Oteplení silových rozvaděčů. Warming power distributors

ČESKÉVYSOKÉ VYSOKÉUČENÍ UČENÍTECHNICKÉ TECHNICKÉVVPRAZE PRAZE ČESKÉ Fakultaelektrotechnická elektrotechnická Fakulta Katedraelektroenergetiky elektroenergetiky Katedra

Oteplení silových rozvaděčů

Warming power distributors

Bakalářská práce

Studijní program: Studijní obor:

Elektrotechnika, energetika a management Aplikovaná elektrotechnika

Vedoucí práce:

Ing. Ivan Cimbolinec

Josef Bartoníček

Praha 2016

Oteplení silových rozváděčů

Josef Bartoníček

2016


Josef Bartoníček

2016

Abstrakt Předkládaná bakalářská práce je zaměřena na řešení problematiky oteplení silových rozváděčů nízkého napětí. Předkládá přehled o různých typech rozváděčů a jejich použití v technické praxi. Uvádí důležité technické normy ČSN, které se používají při výrobě rozváděčů a při výpočtu oteplení. Práce předkládá možné postupy k výpočtu oteplení rozváděčů pomocí normativních výpočtů a softwarové podpory. Zahrnuje praktickou ukázku měření oteplení částí rozváděče termokamerou, nikoli jako celého rozváděče. V závěru práce je doporučeno kombinovat všechny předložené metody týkající se oteplení rozváděče k dosažení co nejlepších výsledků v praxi.

Klíčová slova Rozváděč, výpočet oteplení, normy ČSN, zatížitelnost, měření, ztrátový výkon, tepelný tok, teplota, komponenty, certifikace, prohlášení o shodě, termokamera.

Abstract This bachelor thesis deals with solutions of an issue of warming low voltage power distributors. Thesis reviews power distributors types and their practical usage. Important technical Czech Standards, dealing with manufacture of power distributors and with warming calculation. Thesis includes possible methods calculating warming of power distributors using standardized calculations and software support. Practical demonstration of temperature measuring is provided using termographic camera and focusing on parts of power distributor. In conclusion it is recommended to combine all listed methods dealing with warming of power distributors in order to achieve the best possible results applicable in practice.

Key words Distributor, calculation of warming, Czech standarts, rating, measurement, power dissipation, heat flux, temprature, components, certification, declaration of comformity, thermographic camera


Josef Bartoníček

2016

Prohlášení Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl veškeré použité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací.

............................................................ Podpis

V Praze dne 18.5.2016

Josef Bartoníček


Josef Bartoníček

2016

Poděkování Tímto bych rád poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Ivanu Cimbolincovi za cenné profesionální rady, připomínky a metodické vedení práce. Dále bych rád poděkoval kolegům z firmy INSTALACE Praha za poskytnuté podklady, praktické informace a cenné rady k vypracování této práce. Rád bych ještě poděkoval Ing. Stanislavu Mrázovi z firmy ATICO Praha za zhotovení snímků termokamerou při měření rozváděče.


Josef Bartoníček

2016

Obsah ÚVOD ............................................................................................................................................................. 8 1

DRUHY ROZVÁDĚČŮ A JEJICH POUŽITÍ V TECHNICKÉ PRAXI ........................................ 9 1.1 TYPY A POUŽITÍ ROZVÁDĚČŮ............................................................................................................ 9 1.1.1 Příklady ................................................................................................................................. 11 1.2 KOMPONENTY ................................................................................................................................ 13 1.3 NÁVRH ROZVÁDĚČE ....................................................................................................................... 16 1.4 ATESTY ROZVÁDĚČŮ ...................................................................................................................... 18

2

PROBLEMATIKA NOREM SILOVÝCH ROZVÁDĚČŮ ............................................................. 19 2.1

3

NORMY ČSN PRO VÝROBU ROZVÁDĚČŮ ........................................................................................ 19

ZATÍŽITELNOST SILOVÝCH ROZVÁDĚČŮ S OHLEDEM NA OTEPLENÍ ........................ 22 3.1 POJEM A STANOVENÍ VELIKOSTI ZATÍŽITELNOSTI ROZVÁDĚČE ....................................................... 22 3.1.1 Důležité pojmy pro stanovení zatížitelnosti ........................................................................... 22 3.2 SOFTWAROVÁ PODPORA PRO OVĚŘENÍ NÁVRHU ROZVÁDĚČE ......................................................... 23 3.2.1 Schrack Design ...................................................................................................................... 23 3.2.2 Eaton E-CONFIG Software ................................................................................................... 24 3.2.3 Rittal Therm 6.3 ..................................................................................................................... 24

4

VÝPOČET OTEPLENÍ ROZVÁDĚČE............................................................................................ 27 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

5

POPIS PROBLÉMU ............................................................................................................................ 27 ZDROJE TEPLA A TEPELNÉ TOKY V ROZVÁDĚČI............................................................................... 28 ÚČINNÝ CHLADÍCÍ POVRCH ROZVÁDĚČE ........................................................................................ 29 VÝKONOVÉ ZTRÁTY PRVKŮ ROZVÁDĚČE........................................................................................ 30 VÝPOČET VÝKONOVÝCH ZTRÁT SBĚRNICOVÝCH SYSTÉMŮ ............................................................ 31 PŘÍKLAD VÝPOČTU ......................................................................................................................... 31

PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ TEPELNÝCH VÝPOČTŮ MĚŘENÍM ................................................ 33 5.1 5.2 5.3

VLASTNÍ MĚŘENÍ OTEPLENÍ ROZVÁDĚČE TERMOKAMEROU ............................................................ 33 PRAKTICKÝ VÝSLEDEK MĚŘENÍ OTEPLENÍ ROZVÁDĚČE .................................................................. 33 ZHODNOCENÍ MĚŘENÍ OTEPLENÍ TERMOKAMEROU ......................................................................... 42

ZÁVĚR ......................................................................................................................................................... 43 SEZNAM LITERATURY A INFORMAČNÍCH ZDROJŮ .................................................................... 44 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK......................................................................................................... 46 PŘÍLOHY ...................................................................................................................................................... 1

6


Josef Bartoníček

Seznam symbolů a zkratek Pztr - ztrátový výkon vnitřního vybavení rozvaděče (W) Pin - elektrický výkon, vstupující do rozvaděče (W) Pout - elektrický výkon, vystupující z rozvaděče (W) Pz - je výkonovou ztrátou (W) ϑi

- vnitřní teplota (°C)

ϑe

- vnější teplota (°C)

ϑip - teplota vnitřního povrchu krytu (°C) ϑcp - teplota vnějšího povrchu krytu (°C) 

- tepelný tok (W)

A

- plocha rozhraní (m2)

K

- součinitel prostupu tepla (Wm-2K-1)

I

- provozní (resp. jmenovitý) proud sběrnice (A)

R

- odpor jednoho metru sběrnice (m/m)

l

- celkovou délku sběrnice, protékanou proudem I (m)

k

- konstanta krytu (-)

d

- součinitel respektující počet vodorovných přepážek v krytu rozvaděče (W)

IP

- stupeň ochrany před dotykem živých částí a vniknutím cizích těles a vody

IK - stupeň ochrany před mechanickými rázy

7

2016


Josef Bartoníček

2016

Úvod Práce se věnuje problematice výpočtu oteplení silového rozváděče nízkého napětí. Toto téma jsem si vybral, protože se domnívám, že je potřeba věnovat této problematice větší pozornost. Důvod pozornosti shledávám v tom, že oteplení rozváděčů má vliv na správný chod nejen samotných rozváděčů, ale má vliv i na koncová zařízení. V technické praxi se tomuto tématu věnuje řada technických norem ČSN, které mají návaznost na vlastní výrobu rozváděče. Při rozumném dodržení podmínek zákazníka lze při projektování rozváděče využít nejen těchto norem, ale i například softwarovou podporu. Tyto programy jsou nedílnou součástí projektanta a výrobce rozváděče. Pro lepší přehlednost a uvedení tématu „rozváděč“ uvedu přehled druhů rozváděčů a jejich použití v praxi. Úkolem práce je zjistit, jak se nejlépe vypočítá a následně ověří výpočet oteplení zvoleného rozváděče. Pro vlastní výpočet oteplení rozváděče budou použity technické normy ČSN a pro ověření výpočtu oteplení bude provedeno měření termokamerou oteplení částí rozváděče. Měřením termokamerou zjistíme, které prvky rozváděče nejvíce sálají teplo do okolí. Na základě porovnání těchto tepelných zón s katalogem od výrobce těchto prvků doporučím možné řešení pro odstranění případných závad.

8


Josef Bartoníček

2016

1 Druhy rozváděčů a jejich použití v technické praxi Rozváděče mají široké uplatnění v elektrotechnické praxi. Jsou nedílnou součástí budov pro rozvod a řízení energie a technologií. Současné uplatnění rozváděčů a množství použitých druhů je natolik široké, že by určitě přesáhly tuto odbornou práci. Proto v této kapitole uvedu pouze nejčastější aplikace v technické praxi1.

1.1 Typy a použití rozváděčů O použití konkrétního typu rozváděče rozhoduje velké množství okolností, mezi které patří např. umístění, funkce, napájení, atd. Následující přehled tyto okolnosti shrnuje. 

Dle umístění se používají rozváděče:

-

Vnitřní

-

Vnější – v praxi se pro lepší ochranu rozváděče v některých případech montují speciální střechy



1

Dle funkce se používají rozváděče: -

Hlavní (viz obr. 1)

-

Společné spotřeby

-

Podružné

-

MaR - Měření a regulace

-

Bytové

-

IT technika

-

Elektroměrové

-

Staveništní

-

Požární

-

USM – Univerzální skříň měření

-

SHZ – Stabilní hasicí zařízení (viz obr. 3)

-

a další kombinace a druhy



Dle napájení se používají rozvaděče:

-

Zálohované

-

Z části zálohované

-

Nezálohované

Jako praktickou ukázku jednotlivých typů rozváděčů uvedu fotografie z výroby rozváděčů firmy INSTALACE Praha.

9


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 1 Hlavní rozváděč RH, 9 polí, In=1200A, detaily polí rozváděče a pohled na řadu polí Popis:

vlevo nahoře je detail otevřeného prvního pole, shora zakrytovaný hlavní jistič, viditelné ventilátory; vpravo nahoře je detail hlavního jističe v prvním poli Schneider Electric Masterpact; vlevo dole je pohled na první čtyři pole rozváděče RH, viditelné větrací mřížky; vpravo dole je detail pátého pole s modulovými digitálními elektroměry a řadové svorky umístěnými na DIN-liště; v horní částí toho samého obrázku je vidět měděná pasovina (rozměr 60x10mm) určená pro připojení vodiče PEN

Zdroj:

fotodokumentace firmy INSTALACE Praha, rok 2014

10


Josef Bartoníček

2016

1.1.1 Příklady 1.1.1.1

Elektroměrové rozváděče Elektroměrové rozváděče se umísťují na vstupu přívodního kabelu do bytového

nebo nebytového objektu a slouží k měření odebrané elektrické energie. Konstruují se podle požadavků distribučních energetických firem, jimiž na trhu České Republiky jsou PRE-Distribuce, ČEZ-Distribuce a E-ON-Distribuce. Tyto požadavky jsou uvedeny v připojovacích podmínkách jednotlivých distribučních firem. Podle normy musí být umístěny na veřejně přístupném místě, například v plotě objektu, ve vnější stěně domu, na sloupu, na kterém odbočuje vedení do měřeného objektu. U bytových domů s více byty pak jsou elektroměrové rozváděče umístěny ve společných prostorách domu. Nejčastěji se nachází společný rozváděč s více elektroměry vždy na každém podlaží. Elektroměrové rozváděče smějí obsahovat pouze hlavní jistič (jistič před elektroměrem), elektroměr, poskytnutý energetickou společností a případně přijímač HDO. Prostor připojení kabelů je zakrytován a zaplombován. Smyslem umístění elektroměrových rozváděčů ve volně přístupných prostorách je pochopitelně možnost odečtu stavu elektroměru i v nepřítomnosti zákazníka. V současnosti se v těchto rozváděčích využívají digitální elektroměry a speciální moduly, které již umí posílat data přes GSM signál k příslušné distribuční energetické firmě.

