Elektros tinklų sistemos ir jų elektrinės schemos

Apsauginio įžeminimo schema

Paaiškinimai:
Itrj - Trumpo jungimo srovė.
PEN - Apsauginis nulinis laidas.
Korpusas prijungtas prie PEN.

Įnulinimo schemoje, įnulinimo įžemėjimo srovė yra didesnė už apsauginio įžeminimo trumpo jungimo srovę, todėl daug greičiau suveikia apsaugos aparatai (automatiniai išjungėjai, srovės nuolatinės rėlės, izoliacijos kontrolės rėlės).
Kad avarinė linijos dalis būtų atjungta automatiškai, trumpo jungimo elektrinės grandinės varža turi būti maža.Varža faze-nulis eksploatacijos metu, turi būti tikrinama, taip pat periodiškai turi būti tikrinama įnulinimo grandinės elementai.

Įrenginių įžeminimo varžos turi būti periodiškai tikrinamos. Šios apsaugos efektyvumas užtikrinamas maitinimo šaltinio neutralės įžeminimu ir 0-linio laido pakartotinu įžeminimu.
Pakartotinas 0-linio laido įžeminimas sumažina įnulintame korpuse prisilietimo įtampa.

Įnulinimo privalumai šie:
Patikimai įnulintas įrenginys greit atjungiamas nuo tinklo, sumažinama prisilietimo įtampa.

Potencialo išlyginimas ir suvienodinimas

Potencialo išlyginimas – žemės paviršiaus potencialo keitimas srovės nuotėkio į neutralią žemę zonoje specialiais elektrodais arba išlyginamuoju tinklu.
Potencialų suvienodinimas – potencialų skirtumo tarp pasyviosios dalies, pašalinių laidžiųjų dalių, įžeminimo ir apsauginių laidininkų (PE), taip pat apsauginių nulinių laidininkų (PEN), prie kurių įmanoma vienu metu prisiliesti, sumažinimas, šias dalis elektriškai sujungiant tarpusavyje.

Elektros tinklų sistemos ir jų elektrinės schemos

Pagal elektrinių įrenginių įrengimo taisykles, kintamos srovės tinklas, priklausomai nuo neutralės įžeminimo būna skirstomi į 3-jų tinklų sistemas:

• IT
• TT
• TN -> TN-C TN-S)-> TN-C-S 

Tarptautinės elektronikos standartai nustato vartotojų tinklų skirstymą pagal neutralės įžeminimą  ir tinklo laidų maitinimo laidų konfiguraciją. Bendram tokių sistemų žymėjimui naudojami 4 simboliai.

1 simbolis.

I (Isolated) arba T . Simbolis I reiškia, kad visos maitinimo tinklų dalys yra izoliuotos nuo žemės

T (Terrain) reiškia mažiausio tinklo taško tiesioginį ir betarpišką ryšį su žeme. 

2 simbolis.

N nusako vartotojų imtuvų, laidžių korpusų ar darbinių dalių ryšio pobūdį su žeme(įrenginių įžeminimą)

T reiškia, kad visos įrenginių darbinės dalys ir laidžių korpusų dalys, nepriklausomai nuo sistemos rūšies turi tiesioginį ryšį su žeme, t.y. įžeminimas atskirų įžeminimo įrenginių.

3 simbolis

C arba S - tai laido funkcijos žymuo.

C (Common) reiškia, kad apsauginio žemės laido ir darbinio 0-linio laido funkcijos yra vykdomos vienu laidu ir jis vadinamas ida. 

S (Separated) reiškia, kad tos funkcijos vykdomos dvejais atskirais vienas nuo kito izoliuotais laidais. Vienas iš jų žymėjimas N kitas PE.

Pasiskaitymui:
https://www.e-tar.lt/portal/legalAct.html?documentId=TAR.6AF8895BD875

Rankos taisyklė nuolatinės srovės mašinoms

Indukuojamos EVJ kryptis arba Lorenco jėgos kryptis - Generatoriui

Mechaninė energija paverčiama elektrine.

