OBNOVA ZNANJA

Pregled ciljeva, sadržaja poglavlja i aktivnosti

U ovom poglavlju je cilj da se prisjetimo osnovnih pojmova iz elektrotehnike koji će nam kasnije biti od velike važnosti za savladavanje tečaja. Prije početka obnove znanja treba ispuniti test predznanja koji se nalazi u bloku Zadaće s desne strane sučelja. Na kraju ovog poglavlja možete u okviru diskusije predložiti pojmove za koje smatrate da ih treba uvrstiti u Rječnik. Učešće u diskusiji se boduje.

Nastavne lekcije

U ovom poglavlju ćemo obraditi dvije lekcije:

1. Ispit predznanja- sastoji se od ispunjavanja testa u kojem su ponuđeni odgovori od kojih jedan ili više može biti ispravno. Test se sastoji od pitanja iz osnova elektrotehnike i osnovnih matematičkih operacija i fizikalnih pojmova koji će nam kasnije biti od koristi.

2. Osnovni pojmovi  iz osnova elektrotehnike – u sklopu ove lekcije ponoviti ćemo osnovne pojmove i zakonitosti iz elektrotehnike vezane za EEN postrojenja:

-       Vrste izvora struje

-       Električni otpor

-       Osnovni zakoni elektrotehnike

-       Struje u postrojenju

-       Princip rada generatora

-       Princip rada elektromotora

-       Princip rada transformatora

-       Frekvencija

-       Snage i stupanj korisnosti

-       Faktor snage

-       Uzemljenje, uzemljivač, izjednačenje potencijala

-       Koordinacija izolacije

Ispit predznanja

Osnovni pojmovi iz osnova elektrotehnike

ELEKTROTEHNIKA

1. OSNOVE ELEKTROTEHNIKE

Električna struja je usmjereno gibanje slobodnih elektrona kroz vodić. Jedinica za mjerenje je Amper, kratica je A, a instrument je ampermetar koji se u strujni krug spaja u seriju s trošilom.

1. 1. Vrste izvora struje

Električna struja se može dobiti kemijskom reakcijom različitih metala i

elektrolita, pa se takvi izvori zovu kemijskim izvorima električne struje. Takvi izvori u praksi su poznati kao akumulatori razlčitih vtsta i baterije zazličitih vrsta. Pravilo nastanka struje kemijskim putem valja u praksi upamtiti, jer, gdje se god nađu u međusobnoj blizini dva različita metala, a među njima vlažni sloj tvari koja provodi struju, nastaje protjecanje električne struje praćeno razaranjem jednog od prisutnih metala. Ove struje se zovu Galvanske struje, a njihovo djelovanje se zove kemijsko djelovanje električne struje.

Električna struja nastaje i u žičanoj zavojnici ako je izložena djelovanju

promjenljivog magnetskog polja. To je princip rada električnog generatora. Nastala pojava ovim putem zove se elektromagnetska indukcija, a nastala struja je inducirana struja odnosno napon. Pravilo elektromagnetske indukcije u praksi valja upamtiti, jer, kad se god bilo kakav vodić elektriciteta nađe u promjenljivom magnetskom polju u vodiću se javlja električna struja. Te struje mogu biti manje ili više opasne po život i treba ih se čuvati.

Ako po jedan kraj dva različita metala (žice, šipke) spojimo čvrsto (zavarimo) i to

spojeno mjesto grijemo, na slobodnim krajevima će se pojaviti elktrični napon, odnosno kod zatvorenog strujnog kruga poteći će električna struja. Ovakav uređaj se zove termoelement. U praksi ga koristimo za mjerenje temperatura (limova i namotaja generatora i transformatora, zagrijanost ležajeva turbine i generatora i sl.).

Kada dvije metalne ploče različitih materijala spojimo međusobno pa jednu

izložimo djelovanju snopa svjetla, među njima će se pojaviti električni napon. Naprava se zove fotoelement. U praksi ga koristimo kao foto ćeliju koja otvara ili zatvara određene strujne krugove kad je osvijetljena ili kad nije osvijetljena. Paljenje i gašenje ulične rasvjete, otvaranje i zatvaranje ulaznih vrata zgrade ili dizala i sl.

