 Elektrické nouzové vypínací zařízení dopravníku před drtičem
Obr. 5.7 Blokování pohonu lanové dráhy po přejetí výstupní stanice
Obr. 6.7 Vypínání pohonu pásového dopravníku po přejetí výstupní stanice
při přepravě osob
133
Obr. 7.7 Elektrický vypínač pohonu pásového vleku pro případ přejetí koncového
dojezdového vypínače
7.3
Automatizované systémy v ovládání elektrických pohonů
Automatizace je základní podmínkou zvyšování produktivity práce. Automatické řídicí
systémy jsou závislé na informacích získaných z čidel, která monitorují správnou funkci
zařízení.
V automatizovaném systému dnes nepracují pouze pásové a hřeblové dopravníky, ale i pásové
vleky, důlní lanovky, čerpadla a mechanizované výztuže. V automatickém režimu pracuje
např. i skipokomplex, degazační stanice, klimatizační stanice, úpravna apod.
Aby automatizovaný systém dobře fungoval, všechna čidla musí být správně umístěna.
V důlních podmínkách se nejčastěji setkáváme s automatizací pásových linek. V minulosti byl
upřednostňován pneumatický systém MJM, v dnešní době přecházíme na systémy s čidly na
elektrické bázi (APD1, PROMOS).
Obr. 8.7 Sestava APD1
134
1 – Stanice dopravníku SD1 P2
3 – Zdroj napájení OZ2 P3, P4
4 – Zdroj napájení OZ3 P1, P2
5 – Klíč blokovací OKB1
6 – Hovorový zesilovač OPZ1
8,9 – Snímač odklonu SO P1
10 – Snímač rychlosti pásu
11 – Telefonní převodník TP1
13 – Snímač teploty ST1 P2
15 – Skrápěcí zařízení
16 – Pult ovládací
17 – Snímač brzdy SB1
V důlních podmínkách patří mezi nejdůležitější čidla snímače teploty, které umísťujeme na
kritická místa (obr. 9.7). Monitorovat celou trať pomocí čidel je dosud technicky nemožné,
proto jsou nařízeny kontrolní pochůzky požárních hlídačů.
Obr. 9.7 Rozmístění teplotních čidel na pásovém
dopravníku
Obr. 10.7 Teplotní čidlo
Čidla teploty obsahují teplotní senzor THERMIK o aktivační teplotě 70º C. Čidlo snímá
teplotu místa, na kterém je upevněno. Překročením teploty rozpojí smyčku jiskrově
bezpečného obvodu dálkového ovládání a následovně dojde k vypnutí elektromotorů pohonu
stroje. Čidla signalizují překročení dovolené teploty svítící rudou LED diodou. Novější čidla
signalizují provozuschopnost zelenou LED diodou.
Funkci brzdy pásového dopravníku kontroluje snímač brzdy SB1 (obr. 11.7)
Obr. 11.7 Snímač brzdy pásového dopravníku SB1
135
Obr. 12.7 Snímač odklonu SO P1
Snímač odklonu SO P1 má široké využití:
 kontrola chodu těživa po potahu pásového dopravníku v návaznosti na skrápěcí systém
přesypu
 snímač zahlcení přesypu
 snímač odklonu pásového potahu na výložníku.
Pro funkci snímače odklonu je rozhodující správné umístění v monitorovaném prostoru.
Směnová kontrola pomocných prvků strojů, kterými jsou blokovací lanka, různé vypínače,
snímače a čidla, znalými osobami je podmínkou jejich funkce. Jejich poškození nebo
nesprávná poloha může být příčinou poruchy, úrazu, případně i havarijní situace.
Cvičení 1
1.
Co je nutné před spuštěním zařízení udělat?
2.
Jaká je hlavní podmínka při zanutí stroje?
3.
Jak se varují osoby v prostoru stroje před jeho spuštěním?
4.
Čím jsou nahrazena tlačítka start a stop u automatizovaných zařízení?
5.
Z čeho je složeno blokovací zařízení u dlouhých strojů?
6.
Jaké znáte druhy vypínacích prvků?
7.
Jaké se používají nejdůležitější čidla v důlních podmínkách?
8.
Jaká je aktivační teplota teplotního čidla?
9.
Jakou funkci má snímač odklonu SO P1?
10. Jaké jsou pomocné ochranné prvky strojů?
136
8. kapitola
Bezpečnost práce na elektrických zařízeních
8.1
Zásady bezpečné práce na elektrických zařízeních
Ochrana před úrazem elektrickým proudem má v maximální míře omezit možnost úrazu nebo
smrti zapříčiněného přímo nebo nepřímo elektrickým proudem. Přítomnost elektrického
napětí nezjistíme, dokud s ním nepřijdeme přímo do kontaktu. Zatímco se oheň nebo
mechanická energie projevují světlem, kouřem nebo hlukem, před elektrickou energií nás nic
nevaruje. Přítomnost elektrického napětí pocítíme až pomocí vyvolaného proudu, a to bývá již
často pozdě.
8.1.1 Účinky proudu na lidský organismus
Je známou skutečností, že čím je elektrický proud procházející lidským tělem větší, tím
větším účinkem se projevuje. Průchod střídavého elektrického proudu tělem začínáme
pociťovat při velikosti okolo 0,5 mA. Tato hodnota se považuje za práh vnímání. Do hodnoty
3 mA proud vyvolává v těle, a to zejména v místech, kde do těla vstupuje, pocity mravenčení
až brnění. Tento proud, pokud neprotéká lidským tělem příliš dlouho, není nebezpečný. Při
dalším zvyšování jeho velikosti se začnou svírat svaly tak, že při hodnotě nad 10 mA není toto
sevření možné uvolnit. To je zvlášť nebezpečný stav, kdy již není možno pustit se například
elektrického nářadí s proraženou izolací a tak procházející proud přerušit. Vzniká zde hrozba
dlouhodobého průchodu proudu, který je zvlášť nebezpečný. Hodnota 10 mA se nazývá mez
uvolnění (mez snesitelnosti). U žen je tato hodnota asi 8 mA a u dětí již 5 mA. Proud
o velikosti 20 mA již může mít škodlivé patofyziologické následky – vnitřní poranění,
porušení tkání apod. Při velikosti proudu nad 35 mA může dojít k srdeční zástavě a u proudu
nad 80 mA je srdeční zástava téměř jistá. Všechny přibližné hodnoty, které zde byly uvedeny,
platí pro střídavý proud o frekvenci 50 Hz, a to pro dlouhodobější průchod proudu kolem 5 s
(tab. 16). Závislost mezních hodnot proudu na čase je zobrazena na obrázku 1.8.
Obr. 1.8 Závislosti působení střídavého proudu 50 Hz na člověka
137
Oblast 1 – žádná reakce těla
Oblast 2 – zpravidla žádný patologický účinek
Oblast 3 – s rostoucím proudem a dobou jeho působení vrůstá možnost trvalých poruch
srdeční činnosti
Oblast 4 – pravděpodobnost vzniku fibrilace (rozkmitání srdečních komor)
Střídavý proud je nebezpečnější pro lidské tělo, než je stejnosměrný, protože při frekvenci
proudu 50 Hz a dlouhodobějším působení dochází k narušení struktury buněk.
Hranice účinku (práh vnímání) stejnosměrného proudu je 5 - 7 mA.
Tab. 20 Porovnání účinku střídavého proudu o frekvenci 50 Hz a stejnosměrného proudu
I
mA
Účinek stejnosměrného proudu
1,5
žádný pocit
2 -
3
žádný pocit
5 -
7
svědění, pocit tepla
0,6 -
práh vnímání
8 - 10
větší pocit tepla
15 - 25
ještě větší pocit tepla, neznatelné zkrácení
svalů na ruce
50 - 80
silný pocit tepla, křeče, ztížené dýchání
90 - 100
500 a více
Účinek střídavého proudu
ochrnutí dýchacích orgánů, tepelné
a elektrolytické účinky na nervový systém
ochromení srdeční činnosti, popáleniny,
zesílené elektrolytické účinky
silné chvění prstů, zvýšení
krevního tlaku
křeče v rukou, zvýšení
krevního tlaku
bolest v prstech, zápěstích
a pažích, lze ještě pustit vodič
ztížené dýchání, silná bolest,
nelze pustit vodič
ochrnutí dýchacích orgánů,
bezvědomí, počátek fibrilace
zastavení krevního oběhu,
fibrilace, zástava srdce
přehřívání svalstva
Smrtelné účinky elektrického proudu jsou současně způsobeny ochromením dýchacích orgánů
a srdce, jen zřídka samotným ochrnutím srdce. Hlavním vodičem jsou tělní tekutiny, cévy,
svaly.
8.1.2 Odpor (impedance) lidského těla
Zde se dostáváme vlastně ke vztahu mezi proudem a napětím, který potřebujeme znát
z hlediska účinků proudu v poměru k dotykovému napětí. Rovněž v tomto případě platí
Ohmův zákon.
V ČSN ICE 479 jsou shrnuty výsledky různých měření impedancí, která byla provedena na
tělech zvířat a lidí. Celková impedance lidského těla Z T je přitom složena především
z impedance místa na kůži, jímž proud do těla vstupuje (Zp1), impedance místa, jímž proud