Indukuojamos EVJ kryptis nustatoma dešiniosios rankos taisykle. Laikant dešiniąją ranka taip, kad magnetinės linijos būtų nukreiptos į delną (delnas atkreiptas į N polių), o atlenktas nykštys rodytų laidininko judėjimo kryptį, ištiesti keturi pirštai rodo indukuotos laidininke EVJ kryptį.

Elektromagnetinės jėgos kryptis arba Ampero jėgos nustatymas - Varikliui

Elektrinė energija paverčiama mechanine energija.

Laidininką kuris yra elektromagnetiniame lauke ir kuriuo teka srovė, veikia elektromagnetinė jėga.  

Fem =l*B*I;

l - dalies kuri yra magnetiniam lauke aktyvusis ilgis.

B - magnetinio lauko indukcija.

I - laidininku tekanti srovė.

Kairiąją ranką reikia laikyti taip, kad magnetinės linijos būtų nukreiptos į delną (delnas turi būti atkreiptas į N polių), o keturi ištiesti pirštai rodytų laidininko srovės kryptį; tuomet atlenktas nykštys rodo laidininką veikiančios jėgos kryptį.

Arba laidininką veikiančios jėgos krypčiai nustatyti galima naudoti Flemingo kairės rankos taisyklę:

B - magnetinio lauko kryptis.

I - srovės kryptis.

F - jėga kuria judės laidininkas.

Literatūra:

S.Masiokas Elektrotechnika 288 psl, Antrasis leidimas.

https://lt.wikipedia.org/wiki/Kairiosios_rankos_taisykl%C4%97

Principinių elektrinių schemų svarbiausi žymenys ir jų bendrieji vaizdai

Principinių elektrinių schemų svarbiausių elementų grafiniai žymenys ir jų bendrieji vaizdai.

Elektrinės schemos užduotis, grafinis darbas:

Nuolatinės srovės mašinos - generatoriaus režimas

Elektros mašina, vadinsime elektromagnetinį įrenginį, kuriame mechaninė energija yra paverčiama elektrine (generatorius) arba elektrinė energija - mechanine (variklis).

Visoms elektros mašinoms būdinga tai, kad kiekviena iš jų gali dirbti ir generatoriaus, ir variklio režimu, nes jokių esminių sandaros skirtumų tarp elektros generatoriaus ir variklio nėra.

Mechaniniu požiūriu galime išskirti dvi kiekvienos elektros mašinos dalis:

• nejudamąją dalį - statorių;
• judamąją dalį - rotorių.

Elektotechniniu požiūriu kiekvienos mašinos svarbiausios dalys yra:

• induktorius, kuris sudaro pagrindinį mašinos magnetinį srautą;
• inkaras, kuriama indukuojama EVJ ir teka darbinė srovė.

Nuolatinės srovės generatorius

1. Pagrindinės žadinimo apvijos polius.
2. Žadinimo apvijos.
3. Šepetėliai.
4. Kolektorius.
5. Poliai.
6. Rotorius.
7. Statorius.

Nuolatinės srovės mašinos inkaras su kolektoriumi (a).
Šepečiai ir jų laikikliai (b).
Inkaro magnetolaidis ir kolektoriaus pjūvis (c).

Nuolatinės srovės generatoriaus režimas

ω = 2 * π * n

ω - yra kampinis dažnis arba greitis matuojamas radianais per sekundę,

n-?

Generatoriaus inkarą sukame pastoviu kampiniu greičiu ω, laikrodžio rodyklės judėjimo kryptimi. Kiekviename inkaro laidininke indukuojama evj (e).

E = B * l * v

E = e1 + e2 = 2B*l*v

E - inkaro apvija indukuojant evj.

B - magnetinė indukcija.

l - ilgis.

v - linijinis greitis.

Kai inkaro laidininkai atsiranda geometrinėje neutralėje magnetinė indukcija B = 0.

Generatoriaus režimas

Generatoriaus modelis

Kai prie generatoriaus yra prijungtas imtuvas, išorine grandine ir inkaro laidininkais teka srovė. Kadangi laidininkai yra magnetiniame lauke, juos veikia elektromagnetinės jėgos Fem, kurių kryptis nusakoma kairiosios rankos taisykle. Ją pritaikę  pastebime, kad Fem kryptis yra priešinga rėmelio sukimo krypčiai. Šios jėgos kuria momentą, priešingą inkarą sukančiam momentui M.