Navedena četiri načina nastanka električne struje su zapravo i njena četiri načina djelovanja na vodiće i okolinu :

Električna struja prolazeći kroz elektrolite razlaže ih na dva dijela – pozitivne i

negativne ione i to je kemijsko djelovanje električne struje. Ovu pojavu treba dobro upamtiti, jer kako je čovjekov (živi) organizam građen od žitkog tkiva (poput elektrolita), prolazak struje kroz organizam razlaže tkivo na različite dijelove i time ga uništava (prestanak rada organa usled strujnog udara).

Električna struja prolazeći kroz žičani svitak (vodć bilo kakvog sastava i oblika)

oko njega stvara magnetsko polje, pa se ta pojava zove magnetsko djelovanje električne struje. U praksi treba uzeti u obzir moguću jakost takvog polja, bilo da je željeno ili nastane kao neželjena pojava.

Ako se ovakav svitak s magnetskim poljem, nađe u prostoru drugog magnetskog polja, među njima nastaje odbojna sila koja pomiče svitak. To je princip rada elektromotora. Pojava je i obrnuta, kad se vodić (bilo kakvog sastava i oblika) nađe u promjenljivom magnetskom polju u njemu se stvara (inducira) električni napon. To znači, ako se čovjekov (živi) organizam nađe u takvom polju u njemu će se inducirati napon, odnosno, ako je zatvoren strujni krug, poteći će struja koja može ozlijediti čovjeka (živo biće).

Električna struja pri prolazu kroz vodić (bilo kakvog sastava i oblika) zagrijava taj

vodić, a pojava se zove toplinsko djelovanje električne struje.

Također pri prolazu kroz čovjekov (živi) organizam grije ga (opekline pri strujnom udaru) i uništava.

No, kako struja djeluje i na žive organizme mijenjajući im fizikalnu strukturu to

djelovanje se zove fiziološko mada je zapravo kemijsko i toplinsko.

Treba upamtiti da su naponi veći od 50 V ~ ili 120 V = i struje veće od 100mA smrtonosni.

1. 2. Električni otpor

Električni je otpor svojstvo materijala da se suprotstavlja usmjerenom gibanju slobodnih elektrona. Različiti materijali različito pružaju otpor. Prema tome se materijali dijele na vodiće i izolatore.

Vodiči imaju veliki broj slobodnih elektrona, a izolatori imaju varlo mali broj slobodnih elektrona za to i ne provode struju. Međutim, ako je izolator izložen vrlo jakom električnom polju izolator postaje vodić. U praksi se to zove proboj izolatora. Ovoga se treba čuvati kod rada u blizinai napona, da se ne prekorači sigurnosni razmak od dijelova pod naponom i izazove proboj izolacije.

Vodič koji se grije pri prolasku električne struje pruža joj otpor koji se zove Omski (radni) otpor.

Različiti materijali i pri različitim temperaturama različito pružaju otpor struji. Kod većine materijala otpor raste pri porastu temperature vodića, ali ima i onih kojima otpor pada pri porastu temperature.

Vodić kojim teče izmjenična struja, zbog pojave samoindukcije u tom vodiću, pruža joj dodatni otpor koji se zove induktivni (jalovi) otpor.

Materijal/vodić od kojeg je načinjen kondenzator, kad kroz njega teče izmjenična struja, zbog pojave kapacitivnosti, pruža joj dodatni otpor koji se zove kapacitivni (jalovi) otpor.

Jedinica za mjerenje bilo kojeg otpora je Ohm (om), a simbol joj je W. Instrument kojim se mjere otpori je Ommetar, a spaja se paralelno na trošilo bez prisustva električnog napona izvana.

U omskom ili radnom otporu stvara se radna ili korisna snaga, a u oba jalova stvara se jalova uglavnom beskorisna snaga.

Ako se mjeri otpor materijala od 1m dužine i 1mm presjeka onda je to specifični otor toga materijala.

Ako se specifični otpor materijala uzme kao njegova recipročna vrijednost, odnosno ne gleda se materijal koliko pruža otpor već koliko provodi struju, onda je to specifična vodljivosti toga materijala. Jedinica joj je 1/ W ili Simens S.