z těla vystupuje (Zp2) a dále pak z vnitřní impedance těla (Zi), tj. impedance tkání samotného
trupu a končetin. Impedance lidského těla má převážně charakter činného odporu. Malý podíl
kapacit je obvykle zanedbatelný. Velikost odporu přitom závisí na dráze proudu lidským
tělem. Hodnota impedance kůže naproti tomu závisí na řadě vnějších činitelů. Těmi jsou
napětí, kmitočet, doba průchodu proudu, plocha, kterou se člověk dotýká části pod napětím,
i tlak na tuto plochu, vlhkost a teplota kůže. Například zpocená kůže má třetinový odpor kůže
138
suché. Při malém napětí do 50 V AC je impedance kůže velká, při zvyšujícím se napětí její
hodnota značně klesá, od napětí 150 V výše přitom stále méně závisí na vlhkosti a ploše
dotyku. Od určitého napětí (kolem 200 V AC – střídavého napětí) dojde k průrazu kožní
vrstvy a její impedanci je pak možno zanedbat. Největší odpor kladou kosti, hlavně
v zápěstních a hlezenních kloubech.
Stejnosměrná dotyková napětí jsou přibližně dvakrát větší než dovolená dotyková napětí
střídavá. Nejnebezpečnější je fáze, kdy proud (střídavý) mění svou polaritu. Tehdy jsou tkáně
nejvíce namáhány.
Střední hodnota impedance lidského těla je v rozmezí 650 – 850 Ω. Platí zásada, že čím je
menší dotykové napětí, tím je větší impedance. Zvlášť je to patrné při měření digitálním
ohmmetrem, který měří pod napětím řádově v jednotkách ohmů. Naměříte hodnoty 1 700 Ω
a vyšší.
8.1.3 Dovolená dotyková napětí
-
-
-
-
Jak již bylo uvedeno, z hlediska nebezpečí úrazu elektřinou je rozhodující proud, který
prochází lidským tělem. Jaký proud bude lidským tělem procházet, se dá předběžně
určit podle předpokládaného působícího napětí. Dotykové napětí je napětí mezi
vodivými částmi, kterých se osoba nebo zvíře dotýká současně (podle ČSN EN
61140),
normální prostory jsou prostory, v nichž je používání elektrického zařízení
považováno za běžné, protože působením vnějších vlivů nedochází ke zvýšenému
nebezpečí elektrického úrazu,
nebezpečné prostory - horké, vlhké (i přechodně), prašné (je-li prach vodivý
a nehořlavý se zvýšenou korozní agresivitou), s otřesy, venkovní, prostory
s mechanickým poškozením, s vodivým okolím; což jsou takové prostory, kde
působením vnějších vlivů je buď přechodné, nebo stálé nebezpečí úrazu elektrickým
proudem,
zvlášť nebezpečné prostory - mokré, s extrémní korozní agresivitou, prostory, kde se
nebezpečí úrazu mimořádně zvyšuje nepříznivými poměry (voda, kotle a kovové
nádrže, těsné prostory s kovovými hmotami, zdravotnická zařízení. Zvláštními
předpisy jsou za nebezpečné prostory určeny takové prostory, kde se působením
zvláštních okolností a vnějších vlivů nebezpečí úrazu elektrickým proudem ještě
zvyšuje.
Obr. 2.8 Dotyková napětí jako napětí mezi dvěma předměty přístupnými dotyku nebo
jako napětí mezi předmětem přístupným dotyku a zemí
UD – dotykové napětí, U1, U2 – napětí na předmětech přístupných dotyku
139
Obr. 3.8 Dotykové a krokové napětí v závislosti na potenciálu země
UD – dotykové napětí; UK – krokové napětí (1 m); US – napětí na konstrukci stožáru
Krokové napětí vzniká jako rozdíl potenciálů při určité vzdálenosti mezi chodidly, když se
přibližujeme ke drátům vysokého napětí spadlým na zem.
Tab. 21 Meze bezpečných malých napětí při dotyku
Prostory
Při dotyku částí
živých
neživých
živých
nebezpečné (vlhké)
neživých
živých
zvlášť nebezpečné
(mokré)
neživých
U MBS = napětí malé, bezpečné, střídavé
U MBSS = napětí malé, bezpečné, stejnosměrné
normální (suché)
U MBS
V
střídavá
50
50
25
50
12
25
U MBSS
V
stejnosměrná
100
120
60
120
25
60
8.1.4 Základní pravidlo ochrany před úrazem elektrickým proudem
Před tím, než uvedeme základní pravidlo ochrany před úrazem elektrickým proudem, je nutné
objasnit některé termíny, které mnozí intuitivně používají, nicméně je třeba tyto pojmy
upřesnit:
- živé části jsou vodivé části (obvykle přímo vodiče) určené k tomu, aby při obvyklém
užívání byly pod napětím,
- neživé části jsou rovněž vodivé části elektrického zařízení, které však nejsou na rozdíl
od živých částí určeny k tomu, aby byly při obvyklém užívání pod napětím. Nejsou
obvykle živé a je možné se jich dotknout (nejsou zakryty izolací či jiným způsobem).
Tyto části se však mohou stát živými, jestliže dojde k poruše.
- Zřejmě každý má tu zkušenost, že živé části jsou ty části, které jsou nebezpečné. Není
tomu tak ale vždy. Jistě nikoho nenapadne podezírat vnitřek kapesní elektrické svítilny
z toho, že by byl nebezpečný. Proto se, jaksi pro úplnost, definuje tzv.:
140
nebezpečná živá část, což je živá část, která za stanovených podmínek může způsobit
úraz elektrickým proudem.
K těmto částem - živým a neživým - se tedy především vztahuje základní pravidlo ochrany
před úrazem elektrickým proudem. To spočívá v tom, že: nebezpečné živé části nesmějí být
přístupné a přístupné vodivé části se nesmějí stát nebezpečnými živými částmi. K tomu nesmí
dojít:
- ani za normálních podmínek provozu elektrického zařízení,
- ani za podmínek jedné poruchy.
-
8.1.5 Třídy ochran elektrických zařízení a elektronických zařízení
Třída ochrany vyjadřuje, jak je elektrické bezpečnosti, z hlediska ochrany před dotykem
neživých částí, dosaženo a označuje se číslicemi 0 – III. Stručné rozdělení bylo uvedeno
v části 3.5. Elektrické spotřebiče v tabulce číslo 11 (str. 64).
1. Zařízení třídy 0 - elektrické zařízení má pouze základní izolaci, nemá ochranný
vodič, nemá prostředky pro připojení ochranného vodiče na neživé části. Zajištění
bezpečnosti elektrických zařízení a elektronických zařízení jednotlivých tříd je provedeno
okolím. U zařízení třídy 0 je ochrana před úrazem elektrickým proudem pro běžného
uživatele nedostatečná. Z toho důvodu nejsou zařízení třídy 0 určena pro běžné
použití a v ČR se nesmí volně prodávat. Ve třídě 0 se konstruují části elektráren,
rozvoden, apod., kam má přístup pouze kvalifikovaný personál.
2. Zařízení třídy I - elektrické zařízení má pouze základní izolaci, má ochranný vodič
a má prostředky na připojení ochranného vodiče sítě. Ochrana je zajištěna spojením
s ochranným vodičem napájecí sítě, to je soustavou ochranných vodičů a zemničů
přívodní napájecí sítě. Zařízení se zapojují pouze do sítí, kde je pomocí jističů zajištěno
samočinné odpojení v případě průniku napětí na ochranné spoje, v některých případech
(nové nebo rekonstruované sítě) je navíc předepsáno použít chrániče. Při poruše může sice
dojít k průrazu elektrického proudu (napětí) na živé dotykové části, zmíněná ochranná
soustava však musí zajistit dostatečně rychlé odpojení, aby nemohlo dojít k úrazu.
Typické příklady použití: stolní počítač, tepelné spotřebiče (žehlička, vařič, ...).
3. Zařízení třídy II – elektrické zařízení nemá prostředky pro připojení ochranného
vodiče. Základní izolace je doplněna izolací přídavnou nebo je provedena izolace zesílená.
Ochrana je zajištěna provedením elektrického předmětu a je nezávislá na přívodní síti. Při
poruše nesmí dojít k průrazu elektrického proudu (napětí) na živé dotykové části (dvojitá
izolace, zvýšená ochrana). Typickým příkladem použití je audio/video technika. Třída II
sice klade vyšší nároky na konstrukci, ale u audio/video zařízení je preferována, neboť zde
nevznikají zemní smyčky přes uzemňovací spoje, které mohou být příčinou brumu.
4. Zařízení třídy III – elektrické zařízení má základní izolaci a je určeno pro rozsah
napětí kategorie I (malé napětí). Ochrana je zajištěna připojením na napětí SELV, PELV.
Typickým příkladem užití jsou dětské hračky.