Obrázek 2 Příklad zapojení elektroměrového rozváděče Zdroj:

E-ON Distribuce, (chyba v obr. 2 „sazbový spínač HDO“) zdroj [12]

11


1.1.1.2

Josef Bartoníček

2016

Bytové rozváděče

Bytové rozváděče obsahují přístroje nutné k chodu rodinného domu nebo bytu. V provedení modulárních přístrojů pro montáž na DIN-lištu zde mohou být umístěny: -

hlavní vypínač – ve formě vypínače, jističe

-

jednofázové a třífázové jističe různých charakteristik

-

proudové chrániče (čtyř pólové) a jističe s proudovým chráničem většinou typy AC (citlivé na střídavé proudy) s reziduálním proudem 30mA

-

převážně 2. stupeň přepěťové ochrany, ale může se vyskytnout i kombinace 1. a 2. stupně přepěťové ochrany v modulovém provedení (stupeň 3. je umístěn u spotřebičů)

-

zvonkový transformátor, napáječ domovního telefonu

-

modulové stykače, které spíná přijímač HDO, který je umístěn v elektroměrovém rozváděči pro ovládání topení či bojleru (až troj systémové)

-

řadové svorky pro napojení silových vodičů a napojení dalších podružných rozváděčů

Pokud je v objektu instalována nějaká forma sběrnicového ovládání (KNX/EIB nebo CAN-bus) jsou ovládací a napájecí přístroje sběrnice také v bytovém rozváděči. Je praktické mít v rozváděči jednu jednofázovou zásuvku v provedení na DIN-lištu pro případné opravářské práce, která je jištěná samostatným jističem. 1.1.1.3

Požární rozváděče Slouží k napájení, řízení a komunikaci s EPS (elektronický požární systém). V tomto systému

jsou sprinklery, požární klapky a často bývá v kombinaci s nouzovým osvětlením v případě poruchy. Jako přívodní i ovládací kabely se používají kabely s funkcí při požáru, aby byla zaručena správná funkce i při vzniku požáru (v řádu několika desítek minut). Tyto kabely mají značení CXKH-R (V). V současnosti se využívá komunikace po sběrnicích KNX/EIB nebo CAN-bus v rámci celého objektu. Dále napájejí rozváděče, které mají označení SHZ (Stabilní hasicí zařízení). Tyto rozváděče mají za účel spustit a udržovat hasící systém budovy do doby než přijede hasicí záchranný sbor a poté souběžně pomáhat dohasit požár. Obrázek č. 3 ilustruje, jak takový rozváděč vypadá. Velmi oblíbená červená barva se používá pro lepší rozlišení mezi ostatními rozváděči v rozvodnách především pro obsluhu. Dále je na témže obrázku zobrazeno „srdce“ rozváděče, které představují silové výkonové stykače. Tyto stykače spínají čerpadla a motory vzduchotechniky, které mají při požáru zajišťovat onu funkci „Stabilního hasicího zařízení“.

12


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 3 Rozváděč R04-SHZ, 2. pole Popis: vlevo je celkový pohled na rozváděč, na dveřích jsou viditelné ovládací a signalizační přístroje, včetně ampérmetru a voltmetru (nahoře uprostřed), rozváděč je osazen hl. jističem s vypínací cívkou, kterou lze vypnout i pomocí stop tlačítka (žlutý ochranný límec a červené hřibové tlačítko s aretací – dole uprostřed) vpravo je detail na řadové svorkovnice (horní řada) a výkonové stykače s pomocnými kontakty a tepelnými relé (dolní řada) Zdroj: fotodokumentace firmy INSTALACE Praha, rok 2015

1.2 Komponenty Ve většině silových rozváděčů se požívají modulární přístroje na univerzální přístrojovou lištu, která nese v technické praxi označení DIN-lišta. 

Modulární komponenty

-

Jističe různých charakteristik (B, C, D)

-

Proudové chrániče (2 a 4 pólové)

-

Přepěťové ochrany (1, 2, 3 stupeň)

-

Pojistkové odpínače pro válcové a

-

-

Měřicí přístroje (např. elektroměry, voltmetry, multimetry)

-

Přístroje pro dálkovou komunikaci (např. Ethernet, KNX, CAN-bus, GSM, aj.)

trubičkové pojistky

-

Řadové svorky (detail viz obr. 4)

Zdroje menších výkonů (např.

-

Zkratovací svorkovnice

transformátory 230V / 24V, AC/DC,

-

Svorkovnice PE a N

výkonů cca až 50VA ) -

Spínací hodiny, soumrakové spínače

-

Impulzní, instalační relé a stykače

13


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 4. Detail řadových svorek Popis:

obrázek zobrazuje detail značení řadových svorek pomocí speciálních značících štítků (každý výrobce má unikátní systém značení svorek); jako doplňující značení pro přehlednější a praktičtější vlastní zapojování se používají návlečky s popisem, které se navléknou na vodič; barevné odlišení svorek také hraje svoji zásadní roli při zapojování; firma INSTALACE Praha používá béžové, šedé svorky pro fázové napětí, modré svorky pro nulový vodič N a oranžové svorky pro napětí menší než 50V.

Zdroj:



fotodokumentace firmy INSTALACE Praha, rok 2016

Nemodulární komponenty -

Výkonové jističe/vypínače (tzv. Deiony – přejaté označení od firmy OEZ)

-

Zdroje větších výkonů (např. transformátory 230V / 24V AC/DC, 120VA)

-

Výkonové vzduchové stykače

-

Pojistkové odpojovače pro nožové pojistky

-

Měděná pásovina, která se montuje na nosné izolátory nebo do speciálních držáků

-

Měřící transformátory proudu a napětí Firma Schneider Electric vyvinula jiný princip vypínání zkratu. Využívá odpínaní zátěže

na dvou místech, a tudíž razantně omezí zkratové proudy, které by mohli téci při zkratu výkonovým jističem. Tento mechanismus se standardně montuje do výkonových jističů NSX pro proudové hodnoty 100A až do 630A. Na obrázku č. 5 je zobrazen výkonový jistič NSX, výše zmíněný mechanismus a detail jističe s možností připojení pomocných kontaktů a další signalizace.

14


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 5 Výkonový jistič Schneider Electric NSX Popis:

Zdroj:





vlevo je vidět vlastní výkonový jistič NSX; uprostřed je vidět mechanismus, který odpojuje zátěž na dvou místech; vpravo je tento jistič bez předního krytu a je zde vidět možné prostory pro připojení dalších pomocných kontaktů a signalizace. internetové stránky firmy Schneider Electric [18], [19], [20]

Výzbroj rozváděčové skříně – vnitřní a vnější komponenty -

Vlastní konstrukce (většinou dodávaná vcelku)

-

Dveře s klikou a se zámkem (zámků je na výběr vícero druhů)

-

Krycí panely (záleží na uvažovaném krytí tj. min IP 40/20)

-

Hlavní vypínač (většinou jako hřibové tlačítko s aretací v provedení na dveřích)

-

Podstavec většinou výšky 100mm

-

Střecha pouze pro venkovní použití

-

Prostor s vývodkami nebo gumovou přírubou pro průchod kabelů

-

Identifikační štítek (dříve výrobní štítek na vnitřní straně dveří)

-

Název rozváděče a výrobce rozváděče

-

Informační a výstražné nálepky (blesky)

-

Signálky, ovladače a kapsa na výkresy

-

Protipožární úprava, např. EI-30 nebo EW-30 (většinou speciální úprava ve dveřích) Přední výrobci přístrojů, skříní a příslušenství pro rozváděče - ABB - HENSEL - DCK - KOPOS Kolín Holoubkov - LEGRAND - DEHN - OEZ Letohrad - EATON - RITTAL - FINDER - SALTEK - GHW Traiding - SCAME - HAGER

15

- SEZ – Dolný Kubín, Krompachy - SCHMATL - SCHNEIDER Electric - SCHRACK - SIEMENS - WAGO - WEIDMULLER


Josef Bartoníček

2016

1.3 Návrh rozváděče Dle projektu a požadavků zákazníka (investora) se do výroby rozváděčů dostane výkres požadovaného rozváděče. V projektu se určí základní parametry nutné k výrobě, které určí údaje, které se objeví mj. na identifikačním štítku. V závislosti na rozsáhlosti celkového objektu se vyrábějí všechny rozváděče ze stejného materiálu, který je vybrán z tendru společností potenciálních k dodání materiálu do celého objektu (potažmo zakázky). Výkres a veškerá dostupná dokumentace je v tuto chvíli nejpodstatnější a nejdůležitější pro vlastní výrobu. Je zde zakresleno veškeré zapojení pomocí schématických značek a popisků. Z výkresu se vypíše materiál s nahlédnutím k následujícím okolnostem: -

typ sítě - převážně typ TNC-S nebo TNS (TNC pro elektroměrové rozváděče)

-

velikost zkratového proudu Icw - běžně mezi 6kA až 15kA (tato zkratová odolnost se vztahuje především na kovové zkraty nikoli elektrické oblouky)

-

krytí IP - běžně IP40/20 nebo IP 40/00

-

vývody a přívody – vše spodem či horem nebo jejich kombinace

-

barva skříně a typ – běžně ocelovo-plechová skříň barvy RAL 7530

-

údaj o velikosti rozváděče a jeho umístění v rozvodně či v místnosti (rozváděče jsou dle konstrukce skříňové, nástěnné či zapuštěné)

-

požadavek na rezervu

Pokud není rozměrový výkres rozváděče součástí projektu je vhodné tento dokument vytvořit. Pro vlastní výrobu je tento rozměrový výkres velmi důležitý a většinou řeší navíc detaily, které nejsou ve vlastním projektu zahrnuty a tak zvaně se spoléhá na výrobce rozváděče, že si s danými detaily poradí. Rozměrový výkres zahrnuje většinu již výše zmíněných okolností a měl by být součástí výrobní dokumentace rozváděče a tudíž i celého projektu skutečného provedení. Na obrázku č. 6 je znázorněna ukázka skutečného rozměrového výkresu. Rozváděč RON87 má pět polí (In=630A). Skříně jsou od firmy Schrack Technik se speciální vestavbou S pro rozváděče se jmenovitým proudem nad 250A. Přívod a vývody má tento rozváděč vedené shora. V horní části je viditelné rozdělení rozváděče na jednotlivá pole a jejich rozměry. Ve spodní části jsou přehledné tabulky s počty svorek a vývodek opět pro jednotlivá pole. Od levé části jsou okótovány velikosti zákrytových panelů s výřezem pro modulové přístroje (výřez výšky 45mm a šířky dle montážních možností skříně) a případně panely bez výřezu. V dolní části je znázorněn způsob uchycení fázové měděné pásoviny na speciální držáky Delta a také napojení fázových vodičů na jednotlivé jistící komponenty. V horní části je navrženo uchycení měděné pásoviny PE na další speciální držáky a pásoviny N na nosné izolátory. V jednotlivých polích jsou rozděleny komponenty včetně umístění řadových svorek, dle výkresu rozváděče.