Otpor čovječjeg tijela ovisi o – čistoći i vlažnosti kože, debljini i žuljevitosti kože, naponu kojem je izložen, vremenu trajanja protjecanja struje, jakosti struje i prijelaznom otporu spojnih mjesta (kontaktu). Na pr. kod 50 V otpor je oko 1.450 W, ali je kod 1.000 V oko 750 W kada će zbog smanjenog otpora poteći znatno jača struja.

1. 3. Osnovni zakoni elektrotehnike

Ohmov zakon uređuje odnos između napona, struje i otpora. Što je veći napon, a manji otpor kroz strujni krug će poteći veća struja i obrnuto.

Prvi Kirchofov zakon odnosi se na paralelnu vezu otpora / potrošača i dijeljenje struja. Kroz manji otpor protječe jača struja i obrnuto, dok je napon isti kod svih otpora/potrošača.

Drugi Kirchofov zakon odnosi se na serijsku vezu otpora / potrošača koje stvara diobu napona. Pa je na manjem otporu manji napon i obrnuto, a ukupni je napon jednak zbroju svih pojedinačnih napona u tom strujnom krugu, a kroz svaki otpor protječe ista struja.

Zakoni inducirane struje su vrlo značajni u visokonaponskim postrojenjima. Osnovno treba upamtiti da se oko vodića koji je pod naponom stvara električno polje koje štetno djeluje na čovjeka, u organizmu ili u vodljivom predmetu može da inducira opasni napon.

Također treba upamtiti, da se oko vodića kojim teče izmjenična struja stvara magnetsko polje koje štetno djeluje na čovjeka. U organizmu ili u vodljivom predmetu može da inducira opasni napon.

Opasnost od elektrostatskih i elektromagnetskih indukcija je velika i pri približavanju (čovjek – predmet) visokonaponskim vodovima, zbog toga se zabranjuje ulazak u III zonu opasnosti i prostori se drže zaključani ili su ograđeni žičanim ogradama. U rasklopnom postrojenju svi vodljivi predmeti moraju biti uzemljeni (vozila, dizalice, skele i sl.).

Zaostali naboj je također opasan po radnika. Zato isključene namotaje transformatora, generatora, visokonaponskih kabela, velikih prigušnica treba uzemiti dok se na njima radi.

Opasnosti u visokonaponski postrojenjima su i atmosferski i sklopni prenaponi.

Atmosferski prenapon dolazi dalekovodima / mrežama izvana ili iz samog objekta zbog udara groma. Sklopni ili unutrašnji prenaponi se javljaju pri prekidanju strujnih krugova namjerno ili usljed kvara. Njihov porast sprečavaju zaštitni uređaji automatskog iskapčanja.

Opasnost nastaje i od statičkog elektriciteta (elektricitet u mirovanju). Javlja se na dvije elektrode koje su bile priključene na istosmjerni napon, tarenjem pa razdvajanjem dvije različite tvari (javlja se pri pretakanju tekućih goriva i istjecanju plina pod tlakom), električnom influencijom (u blizini drugog naboja) i u kondenzatoru. Statički elektricitet je neugodan za čovjeka, a može izazvati i požar.

Izolacijski materijal (dielektrik) se u postrojenjima i instalacijama jednakomjerno koristi kao i vodljivi materijal. Međutim kod izolatora postoji mogućnost proboja, odnosno stanje kod kojega izolator počne značajno provoditi struju čime je njegova osnovna funkcija izgubljena. Tada nastaju kratki spojevi, požari, uništavanje opreme i moguće stradanje radnika. To se događa iz različitih razloga. Radni uvjeti i starost utječu na fizikalne i kemijske promjene materijala, ali često najveći uzročnik je jako električno polje koje izolator ne može podnijeti. Izolator je u sendviču između dvije elektrode – aktivni vodić s jedne strane, a zemlja ili drugi aktivni vodić s druge strane.Tada dolazi do polarizacije dielektrikuma i proboja. Polarizacija znači da se elektroni u materijalu pod dejstvom električnog polja izdvajaju na jednu stranu čime materijal postaje naelektriziran, jedna mu je strana pozitivo, a druga negativno nabijena. Ako se proces nastavi, izolator počinje provoditi struju. Zbog toga su opasni svi prenaponi u postrojenju. Izolator može probiti i površinski zbog nečistoće, rezultat je isti, neželjeno postaje vodić. Proboj izolatora često je uzročnik eksploziji opreme, što dodatno pojačava opasnosti. Izolacijsko ulje u transformatorima se zapali, ako dođe do porasta temperature zbog proboja ulja što stvara eksploziju transformatora, bilo energetskog ili mjernog. Zaštita se sastoji u praćenju kvalitete izolatora mjernim postupcima, i na vrijeme otklanjanja opasnosti.