Elektrický předmět s ochranou SELV, podobně jako u PELV, nesmí mít na žádné vnitřní
ani vnější části nebezpečné napětí. Na rozdíl od PELV však jeho obvody nejsou připojeny
ani k ochranné soustavě ani k zemi. Zdroje obvodů SELV musí být v bezpečném
provedení, aby do chráněné sítě nemohlo proniknout vyšší napětí. Tyto zdroje musí být od
jiných obvodů elektricky odděleny. Zdrojem pro sítě SELV a PELV může být baterie,
bezpečnostní transformátor (s dvojitou nebo zvýšenou izolací), nebo také dynamo na
jízdním kole. Základem termínu SELV je koncovka -ELV, která označuje zařízení, obvod
141
nebo síť malého napětí. Doslovný překlad výrazu "Extra Low Voltage" je "velmi nízké
napětí", v terminologii našich norem to bylo "malé napětí".
8.1.6 Ochrany elektrických zařízení v důlních provozech
V důlních podmínkách jsou elektrická zařízení umístěna ve velmi stísněných prostorech,
a tím jsou ohrožena mechanickým poškozením (např. dopravou materiálu). S ohledem na
prostředí musí být v protivýbuchovém provedení. Zařízení se proto umísťují do kovových
beden, které jsou elektricky vodivé. Základním ochranným prvkem takových zařízení je
připojení všech vodivých neživých částí těchto zařízení na zemnicí síť (obr. 32.2 a 33.2).
Všichni pracovníci by měli být poučeni o tom, že poškození (nebo zcizení) zemnicí sítě by
mohlo vést k vytvoření velmi nebezpečného stavu. Veškerá poškození zemnicí sítě musí být
ihned odstraněna.
Kabelové rozvody proti poškození jsou částečně chráněny kovovým pancířem (obr. 21.1),
který je připojen k zemnicí síti. Pohyblivé kabely, s ohledem na ohebnost, mají stínění
z elektrických vodičů (obr. 22.1). Poškození takového kabelu má za následek snížení jeho
izolačního stavu, na který zareaguje příslušné zařízení. Hlídače izolačního stavu uvedou do
činnosti zařízení, které odpojí poškozený kabel od zdroje energie.
8.2
Úraz elektrickým proudem
K úrazu elektrickým proudem dochází při průchodu nadměrného elektrického proudu
tkáněmi živých organismů, včetně lidí a zvířat.
V tkáních živých organismů dochází k procesům svázaným s tokem velmi slabých
elektrických proudů nepřekračujících zlomky miliampérů, přičemž současně dochází ke
vzniku napětí v řádu zlomku voltů.
Kontakt člověka nebo zvířete s vnějšími zdroji elektrického proudu může vést k popálení
tkáně, svalovým křečím, ztrátě vědomí, zástavě srdce, nebo i ke smrti.
Negativní působení elektrického proudu člověk cítí od hodnot vyšších než 0,5 miliampéru,
hodnoty vyšší než 1 miliampér negativní působení vyvolávají. Při vyšších proudech dochází
ke svalové křeči a člověk již není schopen se sám dostat z elektrického obvodu, jehož je
součástí, jak již bylo uvedeno v části 8.1.1.
Rozhodující faktory při úrazu elektrickým proudem jsou:
 velikost proudu (tabulka 20 na straně 138)
 druh proudu (střídavý nebo stejnosměrný)
 cesta proudu tělem (např. noha - noha, levá ruka - pravá noha, levá ruka - levá noha)
 doba působení elektrického proudu.
Nejnebezpečnější cesta elektrického proudu lidským tělem je přes srdce. To se děje při dotyku
živého vodiče s proudem oběma rukama, neboť tehdy je vyloučen odpor obuvi a podlahy
a proud prochází přímo srdcem.
8.2.1 Rozdělení úrazů elektrickou energií podle příčiny
Mezi úrazy, ke kterým došlo vlivem elektrického proudu, počítáme všechna poškození zdraví
způsobená elektrickým proudem, ať již přímo, nebo nepřímo. K nepřímému působení
elektrického proudu můžeme počítat tepelné působení elektrického oblouku, pád
způsobený úlekem při průchodu elektrického proudu tělem i neočekávané spuštění stroje
v důsledku poruchy v ovládacích obvodech.
142
S přímým působením elektrického proudu jsme se již seznámili. Uvedené hodnoty jsou
průměrné, protože každý jedinec je jiný. Nejvíce ohrožení elektrickým proudem jsou lidé se
sklonem k pocení nebo s jemnou pokožkou (ženy, děti). Vezmeme-li průměrnou reakci muže
za 100 %, pak ženy reagují při 66 % hodnoty proudu a děti při 50 %.
Kromě individuálních vlastností člověka záleží při úrazu elektrickým proudem na druhu
proudu.
Střídavý proud je horší než stejnosměrný, nejnepříznivější je střídavý proud o kmitočtu do
500 Hz, nad 10 kHz se účinek pronikavě snižuje.
Kromě velikosti proudu záleží na době jeho průchodu, a to jak z hlediska trvání průchodu, tak
vzhledem k okamžité funkci srdce. Srdce je nejcitlivější na průchod elektrického proudu
v okamžiku, kdy vypuzuje krev ze srdeční komory. Jedna srdeční perioda trvá 0,8 s.
Vzhledem k tomu, že při průchodu proudu srdcem snese člověk při prvním stahu průchod
proudu o velikosti 1 A, při druhém stahu 0,1 A a dále hodnotu stále nižší, nezpůsobí poměrně
velký proud, který neprochází lidským tělem delší dobu než 1 s, většinou žádnou újmu na
zdraví.
8.2.2 Postup záchranných prací
Výsledek záchrany postiženého úrazem elektrickým proudem závisí na včasném a správném
provedení záchranných prací. Záchranné práce začínají v první fázi vyproštěním postiženého,
pokračují poskytnutím první pomoci (oživovací pokusy, ošetření apod.) a přivoláním lékařské
pomoci.
Při vyproštění musíme zasaženého člověka vyprostit z dosahu elektrického proudu. Nejlépe
vypnutím vypínače, vytažením šňůry ze zásuvky, vypnutím jističe apod. Pokud to není
možné, tak odtažením postiženého nebo vodiče, přetržením nebo přeseknutím vodiče, zkratem
apod. Zachránce musí dbát na to, aby postižený po vypnutí proudu nespadl z výšky na
nebezpečné předměty, ale také na to, aby neohrozil sám sebe. Proto je nutné používat
izolované pomůcky (suché tyče, hadry, záchranný hák apod.) nebo izolované stanoviště (stůl,
bednu, pneumatiku, dielektrický koberec). Nesmí se zapomenout na možnost úrazu krokovým
napětím, zvláště pomáháme-li někomu, kdo se zranil vysokým napětím.
Pokud postižený hoří, je nutné oheň udusit zamezením přístupu vzduchu, např. dekou,
kabátem apod.
Obr. 4.8 Nesprávný postup při vyproštění
člověka zasaženého elektrickým proudem
Obr. 5.8 Správný postup při vyproštění člověka
zasaženého elektrickým proudem
143
8.2.3 Postup při poskytování první pomoci
Ošetření zraněného
Zastavení tepenného nebo žilního krvácení.
Oživení životních funkcí
Po vyproštění musí zachránce zjistit, zda postižený dýchá a má hmatatelný tep. Pokud není do
7 minut obnoven přívod kyslíku do mozku, může dojít k nevratným změnám na mozku,
i když se postiženého podaří později oživit. Některé funkce mozku mohou být trvale
poškozeny. Proto má obnova dýchání a srdeční činnosti přednost před ošetřováním jiných
poranění.
Stabilizovaná (zotavovací) poloha
Pokud postižený dýchá, ale je v bezvědomí, uložíme ho do tzv. stabilizované polohy. Toto
neděláme, pokud nevíme, zda má zraněný člověk poškozenou páteř.
Obr. 6.8 Postup uložení postiženého do stabilizované polohy
Když je postižený při vědomí, pohodlně ho uložíme, pokud možno v teple, a podáváme mu
teplé nápoje. Nesmí vstát. V důsledku úrazu může nastat poúrazový šok a s ním i problémy
s dechem a činností srdce.
Umělé dýchání
V případě, že postižený nedýchá, ale má hmatatelný tep, zavede se ihned umělé dýchání.
Provádí se metodou z úst do úst, nebo pokud to z nějakých důvodů není možné, metodou
jinou.
Jak rozpoznat, že člověk nedýchá:
 cyanóza, vosková bledost
 nepřítomnost dýchacích pohybů (kontrolujeme zrakem)
 necítíme proud vydechovaného vzduchu na přikloněné tváři
První pomoc u dospělých osob při zástavě dechu člověka je umělé dýchání z úst do úst.
Jak postupujeme při dýchání z úst do úst:
 umístíme člověka na záda na rovnou, tvrdou podložku
144