16


Josef Bartoníček

Obrázek 6 Příklad rozměrového výkresu rozváděče Zdroj: pracovní podklady pro montáž rozváděče firmy INSTALACE Praha, rok 2016

17

2016


Josef Bartoníček

2016

1.4 Atesty rozváděčů Po vypsání materiálu a následném objednání materiálu se pomocí rozměrového výkresu začne rozváděč vyrábět. Tento rozměrový výkres může a nemusí být součástí původního projektu, ale pro vlastní výrobu je nezbytný. Po výrobě se musí daný rozváděč prozkoušet a opatřit následujícími dokumenty s kladným hodnocením, že rozváděč úspěšně splňuje všechna kritéria, dle norem [3]. V rámci dokončení zakázky se spolu s rozváděčem odevzdává zákazníkovi výrobní dokumentace rozváděče, která se většinou liší od původního projektu včetně následujících dokumentů:

1.

ES Prohlášení o shodě dle ČSN EN ISO/EC 17050 a podle zákona č.22/97 Sb. v platném znění (příloha č. 1)

2.

Kusové ověření dle ČSN EN 61439-1 ed.2 (příloha č. 2)

3.

Krycí list – charakteristiky rozhraní (příloha č. 3)

Dále je ještě výrobce rozváděče povinen vypracovat následující dokumenty, ale ty neodevzdá spolu s rozváděčem zákazníkovi. V případě kontroly od ČOI (Česká obchodní inspekce), TIČR (Technická inspekce České Republiky) nebo dalších kontrolních orgánů je výrobce rozváděčů povinen tyto dokumenty poskytnout k nahlédnutí:

4.

Ověření návrhu dle ČSN EN 61439-1 ed.2 (příloha č. 4) Může obsahovat: výpočet zkratové odolnosti (pouze u rozváděčů se zkratovým proudem o hodnotě Icw ≥ 15kA)

5.

Výpočet oteplení rozváděče (příloha č. 5) 

Výpočet bude podrobně probrán ve čtvrté kapitole

Všechny tyto dokumenty si výrobce rozváděče archivuje minimálně 10 let včetně aktuální výrobní dokumentace rozváděče. Záruka na rozváděče většinou bývá 5 let. Další speciální certifikaci na prázdné skříně rozváděčů (a další výrobky, které se musí zkoušet) vydává EZÚ (Energetický zkušební ústav), která platí většinou 5 let a vydává se podle platných norem s datem vystavení. Po vypršení platnosti se znovu vydá nový certifikát opět dle platných norem v aktuálním znění. Certifikaci a zkoušení rozváděče se věnuje celá jedna norma ČSN EN 61439-1 ed.2 a tudíž nebudu v této práci rozvádět postup jednotlivých měření a zkoušek, ale pouze uvedu tyto dokumenty jako příklad v příloze této práce. Atesty rozváděče uvedené v příloze se vztahují k měřenému rozváděči R2F + RSP2F, více v kapitole č. 5.

18


Josef Bartoníček

2016

2 Problematika norem silových rozváděčů Technické normy nejsou dle zákona závazné, ale pouze doporučené. V případě složitých projektů nebo výrobků jako jsou například rozváděče, se musí dodržovat pro dodržení bezpečnosti při vlastní výrobě platné technické normy. Výrobek musí mít v příslušné výrobní dokumentaci zmíněné všechny technické normy, podle kterých se vyráběl. Norma, která se týká výpočtu oteplení je ČSN IEC 890 + A1 - Metoda stanovení oteplení extrapolací pro částečně typově zkoušené rozváděče (PTTA) pro spínací a řídicí zařízení nízkého napětí (platná od 1. 5. 1998). Bude podrobně popsána v kapitole č. 4. v rámci výpočtu oteplení rozváděče.

2.1 Normy ČSN pro výrobu rozváděčů V současnosti již neplatí normy řady ČSN EN 60 439-X (X je zástupný znak pro konkrétní normu z řady). Tato řada norem je plně nahrazena normami z řady ČSN EN 61 439-X. Normám ČSN EN 61 439-1 Rozváděče nízkého napětí – Část 1: Všeobecná ustanovení a ČSN EN 61 439-2 Rozváděče nízkého napětí – Část 2: Výkonové rozváděče byly v roce 2012 vydány už v druhé edici. Jedná se samozřejmě o tzv. harmonizované normy, tzn. české znění je obsahově shodné s normami platnými v ostatních zemích EU. Uvedené normy definují rozváděč nízkého napětí (dále jen nn) jako: kombinaci jednoho nebo více spínacích přístrojů nn spolu s přidruženými řídicími, měřicími, signalizačními, ochrannými, regulačními zařízeními, se všemi vnitřními elektrickými a mechanickými propojeními a konstrukčními částmi. Normy dále stanoví mj., že každý rozváděč musí být označen identifikačním (dříve výrobním) štítkem, znakem CE a musí pro něj být zpracováno ES prohlášení o shodě a dalšími dokumenty. [3] Proces harmonizace našich norem s normami evropskými, který započal v roce 2011, byl ukončen 3. 1. 2016, kdy byla zrušena poslední ze souběžně platících norem ČSN EN 60439-5 ed.2 (35 4107) z května 2007. 

ČSN EN 61439-1 ed.2 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 1: Všeobecná ustanovení ÚNMZ – S účinností od 23. 9. 2014 se nahrazuje ČSN EN 61439-1 (35 7107) z října 2010, která

do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Účelem této normy je harmonizovat, pokud je to proveditelné, všechna ustanovení a požadavky všeobecného charakteru, platná pro rozváděče nízkého napětí (dále jen rozváděče), aby se dosáhlo jednotnosti požadavků a ověřování pro rozváděče a aby se vyloučila potřeba ověřování podle jiných norem. Všechny požadavky různých norem pro rozváděče, které je možné považovat za všeobecné, byly tedy shromážděny v této základní normě spolu se specifickými aspekty, které mají velkou důležitost a použití, např. oteplení, dielektrické vlastnosti atd. [3]

19




Josef Bartoníček

2016

ČSN EN 61439-2 ed.2 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 2: Výkonové rozváděče ÚNMZ – S účinností od 23. 9. 2014 se nahrazuje ČSN EN 61439-2 (35 7107) z října 2010, která

do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato norma platí pro stabilní nebo mobilní, kryté nebo nekryté rozváděče, jejichž jmenovité napětí nepřesahuje 1 000 V u střídavého proudu nebo 1 500 V u stejnosměrného proudu. Jsou určené pro používání v souvislosti s výrobou, přenosem, rozvodem a přeměnou elektrické energie, a pro řízení elektrických spotřebičů. [4] 

ČSN EN 61439-3 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 3: Rozvodnice určené k provozování laiky (DBO) ÚNMZ – S účinností od 22. 3. 2015 se nahrazuje ČSN EN 60439-3 (35 7107) z února 1995, která

do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato norma definuje specifické požadavky na rozvodnice určené k provozování laiky (DBO). [5] 

ČSN EN 61439-4 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 4: Zvláštní požadavky na staveništní rozváděče (ACS) ÚNMZ – S účinností od 20. 12. 2015 se nahrazuje ČSN EN 60439-4 ed. 2 (35 7107) z května 2005,

která do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato norma definuje specifické požadavky na rozváděče nízkého napětí, určené pro používání na staveništích a podobných místech. [6] 

ČSN EN 61439-5 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 5: Rozváděče pro veřejné distribuční sítě ÚNMZ – Touto normou se nahrazuje ČSN EN 61439-5 ed. 2 (35 7107) z července 2015. S účinností

od 29. 9. 2017 se nahrazuje ČSN EN 61439-5 (35 7107) ze září 2011, která do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato norma uvádí specifické požadavky na distribuční rozváděče pro veřejné elektrické sítě (PENDA), což jsou stabilní rozváděče ověřené ověřovacími zkouškami definovanými v této normě. Tyto rozváděče se používají pro rozvod elektrické energie v trojfázových systémech (typická rozvodná síť je na obrázku 101). Na nekryté rozváděče se tato norma nevztahuje. Tato norma má stanovit definice a specifikovat provozní podmínky, konstrukční požadavky, technické charakteristiky a zkoušky pro PENDA. Parametry sítě mohou vyžadovat zkoušky při vyšších výkonnostních úrovních. [7] 

ČSN EN 61439-6 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 6: Přípojnicové rozvody ÚNMZ – S účinností od 27. 6. 2015 se nahrazuje ČSN EN 60439-2 ed. 2 (35 7107) z února 2001,

která do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato norma stanovuje provozní podmínky, konstrukční požadavky, technické charakteristiky a požadavky na ověření přípojnicových rozvodů. [8]

20




Josef Bartoníček

2016

ČSN EN 61439-0 (35 7107) - Rozváděče nízkého napětí – Část 0: Návod na specifikaci

rozváděčů ÚNMZ – datum vydání květen 2015, datum účinnosti červen 2016 [17] Tato norma obsahuje dokument informativního charakteru, přijatý v souladu se směrnicemi ISO/IEC, část 1, jako technická zpráva (TR) s označením IEC/TR 61439- 0:2013. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. UPOZORNĚNÍ: Převzetí TR do národních norem členů ISO/IEC není povinné a tato TR nemusí být převzata na národní úrovni jako normativní dokument. [9] 

ČSN EN 33 2000-4-41 ed.2 - Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem ÚNMZ – S účinností od 1. 2. 2009 se nahrazuje ČSN 33 2000-4-41 z února 2000, která

do uvedeného data platí společně s touto normou. [17] Tato norma stanoví základní požadavky na ochranná opatření, která je nutno v elektrických instalacích o napětí do 1 000 V provést, aby byla zajištěna ochrana osob před úrazem elektrickým proudem. Je založena na EN 61140, která je základní normou bezpečnosti, jež se uplatňuje na ochranu osob a hospodářských zvířat. Norma EN 61140 je určena k tomu, aby určila základní principy a požadavky, které jsou společné pro elektrické instalace a zařízení, nebo které jsou potřebné pro koordinaci těchto požadavků. Tato norma stanovuje podrobnější pravidla a požadavky na ochranu v elektrických instalacích, a to především v případě poruchy na elektrickém předmětu nebo připojovaném zařízení. Zabývá se také uplatněním a koordinací těchto požadavků ve vztahu k vnějším vlivům. Uvádí též pro určité případy požadavky na uplatnění doplňkové ochrany. [10] 

ČSN EN 62305-1 ed.2 (34 1390) - Ochrana před bleskem – Část 1: Obecné principy ÚNMZ – S účinností od 13. 1. 2014 se nahrazuje ČSN EN 62305-1 z listopadu 2006, která

do uvedeného data platí souběžně s touto normou. [17] Tato část IEC 62305 poskytuje obecné principy, které by měly být respektovány při ochraně staveb před bleskem, včetně jejich instalací a obsahu, stejně jako osob. Tato norma není určena pro: - železniční systémy - dopravní prostředky, lodě, letadla, námořní instalace - podzemní vysokotlaká potrubí - potrubí, silnoproudá elektrická a telekomunikační vedení, která nejsou připojena ke stavbám Tyto systémy obvykle podléhají zvláštním předpisům vydávaným různými konkrétními orgány. [11]

21


Josef Bartoníček

2016

3 Zatížitelnost silových rozváděčů s ohledem na oteplení V této kapitole se budu zabývat pojmy, jako jsou proudová zatížitelnost, součinitel soudobosti a ověření návrhu.