1. 4. Struje u postrojenju

Za izbor aparata i dimenzioniranje dijelova postrojenja mjerodavne su nazivna struja i struja kratkog spoja. Nazivna je ona struja koja može trajno proticati strujnim krugom, a da ga ne ošteti. Struja kratkog spoja je pojačani protok struje kroz dio strujnog kruga zbog naglog smanjenja otpora izazvanog premoštenjem među fazama ili koje faze prema zemlji. Ove zadnje se još zovu dozemne struje. Kratki spoj je u postrojenjima vrlo problematičan. Točku kratkog spoja napajaju svi izvori struje koji su s njom u galvanskoj vezi (svi generatori ili transformatori) tako da one mogu biti vrlo snažne / razarajuće. Svi elementi električnih postrojenja treba da su tako odabrani da bez ikakvih posljedica, dinamičkih i termičkih, mogu određeno kratko vrijeme izdržati struje kratkog spoja. To vrijeme je vrijeme prorade električnih zaštita koje tada imaju zadatak da taj oštećeni dio postrojenja isključe / odvoje od napona. Ta ista strujna izdržljivost se traži i od uzemljivača koje koristimo za osiguranje mjesta rada od neželjene pojave opasnog napona.

Posebna opasnost, vezana za struje u postrojenju, jest pojava električnog luka. On se uvijek pojavljuje pri otvaranju strujnog kruga, zato treba nastojati da su snage koje prekidamo što manje ili najbolje prekidati neopterećene strujne krugove, odnosno prekidanje obavljati uređajem (prekidačem) koji je za to namijenjen. Posebno je luk jak pri otvaranju rastavljača i vađenju osigurača pod opterećenjem, pri proboju zraka kao izolatora među vodićima pod naponom i ostalih vodljivih dijelova u postrojenju. Djeluje vrlo štetno na organizam, jer isijava ultraljubičaste i infracrvene zrake, te zrači vrlo visokom temperaturom (nekoliko tisuća stupnjeva). Ako zahvati tijelo na njemu stvara opekline, a od jake svjetlosti stradaju oči. Ispravno održavanje postrojenja (da se spriječe neželjeni proboji) i ispravni pogonski manevri, te korištenje osobnih zaštitnih sredstava, najbolja su zaštita od električnog luka.

Električni luk je koristan kod primjene elektrolučnog zavarivanja, ali uz uporabu odgovarajućih osobnih zaštitnih sredstava.

1. 5. Princip rada generatora

Električni generatori su strojevi koji koristeći princip elektromagnetske indukcije pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju. Ako se dakle, svitak nađe u promjenljivom magnet-skom polju u njemu se stvara inducirani napon (struja). Treba za to imati svitak koji je kod generatora smješten na nepomičnom dijelu-statoru i magnet (elektromagnet) koji je kod generatora smješten na rotirajućem dijelu - rotoru. I stator i rotor su građeni od lameliranog čeličnog lima s dobrim magnetskim svojstvima.

Da bi se postiglo izlaganje svitka promjenljivom magnetskom polju potrebno je magnete (elektromagnete) zajedno s rotorom okretati. Okretanje rotora vrši pogonski stroj (turbina) koju pokreće raspoloživa energija (gorivo, voda, pad i količine vode). Sklop (turbine) pogonski stroj i genegatora (proizvodni stroj) zove se agregat. U njemu se dovedena energija pretvara u mehaničku, a ova u električnu energiju.