vyčistíme ústní dutinu, vyndáme člověku zubní protézu a odstraníme překážky
z dýchacích cest
 zakloníme nedýchajícímu hlavu a rukou přitisknutou na čelo současně držíme prsty
nos
 zahájíme záchranu 2 - 4 hlubokými vdechy, nečekáme na první výdech (zajistí
maximální rozpětí plic, jejich okysličení, rozepnutí nevzdušných ložisek, případně
možnost reflexní obnovy dýchání)
 každý umělý vdech musí být dostatečně dlouhý a hluboký (dle standardů Evropy 0,4
až 0,6 litrů, dle standardů USA 0,8 - 1,2 litrů), dále dodržujeme frekvenci 12 - 16
vdechů za minutu.
Jak poznat, že je dýchání účinné: zvedá se hrudník, lepší se barva postiženého, hmatný tep na
krkavicích.
Pokud se při úvodu umělého dýchání hrudník nezvedá a při vdechu je cítit odpor, je
pravděpodobná překážka v dýchacích cestách. Pokud nejde těleso z dýchacích cest odstranit,
provádíme umělé dýchání i nadále (bez ohledu na zmiňované cizí těleso v dýchacích cestách).
Lepší je nějaká resuscitace, než žádná!
Dutinu ústní čistíme a revidujeme vleže na zádech v mírném záklonu a otočení hlavy ke
straně. Předcházíme tak možné aspiraci nebo zapadnutí případného tělesa do hlubších částí
dýchací trubice (tímto způsobem nelze čištění provádět při poranění páteře).
Při nemožnosti otevření dutiny ústní z důvodu např. křečí použijeme k otevření tzv. trojitý
manévr. Ten použijeme i při podezření na poranění krční páteře. Své prsty pokládáme za úhel
dolní čelisti, palce vedle sebe na bradu, tahem za úhel a mírným tlakem na bradu dolní čelist
povytahujeme a vysouváme dopředu. Vytáhneme tak závěsný aparát jazyka, který uvolní
dýchací cesty.
Není-li hmatatelný tep na velkých cévách, je nutno přikročit k nepřímé nebo přímé srdeční
masáži. Přitom nesmí být přerušeno umělé dýchání. Na obnaženém hrudníku vyhledáme
dolní konec hrudní kosti (místo, kde se setkávají žebra obou polovin hrudníku). Dlaň ruky se
položí asi 3 cm nad konec hrudní kosti (obr. 7.8). Na zápěstí položíme dlaň druhé ruky
a zaklesneme prsty obou rukou (obr. 9.8). Nad postiženého se nakloníme tak, abychom
s nataženými končetinami v loktech stlačovali hrudní koš do hloubky 4 až 5 cm (obr. 8.8). Po
stlačení hrudní kost uvolníme. To provádíme plynule s frekvencí 80krát za minutu. Masáž
provádíme, dokud není hmatný tep nebo dokud se nedostaví lékař. Je-li k dispozici pouze
jeden zachránce, provádějí se po patnácti stačeních hrudníku dva vdechy.
Obr. 7.8 Poloha rukou při nepřímé
srdeční masáži
Obr. 8.8 Provádění přímé srdeční masáže
145
Obr. 9.8 Spojení rukou při přímé srdeční masáží
8.3
Požáry elektrických zařízení
Elektrické přístroje jsou běžnou, ale často podceňovanou příčinou požárů. Neopatrné
zacházení s elektrospotřebiči může ohrozit lidský život a zdraví.
Iniciátorem požáru může být tepelný nebo elektrický spotřebič, elektrické, technické nebo
technologické zařízení, nebo jeho součást. Běžně v domácnosti jsou to jak velké spotřebiče
(lednice, pračky, televizory...), tak i drobné věci jako jsou fény, kulmy, rychlovarné
konvice, toustovače, domácí pekárny, žehličky, vysavače, brusky, vrtačky apod. Požár
může způsobit i vadné elektrické vedení nebo zapojení elektrických zásuvek.
Nejčastějším důvodem, který může způsobit požár, je technická porucha na elektrickém
přístroji nebo lidská nedbalost při zacházení s elektrospotřebiči.
Bezpečné používání elektrických přístrojů

