EH# Spínací, jistící, ochranné a řídící přístroje (1970)

I přesto, že mnoho z teorie materiálů použitých v elekroinstalačních přístrojích se probírá na učilištích, průmyslovkách, dnes si uvědomujeme, že jsme v těchto hodinách patrně chyběli. Usuzuji tak z některých přezkoušení elektrotechniků podle nařízení vlády 194/2021Sb. ...

---

Elektrické přístroje slouží ke spínání a rozpínání elektrických obvodů, k řízení a ochraně elektrických strojů, sítí a spotřebičů. Za­jišťují bezpečný provoz těchto zařízení a jsou jejich nezbytným pří­slušenstvím. Aby mohly řádně plnit svou funkci, musí jejich konstrukce odpovídat provozním podmínkám na ně kladeným; především provoz­nímu napětí a proudu, kmitočtu elektrického proudu, hustotě spínání v prostředí, v němž pracují. K tomu přistupují další podmínky, jako rozsah a rychlost působení, regulační rozsah, možnost dálkového vy­pínání, vzájemného blokování a signalizace stavu. V této kapitole se budeme zabývat přístroji nn.

1. Spínací přístroje, k nimž patří:
   a) tlačítkové ovládače,
   b) vypínače, přepínače a kontroléry,
   c) stykače
2. Jističi a ochranné přístroje:
   a) proudové pojistky,
   b) jističe a chrániče

U všech elektrických přístrojů se vyskytují jednotlivé konstrukční části, jejichž konstrukce a celkové uspořádání jsou u různých přístrojů odlišné. Jsou to obyčejně kontakty, cívky a jejich magnetické obvody, dvojkovy, kryty, zhášecí cívky, aretační ústrojí apod. Nejprve se sezná­míme se základními typy některých konstrukčních prvků elektrických přístrojů na nn.

Kontakty uskutečňují vlastní spojení a rozpojení elek­trického obvodu. Proto musí být z materiálu, který má dobrou elek­trickou a tepelnou vodivost, neoxiduje, je tvrdý a odolný proti otěru a nesmí s ostatními materiály tvořit galvanický a termoelektrický článek. Průřez kontaktů a plocha styku musí odpovídat proudovému zatížení, aby nedošlo k zahřátí kontaktů protékajícím proudem a k jejich opálení nebo roztavení.

Tvary kontaktů. Podle tvaru místa styku jsou kontakty se stykem bodovým (a), přímkovým (b) a plošným (c, d, e). Podle vzájemného pohybu jsou čelní (odtrhovací), kluzné (třecí) a smykové a podle konstrukce pak nožové (c), palcové (d) a kartá­čové (e). Kromě toho se dělají tzv. lamelové a tulipánové kontakty, ty se však používají v přístrojích vn.

Bodového a přímkového styku kontaktů se používá u přístrojů na malé jmenovité proudy, ponejvíce u relé, nebo u pomocných kon­taktů stykačů. Pro větší proudy protékající stykači nebo spínači jsou pak nutné kontakty s plošným stykem.

Konstrukce vlastního spínacího přístroje pak ovlivní i druh kon­taktů i jejich vzájemný pohyb. Například kontakty stykačů musí být čelní palcové, protože odpadávají bud vlastní tíhou nebo tahem malé pružiny, kdežto nožové kontakty potřebují poměrně velkou sílu k vy­tažení nože z kontaktního pera.

Je též výhodné, jestliže se při zapínání kontakty po sobě smýkají, čímž se jejich styčné plochy samy očišťují. Materiál kontaktů. Kontakty se dělají jednak z kovů (vyrobených běžnou metalurgickou technologií), jednak ze spékaných materiálů vyrobených z kovových prášků slinutím.

Měd — používá se tvrdá nebo polotvrdá, vyrábí se z ní většina kontaktů. Jelikož podléhá značně atmosférické korozi a její kysličníky tvoří dosti tlustou nevodivou vrstvu, nedělají se z ní kontakty čelní, které nemají samočisticí schopnost.

Bronz — odolnost proti korozi je větší než u mědi. Používá se tam, kde je třeba, aby kontakty dobře pružily, nebo pro kontakty složitějších tvarů, protože se bronz dobře odlévá.

Mosaz — má dobré mechanické vlastnosti, je odolná proti otěru a snadno obrobitelná.

Stříbro — je měkčí než měď, je však odolnější proti atmosférické korozi a jeho kysličníky jsou vodivé. Proto se z něj dělají kontakty čelní, bez klouzavého pohybu. Ze stříbra se však dělají jen stykové části kontaktů, ostatní pak z mědi nebo jiného kovu. Někdy se měděné kontakty jen silně postříbřují. Stříbrné kontakty se na nosný materiál připájejí nebo nýtují.