3.1 Pojem a stanovení velikosti zatížitelnosti rozváděče Proudová zatížitelnost rozváděče je definována jako maximální proud, který může být trvale veden bez poškození nebo zvýšeného nebezpečí poruchy v důsledku nadměrného oteplení nebo jiných mechanismů. Proudové zatížitelnosti jsou ověřovány podle standardní hodnoty teploty okolí a oteplení. Uživatelé mohou specifikovat nižší nebo vyšší teploty okolí, pokud to jejich aplikace vyžaduje. [15]

3.1.1 Důležité pojmy pro stanovení zatížitelnosti 

Jmenovitý proud InA Jmenovitý proud rozváděče je maximální zatěžovací proud, pro který je rozváděč navržen a který

má rozvádět. Je menší než součet jmenovitých proudů přívodních obvodů v rozváděči, které pracují paralelně, a než celkový proud, který může hlavní přípojnice rozvádět v konkrétním uspořádání rozváděče. 

Jmenovitý proud obvodů InC Pro tuto konkrétní aplikaci má uživatel specifikovat jmenovitý proud všech přívodních

a výstupních obvodů, které jsou požadovány v rozváděči. Výrobce potom zvolí příslušné součásti pro dosažení těchto jmenovitých proudů tak, že vezme v úvahu jmenovité hodnoty přístrojů v obvodu, jejich rozmístění a použití v rozváděči. 

Součinitel soudobosti (RDF) Všechny obvody v rozváděči jsou jednotlivě schopné vést trvale jmenovitý proud, který je jim

přiřazen, avšak proudová zatížitelnost jakéhokoliv obvodu může být ovlivněna sousedními obvody. Tato tepelná interakce je taková, že pokud má skupina sousedních obvodů v rozváděči pracovat při jmenovitém proudu současně, je nutné významné snížení výkonu součástí, aby se zajistilo, že nedojde k nadměrnému oteplení. V praxi je velmi nepravděpodobné, že bude požadováno, aby všechny obvody, nebo skupina sousedních obvodů v rozváděči vedly svůj jmenovitý proud trvale a současně. V typické aplikaci se značně liší typ a charakter zátěží. Některé obvody budou dimenzovány na základě nárazových proudů a přerušovaných nebo krátkodobých zatížení. Pragmatickým přístupem k této situaci vyskytující se v praxi je nesoudobost. Bere se v úvahu, že všechny výstupní obvody nebudou normálně plně zatíženy

22


Josef Bartoníček

2016

ve stejné době, a tím se vyloučí potřeba zajistit pro konkrétní aplikaci nadměrně dimenzované zařízení. Součinitel soudobosti specifikuje podmínky průměrného zatížení, pro něž je navržen rozváděč, nebo skupina obvodů v rozváděči. Součinitel soudobosti může být specifikován uživatelem tak, aby odpovídal aplikaci, nebo může být stanoven výrobcem, pro: skupiny obvodů či celý rozváděč. Podle IEC 890, tak i dle starší normy ČSN 35 7107 byl součinitel soudobosti roven jedné. Tato norma byla nahrazena normou ČSN EN 61439-1 ed.2 a v ní se uvažuje použití činitele soudobosti přímo do výpočtu oteplení rozváděče. S tímto ustanovením se výpočet „značně“ zjednodušuje. Součinitel soudobosti určuje projektant a případně výrobce rozváděče. 

Poměr průřezu nulového vodiče k fázovým vodičům Ve většině trojfázových sítí je zatížení na třech fázích přijatelně vyvážené. To má obvykle

za následek, že proud v nulovém vodiči je mnohem nižší než v odpovídajících fázích. Některá zatížení, zejména ta s významnými harmonickými složkami, mohou však vést ke zvýšeným proudům v nulovém vodiči. Průřez nulového vodiče bude v případě obvodů s průřezem fázového vodič do 16 mm2 včetně 100 % průřezu odpovídajících fází. Uživatel může specifikovat jiný poměr, je-li to považováno za nutné pro aplikaci. [15]

3.2 Softwarová podpora pro ověření návrhu rozváděče V této podkapitole uvedu několik softwarových programů, které si vyvinuli firmy, dodávající komponenty k výrobě rozváděčů nebo firmy, které se specializují na technickou podporu a softwarové inženýrství. Uvedené programy mají za účel pomoci projektantům či výrobcům rozváděčů zjednodušit návrh rozváděče při zachování platných norem pro výrobu a výpočet oteplení rozváděčů.

3.2.1 Schrack Design Schrack Design je softwarový nástroj, který Vám pomůže snadno a spolehlivě navrhnout elektrické rozváděče nízkého napětí podle aktuálních norem ČSN EN 61439-1, 2, 3 a ČSN IEC 890+A1. Součástí programu je kompletní produktová databáze komponentů Schrack Technik (jističe, chrániče, skříně pro rozváděče, aj.), která je pravidelně aktualizovaná. Ukázka programu je znázorněna na obrázku č. 7. Mezi neuvedené nevýhody patří nemožnost přidání materiálu od jiných firem, které se vyskytují v rozváděči. Většinou se skladba materiálu tvoří od různých výrobců. Hlavní výhody a přednosti programu: -

Návrh podle normy IEC 890+A1: Výpočtem tepelných ztrát v souladu s výše uvedenou normou se zajistí bezpečná funkce rozváděče

-

Kompletní průvodní dokumentace: Všechny požadované informace o výrobcích včetně všech ověřovacích certifikátů lze vytisknout společně s kompletní dokumentací rozváděče

-

Provázanost s e-shopem: Schrack Design umožňuje získat kompletní technické parametry a informace o výrobcích Schrack včetně objednání jednotlivých komponent [13] 23


Josef Bartoníček

2016

3.2.2 Eaton E-CONFIG Software E-Config je výrobní software pro přípravu cenových informací, technických specifikací, nabídek, objednávek, konfiguraci výrobků a návrh rozváděčů Eaton. Program lze využít mimo jiné pro nalezení ceny výrobku. Ukázka programu je znázorněna na obrázku č. 8. Mezi neuvedené výhody patří možnost při přidávání materiálu od jiných firem, dopsat k daným komponentům ztrátový výkon. Většinou se skladba materiálu tvoří od různých výrobců a tudíž i ztrátové výkony jsou různé. Program umožňuje vytvořit: -

seznam výrobků

-

sestavy

-

návrh rozváděčů, jejich osazení, výpočet hmotnosti a oteplení rozváděče

-

dokumentaci – technické specifikace, cenová relace

-

export do excelu a pdf, nastavení doplňkových parametrů

-

paralelní zpracování více projektů

-

databáze rozváděčů, výrobků a jejich částí [14]

3.2.3 Rittal Therm 6.3 Náročný výpočet potřeby klimatizace přebírá v celém rozsahu software Therm. Snadno ovladatelné uživatelské rozhraní umožňuje uživateli správně dimenzovat nároky na klimatizaci. Výsledkem propočtu je podrobná dokumentace, kterou můžete snadno vytisknout nebo zkopírovat do textového editoru. To vám dává maximální jistotu při propočtu klimatizačních komponent. Všechna vyhodnocení jsou založena na ustanoveních mezinárodních norem IEC/TR3 60890 AMD 1 a DIN 3168 pro chladicí jednotky rozváděčových skříní. Ověření oteplení dle požadavků normy ČSN EN 61439 lze vygenerovat pomocí jednoho tlačítka. Ukázka programu je na obrázku č. 9. Obsah vytvořené dokumentace programem a další výhody: -

Vypočtený povrch rozváděče

-

Vyzařovaný výkon uvolněný do okolí nebo absorbovaný z vnějšku

-

Potřebný chladicí výkon vypočtený na tomto základě

-

Vnitřní teplota skříně bez chlazení

-

Návrh možných alternativ

-

Schopnost práce v síti a obsahuje 16 jazyků

-

Editovatelná databáze se ztrátovými výkony standardních komponent

-

Propočty probíhají v souladu s normami IEC/TR3 60890 AMD 1 a DIN 3168

-

Výsledky lze se všemi údaji vytisknout nebo uložit jako soubor a dále zpracovávat v textovém editoru

-

Možnost současného propočtu více rozváděčů [16.1]

24


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 7 Ukázka programu Schrack Design Popis:

vlevo je katalogový výběr všech komponentů od firmy Schrack; uprostřed je vlastní náplň rozváděče a všech komponentů vložených z katalogu, v tomto poli je možnost provést výpočet oteplení (viz červené označení); vpravo je přepínání mezi jednotlivými okny, kde je možnost nakreslit výkres rozváděče v jednopólové, třípólovém schématu nebo si zobrazit přímo čelní pohled s umístěnými komponenty.

Zdroj:

vlastní použití programu ve firmě INSTALACE Praha v praxi

Obrázek 8 Ukázka programu Eaton E-Config Popis:

vlevo se nachází návrh rozložení komponentů v rozváděči, včetně možnosti výpočtu oteplení (viz červené

25


Josef Bartoníček

2016

označení) a vytvoření ověření návrhu a dalších atestů rozváděče; vpravo nahoře je stromová struktura databáze výrobku dle různých kategorií užití, včetně zobrazení obrázků a brutto ceny; vpravo dole se nachází další možnost výběru komponentů s možností vyhledávání dle různých kritérií. Zdroj:

vlastní použití programu ve firmě INSTALACE Praha v praxi

Obrázek 9 Ukázka programu Rittal Therm Popis:

vlevo: instalace chladicí jednotky na dveře, optimálně chlazená oblast nedosahuje ke stěně rozváděčové skříně; uprostřed: instalace chladicí jednotky na levé bočnici, všechny komponenty se nacházejí v optimálně chlazené oblasti; vpravo: v prostoru určenému pro proudění vzduchu se nenacházejí žádné překážky.

Zdroj:

webové stránky firmy Rittal [16.2].

