TECHNOLOGIE

TECHNOLOGIE
2.ROČNÍK
MECHANIK ELEKTROTECHNIK
26-41-L/01
UČEBNÍ TEXTY
PRO VÝUKU TECHNOLOGIE
1
Technologie
učební text pro 2 ročník
26-41-L/01Mechanik elektrotechnik
Ing. Jiří KROUPA
Žďár nad Sázavou 2014
Technologie
Stránka 2
Obsah
1. Elektrotechnické normy a předpisy
1.1. Normalizační činnost v ČR ............................................................................................... 5
1.2. Mezinárodní elektrotechnická normalizace IEC ............................................................... 6
1.3. České státní normy............................................................................................................ 7
1.4. Základní ustanovení norem, bezpečnostní opatření na pracovišti (učebny TV).............10
2. Materiály pro elektrotechniku
2.1.
Vodivé materiály............................................................................................................17
2.2.
Elektroizolační materiály – dielektrika a izolanty .........................................................27
2.3.
Magnetické materiály .....................................................................................................37
2.4.
Polovodičové materiály – polovodiče ............................................................................41
2.5.
Vodiče pro navíjení ........................................................................................................44
2.6.
Vodiče a kabely v elektrotechnice, optické vodiče a kabely .........................................46
3. Elektrické rozvody
3.1. Jištění a dimenzování vodičů a kabelů a jejich značení .................................................48
3.2. Přípojkové skříně, rozvodnice, umístění měřících zařízení ...........................................50
3.3. Materiál pro rozvody, trubky, lišty, krabice, pomocný materiál ...................................62
3.4. Zapojení jednoduchých instalačních obvodů ..................................................................63
3.5. Elektrická zařízení v koupelnách ...................................................................................65
3.6. Moderní elektrické rozvody ...........................................................................................66
3.7. Kabelové vedení a soubory .............................................................................................67
3.8. Přípojnicový rozvod ........................................................................................................68
3.9. Připojování pracovních strojů .........................................................................................69
3.10. Elektrické rozvody ve zvláštních prostorách ..................................................................72
3.11. Elektrická zařízení ve stavebnictví ................................................................................73
3.12. Elektrické instalace ve zvláštních případech tj. nebezpečí výbuchu, požáru ................74
3.13. Prozatímní elektrická zařízení.........................................................................................76
3.14. Veřejné osvětlení ...........................................................................................................77
3.15. Hromosvody, bleskojistky a svodiče přepětí .................................................................78
Technologie
Stránka 3
4. Výroba plošných spojů
4.1.
Druhy plošných spojů, pájecí technika ..........................................................................79
4.2. Chemické přípravky .......................................................................................................80
4.3. Výroba desek s plošnými spoji .......................................................................................82
4.4. Technika SMT, nářadí, technika SMD ...........................................................................84
5. Údržba elektrických a elektronických zařízení
5.1.
Provádění rekonstrukcí a modernizací elektrických rozvodů ........................................88
5.2. Činnost na elektrickém zařízení, druhy údržby ..............................................................89
5.3. Vybavení pracoviště údržby, ochranné pomůcky, bezpečnostní tabulky ......................91
5.4. Rozvodny, údržba rozvodných přístrojů .........................................................................96
5.5. Zkoušení a měření při opravách, hledání závad, určení místa poruchy ..........................99
6. Seznam použité a doporučené literatury ......................................................... 102
Technologie
Stránka 4
1. Elektrotechnické normy a předpisy
1.1. Normalizační činnost v ČR
Elektrotechnické předpisy jsou základním technickým podkladem, kterým se řídí
elektrotechnici, kteří elektrická zařízení navrhují, projektují, montují a zajišťují jejich
uvádění do provozu i samotný jejich provoz.
Tito elektrotechnici nepotřebují znát podrobné požadavky na provedení elektrických
přístrojů, strojů, předmětů ani to, jakým způsobem se přesně zkoušejí. To je věcí výrobců,
kteří za to ve smyslu platných právních předpisů plně zodpovídají. Elektrotechnici, kteří
z uvedených výrobků sestavují elektrická zařízení a používají je v elektrických rozvodech a
instalacích, však potřebují vědět, jak je správně volit, použít a zapojit, aby byla zajištěna
bezpečnost a spolehlivá funkce celého elektrického zařízení.
K tomu jim slouží samostatná skupina elektrotechnických norem z historických důvodů
nazývaných – Elektrotechnické předpisy.
Vývoj elektrotechnických předpisů v ČR (ČSR).
Vývoj těchto předpisů prošel několika etapami. Hned po vzniku ČSR byl založen
Elektrotechnicý svaz československý (ESČ) v roce 1919. Tento svaz vyvíjel činnost
normalizační a předpisovou, a to nejen národní, ale i na mezinárodní úrovni. Stal se členem
Mezinárodní elektrotechnické komise IEC. První elektrotechnické předpisové normy byly
pak vydány v roce 1920 pod názvem „Předpisy a normálie“ a nahradily do té doby platné
předpisy zpracované Elektrotechnickým spolkem ve Vídni. Význačnou osobností, která se na
tom podílela, byl prof. Ing. Vladimír List.
V roce 1922 byla založena Československá normalizační společnost ČSN. Elektrotechnický
svaz sjednal s touto společností dohodu, podle které veškerou činnost v elektrotechnice podle
ESČ, jakož i zpracované a schválené elektrotechnické normy a předpisy bude svaz předkládat
Československé normalizační komisi, která je pak po projednání prohlásí za československé
normy. Normy vycházely pod označením ČSN-ESČ. Dodnes české elektrotechnické
předpisové normy obsahují ustanovení mající svůj počátek v předválečných
Elektrotechnických předpisech ESČ. Příkladem může být termín „osoba znalá“, který
používá i současná legislativa. Rovněž již tehdy byla součástí Elektrotechnických předpisů
ESČ doporučení IEC.
V roce 1950 byly vydány „Předpisy ESČ-1950“. Další vývoj Elektrotechnických předpisů
ovlivnilo vydání zákona č.96/1964 Sb. o technické normalizaci. Část normy pro obsluhu a
páci na elektrických zařízeních týkající se kvalifikace osob v elektrotechnice byla nahrazena
vyhláškou Československého úřadu bezpečnosti práce č. 50/78 sb. Dále pak 4. října 1993
byla podepsána dohoda mezi Českou republkou (ČR) a Evropským společenstvím (nyní EU)
dohoda o přidružení České republiky. Touto dohodou převzala ČR obecný závazek
harmonizace právních předpisů a technických norem ČSN.
Normy jsou systematicky řazeny podle šestimístného čísla. Za označením ČSN následují tři
dvojčíslí. První značí třídu normy, další pak skupinu a číslo ve skupině. Další možné dělení je
čísly za pomlčkou. Pro elektrotechniku jsou v ČSN vyčleněna čísla norem začínající trojkoutřída 33 (Elektrotechnika – elektrotechnické předpisy) a dále třídy 34 až 38. Většina českých
norem v současnosti nevzniká v ČR, nýbrž na mezinárodní (světové) nebo evropské úrovni.
Mezinárodní normy, pokud vznikly v Mezinárodní elektrotechnické komisi, jsou do soustavy
českých technických norem pod označením ČSN IEC (International Electrotechnical
Commission). Evropské normy, pokud vznikají v mezinárodní organizaci CENELEC, která
je obdobou IEC se označují po převzetí jako ČSN EN.
Technologie
Stránka 5
1.2.
Mezinárodní elektrotechnická normalizace IEC
Vůbec první elektrotechnické předpisy zabývající se bezpečností elektrických instalací lze
nalézt v roce 1882 v Anglii. Zde vznikla stručná elektrotechnická pravidla pro ochranu před
nebezpečím požáru od elektrických osvětlení. Obdobné předpisy pak vznikaly v Německu
1896, v USA roku 1897, Francie roku 1911 apod.
Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC, anglicky International Electrotechnical
Commission, francouzsky Commission électrotechnique internationale CEI), je světová
organizace založená 26.června 1906, která vypracovává a publikuje mezinárodní normy pro
elektrotechniku, elektroniku, sdělovací techniku a příbuzné obory.
Ústřední kancelář IEC sídlila původně vLondýně. V roce 1948 se přestěhovala do Ženevy
(Švýcarsko), kde sídlí dodnes. IEC má regionální centra v Asii (Singapore), Jižní (São Paulo,
Brazílie) a Severní Americe (Boston, USA).
IEC navrhla systém měr a vah, na základě kterého byla vytvořena mezinárodní soustava
jednotek SI. Od roku 1938 IEC udržuje vícejazyčný slovník elektrotechnických termínů,
jehož účelem bylo sjednotit terminologii v oboru.
Normy IEC mají čísla v rozsahu 60000–79999 a názvy tvaru IEC 60417: Graphical symbols
for use on equipment. Množství starších IEC norem bylo v roce 1997 přečíslováno přičtením
60000, takže např. původní norma IEC 27 má nyní označení IEC 60027. Normy série 60000
vycházející z evropských norem mohou mít také označení začínající EN. Například IEC
60034 je také EN 60034.
IEC úzce spolupracuje s Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO) a s Mezinárodní
telekomunikační unií (ITU). V současnosti má IEC 82 členských států (mezi které patří i
Česká republika) a dalších 82 států má přidružené členství (Affiliate Country Programme).
Jejím posláním je propagovat a podporovat mezinárodní spolupráci v otázkách normalizace
elektrotechniky a příbuzných oborů. Existence mezinárodních norem přispívá k omezování
obchodních bariér, což vede k otvírání nových trhů a podpoře hospodářského růstu. Normy
IEC by měly přispívat k bezpečnosti, ochraně zdraví a životního prostředí.
Technologie
Stránka 6
1.3. České státní normy
Norma (někdy také standard) je požadavek na chování nebo vlastnosti věci, člověka, situace
apod., který se buď závazně vyžaduje, nebo podle něhož se hodnotí jejich přijatelnost nebo
obvyklost. Normy jsou psané i nepsané a mají různou míru závaznosti a různý rozsah
platnosti. Normy mají být založeny na společných výsledcích vědy, techniky a praxe a
zaměřeny na dosažení optimálního společenského prospěchu.
V původním latinském významu slovo znamenalo „úhelník, pravítko, měřítko, pravidlo“,
později také kolmici.
Norma technická přesně stanovuje požadované vlastnosti, provedení, tvar nebo uspořádání
opakujících se předmětů nebo způsobů a postupů práce, popř. vymezuje všeobecně užívané
technické pojmy.
Hlavní úkoly normy jsou:
o
zjednodušování a snižování rozmanitosti výrobků a činností;
o
dorozumívací funkce mezi výrobcem a zákazníkem a mezi výrobci v
národním i mezinárodním měřítku;
o
zavádění symbolů a kódů ke zjednodušení obchodního styku a překonání
potíží způsobených rozdílností jazyků;
o
zlepšení hospodárnosti;
o
ochrana spotřebitele.
Existují normy státní (ČSN), evropské, mezinárodní, předmětové, jakostní a jiné. Zkráceně je
technická norma technický předpis, který stanoví technické náležitosti, popř. technická řešení
u opakovaných úkonů a dějů.
Druhy norem - v soustavě technických norem existuje hierarchický soubor technicko–
právních předpisů:






ISO - mezinárodní normy, které shrnují zkušební metody, značení a terminologii.
EN - evropské normy, které shrnují zkušební metody, značení, terminologii a
bezpečnost výrobků.
ČSN - resp. všeobecně národní normy, jako např. DIN, ASA, GOST, které shrnují
široký okruh problematik Tyto normy jsou postupně harmonizovány s normami
vyšších stupňů
ON - oborové normy. Tyto normy byly k 31. 12. 1993 zrušeny a částečně převedeny
na normy podnikové (PN)
PN - podnikové normy, kterými je řešena problematika jednotlivých výrobků nebo
jejich skupin a problematika daného oboru (PNE)
technická norma (oficiální předpis)
o Normy ISO (International Organization for Standardization)
o Normy ANSI (American National Standards Institute)
o Normy BS (British Standards)
o Normy DIN (Německo)
o Normy GOST (Gosstandart) (Rusko)
o Normy JIS (Japonsko)
o Normy NF (Francie)
o Normy ÖNORM (Rakousko)
o Normy PN (Polsko)
o Normy STN (Slovenská Technická Norma)
Technologie
Stránka 7
Technická normalizace ČR v současnosti patří do působnosti: Ministerstva průmyslu a
obchodu ČR (MPO ČR) – pod divizi rozpočtu a podpory podnikání.
Státním orgánem je: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví
(ÚNMZ). Pověřenou organizací pro zabezpečování tvorby a vydávání českých
technických norem je: Český normalizační institut (ČSNI), který na základě zákona č.
22/1997 Sb. byl rozhodnutím MPO ČR č. 203/97 ze dne 1. 9. 1997 touto činností pověřen.
Právní úprava technické normalizace
Právní úprava technické normalizace je obsažena v zákonu č. 22/1997 Sb., o technických
požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění zákona č. 71/2000
Sb., zákona č. 102/2001 Sb. a zákona č. 205/2002 Sb.
V zákoně jsou rozlišeny:
Technické předpisy – „Technickým předpisem pro účely tohoto zákona je právní předpis
vyhlášený uveřejněním jeho plného znění ve Sbírce zákonů, obsahující technické požadavky
na výrobky, popřípadě pravidla pro služby nebo upravující povinnosti při uvádění výrobku na
trh, při jeho používání nebo při poskytování nebo zřizování služby nebo zakazující výrobu,
dovoz, prodej či používání, poskytování nebo zřizování služby.„ (zákon č. 71/2000 Sb.).
České technické normy – „Česká technická norma je dokument schválený pověřenou
právnickou osobou (§ 5) pro opakované nebo stálé použití, vytvořený podle tohoto zákona a
označený písmenným označením ČSN, jehož vydání bylo oznámeno ve Věstníku Úřadu pro
technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (dále jen „Věstník Úřadu„). Česká
technická norma není obecně závazná. To, že je výrobek v souladu s normami ČR ověřuje
autorizovaná zkušebna EZÚ (Elektrotechnický zkušební ústav)

Harmonizované technické normy – „Česká technická norma se stává
harmonizovanou českou technickou normou, přejímá-li plně požadavky stanovené
evropskou normou nebo harmonizačním dokumentem, které uznaly orgány Evropského
společenství jako harmonizovanou evropskou normu, nebo evropskou normou, která byla
jako harmonizovaná evropská norma stanovena v souladu s právem Evropských
společenství společnou dohodou notifikovaných osob.
Technologie
Stránka 8

