1. Klasyfikacja typów sieci niskiego napięcia ze względu na rodzaj uziemień:

Sieć typu:

TN- Układ sieci TN ma jeden punkt bezpośrednio uziemiony, a części przewodzące dostępne instalacji są przyłączone do tego punktu za pomocą przewodów ochronnych. Rozróżnia się następujące układy sieci:

TN-C : w całym układzie sieci funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego pełni jeden wspólny przewód

TN-S: w całym układzie sieci jest stosowany oddzielny przewód ochronny

TN-C-S: w części układu sieci (do miejsca rozdziału), funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego pełni jeden współny przewód

TT: ma jeden punkt bezpośrednio uziemiony, a części przewodzące dostępne instalacji są uziemione niezależnie od sieci energetycznej, najczęściej bezpośrednio w miejscu zainstalowania, uziemieniem ochronnym oddzielnie dla każdego odbiornika

IT: ma wszystkie części czynne odizolowane od ziemi albo jeden punkt przyłączony

do ziemi poprzez impedancję, a części przewodzące dostępne instalacji elektrycznej są uziemione indywidualnie, grupowo lub zbiorowo.

Zaleca się, aby nowe i modernizowane instalacje elektryczne budynków były wykonywane w  układzie  TN-S, czyli z oddzielnymi przewodami neutralnym i ochronnym.

      W  instalacjach elektrycznych obiektów budowlanych może być stosowany także układ TT

z przewodem neutralnym.

2. Scharakteryzować i porównać następujące rodzaje obciążenia:
a) Ciągłe - charakteryzuje się tym, że nieprzerwanie płynie przez przewód.

b) Przerywane - charakteryzuje się powtarzającymi się na przemian obciążeniami i przerwami bezprądowymi, przy czym w okresie bezprądowym przewód nie stygnie do temperatury otoczenia.

, gdzie: t_p - czas pracy, t₀ - czas bezprądowy
-względny czas pracy

c) Dorywcze - charakteryzuje się tym, że przepływ prądu rozpoczyna się przy początkowej temperaturze przewodu równej temperaturze otoczenia. Trwa przez czas niewystarczający do ustalenia się przyrostu temperatury. Dalej następuje czas bezprądowy który trwa tak długo, że temperatura przewodu wróci do temperatury otoczenia

3. Zwarcia

Rodzaje zwarć:

-3-fazowe symetryczne (3 fazy zwarte do ziemii) 5%

- 2-fazowe 10%

- 2-fzaowe doziemne 20%

- 1-fazowe 65%

Przyczyny zwarć:

-elektryczne (przepięcia atmosferyczne, przepięcia łączeniowe, omyłki łączeniowe)

- nieelektryczne (zawilgocenie izolacji, zanieczyszczenie izolatorów, zbliżenie przewodów w liniach napowietrznych)

Prąd zwarciowy początkowy:

Największy prąd zwarciowy początkowy- stanowi podstawę doboru obciążalności zwarciowej urządzeń. Wyznacza się go do sprawdzania wytrzymałości zwarciowej urządzeń.

I_k3^''=(c_max*U_n)/pierw3*Z_k (c-wsp napięciowy, Un-napięcie znamionowe,Z-imp.).Prąd 3-fazowy

R_k ,X_k - rezystancja i reaktancja obwodu zwarciowego

Najmniejszy prąd zwarciowy początkowy- wyznacza się go dla sprawdzenia czułości zabezpieczeń, np. ochrony przeciwporażeniowej przez wyłączenie zasilania. Najmniejszy prąd to jednofazowy.

Prąd zwarciowy ustalony- wartość skuteczna prądu zwarciowego występującego po wygaśnięciu zjawisk przejściowych.

Prąd zwarciowy udarowy- jest to najwyższa (szczytowa) chwilowa wartość prądu zwarciowego.
, gdzie
-współczynnik udaru, zależny od ilorazu R_k/X_k obwodu. Przy ilorazie bliskim 1-wsp udaru też wynosi ok 1.

Prąd zwarciowy cieplny- prąd zastępczy o stałej wartości skutecznej, który płynąc w tym samym czasie co rzeczywisty prąd zwarciowy- wydzieliłby tę samą ilość ciepła, jaka zostaje wydzielona przez prąd zwarciowy. Czas ten (t_min) jest czasem od wystąpienia zwarcia do jego wyłączenia (przez zgaszenie łuku albo wyłączenie zwarcia przez bezpiecznik)

Prąd zwarciowy wyłączeniowy- wartość skuteczna prądu zwarciowego w chwili rozdzielenia styków wyłącznika-w chwili t_min (lub poprzez zapłon łuku w bezpieczniku)

Prąd zwarciowy: np. 2-fazowy, 2-fazowy doziemny,1-faz,3-faz..