Kuo didesnė srovė teka imtuvu, t. y. kuo didesnė jo galia P=UIa, tuo didesnės inkarą stabdančios elektromagnetinės jėgos Fem = IBIa . Tai reiškia, kad kuo didesnės galio imtuvas yra prijungtas prie generatoriaus, tuo didesnia galia ji turi sukti variklis (P = ωM), kad būtų ω= pastovi (const).

M - sukimosi momentas.

Literatūra:

S.Masiokas Elektrotechnika 286,291,294 psl, Antrasis leidimas.

http://topcom.lt/automobiliu-starteriai-ir-elektros-generatoriai-ir-ju-remonto-ypatumai/

Termistorius Varistorius

Termistorius – temperatūrai jautrus rezistorius, kurio varža kinta dėl jį veikiančios temperatūros pokyčio.

Termistoriai gali turėti teigiamą (PTC – angl. positive temperature coefficient), arba neigiamą 

(NTC – angl. negative temperature coefficient) temperatūrinį koeficientą. 

Rezistoriaus varžos pokytis gali būti sukeltas dėl aplinkos vidinės temperatūros didėjimo arba atvėsimo dėl skirtingų elektrinių apkrovų.

NTC simbolis
 Didėjant temperatūrai varža mažėja.

NTC kreivės charakteristika yra eksponentinė; ji priklauso naudojamo medžiagos tipo; pavidalo ir temperatūros pokyčio.

PTC simbolis
Didėjant temperatūrai varža mažėja.

Varistorius 

(VRD – angl. voltage dependant resistor) – naudojamas elektronikos grandinėse kaip įtampos mažinimui, stabilizavimui, apsaugojimui nuo kibirkščiavimo ir viršįtampės.

VRD simbolis
Didėjant temperatūrai varža mažėja.

Fotorezistorius

(LDR – angl. light dependent resistor) dar žinomas kaip fotorezistorius, tai komponentas kuris mažina varža padidinus apšvietimą arba didina varžą apšvietimui  priklausomai nuo apšvietimo arba didina varža apšvietimui sumažėjimus.

Rezistoriuje pokytis vyksta dėl vidinio fotoelektrinio efekto; laisvieji krūvių nešėjai yra generuojami puslaidininkine dėl medžiagos paviršiaus apšvietimo, taip didinamas laidumas.

LDR simbolis
Didėjant apšvietimui varža mažėja

Fotorezistorius naudojamas: light bariers, dimmers, flame monitors, fire alarms

Kirchhofo dėsnis

Pirmasis Kirchhofo dėsnis taikomas grandinės išsišakojimo mazgams. Kadangi krūviai mazguose nesikaupia, į mazgą sutekančių srovių algebrinė suma lygi nuliui:

Į mazgą įtekančios srovės laikomos teigiamomis, o iš mazgo ištekančios - neigiamomis.

Uždavinys su pirmu kirchhofo dėsniu:

Duota:
I1 = 6A
I2 = 3.5A
IB =  20A
IB = Bendra srovė

Rasti: I3

Sprendimas:
IB - I1 - I2 - I3 = 0
I3 = IB - I1 - I2
I3 = 20A - 6A - 3.4A
I3 = 10.5 A

Ats.: 10.5A


Antrasis Kirchhofo dėsnis taikomas bet kuriam šakotinės grandinės uždarajam kontūrui. Sąlyginai nurodžius atskirose grandinės dalyse srovės kryptį, pasirenkama teigiama kontūro apėjimo kryptis, t. y. srovės ir elektrovaros ta kryptimi teigiamos. Apeinant uždarą kontūrą ratu, potencialų skirtumas, algebrinė srovės stiprių ir varžų sandaugų atskirose uždarojo kontūro dalyse suma yra lygi tame kontūre esančių elektros šaltinių elektrovarų algebrinei sumai.