Určené technické normy – „Pro specifikaci technických požadavků na výrobky,
vyplývajících z nařízení vlády nebo jiného příslušného technického předpisu, může Úřad
pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví po dohodě s ministerstvy a
jinými ústředními správními úřady, jejichž působnosti se příslušná oblast týká, určit české
technické normy, další technické normy nebo technické dokumenty mezinárodních,
popřípadě zahraničních organizací, nebo jiné technické dokumenty, obsahující
podrobnější technické požadavky (dále jen „určené normy„).
Technické dokumenty – „Technickým dokumentem se pro účely tohoto zákona rozumí
dokument, který obsahuje technické specifikace výrobku, a není technickým předpisem ve
smyslu odstavce 1 ani technickou normou, a který by mohl vytvořit technickou překážku
obchodu.„ (zákon č. 205/2002 Sb.).
Norma je veřejně dostupný dokument, tzn., že je přístupná ve všech fázích vzniku a
používání v praxi. Dále je to dokument založený na souhlasu všech zúčastněných stran se
zásadními otázkami řešení.
Podrobnější informace nalezneme na internetových stránkách: www.csni.cz
Český normalizační institut byla státní příspěvková organizace, která byla v roce 2008
zrušena rozhodnutím ministra průmyslu a obchodu zrušena. Díky rozhodnutí Ministerstva
obchodu a průmyslu byla tato příspěvková organizace pověřena zajišťovat tvorbu, vydávání a
pravidelné zveřejňování českých technických norem.
V současné době zajišťuje tuto činnost Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a
státní zkušebnictví. Norma je směrnice či pravidlo, které je nutné dodržovat, jeho dodržování
je závazné.
Technologie
Stránka 9
1.4. Základní ustanovení norem, přehled bezpečnostních opatření
Bezpečnost je stav, při kterém je nebezpečnost na přijatelné úrovni.
Jedná o rovnováhu mezi absencí rizika a ostatními požadavky na výrobek, činnosti nebo
provoz, včetně užitečnosti, vhodnosti a nákladů. Je to také schopnost nezpůsobit nepřijatelné
riziko vzniku škody (Zdroj: ČSN EN 45020 (01 0101))
Zákon č. 174/1968 Sb. o státním odborném dozoru nad bezpečností práce.
§6b (1) Vyhrazenými technickými zařízeními jsou zařízení se zvýšenou mírou ohrožení
zdraví a bezpečnosti osob a majetku, která podléhají dozoru podle tohoto zákona. Jsou to
technická zařízení tlaková, zdvihací, elektrická a plynová.
Elektrická zařízení jsou tedy zařízení, kterým se také říká vyhrazená technická zařízení, i
přehled
dozorovaných
zařízeníjsou
a dozorových
subjektů
když v různých Základní
oblastech
(armáda,
doly, železnice)
definovány
jinak,. viz tabulka.
TIČR– organizace
státního odborného
dozoru
Úřad státního odborného
dozoru Ministerstva obrany ČR
Státní odborný dozor nad
bezpečností práce a technických
zařízení
Drážní úřad
ČBÚ
Orgány státní báňské
správy
Zákon č. 174/1968 Sb.
podle zákona č. 219/1999 Sb.,
220/1999 Sb., 221/1999 Sb.
a RMO č. 28/2002,
Zákon č. 266/1994 Sb.
Zákon č. 61/1988 Sb.
Vyhrazenými technickými
zařízeními jsou zařízení se
zvýšenou mírou ohrožení zdraví a
bezpečnosti osob a
majetku, která podléhají dozoru
podle tohoto zákona. Jsou to
technická zařízení
- tlaková
- zdvihací,
- elektrická
- plynová
Technická zařízení podléhající
státnímu dozoru orgánů
Ministerstva obrany jsou určená
technická zařízení
- tlaková,
- plynová,
- elektrická
- zdvihací,
- ochranná
- ostatní, která jsou konstruována
a vyráběna k použití s vojenskou
výstrojí, vojenskou výzbrojí,
vojenskou technikou, a určená
technická zařízení konstruovaná a
vyráběná pro potřeby ozbrojených
sil umístěná ve vojenských
objektech
Určená technická zařízení
- tlaková
- plynová
- elektrická
- zdvihací
- dopravní
- pro ochranu před účinky
atmosférické a statické
elektřiny
- pro ochranu před negativními
účinky zpětných trakčních
proudů,
- kontejnery a výměnné
nástavby, která jsou
konstruována a vyráběna pro
provozování dráhy nebo drážní
dopravu a slouží-li k zabezpečení
provozování dráhy nebo drážní
dopravy, jsou určenými
technickými zařízeními.
Vyhrazená technická
zařízení
-tlaková
-plynová
-zdvihací
-elektrická
TIČR – technická inspekce České republiky, ČBÚ – český báňský úřad
Definice některých používaných pojmů:
BOZP ( bezpečnost a ochrana zdraví při práci ) - soubor opatření (technických,
organizačních, výchovných), která při správné aplikaci nebo realizaci vytvoří podmínky k
tomu, aby se pravděpodobnost ohrožení nebo poškození lidského zdraví snížila na minimum,
a také oblast společenské činnosti zahrnující všechny požadavky, opatření, prostředky a
metody přispívající k vytvoření podmínek pracovního procesu, které zajišťují zdraví
pracujících a jejich práceschopnost.
Bezpečný výrobek je výrobek, který za běžných nebo rozumně předvídatelných podmínek
užití nepředstavuje po dobu stanovenou výrobcem nebo po dobu obvyklé použitelnosti
nebezpečí, nebo jehož užití představuje pro spotřebitele vzhledem k bezpečnosti a ochraně
zdraví pouze minimální nebezpečí při užívání výrobku, přičemž se sledují z hlediska rizika
pro bezpečnost a ochranu zdraví spotřebitele.
Technologie
Stránka 10
Označení CE na stanoveném výrobku vyjadřuje, že výrobek splňuje technické požadavky
stanovené ve všech nařízeních vlády, které se na něj vztahují a které toto označení stanovují
nebo umožňují, a že byl při posouzení jeho shody dodržen stanovený postup. Pokud je
stanovený výrobek opatřen označením CE, nesmí být souběžně označen českou značkou
shody nebo značkou, která by svým významem nebo podobou mohla vést k záměně
s označením CE nebo s jiným stanoveným označením.
Vyhláška č. 73/2010 Sb. o stanovení vyhrazených elektrických technických zařízení, jejich
zařazení do tříd a skupin a o bližších podmínkách jejich bezpečnosti
§ 1 a) stanoví vyhrazená elektrická technická zařízení, jejich zařazení do tříd a skupin a bližší
podmínky jejich bezpečnosti,
Zařazení zařízení do tříd a skupin
Zařízení třídy I.
Skupina
A
Skupina
B
Zařízení třídy II.
Technologie
Zařízení určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu
Zařízení pracovišť z hlediska úrazu elektrickým proudem zvlášť nebezpečných působením vnějších vlivů; nebezpečí působení
vnějších vlivů musí vyplývat z projektové dokumentace
Skupina
C
Zařízení v prostorách pro léčebné účely a ve zdravotnických zařízeních
Skupina
D
Zařízení ve stavbách určených pro shromažďování více než 200 osob
Skupina
E
Zařízení určená na ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny, pokud jsou součástí zařízení uvedených ve skupinách
A až D
Skupina
A
Zařízení užívaná k výrobě, přeměně, přenosu, rozvodu nebo užití elektrické energie s napěťovými převody vysokého napětí (vn),
velmi vysokého napětí (vvn) nebo zvláště vysokého napětí (zvn) se jmenovitým výkonem nad 5 MW
Skupina
B
Zařízení o napětí nad 1000 V střídavých a 1500 V stejnosměrných nesloužící pro veřejný rozvod podle energetického zákona
s přenášeným výkonem větším než 1 MW
Skupina
C
Zařízení určená pro použití v prostředí s nebezpečím požáru
Skupina
D
Zařízení neuvedená ve třídě I. s proudem a napětím převyšujícím bezpečné hodnoty podle příslušných technických norem
Skupina
E
Zařízení silničních vozidel s vestavěným elektrickým vybavením a zařízení sloužící k připojení těchto vozidel na parkovištích a v
kempech
Skupina
F
Zařízení v objektech pro přechodné ubytování fyzických osob
Skupina
G
Zařízení prozatímních stavenišť a zařízení ve stavbách, ve kterých jsou prováděny bourací práce
Skupina
H
Zvláštní a prozatímní zařízení určená k používání na výstavištích, v lunaparcích, v prozatímních scénických zařízeních, při
dočasných kulturních a zábavních akcích, prozatímní zařízení pro zvukové a obrazové přenosy
Skupina
I
Zařízení v zemědělských stavbách
Skupina
J
Zařízení určená na ochranu před účinky atmosférické a statické elektřiny neuvedená ve třídě I. skupině E
Stránka 11
SKUPINA A
Zařízení určené pro použití v prostředí
s nebezpečím výbuchu
Zařízení rozděleno do dvou skupin –
výbuch plynů, řada norem
ČSN EN 60079-0 až 35
výbuch prachů, řada norem
ČSN EN 61241-0 až 18
zařízení s výbuchem v
doly se vyhláška netýká
SKUPINA B
Zařízení pracovišť z hlediska úrazu elektrickým
proudem zvlášť nebezpečných působením vnějších
vlivů
Nebezpečí působení vnějších
vlivů musí vyplývat z
projektové dokumentace.
Nebezpečnost zařízení
se stanovuje podle
ČSN 33 2000-5-51 ed. 3,
současně vyplývá z
vyhlášky č. 499/2006 Sb.
o dokumentaci staveb
Technologie
Stránka 12
SKUPINA C
Zařízení v prostorách pro léčebné účely a ve
zdravotnických zařízeních
Jedná se o instalace (nikoliv o vybavení pracovišť)
v prostorech nebezpečných pro možnost působení
elektrických zařízení na pacienta (operační sály,
zákrokové sály, JIP…).
ČSN 33 2140
IEC 60364-7-710
SKUPINA D
Zařízení ve stavbách určených pro shromažďování
více než 200 osob
Rozpracováno v ČSN 73 0831, ČSN 33 2130, ČSN
33 2000-4-46, ČSN 73 0802, ČSN 73 0875, ČSN 33
2410, ČSN 33 2420 a mnoho dalších norem, které
mají zajisťit bezpečnost osob v těchto prostorech a
jejich bezpečný únik.
Technologie
Stránka 13
SKUPINA E
Zařízení určená na ochranu před účinky
atmosférické a statické elektřiny, pokud jsou
součástí zařízení uvedených ve skupinách A až D
Řeší ČSN EN 62305-1 až -4,
případně vyhláška 268/2009 Sb.
Podle ČSN může být práce na elektrickém zařízení prováděna zásadně ve stavu bez napětí.
K zajištění tohoto stavu platí pět pravidel bezpečnosti:
Pět pravidel bezpečnosti:
-
odpojení
-
zabezpečení zařízení oproti opětovanému zapnutí
-
ověření beznapěťového stavu
-
uzemění a zkratování
-
zařízení, která jsou v blízkosti pod napětím, musí být opatřena kryty nebo zábranami
Desatero (bezpečnosti práce) pro žáka v odborném výcviku nebo
teoretickém vyučování
1. Ve věci bezpečnosti a ochrany zdraví při práci máš tato práva:
• Vědět o tom, s jakým nebezpečím a riziky se na pracovišti můžeš setkat, jak máš
postupovat, abys byl v bezpečí, a jaké kroky je třeba podniknout, pokud dojde k
nehodě nebo mimořádné situaci.
• Obdržet o této problematice informace, pokyny a školení, konkrétně zaměřené na danou
pracovní činnost a pro dané pracoviště.
• Být vybaven osobními ochrannými pracovními prostředky, potřebnými pro vykonávání
dané činnosti, a mít dostatek informací o jejich používání.
• Odmítnout práci, o které se domníváš, že ohrožuje Tvé zdraví.
• Zapojit se do dění prostřednictvím dotazů, oznamování nebezpečných pracovních
postupů nebo podmínek a žádostí o řešení situace, která nastala.
Technologie
Stránka 14
2. Nevykonávej žádný úkol bez náležitého zaškolení! Před zahájením odborného nebo
praktického výcviku jsou žáci, kteří se zúčastní odborného nebo praktického výcviku,
podrobeni školení o dodržování pravidel a zásad pro bezpečnou a zdraví neohrožující
práci, organizovaných buď školou, nebo pracovištěm, na kterém se výcvik uskutečňuje.
Školení o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci (BOZP) má být u žáků, kteří se zúčastní
odborného nebo praktického výcviku, prováděno v podobě vstupního proškolení jak před
samotným nástupem na výcvik, tak opakovaně v každém novém školním roce před
nástupem žáků na cvičné pracoviště nebo při změně pracovního místa nebo práce s
novým strojem nebo zařízením nebo přechodu na zcela jinou práci. Dojde-li k tomu, že se
před zahájením výcviku nebo před opakovaným nástupem žáků na výcvik školení BOZP
neuskuteční, měli by o tom být informováni rodiče nebo zákonný zástupce žáka.
3. Při školení o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci se máš dozvědět, jaká nebezpečí a jaká
rizika jsou spojena s Tvojí prací. Máš-li dojem, že ses během školení nedozvěděl vše
potřebné, neváhej a neostýchej se zeptat.
4. Na pracoviště vstupuj řádně oblečen a upraven a je-li to stanoveno, tak jen v doprovodu
osoby, která výcvik vede.
5. Během odborného a praktického výcviku dodržuj zásady bezpečného chování. Při práci,
kterou vykonáváš, se řiď radami a instrukcemi, které jsi obdržel při školení, a dále
pokyny učitele/mistra odborného nebo praktického výcviku nebo jiné osoby, která vede
výcvik nebo jeho určitou část. Bezpečnostní pokyny a pravidla platí pro pracoviště, stroje
a zařízení, na kterých pracuješ, pro pracovní postupy a technologie, které vykonáváš
včetně používání ochranných zařízení a osobních ochranných pracovních prostředků.
6. Při práci dodržuj pracovní kázeň a chovej se tak, abys neohrozil zdraví svoje, ani jiných
osob. Během odborného a praktického výcviku jsi stále žákem školy a vztahují se na
Tebe ustanovení školního řádu. Při výuce v dílnách, laboratořích, odborných učebnách
nebo na cvičných pracovištích či přímo v podnicích či provozech se na Tebe vztahují také
specifické bezpečnostní předpisy pro tyto prostory
7. Vykonávej jen práci, která Ti byla přidělena a na místě výkonu práce (na pracovišti nebo
pracovním místě), které určil učitel/mistr odborného nebo praktického výcviku nebo jiná
osoba, která vede výcvik nebo jeho určitou část.
8. Na práci, kterou vykonáváš, se dobře soustřeď.
9. Jsi-li mladší 18 let, nesmíš být zaměstnáván pracemi, které se zřetelem k anatomickým,
fyziologickým a psychickým zvláštnostem v tomto věku jsou pro Tebe nepřiměřené,
nebezpečné nebo škodlivé Tvému zdraví a vykonávat práce, které uvádí vyhláška č.
288/2003 Sb. Jde např. o práce spojené se zvýšenou zátěží pohybového ústrojí
(překračování hmotnostních limitů pro zvedání a přenášení břemen, práce vykonávané po
dobu delší než čtyři hodiny za pracovní dobu ve vnuceném tempu nebo v pracovních
polohách bez možnosti jejich střídání, trvale vykonávané vsedě nebo vstoje), práce se
zdroji ionizujícího záření, práce s karcinogeny a mutageny, látkami toxickými pro
reprodukci, práce s nebezpečnými chemickými látkami a přípravky klasifikované jako
toxické, vysoce toxické a žíravé, práce spojené s expozicí olovu, práce se zvýšeným
rizikem úrazů, práce při výrobě léčiv a veterinárních přípravků, obsahujících hormony,
antibiotika a jiné biologicky vysoce účinné látky, práce spojené s expozicí oxidu
uhelnatému nebo práce v prostředí, v němž je tlak vzduchu vyšší než okolní atmosférický
tlak o více než 20 kPa, v prostředí, v němž je koncentrace kyslíku v ovzduší nižší než 20
% objemových, nebo v prostředí vyžadujícím používání izolačních dýchacích přístrojů.
Práce, které jsou mladistvým zakázány, definuje § 6, odst. 1 uvedené vyhlášky.
Technologie
Stránka 15
Výjimku představují práce, které jsou osobami mladšími 18 let vykonávány:
• z důvodu přípravy na povolání a zpravidla i
• pod soustavným odborným dohledem, kterým je zaručena dostatečná ochrana zdraví
mladistvých.
Tato výjimka se však nevztahuje na práce spojené s expozicí látkám uvedeným v písmenech
f), g) a h) odst. 1 citovaného § 6, jako jsou např. karcinogeny a mutageny, azbest nebo
přesně vymezené chemické látky a přípravky.
10. Jsi-li mladší 18 let, vztahují se na Tebe omezení týkající se pracovní doby. Nesmíš např.
pracovat přesčas nebo v nočních směnách, Tvoje pracovní doba nesmí v jednotlivých
dnech překročit 8 hodin a týdenní pracovní doba v souhrnu 40 hodin. Máš také nárok na
přestávku v práci nejdéle po 4,5 hodinách nepřetržité práce.
Délka přestávek se pro odborný nebo praktický výcvik stanovuje podle charakteru činnosti a
s přihlédnutím k základním fyziologickým potřebám žáků.
Několik rad závěrem
• Neboj se požádat o proškolení nebo pomoc před zahájením práce s novým zařízením či
vykonáváním jakékoliv nové práce nebo úkolu.
• Neboj se zeptat či požádat o pomoc, když si nejsi jist/a pracovním postupem nebo
činností, kterou máš vykonávat.
• Bez váhání informuj osobu, která je ředitelem školy pověřená vedením odborného nebo
praktického výcviku a dozorem nad žáky o sebemenších rizicích, úrazech či špatném
zdravotním stavu Tvém nebo Tvých spolužáků.
• Máš-li zdravotní problémy, o kterých se domníváš, že nastaly v souvislosti s odborným
nebo praktickým výcvikem, navštiv svého praktického lékaře a seznam jej s tím, jakou
práci vykonáváš.
• Snaž se o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a zejména o bezpečnostních a
zdravotních aspektech práce, kterou vykonáváš, získat více informací, např. u
oblastního inspektorátu práce, na krajské hygienické stanici nebo prostřednictvím
odkazů a zdrojů informací uvedených na webových stránkách www.bozpinfo.cz nebo
http://cz.osha.europa.eu/ nebo jinde na Internetu.
Vybrané předpisy týkající se podmínek ochrany zdraví žáků
• Zákony
o Zákon č. 561/2004 Sb., o předškolním, základním středním, vyšším odborném a
jiném vzdělávání (školský zákon), ve znění pozdějších předpisů
o Zákon 262/2006 Sb., zákoník práce, ve znění pozdějších předpisů
• Nařízení vlády
o Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při
práci, ve znění nařízení vlády č. 68/2010 Sb.
•Vyhlášky
o Vyhláška č. 288/2003 Sb., kterou se stanoví práce a pracoviště, které jsou zakázány
těhotným ženám, kojícím ženám, matkám do konce devátého měsíce po porodu a
mladistvým, a podmínky, za nichž mohou mladiství výjimečně tyto práce konat z
důvodu přípravy na povolaní
• Dokumenty resortu školství, mládeže a tělovýchovy
o Metodický pokyn k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví dětí, žáků a studentů ve
školách a školských zařízeních zřizovaných Ministerstvem školství, mládeže a
tělovýchovy, č.j. 37 014/2005, Věstník MŠMT sešit 2/2006
Technologie
Stránka 16
2. Materiály pro elektrotechniku
2.1. Vodivé materiály
Požadují se u nich co nejmenší ztráty, tj. co nejmenší el. odpor. Elektrický odpor závisí na
rozměrech a na teplotě vodiče. Rezistivita elektrovodných materiálů má hodnotu v
rozmezí
ρ = 10-2 až 10-1 μΩ m
Teplotní činitel u většiny čistých kovů je αR = 4.10-3 K-1 při teplotách 0 až 100°C
Materiály kovových vodičů
Nejdůležitější vlastnosti, které je nutno respektovat při výběru materiálu vodiče v
elektrotechnice jsou:
1. velká elektrická a tepelná vodivost,
2. vhodné mechanické a technologické vlastnosti (např. pevnost, tvárnost,
odolnost proti opotřebení a korozi, snadná spojovatelnost atd.),
3. ekonomika výroby i použití, která je závislá na ceně a dostupnosti materiálů
a technologií, nákladech na údržbu a na spolehlivosti a životnosti zařízení.
Tab. 1 Vlastnosti nejlepších vodičů
Kov
Rezistivita
o
při 20 C
ρ (Ωm)
Teplotní
součinit
el
odporu αR
Mez
Teplota
Hustota S
pevnosti Rm
tání Tm
(kg/m3)
(MPa)
(oC)
Ag
1,58.10-8
4,10.10-3
180
960
10490
Cu
1,72. 10-8
8,93. 10-3
220
1083
8960
Au
2,12. 10-8
3,98. 10-3
240
1064
19300
Al
2,63. 10-8
4,26. 10-3
80
660
2700
Měď a hliník
Tyto dva kovy, jejich slitiny i kompozity jsou v elektrotechnice nejpoužívanější.
V posledních letech se jejich roční světová spotřeba ustálila na 4.106 tun Cu, což je 50 %
celkové produkce a 1,5.106 tun Al, které tvoří 10 % produkce Al.
Technologie
Stránka 17
Měď
Je to kov růžově hnědý (načervenalý), poměrně těžký, dobře tvárný. Dobře se svařuje a pájí.
Je poměrně dobře odolný proti korozi. Má dobrou elektrickou i tepelnou vodivost.
Vodivostje ovlivněna obsahem příměsí a mechanickým zpracováním. Tvářením za studena
rezistivitaměděných vodičů roste v důsledku vzniku velkého množství poruch v mřížce.
Původnístrukturu lze po tváření obnovit žíháním. Pro posouzení vodivosti mědi i ostatních
vodičů byl zaveden mezinárodní standard IACS (International Annealed Copper Standard),
kterémuodpovídá ρ = 1,7241.10-8 Ω m nebo σ = 58.106 S/m. Čistá elektrovodná měď se
dodává s obsahem 99,85 až 99,97 % Cu a s odpovídající vodivostí 96,5 až 100 % IACS.
Podle mechanického zpracování je ve formě měkké, polotvrdé a tvrdé.
a) měkká – pevnost do 300 MPa, (je dobře ohebná, el. vodiče, kabely, vinutí strojů)
b) polotvrdá - 300 ÷ 360 MPa (je ještě tvárná, venkovní vodiče, profilové vodiče
mech. namáhané)
c) tvrdá - 360 ÷ 400 MPa, (má značnou pevnost a pružnost, venkovní vedení VN a
silně namáhané konstrukční části el. přístrojů, komutátory,svorky apod.).
Zpracovává se hlavně tvářením, obtížněji se obrábí (maže se), špatně zatéká při odlévání.
Lze ji svařovat i pájet na měkko i na tvrdo. Při ohřátí na 150°C na povrchu vzniká červená
vrstva.
Měďené kontakty
Slitiny mědi
Mají významné místo v elektrotechnickém průmyslu, kde se kromě výborné elektrické
vodivosti uplatňují i dobré mechanické vlastnosti, vysoká tepelná vodivost, odolnost proti
korozi a dobrá technologická zpracovatelnost. Pro konstrukční účely se využívají zejména
slitiny mosaz a bronz. Pevnost technicky čisté mědi je asi 300 MPa.
Mosaz je slitina mědi se zinkem, příp. s dalšími prvky. Na strukturu a vlastnosti má
rozhodující vliv chemické složení. Podle obsahu zinku rozeznáváme několik typů slitin, které
se vlastnostmi i zbarvením značně liší. Slitiny do 38% Zn jsou měkké, dobře tvárné za
studena, červené až sytě žluté a používají se pro tažení a lisování plechových součástí. Slitiny
se 46÷50% Zn jsou křehké, méně pevné a mají světlejší zabarvení, jejich výhodou je cena
díky nižšímu obsahu deficitní mědi. Mosazi s více než 80% Zn se nazývají tombaky.
Pevnostmosazí je závislá na chemickém složení a zpracování a pohybuje se od 300 do 700
MPa.
Technologie
Stránka 18
Použití mosazí je velmi rozsáhlé od výroby trubic, sít, manometrů, objímek žárovek,
hudebních nástrojů, chladičů až po bižuterii.
Bronzy jsou slitiny mědi s cínem, příp. s hliníkem, manganem, niklem, beryliem, olovem a
podle toho se nazývají cínové, hliníkové atd. Bronzy cínové jsou nejznámější a
nejrozšířenější. Do 9% Sn jsou tvárné, s vyšším obsahem do 20% Sn je lze pouze odlévat.
Barva slitiny s přísadou cínu nad 5% přechází do zlatova až bíla. Již malé přísady cínu
majíznačný vliv na mechanické vlastnosti a deformačním zpevněním lze dosáhnout pevnost
až800 MPa. Význačnou vlastností je dobrá odolnost proti korozi a malý součinitel tření.
Světový nedostatek cínu však použití omezuje. Bronzy hliníkové jsou slitiny mědi s hliníkem
(do 10% Al). Vynikají velkou pevností a tvrdostí. Lze je za tepla tvářet. Velmi
dobřeodolávají kyselinám a jiným agresivním prostředím i za vyšších teplot. Bronzy
beryliové (asi2% Be) dosahují po tváření a tepelném zpracování pevnosti až 1200 MPa a
vyznačují sevelkou odolností proti chemickým účinkům. Typické použití je na vysoce
namáhané pružiny.
Příklady používaných slitin:
Mosaz – Cu (60%) + Zn, kov žluté barvy.Větší mechanická pevnost, levnější, tažná,
zpracování lisováním, snadné sváření. Mosazi ke tváření (58 – 96% Cu), k odlévání (58 –
63%) Cu, označené Ms 80, Ms 85, Ms 90. S větším obsahem Cu než 80 % se nazývá tombak.
Mosazi niklové – alpaka, pakfonk, nové stříbro, konstantan a nikelin mají světlou barvu.
Mosazi cínové odolné proti korozi pro výrobu pružin.
Ms 54 (750 °C) – tvrdá pájka na pájení mědi, bronzu, mosazi a oceli.
Ms 63 objímky žárovek, špičky ovíjených spojů.
Bronzy Cu, Sn, Al, Si, Be apod. Dobrá elektrická vodivost, velká mechanická pevnost, velká
tvrdost a odolnost proti korozi. Bronzy k tváření a pro slévárenské účely.
Cínový bronz na sběrací kroužky motorů. Přidáním Zn + Pb do cínových bronzů vznikají
červené bronzy s lepší slévatelností. Fosforový bronz se používá k výrobě pružin (relé, el.
měřicí přístroje)
Hliníkové bronzy Cu + Zn + Al do 10% mají nejmenší hustotu, jsou odolné proti korozi.
Křemíkové bronzy Si do 5 % mají velkou pevnost a odolnost proti korozi – pro silně
namáhané pružiny přístrojů
Beryliové bronzy Be do 2,5%. Pevností a pružností se vyrovnají oceli – pružiny a péra.
Hliník
Je to stříbrobílý kov s velmi dobrou tvárností za tepla i za studena. Proti Cu má menší hustotu
a nižší pevnost. Na vzduchu se velmi rychle pokrývá tenkou (nm), tvrdou nevodivou a
chemic- chemicky stálou vrstvou Al2O3. Kontaktní vlastnosti jsou, díky izolujícímu oxidu,
horší než u Cu. Vrstva Al2O3 se často využívá jako korozně odolná povrchová ochrana. Také
pájitelnost a svařitelnost hliníku je horší než u mědi. Nízký bod tání způsobuje zvýšenou
tendenci k tečení hliníkových vodičů za studena, což opět zhoršuje kontaktní vlastnosti. Je
nutné pravidelné dotahování svorek Podobně jako elektrovodná měď se hliník dodává ve
formě měkké, polotvrdé a tvrdé s odpovídajícími hodnotami rezistivity 166 až 182% IACS,
přičemž mez pevnosti stoupne ze 70 na 180 MPa.
Hliník dělíme na:
- měkký (70 ÷ 90 MPa)
- polotvrdý (100 ÷ 130 MPa)
- tvrdý (150 ÷ 180 MPa)
Technologie
Stránka 19
Elektrovodný hliník Al (91,55%) – výroba elektrolyticky (čistota 99,99%) a pásmovým
tavením (čistota až 99,9999%). υ = 659°C . Je paramagnetický. V porovnání s Cu je
dostupnější, lehčí, odolnější proti korozi. Umožňuje anodickou oxidaci (eloxování), tepelně
odolná vrstva je velmi tvrdá. Menší elektrickou vodivost a horší mechanické vlastnosti.
Sváření v ochranné atmosféře nebo při použití zvláštního tavidla, plamenem, elektrickým
obloukem wolframovou elektrodou v argonu, odporovým ohřevem nebo tlakem za studena.
Al lze pájet měkkou (páj. prostředek) i tvrdou pájkou popř. s použitím ultrazvuku. Při
obrábění se maže. Na vzduchu rychle oxiduje, oxid je nevodivý. Pozor na spoje Cu + Al
(cupalové, příp. pozinkované spojky). Nejbližší naleziště suroviny pro výrobu hliníkubauxitu je v Maďarsku.
Vliv tváření se dá odstranit žíháním při teplotách 220 až 350oC. Slitiny hliníku se
používajípro vyšší teploty či větší mechanická namáhání. Jako přídavné prvky se nejčastěji
používají Si a Mg. Dispersně se zpevňuje hliník drobnými zrny oxidů SiO2 + MgO, které
opět nejsourozpustné v kovové matrici a většinou vzniknou vhodným tepelným zpracováním.
Příklademmůže být kov obsahující 0,5% MgO + 5% SiO2 + 3% Fe + Al s pevností až 350
MPa a s rezistivitou ρ = 3,12.10-8 Ω m, používaný na venkovní vn a nn vedení a slitina 0,9%
MgO +3% SiO2 + 7,5% Fe + Al, která má zvýšenou odolnost proti tečení a používá se pro
vinutívelkých točivých strojů. Pro vysokonapěťové nadzemní vodiče se používají
kompozitnímateriály Al-Fe nebo slitina (0,5% MgO + 5% Si + Al-Fe) pro lana spojujících
pevnostocelového jádra s dobrou vodivostí a nízkou hmotností hliníku. Hliník je důležitý
materiál pro vytváření expandovaných kontaktů a metalizace integrovaných obvodů (IO) na
bázi křemíku. V elektrotechnice si v aplikacích udržuje klíčové postavení měď, přestože její
náhrada lacinějším hliníkem probíhá již od padesátých let minulého století. Použití: Lana
venkovních vedení Al + Fe, vodiče, jádra silových kabelů, vinutí velkýchtransformátorů a
velkých točivých strojů, klecová vinutí motorů. Al folie pro kondenzátory, tenkovrstvé
struktury IO, vodivé cesty, cívky vysokotónových reproduktorů apod.
Slitiny hliníku
Hliník se vyznačuje malou hustotou a je řazen mezi lehké kovy. Mechanické vlastnosti jsou
silně závislé na čistotě a chemickém složení a velmi výrazně je lze ovlivnit technologií i
zpracováním. Pevnost technicky čistého hliníku je asi 70 MPa, u slitin tepelně zpracovaných
však dosahuje až 400 MPa i více. Nepříjemnou vlastností technicky čistého hliníku je sklon k
tečení a k relaxaci i za teplot okolo 300ºK. Tvářením za studena lze hliník deformačně
zpevnit. Rekrystalizační teplota je 340 až 380ºC. Odolnost proti povětrnostním vlivům je
dobrá, neboť atmosférickou korozí vzniká na povrchu pevně lpící oxidická vrstva Al2O3,
která brání další oxidaci. Poměrně dobře odolává hliník kyselinám, silněji je napadán
kyselinou solnou. Špatně odolává alkalickým roztokům. Díky nízkému elektrochemickému
potencionálu je velmi nebezpečná elektrochemická koroze při kontaktu s jiným kovem,
zejména s mědí. Zvýšení odolnosti proti korozi lze dosáhnout eloxováním (anodická
oxidace), což má za následek vytvoření oxidické vrstvy větší tloušťky. Na eloxovaném
povrchu dobře lpí ochranné nátěry. Pro konstrukční účely se používají téměř výhradně slitiny
hliníku. Nejvýznamnější vytvrditelnou slitinou hliníku je duralumin (dural), která obsahuje
asi 4% Cu a příp. další příměsi (Mg, Mn). Duralumin je tvárný za tepla i za studena. Ve
vytvrzeném stavu dosahuje pevnosti přes400 MPa. Nejvyšší pevnosti dosahuje slitina hliníku
se 6% Zn (dále Mg, Cu, Mn), a sice asi580 MPa. Slévárenské slitiny hliníku jsou převážně
legovány křemíkem a nejznámější je silumin, kterýobsahuje asi 12% Si. Pevnost je asi 200
MPa. Slitina je křehká a nelze ji zpracovat tvářením. Dalšími přísadami Mn, Mg, Cu lze
vlastnosti příznivě ovlivnit. Díky dobrým slévárenským vlastnostem se slitiny používají na
složité a tenkostěnné odlitky, např. součásti motorových vozidel a elektrotechnických
přístrojů.
Technologie
Stránka 20
Další používané slitiny:
Dularumin (4 % Cu, 0,6% Mg, 0,6% Mo) – pevnost v tahu 180 ÷ 410 MPa
Superdural – pevnost až 580 MPa
Silumin – pro odlévání skříní elektrických strojů, kryty kabelových spojek apod.
Lehké kovy používané v elektrotechnice:
Hořčík Mg
Je na vzduchu snadno zápalný, lesklý, málo pevný a málo tvárný. Materiál nazvaný elektron
Mg + 3 až 10% Al se používá disky kol pro sportovní auta.
Berylium je šedý kov, má vynikající mech. vlastnosti, zejména při vysokých teplotách
(beryliová bronz).
Kovy s nízkou teplotou tání (do 420°C)
Rtuť – Hg
Stříbřitě světlý kov, lesklý. Rtuť i její páry jsou jedovaté. Teploměry (i se zatavenými
kontakty), výbojky, galvanické články, kapalné kontakty, dříve iusměrňovače. S
některými kovy tvoří amalgamy.
Galium Ga
Kov namodralé barvy. Používá se k dotování germania. AsGa je významný polovodičový
materiál proVF.
Indium In
Stříbřitě lesklý kov používaný v polovodičové elektronice. AnIn pro Hallovy sondy.
Cín Sn
modifikace α (šedý prášek) a β (běžně používaná) Pocínování Cu a Fe plechů, folií a drátů. Je
to supravodivý materiál. Cínový bronz a měkké pájky. Je to kov světle šedé barvy, odolný
proti korozi. Používá se pro pocínování Cu a Fe plechů v potravinářství (není jedovatý), jako
povrchová ochrana, folie na balení potravin staniol), slitiny a pájky.
Olovo Pb
Měkký kov modrošedé barvy, má malou pevnost. Dříve ochranné pláště silových kabelů před
vlhkostí, dnes hlavně pájky, Pb pohlcuje rentg. záření (stínění). Je to supravodič. Pb i jeho
sloučeniny jsou jedovaté.
Vizmut Bi
Křehký kov světlošedé barvy. V magnetickém poli se zvětšuje jeho rezistivita. Použití:
snadno tavitelné pájky a magnetorezistory.
Antimon An
Křehký kov stříbřitě světlé barvy. Používá se k dotování germania.
Technologie
Stránka 21
Zinek – Zn
Je to kov světle namodralý, lesklý, lze jej pájet. Používá se na elektrolytické
pozinkováníoceli, na elektrody galvanických článků, na výrobu slitin – mosazi a tvrdých
pájek.
Kadmium – Cd
Je měkký, stříbřitě bílý kov. Vlastnostmi se podobá zinku. Je jedovatý. Elektrody NiCd
akumulátorů, elektrolytické kadmiování ocelových součástek, přísada dopájek pro pájení
Ag povlaků keramických kondenzátorů a piezorezonátorů.
Kovy se střední teplotou tání (1453 ÷ 1534°C):
Nikl - Ni
Kov světlešedé barvy, lesklý, poměrně těžký a dobře tvárný. Je feromagnetický. Odolný
protiatmosférickým vlivům. Má velký koeficient magnetostrikce. Použití na díly vakuové
techniky, slitiny magnetické, odporové, termoelektrické a jakopovrchová ochrana kovů.
Kobalt – Co
Kov bílé barvy, feromagnetický, pro magnetické slitiny s Fe, rychlořezné a žáruvzdorné
oceli.
Kovy těžko tavitelné (1668 ÷ 3400°C):
Wolfram – W
Kov ocelově šedé barvy, s nejvyšší teplotou tání, vysokou pevností v tahu. Slitiny s Fe,
karbidové slitiny. Wolframové drátky (žhavicí vlákna, žárovky), tepelně namáhané
součástivysílacích elektronek a silně tepelně namáhané kontakty.
Molybden – Mo
Kov světlešedé barvy. Držáky vláken v žárovkách, anody vysílacích elektronek.
Molybdenové folie se používají jako nepřímé masky při výrobě tenkovrstvých IO při
velkých výrobních seriích.
Tantal – Ta
Vrstvy tenkovrstvých rezistorů, Ta – elektrolytické kondenzátory, tantalový prach tvoří
anodua oxid Ta dielektrikum.
Niob – Nb
Drahý kov světlešedé barvy, supravodivý. Oxid niobu tvoří dielektrikum některých
elektrolytických kondenzátorů.
Titan – Ti
Kov světlešedé barvy s malou el. i tepelnou vodivostí, s dobrými mechanickými vlastnostmi
a vysokou odolností proti korozi. Je supravodivý. Používá se ve vakuové elektrotechnice jako
přísada do různých slitin a poslední době našel uplatnění při výrobě silně namáhaných
součástek při vyšších teplotách.
Technologie
Stránka 22
Zirkon – Zr
Je světlý kov, odolává korozi. Používá se ve vakuové technice jako příměs do slitin. Slouží
jako getr ve vakuových součástkách.
Ušlechtilé kovy
Zlato – Au
Žlutý, lesklý kov. Používá se v mikroelektronice pro vysokou odolnost proti normálnímu
iagresivnímu prostředí. Netvoří se ani oxidační ani sulfidové povlaky. Je dobře slévatelné,
mimořádně tvárné a tažné (válcování, tažení) a lze je spojovat tlakem a svářením. Kontakty,
tenké propojovací vodiče v IO (drátky o Ф 17 nebo 25 μm), folie o tloušťce až 1 μm,
galvanické vytváření ochranných a kontaktních ploch.
Naleziště zlata v Africe
Stříbro – Ag
Kov světlešedé barvy – má největší el. vodivost. Lze vyrobit folie tenké až 5 μm a drátkyo Ф
20 μm. Na vzduchu neoxiduje, působením síry však černá. Elektrody keramických
kondenzátorů tvoří vpálená vrstva stříbrného laku. Součásti pro VF techniku se elektrolyticky
stříbří. Kontakty pro NN se vyrábějí za slitin Ag, tvrdá pájka, tlustovrstvé vodivé a odporové
dráhy se vyrábějí z past na bázi Ag + Pd, Ag + Pt, tantalové kondenzátory.
Kovy platinové skupiny:
Platina – Pt
Patří mezi nejtěžší kovy s velmi dobrou odolností proti atmosférickým i chemicky
agresivnímvlivům. Použití pro napěťově i proudově namáhané kontakty v náročnějších
podmínkách a katalytické spalování..
Paladium – Pd
Podobá se Pt, je však dostupnější a levnější. Používá se pro kontakty a jako tvrdá pájka.
Iridium Ir a osmium – Os
Mají největší hustotu z kovů, tvrdost a vysokou odolnost proti korozi – slitiny pro
vysocenamáhané kontakty.
Technologie
Stránka 23
Rhodium – Rh a Ruthenium – Ru
Použití pro kontaktní slitiny a Rh pro galvanické povlaky částí kontaktů vystavených
povětrnostním a chemickým vlivům.
Alkalické zeminy
Baryum – Ba, stroncium – Sr, vápník - Ca
Snadno oxidují, musejí být pokryté ochrannou vrstvou. Použití na oxidové katody vakuových
elektronek. Baryum slouží jako getr pro zlepšování vakua.
Alkalické kovy
Mají malou výstupní práci, proto se používají na oxidové katody. Snadno se chemicky
slučují.
Lithium – Li
Má nejmenší hustotu, z kovů je nejměkčí. Použití na slitiny, galvanické články s dlouhou
životností. Je to jedovatá látka.
Sodík – Na a draslík – K
Použití: fotokatody, sodíkové páry jsou využity ve výbojkách.
Cesium – Cs a rubidium - Rb
Jsou měkké a tvárné jako vosk. Používaly se na fotokatody elektronek a fotonek.
Materiály vodivých vrstev
Vodivé vrstvy jsou důležitou součástí integrovaných obvodů. Samozřejmý požadavek
navysokou vodivost je u nich doplněn požadavkem na dobrou adhezi k podložce i k
dalšímvrstvám a na odolnost proti elektromigraci a korozi. Tenké vrstvy (do stovek nm)
jsouvětšinou z čistých kovů a nanášejí se odpařením a kondenzací ve vakuu, nebo
katodovýmnaprášením. Pro tenké vrstvy se jako podklad používají reaktivní kovy Cr, NiCr,
Ti, Al s dobrou adhezí k podložce a překryjí se kovem s vysokou vodivostí a
dobroukorozevzdorností (Au, Ni, Pd). Tlusté vrstvy, aplikované převážně v technologii
hybridníchintegrovaných obvodů (desítky μm), se nanášejí v pastách ze směsi kovových a
skleněnýchčástic a organického nosiče za použití sítotiskových technologických postupů a po
nanesení sevypalují. Podložkou bývá korund (Al2O3), sklo tvoří spoj vrstvy s podložkou.
Přenos prouduve vrstvách se děje průchodem přes kontakty kovových částic a dobrá vodivost
je podmíněnaobsahem nejméně 60 až 70% kovu. Používá se slitin drahých kovů Ag-Pd, AgPt, Pt-Au. Zlato a stříbro zajišťují dobrou vodivost, Pt a Pd brání elektromigraci. Levnější
pasty jsou vyráběny na bázi Cu, Al, Ni, a Mo-W. Obdobnými sítotiskovými postupy se
nanášejí standardní pájky (PbSn) ve formě pájecích past na pájecí body plošných spojů.
Prostřednictvím osazovacích automatů jsou na tyto body osazovány součástky pro montáž
SMD a následně zapájeny.
Technologie
Stránka 24
Materiály na bázi uhlíku a jeho kompozity
Do této skupiny řadíme elektrotechnický uhlík, vodivé plasty a kompozity typu grafit-kov,
plast-kov a plast-grafit.
Elektrotechnický uhlík
Je nejznámější a nejdéle používaný. Uhlík se v přírodě vyskytuje jako krystalický
aneboamorfní. Krystalický uhlík s koordinačním číslem 4 má diamantovou mřížku, atomy
jsou vázány silnou kovalentní vazbou, je tvrdý, průsvitný a nevodivý. Struktura grafitu s
koordinačním číslem 3 je vrstevnatá. Ve vrstvách je trojnásobná koordinace atomů uhlíku
daná hybridizací. Atomy vázané kovalentně jsou umístěny v rozích pravidelných
šestiúhelníků tvořících vrstvy. Vrstvy jsou k sobě poutány slabými vazebními silami druhého
řádu. Tím jsou dány i mechanické vlastnosti, malá pevnost a štípatelnost ve směru vrstev.
Čtvrtý valenční elektron se může snadno pohybovat v rovině vrstvy a chová se podobně
jakovolné elektrony v kovech. Tím se vysvětluje dobrá tepelná i elektrická vodivost grafitu a
jeho neprůsvitnost. Velikost rezistivity a záporný teplotní součinitel odporu řadí grafit na
hranici mezi vodiči a polovodiči (ρ = 10-5 Ω m, α = -10-3 K-1).
Amorfní uhlík
Připravuje se pyrolýzou organických látek, má strukturu s různým stupněm uspořádanosti
avelmi složitým prostorovým umístěním základních stavebních jednotek o rozměrech nm.
Fyzikální a mechanické vlastnosti jsou podobné grafitu. Zvláštním rysem grafitu je, že
senetaví, jeho oxid je plyn, a tím jsou jeho povrchové vlastnosti stálé. Pro elektrotechniku
sepoužívá různě technologicky a tepelně zpracovaný uhlík. Podle stupně krystalinity a
obsahunečistot se jeho rezistivita mění od 10-5 do 10-4 Ω m. Technologií přípravy
ovlivňujeme i jeho tvrdost a koeficient tření. Velké množství elektrotechnického uhlíku se
používá pro kartáčeelektrických strojů, které přivádějí proud k rotujícím částem. Je nutné,
aby kromě vodivosti měly i žádanou tvrdost, pevnost, životnost a malý součinitel tření.
Někdy se používákompozitů grafit-kov. Jsou vyráběny ze směsi práškového grafitu a prášku
kovů, hlavně stříbra a mědi. Jejich rezistivita leží mezi 3.10-6 až 10-8 Ω m. Uhlíkové
elektrody se dále používají pro obloukové pece, oblouková svítidla, elektrolýzu, galvanické
články a pro svařování. Z grafitového prášku se vyrábějí vrstvové rezistory proslaboproudou
elektrotechniku nebo hmotové rezistory ve tvaru hranolů, válců a desek, hodící se pro
elektrické vytápění.
Polymerní kompozity
Skládají se z polymerní matrice a plnidel na bázi kovových prášků nebo sazí ve formě
grafitu. Obsahem plnidla v matrici lze ovlivňovat hlavně rezistivitu kompozitu, která se
měnív širokém rozsahu. Pod perkolačním prahem (perkolační práh je stav náhlého
sníženírezistivity se vzrůstajícím obsahem C) se rezistivita kompozitu blíží rezistivitě matrice
(1012až 1016 Ω m). S rostoucím obsahem grafitu se vytvářejí podél makromolekulárních
řetězců polymerní matrice vodivé řetízky zprostředkující transport náboje. Nad perkolačním
prahem má kompozit rezistivitu 100 až 102 Ω m. Při ohřevu těchto materiálů dochází
v důsledku tepelné roztažnosti matrice k přerušení vodivých řetězců a razantnímu nárůstu
rezistivity, tento proces je reverzibilní, po ochlazení se opět vytvoří vodivá síť. Polymerní
kompozity na bázi grafitu se používají pro výrobu kontaktů, ohebných elektrických vodičů,
antistatických podlah, stínících krytů přístrojů, topných těles apod.
Technologie
Stránka 25
Materiály odporové
Používají se kovy, nekovy i jejich kompozity. Všeobecné požadavky na jejich vlastnosti jsou:
1. Velká rezistivita, malý teplotní součinitel odporu, stabilita odporu při provozu,
malétermoelektrické napětí vůči mědi (v měřící technice). Dobrá spojovatelnost a
dobrékontaktní vlastnosti. 2. Velká pevnost a odolnost proti tečení, korozi a oxidaci za
vyšších teplot (pro topnéúčely). Z kovových materiálů jsou nejvhodnější slitiny, které mají
proti čistým kovůmnižší teplotní součinitel odporu. Čisté kovy se používají ve speciálních
případech, např. pro vysoké teploty. Podle rezistivity je můžeme dělit na nízkoodporové a
vysokoodporové. Rezistivita odporových materiálů bývá zpravidla v rozmezíρ = (0,02 až 2)
μΩ m teplotní činitel odporu αR = (10-6 až 10-4) K-1 v rozmezí teplot 0 až 100°C
Nízkoodporové kovové slitiny
Jsou to slitiny Cu s Ni a Mn. Nejznámější jsou slitiny konstantan, nikelin a manganin.
Konstantan se používá pro výrobu drátových rezistorů do 500 o C. Snadno se pokrývá
izolační vrstvou oxidů, takže se z něho dají přímo navíjet rezistory bez další izolace.
Nevýhodou je velké termoelektrické napětí při kontaktu s Ag, Cu a Fe. Nikelin se používá
pro výrobu rezistorů do 400 o C. Nejužívanější je manganin s nejmenším αR s malým
termoelektrickým napětím vůči Cu. Používá se do měřících přístrojů, odporových normálů a
přesných rezistorů. Dobře se zpracovává na tenké drátky nebo pásky.
Vysokoodporové kovové slitiny
Používají se pro výrobu topných odporů do elektrických pecí a jiných elektrotepelných
zařízení. O jejich složení rozhoduje odolnost proti oxidaci a stabilita vlastností za
vysokýchteplot. Z cenového důvodu se používají slitiny Fe, do kterých se přidávají Cr, Ni a
Al. Chroma hliník se při oxidaci pokrývají tenkou stabilní vrstvou Cr2O3 ,respektive Al2 O3 ,
která brání oxidaci do hloubky. Pro nejvyšší teploty se užívajíkovy s vysokým bodem tání
jako wolfram, molybden, tantal a niob ve formě drátků a pásků. Tyto čisté kovy však snadno
oxidují, proto musí pracovat v ochranné atmosféře (Ar, H, N ) nebo ve vakuu (10-1 Pa). Bez
ochranné atmosféry se dá použít jen platina.
Nekovové odporové materiály
Používají se v přístrojové i elektrotepelné technice. Pro vysoké teploty se jako topná tělesa
využívají hmotové odporníky lisované z prášků uhlíkových, karbidických (SiC) nebo
oxidických. Někdy se kombinují kovové prášky s nevodivými oxidy. Tyto látky mají větší
tepelnou stabilitu než kovy, u kterých vysoké provozní teploty snižují životnost (oxidace,
tečení). Na rozdíl od kovů jsou křehké, neodolávají rázům a ohybovému namáhání.
Odporové vrstvy
Využívají se při výrobě diskretních součástek a integrovaných obvodů. Technologie
jejichpřípravy je stejná jako u vodivých vrstev. Tenkovrstvé rezistory pro integrované
obvody sevyrábějí z čistých kovů i ze slitin (Cr, NiCr, Ta, Ti, Mo, W), u kterých požadujeme
dobroupřilnavost k substrátu a odolnost proti elektromigraci. Charakteristický je vzrůst
rezistivitymateriálu ve vrstvě na 100 až 1000 násobek objemové rezistivity v závislosti na
technologiji.
Technologie
Stránka 26
2.2. Elektroizolační materiály – dielektrika a izolanty
Charakteristické vlastnosti izolantů (vedle mechanických vlastností):
Elektrická rezistivita - ρ (_m) nebo konduktivita – σ (S/m)
Poměrná permitivita - εr
Činitel dielektrických ztrát - tg δ (v závislosti na kmitočtu), ztráty mohou narůstat při
určitých frekvencích následkem materiálových rezonancí
Elektrická pevnost - Ep (V/m)
Elektrický průraz vzniká nárazovou ionizací atomů izolantu. Ionizaci způsobují elektrony
uvolněné z řádných vazeb působením značné síly E. Tepelný průraz vzniká jako následek
zuhelnatění materiálu vysokou teplotou vlivem vysokých ztrát.
Vnitřní a povrchová rezistivita
Elektrickou vodivost způsobují volně pohyblivé ionty příměsí a nečistot, u izolantů
s iontovou vazbou také ionty uvolněné z krystalové mřížky. Vnitřní rezistivita izolantů může
být v rozmezí: ρ = 107 až 1019 μΩ m
