Teplotní třída je označení, které určuje maximální teplotu, při které může být elektrické zařízení, přístroj nebo komponent bezpečně používán bez rizika poškození nebo nebezpečí požáru. Izolační materiál je nejslabším článkem elektrických zařízení, jako jsou generátory. Izolační materiály jsou zvláště náchylné na urychlené stárnutí a poškození způsobené vysokou teplotou. Tepelná odolnost různých izolačních materiálů je různá. Elektrická zařízení s různými izolačními materiály mají různou schopnost odolávat vysokým teplotám. Proto je stanovena maximální provozní teplota obecných elektrických zařízení. Toto označení je klíčové pro zajištění dlouhé životnosti a spolehlivosti elektrických systémů.
Systémy označování teplotních tříd
Existují různé systémy označování teplotních tříd, přičemž každý používá písmena nebo čísla. Stupeň izolace označuje stupeň tepelné odolnosti izolačních materiálů používaných pro vinutí motoru (nebo transformátoru).
Třídy izolace pro elektrické motory a transformátory
Izolační materiály běžně používané v motorech a transformátorech jsou A, E, B, F a H. Tyto třídy se odlišují podle maximální teploty, při které může být izolace použita. Stupeň izolace transformátoru se vztahuje na tepelně odolný stupeň použitého izolačního materiálu, který se dělí na třídy A, E, B, F a H. Podle schopnosti různých izolačních materiálů odolávat vysoké teplotě je specifikováno sedm přípustných maximálních teplot, které jsou uspořádány následovně: Y, A, E, B, F, H a C. Jejich dovolené provozní teploty jsou nad 90, 105, 120, 130, 155, 180 a 180 °C. Přípustný nárůst teploty se vztahuje k hranici nárůstu teploty transformátoru ve srovnání s okolní teplotou. Když motor nebo transformátor běží, teplota nejteplejšího místa vinutí nesmí překročit předpisy, jinak to způsobí urychlené stárnutí izolačních materiálů a zkrátí životnost motoru nebo transformátoru; pokud teplota hodně překročí povolenou hodnotu, dojde k poškození izolace a ke spálení motoru nebo transformátoru.
Přehled teplotních tříd a jejich vlastností
Tato norma uvádí uznávaný systém teplotních tříd pro izolace používané na elektrotechnických výrobcích. Další intervaly nad 250 °C se řadí po 25 °C. Tyto výše uvedené teploty jsou teploty skutečné a ne povolené oteplení elektrotechnického výrobku.
Níže je uvedena tabulka s přehledem hlavních teplotních tříd izolace, jejich maximální přípustné teploty a typických materiálů:
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
| Teplotní třída izolace | Maximální přípustná teplota (°C) | Mez nárůstu teploty vinutí (K) | Výkonová referenční teplota (°C) | Typické materiály |
|---|---|---|---|---|
| A | 105 | 60 | 80 | Bavlna, hedvábí, papír (impregnované) |
| E | 120 | 75 | 95 | |
| B | 130 | 80 | 100 | Slída, sklolaminát, azbest (s pojivy) |
| F | 155 | 100 | 120 | Slída, skelná vlákna, azbest (s pojivy) |
| H | 180 | 125 | 145 | Silikonový elastomer, slída, sklolaminát (se silikonovými pryskyřicemi) |
| C | nad 180 | Slída, porcelán, sklo, křemen (s anorganickým pojivem nebo bez něj) | ||
| Y | nad 90 |
Detailní pohled na třídu izolace F
Izolace třídy F se skládá z materiálů nebo kombinací materiálů, jako je slída, skleněná vlákna, azbest atd. (s vhodnými pojivovými, impregnačními nebo nátěrovými materiály). Izolační materiál třídy F sestává z materiálů nebo kombinací materiálů, jako je slída, skelná vlákna atd. Díky těmto vlastnostem je třída F ideální pro aplikace, kde je vyžadována vyšší tepelná odolnost než u třídy B.