Ograniczanie prądów zwarciowych:

Może odbywać się:

Pasywnie- polega na konstruowaniu obwodów w taki sposób, aby impedancja zwarciowa była jak największa. Np. przez unikanie dużych mocy znamionowych transformatorów, generatorów; przez unikanie obwodów zamkniętych sieci, przez unikanie linii równoległych i podobne zabiegi..

Aktywnie- poprzez tak szybkie wyłączenie zwarcia przez urządzenie wyłączające (o wymuszonym gaszeniu łuku), że nie dochodzi do wystąpienia szczytowej wartości prądu zwarciowego (prądu udarowego)

- dławiki przeciwzwarciowe

- wyłączniki ograniczające

Prądy zwarciowe wykorzystuje się do badania wytrzymałości zwarciowej (oraz cieplnej) urządzeń, przy wyznaczaniu czułości i doborze zabezpieczeń (ochrona przeciwporażeniowa), przy doborze urządzeń elektrycznych,

4. Łuk elektryczny

Łuk elektryczny-występuje najczęściej przy przerywaniu obciążonych prądem obwodów elektrycznych. Pod wpływem pola elektrycznego jony i elektrony, w gazie między stykami, przyspieszają. Z atomów obojętnych są wytrącane elektrony, powodując jonizację gazu. Jest to jonizacja zderzeniowa. Na skutek wysokiej temperatury zachodzi jonizacja termiczna.

Te dwa rodzaje jonizacji zachodzą w całej objętości gazu (jonizacja objętościowa). Jonizacja powierzchniowa zachodzi np. przez uwalnianie się elektronów pod wpływem pola el.

jonizacja - proces uwalnianie nośników prądu elektrycznego prowadzący do utraty właściwości izolacyjnych

W łącznikach elektrycznych dominujące są następujące rodzaje jonizacji:

Procesy objętościowe:

-zderzeniowa - wywołana polem elektrycznym, rozpad cząsteczek pod wpływem zderzeń z innymi cząstkami

-termiczna gazu - rozpad cząsteczek na jony i elektrony pod wpływem bardzo wysokiej temperatury

Procesy powierzchniowe:

-termiczna elektrod - wywołana podgrzaniem powierzchni elektrod

-autoemisja

-emisja wtórna

dejonizacja - zjawisko odwrotne do jonizacji - polega na utracie nośników prądu elektrycznego i powrocie właściwości izolacyjnych

W łącznikach elektrycznych wyróżniamy następujące rodzaje dejonizacji:

-neutralizacja w pobliżu elektrod (jony + wyrywają z katody elektrony)

- rekombinacja (powstawanie cząsteczek obojętnych w wyniku zderzenia jonów o różnych ładunkach i elektronów)

-dyfuzja (ucieczka jonów i elektronów poza obszar wyładowania łukowego)

-dysocjacja (rozpad cząsteczek na atomy - powodujące pobór mocy - wychładzanie kolumny łukowej)

Łuk elektryczny zarówno prądu stałego, jak i przemiennego może zostać zgaszony, gdy zostanie rozciągnięty na długość większą od krytycznej. Można to uzyskać poprzez:

- szybkie zwiększenie odległości między stykami powodowane ruchem jednego lub obydwu styków zestyku, wywołane działaniem napędu

-unoszenie cieplne nagrzanej plazmy łuku

-zjawisko dyfuzji (wydmuch)

- zjawisko dysocjacji

- chłodzenie kolumny łukowej

- obniżenie napięcia w przestrzeni łukowej

W łącznikach prądu przemiennego gaszenie łuku polega na niedopuszczeniu do ponownego zapłonu łuku po przejściu prądu przez zero. (co pół okresu prąd ma wartość chwilową równą zeru- co pół okresu więc łuk gaśnie)

Metody gaszenia łuku prądu stałego

Warunek zgaszenia łuku można uzyskać dwoma sposobami:

Przez podniesienie charakterystyki łuku, co można uzyskać na drodze zwiększenia chłodzenia kolumny łukowej (tzw. gaszenie wymuszone)

Przez większe nachylenie prostej obwodu, co można uzyskać na drodze zwiększenia rezystancji R.