Měrné teplo (tepelná kapacita) Odolnost za tepla - vyšší teplota vede ke zhoršení elektrických
vlastností a rychlejšímu stárnutí izolantů. Norma rozeznává 7 teplotních tříd
Do teploty 90, 105, 120, 130, 155, 180, >180°C. Označené Y A E B F H C
Navlhavost a nasákavost - nejvíce navlhají pórovité a vláknité izolanty, zejména organické.
Viskozita (pro oleje a laky)
Izolační materiály můžeme dělit podle několika hledisek:
Podle skupenství:
- pevné - přírodní organické makromolekulární látky
- anorganické látky
- syntetické makromolekulární látky
- kapalné (oleje, laky)
- plynné (vzduch, vzácné plyny)
Podle původu:
- anorganické (slída, sklo, azbest, keramika)
- organické – rostlinné
- živočišné
- syntetické - termoplasty
- reaktoplasty - fenoplasty
- aminoplasty
- epoxidy
- elastomery
Technologie
Stránka 27
Elektrickou vodivost izolantů způsobují především volně pohyblivé ionty příměsí a nečistot.
U izolantů s iontovou vazbou též ionty uvolněné z vlastní krystalové mřížky. Elektrony se
podílejí na vodivosti teprve v silném el. poli, nebo při vysokých teplotách. Vnější el. pole
působící na dielektrikum způsobuje pohyb volných nosičů el. náboje, který nazýváme el.
vodivostí dielektrika a dále posun vázaných nosičů el. náboje označovaný termínem
polarizace. Pohybem nábojů z důvodu polarizace vzniká tzv. posuvný proud.
Z hlediska polarizovatelnosti dělíme izolanty na:
- nepolární
- polární
U některých izolantů se těžiště kladného a záporného náboje shoduje, takže navenek se
jevíjako neutrální. Takové látky nazýváme nepolární. U jiných jsou náboje umístěny
nesymetricky, takže vytvářejí elektrické domény orientované různým náhodným směrem,
takže jsou navenek rovněž neutrální, ale lze je elektrickým polem orientovat. Ty pak
nazýváme polárními. V elektrickém poli vzniká polarizace.
Polarizace může být:
- pružná (elektronová nebo iontová), která probíhá rychle beze ztrát,
- relaxační (pomalá)
- speciální (spontání u feroelektrik)
- rezonanční
Relativní permitivita může nabývat hodnoty 1 až 106. Komplexní permitivita má i imaginární
složku, která vyjadřuje tepelné ztráty. Vyjadřujeme je ztrátovým úhlem δ, nebo činitelem
ztrát tg δ, který nabývá hodnoty 10-5 až 10-1 . Permitivita materiálu je závislá na teplotě, na
frekvenci a na intenzitě el. pole (zejména u feroelektrik). Na frekvenci může nabývat i
několik hodnot. Při frekvencích, při kterých dochází ke změně hodnoty, vždy vzrostou
přechodně ztráty.
Ztráty můžeme rozdělit na:
- vodivostní
- polarizační
- ionizační
Izolační materiály dělíme podle využití na:
- feroelektrika (kondenzátory)
- piezoelektrika (rezonátory, pískátka a sirény)
- elektretové (mikrofony)
Technologie
Stránka 28
Tuhá dielektrika - organické látky přírodní
Organické látky jsou sloučeniny uhlíku, vodíku, kyslíku a v menším množství i dalších
prvků. Mohou to být látky nízkomolekulární nebo vysokomolekulární (polymery). Ve většině
případů jsou jejich mechanické vlastnosti značně závislé na teplotě a kromě pevných
polymerních sítí s rostoucí teplotou postupně měknou (snižují svoji viskozitu). Ze zbytků po
destilaci ropy se připravují vosky parafin a ceresin. Jsou to směsi nasycených uhlovodíků s
poměrně nízkou teplotou tání. Reletivní permitivita je přibližně εr = 2,2 ÷ 2,3, tg δ = (3 ÷
10). 10-4 při 15°C a 1 kHz. Elektrická pevnost je větší než 20 kV/mm. Vyznačují se malou
navlhavostí. Podobné vlastnosti mají i bitumeny, rovněž získávané z ropy. Zpracovávají se
také rostlinné a živočišné vosky (včelí). Použití je hlavně jalo zalévací hmota sdělovacích
transformárorů, slaboproudých kondenzátorů aj. nebo jako napouštěcího přípravku a přísady
do jiných hmot.
Přírodní pryskyřice jsou živočišného nebo rostlinného původu. Jsou to šelak, kalafuna, kopál
a jantar. Jsou mírně polární (εr = 2,5 ÷ 3) s vysokou rezistivitou (1012 ÷ 1015 Ω m) a používají
se především jako přísady do elektroizolačních laků a napouštěcích hmot. Výjimku tvoří
jantar, který má největší rezistivitu ze všech izolantů vůbec. Jeho elektrická pevnost je asi
200kV/mm. Používá se pro izolace velmi citlivých přístrojů. Z důvodu nízké ceny jsou
značně rozšířené izolanty, jejichž základem je celulosa. Jedná se především o papírové a
textilní izolace. Celulosa je poměrně silně polární látka s εr = 6,5 ÷ 7 a tgδ = 0,005 ÷
0,01. V důsledku své polárnosti snadno navlhá a podstatně mění svoje elektrické vlastnosti.
Různým technologickým zpracováním a přísadami lze získat různé druhy papíru
(kondenzátorový, kabelový aj.). Pro zlepšení elektrických vlastností papíru je nutno jej
impregnovat olejem nebo lakovat. Lakovaný papír má Ep = 35 ÷ 60 kV/mm a rezistivitu 1010
Ω m. V kombinaci s reaktoplasty se používá k lisování izolačních desek, trubek apod. Je-li
impregnován olejem nebo olejovým kompaundem slouží jako nenahraditelná izolace kabelů
VVN. Celulosa se v elektroizolační technice uplatňuje také jako složka do izolačních laků a v
textilních izolantech.
Významným přírodním izolantem je pryž. Základní surovinou je přírodní kaučuk
(polyizopren), který má výrazné viskoelastické vlastnosti a je možné ho použít pro výrobu
laků. Větší význam má vulkanizovaný kaučuk, pryž. Síťování se provádí většinou sírou při
současném vmíchání různých práškových plnidel (např. sazí). Je to látka polární (síra
polárnost zvyšuje), a proto má poměrně vysokou permitivitu i ztráty. Je však nenavlhavá a
proto se dobře uplatňuje ve vlhkém prostředí. Nesnáší však vyšší teploty a poměrně rychle
stárne. Používá se hlavně při výrobě kabelů.
Organické látky syntetické.
Syntetické organické látky jsou většinou makromolekulární hmoty, jejichž molekuly mohou
mít relativní molekulovou hmotnost stovky, tisíce i více. Z hlediska jejich zpracovatelských
vlastností je užitečné rozdělit je na elastomery, termoplasty a reaktoplasty. Elastomery jsou
látky elastické (pružné) a jsou tvořeny sítí, ve které jsou polymerní řetězce navzájem
propojeny do trojrozměrné prostorové struktury. V elektrotechnice se uplatňují tzv.
syntetické kaučuky, podle výchozích surovin butadienový, izoprénový, chloroprénový,
polyuretanový, fluorokarbonový, silikonový, butadien-styrénový aj. Jejich vlastnosti se příliš
neliší od přírodní pryže. U většiny z nich je vyšší maximální provozní teplota, ale vlivem
zvýšené polárnosti většinou i permitivita a ztráty. Elektrická pevnost je jen o málo menší
podobně jako rezistivita. Používají se hlavně při výrobě kabelů. Termoplasty jsou
makromolekulární látky, které se působením tepla stávají tvárné, plastické. U polystyrenu a
polyvinilchloridu při této teplotě dojde k výraznému vzrůstu permitivity a ztráty vykazují
maximum.
Technologie
Stránka 29
U nepolárních termoplastů (polyetylén, polytetrafluoretylén) jsou elektrické veličiny na
teplotě a kmitočtu prakticky nezávislé. Pro své vynikající elektroizolační vlastnosti jako
vysokou elektrickou pevnost, nízké ztráty, malou navlhavost nalezly termoplasty široké
uplatnění v kabelářském průmyslu, ve výrobě elektroinstalačních materiálů apod. Snadno se
mechanicky opracovávají, při vyšších teplotách se lisují a vstřikují do forem nebo vytlačují.
Reaktoplasty jsou makromolekulární látky, které se naopak teplem vytvrzují, stávají
senerozpustnými a netavitelnými. Příčinou je chemická reakce. Dalším zvyšováním
teplotydojde už jen ke zničení polymeru. Nevytvrzené reaktoplasty mají termoplastický
charakter aje možno je použít při výrobě laků. Vytvrzené hmoty mají značnou pevnost, ale
lze je obrábět. Vytvrzují se ve formách při požadované teplotě a tlaku, např.
polyformaldehydové pryskyřice (bakelit). Povrch vytvrzené pryskyřice odpuzuje vodu,
rezistivita je 1014 Ω m. Vedle reaktoplastů se používají i pryskyřice tvrditelné při pokojové
teplotě přidáním jiné látky -tvrdidla. Volbou tvrdidla je možno měnit vlastnosti vytvrzených
hmot. Jou to např. epoxidovénebo polyesterové pryskyřice. Jejich elektrická pevnost je kolem
25 kV/mm, εr = 3,5 ÷ 4 a tg δ = 0,01. Je možné je použít jako elektroizolační laky, lepidla a
nejčastěji jako pryskyřicek zalévání. Vyrábějí se z nich různé izolační součásti přístrojů, v
kombinaci se skleněnýmivlákny nacházejí použití i jako velmi pevné konstrukční materiály
(lamináty).
Organické izolanty na bázi přírodních makromolekulárních látek
Jsou to dřevo, celulóza, papír a lepenka. Papír byl používán na výrobu kondenzátorů a
kabelů. Lepenka obyčejná, lesklá, drážková a transformátorová. Přírodní vlákna (hedvábí,
bavlna, juta, len) pro opřádání a oplétání vodičů. Přírodní tkaniny na proklady vinutí.
Tkaniny z přírodních i syntetických vláken se impregnují elektroizolačními laky. Dále se
používaly izolační tkanice, pásky a trubičky. V dnešní době jsou tyto materiály z velké části
nahrazeny plastovými materiály.
Anorganické látky (amorfní a polykrystalické)
- azbest
- slída (polykrystalické)
- sklo (amorfní)
- keramika křemičitá a oxidová
Polykrystalické hmoty jsou složeny z velkého množství krystalů. V přírodě se tak vyskytuje
většina minerálních látek.
Azbest
Pro elektrotechniku se používá chryzolitový a krokydolitový azbest. Je navlhavý. Snáší
nejvyšší teplotu 300°C. Je to rakovinotvorná látka. Používá se v podobě provazců, tkanin,
papíru, lepenky nebo jako azbestocement nebo azbestopryž.
Slída
Pro elektrotechniku má velký význam slída, což je kyselý křemičitan hlinitodraselný
(muskovit) neboli slída draselná nebo kyselý křemičitan draselnohlinitohořečnatý (flogopit)
neboli slída hořečnatá. Jednotlivé krystaly vytvářejí vrstevnatou strukturu, a proto se slída
snadno štípe až na tloušťky 0,05 mm. Čistá slída má vynikající elektrické vlastnosti.
Technologie
Stránka 30
Uplatňuje se v ní iontová polarizace (εr = 5 ÷ 7 při 50 Hz). Její vlastnosti se ve směru roviny
štěpení a ve směru kolmém liší. Rezistivita je 1013 ÷ 1014 Ω m (muskovit – kolmo) a 106
÷107 Ω m (muskovit – rovina). Elektrická pevnost slídy je Ep > 100 MV/m, při tloušťce 1
mm je jen 40 ÷ 60 kV/mm, ale podstatně klesá s obsahem vody. Teplotně je nezávislá do 400
÷450°C a potom klesá. Dielektrické ztráty jsou (1 ÷ 3) 10-4 (muskovit) nebo (10 ÷ 50) 10-4
(flogopit) a jsou výrazně závislé na teplotě a frekvenci. Pro nízké frekvence tgδ s teplotou
roste, pro vyšší naopak klesá.
Při použití slídy se využívají zejména její izolační a teplovzdorné vlastnosti. Používá se jako
dielektrikum v kondenzátorech, jako materiál pro izolační desky (mikanit, mikafolie), pásky,
nosiče topných vodičů. Z jemných částic slídy se vyrábí slídový papír, jehož vrstvením s
vhodným pojivem se vyrábějí remikanity. Mletá slída s nízkotavitelným sklem jako pojivem
se používá k výrobě lisovací izolace (mikalex). Uplatňuje se hlavně ve vysokofrekvenční
technice při vyšších teplotách.
Je to materiál s výbornými vlastnostmi pro elektrotechniku včetně VF a vakuové techniky.
Lze ji použít až do teploty 500°C, při vyšších teplotách se z ní uvolňuje chemicky vázaná
voda a rozpadá se (kalcinuje). Rozeznáváme slídu blokovou, kalibrovanou, štípanou nebo
mletou. Použitím pojiva se vyrábějí mikanity pro komutátory, pro topidla se používá slída
desková nebo svitková (mikafolium a slídová páska). Z odpadu se vyrábí folie – remika,
remikanit, remikafolium, remiková páska a remika karton. Ze slídy a skla se vyrábí mikalex.
Sklo
Mezi amorfní anorganické materiály se často zařazují skla. Jsou to vlastně ztuhlé kapaliny.
Jejich uspořádání ve větší části prostoru je chaotické. V dutinách sklovité mřížky jsou
rozmístěny ionty přídavných látek (Na+, K+, aj.), které modifikují různé vlastnosti jako
teplotu tání, pevnost, křehkost, barevnost a také elektrické vlastnosti. Skla jsou látky silně
polární s relativní permitivitou 3,7 (čistě křemenné sklo) až 16 (olovnatá skla) i více ve
speciálních případech. S teplotou permitivita roste, při nízkých frekvencích výrazněji než při
vyšších frekvencích.
Elektrická vodivost je způsobena difuzí iontů převážně alkalických. Při teplotě 20°C je
rezistivita skla 1012 ÷ 1018 Ω m a s rostoucí teplotou klesá. Dielektrické ztráty s teplotou
exponenciálně vzrůstají. Při 20°C a 1MHz mají běžná křemičitá skla tgδ = (3 ÷ 10) 10-3.
Nízkoztrátová skla, u nichž se snížení ztrát dosáhne snížením obsahu alkalických iontů, mají
tgδ = 0,001 Elektrická pevnost skla je přibližně200 ÷ 500 kV/mm i více. V praxi je však
podstatně menší (40 kV/mm), neboť sklo má poměrně malou povrchovou rezistivitu, v
důsledku které dochází snáze k výbojům napovrchu. Použití skla je zejména v oblasti izolační
a konstrukční (žárovka, elektronky). Pro vysokonapěťovou elektrotechniku je vhodné
borosilikátové sklo (simax), pro výrobu skelných vláken se používá hlinitoborokřemičité sklo
(eutal).
Sklo je amorfní látka, základní složkou je oxid křemičitý nebo bóritý, další látky jsou oxidy
alkalické a oxidy kovu. Tvaruje se při zvýšených teplotách foukáním, tažením, lisováním,
válcováním nebo litím. Lze vytáhnout i v tenké vlákno (optický kabel). Důležitá je tepelná
roztažnost, která musí odpovídat zataveným kovům. Elektrická pevnost je 300 ÷ 500 MV/m.
Použití:
- vakuová technika (baňky žárovek, zářivek, obrazovek, elektronek)
- mikroelektronika (podklad pro tenké vrstvy)
- optoelektronika (vlákna – světlovody pro optické kabely)
- skelné lamináty (desky plošných spojů)
Technologie
Stránka 31
Křemenné sklo
Čistý oxid křemičitý SiO2 99,9% . Propouští UV záření. Má malou teplotní roztažnost, je
však drahé. Simax – sklo s velkým obsahem oxidu křemičitého. Boritokřemičité sklo, vlákna
a zátavy Mo a W a kovaru. Olovnaté sklo- měkké sklo, má široký rozsah teplot měknutí.
Použití - krk obrazovky, ochrana UV zářením.
Alkalická skla (Mg)
Nesnášejí náhlé změny teploty, tají při nízkých teplotách. Použití: konstrukční účely, kde
nejsou velké nároky na elektrické a tepelné vlastnosti.
Speciální skla
Tvrzená, spékaná, el vodivá skla (cermetové potenciometry), magnetická skla.
Keramika - křemičitá- oxidová. Suroviny: kaolin, jíl, živec, křemen, oxid hlinitý, oxid
titaničitý. Technologie: mletí za sucha, za mokra, plastické tváření, lisování, lití,
termoplastické tváření (lití za tepla pod tlakem). Po vysušení se vypaluje při teplotě 1200 až
1400°C. Smrštivost je 3 až 25%. Potom následuje glazování.
Porcelán tvrdý
Odolný do 1100°C. izolátory a průchodky pro transformátory, nehodí se pro VF.
Kamenina
Má horší el. i mech. vlastnosti, nasákavost až 5%, proto se vždy glazuje. Používá se při
výrobě velkých izolátorů.
Steatit
Vzhledem k porcelánu má lepší el. a mech. vlastnosti. Slouží jako náhrada jakostního
porcelánu v elektrotepelných a měřicích přístrojích.
Hořečnatá kamenina (kerit) se používá až do teploty 600°C.
Kordieritová keramika - má malý teplotní součinitel, je odolná proti náhlým změnám
teploty až do 1100°C, odolná el. oblouku. Hořečnatá pórovina (pyrostet) používá se jako
nosič odporových drátů. Mulitová keramika až do 1700°C Oxidová keramika vyniká vysokou
žáruvzdorností. Berylnatá keramika (oxid berylnatý) do 2200°C. Periklasová keramika do
2200°C. Zirkoničitá keramika do 2300°C
Forsteritová keramika
Je vakuově těsná a má malé ztráty při VF, používá se ve vakuové technice.
Celsianová keramika
Má malou teplotní roztažnost, nízké ztráty, malou závislost ε a ztrát na frekvenci, používá se
pro kostry VF cívek.
Stealit
Je nejpoužívanější keramika ve VF technice pro nízké dielektrické ztráty. Použití: kostry
cívek, součásti elektronek, mechanicky namáhané díly.
Ultraporcelán
Má velkou pevnost, proto se používá jako konstrukční materiál.
Keramika oxidová
Jsou to slinuté čisté kovové oxidy.
Technologie
Stránka 32
Korundová keramika obsahuje 85 ÷ 99,7% oxidu Al. Keramika do 85% Al 2O 3 se nazývá
prokorund. Je žáruvzdorná do 1790°C, má dobré el. i mech. vlastnosti, nízké ztráty, velkou
tvrdost, houževnatost a tepelnou vodivost. Je pokovitelná. Použití: výkonné světelné zdroje,
podložky pro IO, tavící kelímky a tělíska rezistorů a hřídelky otočných kondenzátorů.
Berylnatá keramika
Obsahuje oxid berylnatý. Tepelnou vodivostí se vyrovná mědi. Používá se do 2200°C.
Rutilová keramika - základem je minerál – rutil – modifikace oxidu titaničitého až 95%
TiO2, má dobré dielektrické vlastnosti. Použití: miniaturní kondenzátory pro VF.
Zirkoničitá keramika se používá pro teploty 2300 ÷ 2500°C.
Feroelektrika - tvoří podskupinu bezsilikátové keramiky obsahující titaničitany BaTiO3. Má
vysokou hodnotu ε a vysoké ztráty. Používá se pro výrobu kondenzátorů.
Kapalné izolanty
Laky
Jsou to roztoky filmotvorných látek v organických rozpouštědlech. Filmotvorné látky jsou
přírodní nebo syntetické pryskyřice, vysychavé rostlinné oleje a asfalty.
Rozpouštědla jsou: benzin, terpentýn, etylalkohol, xylén, toluen apod. Rozpouštědla lze
zčásti nahradit ředidly. Lak tuhne odpařováním rozpouštědel, ředidel i chemickými reakcemi
(oxidací, polykondenzací či polymerací). Bezrozpouštědlové laky tvrdnou následkem
chemických změn.
Podle chemického složení rozlišujeme laky:
- z přírodních pryskyřic (lihové laky)
- z vysychavých olejů (olejové laky)
- ze syntetických pryskyřic (syntetické laky)
Laky z vysychavých olejů se používají jako ochrana proti povětrnostním vlivům.
Fenolformaldehydové laky se používají k napouštění vinutí. Polyamidové laky slouží k
izolaci vodičů, jsou však navlhavé. Mezi polyesterové laky patří glyptalové, alhydové a
tereftalátové laky. Bezrozpouštědlové laky se používají na vakuově tlakovou impregnaci
cívek. Epoxidové laky se připravují jako rozpouštědlové pro izolaci vodičů nebo
bezrozpouštědlové k napouštění nebo lepení. Často se používají kombinované laky epoxidesterové. Polyuretanové laky se používají k izolaci vodičů, umožňují pájení bez odstranění
izolace, neboť se izolace uplatní jako tavidlo. Silikonové laky vykazují malé změny
elektroizolačních vlastností při změně teploty. Jsou velmi pružné a odolávají zvýšené teplotě
při pájení. Polyimidové laky jsou trvale odolné do teploty 220°C. Akrylátové laky slouží
k izolaci vodičů. Termolepivé laky vytvářejí na lakovaných vodičích tenký termoplastický
film, který po zahřátí změkne a slepí dráty navinuté do tvaru cívky (např. vychylovací cívky
k obrazovce). Polystyrénové laky se používají hlavně jako lepící laky.
Kapalná dielektrika
Kapalná dielektrika dobře vyplňují daný prostor, odvádějí přebytečné teplo, usnadňují
zhášení případného výboje a odlehčují zatížení pevných izolantů. Hlavními představiteli jsou
rostlinné a minerální oleje a syntetické kapaliny. Rostlinné oleje používané dříve (lněný,
ricinový) se dnes již jako samostatná dielektrika používají jen zřídka. V některých případech
se používají jako přísady např. do elektroizolačních laků.
Technologie
Stránka 33
Minerální oleje
Podle použití je dělíme na:
- transformátorové
- kondenzátorové
- kabelové
Minerální oleje tvoří velkou skupinu kapalných dielektrik (izolantů) dnes značně
používaných. Získávají se z ropy destilací. Rafinací se potom odstraňují některé nežádoucí
látky obsahující kyslík. Další nečistoty se odstraňují aktivní hlinkou a jejím následným
odfiltrováním. Používají se i další metody čistění, např. ochlazení s vykrystalizováním
parafinů, odplynění aj. Chemicky jsou minerální oleje poměrně složitá směs uhlovodíků,
jejichž zastoupení je dáno druhem a kvalitou ropy. Chemické složení oleje určuje jeho
vlastnosti. Přebytek parafinických molekul zvyšuje, benzenových naopak snižuje jeho
viskozitu. Parafinické oleje mají menší permitivitu a ztráty. Hlavní funkcí
transformátorového oleje je chlazení transformátoru při vyhovujících elektrických
vlastnostech. Důležitou roli u nich proto hraje viskozita a její teplotní závislost. Nesmí ani při
nejnižších venkovních teplotách klesnout pod určitou hodnotu. Nižší viskozitu mají oleje
obsahující složky, které se za vyšších teplot odpařují a tyto páry jsou vysoce hořlavé. Proto
důležitým parametrem olejů je bod vzplanutí, tj. teplota, pod kterou se nesmějí uvolňovat z
oleje zápalné plyny. Nevýhodou je hořlavost a výbušnost směsi plynů při rozkladu oleje v el.
oblouku. U kabelových olejů má teplotní závislost viskozity velký význam. Je potřebné, aby
impregnaci (při 115 ÷ 130° C) byla viskozita nízká, neboť olej potom lépe zatéká do dutin a
nasytí pórovitou izolaci (např. papír). Naproti tomu v provozních podmínkách je nezbytné
zabránit stékání impregnantu z vyšších poloh (požadavek maximální viskozity). K
impregnaci kabelů se nepoužívá olej samotný, ale olejové kompaundy s kalafunou. Kalafuna
(i když dnes bývá nahrazena z části syntetickými pryskyřicemi) snižuje stékavost a
prodlužuje životnost izolace. Úlohou oleje ve spínačích je především co nejrychleji uhasit a
přerušit obloukový výboj, ke kterému dochází při oddálení kontaktů. Jedním z nežádoucích
produktů oblouku jsou saze, které jsou vodivé a mohou při vyšších koncentracích i ohrozit
funkci spínače. Proto oleje pro spínače vybíráme se zřetelem na tuto okolnost (oleje s vyšším
obsahem aromátů mají větší sklon ke tvorbě sazí).
U olejů do kondenzátorů se požaduje větší stabilita. Nevýhodou minerálních olejů je jejich
stárnutí, tj. změna vlastností s časem. Stárnutí je způsobeno mnoha fyzikálně-chemickými
pochody, které jsou ovlivněny teplotou, tlakem, zářením apod. Základem těchto jevů je
oxidace a proto je snaha bránit jí buď inertní atmosférou, nebo různými přísadami
(antioxidanty). Oleje také postupně pohlcují vodu nebo plyny, což také zhoršuje jejich
elektrické vlastnosti, zejména elektrickou pevnost. Základní vlastnosti minerálních olejů jsou
Syntetické kapaliny
Syntetické kapaliny mají vedle izolačních a dielektrických vlastností také vynikající
vlastnosti chemické. Jsou nehořlavé a prakticky nestárnou. Jednu skupinu tvoří chlorované
difenyly, např. pentachlordifenyl. Je to polární látka s maximem dielektrických ztrát málo
pod pokojovou teplotou, εr = 4,4 ÷ 6, Ep = 110 kV/cm. Do druhé skupiny bychom mohli
zařadit fluorované uhlovodíky, z nichž nejvýznamnější jsou ty, které mají všechny vodíkové
atomy nahrazeny fluorem. Jsou nepolární a mají vynikající elektrické vlastnosti. Jsou
nehořlavé, nevýbušné s vysokou chemickou stabilitou. Jejich cena je však ve srovnání s
minerálními oleji vysoká. Kromě ceny brání jejich rozšíření i ekologické aspekty. Používání
chlorovaných difenylů je už v současné době zakázáno.
Technologie
Stránka 34
Fluorované uhlovodíky při výbojích uvolňují fluorované plyny a měly by být zahrnuty
rovněž mezi látky závadné. Hledají se proto vhodné náhrady. Jsou to např. polybutany, které
mají vysokou stabilitu i při teplotách nad 100°C. Používají se jako náplň nebo impregnant pro
kabely, svitkové kondenzátory aj. Velké množství sloučenin představují kapaliny na bázi
esterů. Jsou to látky polární, které se svými vlastnostmi vyrovnají chlorovaným difenylům,
ale nejsou ekologicky závadné.
Elektrolyty
Elektrolyty jsou látky kapalné nebo vyjímečně i tuhé, elektricky vodivé. Na rozdíl od kovů
vedení elektrického proudu nastává makroskopickým pohybem iontů. Jsou to roztoky látek,
jejichž molekuly vznikají spojením dvou iontů opačné polarity. Kladné ionty – kationty jsou
přitahovány zápornou elektrodou – katodou a záporné ionty – anionty jsou přitahovány
kladnou elektrodou – anodou. Proto musíme uvažovat pohyb kladných i záporných iontů.
Počet nosičů el. náboje s teplotou roste, ale při konstantní teplotě je stálý. Pohyblivost nosičů
s teplotou mírně klesá, ale při konstantní teplotě je stálá. Pohyblivosti v rostocích jsou o 4 až
5 dekadických řádů nižší, než pohyblivosti elektronů v kovech. V kovových elektrodách a
vodičích se však mohou pohybovat jen elektrony, které jsou ovšem záporné. Na elektrodách
se vylučují kationty a anionty, dochází zde k chemickým reakcím, vytvářejí se napěťové
vrstvy. Protože se podmínky vedení el. proudu mění, neplatí ve vnějším obvodě Ohmův
zákon (odpor není konstantní – nezávislý na proudu). Při vedení el. proudu v elektrolytu
dochází k přenosu hmoty z anody na katodu. To se využívá při galvanickém pokovování, při
elektrolýze (rozklad látek el. proudem), v galvanických článcích jak primárních, tak i
sekundárních a při činnosti elektrolytických kondenzátorů.
Plynná dielektrika
Eektrická. vodivost plynů je za normálních podmínek a při nízké intenzitě el. pole velmi
malá, protože v plynu je velmi malé množství iontů a volných elektronů. Díky malé hustotě
je však střední volná dráha elektronů i iontů v plynech mnohem větší než-li v kovech nebo
polovodičích. Takže i při poměrně malé intenzitě el. pole může dosáhnout energie elektronu
vlivem intenzity pole takové hodnoty, že při srážce s molekulou plynu se uvolní další
elektron a zbude kladný iont (nárazová ionizace), oba se pak účastní dalšího vedení el.
proudu v plynu i další ionizace, proud lavinovitě vzrůstá a vzniká výboj v plynu. Existují tři
druhy výbojů: tichý výboj, kdy k nárazové ionizaci dochází v celém průřezu plynového
sloupce. Vyšší intenzita pole potřebná pro ionizaci se v důsledku kladného náboje pomalu se
pohybujících kladných iontů udržuje pouze u katody, kde je oblast intenzivní lavinové
ionizace (katodové světlo). Naproti tomu u anody je oblast bez lavinové ionizace. To se
projevuje světélkováním okolo katody. Příklady jsou koróna, Eliášův oheň, nebo doutnavky
při sníženém tlaku plynu. Před výbojem teče jen malý proud a při dosažení průrazného napětí
proud prudce vzroste, tj. neplatí zde Ohmův zákon. Při jiskrovém výboji ionizace nenastává
v celé šíři mezi elektrodami, ale vznikne pouze velmi úzká ionizovaná cesta, která se silně
zahřívá. Je klikatá a nestabilní. Výboj je doprovázen praskotem (jiskřením). Závislost proudu
na napětí není stabilní, takže neplatí Ohmův zákon. Při obloukovém výboji ionty a
elektrony, které dopadají na elektrody, rozžhaví je tak, že elektrody samy začínají emitovat
ionty, které se pak účastní přenosu proudu plynem. Dochází ke značnému úbytku materiálu
elektrod. S rostoucím proudem se zvyšuje teplota a tím i počet emitovaných iontů; proto s
rostoucím proudem klesá napětí a tedy neplatí Ohmův zákon. Obloukový výboj se využívá
při obloukovém sváření, v obloukových pecích a intenzivních zdrojích světla. Nežádoucími
efekty je opalování a svařování kontaktů spínacích zařízení. Plyny jsou látky s nejmenší
elektrickou pevností ze všech dielektrik. Na druhé straně disponují celou řadou výhodných
vlastností. Vyplňují rovnoměrně celý objem, mají zanedbatelné, na frekvenci prakticky
nezávislé ztráty a po průrazu rychle obnovují svoje izolační vlastnosti.
Technologie
Stránka 35
Nejstarším a nejběžnějším používaným izolantem je vzduch. Používá se u venkovních vedení
a u vzduchových kondenzátorů a transformátorů. Při 20oC a tlaku 105 Pa má čistý vysušený
vzduch relativní permitivitu εr = 1,000594, konduktivitu σ = 10-14 Sm-1 a ztrátový činitel tg δ
= 10-6.
Dusík
Tvoří hlavní složku vzduchu. Vlastnosti dusíku jsou prakticky stejné jako u vzduchu. Dusík
však nemá oxidační účinky vyplývající z přítomnosti vzduchu, a proto se používá jako inertní
atmosféra chránící okysličování izolačních olejů v transformátorech, jako chladící médium v
kryogenní technice, pro plnění VN kabelů a kondenzátorů.
Vodík
Je 14x lehčí než vzduch, má nejlepší tepelnou vodivost z plynů a nízký odpor třením..Vodík
má vynikající chladící účinky. Nachází uplatnění jako chladící a izolační plyn ve velkých
elektrických točivých strojích (použití u synchronních kompenzátorů a setrvačníků), jako
náplň některých elektronek, jako umělá atmosféra v elektrických pecích, nebo při výrobě
polovodičů aj.
Chlorovodík
Čistoty 99,99% se používá k leptání Si při výrobě polovodičových součástek. Epitaxní růst
vrstvy Si a difúze při výrobě polovodičů probíhá pomocí silanu a s nosným plynem jako
např. fosfinem, diboranem nebo arsinem.
Vzácné inertní plyny
Vzácné plyny (He, Ne, Ar, Kr, Xe), pro svoji netečnost označované jako inertní. Mají
vysokou el. pevnost, jsou nehořlavé,t epelně stálé, nejsou toxické. Používají se pro plnění
VN transformátorů a jako náplň výbojek (neonové a sodíkové výbojky). Ve směsi s
dusíkem i pro plnění žárovek v osvětlovací technice. Směs He a Ne je základem heliumneonového laseru. Xenon je vhodný pro plnění fotografických výbojek, neboť jeho spektrum
nejlépe odpovídá dennímu světlu.
Technologie
Stránka 36
2.3. Magnetické materiály
Magnetické vlastnosti materiálů jsou dány pohybem elektronů a protonů v atomech. Pohyb
elektronů okolo jádra – po orbitu vyvolává dráhový moment elektronu. Spinový pohyb
vyvolává spinový moment elektronu nebo protonu. Součet všech magnetických momentů
určuje výsledný mag. moment atomu a to určuje mag. vlastnosti daného materiálu. Dráhové
a sinové mag. momenty se mohou částečně, nebo i zcela vykompenzovat. To závisí na
obsazení vnitřních drah atomového obalu elektrony. Mag. vlastnosti materiálu
charakterizujeme permeabilitou μ nebo susceptibilitou κ
μ = μr . μo
κ = μr – 1
Tyto veličiny nejsou obvykle konstantní, ale závisí na intenzitě mag. pole. Rozdělení mag.
látek podle permeability:
1/ diamagnetické látky μr < 1 Patří sem inertní plyny, kovy Cu, Hg, Bi, Au, Mg, nekovy
grafit, Si, P, S, J, Sb a mnohé organické sloučeniny.
2/ paramagnetické látky μr > 1 Patří sem některé plyny O2, kapaliny, soli Fe vzácné zeminy,
cer, erbium,thalium, Pt, Pd, Al, CaO.
3/ feromagnetické látky μr » 1 Jsou to především Fe, Co, Ni, Gd a jejich slitiny. Při určité
teplotě (Curie-ho bod) se látka změní na paramagnetickou nebo diamagnetickou.
4/ antiferomagnetické látky. Mag. momenty jsou uspořádány antiparalelně
5/ Ferimagnetika Ferity, vyznačují se špatnou el. vodivostí, takže jsou použitelné i při VF,
neboť mají nízké ztráty způsobené vířivými proudy.
6/metamagnetické látky se ve slabých mag. polích chovají jako antiferomagnetické, kdežto
v silných mag. polích jako feromagnetické
Pro technickou praxi jsou nejdůležitější materiály feromagnetické. Weissova teorie
vysvětluje feromagnetizmus takto. Skupiny atomů vytvářejí malé oblasti – domény, jejichž
mag. momenty jsou z počátku rozloženy v náhodných směrech, takže se navenek ruší.
Vložíme-li takový materiál do vnějšího mag. pole nastává postupně orientace těchto domén
do jednoho směru a to označujeme jako zmagnetování tohoto materiálu, které končí
nasycením. Při určité vyšší teplotě (Curieova teplota) se materiál vrací do původního stavu
Feromagnetizmus se může vyskytovat jen u pevných látek. Zajímavostí je, že slitiny
„nemagnetických“ kovů mohou vytvořit feromagnetický materiál. Příkladem je Heuslerova
slitina 61%Cu+26%Mn+ 13%Al.
Technologie
Stránka 37
Na tvar magnetizační křivky má vliv jak chemické složení, tak i stav krystalové mřížky
související s technologickým zpracováním – válcování za tepla, za studena, žíhání, nebo
kalení.
Měrné ztráty udávané ve W/kg při určité pracovní frekvenci
Pro posouzení mag. tvrdých materiálů je důležitý údaj max. součinu (Br Hk)max , který je
úměrný měrné energii magnetického pole
Curieova teplota je teplota, při která feromagnetické materiály ztrácejí své magnetické
vlastnosti.
Vlastnosti mag. měkkých materiálů:
- snadno se zmagnetují a odmagnetují
- mají úzkou hysterezní smyčku
- mají malou koercitivu pod 1000 A/m (snadno se odmagnetují)
- mají velkou počáteční a max. permeabilitu
- mají malé hysterezní ztráty při střídavé magnetizaci
Vyrábějí se jako:
- tenké elektrotechnické ocelové plechy (trafoplechy a dynamoplechy válcované za tepla ze
slitiny Fe s 0,5 až 4,6 % Si). Pro 50 Hz mají tloušťku 0,35 nebo 0,5 mm.- speciální
elektrotechn. materiály (oceli válcované za studena, sonaperm, ortoperm mají vysokou
permeabilitu a zaručené ztráty (např. 1,1 W/kg), ve tvaru C- jader a toroidů)
- elektrotechnické profilové oceli pro relé a elektromagnety, dále jsou to oceli
uhlíkové lité, ušlechtilé manganové a niklové.- slitiny s předepsanou permeabilitou, nebo
max. indukcí (permaloy tloušťky 0,03 mm, supermaloy, mumetal, permendur, thermoperm,
jde o slitiny Fe s Ni a dalšími prvky), konečné tepelné zpracování se provádí ve vodíkové
atmosféře při teplotě až 1300°C, proto se nesmějí ohýbat vrtat a nýtovat, používají se pro
mag. hlavy, stínící kryty a impulsní transformátory
- materiály se zvláštními mag. vlastnostmi
Vlastnosti mag. tvrdých materiálů:
- nesnadno se zmagnetují a přemagnetují
- mají širokou hysterezní smyčku
- mají velkou koercitivu
- mají velkou remanenci
- mají velký součin (Br Hk)max
Vyrábějí se jako:
- tvárné oceli a slitiny (oceli chromové, wolframové, kobaltové, molybdenové,
manganové)
- lité magnety (slitiny Al, Ni, Fe,) např. ALNICO (Al, Ni, Co, Fe)
- slinuté magnety
Technologie
Stránka 38
Materiály se speciálními mag. vlastnostmi
Např. s velkou mag. indukcí při nasycení. Slitina Fe+ Co s 50% obsahem Co. Obtížněji se
tváří za studena. Pro zlepšení tvárnosti se přidává vanad nebo Cr. Známý je např. permendur
49% Fe, 49% Co, 2% vanadu. Používá se pro pólové nástavce trvalých magnetů a pro
elektromagnety (Bmax = 2T)
Pravoúhlá hysterezní křivka se dosahuje:
- válcováním za studena a vhodným tepelným zpracováním
- termomagnetickým zpracováním
- mech. napětím vzniklým při válcování (bez mezižíhání) na tenké
pásky nebo při tažení na jemné drátky.
Termokompenzační materiály
Slitiny Ni + Cr nebo 30%Fe + 30%Ni slouží k tepelné kompenzaci mag. obvodů měřicích
přístrojů, neboť mají opačnou závislost Br na teplotě.
Nemagnetické oceli
Jedná se o ocel manganochromová a manganochromniklová. Jejich rezistivita je větší než-li u
slitin z neželezných kovů, takže mají menší vířivé ztráty. Použití: rotorové kruhy a klíny
generátorů, svorníky transformátorů, bandážovací dráty a pružiny v mag. poli.
Magneticky měkké materiály pro vyšší kmitočty
Tento druh materiálů se používá pro konstrukci obvodů pracujících v oblasti počáteční
permeability při vyšších kmitočtech (f >10 kHz). Nejdůležitější je u nich potlačení ztrát
vířivými proudy, které jsou pro takové kmitočty mnohem větší než ztráty hysterezní. Tyto
ztráty jsou úměrné konduktivitě materiálu a druhé mocnině kmitočtu, tloušťce plechu a
hodnotě pracovní či max. mag. indukce. Kromě toho se při vyšších kmitočtech projevuje
negativně i skin-efekt, při kterém je magnetické pole vytlačováno k povrchu magnetika, což
se projevuje zdánlivým poklesem permeability. Při mezním kmitočtu poklesne permeabilita
na 2/3 hodnoty měřené staticky. Pro tyto účely se používají velmi tenké pásky (10 až 50 μm)
slitin FeNi a pásky z amorfních nebo nanokrystalických materiálů.
Kovové prášky
Tam, kde příliš nezáleží na velikosti permeability, ale je důležité snížit ztráty vířivými proudy
se používají magnetické obvody připravené metodami práškové metalurgie.(lisování +
slinování) z kovových prášků. Částečky mají průměr do 100 μm a připravují se buď
mechanicky (drcením a mletím) nebo chemicky (vyloučením z elektrolytu) nebo pyrolýzou
vhodných plynů. Prášky se před zpracováním žíhají ve vodíkové atmosféře k odstranění
vnitřního pnutí. Jednotlivé částice jsou od sebe odděleny izolací, většinou anorganického
původu. Pro některé účely je vhodné použít pro konstrukci obvodu plátků připravených
lisováním částic. Prakticky se používají prášky na bázi čistého železa, permaloy 76Ni2MoFe,
který je dolegován Mo pro zvětšení rezistivity, slitiny 50Fe50Ni a sendustu 10Si5AlFe, který
je velmi křehký a lacinější než prášky s vysokým obsahem Ni. Jemný prášek sloučeniny
Mn+Bi, Fe nebo Fe + Co se lisuje v mag. poli při teplotě 300°C.
Technologie
Stránka 39
Používají se také karbonylová jádra z čistého karbonylového železa, sendustová, alsiferová
jádra ze slitin Fe s Al a Si. Počáteční relativní permeabilita se pohybuje v rozmezí 50 až 500.
Materiály mají anizotropní vlastnosti. Dříve se používaly jako magneticky měkké materiály.
Magneticky měkké ferity
Vznikají chem. sloučením oxidu železitého Fe2O3 s oxidem vhodného dvojmocného nebo
vyjímečně jednomocného kovu Obecný vzorec MOFe2 O3. M označuje dvojmocný iont kovu
(Mn, Ni, Zn , Mg, Co, Cd popř. Li) . Tak vznikne např. ferit nikelnatý NiOFe2O3 atd. Nejvíce
se používají ferity směsné, v nichž oxid železitý je sloučen se dvěma oxidy dvojmocných
kovů. Např. ferity manganatozinečnaté, hořečnato manganaté a nikelnatozinečnaté. Směsné
ferity jsou tuhé roztoky dvou nebo více oxidů dvojmocných kovů s oxidem železitým. Ferity
se vyrábějí keramickou technologií. Jsou to velice stabilní iontové sloučeniny s vysokou
rezistivitou průměrně 105 Ω m. Ztráty vířivými proudy jsou proto nízké. Je možné vyrobit
ferit s pravoúhlou hysterezní smyčkou, popř. perminvarového typu. Výlisky se vypalují při
1100 až 1400°C. Přitom dochází k jejich smrštění někdy až o 25%. Výsledný magnetický
moment sloučeniny a tím i velikost Bs závisí na velikosti magnetických momentů atomů v
mřížce a antiparalelním uspořádání magnetických momentů některých atomů. Jsou tvrdé,
křehké a porézní. Klasickými metodami jsou prakticky neopracovatelné. Opracovat je lze jen
broušením, řezáním diamantovým kotoučem, nebo ultrazvukem či laserem.
Magneticky tvrdé materiály
Do této skupiny patří prakticky ta magnetika, jejichž koercitiva je větší než 10 kA/m.
Materiály magneticky tvrdé se těžko magnetují i demagnetují. Používají se tam, kde
potřebujeme vytvořit stacionární magnetické pole. Magneticky tvrdé materiály jsou citlivé na
tepelné vlivy a nejsou dlouhodobě stabilní, mají sklon ke stárnutí, při kterém se jejich
vlastnosti zhoršují. V současné době jsou jako magneticky tvrdé materiály nejpoužívanější
ferity (55%), po nich následují magnety ze vzácných zemin (32%), slitiny alnico tvoří asi
11% a na ostatní materiály zbývají 2%. Výrazným trendem je zvyšování spotřeby magnetů ze
vzácných zemin.
Magneticky tvrdé ferity
Magneticky tvrdé materiály mají obecný vzorec MO6Fe2O3, kde M je dvojmocný prvek,
nejčastěji Ba nebo Sr. Jsou tvrdé a křehké. Vyrábějí se v jednoduchých tvarech metodami
práškové metalurgie. Slinují se, nebo se feritový prášek spojuje plastem a pak jsou výrobky
ohebné. Použije-li se při lisování magnetické pole, získáme ferity anizotropní s lepšími
vlastnostmi ve směru magnetování. Při srovnání se slitinami alnico mají ferity větší
koercitivu Hc (200 ÷ 300 kA/m), ale malou remenenci Br (0,42 T), jejich součin (BH)max.je
relativně malý (2 ÷ 30 kJ/m3). Jsou laciné, stabilní, odolávají korozi, mají vysokou rezistivitu,
na druhou stranu jejich aplikace jsou velkoobjemové a křehké. Používají se při výrobě
součástí pro reproduktory, motory a generátory používané v automobilovém průmyslu i
v jiných odvětvích, různé druhy mechanických držáků, jako permanentní magnety v TV atd.
Patří sem ferit barnatý BaO6Fe2O3, kobaltnatý CoO Fe2O3, strontnatý SrO6Fe2O3 a olovnatý
PbO6Fe2O3. Lisují se z práškových oxidů železa a oxidů baria, kobaltu, stroncia a olova do
potřebných tvarů a následným vypálením při 1250°C. Jsou tvrdší a křehčí než slitiny Al
+Ni+Fe.
Technologie
Stránka 40
Magnetická pryž se vyrábí ze směsi feritu barnatého a polyetylénu. Používá se na mag.
závěry ledniček a korekční magnety obrazovek pro vyrovnání geometrie obrazu.
Tvrdá magnetika na bázi vzácných zemin
Sloučeniny se vzácnými zeminami (samarium, yttrium, lanthan, cér, gadolinium). Vyrábí se
práškovou metalurgií. Obrábí se broušením. BH má až 200 kJ/m3. Tyto materiály jsou ze
všech magneticky tvrdých materiálů v současné době nejkvalitnější, zatím však brání jejich
masovému použití jejich cena. V aplikacích se používají metody práškové metalurgie s
lisováním v magnetickém poli. Používají se pro konstrukci náročných miniaturních zařízení
jako elektromotorů, sluchátek a magnetických ložisek.
Výroba feritů probíhá následovně:
Míchání za mokra, směs se suší, prosívá, žíhá – kalcinuje, rozemele se, prášek se lisuje do
požadovaného tvaru a vypaluje v průběžných tunelových pecích. Ve vyžíhaném stavu jsou
obrobitelné jen nástroji z tvrdých kovů. Lisování se provádí v mag. poli a tím vznikne
anizotropní mag. orientovaný výrobek, prakticky nepřemagnetovatelný. Mag. anizotropie se
dá dosáhnout také válcováním, které uspořádá feritová zrnka do jedné roviny.
Slitiny typu Alnico
Jsou to slitiny na bázi Fe, které obsahují Al, Ni, Co a okolo 3%Cu. Vhodně voleným
termomechanickým a magnetickým zpracováním se dosahuje vysoké anizotropie a tím
požadovaných průběhů demagnetizačních křivek. Používají se téměř výhradně jako materiály
orientované.
Slitiny Fe-Cr-Co
Strukturou i vlastnostmi se podobají materiály alnico, mají však lepší tvářitelnost a dosahují
stejných parametrů při nižším obsahu Co. Např. slitina 28%Cr10,5%CoFe (chromindur)
může být připravena ve formě tenkých plechů, hodnota součinu (BH)max je cca 90 kJ/m3.
Její tvárnost umožňuje vyrobit složité tvary pro telefonní techniku.
Slitiny Cu-Ni-Fe
Jsou to slitiny se střední velikostí (BH)max, okolo12 kJ/m3 , opět jsou tvárné a používají se
pro konstrukci přesných součástek speciálních elektromotorků.
Slitiny V-Co-Fe
Mají ještě nižší anizotropii, ale jejich vysoká tvárnost umožňuje vyrobit pásy s tloušťkou
pouze 0,05 mm.
Slitiny Pt-Co
Jsou to slitiny s vysokou koercitivou Hc = 400 kA/m a součinem (BH)max dosahujícím 70
kJ/m3 . Jsou drahé a v současné době je dobře nahrazují magnety připravené ze vzácných
zemin. Jejich použití je v oblasti miniaturních zařízení, např. magnetických čtecích hlav.
Technologie
Stránka 41
2.4. Polovodičové materiály – polovodiče
Ve vodivém materiálu je přebytek volných nosičů elektrického náboje - elektronů. V izolantu
je nedostatek volných elektrických vodičů (elektronů). V polovodičích dochází ke generaci
(vzniku) jednak elektronů a dále tzv. děr.
Polovodičové materiály jsou prvky ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy
tabulky. Technicky nejpoužívanější polovodičové materiály jsou Křemík a Germanium. V
minulosti se používal ještě Selen.
Vlastní vodivost polovodiče
Atom je elektricky neutrální částice pokud má stejný počet elektronů v elektronovém obalu a
protonů v atomovém jádře. Aby tekl elektrický proud je potřeba "uvolnit" elektron. To
uděláme "přidáním energie", elektrickým polem - zvýšením napětí, působením světla, tepla,
magnetického pole. Elektrony se uvolňují z poslední slupky elektronového obalu atomu,
které se říká valenční.
Atomy prvků ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky, mají
elektronů ve valenční vrstvě elektronového obalu málo, proto elektrický proud je malý, ale
jde zvětšit, když do polovodičového materiálu ze 4. skupiny Periodické soustavy prvků
(Mendělejevovy tabulky) přidáme atomy ze 3. nebo 5. skupiny Periodické soustavy prvků Mendělejevovy tabulky a vznikne tzv. nevlastní vodivost polovodiče.
Nevlastní vodivost polovodiče
Polovodič typu N
Pokud přidáme třeba atom z 5. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky
získáme záporný atom s volný elektronem a vznikne polovodič s nevlastní vodivostí typ N.
Přidaný atom z 5. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky se odborně
nazývá donor. Polovodič typu N má elektronovou vodivost.
Polovodič typu P
Pokud přidáme třeba atom z 3. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky
získáme kladný atom, kterému chybí elektron a vznikne polovodič s nevlastní vodivostí typ
P. Přidaný atom ze 3. skupiny Periodické soustavy prvků - Mendělejevovy tabulky se
odborně nazývá akceptor. Polovodič typu N má děrovou vodivost.
PN Přechod
PN přechod je místo uprostřed polovodičového materiálu mezi jednotlivými typy polovodičů.