Elektrické spotřebiče kupujte pouze u odborných prodejců a vyhněte se zboží
pochybného původu bez záručního listu a označení „C E".
Obr. 10.8 Označení schválených typů spotřebičů


Když si přinesete domů nový elektrický přístroj, je nezbytné si pečlivě přečíst návod
k obsluze, který je přiložen. Při prvním spuštění i následném užívání přístroje vždy
postupujte přesně podle tohoto návodu.
Spotřebiče používejte pouze k těm účelům, pro které jsou určeny, a způsobem
uvedeným v jejich návodu.
146









Nepřetěžujte elektrické zásuvky (několik zapojených přístrojů přes rozdvojku může
přetížit zásuvku a způsobit zkrat nebo i požár).
Spotřebiče nenechávejte při provozu bez dohledu (to platí zvl. pro ty, které je nutné po
ukončení provozu vypnout).
Elektrické spotřebiče by neměly přijít do styku s vlhkostí a vodou, zejm. v místech
napojení do sítě.
Při užívání přístroje průběžně kontrolujte jeho stav (např. jestli není prodřený
elektrický kabel, nepřepalují se součástky apod.). Pokud by se vám něco nezdálo
v pořádku, neprodleně nechte přístroj zkontrolovat odborným servisem.
Nebezpečí požáru znamenají i silně zaprášené přístroje, proto povrch i vnitřek
přístrojů pravidelně čistěte.
Pokud to vyžaduje návod k přístroji (sekačky, el. kotel, ...), provádějte u něj
pravidelné servisní prohlídky, kdy vám odborník zaručí správné a bezpečné fungování
přístroje na další období.
Při bouřce a dlouhodobé nepřítomnosti v bytě odpojte spotřebiče vytažením přívodní
šňůry ze zásuvky. Přístroje s režimem vypínání „stand-by" (svítící dioda)
doporučujeme vždy vypínat i tlačítkovým vypínačem na přístroji (hrozí možný zkrat
a požár).
Mimořádné i běžné opravy a údržbu elektroinstalace a spotřebičů svěřte jen odborné
firmě.
Zabezpečte spotřebiče a elektroinstalace před lidmi se sníženou schopností rozeznat
nebezpečí (dětmi, mentálně postiženými apod.), například zaslepením zásuvek či
uzamčením vypínačů.
Hašení požáru elektrického zařízení pod proudem
V případě vzniku požáru elektrického spotřebiče jej nikdy nehaste vodou, protože voda
je díky ionům vodivá!
Hasicí přístroj je určen k hašení začínajícího požáru, tj. pro prvotní protipožární zásah.
Obsahuje určitý druh hasiva a je opatřený zařízením, kterým se přístroj uvádí do činnosti.
Hasicí přístroje dělíme na přenosné, pojízdné a přívěsné.
Při použití hasicího přístroje postupujeme podle návodu uvedeného na přístroji. K hašení
elektrických zařízení pod napětím jsou určeny hasicí přístroje práškové, sněhové,
halotronové.
Kabely ležící na podlaze a malá zařízení lze uhasit zasypáním inertním prachem nebo pískem
(Geotechnika 2 – Požáry a ohně).
Iniciátorem důlního požáru může být výbuch metanu aktivovaný elektrickým zařízením.
Z tohoto důvodu musí být veškerá důlní zařízení v plynujících dolech v nevýbušném
provedení (viz kapitola 1.5.3.4, strana 22).
Cvičení 1
1.
Jaký je práh vnímání u stejnosměrného a střídavého proudu?
2.
Jaká je hranice snesitelnosti střídavého proudu?
3.
Jaká je střední hodnota impedance lidského těla a na čem závisí?
4.
Jak souvisí hodnota impedance s dotykovým napětím,
5.
Jak rozdělujeme prostory podle hranice bezpečnosti dotykového napětí?
147
6.
Jaké jsou způsoby ochrany elektrických zařízení v důlních provozech, aby nedošlo
k úrazu pracovníků elektrickým proudem?
7.
Jaký je postup při záchranných pracích, pokud je pracovník zasažen elektrickým
proudem?
8.
Jak zjistíme, že člověk nedýchá?
9.
Jak postupujeme při dýchání z úst do úst?
10. Jak se provádí srdeční masáž?
11. Co může způsobit požár při průchodu elektrického proudu vodičem a spotřebičem?
12. Jak může vzniknout nepřímý úraz elektrickým proudem?
13. Proč je střídavý proud nebezpečnější než proud stejnosměrný?
14. Kdy vzniká krokové napětí?
15. Jakou hodnotu mají malá, bezpečná, střídavá a stejnosměrná napětí vzhledem k typu
prostředí?
16. Při jaké hodnotě střídavého proudu již člověk není schopen pustit živý vodič?
17. Při jaké velikosti střídavého proudu dochází k jisté zástavě srdce?
18. Při jaké velikosti stejnosměrného proudu dochází k poruše srdeční činnosti?
19. Proč nehasíme při požáru zařízení pod napětím vodou?
20. Co může být zdrojem požáru v dole?
21. Jak dlouho může být bez následků bez kyslíku mozek?
22. Jaká jsou telefonní čísla na záchrannou službu a hasiče?
148
9. kapitola
Základy měření v elektrotechnice
9.1
Měřicí přístroje
Přesné měřicí přístroje začaly vznikat až po roce 1881, kdy nahradily obvyklé tangentové
a sinusové busoly, galvanometry s magnetkou a multiplikátory. Galvanometr tvořila obyčejná
magnetka umístěná uprostřed velkého proudového závitu. Měřený proud procházel závitem
a vychyloval magnetku. Protože je síla proudu úměrná funkci tangentu úhlu, nazývá se tento
přístroj někdy tangentová busola. Multiplikátor vynalezl Johann Salomo Christoph
Schweigger. Tvoří ho dvě magnetky umístěné nejčastěji nad sebou a přivrácené k sobě
opačnými magnetickými póly.
Vývojem přesných měřicích přístrojů se zabýval WERNER SIEMENS ve svém závodě. Nový
systém měřicího přístroje k měření stejnosměrných proudů navrhl MARCEL DEPRÉZ
a Jacques–Arsène d´Arsonval a na jeho počest se nazývá deprézský. Jeho činnost je založena
na silovém působení magnetického pole permanentního magnetu na otočnou cívku, kterou
prochází elektrický proud.
Magnetoelektrický (deprézský) měřicí přístroj je typ elektromechanického zařízení
využívaný k měření elektrického proudu, napětí a odporu. Magnetoelektrický přístroj využívá
magnetických účinků elektrického proudu. Do otočné cívky (viz obrázek) je přiváděn
elektrický proud, který vytvoří okolo cívky magnetické pole. Protože se cívka nachází
v magnetickém poli permanentního magnetu, vznik nového magnetického pole indukovaného
měřeným proudem způsobí nerovnováhu sil. Vzájemné působení obou magnetických polí se
vyrovná natočením cívky. Na cívce je připevněna ručička, která po otočení cívky ukáže na
příslušnou hodnotu proudu na ciferníku.
Takto je možné měřit pouze stejnosměrný proud nebo napětí. V případě měření harmonického
střídavého signálu je nutné proud nejdříve usměrnit a v takovémto případě musí přístroj
obsahovat navíc usměrňovač. U harmonických střídavých signálů měří přístroj jejich střední
hodnotu, ze které lze v případě sinusového průběhu vypočítat efektivní hodnotu. Pokud není
průběh střídavého harmonického proudu sinusový (na ten je stupnice kalibrovaná), nelze
efektivní hodnotu signálu z naměřené střední hodnoty určit (výjimkou jsou průběhy, kde
přepočtové vztahy známe – trojúhelník, obdélník, pila atd.).
