OSNOVE ELEKTROTEHNIKE   PRIMJER TROFAZNOG TROŠILA   

Ovdje analiziramo  konkretno trofazno trošilo. Trofazna trošila  predviđena su za veće snage. Osim štednjaka (kućanskih i profesionalnih) to su protočni bojleri,   trofazni elektromotori, razne peći za grijanje.  Napomena: Zbog jednostavne konstrukcije trofazni motori se izrađuju i za manje snage.

Štednjak kao  pojedinačno trošilo je specifično jer se kod njega prilikom uporabe mijenja režim rada u pogledu ukupne snage i jakosti struja u vodičima. Treba zapaziti razliku  ukupno instalirane  od trenutačno angažirane snage (angažirana snaga uvijek znatno manja od instalirane).Instalirana snaga je zbroj snaga svih trošila (ovdje grijača). Angažirana snaga je zbroj snaga svih trenutačno uključenih trošila (ovdje grijača). Treba napomenuti da  elektroenergetski sustav snabdjeva energijom "generalizirano trošilo" koje neprekidno mijenja svoje parametre. Zato dobavljači el.energije imaju poseban inf, sustav za upravljanje proizvodnjom i prijenosom energije. U raznim zadacima "iz trofaznih sustava" uglavnom razmatramo strujne i naponske prilike za jedan skup  parametara trošila . Štednjak je radno trošilo jer ima grijače koji su zapravo otpornici što znači da će struje biti u fazi s odgovarajućim naponom.

PRIMJER: Električni štednjak ima 4 grijače ploče(ringa) svaka ima nazivni napon 220V i snagu 1000W (max) te dva grijača u pećnici (220V/1000W). Priključen je na trofazni sustav 220/380V prema priloženoj shemi.

Treba odrediti:

1)       1.Struje u priključnom kabelu kada su svi grijači uključeni

2)       2.Isto kao pod 1) ali kada su uključeni samo grijači  pećnice (P1 i P2)

3)       3.Što će se dogoditi ako se u nekom trenutku uz uključenu pećnicu prekine nulti vodič u priključnom kabelu .

4.Što bi se dogodilo ako je došlo do zamjene vodova L1 i 0, a uključi se grijač (2).

 

 

Opis trošila i sheme

Najprije treba zapaziti da su ovdje zbog jednostavnosti zadani svi grijači jednake snage i to 1000W uz napon od 220 V. Po fazama su raspoređeni ovako: na fazu 1  mogu se spojiti grijači (1) i (4) na fazu 2 grijači (3) i  (P2) na fazu 3 grijači (2) i (P1). Spajanja pojedinih grijača se ostvaruju zatvaranjem odgovarajućih sklopki. U stvarnosti su te sklopke kao i grijači složeniji, jer moraju omogućiti i razne dodatne funkcije kao i  razne stupnjeve zagrijavanja. Postoje mehaničke i "dodirne" (elektroničke) sklopke.

Na shemi ima i dodatnih  elemenata čiju ulogu  treba razjasniti. To su : brojilo, FID sklopka, osigurači i zaštitni vodič (uzemljenja).Brojilo služi za mjerenje utroška energije.  Osigurači osiguravaju vodiče strujnih  krugova od prevelike struje (kratkog spoja ili preopterećenja). Postoje glavni osigurači ( prije brojila) i osigurači pojedinih strujnih krugova. Moraju se odabrati prema najvećoj  struji u pojedinom strujnom krugu. Osiguraći (rastalni i automatski) proizvode se standardno za struje 6,10,16,20,25....A. Treba dakako  utvrditi koju najveću struju  očekujemo u pojedinom strujnom krugu . U nul vodič se ne stavlja osigurać.