Říká se mu potenciálový, někdy též elektronový val. Pro správný průchod elektrického
proudu je důležitá polarita zapojení, protože existují 2 stavy propustný směr a závěrný směr.
Technologie
Stránka 42
Elektronické polovodičové součástky nemusí mít pouze jeden PN přechod, jako má dioda,
ale mohou jich mít více. Např. tranzistory a diakymají 2 PN přechody, tyristory mají 3 PN
přechody, triaky mají 4 PN přechody a ještě víc jich mohou mít integrované obvody.
Propustný směr
Při propustném směru se na stranu polovodiče typu P se připojuje kladný pól zdroje
stejnosměrného elektrického napětí a na stranu polovodiče typu N záporný pól
stejnosměrného zdroje elektrického napětí. Energie např. z elektrického napětí s kladným
potenciálem začne vytrhávat z polovodičů typu N volné valenční elektrony a ty přitahovat ke
kladnému pólu zdroje stejnosměrného elektrického napětí. Říká se tomu generování páru.
Uvolněný elektron se usídlí v jiném atomu, který má elektronů nedostatek (polovodič typu P)
a tomu se říká rekombinace.
Technologie
Stránka 43
2.5.
Vodiče pro navíjení
Vodiče a kabely – základní pojmy
Úkolem vodiče je vytvořit vodivou dráhu pro průtok elektrického proudu. Podle toho,
k jakému účelu mají být použity, je rozdělujeme na vodiče pro vinutí, silové a sdělovací.
Nejjednodušším případem je holý vodič, který je tvořen vodivým jádrem, přičemž izolaci
tvoří vzduch, který ho obklopuje. V praxi se používají jak holé vodiče (troleje trakčního
vedení, venkovní vedení aj.), tak vodiče, jejichž jádro je opatřené izolačním materiálem, tzv.
obalem.
Vodiče pro vinutí
Měděné vodiče holé
Jsou blíže specifikovány normou ČSN EN 60228. Typické použití je pro propojení míst
stejného elektrického potenciálu nebo pro velké proudy a nízká napětí.
Vodiče izolované
Jsou nejjednodušším druhem izolovaných vodičů, které mají jádro zpravidla plné,
kruhového nebo obdélníkového průřezu. Izolaci může tvořit vlákninové opředení,
ovinutí páskou, lakovaný film nebo izolace z plastu. Tyto vodiče se používají pro
vinutí cívek elektrických strojů a přístrojů. Při jejich výrobě je nejprve holý měděný
drát pomocí moderních strojů stupňovitě vytažen na požadovaný průměr a následně
izolován různými druhy materiálů. V elektrotechnickém a elektronickém průmyslu se
z těchto kvalitních vodičů vyrábí vinutí a cívky. Vodiče pro vinutí se speciálními
izolačními materiály se používají i pro výrobu lineárních magnetů, supravodičů pro
vysokofrekvenční elektroniku. Teplota 180oC představuje vysoké nároky pro každou
izolaci vodiče.
Technologie
Stránka 44
Lakované vodiče
Lakované vodiče splňují různé požadavky v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu.
Zvláště jejich vysoká elektrická pevnost kombinovaná s mnoha různými typy laků, umožňuje
jejich použití pro aplikace, které vyžadují zvláštní mechanickou, chemickou a tepelnou
odolnost. Typické použití je pro vinutí s vysokým tepelným a mechanickým namáháním,
chladící agregáty, suché a olejové transformátory olejové transformátory, motory a přístroje,
servomotorky stěračů, chladící agregáty, pračky, vinutí s vysokým tepelným namáháním
vinutí s extrémně vysokým tepelným namáháním, které vyžaduje vysokou spolehlivost, např.
lodě, letadla, nukleární oblast, oblast velmi nízkých teplot
Vodiče izolované vláknitými materiály, páskami, fóliemi
Kulaté a profilové vodiče, holé nebo lakované jsou vyráběny se speciální izolací. Příkladem
může být vodič Silix® od firmy VonRoll. SILENT-CZECH pro teploty 200oC. Typické
použití je pro vysokonapěťové stroje, motory napájené z frekvenčních měničů, suché
transformátory, tlumivky, pólové cívky a další.
Izolované vodiče mohou mít jeden nebo více obalů. V nejednodušším případě izolovaného
vodiče, který má dva obaly, z nichž vnitřní obal izoluje vodivé jádro a vnější obal – plášť –
chrání izolaci proti vnějším škodlivým účinkům, jako jsou atmosférické, chemické,
mechanické, tepelné a jiné vlivy.
Technologie
Stránka 45
2.6. Vodiče a kabely v silnoproudé a slaboproudé elektrotechnice, optické vodiče a
kabely
Silové vodiče a kabely jsou určeny k přenosu elektrické energie, řádově v rozsahu 101 až 108
Wattů stejnosměrného nebo střídavého proudu s kmitočtem několika desítek Hz. Většina
silových vodičů je konstruována pro jmenovité napětí, které nepřesahuje 1kV. Výjimku tvoří
vodiče pro zvláštní účely, které mohou mít jmenovité napětí větší. Silové kabely podle
jmenovitých napětí dělíme na:
- nízkonapěťové (nn) pro napětí do 1kV
- vysokonapěťové (vn) pro jmenovitá napětí 3, 6, 10, 22 a 35 kV
- kabely pro velmi vysoké napětí (vvn) 110 a 220 kV
Jádro s izolací se nazývá žílou, přičemž několik žil může mít společný obal. Podle počtu žil
rozdělujeme vodiče na jednokilové, několikakilové, které mají dvě až pět žil, a na vodiče
mnohokilové s větším počtem žil než pět. Několikažilové a mnohokilové se souhrnně
nazývají vícežilové. Izolované žíly mohou být též olisovány společným obalem, tzv. výplní,
nad níž jsou další obaly. Na obaly se nejčastěji používají elastomerové nebo plastické
materiály, jejichž rozdělení a vlastnosti jsou popsány v kapitole o materiálech.
Izolované vodiče větších počtu prvků, které jsou vzhledem k ostatním izolovaným vodičům
méně ohebné, se nazývají kabely. Hranice mezi izolovanými vodiči a kabely však není zcela
přesná. Název ,,kabel“, kterého se původně používalo pro označení lana, se s přívlastkem
,,elektrický“ přenesl do kabelářské terminologie a označuje silné vodiče, které jsou stočené
(slanované) z velkého počtu drátů. Vodiče a kabely lze třídit z nejrůznějších hledisek.
Sdělovací nízkofrekvenční a vysokofrekvenční vodiče a kabely
Podrobnosti uvádí norma ČSN EN 61 726 Sdělovací vodiče a šňůry, nf, vf a koaxiální
kabely.
Do této skupiny patří sdělovací a ovládací vodiče a kabely s použitím pro vnitřní řídící
obvody, návěstní kabely, sdělovací kabely aj. Slouží k přenosu nízkofrekvenčních signálů
mezi sdělovacími zařízeními. Jsou to například signály v řídících obvodech, signalizace pro
zabezpečovací techniku v železniční dopravě, v dolech a podobně. Vysokofrekvenční kabely
(vf kabely) jsou určeny pro přenos vysokofrekvenční energie v elektronických a
telekomunikačních zařízeních. Rozeznáváme kabely koaxiální (souosé) a symetrické
(souměrné).
Optická vlákna jsou mikroskopická vlákna z velmi čistého skla o průměru lidského vlasu.
Tisíce optických vláken uspořádaných do svazků a chráněných pláštěm přenášejí světelné
signály na dlouhé vzdálenosti. I když jsou podobné systémům s měděnými vodiči, optická
vlákna stále více nahrazují měděné vodiče jako prostředek přenosu komunikačních signálů v
aplikacích jako je výroba, řízení procesů a dálkové řízení a sběr dat.
1. Optická vlákna jsou účinnější a bezpečnější než měděné kabely a přenášejí informace s
větší věrností. Optické kabely poskytují více než 1000krát větší šířku pásma na více než
100krát delší vzdálenost než měděné kabely a nabízejí větší bezpečnost dat, protože je těžší
se na ně neoprávněně napojit než v případě měděných kabelů.
2. Optický kabel dokáže přenést více dat než měděný kabel a na delší vzdálenosti. Může
bez nutnosti zesílení přenášet signál na vzdálenost 80 km a dále.
Technologie
Stránka 46
3. Kabely na bázi skla jsou elektricky nevodivé, a proto odpadává nutnost uzemnění a
nevadí jim elektrické rušení, dokonce ani blesk. Lze je používat v exteriéru a v blízkosti
elektrického vedení.
4. Skleněná vlákna v podstatě nepodléhají korozi. Zatímco měď je citlivá na vodu a
chemikálie, s optickými vlákny není spojeno v podstatě žádné riziko poškození nehostinným
prostředím a mohou „přežít“ v podmínkách, kde by koaxiální kabel nevydržel, například v
přímém kontaktu s půdou. A i když vás to možná nenapadlo…
5. Optické kabely nepředstavují žádné riziko úrazu v případě poškození. Protože
přenášejí světlo a nikoli elektrický proud, instalační pracovníci nejsou ohroženi požárem,
jiskřením nebo elektrickým šokem.
Kabel nemusí obsahovat jen elektrické vodiče, ale i například optické vlákno nebo několik
koaxiálních kabelů.
Příkladem mohou být výrobky největšího výrobce vodičů u nás nktcables a jejich silové vodiče
s integrovanými optickými vlákny:
Technologie
Stránka 47
3. Elektrické rozvody
Úvod
Elektrické vedení je významnou součástí každého elektrického zařízení a umožňuje přenos
elektrické energie a signálů na určité vzdálenosti. Elektrické vedení je tvořeno vodiči, které
slouží k vedení elektrického proudu a izolací oddělující živou část od okolí. Výjimku tvoří
holé vodiče, kde je izolantem vzduch a ochrana před dotykem je zabezpečena zpravidla
polohou.
Druhy elektrických vedení:
a) vedení z holých vodičů – převážně venkovní;
b) vedení v trubkách a lištách;
c) vedení z můstkových vodičů;
d) vedení kabelová.
Požadavky na průřez elektrického vedení:
1) musí splňovat požadavky na dovolené úbytky napětí
2) spolehlivou funkci ochrany před úrazem elektrickým proudem
3) mechanickou pevnost
4) hospodárnost provozu
5) přípustné dovolené oteplení
6) odolnost proti účinkům zkratového proudu
3.1. Jištění a dimenzování vodičů a kabelů a jejich značení
Účelem jištění je zabránit škodám nebo ohrožení lidí a zařízení. Při jištění tak jde o to:
- preventivně zabránit vzniku nenormálních stavů nebo vzniku následných poruch
- omezit následky poruch na nejmenší míru
Nenormální stavy a poruchy u elektrických vedení mohou být přetížení, zkraty, zemní
spojení nebo přerušení obvodu.
Podle časové následnosti rozdělujeme jištěné jevy do dvou skupin:
1. skupina obsahuje poruchy vyžadující okamžitý, přímý a na napětí sítě nezávislý zásah
ochrany. Jde především o zkraty.
2. skupina obsahuje nebezpečné stavy, dovolující zpožděný zásah. Jedná se zde například o
přetížení, zmenšení izolačních odporů, zvýšení teploty. Většinou dochází k vyhodnocení
stavu, jeho signalizaci a následnému zpožděnému vypnutí elektrického obvodu.
Požadavky kladené na jistící přístroje.
Ochrana elektrického zařízení před nadproudy – jejich tepelnými a elektrodynamickými
účinky s tolerancí dovoleného krátkodobého přetížení.
Technologie
Stránka 48
To musí být zajištěno:
Jištění vedení.
Vlastní přiřazení jistícího prvku k vedení musí být provedeno tak, že pro jeho jmenovitý
proud musí být splněna podmínka
IN ≤ K . IZ
IZ ……… dovolený proud vodiče
K…….součinitel pro přiřazení zohledňující typ, uložení, seskupení vodičů včetně teploty
okolí.
Přesné přiřazení jistících prvků lze provádět v souladu s obsáhlou normou ČSN 33 2000-5523, kde jsou uvedeny k jednotlivým typům, průřezům vodičů a druhu jejich uložení hodnoty
součinitelů K a jmenovité hodnoty pojistek.
V následující tabulce je uveden výtah informativního přiřazení pojistek a jističů vodičům s Cu
jádrem, s izolací z PVC pro vybrané druhy uložení.
Typové značení pro harmonizované silové vodiče podle ČSN 34 7409 – vybrané symboly
Technologie
Stránka 49
3.2.
Přípojkové
skříně,
rozvodnice,
umístění měřících zařízení
Přípojková skříň slouží k jištění domovních
kabelových přípojek v sítích NN a pro koncové nebo
průběžné
(smyčkové)
připojení
kabelové
elektrorozvodné sítě k odběrnému místu. Přípojkové
skříně jsou určeny pro připojení kabelů do průřezu
50 mm2 nebo 240 mm2 na přívodu.
Přípojková skříň SS100
Rozvodnice určená pro ovládání laickou obsluhou ČSN EN 61439-3: 2012
Významnou částí souboru je ČSN EN 61439-3: Rozvodnice určené k provozování laiky,
která vyšla v říjnu 2012. Jsou tak k dispozici první tři nejdůležitější části, se kterými je možné
pokrýt většinu požadavků. Vydání nahrazuje ČSN EN 60439-3 a příslušné změny. Doposud
platná ČSN EN 60439-3 (35 7107) z února 1995 je nahrazena k datu 22.3.2015. Do té doby
platí souběžně obě normy.
Část 3 definuje specifické požadavky na rozvodnice určené k provozování laiky (zkratka
DBO, angl.).
-mají být provozovány laiky (např. spínání, výměna pojistkových tavných vložek), např. při
používání v domácnosti;
-výstupní obvody zahrnují ochranná zařízení. Tato mají být provozována laiky, odpovídající
např. ČSN EN 60898-1 (jističe pro domovní a podobné použití), ČSN EN 61008 (Proudové
chrániče), ČSN EN 61009 (Proudové chrániče s vestavěnou nadproudovou ochranou), ČSN
EN 62423 (Proudové chrániče typu B) a ČSN EN 60269-3 (Pojistky pro nekvalifikovanou
obsluhu):-jmenovité napětí proti zemi není větší než 300 v AC;-jmenovitý proud výstupních
obvodů není větší než 125 ampér;
-jmenovitý proud rozvodnice není větší než 250 ampér;-jsou určené pro rozvod elektrické
energie;-jsou kryté, stabilní;-jsou určené pro vnitřní nebo venkovní použití.
Umístění měřících zařízení
Měřicí zařízení se zásadně umisťuje do elektroměrových rozváděčů (dále jen ER) na
elektroměrové desky nebo do společných rozváděčů s přístroji pro rozvod za elektroměrem.
V tomto případě musí být rozváděč k tomuto účelu zkonstruován a typově schválen.
Elektroměrová část a podružný rozváděč musí být konstrukčně i opticky odděleny. Každé
odběrné místo musí být měřeno samostatným měřicím zařízením. Konkrétní umístění je vždy
nutno projednat s provozovatelem distribuční soustavy před započetím prací v rámci řízení o
připojení.
V bytových domech se ER umisťují přednostně v samostatném požárně odděleném a
neuzamykatelném prostoru nebo na chodbě či na schodišti (nikoliv na rameni schodiště).
Odbočení od hlavního domovního vedení je realizováno pro každé odběrné místo
samostatnou odbočkou od hlavního domovního vedení.
Technologie
Stránka 50
U rodinných domů (které nemají charakter vícebytových domů), garáží a rekreačních objektů
se ER umisťují vně objektu na trvale veřejně přístupném, neuzamykatelném místě. Pokud
bude objekt situován na nepřístupném pozemku, musí být ER umístěn na hranici pozemku do
pilíře v oplocení, případně na hranici pozemku v místě veřejně přístupném z vnější strany
pozemku. Měřicí zařízení (elektroměr) musí být osazeno co nejblíže místu připojení k DS a
musí být dostatečně chráněno před vnějšími vlivy prostředí dle ČSN 33 2000-5-51. Otevírání
dvířek ER pak musí být umožněno z vnější přístupné strany pozemku (min. 0,8 m před skříní
volný prostor) pomocí trnového klíče 6×6 mm s hloubkou otvoru pro trn min. 12 mm. Je
nepřípustné uzamykat odběratelské rozváděče zámky.
V zahrádkářských a chatových koloniích, v řadových garážích apod. je vhodné soustředit
elektroměry pro několik odběratelů do jednoho skupinového ER, který je umístěn na veřejně
přístupném, neuzamykatelném místě, instalovaném co nejblíže k místu napojení na
distribuční síť NN. Umístění ER pro tyto objekty bude stanoveno ve stanovisku k žádosti o
zřízení nového odběrného místa resp. zvýšení rezervovaného příkonu pro odběrné místo.
Pro provozovny, obchody apod. se standardně elektroměrové rozváděče umisťují vněobjektu
na trvale veřejně přístupném místě s přístupností z veřejné strany, případně se umístění
elektroměrových rozváděčů stanoví individuálně ve stanovisku k žádosti o připojení podle
charakteru odběrného zařízení, přístupnosti měření a možného vzniku škod při zásahu do
zařízení nepovolanou osobou. Standardně se ER umisťují vně objektu na trvale veřejně
přístupném místě.
Elektroměry se nesmějí montovat do společných skříní nebo výklenků s plynoměry viz ČSN
33 2130.
Před ER (přede dveřmi rozváděče) musí být volný prostor o hloubce minimálně 800 mm s
rovnou podlahou nebo definitivně upraveným vodorovným terénem. Střed elektroměru má
být ve výšce 1000 – 1700 mm od definitivně upravené plochy nebo terénu. V technicky
odůvodněných případech (např. je-li více elektroměrů nad sebou) mohou být středy
elektroměrů ve výši 700 – 1700 mm od definitivně upravené plochy nebo terénu.
Při umístění elektroměrového rozváděče v oplocení, ve zdi nebo v pilíři, mohou být středy
elektroměrů a sazbových spínačů níže než 1000 mm. Spodní hrana ER musí být minimálně
600 mm nad úrovní definitivně upraveného terénu.
Provedení elektroměrových rozvaděčů
Veškerá měřicí místa definovaná v tomto materiálu musí být provedena v soustavě dle ČSN
33 2000-3/ ČSN 33 2000-1:
a) TN-C (přívod), TN-C případně TN-C-S (vývod) nebo
b) TT – přívod i vývod
Třífázové elektroměry musí být připojeny na správný sled fází (L1, L2, L3).
Provedení ER musí splňovat bezpečnostní předpisy dané ČSN, zvláště pak opatření k
zajištění ochrany před úrazem elektrickým proudem a musí mít vhodnou protikorozní
ochranu. Pro připojení odběrného místa ze sítí smí být použit jen ER, který je ve shodě s
příslušnými normami, je vybaven dokumentací dle zákona č. 102/ 2001 Sb. (v platném znění)
a musí být k němu vydáno prohlášení o shodě dle zákona č. 22/1997 Sb. (v platném znění).
Pro přímé měření je možné použít typizované lisované elektroměrové desky podle ČSN35
7020. Pro jednofázové elektroměry se povolují desky s rozměrem 225×300 mm, pro třífázové
elektroměry desky s rozměrem 450×450 mm.
Technologie
Stránka 51
Pro montáž elektroměrů a sazbových spínačů (přijímačů HDO) musí být připraveno v
rozváděči místo o rozměrech minimálně (v mm):
ER musí být z hlediska bezpečnosti připraveny pro montáž starších měřidel v provedení
třídy ochrany I (viz příklady zapojení). V případě montáže měřidel v provedení třídy ochrany
II se ochranný vodič nepřipojí.
ER mohou být součástí kombinovaných pilířů (elektro+plyn+ER). ER a plynová přípojka
musí být plynotěsně odděleny. Přípojková skříň v této sestavě musí být v provedení dle
příslušných standardů. Kombinovaný pilíř musí být schválen před započetím všech prací
odpovědným pracovníkem. Standardně se kombinované pilíře umisťují vně objektu na trvale
veřejně přístupném, neuzamykatelném místě s přístupností z veřejné strany.
Vybavení elektroměrových rozvaděčů
V ER, v části určené pro osazení měřicího zařízení, je povoleno umístit pouze přístroje pro
obchodní měření spotřeby a operativní nebo programové řízení třífázového nebo
jednofázového odběru.
Přístroje, které hradí odběratel, a jsou jeho majetkem:
– hlavní jistič před elektroměrem,
– proudový chránič – standardně v sítích TT a ve zvláště odůvodněných případech a po
předchozím odsouhlasení i v síti TN,
– jistič sazbového spínače,
– svorkovnice vodičů PEN (pro síť TN), samostatné svorkovnice vodičů PE a N (pro síť
TT),
– svorkovnice pro vodiče HDV,
– měřicí transformátory proudu, zkušební svorkovnice.
Přístroje, které zajišťuje distribuční organizace a jsou jeho majetkem:
– elektroměr,
– sazbový spínač (přijímač HDO),
– případně další příslušenství sloužící pro účely obchodního měření.
Technologie
Stránka 52
Přístroje pro rozvod za elektroměrem, spínací přístroje, pomocná relé a stykače pro ovládání
obvodů jednotlivých elektrických spotřebičů pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody musí
být instalovány mimo ER (část měření). Nejčastěji jsou instalovány v samostatném
podružném rozváděči (rozvodnici), nebo ve společném ER prostorově odděleny od části
měření.
Elektroměrový rozváděč musí být uzavíratelný, dveře rozváděče budou vybaveny
typizovanými rozváděčovými zámky na trnový klíč 6×6 mm, s hloubkou otvoru pro trn min.
12 mm. Je nepřípustné uzamykat odběratelské rozváděče zámky.
Rozváděče a měřicí místa s elektroměrovou deskou musí být v provedení, které vyhovuje
vnějším vlivům dle ČSN 33 2000-3, působící v daném prostoru. Elektroměrové rozváděče a
elektrorozvodná jádra s dveřmi, po jejichž otevření nejsou přístupné živé části, musí mít po
uzavření dveří krytí alespoň IP 40 v normálních prostorách a IP 43 ve venkovních prostorách.
Pro venkovní elektroměrové rozváděče po otevření dveří musí mít krytí alespoň IP 20, při
zavřených dveřích je předepsané krytí IP 44.
Elektroměrový rozváděč musí umožnit snadnou montáž elektroměrů a sazbových spínačů
(přijímačů HDO). Rozváděče budou vybaveny posuvnými upevňovacími šrouby zajištěnými
proti otáčení a vypadnutí. Šrouby a matice musí mít vhodnou protikorozní ochranu.
Umístění přepěťové ochrany se standardně provede mimo elektroměrový rozváděč v měřené
části. Umisťovat přepěťové ochrany typu T1 (dříve „B“) v neměřené části elektrické instalace
je možné pouze ve výjimečných případech na základě souhlasu pověřeného pracovníka a je-li
to nezbytně nutné k realizaci celkové koncepce zón bleskové ochrany v celém objektu.
Provedení části měření elektroměrového rozváděče bude takové, aby elektroměr a sazbový
spínač nebyly zakryty krytem.
Zajištění elektroměrového rozvaděče proti neoprávněné manipulaci
Elektroměrový rozváděč je zajištěn proti neoprávněné manipulaci v neměřených částech
předepsanou plombou. Plombování provede příslušný pracovník rozvodného závodu,
popřípadě pověřená třetí osoba.
Porušení plomb, nezbytné pro provádění elektroinstalačních a revizních prací, musí být
předem prokazatelně oznámeno na Středisko služeb zákazníkům (telefonicky, mailem,
písemně). Nesmí být porušené cejchovní plomby elektroměru a přijímače HDO. Stejným
způsobem musí být oznámeno i ukončení prací a porušení plomb při odstraňování havárií
přístrojů v neměřeném rozvodu.
V elektroměrovém rozváděči musí být připraveny k zaplombování následující přístroje:
– přívod a vývod jističe před elektroměrem, popř. i svorkovnice odbočky od hlavního
domovního vedení,
– přívod a vývod proudového chrániče, pokud je před elektroměrem zapojen,
– přívod, vývod a zapnutá poloha jističe sazbového spínače,
– svorkovnice vodičů PEN, popř. svorkovnice vodičů PE a N,
– svorkovnice pro vodiče HDV,
– u nepřímého měření zkušební svorkovnice a svorkovnice s měřicími transformátory
proudu,
– ostatní části rozvodů, kudy prochází neměřená instalace.
Technologie
Stránka 53
Kryt elektroměru je zaplombován cejchovními plombami, pracovník rozvodného závodu,
případně pověřený pracovník provádějící práce v elektroměrovém rozváděči zaplombuje
kromě vyjmenovaných přístrojů a částí také svorkovnici elektroměru a sazbového spínače
(přijímače HDO).
Pro přímé měření je možné použít i typizované lisované elektroměrové desky. K upevnění
desky musí být použit upevňovací šroub pod krytem svorkovnice elektroměru. Pro umístění
ostatních přístrojů odběratele se mohou použít přístrojové desky. V případě umístění
hlavního jističe, chrániče či ochranné svorkovnice na přístrojové desce musí být upevňovací
šrouby těchto přístrojových desek uzpůsobeny pro zaplombování, a to nejméně dva na jednu
přístrojovou desku, diagonálně umístěné.
Je vhodné umístit hlavní jistič, proudový chránič (je-li použit) a jistič sazbového přijímače
pod společný plombovatelný kryt.
Standardní vybavení a zapojení elektroměrových rozvaděčů
Hlavní jistič před elektroměrem
Před elektroměr se musí osadit hlavní jistič odpovídající technickým normám ČSN EN 60898
anebo ČSN EN 60947 s vypínací charakteristikou B se stejným počtem pólů, jako má
elektroměr fází. Hlavní jistič před elektroměrem je jisticí zařízení odběratele, které svou
funkcí omezuje výši rezervovaného příkonu v daném odběrném místě. Proudovou hodnotu
jističe před elektroměrem je nutno dimenzovat podle soudobého příkonu odběrného místa.
Jistič musí být umístěn ve svislé poloze, tedy aby pohyb ovládací páčky jističe byl nahoru a
dolů a páčka byla v zapnuté poloze nahoře.
V případech, kdy je v odběrném místě připojen spotřebič s velkým rozběhovým (záběrným)
proudem, je možné po předchozím písemném odsouhlasení ve stanovisku k žádosti o
připojení použít hlavní jistič s vypínací charakteristikou C. V odůvodněných zcela
výjimečných případech může být povolen jistič s vypínací charakteristikou D.
Normalizovaná řada proudových hodnot jističů:
10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 A – přímé měření 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400,
500, 630, 800, 1000 A – nepřímé měření
Použití pojistek, pojistkových odpínačů a sdružených jističů s proudovými chrániči není
povoleno.
Pokud použije odběratel jako hlavní jistič před elektroměrem jistič s nastavitelnou tepelnou
spouští, musí být tato konstrukčně upravena tak, aby bylo možné nastavení spouště řádně
zaplombovat a aby byla v poloze nastavení výrobcem jasně definována hodnota nastaveného
proudu. Elektronická spoušť hlavního jističe musí mít nastavenou charakteristiku B a takto
nastavená musí být zaplombována. Při nedodržení těchto podmínek bude pro stanovení sazby
uvažována maximální nastavitelná hodnota. Jisticí prvek musí být již z výroby opatřen
nezáměnným označením jmenovité hodnoty proudu (např. barva ovládací páčky,
odpovídající hodnotě jištění, barevný terčík na jističi apod.) a jeho vypínací charakteristikou.
Jistič sazbového spínače
Sazbový spínač (přijímač HDO) u dvoutarifního měření musí být jištěn proti přetížení
jističem o hodnotě jmenovitého proudu 2 A. Jistič musí být možno zaplombovat v zapnuté
poloze. Jistič musí být umístěn ve svislé poloze, tedy aby pohyb ovládací páčky jističe byl
nahoru a dolů a páčka byla v zapnuté poloze nahoře.
Technologie
Stránka 54
Napájení sazbové cívky elektroměru se standardně připojuje na vstupní pomocnou svorku
fáze L1 elektroměru. V případě, že není vyvedena na elektroměru pomocná svorka fáze L1, je
napájení realizováno ze svorky hlavního jističe.
Zapojení elektroměrového rozváděče
U třífázových elektroměrů musí být dodržen správný sled fází (L1, L2, L3). Elektroměr musí
být připojen na přívodní fáze ve sledu L1, L2, L3 z levé strany. V sítích TN se pro ochranu
při poruše (před dotykem neživých částí) použije automatické odpojení od zdroje
nadproudovým jisticím prvkem – jističem.
Při použití jističe se vodič PEN nerozděluje v elektroměrovém rozváděči v části měření.
Rozdělení na ochranný (PE) a střední (N) vodič se provede až v podružném rozváděči.
Ve výjimečných případech možnost využití proudového chrániče v neměřené části ER a
požadavky na provedení ER stanovuje odpovědný pracovník ve stanovisku k připojení.
V sítích TT se použije ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí ER automatickým
odpojením od zdroje nadproudovým jisticím prvkem (jističem) a doplňková ochrana se
realizuje pomocí proudového chrániče. Pokud je u oceloplechového rozváděče použita v síti
TT ochrana automatickým odpojením od zdroje proudovým chráničem, musí být přívod do
proudového chrániče proveden ve dvojité izolaci např. použitím izolačních návleků.
Technické podmínky připojení tepelných čerpadel včetně podmínek a požadavků na
umístění a provedení měřicích souprav stanovuje ve stanovisku k žádosti o připojení.
Sazbový spínač (přijímač HDO)
Ke každému dvoutarifnímu elektroměru musí být osazen samostatný sazbový spínač
(přijímač HDO). Skupinové ovládání více odběrů není u nových a rekonstruovaných
odběrných míst povoleno. V systémech s blokováním ohřevu TUV, akumulačního nebo
přímotopného vytápění jsou silové obvody těchto soustav ovládány výkonovými stykači.
Sazbový spínač přes své spínací kontakty řídí příslušnou cívku stykače. Ovládací obvod
(spínací kontakty sazbového spínače a ovládací cívky daného stykače) budou jištěny jističem
o jmenovité hodnotě obvykle do 2 A, a to pro každý stykač (ovládací obvod) zvlášť.
Měřicí transformátory proudu (MTP)
Elektroměry pro přímé měření se osazují pouze do 80 A (včetně) jmenovitého proudu
hlavního jističe. Pro měření nad 80 A jmenovitého proudu hlavního jističe je nutné použít
nepřímé měření s úředně ověřenými měřicími transformátory proudu (MTP).
MTP musí odpovídat třídě přesnosti 0,5 S, jmenovitý sekundární proud musí být 5 A,
jmenovitá zátěž měřicích transformátorů min. 10 VA. Lze použít pouze MTP schválené k
používání na území České republiky a úředně ověřené autorizovaným metrologickým
střediskem.
Jmenovitý primární proud měřicích transformátorů proudu se při návrhu vybere z následující
řady:
100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 750, 1000 A.
Volí se proud odpovídající jmenovitému proudu hlavního jističe nebo proud nejbližší vyšší.
Technologie
Stránka 55
Elektroměr musí být zapojen na zkušební svorkovnici schválenou pro použití. Svorkovnice
musí být namontována tak, aby napěťové propojky po povolení šroubů vlastní vahou
rozpojily napěťové obvody. Napěťové obvody nepřímého měření jsou jištěny pouze hlavním
jističem.
Stanovení způsobu měření, primárního proudu MTP apod. bude uvedeno ve stanovisku k
žádosti o zřízení nového odběrného místa.
Dimenzování vodičů při přímém měření
Přívod a vývod z elektroměru bude proveden plným vodičem Cu o minimálním průřezu 6
mm2. Do elektroměru lze připojit vodič o max. průřezu 16 mm2. Svorka středního vodiče
elektroměru se propojí se svorkovnicí N nebo svorkovnicí PEN plným vodičem Cu o min.
průřezu 6 mm2. Ochranné propojení elektroměru se svorkovnicí PEN se proveden plným
vodičem Cu o min. průřezu 6 mm2. U nových ER se nepřipouští použití slaněných vodičů. U
stávajícího odběrného místa, kde jsou použity slaněné vodiče, musí být zakončeny lisovacími
dutinkami.
Obvody sazbového spínače (přijímače HDO) se propojují plným vodičem Cu o průřezu 1,5
mm2.
Ovládací vodiče, kterými je připojená elektroměrová měřicí souprava, musí být trvale a
nezaměnitelně označeny návlečkami dle následující tabulky:
Technologie
Stránka 56
Barevné značení vodičů musí být následující:
Nepřímé měření
Spojovací vedení lze provést pouze plnými vodiči, a to jednožilovými izolovanými vodiči
uloženými v trubce (žlabu) nebo kabelem s příslušným počtem vodičů o daném průřezu,
materiálu a barevným označením jednotlivých žil.
Připojování
měřicích
transformátorů
(minimální
průřez
vodičů):
Pokud by odběratel požadoval vzdálenost větší než 60 m, musí být projednána s pracovníkem
odpovědným za vyřizování žádosti o připojení.
Pokud není elektroměr v jedné skříni s MTP, propojí se kabelem CYKY 7C×4 se zkušební
svorkovnicí umístěnou v odběratelském rozváděči. Lze také použít tři kabely CYKY 3C×4.
Napětí se přivede do zkušební svorkovnice kabelem CYKY 5C×2,5 (zapojí se 4 vodiče).
Žlutozelený vodič se nezapojuje. Připojení napěťových obvodů se provede v zaplombované
části odběratelského rozváděče za hlavním jističem co nejblíže u MTP.
Kabely se vedou bez přerušení od MTP a místa připojení napětí do zkušební svorkovnice.
Vstupní (primární) připojovací svorky MTP se označují P1, P2, svorky výstupní
(sekundární) se označují S1, S2.
Označení začátků a konců vodičů (mezi MTP a zkušební svorkovnicí)
Technologie
Stránka 57
Obvody pro řízení sazby se propojují vodičem Cu stejného průřezu jako napěťové obvody
elektroměru. Obvod pro napájení optopřevodníku bude propojen Cu vodičem červené barvy
o průřezu 1,5 mm2.
Označování vodičů je stejné jako u přímého měření.
Hlavní domovní vedení
Hlavní domovní vedení je elektrické vedení od přípojkové skříně až k odbočce k poslednímu
elektroměru. HDV začíná na výstupních svorkách v přípojkové skříni a je majetkem
odběratele. V budovách s nejvýše třemi odběrateli není nutné HDV a odbočky
k elektroměrům lze provést přímo z přípojkové skříně. V bytových domech a objektech
občanské výstavby, kde je to vhodné, se zřizuje více hlavních domovních vedení viz ČSN 33
2130. HDV musí být provedeno v soustavě TN-C co nejkratší cestou takovým způsobem,
aby byl ztížen neoprávněný odběr elektřiny. Provedení HDV musí být vodiči se stejným
průřezem po celé délce vedení bez přerušení s výjimkou odbočení k elektroměrům. HDV
musí být provedeno tak, aby jeho výměna byla možná bez stavebních zásahů – např. v
ochranných trubkách, kanálech, dutinách konstrukcí apod.
Průřez HDV se dle ČSN 33 2130 a ČSN 33 2000-4-43 volí s ohledem na očekávané zatížení.
Jednofázové odbočky k měřícím zařízením (elektroměrům) lze provést u zařízení do
soudobého příkonu 5,5 kW. Pro bytové objekty (byty) se provádějí zásadně trojfázové
odbočky. Minimální průřezy pro HDV jsou 4 x 10 mm2 Cu nebo 4 x 16 mm2 Al.
Prozatímní odběry
Připojení prozatímního odběrného místa musí být provedeno technicky odpovídajícím
elektroměrovým rozváděčem, který bude umístěn vně objektu na trvale veřejně přístupném
místě, tedy bude přístupný i v době nepřítomnosti odběratele. Rozváděč musí být řešen tak,
aby měřicí souprava (elektroměr) byla trvale přístupná pracovníkům provádějícím odečet,
kontrolu či výměnu měřicího zařízení. Otevírání dvířek elektroměrového rozváděče proto
musí být umožněno z vnější přístupné strany pozemku pomocí trnového klíče 6×6 mm s
hloubkou otvoru pro trn min. 12 mm. Je nepřípustné uzamykat prozatímní elektroměrové
rozváděče zámky. Místo připojení k DS určuje odpovědný pracovník rozvodného závodu.
Celková délka připojovacího vedení od místa napojení na distribuční síť k prozatímnímu
elektroměrovému rozváděči musí být co nejkratší, nejvíce však 15 metrů při připojení z
venkovního vedení a 5 m z kabelového vedení. Delší vedení lze připojit pouze v
odůvodněných případech a po předchozím odsouhlasení odpovědným pracovníkem
rozvodného závodu. Za bezpečný stav prozatímního zařízení od jeho připojení do odpojení
zodpovídá jeho provozovatel.
Každý prozatímní elektroměrový rozváděč musí být vybaven uzamykatelným hlavním
vypínačem ve vypnutém stavu, kterým je možné celé prozatímní odběrné místo odpojit od
napětí. Hlavní vypínač musí být volně přístupný bez použití nástroje.
Umístění a provedení prozatímního elektroměrového rozváděče musí být takové, aby bylo
možné elektroměr namontovat a provozovat jen ve svislé poloze.
Stupeň krytí prozatímního elektroměrového rozváděče musí být nejméně IP 44, jsou-li
všechny dveře uzavřeny a je–li vybaven všemi odnímatelnými kryty a ovládacími panely.
Technologie
Stránka 58
Elektroměrový prozatímní rozváděč s nainstalovanými zásuvkami musí být chráněn
proudovým chráničem, jehož vybavovací proud nepřesahuje 30 mA. Proudový chránič plní
pouze funkci ochrany před nebezpečným dotykem, a proto musí mít odběrné zařízení
předřazeno odpovídající jištění.
Prozatímní rozváděč je zajištěn proti neoprávněné manipulaci v neměřených částech
předepsanou plombou. Plombování provede příslušný pracovník rozvodného závodu,
případně pověřený pracovník.
Přívodní vedení musí být vhodně chráněno proti mechanickému poškození, a to v souladu s
ČSN 34 1090. Prozatímní elektroměrový rozváděč musí být proveden v souladu
s příslušnými ČSN.
Přepěťové ochrany odběrného zařízení
Požadavek na umístění přepěťové ochrany v neměřené části odběrného zařízení musí být
vždy projednán s odpovědným pracovníkem rozvodného závodu před započetím
elektroinstalačních prací, tedy ve fázi přípravy projektové dokumentace. Přepěťové ochrany
ve vlastnictví odběratele jsou součástí odběrného zařízení a standardně se umisťují do měřené
části zařízení odběratele.
Přepěťové ochrany se umisťují dle těchto základních zásad:
a) Přednostně se přepěťová ochrana umisťuje do měřené části odběrného zařízení,
b) Umisťovat přepěťové ochrany třídy T1 v neměřené části elektrické instalace objektu je
možné jen tehdy, je-li to nezbytně nutné k realizaci koncepce zón bleskové ochrany. Přitom
je vhodné realizovat kompletní přepěťovou ochranu objektu, to znamená zřídit vnější ochranu
před bleskem (podle ČSN EN 62305) a vnitřní vícestupňovou ochranu před přepětím.
Umístění a provedení přepěťové ochrany v neměřené části musí být projednáno s
odpovědným pracovníkem E.ON před započetím elektroinstalačních prací.
Přepěťová ochrana nesmí být umístěna v ER. Svodič přepětí bude umístěn v samostatné
skříni. Ve velmi ojedinělých a odůvodněných případech lze umístit po předchozím
projednání s odpovědným pracovníkem E.ON i do přípojkové skříně (při splnění požadavků
na skříň - viz PNE 33 0000-5).
Před elektroměrem lze použít pouze svodiče přepětí typu T1, které obsahují jiskřiště nebo
sériově řazené jiskřiště a varistor, doplněné o předřazené pojistky. Nelze osazovat svodiče
varistorové nebo paralelně řazené jiskřiště a varistor.
Místo montáže v neměřené části instalace bude zabezpečené proti neoprávněné manipulaci
předepsanou plombou. Podrobnosti stanovuje PNE 33 0000-5. Skříň s omezovači přepětí
musí být připravena pro zaplombovaní a musí splňovat předepsané krytí IP 44.
Lze použít pouze svodiče přepětí, skříně a ER s odpovídajícím schválením pro tento účel a
vyhovující zákonu č. 22/1997 Sb. v platném znění a souvisejícím předpisům.
Oznamovací povinnost
Porušení plomb, nezbytné pro provádění elektroinstalačních a revizních prací, musí být
předem prokazatelně oznámeno na Středisko služeb zákazníkům (telefonicky, mailem,
písemně). Stejným způsobem musí být oznámeno i ukončení prací a porušení plomb při
odstraňování havárii přístrojů v neměřeném rozvodu. Opětovné zaplombování se řídí podle
platného ceníku. Osvobození z platby je u plombování OM v souvislosti s prováděnými
povinnými revizemi elektroinstalace HDV nebo při poruše hlavního jističe.
Technologie
Stránka 59
Požadavky na umístění, provedení a zapojení měřících souprav připojených
k elektrické síti nn
Energetický zákon č. 458/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů definuje dle § 31 jednotné
požadavky ECD na umístění, provedení a zapojení měřicích souprav u nových nebo
rekonstruovaných míst výrobců elektrické energie na hladině NN dle vyhlášky 82/2011 Sb.
ve znění pozdějších předpisů. Kromě níže uvedených požadavků musí měřicí soupravy
odpovídat právním předpisům a ustanovením technických norem.
Způsoby dodávky elektrické energie z obnovitelných zdrojů do distribuční sítě:
a) výrobce dodá celou vyrobenou energii do sítě,
b) výrobce dodává do sítě pouze přebytky a část vyrobené energie sám spotřebovává.
Umístění elektroměrového rozvaděče
ER se umisťuje na trvale přístupném místě z veřejného prostranství i v době nepřítomnosti
odběratele, na hranici pozemku do pilíře v oplocení tak, aby bylo umožněno otevření
elektroměrového rozváděče z vnější přístupné strany pozemku pomocí trnového klíče 6x6
mm s hloubkou otvoru pro trn min. 12mm. Je nepřípustné zamykat odběratelské rozváděče
zámky.
Vybavení ER
V prostoru měření je možné umístit pouze přístroje pro obchodní měření dodávky a spotřeby
a operativní nebo programové řízení dvousazbových elektroměrů.
Přístroje, které hradí odběratel, a jsou jeho majetkem:
– hlavní jistič před elektroměrem,
– jistič sazbového spínače,
– svorkovnice vodičů PEN (pro síť TN-C), samostatné svorkovnice vodičů PE a N (pro síť
TT a TN-S),
– optický převodník,
– svorkovnice pro vodiče HDV.
Přístroje, které zajišťuje rozvodná organizace a jsou jeho majetkem:
– elektroměr,
– sazbový spínač (přijímač HDO),
– případně další příslušenství sloužící pro účely obchodního měření.
Základní typová schémata elektroměrových rozvaděčů: schéma zapojení s jednofázovým
jednosazbovým elektroměrem
Technologie
Stránka 60
Příklad zapojení s třífázovým dvousazbovým elektroměrem a jednopovelovým
přijímačem HDO
Příklad zapojení měření s třífázovým dvousazbovým elektroměrem a třípovelovým
přijímačem HDO pro vytápění tepelným čerpadlem a s blokováním přímotopného
vytápění a ohřívačů TUV
Technologie
Stránka 61
3.3.
Materiál pro rozvody, trubky, lišty, krabice, pomocný materiál
V této kapitole se seznámíme s některými výrobky, které se používají k instalaci
elektrických obvodů malého a nízkého napětí. Rodina těchto zařízení je velmi početná, patří
sem spínače domovní, spínače na spotřebiče, domovní zásuvky a vidlice, přívodky a objímky
elektrických světelných zdrojů a další. Dále pak to je úložný materiál, tj. elektroinstalační
krabice, elektroinstalační trubky, lišty, žlaby příchytky a spojovací materiál, svorky,
svorkovnice, rozvodky i pojistkový materiál. V neposlední řadě jsou to i vodiče a kabely,
kabelové soubory, spojovací a izolační materiál.
Technologie
Stránka 62
3.4. Zapojení jednoduchých instalačních obvodů
a) domovní
Technologie
Stránka 63
b) průmyslové reverzační stykačové zapojení třífázového elektromotoru
Technologie
Stránka 64
3.5. Elektrická zařízení v koupelnách
V obytných budovách patří koupelny a sprchové kouty k suchým místnostem, protože je tam
vlhkost jen dočasná. Přesto existuje v těchto místnostech zvláštní nebezpečí , způsobené
vlkostí.
Proto v koupelnách a sprchových koutech rozlišujeme zóny 0,1,2 a 3 podle ČSN 33 2000-7701 viz spodní obrázek.
Přípustné elektrické předměty a spotřebiče v zónách 0,1 a 2:
Zóna 0- jen spotřebiče, které jsou výslovně přípustné pro zónu 0, např. pevně instalovaná
nástěnná svítidla na malé napětí SELV do AC 12 V nebo VC 30 V. Zdroj proudu musí být
mimo zóny 0 a 1.
Zóna 1- pevně instalované a pevně připojené přístroje a nutné zásuvky , např. pro: ohřívač
vody, zařízení vířivé vany, čerpadlo odpadní vody
- přístroje a svítidla s malým napětím SELV nebo PELV do AC 25 V nebo DC 30 V, zdroje
proudu nesmí být v oblastech 0 a 1 umístěny.
Zóna 2
– všechny elektrické předměty přípustné v zóně 1,
- zásuvky pro holící strojky, které jsou připojeny na dělící transformátor.
Technologie
Stránka 65
3.6. Moderní elektrické rozvody
Instalační sběrnice EIB
Instalační sběrnice zaručuje naprostý komfort bydlení. Jakmile se začne stmívat, zapne se
osvětlení zahrady, pračka se zapne dálkovým ovládáním atd. Dokonce i když budete na
dovolené, bude vše působit dojmem, jako byste byli doma. Díky moderní digitální instalační
technice můžete bez problémů plánovat a programovat – zcela podle svých životních zvyků,
požadavků na pohodí a bezpečnost – a zbytek nechat na domácí technice. Pojďme si tedy
trochu přiblížit něco z terminologie běžné v systémech domácí automatizace.
- Sběrnice (anglicky bus) je systém přenosu informačních dat mezi jednotlivými prvky
domácí automatizace. Propojuje např. vypínač přes nějaký naprogramovatelný řídící
prvek třeba počítač s ovládaným přístrojem třeba osvětlením místnosti. Většinou se
signály sloužící k řízení přístrojů posílají po kabelech, ale lze to i bezdrátově. Aby se
sjednotila rozličná řešení od různých světových výrobců a daly se dohromady do
systému zapojovat různé přístroje, dohodly se někteří výrobci, že budou používat
jednotný systém takovýchto sběrnic.
- Jedním z takových systémů je EIB, který zavedlo sdružení vedoucích firem v oblasti
elektroinstalací v Evropě European Instalation Bus Association (EIBA). Jde o
decentralizovaný instalační řídící systém pro zařízení budov, umožňující měření,
regulaci, zapínání a vypínání, hlídání a kontrolu strojů, přístrojů a zařízení v budovách.
Sdružení EIBA a velcí světoví výrobci např. Siemens spolu posléze založili asociaci
KNXA (Konnex-Association) a začali zavádět nový standard KNX. Někteří výrobci
označují svoje výrobky KNX/EIB nebo jen KNX. Jde o propracovanější verzi, která je
ale zpětně kompatibilní se staršími výrobky označenými EIB. Bezdrátová řešení je
označováno KNX RF (radiofrekvenční) a nabízí ho mj. právě Siemens .
- V Americe (ale nejen tam, je možno se s ním setkat i u nás) je pak rozšířen jiný standard
sběrnicového systému LON (Local Operating Network). Existují i další standardy, a
také řada firem má své vlastní proprietární tedy uzavřené řešení komunikačních
sběrnic.
- V systému EIB se paralelně s vedením 230 V klade i vedení datové sběrnice. Na ní se pak
napojují jednotlivé snímače a ovladače.
Zařízení systému EIB – snímače, čidla nebo spínače, vysílající na sběrnici signály
informující o stavu konkrétního zařízení: Zapnuto, vypnuto, teplota, intenzita osvětlení apod.
Ovladače – zařízení ovládající všechny výkonné přístroje na základě signálů ze snímačů:
stmívaje, stykače, termoregulátory.
Systémové komponenty - slouží ke správnému směrování signálů, spojení mezi různými
úseky sběrnice, napájení sběrnice (DC 24V). Jsou vstupními místy pro připojení
programovacího přístroje.
Výhody systému EIB