Obr. 1.9 Magnetoelektrický (deprézský) systém
149
Obr. 2.9 Ručkový univerzální měřicí přístroj s usměrňovačem
(deprézský systém)
Obr. 3.9 Detail měřicí stupnice ručkového přístroje
150
9.2.
Měření proudu a napětí na ručkovém přístroji
Ampérmetr zapojujeme ke spotřebiči sériově (má malý vnitřní odpor), voltmetr
paralelně (má velký vnitřní odpor) a ohmmetr rovněž paralelně.
Na většině škol se zaměřením na výuku elektrotechniky a elektroniky zřejmě mají digitální
univerzální měřicí přístroje. Jestliže pro měření někde ještě používají ručkové přístroje, pak je
nutné, aby ti, kteří měří, uměli určit skutečnou hodnotu měřené veličiny.
N = naměřený počet dílků na stupnici
n = maximální počet dílků na stupnici
r = rozsah měření
r
n
Určíme si konstantu měřícího rozsahu:
k=
Skutečná hodnota veličiny pak je:
X=k·N
Řešený příklad 10: Maximální počet dílků na stupnici n = 100
Rozsah měření r = 250 mA
Naměřený počet dílků N je 30
r
250
 30  75 mA
Skutečnou hodnotu proudu určíme:
I = N 
n
100
Stejně postupujeme při určování hodnoty napětí na voltmetru.
Elektromagnetický měřicí přístroj je typ elektromechanického zařízení používaný většinou
k měření proudu a napětí a využívá magnetických účinků elektrického proudu. Měřené napětí
je přivedeno na pevný a pohyblivý segment, který se tím zmagnetizuje, a stejné magnetické
póly se začnou odpuzovat. Síly se vyrovnají pootočením osy, na které je připojen pohyblivý
segment a zároveň ručička, která na ciferníku ukáže hodnotu měřené veličiny.
Elektromagnetický měřicí přístroj (voltmetr nebo ampérmetr) měří stejnosměrné i střídavé
veličiny a není ho třeba zapojovat přes usměrňovač, jako např. magnetoelektrický měřicí
přístroj. Ukazuje efektivní hodnotu napětí a proudu.
Obr. 4.9 Řez elektromagnetickým měřicím přístrojem
151
Elektrodynamický měřicí přístroj (wattmetr) má dvě části – pevnou cívku, na kterou je
přiveden elektrický proud z měřeného obvodu, a pohyblivou cívku, na niž přivádíme
elektrické napětí z téhož obvodu. Výsledná výchylka pak ukazuje činný výkon měřeného
prvku, tedy součin přivedených veličin. Přepínání rozsahů přístroje je realizováno
předřadným odporem v případě napětí a sériově paralelním řazením ekvivalentních částí
pevné cívky v případě změny proudového rozsahu.
Obr. 5.9 Princip elektrodynamického měřicího přístroje
Ferodynamický měřicí přístroj
Měřicí zařízení pracující na tomto principu nejsou přesná jako jinak konstruovaná zařízení,
avšak vynikají vysokou odolností vůči elektromagnetickému rušení. Ferodynamický měřicí
přístroj má také omezenější frekvenční rozsah oproti ostatním typům elektromechanických
přístrojů.
Digitální měřicí přístroj
Obr. 6.9 Digitální měřicí přístroj
Digitální přístroj má v sobě převodník střídavého napětí na napětí stejnosměrné, a proto se při
měření stejnosměrných i střídavých hodnot napětí a proudu připojují vodiče na stejné zdířky.
Hodnoty se zobrazují na displeji pomocí tekutých krystalů, které se nastavují podle změn
152
jejich odporu. Žlutý rozsah je stejnosměrný a bílý střídavý. Rozsah na ohmmetru určuje
maximální hodnotu v ohmech, která je měřena na daném rozsahu.
V hornictví se na měření odporu vodičů používá jednoduchý ohmmetr (obr. 7.9), který má jen
dva rozsahy měření. Když chceme změřit odpor celkové délky vedení, tak na jednom konci
kabelu vodiče spojíme a druhý konec připojíme na svorky ohmmetru. Jestliže je při tomto
měření na ohmmetru nulová hodnota, pak je v některém místě vodič přerušen.
Obr. 7.9 Ohmmetr používaný v hornictví na měření odporu vodičů
Obr. 8.9 Detail stupnice ohmmetru
153
9.3
Chyby měření
Než začnete měřit, je třeba znát, jakých chyb se můžete dopouštět a jak spočítáte absolutní
a relativní chybu měření.
Chyby dělíme na: a) soustavné – způsobené měřicími přístroji
b) náhodné – náhodně se vypne přívod elektrického proudu
c) hrubé – chyby způsobené pozorovatelem
Při měření veličiny, která má vyjít konstantní, použijeme 10 naměřených hodnot a spočítáme
aritmetický průměr (hodnoty sečteme a vydělíme 10).
Jako příklad uvádím výpočet chyb u odporu.
Aritmetický průměr:
R
 Rn
n
kde n je počet naměřených hodnot, Rn jsou naměřené hodnoty odporu.
Od aritmetického průměru odečteme postupně n naměřených hodnot a určíme
odchylku měření:
Δ R  R  Rn n = 1 až 10
Abyste odstranili záporné hodnoty, umocníte odchylky na druhou (  R ) a deset hodnot
2
(ΔR ) 2 sečtete a dostanete součet druhých mocnin odchylek Σ(ΔR ) .
2
Značka  označuje součet.
Z těchto vypočtených hodnot pak určíte absolutní a relativní chybu určené veličiny.
Absolutní chyba
δR 
Σ(Δ R) 2
n  (n  1)
se píše vždy s jednotkou měřené veličiny.
Tato veličina se také uvádí jako směrodatná odchylka.
Pokud počítáte absolutní chybu elektrického odporu, tak za hodnotou absolutní chyby je
jednotka  .
Relativní chybu určíme ze vzorce
ρ
δR
 100 a vychází v procentech.
R
Nejpravděpodobnější hodnota změřené veličiny pak je:
R  ( R  δR ) Ω
154
X  ( X  δ X ) jednotka měřené veličiny
Zápis obecné veličiny:
V některé literatuře se používá na výpočet chyb i jiné značení (uvedeno při výpočtu chyb
u digitálních přístrojů).
9.3.1 Chyby digitálních měřicích přístrojů
Řada lidí se domnívá, že digitální přístroje jsou absolutně přesné a že analogové přístroje
s nimi nelze srovnávat. U běžných digitálních multimetrů (v cenové relaci do 4 000 Kč) je
tomu většinou naopak. Tyto přístroje měří poměrně slušně pouze stejnosměrné napětí, ostatní
veličiny pak s několikanásobně větší chybou než přesné přístroje analogové, protože u těchto
přístrojů se všechny měřené veličiny převádí pomocí převodníků na stejnosměrné napětí. Tyto
převodníky pak zanáší do měření další chybu. Je tedy naprostá hloupost ověřovat třídu
přesnosti analogového přístroje pomocí kapesního multimetru.
Většina výrobců digitálních přístrojů udává přesnost přístroje (tzv. základní chybu) ve tvaru
 X    1  d  ,
někteří ve tvaru
 X    1   2  , kde:
 1 - chyba z naměřené hodnoty, bývá vyjádřena v % a je v celém měřicím rozsahu konstantní,
někdy se za ni připisuje značka rdg (reading - čtení)
 2 - chyba z měřicího rozsahu, nelze ji s chybou z naměřené hodnoty  1 prostě sečíst, někdy
se za ni připisuje značka FS (full scale - plný rozsah).
d - chyba udaná v počtu dibitů (jednotek) posledního místa displeje. Její přepočet na chybu
z měřicího rozsahu závisí na počtu zobrazovaných míst displeje. Přepočet na procentní chybu
z měřicího rozsahu je jednoduchý:
2 
d
100  číslo % ,
mpij
kde mpij znamená maximální počet indikovaných jednotek
Celkovou relativní chybu digitálního přístroje při měření vypočteme podle vztahu:

X 

M
 X     1   2  R  ; % ,
X
kde:
XR - hodnota měřicího rozsahu, XM - měřená hodnota.
155

Řešený příklad 11
Číslicový voltmetr má pro rozsah 200 V základní chybu  U ±(0,8 rdg + 0,2 FS). Zjistěte
relativní chybu měření napětí U1 = 100 V a U2 = 150 V na tomto rozsahu.
 U    1   2   0,8 rdg  0,2 FS

X


XR 
200 

    0,8  0,2 
   1,07 %
150 

M2 

200 
 U1     1   2  R     0,8  0,2 
   1,2 %
X
100


M1 

 U 2     1   2 
X

Řešený příklad 12
Chyba číslicového multimetru s 31/2 místným displejem (maximální indikovaná hodnota je
1999) je pro měření střídavého proudu udána ve tvaru  1 = ±(1 ,4 % + 8 dibit). Zjistěte
velikost relativní chyby přístroje, měříme-li na rozsahu 2 A proud 0,8 A.
Maximální počet indikovaných jednotek je 2 000. Maximální počet indikovaných jednotek
je mpij.
2 
d
 100  číslo %
mpij
2 
d
8
 100 
 100  0,4 %
mpij
2 000
Celková chyba pak má tvar   1,4 rdg  0,4 FS
Relativní chybu určíme ze vztahu:

X 

M


     1   2  R   1,4  0,4    2,4 %
X
08 

2

Moderní digitální přístroje mají přepínání rozsahů automatické. Přístroj přepíná rozsahy tak,
aby při měření bylo vždy dosaženo maximální přesnosti. Na kterém rozsahu přístroj právě
měří, zjistíme snadno podle maximálního počtu zobrazovaných míst.
Multimetr s maximální hodnotou 4 999 přepíná např. při měření napětí automaticky
rozsahy 500 mV – 5 V – 50 V – 500 V. Multimetr s maximální hodnotou 1 999 má rozsahy
200 mV – 2 V – 20 V – 200 V. Přepínání rozsahů pro měření ostatních veličin probíhá
obdobně. Některé multimetry mají samozřejmě i více rozsahů, to záleží na provedení
přístroje. Chyby multimetrů pro jednotlivé rozsahy i hodnotu těchto rozsahů najdete v návodu
použití k přístroji.
Při zapojování v obvodu nejdříve zapojujeme prvky sériově vždy od jednoho pólu zdroje ke
druhému a teprve potom připojujeme k určitým prvkům voltmetr (ohmmetr). Na počátku
měření jsou vždy přístroje nastaveny na největší rozsah měření.
156
9. 4
Zvětšování rozsahu měřicích přístrojů
Ampérmetr se normálně ke spotřebiči připojuje sériově, protože má malý vnitřní odpor
a proto změří proud, který prochází spotřebičem, přesně. U zvětšení rozsahu ampérmetru se
paralelně k ampérmetru připojuje rezistor s menším odporem, než je odpor ampérmetru,
protože proud vždy teče tou větví v obvodu, která má menší elektrický odpor.
1. Zvětšení proudového rozsahu ampérmetru
Obr. 9.9 Bočník paralelně připojen k ampérmetru
pro uzel B platí 1. K. z.:
I  I a  (I  I a )
Rb (bočník)
Proud, který by normálně ampérmetr poškodil, se díky paralelně připojenému rezistoru
(bočníku) v uzlu B rozdělí, a proto ampérmetr zůstane nepoškozen.
Pro napětí platí rovnost:
Ua  Ub
Ra  I a  Rb  ( I  I a )
pro R b platí:
Rb 
Ra  I a
I  Ia
Rb 
Ra
Rb 
Ra
n 1
I
1
Ia
Zapamatujte si vzorec pro odpor bočníku:
I
Ia
Rb
Ra
n

Ra
n 1
je celkový proud měřicího přístroje s bočníkem při plné výchylce
proudový rozsah měřicího přístroje při plné výchylce bez bočníku
odpor bočníku
vnitřní odpor ampérmetru
udává, kolikrát zvětšíme rozsah ampérmetru
157
Řešený příklad 13
Vypočtěte odpor bočníku ampérmetru s vnitřním odporem Ra  5 Ω s proudovým rozsahem
I a  100 mA , jestliže celkový proud je 5 A.
n
I
5