 Osim osiguraća važnu ulogu sa aspekta sigurnog korištenja  električne energije ima sistem uzemljenja i FID sklopka. Metalni dijelovi (kučište-tzv. masa) uređaja (ovdje štednjaka) mogli bi zbog kvara (npr. proboj grijača prema masi) doći na neki potencijal prema zemlji  (čak na 220 V).  Ako  korisnik dotakne kučište  to bi moglo biti pogubno (strujni udar) ,  jer bi kroz njega prema zemlji mogla poteći smrtonosna struja ili u manje opasnom slučaju struja koja izaziva ozljede i neugodu . Zato se putem posebnog tzv. zaštitnog vodiča kućište uređaja preventivno uzemljuje tako da struja odmah kod pojave kvara (prije  doticanja ) poteće kroz taj vodič prema zemlji. Ako je ta struja dovoljno velika  osigurač prekine strujni krug.  Posebno su u tom smislu opasni uređaji u kojima su grijači u  vodi (perilice i bojleri) tj. u dobrom kontaktu sa kućištem . Iako neki uređaji imaju nekakav  vlastiti spoj sa zemljom zbog priključka na vodovodnu ili plinsku instalaciju, postoji problem dobrog uzemljenja u smislu dovoljno malog otpora uzemljenja. Male struje koje bi se pojavile kod velikog otpora uzemljenja ne bi mogle djelovati na osigurač. Zato je tu FID (RCD residual current device) diferencijalna) sklopka.  „Dolazna i odlazna“ struja se propušte kroz elektromagnetski sustav koji isključuje  strujni krug kada postoji razlika  dolazne i odlazne struje. Kod trofaznog sustava  postoje tri  dolazne (L1,L2,L3)  i jedna odlazna struja (0). Poznato je da je (vektorski) zbroj tih struja nula.  No ako jedan dio struje ide prema zemlji zaobilaznim putem ( npr. kroz zaštitni vodič) zbroj neće biti nula i FID sklopka će reagirati tj. prekinuti kompletan dovod struje.  Zato se ova sklopka naziva diferencijalna, jer reagira kada se pojavi razlika struja. Postoje  dvopolne (za jednofazni priključak) i četveropolne . Standardno se proizvode  da reagiraju na razliku struja 30,300 i 500 mA, Osjetljivije (30  i manje mA ) ugrađuju  se kao zaštita za kupaonice. Ponekada osjetljiva sklopka čak prekida strujni krug i kada nema „vidljivog“ kvara i to zbog premalog otpora izolacije  i/ili kapacitivnih struja (tzv.curenje struje) .  Važna je dakako i nazivna struja  sklopke (npr. 25,40,...A), a s tim u vezi i prekidna snaga. Zainteresirani čitatelj neka potraži stranice sa detaljnim opisom sklopke....Ovdje treba kazati da za projektiranje , izradu i održavanje   el. instalacija  postoje posebni propisi . U tom smislu posebnu pažnju treba posvetiti održavanju tj. kontroli ispravnosti.

 

Nakon ovih objašnjenja možemo odgovarati na postavljena pitanja:

1.   1.Ako se sve sklopke uključe imamo u svakoj fazi dva jednaka grijača tj.opterećenje od po 2000 W. (ukupno 6 kW). To je ustvari simetrično trošilo u zvijezda spoju. U priključnom kabelu postoje jednake struje kroz fazne vodiče I=P/U=2000/220 =9,1 A koje su fazno pomaknute za po 120 stupnjeva tako da je njihov vektorski zbroj nula, a to znači da nema struje kroz nul vodič. Kroz zaštitni vodič također nema struje (jer nema kvara).

2.    2.Sada imamo u priključnom kabelu jednake struje kroz vodiče faze 2 i 3  i to  1000/220 =4,55  A koje su pomaknute za 120 stupnjeva pa je njihov zbroj opet    4,55 A. Dakle struja kroz vodič prve  faze je nula, a kroz vodiče faza 2 i 3 te nul vodič imamo po 4,55 A. Zaključujemo da struje koz vodiče priključnog kabela ovise o trenutačno uključenim grijačima.  Pitanje:  u kojem slučaju će biti najveća struja: 1) faznog vodiča 2.  nulvodiča  (proračun struja i vektorski prikaz pogledati ovdje) Na temelju najveće moguće struje treba odabrati osiguraće faznih vodiča.

3. Moramo voditi računa da su mogući razni kvarovi. Pogledajmo što bi se dogodilo u ovom slučaju, Nula je odspojena,  Sada su grijači  pećnice (otpori) spojeni u seriju. Na tom serijskom spoju postoji međufazni napon od 380 V  koji se dijeli na dva jednaka dijela. Svaki grijač dobiva 190 V  i sa tim u vezi smanji mu se snaga na 746  W.   Pretpostavljamo da je otpor grijača ostao jednak  (48,4 oma). . .. Znači da bi zagrijavanje pećnice  trajalo duže. Postoji struja od 3,92 A u vodičima faze 2 i 3. FID sklopka kod ovog kvara ne reagira. Brojilo registrira manji utrošak energije.

4.Taj grijač bi dobio međufazni napon (380V) koji je veći od nazivnog i došlo bi do kvara (pregaranja grijača ili  osigurača).

 

© I.Felja 2015.