W wyłącznikach niskiego napięcia stosuje się komory gaszeniowe. Łuk zapalający się między rozchodzącymi się stykami wydłuża się i przemieszcza w kierunku płytek komory gaszeniowej. Tam dzieli się na coraz więcej części, a następnie kilka łuków krótkich palących się między płytkami

5. Opisać algorytm doboru przewodów i zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia.
1) Dobór przekroju przewodu ze względu na dopuszczalną obciążalność prądową

2) Dobór przekroju przewodu ze względu na dopuszczalny spadek napięcia

3) Dobór przekroju przewodu ze względu na wytrzymałość mechaniczną

4) Dobór przekroju przewodu ze względu na skuteczność ochrony przeciwporażeniowej

5) Warunek wytrzymałości przeciążeniowej

6) Warunek wytrzymałości zwarciowej (prąd I_k3'')

7) Warunek ochrony przeciwporażeniowej (prąd I_k1'')

8) Warunek selektywności działania zabezpieczeń

9) Warunek na wyższe harmoniczne

Ad.1

I_Z - rzeczywisty prąd dopuszczalnie długotrwały (obciążalność prądowa długotrwała)

I_B - prąd obliczeniowy (prąd znamionowy gniazda, silnika czy grzejnika)

Iż zależy głównie od przekroju przewodu, sposobu budowy i sposobu ułożenia w instalacji

k_g - współczynnik poprawkowy dotyczący ułożenia przewodów (w tynku, na ścianie, na zewnątrz)

k_t - współczynnik temperaturowy

I_dd - prąd dopuszczalnie długotrwały (odczytany z norm)

Prąd obliczeniowy I_B przyjmuje się równy prądowi znamionowemu pojedynczego odbiornika

Ad.2

- odczytywany z norm (inny w budynkach mieszkalnych a w zakładach przemysłowych)

Ad.3

Przekrój przewodów nie może być mniejszy niż określony w przepisach przekrój minimalny s_min ze względu na wytrzymałość mechaniczną. (przekrój minimalny jest inny dla różnych rodzajów przewodów, materiału przewodów i ich zastosowań, np. przewody gołe, izolowane, zastosowanie oświetleniowe, sterownicze, czy też ogólnego przeznaczenia)

Ad.4

Przekroje przewodów powinny być tak dobrane, aby w razie zwarcia urządzenie odłączające zasilanie zadziałało w czasie nie dłuższym od podanego w normie, czyli:

_{, gdzie} I_k- spodziewany prąd zwarciowy, I_a- prąd przy którym urządzenie odłączające zasilanie samoczynnie zadziała.

Ad.5

Przewody muszą być zabezpieczone przed przeciążeniami

I_B - prąd obliczeniowy

I_N - prąd znamionowy

I_Z - obciążalność długotrwała

I2 - najmniejszy prąd niezawodnie powodujący zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego

Ad.6

Urządzenia zabezpieczające przed cieplnymi skutkami zwarcia powinny być tak dobrane, aby przerwanie prądu zwarciowego nastąpiło przed możliwością wystąpienia uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach. Używa się do tego bezpieczników lub wyłączników samoczynnych.

Czas od momentu powstania zwarcia do przerwania prądu zwarciowego nie może przekroczyć wartości granicznej, wyznaczonej według wzoru:

k - współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodów i izolacyjny.

s - przekrój przewodu

I - prąd zwarciowy (wartość skuteczna składowej okresowej początkowego prądu zwarciowego.)

Dla większoći wyłączników czas ten mieści się w zakresie 20-40ms.

Ad.7

Przekrój przewodu powinien być tak dobrany, by w przypadku zwarcia między przewodem

fazowym i przewodem ochronnym lub częścią przewodzącą instalacji, impedancja

obwodu zapewniła samoczynne wyłączenie zasilania przez urządzenie zabezpieczające,

w określonym czasie.

Musi być spełniony warunek:

Uo-wartość napięcia znamionowego prądu przemiennego względem ziemi, 230 [V]

Ia- prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego

Z_s-impedancja obwodu zwarciowego

Ad.8

Charakterystyki czasowo-prądowe bezpieczników, czy wyłączników nie powinny na siebie nachodzić-przecinać się

6. Podać kolejność instalowania aparatów w polu rozdzielczym oraz krótko scharakteryzować ich funkcje.

1.wyłączniki - służą do planowanych i awaryjnych łączeń. Powinny być zainstalowe z tej strony pola z której energia przypływa.

2.odłączniki - tworzą widoczne przerwy w obwodzie, można nimi odłączyć mały prąd pracy

3. uziemniki i noże uziemiające- są przeznaczone do uziemiania i zwierania obwodów odłączonych od napięcia- zapewniają bezpieczeństwo podczas prac.

4. przekładniki prądowe - służą do zabezpieczania, lub pomiarów- zasilają np mierniki, liczniki

5. przekładniki napięciowe- służą np. do pomiaru dużych wartości napięć prądu, do rozszerzania zakresu pomiarowego

6. odgromniki i iskierniki- służą do ochrony przeciwprzepięciowej, ograniczają przepięcia

7. urządzenie telefonii energetycznej nośnej-

8. zwierniki- załączają linie na zwarcie dla samoczynnego wyłączenia

9. dławiki zwarciowe- stosowane są do ograniczania prądów zwarciowych. Powodują spadek napięcia, które zaczyna wzrastać przez zwarcie

---