26


Josef Bartoníček

2016

4 Výpočet oteplení rozváděče 4.1 Popis problému Tuto kapitolu věnuji výpočtu oteplení rozváděče dle normy: ČSN IEC 890 +A1 35 7110 - Metoda stanovení oteplení extrapolací pro částečně typově zkoušené rozváděče (PTTA) pro spínací a řídicí zařízení nízkého napětí. (platná od 1. 5. 1998) [17] Anotace normy dle ÚNMZ: „ČSN IEC 890 +A1 Následující metoda platí pro kryté PTTA nebo pro pole PTTA oddělená mezistěnami bez umělého větrání. POZNÁMKY 1 Vliv materiálů, které se obvykle používají pro kryty, jakož i tlouštěk stěn krytů na ustálené teploty je zanedbatelný. Metoda platí pro kryty vyrobené z ocelového plechu, hliníkového plechu, litiny, izolačního materiálu a podobných materiálů. U nekrytých a panelových PTTA není nutné žádné stanovení oteplení, je-li zřejmé, že nejsou pravděpodobné žádné nadměrné teploty vzduchu. Navržená metoda je určena pro stanovení oteplení vzduchu uvnitř krytu. POZNÁMKA - Teplota vzduchu uvnitř krytu je rovná teplotě okolního vzduchu vně krytu zvýšené o oteplení vzduchu uvnitř krytu, způsobené tepelnými ztrátami instalovaného zařízení. Není-li stanoveno jinak, teplota okolního vzduchu vně PTTA je teplota vzduchu, stanovená pro vnitřní instalaci PTTA (průměrná hodnota za 24 h) 35 °C. Jestliže teplota okolního vzduchu vně PTTA na místě použití překračuje 35 °C, tato vyšší teplota je považována za teplotu okolního vzduchu PTTA.“ [2] Jak je vidět, tak tato norma sice platí, ale stále používá termíny PTTA, které nové normy již nepoužívají, nicméně to na postupu výpočtu nic nemění. Tepelné ztráty jsou doprovodným jevem každého rozváděče. Jejich příčinou je ztrátový výkon proudových obvodů, vyvolaných průchodem elektrického proudu. Důsledkem je pak nárůst teploty jednotlivých elementů proudové dráhy. Teplotní rozdíl mezi proudovými obvody a vnitřním prostorem rozváděče vyvolá přestup tepla a nárůst vnitřní teploty. Následným přestupem tepla mezi vnitřním prostorem rozváděče a okolním prostředím se po určité době vytvoří tepelná rovnováha s ustáleným rozložením teploty. Cílem tepelného návrhu elektrického zařízení je dosáhnout takového rozložení teploty, při němž by nebyly za normálních provozních podmínek překročené tepelné meze, stanovené pro jeho jednotlivé části. [1], [23]

27


Josef Bartoníček

2016

4.2 Zdroje tepla a tepelné toky v rozváděči Každá část proudovodné dráhy vyrobená z klasických materiálů, klade průchodu elektrického proudu odpor. Činná složka tohoto odporu způsobuje výkonové (P) a energetické (E) ztráty, které lze vyjádřit vztahy: 𝑃 = 𝑅 ∙ 𝐼 2 [𝑊]

(1)

𝐸 =𝑃∙𝑡 [𝐽]

(2)

Vnějším projevem ztrátové energie je nárůst teploty proudovodné dráhy. Teplotní rozdíl mezi proudovodnou dráhou a okolním prostředím vyvolá tepelný tok 𝛷 proudovodné dráhy do vnitřního prostředí rozváděče. Zvýšení vnitřní teploty rozváděče má za následek ohřev jeho krytu a vznik tepelného toku mezi krytem a vnějším prostředím (obr. 10). Rozložením teplot na rozhraní vnitřního a vnějšího prostředí rozváděče je ovlivněno tepelnou vodivostí použitého

Obrázek 10 Tepelné toky v rozváděči

materiálu a tepelně výměnnými pochody v mezní povrchové vrstvě uvnitř a vně krytu . Typické rozložení teplot na rozhraní dvou prostředí je znázorněno na (obr. 11.). Velikost tepelného toku procházejícího krytem rozváděče je ovlivněna teplotní diferencí mezi vnitřním a vnějším prostředím, součinitelem prostupu tepla krytu K a jeho plochu. Kvantitativně lze tepelný tok popsat výrazem: 𝛷 = 𝐴 ∙ 𝐾 ∙ (𝜗𝑖 − 𝜗𝑐 ) [𝑊]

(3);

Φ − tepelný tok (W) A − plocha rozhraní (m2 ) K − součinitel prostupu tepla (Wm−2 K −1 ) ϑi − teplota vnitřního prostředí ϑc − teplota vnějšího prostředí Výpočet tepelného toku dle předchozího vztahu není na prvý pohled komplikovaný, avšak v praktických aplikacích je problematické určení součinitele tepla K. Je to dáno tím, že rozváděče mohou být instalovány

Obrázek 11 Rozložení teploty na rozhraní vnitřního a vnějšího prostoru rozváděče

různými způsoby (volně stojící, nástěnné, rohové, řadová zástavba volně stojící, rozváděče zcela obestavěné a podobně). Z těchto důvodů nelze výpočet tepelného toku provádět pouze na základě znalosti součinitele prostupu krytu, ale je nutné respektovat i způsob instalace rozváděče a tepelně vyzařovací vlastnosti jeho dílčích ploch A0i. [1], [23]

Zdroj:

uvedené obrázky č. 10, 11 jsou převzaty ze zdroje [23] 28


Josef Bartoníček

2016

Význam symbolů použitých v obrázcích č. 7 a 8: Pin - elektrický výkon, vstupující do rozváděče (W)

ϑe - vnější teplota (°C)

Pztr - ztrátový výkon vnitřního vybavení

ϑip - teplota vnitřního povrchu krytu (°C)

rozváděče (W)

ϑcp - teplota vnějšího povrchu krytu (°C)

Pout - elektrický výkon, vystupující z rozváděče (W)

 - tepelný tok (W)

ϑi - vnitřní teplota (°C)

4.3 Účinný chladící povrch rozváděče Na základě řady měření byly stanoveny tzv. součinitele povrchu bi, umožňující respektovat změněné podmínky způsobem instalace pro prostup tepla dílčími plochami A0i a tím přejít do skutečných „geometrických“ ploch krytů k tzv. účinným chladícím plochám Aei. Výpočet tepelného toku pomocí účinných chladících ploch umožňuje pracovat se součinitelem prostupu tepla K materiálu, použitého na výrobu krytu rozváděče. Výsledná účinná chladící plocha krytu Ae je pak dána výrazem: 𝑖=𝑛

𝐴𝑒 = ∑ 𝐴𝑂𝑖 ∙ 𝑏𝑖

(4)

𝑖=1

Způsob instalace (umístění) rozváděče

Součinitel bi

Kryt je shora přístupný

1,4

Kryt je shora nepřístupný (např. u vestavěných rozváděčů)

0,7

svislý povrch krytu (přední, boční nebo zadní panel) je přístupný

0,9

Zadní a boční přístup povrch je nepřístupný (např. při montáži na stěnu)

0,5

Boční povrchy v případě řadových rozváděčů jsou nepřístupné

0,5

Dno rozváděče

nebere se v úvahu

Tabulka 1 Součinitele povrchu bi pro různé způsoby instalace rozváděče

Symbol

Způsob zástavby

Vztah pro výpočet účinného chladícího povrchu Ae

Samostatné kryty přístupné ze všech stran

Ae = 1,8H(B + T) + 1,4BT

Samostatné kryty pro montáže ke zdi

Ae = 1,8TH + 1,4B(H + T)

Samostatný kryt umístěný bokem ke zdi

Ae = 1,4T(B + H) + 1,8BH

Samostatný kryt umístěný v rohu

Ae = 1,4H(B + T) + 1,4BT

Volně stojící řadový rozvaděč

Ae = 1,8HB + 1,4BT + TH

Řádový rozváděč pro montáž do zdi (vrch přístupný)

Ae = 1,4B(H + T) + HT

Řádový rozváděč pro montáž do zdi (vrch nepřístupný)

Ae = 1,4BH + 0,7BT + TH

Tabulka 2 Účinný chladicí povrch krytu pro různé způsoby zástavby rozváděče Popis tabulky:

šířka krytu B, výška krytu H, hloubka krytu T, specifikováno dle IEC 890

Zdroj: obě uvedené tabulky (1, 2) jsou ze zdroje [1]

29


Josef Bartoníček

2016

Zavedení parametrů účinného chladicího Ae umožňuje provést výpočet tepelného toku z krytu do okolního prostředí na základě součinitele přestupu tepla K použitého krytu. Typické hodnoty tohoto součinitele jsou následující: - pro celoplechový kryt rozváděče:

K 𝐹𝑒 ≅ 5,5 (W𝑚−2 𝐾 −1 )

- pro plastový kryt rozváděče:

K 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡 ≅ 3,5 (W𝑚−2 𝐾 −1 )

Kryt o účinném chladícím povrchu Ae tak vlastně reprezentuje volně stojící kryt, který má stejné ochlazovací vlastnosti, jako zastavěný kryt o ploše A0 dané jeho geometrickými rozměry. Tepelný tok  z krytu rozváděče do okolního prostředí je roven ztrátové energii prošlé za jednotku času plochou krytu. V ustáleném teplotním stavu je číselně roven vnitřnímu ztrátovému výkonu Pztr.  = A𝑒 K(𝑖 − 𝑒 )

(5);

Z předchozího vztahu lze jednoduchou úpravou vyjádřit vnitřní teplotu ϑi. Tento výpočet vnitřní teploty je však zatížen značnou chybou, neboť nerespektuje její rozložení uvnitř rozváděče. Proto je nutné použít postupu dle dokumentu IEC 890. [1], [23]

4.4 Výkonové ztráty prvků rozváděče Pro výpočet oteplení rozváděče je nutné znát výkonovou ztrátu jednotlivých prvků, z nichž je rozváděč sestaven. Při výpočtu dle metodiky uvedené v dokumentu IEC 890 se vychází z výkonové ztráty, vznikající při namáhání jednotlivých prvků jejich jmenovitým proudem. Celková výkonová ztráta je dána součtem ztrát všech prvků a je výchozí hodnotou pro výpočet oteplení. Tato hodnota se ještě násobí činitelem soudobosti (viz kapitola 3.1.1). V současnosti bývá v katalozích výrobků různých firem publikován údaj o ztrátovém výkonu prvků. Počet pólů / jm. proud

1P

1P+N

2P

3P

3P+N

Ztrátový výkon na přístroj ΔP [W]

In [A] 6

1,8

2

3,6

5,5

5,6

10

1,9

2,1

3,9

5,9

6,1

16

2,2

2,6

4,7

6,9

7,2

20

3,2

3,6

6,6

9,8

10,1

25

3

3,5

6,4

9,4

9,7

32

3,7

4,4

8,1

12,1

12,5

40

3,4

4,1

7,5

11,2

11,5

50

4,5

5,4

9,9

14,9

15,3

63

5,2

6,3

11,5

17,2

17,7

Tabulka 3 Ztrátové výkony jističů firmy Schrack Zdroj: katalog firmy Schrack Technik, strana 2 [24]

30


Josef Bartoníček

2016

4.5 Výpočet výkonových ztrát sběrnicových systémů Protože jmenovité proudy sběrnic se dosti podstatně mění v závislosti na teplotě okolí, úpravě jejich povrchů, počtu paralelně spojených vodičů a přípustného oteplení, je výhodné místo komplikovaného tabelárního vyjádření výkonové ztráty pro jednotlivé případy aplikací použít jednoduchého výpočtu. Pro sběrnicové systémy taktéž existují tabulky ztrátových výkonů pro jednotlivé druhy, které se v praxi používají do rozváděčů. V této práci tyto tabulky neuvádím, protože jsou dostupné v normách. [1], [23] V případě, že je znám střídavý odpor jednotkové délky sběrnicového systému, lze výkonové ztráty počítat pomocí vztahu: P𝑧 = Kde

Pz

𝐼2 ∙ 𝑟 ∙ 𝐿 1000 je výkonovou ztrátou (W)

(6);

I

provozní (resp. jmenovitý) proud sběrnice,

r

odpor jednoho metru sběrnice (m/m) - měrný odpor sběrnice

L

celkovou délku sběrnice, protékanou proudem I

4.6 Příklad výpočtu Volně stojící rozváděč R2F+RSP2F u zdi z ocelového plechu bez vnitřních přepážek má rozměry: -

šířka B: 1,2 m, výška H: 2,06 m, hloubka T: 0,3 m.