Kirchhofo įtampos taisyklė

Kirchhofo įtampos taisyklė:
ΣE = ΣU = Σ(I*R)

EVJ = V1 + V2 +V3

12V = 2V + 4V + 6V

Arba:

ΣE -Σ(I*R) = 0

EVJ - V1 - V2 - V3 = 0

12V - 2V - 4 V -6 V = 0V

EVJ kryptis pagal laikrodžio rodyklę laikoma teigiama, prieš laikrodžio rodyklę neigiama.

Srovių kryptys laikomas pagal laikrodžio rodyklę +, prieš laikrodžio rodykle - .

Kiekviename uždarame elektrinės grandinės kontūre visų EVJ algebrinė suma yra lygi įtampų kritimui visuose nuosekliai įjungtose į tą kontūrą rezistorių algebrinei sumai.

Užduotis su antru Kirchhofo dėsniu.
Apskaičiuokite srovę grandinėje, jei AVJ = 60V, o akumuliatoriaus baterija 40V, kiekvieno šaltinio vidinė varža 0.5Ω, o imtuvo varža 4Ω.

Duota:
Uavj = 60V
Ub = 40V
Ra = 4Ω
Ravj=0.5Ω
Rbat = 0.5Ω
Ubat - Baterijos įtampa.
Rbat  - Baterijos varža.
Rb - bendras varža.

Rasti: I

Sprendimas:
U = Uavj + Ubat = 60V + 40V = 100V
I = U/Rb = 100 V / 4Ω + 0.5Ω + 0.5Ω  = 20A

Ats:.20A

Medžiagos ir lauko struktūra

Svarbiausia yra 4 ryšių tipai:

• Kovalentinis
• Joninis
• Metališkasis
• Molekulinis

* Kovalentinis ryšys:

Žodžio covalent = co- + valence kilmė.

co - priešdėlis reiškia: kartu, abipusiai, bendrai. Iš lotynų valentia "jėga, sugebėjimas," Šaknis *wal- "būti stipriam", iš čia lietuvių kalbos žodis: valdyti.

Kovalentiniu ryšiu gali jungtis vienodų cheminių elementų atomai, sudarydami molekulę, kuriuos atomų valentiniai elektronai tampa bendri vienai molekulei. Šiuo ryšiu jungdamiesi atomai sudaro kristalą.

*Joninis ryšys:

Žodžio, ion kilmė: 

Šaknis ei- (1) "eiti, vaikščioti." Taip vadinama todėl, kad jonai, juda link priešingo krūvio elektrodo. Susijęs lietuvių kalbos žodis: "eiti"

Joninis ryšys būdingas kristalinės struktūros medžiagoms. Kristalus išlaiko, teigiamųjų ir neigiamųjų traukos jėgos. tai tvirtos medžiagos su tankia arba reta jonine struktūra.

*Metališkasis ryšys:

Šiam ryšiui būdinga tai, kad teigiamieji metalų jonai sudaro tvirtas geometriškai taisyklingas geometrines gardeles. Jų teigiamą krūvį kompensuoja visai medžiagai bendri laisvieji elektronai, galintys dreifuoti ne tik kristalinėje gardelėje, bet ir visoje medžiagoje. Laisvųjų elektronų kiekis medžiagoje yra po 1-2 elektronus nuo kiekvieno atomo. Tai milžiniškas kiekis. Dėl to metalams būdingi elektrinis bei šilumos laidumai, savitas blizgesys. Metalų kalumas aiškinamas atomų sluoksnių persistūmimu kristaluose.

*Molekulinis ryšys:

Šis ryšys būdingas medžiagoms su kovalentiniu ryšiu. Gretimų molekulių valentiniai elektronai juda taip, kad kiekvienu laiko momentu yra traukiami, teigiamuoju gretimosios molekulės jonu. Tai nėra tvirtas ryšys. Medžiagos su šiuo ryšiu lydosi žemesnėse temperatūroje.

Elektros energijos paskirstymas ir gamyba

Elektrinės gaminama elektros energija ~30kV. Nors Gali būti ir mažiau, kur nedidelės elektrinės.

Žema įtampa iki 1000V, arba 1kV.
Aukšta įtampa virš 1000V ir daugiau.

Žemos įtampos skirstomieji įrenginiai skirti 0,4kV elektros energijos paskirstymui.