jednoduchá instalace

jednoduché a málo nákladné
pozdější změny či rozšíření

decentralizovaný systém,
při výpadku zařízení funguje celek dál

úspora energie a nákladů
Technologie
Stránka 66
3.7.
Kabelové vedení a soubory
a) Kabelová vedení
Oproti izolovaným vodičům mají kabely dodatečný plášť a výztuž. Proto je možná jejich
instalace ve ztížených podmínkách, jako je například v zemi, ve vodě nebo v betonu. Hranice
mezi izolovanými vodiči a kabely však není zcela přesná. Název „kabel“, kterého se původně
používalo pro označení lana, se přívlastkem „elektrický“ přenesl do kabelářské terminologie
a označuje silné vodiče, které jsou stočené (slanované) z velkého počtu drátů.
Rozdělení:
Podle použití
-silové kabely, ovládací kabely
Podle konstrukce
-plastové kabely, kabely s napuštěnou papírovou izolací,
olejové kabely
Podle dovoleného napětí
-nízkonapěťové kabely, kabely na střední napětí, kabely
na vysoké a velmi vysoké napětí
b)Kabelové soubory patří sem kabelové spojky a koncovky.
Slouží ke spojování kabelů mezi sebou nebo s jinými díly.
Kabelové spojky
-prodlužovací spojky, odbočkové spojky, přechodové spojky,
uzavírací spojky
Kabelové koncovky
-vnitřní koncovky, venkovní koncovky
Požadavky na kabelové soustavy:
-zajištění spolehlivého elektrického spojení, spolehlivé spojení koncových součástí, ochrana
proti vniknutí vody, tepelná stálost, mechanická pevnost
Technologie
Stránka 67
3.8.
Přípojnicový rozvod
K moderním přístrojům zajišťujícím např. hladký rozběh motorů či ochranu zařízení a lidí se
do elektroinstalace počítá i samotný rozvod elektřiny. Pro hladinu nn, lze nabídnout několik
možných způsobů pro přenos elektrické energie. Jedním je zatím nejčastěji realizovaný
způsob: kabely a kabelové žlaby či rošty. Dalším je použití pásoviny, ať již izolovaných či
nechráněných vodičů.
Spolehlivost, bezpečnost, efektivita, přizpůsobivost – to jsou základní požadavky na moderní
elektroinstalaci. Není rozhodující, zda jde o rodinný domek, nemocnici, obchodní
centrum či továrnu. Vedle požadovaných vlastností se někde přihlíží k estetice, jinde
k čistotě technického řešení, na dalším místě je vyžadována možnost dodatečně změnit
rozvod. Neizolované, živé vodiče v podobě pásů jsou vhodné do prostředí, kde se
většinou pohybují jen lidé se vzděláním v oblasti elektrotechniky. Jejich použití v
komerčních centrech či garážích zábavních parků, prostě všude tam, kam přijdou i lidé v
elektrotechnice neznalí a nepoučení, je přinejmenším nebezpečné. Proto se tyto vodiče
opatřují izolací (zapouzdřením). Spolu s uzavřením proudovodných drah do stabilního
tvaru a některými dalšími konstrukčními úpravami jsou zlepšovány elektrické i
neelektrické vlastnosti přenosu a přenosového média. Vznikají tak zapouzdřené
přípojnicové systémy, které oproti kabelovým vedením nebo samotným pásovinám mají
značné přednosti. Ať jde o mnohapatrovou výškovou budovu, rozlehlou tovární halu či
jen malou dílničku, přípojnicové systémy poskytují mnoho výhod:





možnost bezpečně napojit libovolný spotřebič na libovolném místě, připojit a odpojit
ho bez nutnosti vypínat byť jen část elektrického rozvodu (není nutné čekat na
plánované odstávky nebo tyto odstávky větších celků dělat z důvodu malé změny v
rozvodu elektrické energie), je velmi výhodná v situacích při nepřetržitém provozu,
např. v nemocnici,
možnost dělat dodatečné úpravy v odběrech pouhým sejmutím odbočné skříňky z
rozvodu, jejím přezbrojením či změnou odbočné skříňky a opětovným použitím na
rozvod,
možnost později měnit dosavadní trasu díky standardizovaným dílům, které lze
snadno přemístit a opět smontovat v nové trase,
úspora místa a schopnost přizpůsobit se stavebním členitostem budovy,
zpřehlednění rozvodu již od samotného rozváděče až k posledním spotřebičům.
Přípojnice LD – 1000až 5000 Ampér
Technologie
Stránka 68
3.9. Připojování pracovních strojů s elektrickými motory
Připojování elektrických strojů a pohonů s elektromotory dle ČSN 33 2190
Hlavní zásady









správné zavedení vodičů (+ dostatečně dlouhé konce přívodů, aby poskytovaly rezervu)
ochrana před nebezpečným dotykem
dimenzování a jištění přívodních vodičů
odrušení
souměrnost zatížení fází
přístup, zejména k ovládání a kontrolním částem
dostatečný prostor pro přirozené chlazení
v okolí strojů nesmí být hořlavé látky
viditelné pokyny pro obsluhu, údržbu a revize
přístupný výkonnostní štítek. Pokud není přístupný, umístí se jiný na viditelném místě.
Dojde-li ke změně, umístí se vedle původního štítku další.
Je-li při obsluze stroje nebezpečí úrazu (např. rotujícími částmi), musí se dát stroj vypnout z
místa obsluhy. Spínače musí vypnout všechny vodiče obvodů, které mají napětí proti zemi
(vyjma středního vodiče).
Jsou normalizována jednak základní ustanovení pro všechny druhy strojů, jednak doplňující
ustanovení pro jednotlivé druhy strojů. Konečně zvláštní požadavky jsou normalizovány pro
elektrické pohony se jmenovitým výkonem do 100 kW, napájenými z rozvodné sítě nízkého
napětí. ČSN 33 2190 byla schválena 19.12.1986 a nabyla účinnosti od 1.11.1987.

Elektrické stroje točivé
Výkon motoru má být cca o 5 až 15 % větší než je zatížení. Úbytek napětí max. 7 %, při
rozběhu 10 %.
Asynchronní motory s kotvou nakrátko
Přímo na síť lze připojit motor do 11 kW. Hvězda / trojúhelník se používá do 15 kW při
lehkém rozběhu (do hvězdy musí dosáhnout 85 % otáček).
Při těžkém rozběhu se do 7,5 kW použije rozběhová spojka. Do 15 kW se s rozběhovou
spojkou dovoluje připojení přímo na síť, ale rozběhový proud nesmí překročit 2,5násobek
jmenovitého proudu a rozběhová spojka musí umožnit úplný rozběh naprázdno.
Kroužkové asynchronní motory
Rozběhový proud max. 2,5 násobek jmenovitého proudu. Při přepnutí z rozběhového na
jmenovitý proud nesmí být skok větší než 1,9 násobek.
Motory pro přerušovaný chod
Záběrný proud max. 3násobek jmenovitého proudu.
Jednofázové motory
Lze je připojit přímo na síť, pokud nemají větší ráz při spouštění než 3,5 kVA.
Stejnosměrné motory
Přímo na síť lze připojit motory do 2 kW. Záběrný proud max. 2,5násobek jmenovitého
proudu. ČSN 33 2190 Schválená 12/86 s účinností od 11/87
Usazování a umisťování všech elektrických strojů točivých i netočivých, včetně výkonových
transformátorů, reaktorů, tlumivek, výkonových polovodičových měničů, silových
kondenzátorů a pohonů s elektromotory. Požadavky na připojování elektrických pohonů
včetně, dovážených strojů a pohonů, s elektromotory se jmenovitým výkonem do 100 kW, na
rozvodné sítě nízkého napětí a hlediska pro volbu elektromotorů těchto pohonů.
Technologie
Stránka 69
Usazování a umísťování.
Připojovat lze pouze taková zařízení, která odpovídají všeobecným předpisovým normám,
zejména ČSN 33 2000.
Základní požadavky na elektrické stroje a pohony:
Stroje a pohony smějí být zatěžovány jen podle jmenovitých údajů Přívody musí být
zavedeny a připojeny tak, aby byly dostatečně izolovány proti okolí a aby se neporušila
ochrana před vlivem prostředí a před dotykem, a aby byla zaručena ochrana před
nebezpečným dotykovým napětím. Je třeba užít krytí, aby odolával působení vlivů, před
kterým jej má chránit. Stroje určené k připojení na elektrizační soustavu musí splňovat
požadavky ČSN 33 3430 Dimenzování a volba připojovacích vodičů se provádí podle
způsobů zatížení, mechanického namáhání s přihlédnutím na účinky zkratových proudů,
úbytku napětí, tepelné odolnosti, prostředí a z hlediska hospodárnosti. Stroje a pohony se
umísťují a připojují tak, aby nebyly zdrojem nepřípustného rušení, a musí vyhovovat ČSN 33
42 00 a ČSN 34 2860. Stroje a pohony nesmějí přetěžovat síť. Jejich jmenovité napětí a
kmitočet musí odpovídat síti stejně i rovnoměrnému zatížení fází viz ČSN 33 3430. Zařízení
musí být jištěny, aby byla zajištěna jejich bezpečnost za všech předpokládaných provozních
stavů. Jištění proti zkratu, proti přetížení, ochrana proti samovolnému spuštění stroje a proti
nebezpečnému poklesu napětí, musí být provedeno podle ČSN 33 2200, popř. podle pokynů
výrobce.
Pro umístění přednostně volíme místo v prostředí obyčejném,jinak v místě s méně
škodlivými vlivy. Pro obsluhu a údržbu volíme dobře přístupné místo pro montáž a demontáž
ČSN 34 3102Prostor, v němž má být stroj nebo pohon s přirozeným chlazením umístěn
větrat, aby oteplení nepřestoupilo dovolenou mez a aby nebylo přehříváno při přetížení a od
okolí, od částí strojů a pohonů tak při provozu (od odporů, topidel). Nesmí být snížený
izolační stav strojů a pohonů a tím umožněn vznik unikajících proudůV okolí strojů nesmí
být hořlavé látky, plameny a jiskry, při chodu elektrického zařízení, které tyto hořlavé látky
mohou zapálit, musí být zachována potřebná požární bezpečnost a zajištěna ochrana
životního prostředí.Přívody ke strojům a pohonům musí být řádně připojeny a provedeny viz
ČSN 33 2000-5-54 a ČSN 33 22 00 a dodrženy předepsané vzdálenosti mezi vodiči. Umístění
výkonnostního štítku, údaje pro obsluhu, údržbu a revize, musí být viditelné výkonnostní
štítek se nesmí měnit ani odstranitUmístění, usazení ČSN 34 3205
Vypínání stroje ČSN 33 2180-79Odpojení vedení, spínání obvodů ČSN 33 2180, povrchové
cesty a vzdušné vzdálenosti ČSN 34 0130, pro přípojnice platí ČSN 33 3210 Průřez
přívodních vodičů Větší průřez, než dovoluje svorkovnice stroje, musí být vhodně vyřešeno
použitím přechodové skříně pro připojení stroje, které zaručí i krytí vodičů ve svorkovnici.
Konec přívodů , k nimž se stroje a pohony připojují, musí být dostatečně dlouhé, aby
poskytovaly případnou rezervu pro opravy a aby připojovací svorky nebyly v provozu
mechanicky namáhány.Volba, umístění, usazení a připojení výkonových transformátorů,
reaktorů a tlumivek platí ČSN 33 32 40 a ČSN 34 3270.Pro volbu, umístění usazení a
připojení výkonových měničů a usměrňovačů platí ČSN 35 1530, ČSN 35 15 6 a ČSN 35
1561Pro usazení a připojení kondenzátorů pro silnoproudá zařízení platí ČSN 35 8205.
Pro elektrické pohony s elektromotory se jmenovitým výkonem do 100kW, napájených
z rozvodné sítě nízkého napětí.
Volba elektromotoru:
Při volbě druhu pohonu pro určité zařízení se musí vycházet z jeho specifických vlastností, na
plné zatížení. K rozvodné síti lze připojovat jen elektromotory, které odpovídají článků této
normy. Připojení na síť provedení přípojky musí odpovídat ČSN 33 3320. Rychlé změny
Technologie
Stránka 70
velikosti napětí při spouštění motorů nesmí překročit přípustné hodnoty podle ČSN 33 3430.
Kompenzace účiníku, ke zlepšení poměrů v rozvodném systému podle ČSN 33 3080. Práce a
obsluha elektromotorů je nutno dodržet předpisy ČSN 34 3102 a ČSN 34 3205. Způsoby
připojení trojfázových a jednofázových elektromotorů. Asynchronní motory nakrátko až do
výkonu 11 kW připojit na síť nn přímo bez zvláštního spouštěcího zařízení.
Pro předchozí projednání přihlášky k odběru elektřiny odběratel u rozvodného energetického
podniku, který stanoví závazné podmínky pro připojení. Přepínač hvězda - trojúhelník,
transformátor. Při lehkém rozběhu se do výkonu 15kW užije přepínače hvězda - trojúhelník
nebo spouštěcí transformátor. Motor musí dosáhnout v poloze do hvězdy nebo na prvním
stupni transformátoru téměř jmenovitých otáček (alespoň 85%). Přepínání má být
automatické. Přepínač hvězda - trojúhelník musí při řádné obsluze zamezit zapnutí přímo do
trojúhelníku; musí mžikově přepínat a umožnit vypnutí z polohy hvězda i trojúhelník. Při
těžkém rozběhu se do výkonu 7,5kW užije rozběhové spojky. Dovoluje-li spojka úplný
rozběh naprázdno, lze připojit tyto motory do výkonu 15kW přímo na síť, záběrný proud
nesmí být větší než 2,5 násobek jmenovitého proudu, přitom nestejnoměrnost při přepínání
nesmí být větší než 1,9 násobek jmenovitého proudu.
Kroužkové asynchronní motory:
Spouštěče musí být řádně dimenzovány s ohledem na způsob spouštění, tzn., spouštějí-li se
motory se zatížením polovičním nebo plným, popř. s přetížením, musí odpovídat ČSN 35
3150, ČSN 35 3152. Umístění a upevnění spouštěčů musí odpovídat části z ČSN 33 2180-79.
U motorů s odklápěčem kartáčů a spojkou nakrátko a u spouštěčů velkých motorů, musí být
vyloučeno chybné spouštění. Motory určené pro přerušovaný chod (motory výtahů, jeřábů,
odstředivek, apod.), nesmí být záběrný proud větší než 3 násobek jmenovitého proudu. Pro
komutátorové motory platí tatáž ustanovení.
Jednofázové motory:
Způsoby připojení stejnosměrných motorů. Stejnosměrné motory lze připojovat na síť nn do
výkonu 2 kW. Záběrný proud nemá být větší 2,5 násobek jmenovitého proudu. Způsoby
připojení přenosných a převozných motorů. Přenosné a převozné motory se připojují na sít’
pohyblivým přívodem, který vyhoví ČSN 34 0350. Motor se připojuje vidlicí pohyblivého
přívodu do zásuvek motorového obvodu nebo odběrného zařízení nebo zásuvky přenosné
přípojky, z rozvodných sítí nn. V žádném případě není dovoleno připojovat motor přímo na
venkovní vedení. Vidlice musí být volené podle ČSN 33 2180-79.
Provedení pohyblivého přívodu musí být takové, aby vyhovovalo pracovnímu prostředí,
průřezem vodičů a typem vidlic a zásuvek odpovídal proudovému zatížení, příkonu motoru a
musí mít ochranný vodič spojený s ochranným kontaktem vidlice s ochrannou svorkou
motoru. Připojení dvoupólové vidlice musí odpovídat ČSN 33 2180-79. Vodiče nesmějí mít
průřez menší než 2,5 mm2 Cu. Nedoporučuje se užívat přívody o délce větší než 50m. Je-li
však přívod krátký, nastaví se dalším pohyblivým přívodem stejného průřezu, který je
opatřen na jednom konci vidlicí a na druhém pohyblivou zásuvkou. Nedovoluje se spojovat
vodiče navazováním. U připojování motoru se musí zvlášť dbát na to, aby nebyl přívod
poškozován jezdícími povozy, smýkáním, zkrucováním, apod. Je-li přívod k motoru připojen
pevně, musí být průchod do krytu vozíku či nosítek proveden tak, aby se ani při delším
používání nepoškodil, a nesmí být poškozován ani při uzavírání krytu. Přes cesty lze přívod
zavěsit na podpěrách v předepsané výšce nad zemí nebo uložit na zem s dostatečnou
ochranou před mechanickým poškozením.
Technologie
Stránka 71
3.10.
Elektrické rozvody ve zvláštních prostorách
Elektroinstalace v zemědělských a zahradnických zařízeních – v těchto zařízeních existuje
pro lidi a užitková zvířata zvýšené nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Je to dáno tím, že
vlhkost, prach chemické látky, kyseliny a soli působí škodlivě na elektrická zařízení. Navíc je
zde zvýšené nebezpečí požáru, protože jsou zde snadno vznětlivé látky jako seno a sláma.
Problematiku elektrických zařízení v zemědělských objektech řeší ČSN 33 2000-7-705. Platí
zde také ČSN 33 2000-3 stanovující vzájemné vlivy okolí a elektrických zařízení.
Přehled ochranných opatření:
1) Pevné instalace v systému TN, TT nebo IT
2) Ochranné zařízení při hodnotě vybavovacího proudu
a.
v obvodech se zásuvkami IΔN ≤ 30mA
b.
ve všech ostatních obvodech IΔN ≤ 0,5A
3) Mezní hodnota přípustného dotykového napětí UL v oblastech chovu zvířat je:

25 V střídavého napětí nebo

60 V stejnosměrného napětí
4) Pospojování a uzemnění neživých vodivých částí, která jsou v oblasti chovu zvířat nutná.
Vyrovnání a nastavení potenciálu v prostoru stání zvířat – do betonových podlah stájí se
klade pro snížení potenciálového rozdílu kovová mříž, jako například svařovaná konstrukce
ze stavební oceli.
Krytí elektrických předmětů dle ČSN EN 60529 pro tyto prostory:

Předměty pro normální potřebu IP 44

Světla, rozvaděče, ovládací přístroje IP 4X, v prašných místnostech pak IP 5X

Přístroje pro bezpečná malá napětí IP 2X
Technologie
Stránka 72
3.11. Elektrická zařízení ve stavebnictví
Elektrická zařízení na stavbách jsou veškerá elektrická zařízení pro provádění prací,
například na výškových a hlubinných staveništích. Ke staveništím patří také zdiva, která se
přestavují, renovují nebo bourají.
Staveniště musí být zásobována elektrickou energií ze zvláštních napájecích míst:
- staveništních rozvaděčů
- malými rozvaděči s proudovým chráničem IΔN ≤ 30mA a s ochranou před zkratem a
maximálně dvěma zásuvkami
- ze stabilních rozvaděčů pro staveniště
- s použitím zařízení pro zásobování z náhradního zdroje
- transformátory s oddělenými vinutími
Elektrické rozvaděče pak obsahují: měřící zařízení, ochranná zařízení a potřebné zásuvky.
Musí odpovídat ČSN 34 1090 a dále ČSN EN 60439 a ČSN 2000-7-704. Krytí minimálně IP
43, plastové nebo kovové provedení. Zásuvky pro domovní instalace se nesmějí používat.
Pro přívod se většinou používá vedení s pryžovým pláštěm typu H07RN-F o půřezu
měděného jádra 10 mm2.
Pokud je přívodní vedení mechanicky namáháno, je nutné je chránit například trubkou
odolnou proti tlaku nebo instalací vedení ve výšce.
Ochranná opatření za těmito rozvaděči - jsou povoleny systémy TN-S,TT nebo IT. Zásuvky
pro jednofázový provoz do 32A musí mít proudový chránič v síti TN-S a TT s jmenovitým
rozdílovým proudem IΔN ≤ 30mA ,všechny ostatní zásuvky musí mít ochranu s IΔN ≤ 500mA.
Zásuvky, instalační spinače a odbočné zásuvky musí mít krytí minimálně IP X4 (ochrana
před tryskající vodou). Světla na staveništi musí být provedena s krytím minimálně IP X3
(ochrana proti kropení a dešti).
Technologie
Stránka 73
3.12. Elektrické instalace ve zvláštních případech tj. nebezpečí výbuchu, požáru
Místa ohrožená požárem jsou místnosti nebo venkovní prostory, ve kterých se nacházejí
lehce vznětlivé látky a elektrický oblouk nebo vysoká teplota může způsobit vznik požáru.
K takovým místům patří papírenské, textilní nebo dřevozpracující provozy nebo sklady sena
a slámy.
Na místech ohrožených požárem jsou přípustné sítě podle ČSN 33 2000-4-482 :

Síť TN-S s proudovým chráničem (jmenovitý rozdílový proud IΔN ≤ 300mA)

Síť TT s proudovým chráničem při IΔN ≤ 300mA

Systém IT s kontrolou izolace (vypnutí při druhé chybě během 5s )
Použití nadproudové ochrany v místech ohrožených požárem.
Použitá elektrická zařízení musí být způsobilá pro použití v místech ohrožených požárem.
Teplota svítidel může být za normálního provozu maximálně 90oC, při poruše maximálně
115oC. Dálkově ovládané elektromotory musí být chráněny proti přetížení, například
nadproudovými relé.
Nejběžnější protipožární systémy:

Detektory kouře reagující na kouř vznikajícího požáru

Detektory tepla reagující na zvýšení teploty nad prahovou hodnotu

Termodiferenciální detektory reagují na prudký nárůst teploty

Tlačítka slouží k manuálnímu nahlášení požáru

Lineární hlásiče reagují na přerušení infračerveného paprsku kouřem

Plamenné hlásiče reagují na charakteristiku plamene

Hlásiče do prostředí s nebezpečím výbuchu
Technologie
Stránka 74
Elektroinstalace v prostorách ohrožených výbuchem
Při výrobě, zpracování a skladování hořlavých látek, například benzínu, laků, acetonu,
vznikají páry, které ve spojení s kyslíkem ve vzduchu mohou vytvořit výbušnou směs. Pokud
tuto směs nechtěně zapálíme, například jiskrou ve vypínači nebo elektrickým obloukem,
může dojít k výbuchu.
Stejná situace může nastat i v provozech se značnou prašností, jako jsou mlýny, cukrovary
nebo zařízení na mletí plastů. K výbuchu pak může dojít při určitré koncentraci prachu a
zapálení směsi, například jiskrou od vypínače. Zapálení směsi může vyvolat i zvýšená teplota
usazeného prachu na elektrických zařízeních, například elektromotoru.
Oblasti ohrožené výbuchem se pak dělí podle pravděpodobnosti vzniku výbušné atmosféry
na pásma U plynů a par jsou to pásma 0,1 a 2, u hořlavých prachů jsou to pásma 20,21 a 22
v souladu s ČSN EN 60079 ( ČSN 33 2320 )
Rozdělení do pásem výbušné oblasti
Požadavky na elektroinstalaci v prostorách ohrožených výbuchem – zařízení, která se zde
instalují, jsou nutná jen pro provoz v těchto místech. Musí být vybrána podle skupiny
výbušnosti a teplotní třídy hořlavých plynů nebo látek. Elektrická zařízení zde použitá musí
vyhovovat ČSN EN 60079-14 ( ČSN 33 2320 ).
Technologie
Stránka 75
3.13.
Prozatímní elektrická zařízení
Za prozatímní elektrická zařízení je možné považovat taková zařízení, jejichž doba používání
je podstatně kratší než životnost použitých přístrojů a materiálů, ze kterých jsou zařízení
zhotovena. Umožňuje to opakované použití, a tím úspory vynaložených nákladů na vyrobení
zařízení. U prozatímního elektrického zařízení jsou sledována ekonomická hlediska.
Znamená to, že je hodnocena pracnost zhotovení, montážní náklady na uvedení do provozu a
po ukončení používání a v některých případech i materiálové ztráty vzniklé v průběhu
používání zařízení. Pro prozatímní zařízení proto existují některé úlevy ve srovnání s
trvalými zařízeními. V žádném případě to však neznamená, že by mohlo jít o takové změny,
které by byly na úkor bezpečnosti samotného zařízení, nebo by vznikala rizika pro okolí. Z
tohoto důvodu jsou v dosud platné normě ČSN 34 1090 také uvedeny případy, kdy je
zřizování prozatímních zařízení výslovně zakázáno.
Z hlediska bezpečnosti je vždy prioritní požadavek odstranění prozatímního zařízení ihned po
pominutí důvodu, pro který bylo zřízeno. Odpovědnost za stav prozatímního zařízení je na
provozovateli, a to od vzniku zařízení až po jeho demontáž. Podstatné jsou zákazy zřizování
prozatímních zařízení, které platí pro obytné a zemědělské objekty, objekty občanské
výstavby, pro prostředí s nebezpečím výbuchu a požáru snadno zápalných látek.
Prozatímní elektrická zařízení nebo jejich části musí být v době, kdy nejsou používány,
vypnuty, pokud jejich vypnutí neohrozí bezpečnost osob a technických zařízení. Hlavní
vypínač musí být trvale přístupný a viditelně označen výstražnou tabulkou HLAVNÍ
VYPÍNAČ, VYPNI V NEBEZPEČÍ (Vyhláška č. 48/1982 Sb.):
Na prozatímní elektrická zařízení se vztahují všechny ostatní elektrotechnické předpisy.
Zařízení nesmí být přístupno veřejnosti, avšak není-li to možné, musí se přístupové
cesty k takovému zařízení označit výstražnou tabulkou:
Prozatímní elektrická zařízení musí být pod pravidelným dohledem pracovníka s vyšší
kvalifikací min. § 6 vyhl. č. 50/1978 Sb. Připojení takového zařízení na veřejnou sít musí
být předem dohodnuto s příslušným rozvodným závodem a musí být provedena výchozí
revize.
Technologie
Stránka 76
3.14. Veřejné osvětlení
Veřejné osvětlení (někdy označované zkratkou VO) je osvětlení ulic, silnic nebo jiných
veřejných prostranství. Veřejné osvětlení je veřejně prospěšnou službou. Zařízení veřejného
osvětlení je podle zákona o pozemních komunikacích příslušenstvím pozemních komunikací
a vlastní je obec nebo správce komunikace. Mimo pozemní komunikace, například v
uzavřených areálech (nemocnice, školy, závody), v budovách nebo na železničních stanicích,
zřizuje a vlastní osvětlení obvykle vlastník nebo provozovatel pozemku nebo objektu.
Osvětlovací soustava zahrnuje svítidla, podpěrné a nosné prvky, elektrický rozvod, rozvaděče
a ovládací systém.
Nejrozšířenějším světelným zdrojem pro veřejné osvětlení v ČR je vysokotlaká sodíková
výbojka. Hlavním důvodem je její vysoká světelná účinnost (70-130lm/W), poměrně
přijatelná cena, vysoká životnost (16000h) a malé rozměry, což usnadňuje konstrukci
svítidla. Hlavní nevýhodou je pak typická žlutooranžová barva světla a špatné podání barev.
Dalším v současnosti používaným zdrojem je halogenidová výbojka, jejichž největší výhodou
je kvalitní bílé světlo, které ospravedlňuje její nižší světelnou účinnost(80-90lm/W), kratší
životnost a vyšší cenu oproti sodíkovým výbojkám. V minulosti oblíbeným světelným
zdrojem byla rtuťová výbojka, která se však již pro nové osvětlovací soustavy nepoužívá a
pouze dožívá ve starších svítidlech. Oproti sodíkové výbojce má nižší světelnou účinnost (4060lm/W), nižší životnost, o málo lepší podání barev a typické modrozelené světlo. Ostatní
světelné zdroje se v ČR vyskytují poměrně málo, jde hlavně o sodíkové nízkotlaké výbojky a
kompaktní zářivky. Velkou budoucnost potom mají LED, u nichž zatím většímu rozšíření
brání jejich cena, která se však s technologickým vývojem postupně snižuje.
Technologie
Stránka 77
3.15. Hromosvody, bleskojistky a svodiče přepětí
Hromosvod, bleskosvod - zařízení k ochraně budov, objektů a živých bytostí v nich před
nebezpečnými účinky blesku; vytváří umělou vodivou cestu k přijetí a svedení
bleskového výboje do země.
Má tři části:
a) jímací zařízení, zachycující blesk (vodiče, tyče, mříže)
b) svody, které tvoří vodivé spojení od jímacího zařízení k uzemnění, přičemž každý
svod má být připojen k vlastnímu zemniči
c) uzemnění, zajišťující svod blesku (výboje) do země; je tvořeno zemniči různého
tvaru (tyče, desky, pásky), které jsou zapuštěny v zemi
Tato zařízení se zřizují především tam, kde by mohl výboj blesku:




ohrozit zdraví nebo životy osob (bytové domy, nemocnice, školy)
způsobit poruchu (elektrárny, plynárny, vodárny, nádraží)
způsobit hospodářské či kulturní škody (výrobní haly, muzea, archivy)
nebo na objektech, které sousedí s objekty významnými a v případě zásahu by je
mohly ohrozit požárem.
Vnější hromosvod (LPS - lighting protection system) má tři hlavní části – jímací soustavu,
svod(y) a uzemnění.

Jímací soustavy dle provedení dělíme na mřížové soustavy, tyčové jímače, hřebenové
vedení a náhodné jímače (jiné konstrukční prvky, použitelné jako jímací zařízení,
např plechová krytina).

Svody mohou být strojené, vodiči vedenými na povrchu či skrytými, nebo náhodné
(ocelové sloupy, výztuž atd.)
Uzemnění může být provedeno zemnícími tyčemi, deskami, dráty, či pásky, uloženo v
zemi, nebo v základovém betonu
Samotný hromosvod může být buď spojený s konstrukcí budovy, nebo izolovaný od
chráněné budovy.
Bleskojistka je zařízení, které chrání elektrická vedení a přístroje před bleskem, případně i
před přepětím jiného původu. Nejjednodušší bleskojistka je jiskřiště se dvěma elektrodami:
jedna je spojena s chráněným vodičem, druhá se zemí. Při výrazném překročení nominálního
napětí vznikne mezi elektrodami elektrický výboj, který energii svede do země. U moderních
bleskojistek bývá jiskřiště umístěno v ochranné atmosféře, často v keramické trubičce.Jako
bleskojistka může sloužit i neonová trubice nebo jiná výbojka s vysokým startovacím
napětím nebo polovodičový prvek (varistor).
Svodiče přepětí (přepěťová ochrana) jsou určeny pro ochranu elektrických zařízení a
spotřebičů před účinky krátkodobých přepětí, která se vyskytují při přímém nebo nepřímém
úderu blesku. Svodič toto přepětí svede do země a tím chrání elektrické přístroje a vedení.
Pro účinnou ochranu vnitřních instalací se svodiče přepětí řadí do tří stupňů, přičemž každý
ze tří stupňů kaskády redukuje energii přepěťové vlny na přijatelnou mez.
Třídy svodičů přepětí:
-třída I (B) - svodiče bleskových proudů, obvykle zkoušeny vlnou 10/350 μs. Impulzní
svodové proudy až 100 kA
-třída II (C) - svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro 20 (40) kA
-třída III (D) - svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro ochranu
nejcitlivějších elektronických spotřebičů, impulzní proudy do 10 kA .