Jaká bude vnitřní teplota rozvaděče, je-li součinitel prostupu tepla jeho krytu K = 5,5 Wm-2K-1 , teplota okolí e = 25 °C a vnitřní ztrátový výkon Pztr = 150 W. Výpočet: a)

Účinný chladící povrch krytu je (tab. 2) Ae = 1,8TH + 1,4B(H + T)

Po dosazení do výrazu vyjde: 𝐴𝑒 = 1,8 ∙ 0,3 ∙ 2,06 + 1,4 ∙ 1,2 ∙ (2,06 + 0,3) = 5,07𝑚2 Výpočet průměrné vnitřní teploty: 𝜗𝑖 = 𝐴

𝛷

𝑒 ∙𝐾

b)

150

+ 𝜗𝑒 = 5,07∙5,5 + 25 = 30,37 ℃

Výpočet dle IEC 890 Oteplení ve střední výšce 0,5: 𝑥 ∆𝜗0,5 = k ∙ d ∙ 𝑃𝑧𝑡𝑟

Význam jednotlivých symbolů: k - konstanta krytu (v našem případě K = 0,18), d - součinitel respektující počet vodorovných přepážek v krytu rozvaděče (W), Pztr - ztrátový výkon vnitřního vybavení skříně (uzavřená, větraná v našem případě x = 0,804).

31


Josef Bartoníček

2016

Po číselném dosazení: ∆𝜗0,5 = 0,18 ∙ 1 ∙ 1500,804 𝑧𝑡𝑟 = 10,11 ℃ Teplota ve střední části rozváděče: 𝜗0,5 = 𝜗𝑖 + ∆𝜗0,5 = 25 + 10,11 = 35,11 ℃ Oteplení v horní části rozváděče 1,0 vychází z oteplení ve střední části 0,5 a je dáno vztahem: ∆𝜗1,0 = c ∙ ∆𝜗0,5 , kde c je součinitel rozložen í-te teploty, závislý na výšce krytu, ploše základny a způsobu stavby. V našem případě je c = 1,48. Po číselném dosazení vyjde: ∆𝜗1,0 = 1,48 ∙ 10,11 = 14,96 ℃ a teplota v horní části rozváděče bude: 𝜗1,0 = 𝜗𝑒 + ∆𝜗1,0 = 25 + 14,96 = 39,96 ℃ V porovnání s výpočtem bez uvážení vzorců vycházející z normy IEC890 vychází oteplení o 9,5 °C vyšší a zjednodušený výpočet ve variantě a) je zatížen chybou větší než 20%. Nutno podotknout, že ztrátový výkon rozváděče není v tomto případě počítán se součinitelem soudobosti rovným 1, ale dle výpočtu oteplení rozváděče (v příloze č.2) se tento součinitel rovná 0,15. Při výpočtu pomocí programu, který používáme ve firmě (Klimša – Rozváděče verze 3.0) [28] vyšlo oteplení rozváděče 30,75°C (příloha č. 5). To odpovídá výpočtové variantě a). Veškeré koeficienty jsem použil ze zdrojů [1], [23]

32


Josef Bartoníček

2016

5 Praktické ověření tepelných výpočtů měřením Hlavní důvod měření oteplení termokamerou je čistě praktický. Většinou dochází ke kontrole provozovaného zařízení po poruše nebo při špatném stavu daného zařízení. Mezi hledané závady patří hlavně oteplení poruchových míst, kde se zjistí např. neutažené vodiče ve svorkách či zjištění jiného místa kde vzniká neúměrně velký přechodový odpor. Termokamera je na tato měření velmi vhodná, protože se může měřit při zapnutém stavu zařízení. Při zapnutém stavu průchod proudu ohřeje ono porušené místo a na termokameře se zobrazí jako místo se zvýšenou teplotou oproti okolí.

5.1 Vlastní měření oteplení rozváděče termokamerou Mým úkolem bylo proměřit mnou zvolený rozváděč, který vyrobila firma INSTALACE Praha. Vybral jsem si rozváděč R2F + RSP2F (rozváděč je zobrazen na obrázku č. 12), který je v provozu v Administrativním Centru Enterprise v Praze. Daný rozváděč se nachází ve druhém nadzemním podlaží a slouží jako rozváděč společné spotřeby a zároveň jako patrový rozváděč. Je rozdělen do několika sekcí a má jak síťové, tak i zálohované napájení. Vzhledem k rozměrům a náplni jsou ve dveřích umístěny dvě větrací mřížky. (Výkres rozváděče: příloha č. 6, Rozměrové schéma rozváděče: příloha č. 7, Výdejka materiálu: příloha č. 8) Tento rozváděč jsem měřil s Ing. Stanislavem Mrázem z firmy ATICO Praha, který mi pomohl zhotovit snímky a poskytl mi podklady k termokameře včetně kalibračního listu (příloha č. 9). Termokamera je vyrobena firmou FLIR a její typové číslo je P65 (katalogový list: příloha č. 10). Měření proběhlo 11. 5. 2016. Teplota okolí v rozvodně s rozváděčem R2F + RSP2F byla 19°C. Jako doplňující měření jsme zhotovili snímky rozváděče RHS2 (6. pole) v hlavní rozvodně stejného objektu. K tomuto rozváděči není zahrnuta výrobní dokumentace, protože tento rozváděč není předmětem zkoumání této práce.

5.2 Praktický výsledek měření oteplení rozváděče Jako výsledky měření jsou použity snímky z termokamery. Pro vystihnutí nejvíce sálajících předmětů na snímku v dané zóně jsem vytvořil tabulky č. 4 a 5. Ke snímkům z termokamery jsou pořízeny i fotografie, které zobrazují měřené místo běžnou optikou člověka. Během měření jsem zjistil, že před rozváděčem není dostatek místa pro zhotovení celkového snímku pomocí této termokamery. Termokamera by pro tento celistvý snímek potřebovala aspoň 2m, což z důvodu vzduchotechniky umístěné na protější stěně bylo znemožněno. Celkový měřitelný prostor se tedy zmenšil na 1,5m. Novější typy termokamer by si s touto vzdáleností jistě poradily (lepší zobrazovací technika). Snímky, které jsme pořídili, mají velmi slušnou vypovídající hodnotu o oteplení daných částí rozváděče. Tyto měřené části byli při měření zatíženy, a tudíž se ohřály více nežli okolí a na termokameře byli dobře viditelné. Pro zhodnocení jsou pořízené snímky dostačující.

33


Josef Bartoníček

Obrázek 12 Pohled na rozváděč R2F + RSP2F, bez zákrytových panelů Zdroj: fotodokumentace během měření, Praha, autor: Josef Bartoníček, rok 2016

34

2016

Oteplení silových rozváděčů Zóna číslo #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7

Josef Bartoníček

2016

Nejvyšší teplota [°C] 63 63 37 37 26 36 41

Předmět nejvíce sálající 4ks Stykačů Eaton Z-SCH 25A, 2 zap. kontakty 4ks Instalačních relé Eaton Z-R230/SS, 2 zap. kontakty 1ks Instalační relé Eaton Z-R230/SS, 2 zap. kontakty 1ks Instalační relé Eaton Z-R230/SS, 2 zap. kontakty 1ks Zdroj Eaton PSG60E24RM 230V/24V DC, 60W 1ks Řídící relé CEAG 8ks Jističů Eaton PL7 B10A/1P; 8ks Stykačů Z-SCH 25A, 2 zap. kontakty Tabulka 4 Naměřené hodnoty z termokamery pro rozváděč R2F + RSP2F

Obrázek 13 Snímek z termokamery č. 1 Popis:

v zóně #1 jsou vidět zahřáté modulové stykače, které dle stupnice na snímku mohou mít teplotu v nejteplejším bodě (spodní okraj a svorkovnice) až 63°C, což podle katalogových listů výrobce těchto stykačů je už doporučeno dosadit distanční moduly, viz obrázek č. 14. v zóně #2 jsou vidět zahřátá instalační relé, které mají dle stupnice na snímku teplotu 63°C; a to nejen v místě připojení vodičů, ale i ve střední části vykazují tyto relé teplotu okolo 60°C; což podle katalogových listů výrobce těchto stykačů je už doporučeno dosadit distanční moduly, viz obrázek č. 15.

Obrázek 14 Zatížení stykačů Eaton Z-SCH Zdroj: katalog firmy Eaton, strana 213 [25]

Obrázek 15 Zatížení instalačních relé Eaton Zdroj: katalog firmy Eaton, strana 211 [25] 35


Josef Bartoníček

2016


v zóně #3 a #4 jsou vidět zahřátá instalační relé, které dle stupnice na snímku mohou mít teplotu v nejteplejším bodě (svorkovnice a střed přístroje) až 37°C, což podle katalogových listů výrobce těchto relé je dovolená provozní teplota, která je dle katalogu -20°C až +45°C2


v zóně #5 je vidět zahřátý napájecí zdroj, který dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (tělo přístroje a větrací mřížka) až 26°C, což podle katalogových listů výrobce tohoto zdroje je dovolená provozní teplota, která je dle katalogu3 -20°C až +80°C

2 3

Zdroj: katalog firmy Eaton, strana 212 [25] Zdroj: katalog firmy Eaton, strana V7-T6-5 [21]

36


Josef Bartoníček

2016


v zóně #6 je vidět zahřáté hlídací relé CEAG, které dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (tělo přístroje) až 36°C; v katalogovém listu4 výrobce tohoto relé není dovolená provozní teplota uvedena; předpokládám teplotu v rozmezí -20°C až +45°C, tudíž dovolenou provozní teplotu. v zóně #7 jsou vidět zahřáté jističe a instalační stykače, které dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (svorkovnice a tělo přístroje) až 41°C, což podle katalogových listů výrobce stykačů je dovolená provozní teplota, která je dle katalogu 5 -20°C až +45°C, ale pro jističe PL7 je korigovaná hodnota proudu v závislosti na teplotě okolí dána dle obrázku č. 19.