Elektros klasifikacija pagal energijos paskirstymą

Pagal elektros tiekimo patikimumo reikalavimus vartotojai skirstomi:

1. Elektros imtuvai, dėl kurių nutrūkus kyla grėsmė žmogaus gyvybei, sutrinka sudėtingi techniniai procesai. 

Šiai kategorijai priskiriam: ryšio mazgų, teatrų, kino klubų, su nemažesnėmis kaip 200 vietų žiūrovų salėmis, universalinių parduotuvių, ligoninių ir operacinių, greitosios pagalbos punktų ir kt... Šie vartotojai turi turėti 2 atskirus elektros energijos tiekimo šaltinius ir automatinio rezervo įrengimų (Nuosavą generatorių arba kitą autonominį maitinimo šaltinį).

2. Tai elektros imtuvai dėl kurių nutrūkus elektros perdavimui patiriama gamybos produkcijos nuostolių, susidaro masinės darbuotojų  ir mechanizmų prastovos.

Šiai kategorijai priskiriama: 8-16 aukštų gyvenamieji namai, visuomeniniai administraciniai pastatai, mokyklos ir mokymo kompleksai. Jiems elektros tiekimas gali būti nutrauktas kaip nustatyta, laikui per kurį, operatyvinė brigada spėja įjungti rezervinį maitinimo šaltinį.

* Tai visi kiti elektros imtuvai, kuriems netaikomi 1,2 kategorijų reikalavimai.

Šiai kategorijai priskiriam: gamyklos, pagalbiniai cechai, gamyklinės dirbtuvės, nedidelės gyvenvietės imtuvai.

Jiems leistina nutraukti elektros energijos tiekimą neilgiau kaip vieną parą,

Elektros įrenginių įžeminimas ir įnulinimas

Elektros įrenginys turi dvi elektrines dalis:

* Aktyvioji el. įrenginio dalis - tai ta elektros įrenginio dalis, kurią normaliomis darbo sąlygomis teka elektros srovė ir neturi ryšio su įžeminimo kontūru, tačiau elektrinis ryšys gali atsirasti pablogėjus laidų izoliacijai.

*Pasyvioji el. įrenginio dali, kuria normaliomis darbo sąlygomis srovė neteka, bet ji laidi elektros srovei ir įtampa gali atsirasti pablogėjus laidų izoliacijai.

Pasyvioji elektrinė įrenginio dalis visada turi būti įžeminta.

Apsauginio įžeminimo kontakto sandara

1. Varžtas
2. Plokščia poveržlė
3. Įžeminamas metalinis korpusas
4. Karpyta poveržlė
5. Veržlė
6. Plokščia poveržlė
7. Apsauginio laido kontaktas
8. Plokščia poveržlė
9. Spyruoklinė poveržlė
10. Veržlė

Apžiūrint elektros įrenginį pirmiausiai reikia įsitikinti ar kokybiškai įžeminta pasyvioji dalis - metalinis korpusas.

Dirbtiniai įžemintuvai:
Tai elektrodai, kurie yra įkalami į žemę elektrinių įrenginių įžeminimui. Jie turi būti: variniai, plieniniai arba gelžbetoniniai - nedažyti. Plieniniai įžemintuvai gali būti padengti arba nepadengti laidžia antikorozine danga.

• Elektros įrenginys prijungtas prie 3 fazių tinklo.
• (juodai paryškinta linija kairėje) 0 - linis mazgas žemės atžvilgiu nėra įžeminimas.
• Tarp žemės ir perdavimo linijos yra menama varža - oras. Sausas oras didina varžą, kai drėgnas - mažina.
• Tarp žemės ir laidų yra menamas kondensatorius.
• Jei įvyko trumpas jungimas ant korpuso ir žmogus prisilietė prie korpuso įrenginio, tuomet įžeminimo varža bus daug kartų mažesnė nei žmogaus, todėl per žmogų tekės nedidelė srovė. 

Odos varža: ~8kΩ - 10kΩ
Apsauginio įžeminimo varža, nedidesnė nei: 10Ω

Laidumas priklauso nuo kūno sąlyčio su elektrine grandine vietos ir būklės – sausa oda yra blogesnis laidininkas negu drėgna.