Inducirani napon ovisi o broju namotaja i jakosti magnetskog polja. Elektromagnetsko polje stvaramo pomoću uzbudne struje (stvara se u rotirajućoj budilici koja je na istoj osovini s generatorom ili statička uzbuda – to je proizvedena istosmjerna struja iz stabilnog sustava izvan generatora).

Snagu generatora određuje umnožak struje i napona. Naponi su standardizirani: 0,4; 6,5 i 10,5 kV. Električne veličine genetatora određuje potreba, a ostvaruje se kroz: pogonski stroj, uzbudu, magnetsku jezgru i namotaje statora.

Generatori mogu biti sinkroni (broj okretaja rotora i obrtnog magnetskog polja je isti) i asinkroni (polja imaju različite okretaje). U praksi se koriste uglavnom sinkroni generatori.

Rotirajući sklop drži jedan noseći ležaj i dva vodeća ležaja ili su svi noseći ako je vodoravna izvedba. Stator mu je smješten u metalnom plaštu, a unutra su još smješteni instalacije (vode) ulja i njihovi hladnjaci, te stabilni sustav za gašenje požara u generatoru. Na istoj osovini generatora montirana je budilica (posebni generator istosmjerne struje) koja proizvodi napon za stvaranje elektromagnetskog polja polova koji su montirani na rotoru glavnog generatora – dakle, tako se pobuđuje magnetizam i zato se zove budilica. Napon se kod ovog generatora regulira ručno ili automatski pomoću segmentnog regulatora.

Stator ima tri namotaja. Po jedan kraj od namotaja statora vezani su kratko (zvjezdište generatora) i uzemljeni preko transformatora za zaštitu od dozemnog spoja statora. Drugi krajevi namotaja čine izvode električne struje koja je proizvedena u generatoru.

Hlađenje statora i rotora izvedeno je pomoću dva ventilatora smještena na oba kraja rotora, a izbačeni zrak prolazi kroz vodom ohlađeno saće radijatora smještenog u plaštu. Taj isti ohlađeni zrak ventilatori usisavaju ponovo i ubacuju u prostor stator / rotor.

Nakon postignute rotacije, stabiliziranja broja okretaja i postignute frekvencije od 50 Hz, uzbuđuje se generator (povećanjem uzbudnog napona/struje) i podiže mu se proizvedeni napon do približno nominalne vrijednosti. Zatim se pristupa pripremi za priključak generatora na mrežu postupkom sinkronizacije. To se može izvesti ručno ili automatski, a izbor omogućuje posebna preklopka. Sinkronizirati znači izjednačiti osnovne parametre genetatora s istim parametrima mreže, jer se jedino u tom trenutku smije izvesti galvansko spajanje generatora i mreže. Generator je zaštićen od posljedica unutarnjih i vanjskih kvarova relejnim zaštitama (kod pojave kvara zaštitni relej daje signal ili isključuje generator s mreže, a može zaustaviti i pogonski stroj):

- prekostrujna od preopterećenja,

- prenaponska od mogućeg prenapona iz mreže,

- diferencijalna od unutarnjih kvarova,

- dozemni spoj statora,

- dozemni spoj rotora,

- zaštita od požara statora i rotora.

Prorada zaštita signalizira se zvučno i svjetlosno kao opći signal, te svjetlosno na tablou koman-dne ploče. Na osvijetljenom prozorčiću piše koja je zaštita proradila. Daljnji postupak je prema uputama za proradu zaštita.

1. 6. Princip rada elektromotora

Elektromotor radi na principu djelovanja magnetskog polja na svitak kroz kojeg prolazi električna struja. Time na istom prostoru djeluju dva magnetska polja (statora i rotora) koja se međusobno suprotstavljaju i kako je rotor na osovini u ležajevima dolazi do njegove vrtnje, jer rezultantna sila djelovanja ova dva polja vremenski rotira. Elektromotori su istosmjerni ili izmjenični kao jednofazni ili trofazni. Kao jednofazni mogu biti kolektorski, s pomoćnom fazom ili kondenzato -rom da se postigne zakretni moment rotora. Kao trofazni su građeni s kaveznim rotorom, a zakretni moment pravi trofazno obrtno polje.