Použití v transformátorech
Jednofázové nebo třífázové transformátory s přirozeným chlazením se vyrábějí podle normy ČSN EN 61 558 a jsou určeny pro trvalé zatížení. Jádra transformátorů jsou složená z transformátorových plechů typu EI, UI, 3EI nebo jiného provedení. Kostry cívek jsou vyrobené z umělé hmoty nebo skládané z izolačních desek a mohou být jednokomorové, dvoukomorové nebo speciální konstrukce. Transformátory se vyrábí ve třídě izolace B nebo F a v některých případech až ve třídě H. Vstupní a výstupní napětí je vyvedeno na pájecí oka, špičky, různé typy svorkovnic nebo volnými vodiči. Převod napětí je proveden podle požadavků zákazníka v libovolné kombinaci od 1 V do 1 000 V. Na cívce může být více vstupních či výstupních vinutí, která mohou mít vyvedené odbočky. Transformátory s jednokomorovými cívkami je možné vyrobit se stínícím vinutím. V případě požadavku na více vinutí je nutné uvést napětí a výkon ve VA (nebo proud v A) u každého výstupního napětí. Transformátor může být osazen jistícím prvkem, nebo musí být jištěn jistícím prvkem uvedeným na typovém štítku. Pokud není uveden zvláštní požadavek, jsou transformátory navrhovány pro přirozené chlazení ve výšce do 1 000 m n. m. a maximální teplotu okolí 40 °C. Označení maximální teploty okolí a třídy izolace je uvedeno na štítku - ta teplota okolí [°C]/třída izolace. Například označení ta 40 °C/B znamená, že transformátor může pracovat v prostředí s max. teplotou 40 °C a jeho izolační materiály jsou ve třídě izolace B. Některé transformátory, zejména menších rozměrů, mají oteplení nižší, než je dovolené oteplení při 40 °C, proto je možné je provozovat i při vyšší teplotě okolí. Teplota krytu transformátoru nesmí překročit 70 °C, pokud je z kovu. U jiných materiálů je maximální teplota 80 °C. Kryt transformátorů má stupeň krytí IP00 a to i u transformátorů, které by vyhověly požadavkům na vyšší stupeň ochrany dle normy ČSN 60 529. Norma transformátorů ČSN EN 61 558 totiž vyžaduje, aby u transformátorů s vyšším stupněm krytí než je IP00, nebyly přístupné svorky s nebezpečným napětím bez pomoci nástroje.
Izolační materiály v třídě F
- DMD lamináty: DMD je k dispozici v tepelných třídách B a F v závislosti na výrobci a impregnaci. DMD má vysokou mechanickou stabilitu a zároveň vysokou dielektrickou pevnost. Díky speciální vnější vrstvě z rouna tvoří DMD lamináty velmi dobrou vazbu s impregnačními a skrápěcími pryskyřicemi. To je předpokladem trvale stabilního izolačního systému. Tento laminát se také používá k výrobě výlisků, stejně jako izolace štěrbiny a palubní posuvníky.
- NMN lamináty: NMN je laminát skládající se ze 3 vrstev: 1. vrstva Nomex, 2. vrstva polyesterová fólie, 3. vrstva Nomex. Pro standardní lamináty NMN se používá kalandrovaný aramidový papír Nomex® typ 464 nebo 416. U NMN laminátů se dobré mechanické a elektrické vlastnosti polyesterových fólií ideálně doplňují s vynikajícími tepelnými vlastnostmi aramidového papíru Nomex®. V závislosti na tloušťce polyesterové fólie a izolačního papíru je celková tloušťka mezi 0,12 a 0,82 mm. Lamináty NMN se často používají jako izolační materiál při konstrukci elektromotorů. Lamináty NMN jsou dostupné také ve verzi Nomex® 411, tj. jako 3vrstvý laminát s nekalandrovaným aramidovým papírem Nomex® 411.