Technologie
Stránka 78
4. Výroba plošných spojů
4.1.
Druhy plošných spojů, pájecí technika
Vývoj vzájemného spojování elektronických součástek jde v celé historii elektroniky
soubežně s jejich modernizací. V začátcích radiotechniky byly vývody součástek řešené jako
pripojovací šroubky s maticemi, pod které se přitahoval propojovací drát. To si vyžadovala
značnou rozměrnost součástek. Pozdeji se precházelo na pájecí očka pod šroubky, což záhy
vedlo ke drátovým, pájeným spojovaným vývodům. Tím se mohly začít zmenšovat rozměry
součástek. Vzájemné propojování sice ješte zůstalo drátové, ale již ve třicátých letech
minulého století se objevují první pokusy o jiné způsoby propojování na pevné podložce.
Vznikají první vodivé laky, kterými se na izolační podložce vytvářejí spoje, různí výrobci se
začínají pokoušet o galvanické pokovování či lepení ražených fólií. Začátkem čtyřicátých let
se objevují první praktické pokusy realizace amerického patentu z r.1925 na odleptávání
spojů. Výrobní technologie je však drahá, takže vše upadá na několik let v zapomnění.
Teprve vývoj nových materiálů a výrobních postupů umožnil koncem téhož desetiletí
techniku odleptávání plošných spojů znovu oživit. V padesátých letech se začíná již úspešně
probojovávat na první místo ve spojování elektronických prvků. Nové výrobní technologie
materiálů pro součástky umožnily jejich další miniaturizaci a integraci. Vznikají první
hybridní obvody, kde již vývody a jejich upevnění jsou nejen na součástce, ale i na desce s
plošnými spoji začíná činit potíže. Koncem šedesátých let prichází firma Philips s prvními
součástkami s bezdrátovými vývody. Zahajuje tak novou éru - technologii povrchové
montáže součástek, u které již vývody tvoří jen boční stěny součástky, která se pak vpájí na
desku ze strany spojů. V počátcích rozvoje desek s plošnými spoji se měděná fólie lepila na
tvrzený papír nebo textil, nejaký čas se používal prevážně pertinax. Později, s rozvojem
umělých pryskyřic se pozvolna začalo přecházet na sklolamináty se zalaminovanou měděnou
fólií. Dnes se vyrábí pro různá použití značné množství různých podkladových materiálů,
které se od sebe liší hlavně v použití pro kmitočtově závislé obvody, kde významnou roli
hraje kapacitní vodivost této podložky. Pro velmi vysoké kmitočty řádu GHz se používají
teflonové lamináty /duroid/ s příměsemi dále zvyšujícími jakost podložky. U nás se první
pokusy s plošnými spoji objevují v roce 1957. Hromadnejší výroba se však rozjíždí až na
počátku šedesátých let s fólií lepenou na pertinaxové podložce /cuprexcart/. Brzy se však
přechází na epoxidový laminát /cuprextit/. Tyto izolační podložky se vyrábějí od tlouštky asi
0,1 mm pro speciální použití, až po několikamilimetrové, sloužící zároveň jako nosná deska k
upevnění težších součástek /transformátory, tlumivky, relé apod./. Měděné fólie mají tlouštku
od 5 um i více pro mikromodulové obvody i méně, do 105 um i více pro obvody s větší
proudovou zatížitelností. Pri vlastní výrobě spojového obrazce z měděné fólie se nejčasteji
používá metoda vykrytí, kdy se část fólie, která má být na desce zachována, vhodným
způsobem zakryje, aby k mědi nepronikla leptací lázeň, do které se celá deska vloží. Po
odleptání nepotřebné mědi se deska očistí a případně pokryje pájecím lakem. Přesné vykrytí
měděné fólie obrazcem spojů umožňuje vhodná maska. K výrobě desky s plošnými spoji je
tedy potřeba, kromě vlastní desky s plátovanou mědí a vhodných pomůcek k jejímu leptání i
návrh, kresba a výroba vykrývací masky obrazce spojů, předlohy, které mají být v měděné
fólii vyleptány.
Technologie
Stránka 79
4.2. Chemické přípravky
Bezpečnostní poznámka: Chlorid železitý FeCl3 není přímo zvlášť nebezpečný, ale zanechává
obtížně odstranitelné hnědé skvrny, které se na oblečení po čase mohou změnit v díry. Ruce v
roztoku zbytečně nenamáčíme, po práci je důkladně umyjeme a ošetříme krémem.
Pro odstranění mědi je nejvýhodnější její chemické odleptání ve
vhodném roztoku. Aby se postup urychlil, používá se ohřáté lázně
a pohybu desky v lázni, nebo naopak postřik fólie roztokem.
Nejrozšířenějším používaným leptacím roztokem je ve vodě
rozpustný chlorid železitý, někdy i s malým přídavkem kyseliny
chlorovodíkové /solné/ či dusičné /2 až 5 %/. Přídavek kyseliny
urychluje leptání hlavně v první fázi a pomáhá odleptat i
znečistěná místa. Působením chloridu železitého na měď se
redukuje kysličník železitý na železnatý, pri čemž vzniká chlorid
mědnatý. Postupným vyčerpáním lázně klesá koncentrace chloridu
železitého a roste obsah mědi. Klesá při tom i rychlost leptání. Lázeň s obsahem mědi 50 g/1
l se považuje za vyčerpanou. Ohřátí leptací lázně z běžné teploty 20oC na 80oC urychlí
leptací pochod približne čtyřikrát. Význačný vliv na rychlost leptání má také koncentrace
roztoku chloridu železitého. Rychlost leptání je duležitá nejen z hlediska efektivnosti, ale i z
ryze praktických důvodů. Při pomalém leptání dochází totiž k podleptání. Leptání měděné
fólie probíhá nejen ve směru kolmém na destičku, ale i ve směru s ní rovnoběžném. Dochází
tím k podleptání a tedy zužování vlastních spojů. Naopak při velmi účinném a agresivním
roztoku dochází někdy k vytvoření síta, tj. některá méně zakrytá místa nebo malé kazy
/zvlášte pri fotochemickém způsobu/ neodolají agresivnosti leptadla a v těchto místech se
potom fólie rovnež odleptá, na hotové destičce jsou potom při pohledu proti světlu patrné
malé tečky.
Kromě chloridu železitého lze měděnou folii odleptat i jen roztokem kyseliny solné a
peroxidu vodíku. Rychlost leptání i v tomto případě závisí na koncentraci složek směsi, na
její teplotě a intenzitě promíchávání. Pro leptání musí být roztoku dostatečné množství, aby
se peroxid ve směsi v průběhu leptání nevyčerpal a nezastavil se tak leptací proces. Leptací
roztok lze připravit buď z tekutého peroxidu vodíku, nebo jeho tabletkové varianty. Tablety
peroxidu jsou k dostání v drogériích nebo i lékárnách. Jsou výhodnejší, protože tekutý
peroxid časem ztrácí svoji koncentraci. Leptací roztok si lze pripravit pro rychlejší, střední či
pomalejší leptací proces. Čím je roztok peroxidu vodíku koncentrovanější, tím je proces
leptání rychlejší, to znamená, při použití tablet – s počtem tablet rozpuštěných v kyselině
vzrůstá rychlost leptání. Mírněji pracující roztok je výhodnejší k leptání tenkých vodivých
spojů či jejich husté sítě. Pomaleji pracující lázeň připravíme z 1 dílu kyseliny solné /30 až
35 %/ pozvolna vlévané do 2 dílu 10 % tekutého peroxidu vodíku /ne naopak, neboť by
docházelo ke značnému rozprskávání/ nebo 1 dílu kyseliny pozvolna vlévané do stejného
množství vody s právě rozpuštěnými třemi až pěti tabletami peroxidu. Jedno balení /20 tablet/
vystačí asi na 15 dm2 jednostranného cuprextitu. Tablety také můžeme vložit až do misky, ve
které je již položená deska politá zředěnou kyselinou solnou. Leptáme ve větrané místnosti
nebo na volném prostranství, aby vyvíjející se plyny mohly volně unikat do prostoru. V
průběhu leptání lze desku z roztoku opatrně vyjmout /pinzetou z organické hmoty/,
opláchnout ve studené vode a zkontrolovat proti světlu. Leptací směs mírně podleptává
okraje krycí vrstvy, což dělicí čáry s výhodou přiměřeně rozšíří. Dobu leptání můžeme
prodloužit až na dvojnásobek doby, za kterou se odleptala fólie, spojové čáry a také okraje
označených vrtacích dílků se přitom postupně dále leptají do větší šírky. Po leptání desku
vyjmeme pinzetou a opláchneme ve studené vodě.
Technologie
Stránka 80
Leptání v kyselině chlorovodíkové
Bezpečnostní poznámka: Pozor, pracujeme s kyselinou a silným okysličovadlem. Je třeba
dávat pozor hlavně na oči. Při zasažení okamžitě vypláchnout proudem vody. Proces
uvolňuje dráždivé výpary, které napadají všechno kovové. Je nezbytné pracovat venku. Ruce
do roztoku pokud možno nenamáčíme a v případě potřísnění je co nejdříve umyjeme.
Samotný peroxid vodíku i v koncentraci 10% způsobuje popáleniny na kůži (bílé fleky).
Leptacím roztokem je směs kyseliny chlorovodíkové HCl a peroxidu vodíku H2O2. Peroxid
vodíku je třeba použít s koncentrací alespoň 10%, lépe 30%. V nouzi lze použít i peroxidové
tablety. Kyselinu i peroxid je možné běžně koupit v drogerii.
Leptací proces probíhá bouřlivě a trvá jednotky minut. Roztok se značně zahřívá. Pokud
roztok přestane leptat, je třeba přidat peroxid. Použitý roztok se obtížně skladuje, protože
uvolňuje velmi agresivní výpary (chlorovodík) a peroxid se postupně rozkládá (a zbývá po
něm voda čímž se snižuje koncentrace kyseliny v roztoku). Leptání v kyselině
chlorovodíkové nelze pro domácí použití doporučit.
Leptání v kyselině dusičné
Bezpečnostní poznámka: Kyselina dusičná způsobuje vážné popáleniny a je nezbytné
nepotřísnit sebe ani oděv.
Kyselina dusičná HNO3 je naštěstí pro běžného člověka nedostupná protože je velmi
nebezpečná (způsobuje vážné popáleniny a používá se při výrobě výbušnin) a tak se tímto
leptacím roztokem nemusíme zabývat.
Gravírování laserem (rytí povrchu tvrdých materiálů)
V současnosti experimentálně používaná metoda k vytváření desek s plošnými spoji.
Alternativní úprava
Pokud se chystáme desku okamžitě po vyrobení osadit, je možné změnit postup tak, že desku
nejdříve vyvrtáme, poté pomocí jemného smirkového papíru (hrubost 1600) pod vodou
vyleštíme a hned bez lakování pájíme. Tento postup vyžaduje čistotu (nesahat na měď
rukama) a rychlé zpracování aby měď nezoxidovala. Desku po osazení umyjeme od zbytků
tavidla a nalakujeme ochranným lakem.
Technologie
Stránka 81
4.3. Výroba desek s plošnými spoji
1.Příprava motivu DPS – nejdříve navrhneme motiv plošného spoje. Nejlepší a
nejjednodušší cestou je návrh DPS pomocí softwaru v PC a následný
tisk v měřítku 1:1 na průhlednou fólii. Ideální je tisknout předlohu
pomocí laserové tiskárny na film Laser Star (100-062), nebo pomocí
inkoustové tiskárny na film Jet Star Premium (100-075). Správně by se
měl motiv tisknout zrcadlově, aby byl zajištěn kontakt inkoustu nebo
toneru s fotorezistem během UV expozice.
2.Expozice desek s fotocitlivou vrstvou nebo desek FPC-16 – Zvolte
vhodnou velikost desky. Pokud je to nutné, upravte velikost desky
pomocí nůžek např. z řady DM 9000 DM 9001, Model 45 nebo DM
525. Odstraňte ochrannou černou fólii z desky (obnaží se tak
fotorezist). Umístěte fólii s předlohou na desku tak, aby se co nejtěsněji
dotýkala fotocitlivé vrstvy a pak desku s fólií vložte do UV osvitové
jednotky fólií dolů. Na časovači nastavte čas expozice (cca 3 minuty),
uzavřením horního krytu automaticky začne expozice.
3.Vyvolání obrazu – Vložte desku do vývojové komory v jednotce
Rota Spray nebo v procesním tanku PA pomocí rámu na DPS. Toto je
společně s kvalitou tisku předlohy a expozicí nejkritičtější část výroby
DPS. Je velmi důležité, aby deska nezůstala ve vývojce příliš dlouho a
aby byla vývojka ve správné koncentraci. Obraz může po vývoji
vypadat dobře, ale příliš dlouhá doba ve vývojce nebo příliš
koncentrovaný roztok může způsobit zeslabení vrstvy fotorezistu a pak následné
problémy s podleptáním. Roztok 4006 Vývojky s vodou v koncentraci 20:1 nebo 25g
4007 vývojky na 1l vody je dostatečný. Tyto vývojky spolu s moderními fotorezisty na
deskách mohou být použity bez nutnosti ohřevu, tzn. při teplotě okolí. Po vývoji
vyjměte desku a opláchněte ji. Desku můžete vložit zpět do vývojky na několik
sekund, pokud je to nutné, pak ale musí být ihned znovu opláchnuta.
4.Sprejové mytí – používejte sprejový oplachový tank v jednotce Rota
Sprej nebo v procesním tanku PA ihned po vyjmutí desky z vývojky.
Obě jednotky mají selenoidem ovládaný ventil, který zajišťuje přívod
oplachové vody.
5.Leptání – vyvolané a opláchnuté desky se poté vkládají do leptací jednotky. Pokud
používáte naše probublávací leptací jednotky PA, vkládají se desky do
koše umístěného ze spodní strany víka leptací komory. Pak se koš
s deskami vloží do leptacího roztoku. Po uzavření víka zapněte
vzduchové čerpadlo. Leptání trvá cca 5 minut při teplotě 45oC. Pro
dosažení nejlepších výsledků je dobré otočit desku v koši o 180o a
vložte ji zpět do leptacího roztoku. Před manipulací s deskou ji
nezapomeňte opláchnout. Nikdy neotevírejte víko leptací komory, pokud je zapnuté
vzduchové čerpadlo. Po dokončení leptání opět desku řádně opláchněte.
Technologie
Stránka 82
6.Odstranění fotorezistu – nyní je vyleptaná deska stále pokryta fotorezistem (fotocitlivou
vrstvou). Zbytky fotorezistu mohou být odstraněny pomocí přípravku SN120 nebo
nejlépe v jednotce PA107(univerzální jednotka) s přípravkem PC155 (roztok pro
odstraňování fotorezistu) při teplotě 45-55oC. Fotorezist je odstraněn za cca 2-3minuty
(je vhodné kontrolovat desku v průběhu tohoto intervalu). Po odstranění fotorezistu opět
desku opláchněte.
7.Čištění desky – desku nyní osušíme a očistíme pomocí silikonového
bloku PC180(jemný brusný přípravek). Tím zajistíme, že měď bude
perfektně čistá, zbavená veškerých oxidů a nečistot po chemických
procesech. Po ‘‘obroušení‘‘ zůstanou na desce drobné zbytky silikonu,
které odstraníme pomocí suchého hadříku nebo ubrousku.
8.Chemické cínování – předtím, než měď na desce stihne znovu zoxidovat, doporučujeme
vnořit desku do přípravku PC168 (roztok pro chemické pocínování)
např. v univerzální jednotce PA107 po dobu 7-15minut. Po vnoření
desky do tohoto roztoku se okamžitě začnou vázat molekuly cínu
obsažené v roztoku na měď na desce a to i při nízkých teplotách. To
zabrání mědi oxidovat a navíc to zlepší smáčivost mědi a tím usnadní i
následné pájení. Pro dosažení co nejlepších výsledků vnoříme po
dokončení chemického pocínování desku do studené vody, poté
opláchneme horkou vodu a důkladně osušíme hadříkem, nebo papírovou utěrkou.
Odleptání nevykryté mědi je velmi důležitá fáze výroby plošného spoje. Po jejím odleptání a
odstranění vykrývací masky máme již z měděné fólie vytvořený hotový obrazec plošných
spojů. K leptání se používá roztoků, které měď rozpouštějí, ale nepůsobí přitom na materiál
vykrývací masky. Vlastní leptání navíc musí probíhat přiměřenou rychlostí a musí být
průběžně sledováno, aby nedocházelo k podleptání mědi pod vykrývací maskou.
Prokovený plošný spoj s potiskem
Technologie
Stránka 83
4.4.
Technika SMT, nářadí, technika SMD
Tato technologie, původně určená jen pro velkosériovou produkci, se přesunula i do
malosériové a dokonce i kusové a amatérské výroby. Odhaduje se, že klasické miniaturní
prvky s drátovými vývody ztěží výrobně dožijí druhé poloviny tohoto desetiletí. A protože
práce s prvky SMD vyžaduje i urcité specifické přístupy, predevším při návrhu desek s
plošnými spoji, seznámíme se s nimi blíže. Součástky pro povrchovou montáž - SMD /cesky
označované SPM/ a jejich povrchová montáž /PM/ na desku ze strany plošných spojů, jsou
dnes ve světě převládající obvodovou technologií. Elektronické prvky s drátovými výstupy,
ač jsou sebevíce miniaturizovány, jsou vytlačovány. Zatím se jich však ješte používá a to
prevážně u tzv. smíšených montáží, kdy ze strany spojů jsou pripájeny prvky SMD a z druhé
strany pak součástky s drátovými vývody. Tato smíšená montáž bude zřejmě i v blízké době
stěžejní predevším u amatérských výrobků. Nová technologie má přednost nejen ve své
jednoduchosti. Další její výhodou je podstatně větší hustota součástek na desce plošných
spojů. Je pochopitelné, že u plošné montáže, ve světě označované zkratkou SMA, bude
záležet, jaké typy součástek se na desku plošného spoje budou osazovat. Při aplikaci
pasivních součástek SMD, tranzistoru v pouzdru SOT /small outline tranzistor – tranzistor
malých rozměrů/ a integrovaných obvodů v pouzdru SO je možné zmenšit modul zapojení z
2,5 mm /2,54 mm/ na 1,25 mm /1,27 mm/. V případě použití aktivních součástek větší
integrace, jako jsou nosiče čipů /obvody flat pack a obvody quad pack/ je možné přejít ještě
na menší moduly /0.635 mm, 0,625 mm, 0,406 mm a 0,254 mm/. Z uvedených aspektů je
zřejmé, jaký vliv a dopad má použití nových typů součástek na vlastní nosnou desku
plošných spojů. Při povrchové montáži pasivních součástek a obvodu malé integrace lze
používat desky plošných spojů bez otvorů. Povrchová montáž součástek má před klasickými
technologiemi, které nahrazuje, několik předností. Jsou to : - podstatná redukce potřebné
plochy desky plošných spojů, zmenšení potřebné plochy je od 40% do 70% /prům.o 50%/ větší hustota osázené desky - podstatné snížení nákladů na osazení desky - možnost zcela
automatizovaného osazení součástek na desku plošného spoje - vetší odolnost proti nárazům
a vibracím /důsledek menší hmotnosti součástek a pevnejší přichycení/ - vetší spolehlivost
osazených desek se součástkami SMD v důsledku menšího počtu pájených spojů –
výhodnejší vysokofrekvenční vlastnosti /odstranění parazitních kapacit a indukčnosti
přívodů/ - nižší cena /menší spotřeba materiálu/ - unifikace typu jednotlivých desek - zvýšení
uživatelských hodnot a kvality - menší spotřeba materiálu - menší prostor potřebný pro
výrobu plošných spojů - menší hmotnost a menší rozměry hotových výrobků - levnější desky
plošných spojů, není zapotřebí vrtání a pokovování otvorů /při aplikaci pasivních součástek a
obvodů malé integrace/. Vzhledem k pokračující miniaturizaci je nutné přecházet k menším
rastrům zapojení, a tím i ke zvětšení hustoty osazených součástek na desce plošných spojů.
Výhodou povrchové montáže součástek je i to, že mohou být osazovány na obou stranách
desky. V současné době, kdy je v elektronickém průmyslu hnací silou číslicová technika, jsou
nejčasteji používanými součástkami polovodičové prvky - integrované obvody a tranzistory.
Dá se říci, že dominantními polovodičovými součástkami pro povrchovou montáž jsou
integrované obvody. Jsou vyráběny v různých malých provedeních: integrované obvody s
malými rozměry /SO nebo SOIC/ nosiče čipu na plastovém nosiči /PLCC/ a s méně
používaným pouzdřením typu flat pack nebo quad pack. Tranzistory pro povrchovou montáž
se vyrábějí ve třech modifikacích v plastovém pouzdru s malými rozměry : SOT-23, SOT-89
a SOT-143. V tomto pouzdření lze zhotovovat tranzistory, diody a FET. SOT-143 je
čtyřvývodová verze SOT-23 se stejnými rozmery a teplotními charakteristikami, SOT-89 je
poněkud vetšího provedení než SOT-23 o jmenovitém zatížení do 1 W. Diody a stabilizacní
diody mohou být pouzdřeny v provedení MELF /metal electrode face bonding/ a MINI
MELF s malým válcovým tvarem o jmenovitém zatížení až do 0,5 případně 1,0 W.
Technologie
Stránka 84
Po polovodičích jsou u povrchové montáže nejvíce zastoupeny čipové rezistory a
kondenzátory. Rozmezí dodávaných rezistoru v tomto provedení je od 10 do 2,2 M .
Kondenzátory SND se dělí do 3 kategorií : keramické několikavrstvové /asi 18 %/ o kapacitě
1 pF až do 1uF, tantalové o kapacitě 0,1 až 100 uF a elektrolytické hliníkové o kapacitě 1,5
do 47 uF. Ve vývoji jsou ještě další typy konstrukcních součástek jako např. toroidní
transformátory, magnetické součástky, pulsní transformátory, konektory, přepínace,
jazýčkové spínače, křemenné krystaly apod. Vývoj v této technologické oblasti neustále
rychle pokračuje. Při průmyslové povrchové montáži lze elektricky vodivý spoj mezi
vývodem součástky a deskou plošných spojů vytvořit bud tradičním způsobem - pájením
/přetavením nebo vlnou/, nebo použitím elektricky vodivého lepidla. Pájení přetavením se
používá, jsou-li k dispozici všechny součástky v provedení pro povrchovou montáž. V tomto
případě jde o tzv. čistou povrchovou montáž. Součástky se osazují do pájecí pasty, která má
určitou lepící schopnost a dostatečne přichytí osazovanou součástku na desku plošných spojů.
Pasta se na desku plošných spojů nanáší vetšinou sítotiskem nebo pomocí šablony. Po
osazení se pájka ohřeje a přetaví /pájení infraohřevem, kondenzační pájení atd./. Při metodě
pájení vlnou příp. bežném pájení pájkou je nejprve třeba přilepit /přichytit/ součástky na
desku plošných spojů. Proto se nejdříve nanese /dávkováním nebo sítotiskem/ na desku
plošného spoje příslušné množství lepidla potřebné pro přilepení součástky. Pak následuje
osazení bezvývodových /čipových/ součástek, lepidlo se vytvrdí a pevně přichytí osazené
součástky. Deska se pak obrátí a osazené přilepené součástky se pájejí vlnou. Pájecí vlna
muže být jednoduchá s turbulentním účinkem, dvojitá, popř. i trojitá. Tento způsob pájení lze
výhodně použít i v případě, kdy nejsou k dispozici všechny potřebné součástky v provedení
pro povrchovou montáž /SMD/ a je nutné přistoupit ke smíšené montáži, tj. osazením
klasickými součástkami s vývody a součástkami bez vývodu /SMD/ na jednu desku.
Bezvývodové součástky jsou pak osazeny mezi vývody klasických součástek na straně pájení
desky plošného spoje a všechny součástky se pájejí najednou. U povrchové montáže
součástek se pro výrobu desek plošných spojů nevyžadují spec. materiály. Je tedy možné
používat desky bežného provedení, jako např. z tvrzeného papíru, skloepoxidového laminátu
apod. V zahraničí se pro tuto technologii nejvíce používá materiál FR4. Pro jednostranné
aplikace lze používat i materiál FR3 a pro vysokofrekvenční aplikace pak spec. materiály.
Přechodem na technologii povrchové montáže lze podstatně omezit potřebné rozměry desky
plošných spojů. V určitém případe je možno velikost desky zachovat a lze zmenšit hustotu
osazení součástek, což přispívá k lepším teplotním poměrům desky a ke zvýšení její
spolehlivosti. Materiál desky plošných spojů pro povrchovou montáž by měl mít součinitel
délkové roztažnosti přibližně stejný jako materiály používaných součástek. Jinak by v
důsledku rozdílných teplotních dilatací desky plošných spojů a součástky mohlo vzniknout
nadměrné mechanické namáhání pájecího spoje. Velikost mechanického napětí je přitom
dána rozdílem teplot, velikostí součástky a rozdílem součinitelů délkové roztažnosti.
Bezpečné osazování součástek nezávisí tedy jen na jejich velikosti, ale např. i na režimu prac.
nasazení zapájeného zařízení, tj. zejména na mezních teplotách při provozu a na změnách
teploty okolí. Odolnost zapájeného spoje proti prasknutí závisí také na jeho tvaru. V
některých případech je tedy nutné použít spec. upravené desky plošných spojů. Při bežné
aplikaci povrchové montáže na skloepoxidové desce plošných spojů /FR4/ mohou být dle
zkušeností bez nebezpečí, následujícího praskání zapájených spojů osazovány miniaturní
pasivní součástky /rezistory, keramické kondenzátory/ až do velikosti 10mm, integrované
obvody v provedení SO, plastové nosiče čipu, obvody flat pack, quad pack, TAB
/Mikropack/ atd. Nedoporučuje se osazovat keramické nosiče čipu, jejichž součinitel délkové
roztažnosti neodpovídá roztažnosti desky. Tloušťky desky plošných spoju se neliší od
běžných provedení. V současné době jsou u evropských výrobců k dispozici desky o
tlouštkách 0,8 až 3,2mm, přednostní rozměr je 1,6mm.
Technologie
Stránka 85
Měděná fólie se vyrábí v tlouštkách 35 um, 70 um a 105 um popř. i více. Materiál FR4 je
dodáván s měděnou fólií 18 um, 9 um i 5 um. Tyto nejtenčí fólie se používají pro nejjemnější
spoje, což je právě případ některých spec. aplikací povrch. montáže. Použitím miniaturních
součástek SMD podstatně vzrostla hustota spojů a součástek na desce. S tím souvisí i rostoucí
požadavky na zhotovení nejjemnějších vodičů a mezer pro některé aplikace. Již po celé
desetiletí prognózy směřovaly k požadavkům rozměru šířky vodičů pod 0,12 mm/120 um/.
Skutečnost však vypadá zcela jinak, přes 90% dnes vyráběných desek má šířku vodiče 0,25mm. Hlavním důvodem tohoto zpoždění bylo selhání aplikace vhodných technologií
výroby plošných spojů. S dnešními technologiemi výroby desek je možné s pomerně malými
náklady zhotovovat spoje o šířce od 0,15mm. Požadavky na příliš velkou hustotu vodivého
obrazce u spec. aplikací mohou způsobit velkou zmetkovost výroby a vést k nadměrným
cenám desek. A přitom již existují metody, jimiž lze ekonomicky vyrábět desky s velkou
hustou vodivých obrazců. Před nasazením technologie povrchové montáže se na deskách
plošných spojů vrtaly pro vývodové součástky otvory v rastru 2,54mm. Součástky pro
povrchovou montáž jsou však vyráběny v rastru 1,27mm a menším. A tak nyní výrobci
plošných spojů musí čelit požadavku na jemnější obrazce spojů. Některé firmy,
specializované na výrobu desek plošných spojů s velkou hustotou provedení, používají pro
obvody SO a PLCC v rastru 1,27mm šířžky spojů a mezer vodivého obrazce 0,2mm.
Propojovací otvory mají průměr 0,5mm. Odborníci tvrdí, že u příští generace pouzdření
integrovaných obvodů v rastru 0,635mm budou zapotřebí šírky spojů a mezer menší než
0,127mm. Z elektrického hlediska bez problému jsou vodiče a mezery s šířkou 0,16 a 0,2mm.
V tomto případě je možné v rastru 2,54mm vést až dva spoje mezi vývody osazeného
integrovaného obvodu. Tím lze hustotu propojení zvýšit o 20 až 40%. Tuto technologii
využívají přední výrobci desek plošných spojů. Určité problémy však nastávají při dalším
zkracování desek. Vzhledem k malým mezerám mezi spoji mohou při pájení snadno vznikat
můstky. Jejich následné odstranění je však zdlouhavé a nákladné. Kromě toho jsou spoje s
takovou hustotou zapojení náchylné na poškození pri transportu i při osazování součástek.
Výroba desek plošných spojů s velkou hustotou zapojení tedy není zcela bez problému. Při
povrchové montáži se má postupně přecházet k ješte menším rastrům. Lze bez nadsázky
tvrdit, že ve velmi krátké době budou šířky spojů a mezer okolo 0,076mm.
Pro ruční osazování SMD součástek je klíčovou záležitostí vhodné pastové tavidlo. Další
důležitou pomůckou je jemná pinzeta. Postup osazení pak vypadá tak, že na plošky určené
pro SMD součástku naneseme malé množství tavidla a pinzetou pak usadíme součástku do
tavidla, aby se přilepila, přimáčkneme ji k plošnému spoji (jehlou, pinzetou) a páječkou s
nepatrným množstvím pájky (cínu) ji prohřejeme. Pájka (cín) na nožičce součástky vytvoří
hladký přechod na plošku spoje.
Technologie
Stránka 86
Při pájení integrovaných obvodů nejprve připájíme 2 protilehlé vývody, pod lupou
zkontrolujeme, zda jsme se trefili, a pokud ano, zapájíme zbytek vývodů a opět
zkontrolujeme výsledek.
Kdo má jen trafopáječku udělá si do ní smyčku z tenčího drátu (průměr 0,8mm, tlustý
zvonkový drát). Mikropáječka má výhodu v tom, že se s ní snáze udrží vhodná teplota při
pájení spoje a neohrožuje citlivé součástky statickou elektřinou a elektromagnetickými
impulsy při pájení. Topným drátem trafopáječky teče značný proud řádu 100A a vytváří silné
magnetické pole. Magnetické součástky se pak lepí na smyčku.
Technologie
Stránka 87
5. Údržba elektrických a elektronických zařízení
Pod pojmem údržba máme u elektrického zařízení na mysli činnost, jejímž cílem je zajistit
spolehlivé užití elektrického zařízení, prodloužení jeho životnosti, ale hlavně minimalizaci
rizika úrazu elektrickým proudem. Pokud bychom chtěli použít definici účelu údržby podle
oddílu č. 7 ČSN EN 50110-1 ed. 2 z roku 2005 Obsluha a práce na elektrických zařízeních,
tak je obdobná. Článek 7.1.1 zavedl nové dělení údržby: Účelem údržby je udržet elektrické
zařízení v provozuschopném a bezpečném stavu. Údržba může sestávat z preventivní údržby,
která se vykonává na základě běžných postupů s cílem zabránit poruše a udržovat zařízení v
provozním stavu, nebo opravné údržby, kterou se opravují nebo nahrazují opotřebované
části..
Provádění pravidelné údržby je provozovateli přímo nařízeno zákonem:

vyhláška 48/1982 Sb. základní požadavky k zajištění bezpečnosti práce a tech.
zařízení