Elektromotori manjih snaga upuštaju se u pogon direktno, srednjih snaga preko preklopke zvijezda-trokut, a velikih snaga upuštanje se obavlja preko upuštača/pokretača.

1. 7. Princip rada transformatora

Ako je svitak izložen promjenljivom magnetskom/elektromagnetskom polju u njemu se javlja indukcija, već smo rekli. Ako se u blizini svitka (u njegovom magnetskom polju) kroz koji teče izmjenična struja nađe drugi svitak u njemu će se isto javiti indukcija. Kako su je stvorila dva svitka bez električnog (galvanskog) spoja, to se zove međusobna indukcija. Ako takva dva svitka različitog broja namotaja, međusobno povežemo kvalitetnom magnetskom jezgrom dobit će mo uređaj s dva različita napona koji se zove električni transformator.

Namotaj koji je priključen na mrežu je primar, onaj u kojem se stvara indukcija je sekundar.

Temeljni dijelovi transformatora su – primarni namotaj, sekundarni namotaj i magnetska jezgra. Sve je to smješteno u jednu posudu ispunjenu visokokvalitetnim izolacijskim uljem, koje služi za pojačavanje izolacije namotaja prema posudi i za hlađenje namotaja i jezgre. Da trafo ne ostane bez ulja na njegovom gornjen dijelu nalazi se rezervni spremnik ulja iz kojega se ulje samo pretaka u trafo. Ulje se mora hladiti cirkuliranjem kroz hladnjake koji se hlade zrakom ili vodom.

Ako je sekundarni namotaj načinjen s više izvoda, svaki će izvod imati svoj napon koji se preko posebne preklopke može izvana birati. Takav se trafo zove regulacijski trafo.

Namotaji transformatora se kao trofazni spajaju u zvijezdu i trokut ili kombinirano. Zvjezdište sekundara (jednim krajem namotaji kratko spojeni) se uzemljuje direktno ili indirektno preko malog otpora, a iz zvjezdišta se izvodi nulti vodič mreže. Mali otpor ograničava struje dozemnog spoja (proboja).

Da se generator ne bi pravio glomazan za velike napone, njegovi se izvodi spajaju na transfor-mator koji podiže (transformira) njegov napon na željenu veličinu. Takav trafo u spoju s generatorom se zove bloktransformator.

1. 8. Frekvencija

Izmjenična struja ima svoje karakteristike po obliku i odnosima njenih veličina. Njene promjene ili izmjena vrši se po krivulji sinusoidi ~ , a broj tih sinusoida u jednoj sekundi je dogovorno određen i iznosi 50. To se zove frekvencija ili učestalost izmjenične struje. Mjeri se frekvencmetrom koji se u strujni krug veže paralelno, a jedinica je Hertz (Hz). Naši generatori, mreža i potrošači moraju imati istu frekvenciju, 50 Hz, također i Europska zajednica, s čijim smo energetskim sustavom povezani.

1. 9. Snage i stupanj korisnosti

Ukupna se snaga mjeri u VA (kod nas zbog velikih snaga su to MVA), pomoću megavolamper -metra. Radna komponenta snage mjeri se u W (vat) za nas MW , a instrument je megavatme-tar. Jalova se snaga mjeri u VAr (vari) za nas MVAr, s instrumentom megavarmetrom.

Omjer predane i dovedene snage je stupanj korisnosti (djelovanja), h.

U praksi se nastoji da je radna komponenta snage što bliža ukupnoj snazi, jer su tada manji gubici.

Jalova snaga , odnosno struja koja ju stvara, uglavnom beskorisno kola strujnim krugom, zbog nje mora vodić biti većeg presjeka, stvara dodatna nepotrebna grijanja vodića, kao i druge pojave koje sobom nosi protok izmjenične struje. Kažemo jalova snaga je uglavnom beskorisna, to znači ima momenata kad je korisna. U energetskom sustavu se proizvođenje te energije koristi za poboljšanje cos j. Rekosmo energije, jer je snaga množena s vremenom trajanja energija MWh (megavatsati). Dok je jalova energija MVAhr (megavoltampersatireaktivni). Poboljšanje faktora snage postiže se na principu međusobnog poništavanja induktivne i kapacitivne energije čime se smanjuje ukupna (prividna) energija. Ako mrežom u datom trenutku nadvladava kapacitivna komponenta (što se vidi na određenom instrumentu) onda se priključuju induktivni otpori (generatori proizvode veću jalovu) ili se iskapčaju kondenzatorske baterije koje su u sastavu pojedinih rasklopnih postrojenja.