Faktory ovlivňující životnost izolace
Životnost izolace závisí i na vlhkosti, nečistotách a chemikáliích, které na izolace působí. Tepelná stálost se dá zvýšit použitím chemicky inertních plynů nebo tekutin. Všechny tyto použitelné materiály podle jejich třídy a opatření ke zvýšení jejich tepelné stálosti jsou v rukou výrobců elektrotechnických výrobků. Chemické reakce, jejichž kinetika vychází z rovnice (rov.10), jsou obvykle hlavní příčinnou změn vlastností izolace v důsledku dlouhodobého působení vysokých teplot. Velmi důležité změny, zejména elektrických a mechanických vlastností mohou však být i důsledkem změn relaxačních vlastností makromolekul případně jejich částí, nebo změn vazby na rozhraní plnivo - pojivo. Významným činitelem urychlujícím stárnutí izolace je elektrické pole.
Zkoušky a kritéria zestárnutí
Aby bylo možné posoudit, kdy materiál vlivem teplotního namáhání zestárnul, je nutné nejdříve zvolit fyzikální veličinu, která se vlivem stárnutí významně mění (pozorovaný znak). Dále je nutné vybrat kritérium zestárnutí, což je krajní velikost pozorovaného znaku, při jejímž dosažení je materiál již zcela nezpůsobilý. Může to být např. zestárnutí yk. K urychlení stárnutí se nejčastěji používá ohřátí materiálu na teploty vyšší než je odhadovaná teplotní třída. Zkouší se nejméně při třech různých vhodně zvolených teplotách. Naměřené výsledky životnostních zkoušek se zpracovávají graficky. Nejdříve se vynesou čáry stárnutí, tj. grafická závislost průběhu hodnot pozorovaného znaku y v závislosti na čase při jedné (stálé) teplotě jako parametru. t3 pro teploty 1, 2, 3. získáme tzv. čáru života [2]. Tato metoda umožňuje zjistit očekávanou dobu technického života izolačního systému. Teplotní index (TI) je hodnota teploty ve °C odvozená z grafu tepelné odolnosti po 20 000 h. Hodnota HIC se zjišťuje z grafu tepelné odolnosti. O tom, které zkoušky budou provedeny, může u jednoduchých zařízení rozhodnout technická komise.
Jištění transformátorů a ochrana proti přetížení
Pokud transformátor není osazen jistícím prvkem, je nutné zajistit jeho jištění proti zkratu a přetížení v rámci elektroinstalace. Jištění se provádí jistícím prvkem v obvodu primárního nebo sekundárního vinutí s proudovou hodnotou uvedenou na štítku transformátoru. Jmenovité napětí jistícího prvku nesmí být menší než napětí chráněného obvodu. Jistícím prvkem může být trubičková pojistka IEC 127 (nebo ekvivalentní), jistič dle IEC 898 (nebo ekvivalentní) nebo keramické pojistky DIII, DIV dle IEC 269 (nebo ekvivalentní). Pokud je jistící prvek v primárním vinutí, musí mít zpožděnou charakteristiku z důvodu zapínacího proudu transformátoru. Označení pomalých trubičkových pojistek je T, jističů D (nebo pomalejší), keramických pojistek gG. Obecně je předepsáno jištění s nejbližší vyšší proudovou hodnotou k jmenovité hodnotě proudu vinutí. Transformátory o velmi malém výkonu mohou být zkratuvzdorné nebo mohou být konstruovány jako transformátory bezpečné při poruše (při zkratu může dojít k jejich znehodnocení, ale neohrozí okolí). Transformátory mohou být také vybaveny vratnými tepelnými pojistkami (rozpínací tepelný kontakt), které lze při malých proudech umístit přímo v obvodu vinutí, nebo mohou být vyvedeny na svorky a při instalaci zapojeny do ovládacího obvodu stykače. Běžně jsou dimenzovány na 2,5 A/250 V, po dohodě je možné použít čidla s vyšším dovoleným proudem. Tepelné pojistky doporučujeme použít zejména u třífázových autotransformátorů s vyvedeným uzlem n, zapojeným do výstupních obvodů. Transformátor bezpodmínečně odolný proti zkratu je transformátor odolný proti zkratu, který není vybaven žádným prvkem na ochranu před přetížením nebo zkratem. Tavná tepelná pojistka je tepelná pojistka, která se při zahřátí vyšším než povoleným proudem trvale poškodí a rozpojí elektrický obvod.
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
Čtěte také: Jak správně izolovat betonovou podlahu?
tags: #tepelna #trida #izolace #f #informace