soubor vyhlášek a nařízení vlády navazujících na zákony 22/1997 Sb.
o technických požadavcích na výrobky a 406/2000 Sb. o hospodaření energií
5.1. Provádění rekonstrukcí a modernizací elektrických rozvodů
Obecné zásady rekonstrukce
Při rekonstrukcích elektrických rozvodů v bytových objektech nebo jiných objektech
občanské vybavenosti je nutné mít na paměti především rozdíl mezi opravou elektrického
zařízení a rekonstrukcí. Oprava elektrického zařízení je zaměřena na zajištění bezpečnosti a
funkčnosti elektrických rozvodů bez vlivu na jejich věcné a morální zastarávání.
Rekonstrukce se provádí z důvodu zhodnocení elektrického zařízení objektu na současně
platná kritéria tohoto zařízení. Z tohoto pohledu je nutné při aplikaci požadavků vycházet
z elektrotechnických předpisů. To znamená, že při rekonstrukcích je bezpodmínečně nutné
vycházet ze současně platných předpisů, které ovšem akceptují nová zařízení, určená pro
bytovou výstavbu (například vířivé vany s elektrickým pohonem a ovládáním). Při
konzervaci starého stavu pouhou opravou nelze tato nová elektrická zařízení připojovat bez
rizika úrazu elektrickým proudem.
Investoři mají obvykle v úmyslu provést rekonstrukci tak, aby byla co nejlacinější.
Například provést pouze rekonstrukci přívodu do bytu a zásuvkového obvodu koupelny tak,
aby byla zajištěna doplňková ochrana pomocí citlivého proudového chrániče. To však může
být tím nejvhodnějším řešením pouze v případech, kdy jsou ostatní části instalace dobře
zachovalé. Pokud je instalace celkově zchátralá (izolace vodičů jeví známky degradace,
přívody k vypínačům jsou ulámané, zdířky zásuvek vypálené a podobně), je třeba provést
celkovou rekonstrukci instalace.
Z toho vyplívá i postup přípravy oprav a rekonstrukce elektrických rozvodů:
-provedení revize elektrických rozvodů v bytových objektech (rozvodů na společných
komunikacích i v bytech) za účelem stanovení naléhavosti a rozsahu nutných zásahů
do elektrických rozvodů,
-vyhodnocení poznatků získaných revizí z hlediska bezpečnostního, technického i
morálního, a rozhodnutí o hloubce zásahu (údržba, částečná rekonstrukce, celková
rekonstrukce),
-provedení určeného zásahu s ohledem na skutečnosti uvedené v revizní zprávě (Závady)
a také s ohledem na další předpokládanou životnost elektrických rozvodů (často bude
nezbytné provádět především celkovou rekonstrukci elektrických rozvodů v bytových
objektech).
Technologie
Stránka 88
Je nutné rovněž zvážit dopad užití rozvodu TN-C-S. Z německé praxe vyplívá, že je vhodné
rozdělit rekonstrukci elektrických silnoproudých rozvodů alespoň do dvou na sebe
navazujících etap. Jako první etapa se provede kompletní rekonstrukce elektrických rozvodů
na společných komunikacích (hlavní domovní vedení, rozvody pro osvětlení schodiště,
sklepní prostory a další). Ve druhé etapě se provádí rekonstrukce bytů. Při rekonstrukci
elektrických rozvodů je nutné vypracovat Protokol o určení vnějších vlivů. Cílem revize
provedené před rekonstrukcí je určit nedostatky nejen z hlediska okamžitého stavu
bezpečnosti elektrické instalace, ale i jejich dalších nedostatků (využitelnosti, degradace
materiálů, poruchovosti, dalšího předpokládaného nepříznivého vývoje).
5.2. Činnost na elektrickém zařízení, druhy údržby
Při činnosti na elektrickém zařízení dodržujeme tyto zásady: (Desatero pro
laiky)
-
Přesvědč se ještě před použitím elektrického přístroje nebo zařízení o jeho řádném
stavu.
-
Dodržuj pokyny k obsluze. Neměň nastavení bezpečnostních prvků.
-
Nepoužívej nikdy navlhlé elektrické přístroje a zařízení.
-
Při poruše vypni ihned spínač a u spotřebičů napojených pohyblivými přívody
vytáhni vidlici ze zásuvky. Výměnu žárovek a závitových pojistek prováděj ve stavu
bez napětí.
-
O poruše nebo neobvyklém jevu na elektrickém zařízení ihned informuj odborníka,
zařízení dále nepoužívej a zajisti, aby je nemohl použít nikdo jiný.
-
Neprováděj žádné opravy ani amatérská vylepšení.
-
Informuj se o použití elektrického ručního nářadí, zajímej se o ochranná opatření a
dodržuj je (důležité zejména v prostředí vlhkém, mokrém, horkém, s nebezpečím
výbuchu apod.).
-
Neodstraňuj zábrany a neotvírej přístupy do místností s elektrickým zařízením,
dodržuj pokyny na výstrahách.
-
V blízkosti elektrického zařízení prováděj práce pouze v součinnosti s odborníkem.
-
Nepřibližuj se k přetrženým vodičům elektrického vedení (ani spadlým na zem) a
nedotýkej se jich. Před zahájením práce v blízkosti venkovních vedení se seznam se
zvláštními bezpečnostními opatřeními a při práci je dodržuj.
Deset zásad pro pracovníky seznámené a poučené
-
Na elektrickém zařízení vykonávej činnost pouze v rozsahu seznámení, popř. poučení.
-
Nepracuj na živých částech elektrického zařízení, ani se jich nedotýkej. Nezasahuj do
elektrického zařízení, hrozí možnost úrazu, požáru, výbuchu.
-
Před přemístěním spotřebiče připojeného pohyblivým přívodem tento spotřebič
bezpečně odpoj vytažením vidlice ze zásuvky. (Neplatí pro spotřebiče, které jsou k
tomu účelu zvlášť konstruovány a uzpůsobeny, jako některé spotřebiče pro
domácnost, elektrické ruční nářadí apod.) Dodržuj návody, instrukce a místní
provozní předpisy k provozování elektrických zařízení.
Technologie
Stránka 89
-
Při zjištění závady elektrického zařízení toto zařízení vypni a závadu ohlas.
-
Nezahajuj práci dříve, než odborný pracovník předá vypnuté a zajištěné pracoviště.
(Odborný pracovník musí o stavu zařízení bez napětí přesvědčit ostatní tak, že se
vlastní holou rukou dotkne vypnuté části.)
-
Dodržuj zákaz činnosti v ochranných pásmech elektrického vedení, popř. v jejich
blízkosti.
-
Nepřibližuj se k přetrženým vodičům elektrického vedení (ani spadlým na zem) a
nedotýkej se jich.
-
V případech činnosti nad rámec poučení dodržuj zásady formulované v bodech 2, 3 a
7 (týká se poučených pracovníků).
Pět zásad pro odborníky při činnosti na elektrickém zařízení:
-
Vypni!
-
Zajisti!
-
Odzkoušej!
-
Uzemni a zkratuj!
-
Odděl živé a neživé!
Údržba – typy údržby:
•
Údržba (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-01)
Kombinace všech technických a administrativních činností, včetně činnosti
dozoru, zaměřených na udržení objektu ve stavu nebo jeho navrácení do stavu, v
němž může plnit požadovanou funkci.
• Preventivní údržba (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-07)
Údržba prováděná v předem určených intervalech nebo podle předepsaných
kritérií a zaměřená na snížení pravděpodobnosti poruchy nebo degradace
fungování objektu.
• Údržba po poruše (ČSN IEC 50 191), definice 191-07-08)
Údržba prováděná po zjištění poruchového stavu a zaměřená na uvedení objektu
do stavu, v němž může plnit požadovanou funkci.
• Prediktivní údržba; předpovídaná údržba (ČSN EN 13306:2002 Terminologie
údržby – bod 7.5)Údržba podle stavu prováděná na základě předpovědi
odvozené z analýzy a vyhodnocení
Technologie
Stránka 90
5.3. Vybavení pracoviště údržby, pracovní a ochranné pomůcky, bezpečnostní
tabulky
Osobní ochranné prostředky a pracovní pomůcky jsou zejména:
Izolační boty, rukavice, ochrana očí neochranná přilba, ochranný oděv, izolační koberce a
plošiny, izolované přenosné a pevné zábrany, přepážky, praporky, bezpečnostní tabulky,
zámky, značky, uzemňovací a zkratovací zařízení,
prostředky osobního zajištění pro práci ve výškách,
vyprošťovací háky, zkoušečky, izolační ovládací tyče,
izolované nářadí, indikátory plynů, žebříky, stupadla,
lana, zdvihadla a podobně.
Osoby používající osobní ochranné prostředky a
pracovní pomůcky při činnostech (obsluze, práci) na
elektrických zařízeních musí být poučeny a vycvičeny
v jejich používání s ohledem na jejich charakter.
Osobní výstroj (pracovní oděv) a osobní ochranné
prostředky musí být voleny vzhledem k možným
elektrickým rizikům. Doporučuje se u vybraných
pracích používat pracovní oděv výrazné barvy, například
oranžové. Při činnostech v blízkosti napětí nebo na
zařízení pod napětím se nesmí používat volně vlající
oděvy, oděvy ze snadno vznětlivých látek. Zakazuje se
pracovat s vyhrnutými rukávy, nosit prsteny, vodivé
řetízky, kovové hodinky a podobně.
Povinnosti zaměstnavatele při poskytování osobních ochranných pracovních prostředků
OOPP
Podle § 104 zákoníku práce a nařízení vlády č. 495/2001 Sb., kterým se stanoví rozsah a
bližší podmínky pro poskytování osobních ochranných pracovních prostředků a mycích,
čisticích a dezinfekčních prostředků je zaměstnavatel povinen zejména:
• poskytnout zaměstnancům osobní ochranné pracovní prostředky v případě, že nelze rizika
odstranit nebo dostatečně omezit technickými prostředky kolektivní ochrany nebo opatřeními
v oblasti organizace práce,
• poskytovat zaměstnancům mycí, čisticí a dezinfekční prostředky (za dezinfekční prostředky
se považují též ochranné masti),
• poskytovat zaměstnancům ochranné nápoje na pracovištích s nevyhovujícími mikroklimatickými podmínkami, v rozsahu a za podmínek stanovených nařízením vlády č.
361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci,
• zpracovat vlastní seznam (na základě zjištěných a vyhodnocených rizik a konkrétních
podmínek práce) pro poskytování OOPP a mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků
zaměstnancům,
• poskytovat osobní ochranné pracovní prostředky přiměřeně všem osobám, které se s jeho
vědomím zdržují na jeho pracovišti; týká se i exkurzí, návštěv, kontrolních orgánů apod.,
• poskytovat pouze osobní ochranné pracovní prostředky, které chrání zaměstnance před
konkrétním rizikem, neohrožují zdraví zaměstnance, nebrání při výkonu práce a splňují
požadavky stanovené nařízením vlády č. 21/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky
na osobní ochranné prostředky,
• udržovat osobní ochranné pracovní prostředky v použivatelném stavu,
• poskytovat osobních ochranné pracovní prostředky bezplatně; jejich poskytování nesmí
zaměstnavatel nahrazovat finančním plněním,
Technologie
Stránka 91
• stanovit způsob, podmínky a dobu používání ochranných prostředků na základě četnosti a
závažnosti vyskytujících se rizik, charakteru a druhu práce a pracoviště, jejich vlastností, s
přihlédnutím k vlastnostem těchto ochranných prostředků
• seznámit zaměstnance s používáním ochranných prostředků a kontrolovat jejich používání,
• použití OOPP pro více zaměstnanců je možné pouze v případě, že byla učiněna opatření,
která zamezí ohrožení přenosnými chorobami.
OOPP musí
• být po dobu používání účinné proti vyskytujícím se rizikům a jejich používání nesmí představovat další riziko,
• odpovídat podmínkám na pracovišti,
• být přizpůsobeny fyzickým předpokladům jednotlivých zaměstnanců,
• respektovat ergonomické požadavky a zdravotní stav zaměstnanců.
Povinnosti zaměstnanců
• každý zaměstnanec je povinen dbát podle svých možností o svou vlastní bezpečnost, o své
zdraví i o bezpečnost a zdraví osob, kterých se bezprostředně dotýká jeho jednání, případně
opomenutí při práci,
• používat při práci osobní ochranné pracovní prostředky a ochranná zařízení,
• seznámit se s návodem na používání a údržbu přidělených OOPP a dodržovat pravidla,
která jsou v něm uvedena,
• provádět drobnou údržbu přidělených ochranných prostředků,
• používat ochranné prostředky pouze k účelu, ke kterému jsou určeny,
• nakládat s přidělenými ochrannými prostředky šetrně a hospodárně.
Technologie
Stránka 92
Jak poznáte, že osobní ochranný pracovní prostředek splňuje požadavky předpisů?
Pro každý nový OOPP vydává výrobce ES prohlášení o shodě a současně na
výrobek umisťuje označení CE. Toto označení je grafickým vyjádřením ES
prohlášení o shodě a znamená, že výrobek splňuje základní požadavky
nařízení vlády č. 21/2003 Sb., a zároveň také požadavky evropské směrnice
89/686/EHS pro OOPP. Pro OOPP složité konstrukce, které jsou určeny k
ochraně před vysokými riziky (ochrana proti pádu, ochrana dýchacích orgánů, ochrana
proti vysokým teplotám, chemikáliím, apod.), je označení CE doplněno identifikačním
číslem notifikované osoby, která provádí pravidelné kontroly vyráběných OOPP.
Jak má být osobní ochranný pracovní prostředek dále označen?
- názvem, identifikační značkou výrobce (dovozce),
- typem výrobku,
- číslem normy a příslušnými symboly ochrany a stupni (třídami) ochrany (jsou-li
předepsány),
- datem výroby a také dobou životnosti (pokud je to předepsáno).
K OOPP musí být dodán návod k použití v českém jazyce a musí obsahovat
informace o
- používání, skladování, čistění, údržbě, přezkušování a dezinfekci,
- dosahované účinnosti osobního ochranného prostředku,
- vhodném příslušenství osobního ochranného prostředku a o náhradních dílech,
- třídách ochrany odpovídajících různým úrovním nebezpečí a z toho vyplývajících
omezení používání,
- době použitelnosti osobního ochranného prostředku nebo jeho určitých součástí,
- způsobu balení vhodném pro přepravu,
- významu všech označení umístěných na osobním ochranném prostředku.
Další informace o OOPP je možno nalézt na internetové adrese: www.vubp.cz
Technologie
Stránka 93
Barevné označení
Zpravidla se označují pro nebezpečí teplé barvy (žlutá - pozor, oranžová - nebezpečí, červená
- stát). Barvy, které mají přiřazený konkrétní bezpečnostní význam. Účelem bezpečnostních
barev je rychle upoutat pozornost na zdroje rizika a nevyhnutelné ochranné opatření.
Červená barva signalizuje nebezpečí, zákaz, resp. příkaz „stát“, označuje se jí zařízení na
ochranu před požáry.
Žlutá nebo žlutooranžová barva znamená výstrahu, upozornění na bezprostředně hrozící
nebezpečí (např. výbuchu, požáru, škodlivé látky, záření, pádu) a potřebu kontroly.
Modrá barva se používá ve významu příkazu, nařízení, činnosti, povinnosti nosit OOPP
apod.
Zelená barva znamená stav bez nebezpečí, označuje se jí nouzový východ, únikové cesty,
první pomoc.
Barevná kombinace
Účel
žlutá / černá
označení nebezpečných míst
červená / bílá
zákaz vstupu nebo umístění prostředků požární
ochrany
modrá / bílá
příkazové značení
zelená / bílá
označení bezpečných prostorů
Barvy jsou kombinovány poměrem 1:1 v barevných pruzích se sklonem 45°, obvykle v
pravém (normovém) a levém (protisměrném) provedení.
ČSN ISO 3864 (018010)
Norma předepisuje bezpečnostní barvy a bezpečnostní značky k předcházení úrazům,
zdravotním rizikům, požárům a případům havárií. Norma uvádí definice, účel bezpečnostních
barev a značek, bezpečnostní barvy a kontrastní barvy, geometrický tvar a význam
bezpečnostních značek, navrhování grafických symbolů, tvorbu bezpečnostních značek,
dodatkové tabulky a vztahy mezi rozměry bezpečnostních značek a vzdáleností pozorování.
Normativní příloha A uvádí kolorimetrické a fotometrické vlastnosti materiálů a informativní
příloha B uvádí příklady bezpečnostních značek:
Technologie
Stránka 94
Bezpečnostní tabulky – podniky jsou podle bezpečnostních předpisů povinny na všech
pracovištích označit bezpečnostními značkami nebezpečí a zákazy. Podobně jako se u
silničního provozu rozlišují značky zákazové, příkazové, výstražné a informativní nebo
značky požární ochrany. Bezpečnostní značky smějí obsahovat jen symboly, to znamená
grafické značky, aby každý zaměstnanec, nezávisle na své mateřštině rozuměl jejich
významu. V případě nutnosti je možné uvést přídavnou značku, viz následující obrázek.
Kromě toho se pracovníci mohou dostat do styku s nebezpečnými látkami. Nebezpečné látky
a přípravky musí být rovněž označeny. Musí být například uvedeno: označení látky nebo
přípravku, symboly s příslušným vyznačením nebezpečí. Přehled nejpoužívanějších symbolů
viz tabula dole.
Technologie
Stránka 95
5.4. Rozvodny, údržba rozvodných přístrojů
Rozvodná zařízení musí především odpovídat ustanovením (343100) ČSN EN 50110-2 ED.
2 normám pro dimenzování elektrických zařízení. Musí být řešena tak, aby při
předpokládaném způsobu obsluhy a práce na nich bylo možno za normálních podmínek
dodržet požadavky (343100) ČSN EN 50110-2 ED. 2 a navazujících norem. U nových
zařízení musí být umožněno předpokládané rozšíření.
1.2. Každé rozvodné zařízení musí mít dokumentaci, která odpovídá skutečnému stavu a
při každé změně na zařízení se neprodleně upraví. Forma dokumentace se volí tak,
aby vyhovovala použitým prostředkům pro řízení provozu i pro práce na zařízení.
1.3. Rozvodné zařízení musí být schopno bezpečného provozu v prostředí, pro které je
určeno. Prostředí se určuje podle ČSN 33 0300 a ČSN 33 3220.
1.4. Na každém rozvodném zařízení se musí provádět předepsané opravy, revize a údržba.
Postupy při opravách, revizích a údržbě všech částí rozvodného zařízení se řeší tak,
aby potřeba práce a materiálu byla co nejmenší a příslušný obvod rozvodného zařízení
byl co nejkratší dobu mimo provoz.
Elektrická rozvodná zařízení (rozvaděče, instalace a spotřebiče), musí být provedeny tak, aby
byla vyloučena možnost náhodného dotyku vodičů, svorek nebo dalších živých částí
elektrického rozvodu a zabránilo se tak možnosti úrazu elektrickým proudem nebo ohrožení
zdraví osob v nejbližším okolí elektrických předmětů. Dále nesmí při provozu elektrických
zařízení dojít k výbuchu, požáru či jinému ohrožení osob nebo majetku.
Na každém rozvodném zařízení se musí provádět předepsané opravy, revize a údržba. Postupy při
opravách, revizích a údržbě všech částí rozvodného zařízení se řeší tak, aby potřeba práce a materiálu
byla co nejmenší a příslušný obvod rozvodného zařízení byl co nejkratší dobu mimo provoz
(ČSN 33 3210). V souladu s platnými elektrotechnickými normami a předpisy s národní i
mezinárodní platností je třeba, aby veškerá elektrická zařízení i elektrické přístroje
vyhovovala následujícím požadavkům:
1. Bezpečnost osob i věcí
Elektrická rozvodná zařízení (rozvaděče, instalace a spotřebiče), musí být provedeny tak, aby
byla vyloučena možnost náhodného dotyku vodičů, svorek nebo dalších živých částí
elektrického rozvodu a zabránilo se tak možnosti úrazu elektrickým proudem nebo ohrožení
zdraví osob v nejbližším okolí elektrických předmětů. Dále nesmí při provozu elektrických
zařízení dojít k výbuchu, požáru či jinému ohrožení osob nebo majetku.
2. Provozní spolehlivost
Pod pojmem provozní spolehlivost elektrického silnoproudého rozvodu se skrývá schopnost
tohoto zařízení přenést elektrickou energii v požadovaném množství a kvalitě na dané místo
v daném čase. Tomuto požadavku musí být přizpůsobeno provedení elektrického
silnoproudého rozvodu i přístrojového vybavení. V některých případech to znamená zvláštní
požadavky na provedení rozvodu, kdy je třeba zajistit dodávku energie důležitým
spotřebičům záložním (nezávislým) zdrojem elektrické energie. Z tohoto hlediska
rozlišujeme tzv. stupně důležitosti spotřeby:
Spotřeba 1. stupně důležitosti
Jako spotřebiče 1. stupně důležitosti označujeme takové spotřebiče nebo skupiny spotřebičů,
u nichž při výpadku napájení může dojít k ohrožení zdraví, nebo u kterých výpadek
představuje velké ekonomické ztráty, například narušení chodu technologického procesu.
Technologie
Stránka 96
Takové spotřebiče vyžadují zajištění rezervního zdroje, nezávislého na pracovním zdroji,
který by pokryl tuto důležitou spotřebu. Nezávislým zdrojem může být záskokový zdroj
(UPS), zdroj záložního napájení - dieselagregát apod.
Příkladem spotřebičů tohoto stupně důležitosti mohou být zařízení pro přenos a zpracování
dat, zdravotnická zařízení s nepřetržitým provozem (např. anesteziologicko-resuscitační
oddělení ...), nebo zařízení pro zajištění požární bezpečnosti staveb (např. odvětrání
chráněných únikových cest...) apod.
Spotřeba 2. stupně důležitosti
Výpadek napájení se pro tuto kategorii spotřeby projeví omezením popř. zastavením chodu,
avšak nedochází přitom k narušení technologických procesů, ani k ohrožení zdraví či životů
lidí. U tohoto druhu spotřebičů je třeba dodávku elektrické energie pokud možno zajistit, ale
nevyžadují se zvláštní zařízení či opatření pro náhradní napájení, ani záskokový zdroj
elektrické energie. Příkladem takovéto spotřeby druhého stupně důležitosti jsou obráběcí
stroje, mechanické dílny, různé průmyslové provozy apod.
Spotřeba 3. stupně důležitosti
Do této kategorie spotřeby zahrnujeme všechny ostatní spotřeby a odběratele, u kterých
nemusí být dodávka elektrické energie zajišťována zvláštními opatřeními (např. bytové
jednotky, školy, úřady...).
Je třeba si uvědomit, že v rámci jednoho objektu (komplexu) je obvykle více zařízení o
různých stupních důležitosti. Náhradní zdroje el. energie se potom navrhují pouze pro pokrytí
spotřeby prvého stupně důležitosti.
3. Přehlednost provozu
Požadavek na přehledné uspořádání rozvodných zařízení vychází z nutnosti rychlé lokalizace
a odstranění případné poruchy. Tento požadavek je specifický např. pro elektrické stanice a
rozvodny, kde je soustředěno velké množství elektrických zařízení, přístrojů a předmětů k
náležitému přehledu přispívá např. tablo se schématem zapojení, tablo poruchové signalizace
nebo monitor, na kterém se zobrazí okamžité údaje o vybraném zařízení.
4. Přizpůsobitelnost rozvodného zařízení
Požadavek přizpůsobitelnosti je důležitý zejména v průmyslových provozech, kde některé
stroje či spotřebiče mění v průběhu pracovní činnosti svou polohu či stanoviště, nebo mají
přímo charakter pohyblivých, převozných či přenosných spotřebičů. Tomu musí odpovídat i
návrh rozvodného zařízení, aby bylo zajištěno napájení spotřebičů na každém stanovišti a při
všech možných podmínkách činnosti. V takovém případě má velký význam určitý stupeň
univerzálnosti rozvodného zařízení, které umožní rychlé připojení uvedených spotřebičů k
rozvodné soustavě. Příkladem takového uspořádání může být i přípojnicový rozvod v
průmyslovém závodu. S podobnými požadavky se však setkáváme i u rozvodných zařízení
provizorního charakteru na staveništích.
5. Rychlé odstranění poruch
Poruchy v rozvodu elektrické energie znamenají nežádoucí stavy narušení plynulosti
dodávky elektrické energie odběratelům. Jejich množství lze různými preventivními
opatřeními minimalizovat, ale nelze je zcela vyloučit z provozu rozvodných zařízení. Proto
se v rozvodu používají elektrické ochrany, které mají zajistit co nejrychlejší odpojení
poškozené části rozvodu od zdrojů elektrické energie. Elektrické ochrany mají schopnost
zjistit místo a druh poruchy a v co nejkratším čase odpojit porušený úsek. Čím rychlejší bude
odpojení poruchy, tím menší budou i její následky.
Technologie
Stránka 97
6. Hospodárnost provozu
Univerzálnost použití elektrické energie umožnila značné rozšíření elektrických strojů,
přístrojů a spotřebičů všeho druhu. Tato zařízení však mají být provozována takovým
způsobem, aby pracovala s co největší účinností a co nejmenšími ztrátami. Při navrhování
rozvodných zařízení je tedy třeba, aby zdroje elektrické energie, průřezy napájecích cest i
elektrické přístroje řazené v rozvodu odpovídaly úrovni zatížení a využití elektrických
spotřebičů. V tomto smyslu hospodárnost představuje účelné využití průřezů vodičů i
jmenovitých výkonů elektrických přístrojů, tedy hospodárnost elektrického rozvodu. Z
tohoto hlediska není tedy vhodné navrhovat vodiče a kabely s velkou rezervou zatížení,
pokud není zřejmý perspektivní nárůst zatížení v době životnosti vodiče. Jinak by materiál
vodiče nebyl hospodárně využíván a investiční náklady by byly zbytečně velké. Rovněž
velké rezervy výkonů u navrhovaných elektrických spotřebičů nejsou hospodárným řešením,
pokud tyto výkony nebudou v provozu dostatečně využity.
7. Hospodárné využití opakovaných celků
V elektrickém silnoproudém rozvodu se vyskytují jednotlivá zařízení a elektrické přístroje v
určitých typizovaných velikostech. Jsou to například transformátory, rozvaděče, ale i
vypínače, vodiče nebo svítidla. Při návrhu elektrického rozvodu musí být výběr těchto
přístrojů a zařízení takový, aby bylo zajištěno jejich hospodárné využití v provozu a aby se
nevytvářely zbytečně veliké rezervy ve výkonech, v použitých materiálech přenosových cest
i v celých typizovaných zařízeních a přístrojích.
8. Hospodárnost ve spotřebě barevných kovů
Jako elektrovodné materiály pro vodiče v elektrickém silnoproudém rozvodu se používají
především měď, dále hliník a ocel. Přitom oceli se používá u venkovních elektrických vedení
zejména jako nosná část vodičů AlFe a dále jako nosná část závěsných kabelů. Pro vnitřní
rozvody se používá nejčastěji měď pro malé průřezy vodičů a hliník pro větší průřezy
převážně kabelových vedení. Protože barevných kovů není nadbytek, je potřeba navrhovat
průřezy vodičů tak, aby odpovídaly stupni zatížení a byly provozně dobře využívány.
9. Estetické požadavky
Požadavky na uložení vodičů, rozvodných krabic, zásuvek a vypínačů, stejně jako volba a
umístění vhodných svítidel pro daný prostor, mohou být velice odlišné podle povahy a účelu
interiéru. Rozvodná zařízení i použité světelné zdroje a svítidla včetně jejich polohy musí být
v souladu s celkovým řešením interiéru a je třeba, aby elektrotechnik spolupracoval s
architektem a investorem na daném řešení.
Technologie
Stránka 98
5.5. Zkoušení a měření při opravách, hledání závad, určení místa poruchy
Při opravách a úpravách instalací a jejich uvádění do provozu, stejně jako při změnách na
připojených zařízeních, je třeba provést měření k zajištění bezpečnosti života, zdraví a
majetku. Revize elektrických zařízení přitom zahrnuje podle ČSN 33 2000-6-61 prohlídku a
zkoušení. Tam, kde nestačí pro posouzení bezpečnosti elektrických zařízení prohlídka, je
nutno prokázat dodržení přípustných parametrů zkouškou. Součástí zkoušky je i měření. Její
výsledky je třeba zaznamenat do zprávy o revizi. Po dokončení nové instalace, provedení
změn v jejím uspořádání nebo v případě úprav a oprav připojených elektrických zařízení je
třeba překontrolovat jejich bezpečnost
Prohlídka – první krok při revizích představuje
svědomitě provedená celková vizuální kontrola.
Provádí se obvykle v okamžiku, kdy je celá instalace
bez napětí. Lze během ní často odhalit i velmi
závažné chyby v zapojení elektrické instalace nebo v
připojených zařízeních. Úkolem prohlídky je potvrdit,
že elektrická instalace i trvale připojená elektrická
zařízení vyhovují bezpečnostním požadavkům
souvisejících norem, resp. dalších předpisů a že
nejsou poškozeny tak, aby to mohlo ohrozit jejich
bezpečnost. Zahrnuje také posouzení, zda jsou
instalace i připojená zařízení zapojena v souladu s požadavky normativní řady ČSN 33 2000a pokyny jejich výrobců.
Prohlídka by měla i při svém minimalizovaném rozsahu ověřit alespoň následující
skutečnosti:
 provedení ochrany před úrazem elektrickým proudem;
 bezpečnostní vzdálenosti (poloha, přepážky, kryty, zábrany);
 výběr vodičů (materiál, proudové dimenzování, úbytky napětí);
 dodržení odpovídajícího způsobu spojování a značení vodičů;
 druh, umístění a nastavení ochranných a kontrolních přístrojů;
 druh a umístění funkčních spínacích prvků;
 značení jednotlivých rozvodných systémů, jejich částí a prvků;
 osazení bezpečnostních tabulek a informativního značení;
 správnost označení používaného při provozu zařízení;
 použití vhodných prvků a opatření pro ochranu před vnějšími vlivy;
 provedení nutných protipožárních opatření (ucpávky, přepážky);
 přítomnost a úplnost schémat i další dokumentace, vyžadované souvisejícími
předpisy;
 možnost provádění bezpečné údržby.
Dříve než začneme s opravou, musí se jednoznačně stanovit závada a určit vadná místa. Jen
tak se totiž každý opravář vyvaruje toho, aby musel např. po obtížném rozebírání motoru
konstatovat, že tato práce byla zbytečná a že je vada na svorkovnici nebo vůbec mimo motor.
Při údržbě a preventivní kontrole elektrických strojů je kladen důraz na tři základní
parametry, které bývají zdrojem závad, a to na mechanické, tepelné a elektrické. Tyto
parametry bývají většinou provázány a při vzniklé poruše se postupně vyskytují všechny
společně – původně elektrická nebo mechanická závada způsobí posléze oteplení apod. Proto
optimální údržba spočívá v kontrole všech tří parametrů pomocí příslušných měřicích
a diagnostických přístrojů.
Technologie
Stránka 99
Zkoušky
V případech, kdy není vizuální kontrola postačující, je nutno provést odpovídající
zkoušky. Jedná se zejména o úkony zkoumající následující skutečnosti:
 spojitost hlavního a doplňujícího pospojování,
 spojitost vyrovnání potenciálů v ochraně před bleskem,
 izolační odpor elektrické instalace,
 provedení ochrany SELV a PELV resp. elektrickým oddělením obvodů,
 odpor podlahy a stěn,
 funkci samočinného odpojení od zdroje,
 funkci systémů i jednotlivých částí elektrické instalace,
 zapojení (připojení) přístrojů,
 dosahované úbytky napětí.
Přezkoušení galvanického spojení mezi vyrovnáním potenciálů a ochrannými vodiči
Úkolem je ověření spojitosti a kvality galvanického propojení mezi ochrannými vodiči,
uzemňovacím vodičem a vodiči systému vyrovnání potenciálů. Vždy je třeba nejprve v celé
délce prohlédnout vodič potenciálového vyrovnání, zkontrolovat velikost použitých průřezů a
správnost jejich uložení. Při této kontrole by mohla být související zařízení teoreticky ještě
zapojena, nicméně v praxi se i pro tuto zkoušku zpravidla již odpojují od napájení.
Dále se měří dodržení maximální přípustné hodnoty ohmického odporu v trase ochranných a
uzemňovacích vodičů. Totéž platí i pro vodiče potenciálového vyrovnání.
Technologie
Stránka 100
Měření izolačního odporu – jsou-li elektrická zařízení připojena k napájecímu napětí,
protéká díky konečné hodnotě izolačního odporu nutně určitý, byť velmi malý, chybový
proud. Jestliže se z důvodu poruchy izolace zvětší nad určitou mez, může způsobovat lokální
ohřev. V extrémním případě může být dokonce příčinou požáru. K tomu všemu přitom může
docházet bez toho, aby vybavily předřazené nadproudové ochrany. Měření tohoto typu se
provádí na zařízení bez napětí a měří se ohmický odpor mezi fázovými vodiči, resp. středním
vodičem a ochranným vodičem. Zkoušku si lze částečně ulehčit tím, že se fázové vodiče
propojí se středním.
U zařízení se jmenovitým napětím do 500 V se v souladu s ČSN 33 2000-6-61 používá
stejnosměrné zkušební napětí 500 V. Tato hodnota odpovídá i standardním elektrickým
instalacím s provozním napětím 230/400 V. Elektrické obvody SELV a PELV se ověřují
nižším stejnosměrným zkušebním napětím 250 V.
Technologie
Stránka 101
6. Použitá literatura a další studijní prameny
1)Barták, Mravinač, Neumann, Vařák: Diagnostika poruch izolací elektrických strojů.
SNTL, Praha 1984
2)ČSNCLC/TS60034-18-34(350000) - červen 2005 Točivé elektrické stroje - Část 18-34:
Funkční hodnocení izolačních systémů - Zkušební postupy pro vinutí s tvarovanými cívkami Hodnocení termomechanické odolnosti izolačních systémů
3)Kuba, J.- Mach, P.: Technologické procesy Vydavatelství ČVUT Praha, 2001
4)IEC 60034-18 uvádí všeobecné principy pro hodnocení izolačních systémů točivých
elektrických strojů.
5)ČSN CLC/TS 60034-24: Točivé elektrické stroje - Část 24:
6) Wikipedia. cz
7)Honys V., Prouza J.: Elektrotechnologie II pro 3. ročník, SNTL 1989
8)Časopis: Elektro
9)Časopis: Řízení a údržba průmyslového podniku
10)Rutar Jaromír, Automatizace – Úvod do automatizace řízení
11)Norma ČSN 33 3210 Rozvodná zařízení
12)Norma ČSN 35 0010 Točivé elektrické stroje – zkoušky
13)Klaus Tkotz: Příručka pro elektrotechnika
14)Dušan Poláček: Technické kreslení podle mezinárodních norem III
15) Josef Heřman: Příručka silnoproudé elektrotechniky
16)Šavel Josef: Elektrotechnologie, materiály, technologie v elektronice a elektrotechnice
Technologie
Stránka 102
Technologie
Stránka 103