Obrázek 19 Vliv okolní teploty na jističe PL7 Zdroj: katalog firmy Eaton, strana 162 [25] Popis:

4 5

V našem případě máme v zóně #7 použité jističe PL7/B/10A/1P. Dle obr. 19 je okolní teplotu cca 40°C hodnota korigovaného proudu I=9,7A

Zdroj: katalogový list relé CEAG [22] Zdroj: katalog firmy Eaton, strana 162 [25]

37

Oteplení silových rozváděčů Zóna číslo #8.1, 8.2 #9

Josef Bartoníček

2016

Nejvyšší teplota [°C] 34 37

Předmět nejvíce sálající Fázové vodiče (přesný typ – průřez) připojené na jistič FA06 1ks Napájecí zdroj Schneider Phaseo 230/24V DC, 50W; 1ks Ethernetové rozhraní Schneider PowerLogic EGX100 #10 27 Kabel 1-CYKY-J 5x95mm2 připojený z jističe FA06 na fázovou měděnou sběrnici, rozměr 40x10mm #11 27 Kabel 1-CYKY-J 5x95mm2 připojený z jističe FA06 na fázovou měděnou sběrnic, rozměr 40x10mm #12 24 Kabel 1-CYKY-J 5x95mm2 připojený z jističe FA06 na fázovou měděnou sběrnici, rozměr 40x10mm #13 33 Kabel 1-CYKY-J 5x95mm2 připojený na jistič FA06 Tabulka 5 Naměřené hodnoty z termokamery pro rozváděč RHS2 - 6. pole


v zóně #8.1 a #8.2 je vidět zahřátý kabel 1-CYKY 5x95mm2, který dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (tělo kabelu) až 34°C, což podle katalogových listů výrobce tohoto kabelu je dovolená provozní teplota, která je dle katalogu 6 -30°C až +75°C v zóně #9 je vidět zahřátý modulární zdroj, který dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (tělo zdroje a připojovací místa) až 37°C, a dále je zde vidět zahřáté ethernetové rozhraní, které má teplotu přibližně 35°C; u těchto přístrojů jsem nezjišťoval jejich detailní parametry.

Obrázek 21 Snímek z termokamery č. 6

6

Zdroj: katalog firmy NTK-Cables, strana 36 [26]

38


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 22 Snímek z termokamery č. 7


v zóně #10, #11 a #12 je vidět zahřátý kabel 1-CYKY 5x95mm2, který dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (tělo kabelu) až 27°C, což podle katalogových listů výrobce tohoto kabelu je dovolená provozní teplota, která je dle katalogu 7 -30°C až +75°C


7

v zóně #13 je vidět zahřátý kabel 1-CYKY 5x95mm2, který dle stupnice na snímku může mít teplotu v nejteplejším bodě (výstup z jističe FA06) až 37°C, což je obdobný případ jako u snímků č. 6., 7. a 8.

Zdroj: katalog firmy NTK-Cables, strana 36 [26]

39


Josef Bartoníček

Proudová Typ jističe a elektronické Zatížení jednotlivých fázových hodnota spoušti vodičů jističe L1 L2 L3 FA06 200A NSX 250N + TM 250D 100 A 103 A 101 A FA07 200A NSX 250N + TM 200D 52 A 53 A 53 A FA08 40A NSX 100N + TM 40D 1,5 A 1,5 A 1,5 A FA09 630A NSX 630N + Micrologic 5A 70 A 70 A 99 A Tabulka 6 Naměřené proudové zatížení fázových vodičů v rozváděči RHS2 -6. pole Jistič číslo

2016 Změřená průměrná teplota 37 °C 30 °C 23 °C 28 °C

V tabulce č. 6. je uvedeno proudové zatížení jednotlivých fázových vodičů připojených na výkonové jističe, spolu s naměřenou teplotou termokamerou ze snímku 5.

Obrázek 25 Výkonové jističe v rozváděči RHS2, 6. pole Popis:

dané výkonové jističe jsou popsány v tabulce č. 6, zde je pohled na jejich rozmístění v rozváděči; na obrázku č. 20 jsou zobrazeny snímky z termokamery těchto jističů, kde je znatelné oteplení kabelů připojených na tyto jističe; výše uvedený snímek lépe ilustruje prostorové uspořádání jističů, mezery mezi jističi a je vidět poměr velikostí jednotlivých jističů.

Zdroj:

fotodokumentace během měření, Praha, autor: Josef Bartoníček, rok 2016

40


Josef Bartoníček

2016

Obrázek 26 Katalogový list kabelu 1-CYKY, výrobce NTK-Cables Zdroj:

katalog firmy NTK-Cables, strana 35, 36 [26]

Z tohoto katalogového listu, lze vyčíst, jaká je reálná proudová zatížitelnosti těchto kabelů při způsobu uložení buď na vzduchu či v zemi. Další hodnoty jsou vhodné pro projektanty a výrobce rozváděčů. Dle uvedených hodnot se dají navrhnout např. velikosti vývodek. Např. pro kabel 1-CYKYJ 5x70 je vhodná vývodka od firmy Scame8 velikost PG42.

8

Zdroj: katalog firmy SCAME, strana 84 [27]

41


Josef Bartoníček

2016

5.3 Zhodnocení měření oteplení termokamerou Během měření zvoleného rozváděče R2F+RSP2F se ukázalo, že především spínací prvky, které byli podrobeny snímkování termokamerou, opravdu sálají teplo do okolí. V následujících případech (zóny #3, #4, #5, #6, #7) byli naměřené hodnoty v normách (dle katalogu výrobce těchto přístrojů). Tzn., že přístroje mohou dále pracovat při běžném provozu bez dodatečných změn. V jiných případech (zóny #1, #2) se naměřené teploty těchto spínacích prvků dostaly mimo dovolené provozní hodnoty, dle katalogu výrobce. Výrobce uvádí v katalogu doporučené úpravy při zvýšených teplotách. Mezi uvedené úpravy patří přidání distančních modulů mezi dva vzájemně sousedící spínací prvky. Pro následující spínací prvky ze zóny #1 (snímek č. 1) doporučuji doplnění distančních modulů ke snížení teploty do dovolených provozních teplot. U prvků ze zóny #2 už tyto distanční moduly jsou použité, ale přesto naměřené hodnoty nejsou v dovolených hodnotách. V těchto případech doporučuji zvážit výměnu prvku za výkonnější prvek, který by zaručil menší oteplení okolí a zároveň by zvládl větší proudové zatížení. Ilustrace oteplení dalšího rozváděče RHS2 je zobrazena na snímcích č. 5 až 9. Tento rozváděč je vhodný na ilustraci oteplení silových vodičů připojených na výkonové jističe. Naměřené tepelné hodnoty kabelů jsou dle katalogových listů v korektních mezích provozních teplot. Při daném proudovém zatížení (viz tabulka č. 6) je dobře vidět správné naddimenzování kabelů pro dané odběrné místo v budově. Při bližším zkoumání výše uvedených snímků lze pozorovat kvalitně provedené spoje vodičů na fázové sběrnice. Kvalitně provedený spoj nesálá do okolí přebytečné teplo, které vzniká právě nekvalitně provedenými spoji. Z výše uvedených závěrů je vidět, že námi vytvořené snímky z termokamery zachycují pouze určité úseky, ale nikoli rozváděč jako celek. Přesto se dá odhadnout, že námi měřený rozváděče „netopil“ tolik, kolik jsem očekával. Tudíž měření termokamerou v tomto případě považuji za nevhodnou metodu pro ověření oteplení tohoto rozváděče. Kdybychom chtěli měřit oteplení rozváděče jako celku a ne jen jeho částí, tak by bylo měření velmi časově a prostorově náročné. I z tohoto důvodu se v praxi také měření moc často neprovádí. Je obvyklé měřit termokamerou přístroje či zařízení, které způsobili poruchu nebo se vyskytují v blízkosti porušeného či možného poruchového místa. Tyto poruchy mohou mít různý charakter, ale v převážné většině se jedná o poruchy tepelného charakteru. Poruchy tohoto charakteru mají většinou elektrický původ. Jedná se především o zkraty, dlouhodobé přetížení, zvýšení přechodových odporů a další závady způsobující oteplení daného místa, které je podrobeno měření. Tyto poruchy se nejlépe odhalí právě termokamerou.

42


Josef Bartoníček

2016

Závěr V práci jsem se zabýval tématem oteplení silových rozváděčů nízkého napětí. Toto téma je natolik složité a rozsáhlé, že se domnívám, že by bylo vhodné podrobit jej detailnějšímu zkoumání, které by umožnilo více úhlů pohledu. Seznámili jsme se s různými typy rozváděčů a uvedl jsem jejich základní použití v technické praxi. Výroba silových rozváděčů se dle mého názoru řadí mezi opravdu sofistikované odvětví výroby technických výrobků. Výrobce musí brát ohledy na projekt, zákazníka, ale zároveň se musí uživit na trhu práce a při tom všem si udržet určitou kvalitu a hodnotu své práce. Dalším odvětvím, které nepochybně patří k problematice rozváděčů, jsou technické normy. Tomuto tématu se věnují věhlasní odborníci a je opět natolik složité, rozsáhlé a navíc propojené s dalšími technickými, legislativními a právními úkony. Jak již bylo uvedeno, tak i přesto tuto odbornost nejsou zákonem normy závazné. Avšak pro zaručení bezpečnosti práce a dodržení správných technických postupů je doporučeno dodržovat normy v platném znění. V rámci zkoumání tématu jsem použil normu pro výpočet oteplení rozváděče. Dle této normy jsem uplatnil dva způsoby výpočtu. Pro další způsob výpočtu jsem použil program, kterým prověřujeme výpočet oteplení ve firmě Instalace Praha. Program vhodně vypočítal ztrátový výkon rozváděče, který jsem použil do výpočtu dle normy. Další metodou zkoumání problematiky oteplení rozváděčů bylo měření termokamerou na stavbě. Během měření jsem přišel na několik úskalí. Výsledek měření je takový, že není vhodné používat termokameru pro ověření celkového oteplení rozváděče. Daleko vhodnější je při měření termokamerou hledat „slabá“ místa rozváděče, přístroje či zařízení. Hledáním těchto závad se dá předejít možným ztrátám osob a majetku. Nicméně považuji samotné měření termokamerou pro mě osobně, jako velmi přínosné. Dle mého názoru je vhodné ke zlepšení a eliminaci zbytečných problémů, dodržovat technické postupy a normy, které se v každém technickém oboru vyskytují. Následně bych doporučil důkladnější kontrolu projektů před vlastní výrobou pomocí vhodné kombinace programů na výpočet oteplení. Dalo by se tím zabránit zbytečným a mnohdy neuskutečnitelným změnám v rozváděči. Kvalita projektu odpovídá i kvalitě rozváděče a proto je vhodné dbát zvýšenou pozornost již na začátku při zadávání zakázky. Jako další zlepšení bych doporučil měření termokamerou „slabých míst“ rozváděče po vlastní výrobě a podrobit tato měření důkladné analýze k posouzení závažnosti možné poruchovosti rozváděče. Vhodná kombinace norem, softwarové podpory, odborné technické zručnosti, perfektních projektů a trochou zdravého rozumu mě vede k závěru. Jako technik výroby rozváděčů ve firmě Instalace Praha si plně uvědomuji složitost vlastní výroby rozváděčů. Při zohlednění všech okolností, norem, přání zákazníka, přípravy, projektu a dalších úskalí je rozumné konzultovat složitosti a komplikace s dalšími zkušenějšími kolegy.