1. 10. Faktor snage

Već smo naznačili da izmjenična struja protječući kroz različite otpore/trošila stvara različite učine. Kroz ohmske otpore stvara korisne učene, a kroz induktivni ili kapacitivni otpor stvara jalovi učin. Kako u praksi rijetko ima čistih (samo taj) otpora, već se javljaju u međusobnoj kombinaciji, u takvom otporu (prividni otpor ili impedancija) struja stvara različite učine – ukupni učin kao ukupna ili prividna snaga, unutar koje je radna (korisna) komponenta snage i jalova (malo korisna) komponenta snage. Pomak (vremenski) između radne i ukupne komponente je faktor snage s oznakom cos j. Mjeri se instrumentom kosinusfimetrom.

1. 11. Uzemljenje, uzemljivač, izjednačenje potencijala

Uzemljiti znači metalne dijelove uređaja, koji u normalnim pogonskim uvjetima nisu pod naponom, spojiti galvanski sa zemljom. Sa svrhom sigurnosti osoblja, zaštite samih uređaja i poboljšanja kvalitete rada pogona. Prema zadatku uzemljenja se dijele na zaštitna uzemljenja (uzemljeni svi dijelovi postrojenja koji u normalnom pogonu nisu pod naponom), pogonska uzemljenja (kao povremeni ili sastavni dio strujnog kruga, čiji je povratni vodić zemlja) i odvodnička uzemljenja (gromobransko). Pogonsko uzemljenje (radno) sastoji se u spajanju dijelova aktivnog strujnog kruga sa zemljom (zvjezdišta). Služi za sprečavanje pojave visokih unutarnjih pogonskih prenapona. Zaštitna uzemljenja imaju zadatak da struje proboja odvedu u zemlju. Zaštitno i pogonsko uzemljenje u električnim postrojenjima spojena su zajedno. Njihove otpore i spojeve treba redovito ispitivati i kontrolirati (svake 2 godine). Gromobranska uzemljenja (ili odvodnička) služe da atmosferski prenapon odvedu u zemlju prije nego strada postrojenje. Također ih treba kontorlirati i ispitivati svake dvije godine, ako su spojena na pogonsko uzemljenje što je najčešći slučaj.

U električnim postrojenjima dozvoljen je najmanji presjek uzemljenja : za pocinčanu traku to je 50 mm², za aluminij 35 mm², za bakar 16 mm².

Uzemljivači su metalni (cijevi, ploče, trake) spoj / kontakt između zemlje i dozemnog vodića (žičani spoj kućišta i uzemljivača).

Izjednačenje potencijala znači sve metalne dijelove postrojenja koji normalno nisu pod naponom, spojiti na jedno uzemljenje. Ovime među metalnim dijelovima nema potencijalne razlike ni opasnog napona. Izvode se za cijelo postrojenje/objekat ili za dio postrojenja/objekta. Izjednačenje potencijala može biti spojeno sa zemljom, ali je zabranjen spoj sa zemljom ako se radi u dobro vodljivoj okolini (cjevovodi, tuneli i sl.).

Za slučaj proboja na kućištu uređaja, struja poteče zemljovodom / uzemljenjem do uzemljivača, jer se javi potencijalna razlika (napon) između uzemljivača i bliske zemlje. Time je pod naponom (napon tla) prostor oko uzemljivača do udaljene točke na zemlji - kod uzemljivača maximum volti, kod udaljene točke na zemlji “0”volti. Udaljena zemlja (na oko 20 m) ima potencijal nula. Taj se prostor pod naponom zove naponski lijevak. Kod naponskog lijevka postoji opasni napon koraka. To je napon između dvije radijalne / poprečne točke unutar naposkog lijevka. Što su točke međusobno udaljenije, taj napon je veći. Zbog toga hodanje u toj zoni mora biti sa što manjim koracima, čime bismo za slučaj pojave, bili izloženi što manjem naponu.