Kontakty ze slinutých materiálů
Pro některé přístroje s velkou hustotou spínání (vibrátory, regu­látory) nebo na opalovací kontakty se používá wolframu, který má však malou elektrickou vodivost, avšak vysokou teplotu tání a velkou tvrdost. Elektrická vodivost se zvyšuje přidáním mědi nebo stříbra. Tyto ma­teriály si můžeme představit jako houbu ze základního materiálu — wolframu, jejíž póry jsou vyplněny druhým kovem. Tím vznikne materiál na kontakty, které mohou být elektricky i mechanicky namá­hány a jsou velmi odolné proti otěru.

Podobné vlastnosti mají kontakty ze slitin ve složení nikl—stříbro, stříbro—kysličník kademnatý apod.

Mžikové vypínání. Při rozpojování elektrického obvodu, zvláště pak je-li vypínán indukční spotřebič (motor, transformátor), vytvoří se mezi kontakty oblouk, který vzniká již při proudu 0,3A. Působením vysoké teploty oblouku se kontakty taví; při delším trvání oblouku se může spínač i zničit.

U vypínačů na nn se oblouk zháší tím nejjednodušším způsobem, tj. zvětšením vypínací rychlosti, takzvaným mžikovým vypínáním. Větší vypínací rychlosti se dosáhne tím, že ta­hem za rukojeť vypínače (popřípadě otáčením nebo tlakem) napínáme nejprve pružinu, která pak rychle vytáhne pohyblivý nůž z pevného kontaktu. Mžikovým vypínáním jsou dnes vybaveny všechny typy vypínačů na nn.

Cívky a magnetické obvody. Cívky mají v elektrických přístrojích různý účel. Pracují jednak jako elektromagnety (u stykačů a relé a vyrážecích cívek jističů), jednak jako zhášecí cívky pro zhášení oblouku.

Elektromagnety. Magnetický obvod elektro­magnetu tvoří jádro složené ze vzájemně izo­lovaných transformátorových plechů u elektromagnetů na střídavý proud nebo z plné oceli pro elektromagnety na stejnosměrný proud. Elektromagnety na stejnosměrný proud mají jednodušší konstrukci a tichý chod. V běžném elektrickém zařízení se však vyskytují velmi zřídka, protože naše rozvodná soustava je na střídavý proud.

Jádra elektromagnetů na střídavý proud jsou složena z trans­formátorových plechů vzájemně izolovaných, které jsou vylisovány do tvaru U nebo E. Pohyblivá kotva má buď pohyb přímočarý nebo otáčivý kolem jednoho bodu (obr. a, b, c).

Při buzení elektromagnetu střídavým proudem o kmitočtu f=50Hz, je buzení nulové stokrát za vteřinu. V těchto okamžicích magnet netáhne. Navenek se to projevuje chvěním a bručením jádra. Proto se na pólové plochy jádra dávají závity nakrátko, uzavřené kolem jedné části pólu.



V závitu se indukuje elektromotorické napětí zpožděné o 1/i kmitu za magnetickým tokem jádra. Indukovaný proud v závitu I₂ způsobí magnetický tok φ_z, zpožděný opět o 1/4 kmitu za magnetickým tokem budicí cívky. Tento magnetický tok způsobí tah právě v okamžiku, kdy je magnetické pole cívky nulové.

Cívky elektromagnetu. Na jádře elektromagnetu je navlečena cívka. Cívky jsou vinuty z měděného izolovaného drátu do kostry z lisovaného izolantu (bakelit, polystyren) nebo skládané a lepené z pertinaxu. Cívky vinuté z drátů o větším průměru se vinou jako samonosné. Po ovinutí tkanicí nebo provázkem a impregnovaní se pak navlékají na jádro.

Zhášecími cívkami stykačů na velké proudy a cívkami elektromagnetických zkratových ochran stykačů a jističů protékají velké proudy, které si vyžadují velké průřezy vodičů. Tam, kde by cívky z kulatých vodičů byly příliš rozměrné, se cívky vinou z plochých vodičů (z pásků) ohýbaných naplocho.

Elektromagnetické zhášení oblouku. Oblouk vzniklý při rozpojování elektrického obvodu lze též zhášet elektromagneticky. ... více zde!

---

Zdroj: Technologie, Květoslav Kučera, František Soukup, SNTL 1970