Priklausomai nuo žmogaus varža gali svyruoti. gali siekti ir ~100,000Ω.  

Aukštai įtampa pramušant odą, ir varža sumažėja, kadangi organų varža mažesnė jei odos ~ 800Ω-1000Ω.

Pasiskaitymui:

http://www.elektronika.lt/teorija/157/2892/izeminimu-d-u-k/#1

Elektros gaminių grafinis žymėjimas schemoje ir jų raidiniai kodai

FU, FU2...FUn

Saugiklis.

Saugiklis, kuris apsaugo elektrines grandines nuo trumpo jungimo ir didelių perkrovos srovių.

Techniškai teisingas tarimas: Išsilydė lydusis tirptukas.

SF1

Vienpolis automatinis jungiklis.

Automatinis jungiklis C 25A vienpolis ABB.

Vienpolis automatinis jungiklis. Šis automatinis jungiklis apsaugo elektrines grandines nuo jungimo ir perkrovos srovių.

Tiesi rodyklė sako, kad automatinis jungiklis apsaugo grandines nuo trumpo jungimo srovių.
Rodyklė su laužtine linija sako, kad automatinis jungiklis apsaugo grandinę nuo perkrovos srovių.
Pirma S raide žymima , kai aparatai neturi kontaktinio ryšio su jėgos grandine. C20 (skirta galingiems el. įrenginiams)

QF1

Tripolis automatinis išjungėjas.

Automatinis jungiklis C 25A tripolis ABB.

Tripolis automatinis išjungėjas skirtas jėgos grandinėms,

SBC1 (S-Switch; B - Button; C - connect)

Sujungiamasis mygtukas.

Sujungiamasis mygtukas skirtas sujungti elektrinėms grandinėms.

Pasukamas sujungiamas kontaktas.

Pasukamas atjungiamasis kontaktas.

Magnetinio paleidimo kontaktas.

Laiko rėlės sujungiamieji kontaktai su atjungimo/sujungimo delsa.

Jungiklis su fiksuota padėtimi.

Avarinis mygtukas.

Avarinis mygtukas.

Vienpolis/Dvipolis jungiklis.

Vienpolis/Dvipolis jungiklis.

Perjungiklis keliomis kryptimis.

Perjungiklis iš kelių vietų.

Kryžminis perjungiklis iš kelių vietų.

Dviejų kontaktų kištuko lizdas su kontaktu.

Dviejų kontaktų kištuko lizdas.

Kontaktinis gnybtas.

Dvygislis/Trygislis kabelis.

Laidas nuvestas tinke ir virš laido.

Oro perdavimo linija.

Virš įtampos iškroviklis,
kai atsiranda didelė srovė, ji nuteka į žemę.

Nuorodos:

http://documents.tips/documents/emusial-elektros-energetiniai-irengimai-ir-instaliacija.html

Nuolatinės energijos šaltiniai

Nuolatinės srovės šaltinio EVJ kryptis nurodoma iš (-) į (+).

Akumuliatorius

Generatorius
Ri -inkaro varža

Nuolatines ir kintamos srovės generatoriai

Fotoelementas

Kad elektros grandine tekėtų elektros srovė būtinos 2 sąlygos:

1. Nagrinėjamoje erdvėje yra laisvųjų krūvininkų;
2. Turi būti elektrinis laukas, kuris veikia laisvuosius krūvius ir juos verčia kryptingai judėti.

Tekant elektros srovei atsiranda

• Šiluminis veikimas: laidininkai įšyla.
• Dinaminis veikimas: gali kisti medžiagų dinaminė sudėtis.
• Magnetinis veikimas: sukuriamas magnetinis laukas aplink laidininką

1. Rūšies laidininkai: metalai
2. Rūšies laidininkai: druskos, rūgštys, šarmai

Omo dėsnis grandinės daliai

Uab = I * R ( 1 Voltas =  1 Amperas *  1 Omas)

Elektrinės grandinės parametrai: nuolatinio šaltinio įtampa, srovė ir varža, bei galia.

Pasitikrinimui:
Omo dėsnio skaičiuoklė - Nuoroda.