Naponski lijevak također ima opasni napon dodira. To je napon između uzemljivača i točke na 1 m udaljene. Oba napona su opasna po ljudski organizam. Opasniji je napon dodira, jer tada struja prolazi kroz organizam (od mjesta dodira uzemljivača do mjesta dodira zemlje).

Najveći dopušteni napon dodira u normalno suhom okruženju je 50 V za izmjeničnu struju, a 120 V za istosmjernu struju. U uvjetima vodljive okoline (cjevovodi, tuneli i sl.) napon je 25 V za izmjeničnu i 60 V za istosmjernu struju. Porast ovih napona (koji može ugroziti radnika) sprečavaju ispravno dimenzionirani uređaji za automastko iskapčanje oštećenog strujnog kruga. To su osigurači, zaštitni prekidači i uređaji diferencijalne struje. Zbog toga je presudno ne zamjenjivati uloške osigurača jačima od propisanih ili povećavati nareguliranu struju iskapčanja. Uređaji diferencijalne struje (strujne / fidove sklopke) rade samo ako su razdvojeni neutralni od zaštitnog vodiča.

1. 12. Koordinacija izolacije

Koordinacija izolacije je skup svih mjera poduzetih da se spriječe štete od mogućih prenapona na električnim postrojenjima. Time se ne sprečava prenapon, ali ga možemo odvesti u zemlju bez oštećenja postrojenja. Prenapon je svaki napon nastao između dva fazna vodića ili između faze i zemlje, čija najveća vrijednost premašuje nazivnu vrijednost napona opreme. On je atmosferskog porijekla ili nastane zbog utjecaja visokonaponske mreže na niženaponsku mrežu. Prenapon nastaje zbog izravnog udara groma u vodiće ili zbog neizravnog udara groma pri čemu nastaje inducirani prenapon. Uređaji koji odvode prenapon u zemlju zovu se odvodnici prenapona. Njihov je zadatak da izoliraju (ne propuste) nazivni napon mreže prema zemlji, a da propuste sve napone iznad nazivnog napona mreže. Odvodnici se postavljaju na ulazu dalekovoda u postrojenje, a dodatno se mogu postaviti i na drugim dijelovima blizu određenom uređaju postrojenja. Mogu se postaviti između dvije faze ili između faze i zemlje.

Odvodnik koji je na ulazu u postrojenje ima zadatak da atmosferski prenapon, odvođenjem u zemlju, oslabi do nivoa da ga izolacija ostalih elemenata postrojenja može izdržati bez oštećenja. Ako se želi još veća sigurnost, kao i za slučaj nekvalitetnog rada odvodnika, može se predvidjeti da potporni izolatori rastavljača imaju slabiju izolaciju od ostalih elemenata, tako da preskok napona bude na njima, ili pojedini elementi u rasklopištu imaju iskrišta (elektrode izvan izolatora kojima se namjerno skraćuje put mogućeg proboja i pražnjenja kod nailaska prenapona). Ovo usklađenje izolacije zove se koordinacija izolacije.

Sažetak

Nakon što smo se prisjetili osnovnih  pojmova iz osnova elektrotehnike i fizikalnih zakona vezani za njih, u idućem poglavlju Opasnosti pri radovima i korištenju električne energije upoznati ćemo se sa učincima električne energije i opasnostima koje se javljaju pri korištenju, kao i mjerama zaštite za bezopasno korištenje električne energije u svakodnevnom životu.

Samoispitivanje

Ponovno pročitajte materijale iz druge lekcije, uključite se u diskusiju o prvom poglavlju. Ako imate kakvih nedoumica obratite se mentoru.

Zadaci za vježbu i provjeru znanja

Nakon provedenih aktivnosti prvog poglavlja riješite prvi zadatak. (u bloku Zadaće) i predajte ga na način koji je opisan u uputama za predaju zadatka.