43


Josef Bartoníček

2016

Seznam literatury a informačních zdrojů Literatura a technické normy [1]

HERZIG, Zdeněk. Stanovení oteplení rozváděčů výpočtem. Praha: STRO.M,spol. s.r.o., 1995.

[2]

ČSN IEC 890 +A1 35 7110. Metoda stanovení oteplení extrapolací pro částečně typově zkoušené rozváděče (PTTA) pro spínací a řídicí zařízení nízkého napětí. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, duben 1998

[3]

ČSN EN 61439-1, ed. 2. Rozváděče nízkého napětí – Část 1: Všeobecná ustanovení. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, květen 2012

[4]

ČSN EN 61439-2, ed. 2. Rozváděče nízkého napětí – Část 2: Výkonové rozváděče. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, květen 2012

[5]

ČSN EN 61439-3. Rozváděče nízkého napětí – Část 3: Rozvodnice určené k provozování laiky (DBO). 1. vyd. Praha: ÚNMZ, říjen 2012

[6]

ČSN EN 61439-4. Rozváděče nízkého napětí – Část 4: Zvláštní požadavky na staveništní rozváděče (ACS). 1. vyd. Praha: ÚNMZ, srpen 2013

[7]

ČSN EN 61439-5, ed. 2. Rozváděče nízkého napětí – Část 5: Rozváděče pro veřejné distribuční sítě. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, září 2015

[8]

ČSN EN 61439-6. Rozváděče nízkého napětí – Část 6: Přípojnicové rozvody. 1. vyd. Praha: ÚNMZ, únor 2013

[9]

ČSN IEC/TR 61439-0. Rozváděče nízkého napětí – Část 0: Návod na specifikaci rozváděčů. 1. vyd. Praha: ÚNMZ, květen 2015

[10]

ČSN EN 33 2000-4-41, ed. 2. Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, srpen 2007

[11]

ČSN EN 62305-1, ed.2. Ochrana před bleskem – Část 1: Obecné principy. 2. vyd. Praha: ÚNMZ, září 20112

Internetové zdroje a katalogy [12]

Požadavky na umístění, provedení a zapojení měřících souprav u zákazníků a malých výroben s připojovaným výkonem do 250 kW připojených k elektrické síti nízkého napětí, https://www.eon.cz/-a6627?field=data [03/2016]

[13]

Schrack Design, Softwarová podpora pro Vaší každodenní práci, http://www.schrack.cz/schrack-digital/schrack-design/ [03/2016]

[14]

Nový E-Config 3.0, http://www.profiklubelektrotechniku.cz/novy-e-config-3-0.html [03/2016]

[15]

Proudová zatížitelnost rozváděče, http://www.elektroprumysl.cz/casopis/2016/brezen/index.html#30[04/2016]

[16.1]

Program na výpočet klimatizace rozváděčů, www.rittal.com/czcs/content/cs/support/software/projektieren/therm/Therm.jsp#rt-tab-2

[16.2]

Obrázek č. 9 https://www.rittal.com/imf/none/11_1812/ ; [04/2016]

[17]

Podrobné vyhledávání v normách, https://csnonline.unmz.cz/vyhledavani.aspx [04/2016]

44


Josef Bartoníček

2016

[18]

Obrázek č. 5 http://www.schneider-electric.com/en/product-image/63272-compact-nsx [03/2016]

[19]

Obrázek č. 5 http://www.fachowyelektryk.pl/images/stories/produkty/compact-nsx-schneider-electricaparat-z-funkcjami-pomiarowymi/compact-nsx-schneider.jpg [03/2016]

[20]

Obrázek č. 5 http://www.fachowyelektryk.pl/images/stories/produkty/compact-nsx-schneider-electricaparat-z-funkcjami-pomiarowymi/compact-nsx-schneider_4.jpg [03/2016]

[21]

Katalogový list, Eaton Power Suplies http://www.farnell.com/datasheets/1903584.pdf [05/2016]

[22]

Katalogový list, LP-STAR emergency lighting power supply in a compact design http://www.ceag.de/sites/ceag.de/files/products/datasheets/cooper-ceag-datasheet-three-phasemonitor_22.pdf [05/2016]

[23]

Tepelné ztráty rozváděčů, http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:AVpXSKuAki8J:fei1.vsb.cz/kat410/studium/st udijni_materialy/epez/spolecne/Tepelne_ztraty_rozvadecu.doc+&cd=1&hl=cs&ct=clnk&gl=cz [05/2016]

[24]

Katalog Schrack Technik, Jističe BMSO/Ztrátové výkony, rok vydání 2009, Praha

[25]

Katalog Eaton, Instalační přístroje, rok vydání 2013, Praha

[26]

Katalog NTK-Cables, Silové vodiče a kabely, rok vydání 2009, Praha

[27]

Katalog Scame, Systémy a komponenty pro elektrické instalace, rok vydání 2011, Praha

[28]

Program Klimša, Rozváděče verze 3.0 http://www.klimsa.cz/index.php?option=com_content&view=article&id=28&Itemid=33 [03/2016]

Fotodokumentace Veškerá použitá fotodokumentace z firmy INSTALACE, Praha byla vytvořena pracovníky této firmy. Tato dokumentace je zveřejněna se souhlasem pracovníků této firmy.

45


Josef Bartoníček

2016

Seznam obrázků a tabulek OBRÁZEK 1 HLAVNÍ ROZVADĚČ RH, 9 POLÍ, IN=1200A, DETAILY POLÍ ROZVÁDĚČE A POHLED NA ŘADU POLÍ ...... 10 OBRÁZEK 2 PŘÍKLAD ZAPOJENÍ ELEKTROMĚROVÉHO ROZVÁDĚČE ......................................................................... 11 OBRÁZEK 3 ROZVÁDĚČ R04-SHZ, 2. POLE ............................................................................................................ 13 OBRÁZEK 4. DETAIL ŘADOVÝCH SVOREK ............................................................................................................... 14 OBRÁZEK 5 VÝKONOVÝ JISTIČ SCHNEIDER ELECTRIC NSX ................................................................................... 15 OBRÁZEK 6 PŘÍKLAD ROZMĚROVÉHO VÝKRESU ROZVÁDĚČE ................................................................................. 17 OBRÁZEK 7 UKÁZKA PROGRAMU SCHRACK DESIGN .............................................................................................. 25 OBRÁZEK 8 UKÁZKA PROGRAMU EATON E-CONFIG .............................................................................................. 25 OBRÁZEK 9 UKÁZKA PROGRAMU RITTAL THERM .................................................................................................. 26 OBRÁZEK 10 TEPELNÉ TOKY V ROZVÁDĚČI ............................................................................................................ 28 OBRÁZEK 11 ROZLOŽENÍ TEPLOTY NA ROZHRANÍ VNITŘNÍHO A VNĚJŠÍHO PROSTORU ROZVÁDĚČE ....................... 28 OBRÁZEK 12 POHLED NA ROZVÁDĚČ R2F + RSP2F, BEZ ZÁKRYTOVÝCH PANELŮ ................................................. 34 OBRÁZEK 13 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 1 .......................................................................................................... 35 OBRÁZEK 14 ZATÍŽENÍ STYKAČŮ EATON Z-SCH ................................................................................................... 35 OBRÁZEK 15 ZATÍŽENÍ INSTALAČNÍCH RELÉ EATON .............................................................................................. 35 OBRÁZEK 16 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 2 .......................................................................................................... 36 OBRÁZEK 17 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 3 .......................................................................................................... 36 OBRÁZEK 18 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 4 .......................................................................................................... 37 OBRÁZEK 19 VLIV OKOLNÍ TEPLOTY NA JISTIČE PL7 ............................................................................................. 37 OBRÁZEK 20 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 5 .......................................................................................................... 38 OBRÁZEK 21 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 6 .......................................................................................................... 38 OBRÁZEK 22 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 7 .......................................................................................................... 39 OBRÁZEK 23 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 8 .......................................................................................................... 39 OBRÁZEK 24 SNÍMEK Z TERMOKAMERY Č. 9 .......................................................................................................... 39 OBRÁZEK 25 VÝKONOVÉ JISTIČE V ROZVÁDĚČI RHS2, 6. POLE ............................................................................. 40 OBRÁZEK 26 KATALOGOVÝ LIST KABELU 1-CYKY, VÝROBCE NTK-CABLES ....................................................... 41

TABULKA 1 SOUČINITELE POVRCHU BI PRO RŮZNÉ ZPŮSOBY INSTALACE ROZVÁDĚČE ........................................... 29 TABULKA 2 ÚČINNÝ CHLADICÍ POVRCH KRYTU PRO RŮZNÉ ZPŮSOBY ZÁSTAVBY ROZVÁDĚČE .............................. 29 TABULKA 3 ZTRÁTOVÉ VÝKONY JISTIČŮ FIRMY SCHRACK ..................................................................................... 30 TABULKA 4 NAMĚŘENÉ HODNOTY Z TERMOKAMERY PRO ROZVÁDĚČ R2F + RSP2F ............................................. 35 TABULKA 5 NAMĚŘENÉ HODNOTY Z TERMOKAMERY PRO ROZVÁDĚČ RHS2 - 6. POLE ........................................... 38 TABULKA 6 NAMĚŘENÉ PROUDOVÉ ZATÍŽENÍ FÁZOVÝCH VODIČŮ V ROZVÁDĚČI RHS2 -6. POLE........................... 40

46


Josef Bartoníček

2016

Přílohy Příloha 1 – ES Prohlášení o shodě dle ČSN EN ISO/EC 17050 a podle zákona č.22/97 Sb. v platném znění Příloha 2 – Krycí list – charakteristiky rozhraní Příloha 3 – Kusové ověření dle ČSN EN 61439-1 ed.2 Příloha 4 – Ověření návrhu dle ČSN EN 61439-1 ed.2 Příloha 5 – Výpočet oteplení rozváděče R2F + RSP2F Příloha 6 – Výkres rozváděče R2F + RSP2F Příloha 7 – Rozměrový výkres k výrobě rozváděče R2F + RSP2F Příloha 8 – Výdejka materiálu rozváděče R2F + RSP2F Příloha 9 – Kalibrační list termokamery FLIR P65 Příloha 10 – Katalogový list termokamery FLIR P65 Zdroj:

Přílohy 1 až 8 jsou dokumenty z vlastní výroby rozváděčů firmy Instalace Praha Přílohy 9 a 10 jsou dokumenty poskytnuté Ing. Mrázem z firmy Atico Praha

1

příloha č.1

příloha č.2

příloha č.3

příloha č.4

příloha č.5

35021

R2F + RSP 2F

1200

150 W

5,07

OR 257/2015

příloha č.6

příloha č.6 - pokračování

35021

35021

35021

35021

35021

35021

35021

příloha č.7

příloha č.8

příloha č.9

příloha č.10

Oteplení silových rozvaděčů. Warming power distributors

Recommend Documents