 50
Ia
0,1
Rb 
Ra
5

 0,1 Ω
n  1 50  1
Odpor bočníku má velikost 0,1 Ω.
2. Zvětšení rozsahu voltmetru
provádíme předřadníkem (rezistorem zapojeným do série s voltmetrem), dosáhneme
rozdělení napětí, a proto se voltmetr nezničí. Pro sériové zapojení rezistorů platí, že
celkové napětí se rovná součtu napětí na jednotlivých rezistorech.
Běžně zapojujeme voltmetr ke spotřebiči paralelně, protože voltmetr má velký vnitřní odpor.
Obr. 10.9 Předřadník zapojen do série s voltmetrem
Pro odpor předřadníku používáme vzorec, který si můžete zkusit odvodit z rovnosti proudů,
které procházejí předřadníkem a voltmetrem.
Rp  Rv  (n  1)
n 
U
Uv
U je napěťový rozsah měřicího přístroje s předřadníkem (celkové napětí )
Uv je napěťový rozsah voltmetru při plné výchylce (maximální rozsah voltmetru bez
předřadníku)
Rp je odpor předřadníku
Rv je vnitřní odpor voltmetru
Řešený příklad 14
Určete odpor předřadníku k voltmetru, který má základní rozsah 3 V a vnitřní odpor 2 000 Ω
tak, aby bylo možné změřit celkové napětí 24 V.
158
n
U
24

8
Uv
3
Odpor předřadníku: Rp  Rv  (n  1)  2 000  7  14 000 
Odpor předřadníku je 14 000 Ω.
3. Určení parametrů obvodu – výpočet příkladů řešených pomocí Kirchhoffových zákonů
Cvičení 1
1.
Určete odpor ampérmetru, jestliže odpor bočníku je 0,5 Ω, ampérmetr má nejvyšší
rozsah 10 mA a chceme změřit proud 0,5 A.
[ Ra  24,5 Ω]
2.
Určete vnitřní odpor voltmetru, jestliže voltmetr má základní rozsah 12 V a chceme
měřit napětí do 60 V. Odpor předřadníku je 4 000 Ω.
[ Rv  1 000 Ω ]
Cvičení 2
1.
Na jakém principu pracuje deprézský systém?
2.
Na jakém principu funguje elektromagnetický měřicí přístroj?
3.
Na jakém principu funguje elektrodynamický měřicí přístroj?
4.
Ferodynamický měřicí přístroj pracuje na větším nebo menším frekvenčním rozsahu?
5.
Který přístroj měří přesněji a proč? Ručkový nebo digitální?
6.
Jak vypočítáme aritmetický průměr?
7.
Jaké znáte druhy chyb měření?
8.
V jakých jednotkách vychází absolutní chyba měření (směrodatná odchylka)?
9.
Jak zapojujeme ampérmetr ke spotřebiči a proč?
10. Jak zapojujeme voltmetr ke spotřebiči a proč?
11. Jak změříme celkový odpor vodičů před odstřelem?
12. Jak zjistíme ohmmetrem, že vodič je přerušen?
13. Jakým způsobem zvětšíme rozsah měření ampérmetru?
14. Jakým způsobem zvětšíme rozsah měření voltmetru?
159
Závěr
V této učebnici jste se setkali s učivem, které upevní znalosti a dovednosti v elektrotechnice
a umožní těchto dovedností využít při konání maturitní zkoušky v rozšiřujícím studiu pro obor
Geotechnika. V učebnici je 21 cvičení s otázkami a příklady, 14 řešených vzorových příkladů,
21 tabulek a 164 obrázků, které pomohou pochopit učivo. Látka navazuje na to, co již znáte
z praxe při práci v hornictví.
160
Literatura.
[1]
Wojnar, J.: Základy elektrotechniky, Brno, Tribun EU s.r.o. 2013.
[2]
Kottas, J.: Stroje a zařízení 2, Karviná, SPŠ Karviná 2007.
[3]
elektrika.cz/data/clanky/chyby-digitalnich-mericich-pristroju.
[4]
Kubica, J.: Vlastní výukové materiály
161
Rejstřík
A
Ch
akumulátor olověný 59
alternátor 62
ampér 52
aniony 55
anoda 55
charakteristiky pohonů 119
charakteristiky zátěžových mechanizmů 120
chyby měření 154
chyba absolutní 154
chyba relativní 154
chyby digitálních měřicích přístrojů 155
B
I
baterie plochá 59
barvy izolace 46
bočník 157
impedance lidského těla 138
induktance 190
ion 54
C
J
coulomb 52
jistič 37,40
joule 80
Č
článek Daniellův 59
články galvanické 55
článek mokrý 58
článek primární 58
článek sekundární 58
článek Voltův 59
K
kabely elektrické 30
kation 55
katoda 55
kód rezistorů 77
kompenzace účiníku 113
D
L
disociace elektrická 55
druhy elektromotorů 103
dynamo 61
lokomotivy důlní 224
lumen 95
luminofor 96
lux 95
M
E
meze bezpečných malých napětí při dotyku 140
efekt stroboskopický 101
elektrárna
- akumulační 22
- jaderná 20
- přečerpávací 23
- průtočné 22
- tepelná 20
- vodní 21
elektrolyty 55
elektrolýza 55
elektromotory 103 - 117
elektron 26
ekvivalent elektrochemický 56
N
napětí 24
napětí dotyková 139
napětí sítě 17
O
obvod elektrický 53
odpor
- bočníku 157
- předřadníku 158
- rezistoru 45
- vodiče 66
ochrany nadproudové 36
ochrany přepěťové 42
okruh světelný 47
okruh zásuvkový 48
osvětlení 95
ovládání motoru 131
ovládací přístroje strojů 128
F
frekvence napětí a proudu 62
G
generátor 62
H
hustota proudu 52
hodnoty proudu z hlediska bezpečnosti 138
P
parametry galvanických článků 58
162
- doutnavý 94
- jiskrový 94
- nesamostatný 93
- obloukový 94
výboj samostatný 93
výkon stejnosměrného proudu 80
výkon střídavého proudu 109
výkon trojfázového proudu 111
pohony elektrické 117
pojistka 37,38,39
pólpár 107
prostory
- BNM 30
- SNM 30
- BNP 30
- SNP 30
proud elektrický 52
prvky elektrického pohonu vypínací 132
přípojka domovní 34
Z
zatížení elektrické soustavy 18
zákon Ohmův 67
zákon Jouleův -Lenzův 91
zapojení do hvězdy 63
zapojení do trojúhelníka 63
zapojení rezistorů 79
zapojení rezistorů sériově 79
zapojení rezistorů paralelně 79
zářivky 96, 97
zdroje napětí a proudu 54, 62
R
rezistor 78
rovnice transformační 26
rozdělení elektropohonů 118
roztažnost teplotní délková 70
rozvaděč bytový 35
rozvodná síť 25
rozvody nízkonapěťové 45
rozvody důlní kabelové 30,50
rozvodná soustava pro důlní závod 29
Ž
žárovky 96
S
siemens 66
síť rozvodná 25
soustava elektrizační 17
sostava přenosová 17, 24
soustava rozvodná 17, 24
skluz 106
spotřebiče
- elektrické 73
- elektronické 74
- tepelné 65, 91
spojování zdrojů napětí 86
supravodivost 67
svítivost 95
světelný tok 95
T
trakce elektrická 123
transformátor 26
transformátor trojfázový 26
třídy teplotní odolnosti izolace 72
turbogenerátor 20
U
účinky elektrického proudu na organismus 138
účinnost 81
účinnost světelná 96
úraz elektrickým proudem 142
uzemnění 44
V
vedení elektrického proudu v kapalinách 55
vedení elektrického proudu v kovech 52
vedení elektrického proudu v plynech 93
vodiče 65, 70, 71
vodivost 66
volt 68
výbojky 273
výboj
163
164