Háztartásaink villamos energiaigénye annak ellenére is ritkán csökken, hogy a háztartási gépek energiahatékonysági besorolása egyre kedvezőbb. Szinte biztosra mondható, hogy a háztartások gépparkja folyamatosan bővülni fog, melyet egy új családi ház áramellátásának tervezésekor érdemes figyelembe venni, és eleve az éppen szükségesnél nagyobb teljesítményre méretezni, hogy később ne érje meglepetés a családot.
Ha új ingatlanba újonnan kerül kiépítésre a mérőhely, akkor jóval kevesebb problémába ütközünk, mint egy régi vagy nagyon régi mérőhely átalakításakor, szabványosításakor és teljesítménybővítésekor. A régi ingatlanok mérőhelyei sok esetben nem felelnek meg az újabb előírásoknak, nagyon sok a barkácsolt, pl. fadobozba telepített és már nem szabványos mérőhely, valamint a vezetékezés is nem ritkán védőcső nélküli alumínium falvezeték.
Az egyre bővülő háztartási géppark sokszor a vételezési lehetőségnél nagyobb áramigényt jelent, főleg a nagyobb fogyasztók egyidejű működtetése miatt. Ráadásul gyakori, hogy ezekben a régi ingatlanokban csak egy fázis áll rendelkezésre, ami további probléma, ha több nagyobb áramfelvételű fogyasztó kerül a hálózatra. A szükséges teljesítménybővítés pedig kritikus esetben nem csupán a szolgáltatói szerződés módosítása utáni kismegszakító-cserét jelenti, ugyanis előtte ellenőrzésre kerül a szabványos kivitelezéshez kötelezően előirt körülmények megfelelősége is. Ilyen pl. a mérőhely doboza, a csatlakozási pontok biztonsága és nem utolsósorban a vezetékek méretének, keresztmetszetének és minőségének alkalmassága a nagyobb áramfelvétel lehetőségére. A kivitelezési munkákat természetesen csak regisztrált szakember végezheti. A teljesítmény bővítésének komoly anyagi vonzata is van, nem beszélve a vezetékcserékkel járó kellemetlenségekről, mint pl. a falvésés, csövezés stb.
A következőkben néhány olyan megoldást mutatunk be, melyekkel kiküszöbölhető a háztartásokban lévő nagyobb fogyasztók egyidejű működése, ezzel együtt a kismegszakítók gyakori kioldása. A bemutatott reteszmegoldások természetesen csak abban az esetben használhatók, amennyiben a ház, lakás villamos rendszere egyébként megfelel az éppen aktuális szabályozásoknak, és csak a vételezhető teljesítmény nem elegendő az egyidejű működésekhez.
Két fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére
A legegyszerűbb esetben egyfázisú hálózatról két olyan nagyobb áramfelvételű fogyasztó működhet, melyek egyidejű bekapcsolása biztosan kioldja a kismegszakítót. Egy fogyasztó működéséhez viszont elegendő a teljesítmény, még a ház további kisebb fogyasztóival együtt is. Az 1. ábrán két áramfigyelő relével figyeljük az egyes fogyasztók bekapcsolását. Ha bármelyik bekapcsol, akkor az áramfigyelő reléjének bontó érintkezője letiltja a másik működésének lehetőségét.
.
1. ábra: Két fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére két áramfigyelő relével. Ha bármelyik bekapcsol, akkor kimeneti bontóérintkezője letiltja a másik működésének lehetőségét.
A kapcsoláshoz felhasznált áramfigyelő relék úgynevezett áramhatár-kapcsolóként működnek („megy – nem megy” kapcsoló). Az áram méréséhez a fogyasztó áramútjának vezetékét egy belső söntön kell bekötéssel átvezetni. A kimeneti relé akkor húz meg, ha a belső söntön átfolyó áram meghaladja a beállított áramhatárt. A bekapcsoláshoz késleltetés is választható, jellemzően max. 10 s időtartamig. Ha a söntön átfolyó áram a beállított alá csökken, akkor a hiszterézis figyelembevételével kikapcsol a relé. A bekötésekből látható, hogy a reteszeléshez a kimeneti relé bontó érintkezőit használjuk.
Ha a választott áramfigyelő relé érintkezőinek terhelhetősége kisebb az általa reteszelt fogyasztói kör terhelhetőségénél, akkor kontaktort kell beiktatni (itt az átláthatóság érdekében nincs berajzolva kontaktor). Háromfázisú fogyasztók bekapcsolásának detektálásához általában elég az egyik fázis áramfelvételét figyelni, de a kapcsoláshoz legalább három főérintkezős kontaktort kell használni.
Reteszelés vezeték nélküli kommunikációval
Nagyobb épületekben egyáltalán nem biztos, hogy az 1. ábra szerinti reteszelési megoldáshoz rendelkezésre állnak vagy utólag behúzhatók a szükséges vezetékek. Erre az esetre jól felhasználhatók olyan stabil vezeték nélküli, jellemzően rádiófrekvenciás kommunikáción alapuló megoldások, melyekkel a reteszfeltétel fennállását jelezni lehet a távoli vevőegységnek. A 2. ábrán lényegében az 1. ábra áramköreit egészítettük ki fogyasztói oldalanként egy RF adó- és egy RF vevőegységgel.
2. ábra: Távoli fogyasztók egyidejűség elleni reteszelése rádiófrekvenciás kommunikációval. Az egyik oldal RF adója a másik oldal relés RF vevőjével párosítva bontja (tiltja) a másik oldal bekapcsolási lehetőségét.
Az áramfigyelés az 1. ábra szerint történik, a különbség csupán annyi, hogy az áramfigyelő reléje az RF adó „S” bemenetére kapcsolja a fázist. A rajzon használt RF adó előnye, hogy nem elemmel, hanem fix tápfeszültséggel működik. Ha az „S–S” bemenetekre feszültséget kapcsolunk, akkor a párosított vevőegység reléje meghúz. A feszültség lekapcsolásakor pedig a relé elenged. Biztonsági funkció, hogy az „S” bemenetek állapotát – ha az folyamatosan ugyanaz – 10 percenként elküldi a vevőegység felé, de az állapotváltozást azonnal továbbítja. A működés a fentiek ismeretében: ha az egyik fogyasztó bekapcsol, akkor az adó parancsot küld a másik oldal párosított vevőegysége felé, melynek bontó relé érintkezője letiltja a másik oldal fogyasztójának működési lehetőségét.
A felhasznált RF rendszer a 868 MHz-es szabad sávot használja. Telepítésénél természetesen figyelembe kell venni az adó és vevő közötti távolságot, a jelátvitel útjában lévő szerkezeti elemeket (pl. vasbetonfödém) és egyéb zavaró tényezőket, melyek akadályozhatják a megfelelő kommunikációt. A bemutatott RF megoldás ezért nem használható biztonsági rendszerekhez és olyan készülékek esetében, melyeknél a kommunikáció kiesése élet veszélyeztetésével járhat. A jelátvitel javítható külső vezetékes antennákkal, illetve az adott rendszerhez tartozó jelismétlő (repeater) közbeiktatásával.
Három fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére
Az 1. ábra áramkörét továbbgondolva egy kis bővítéssel akár három fogyasztói kör egyidejűségét is reteszelhetjük. A kiegészített kapcsolási rajz a 3. ábrán látható.
3. ábra: Három fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére, ahol R33 és R34 jelű áramfigyelők egymást reteszelik a relék bontóérintkezőin keresztül, záró érintkezőik pedig párhuzamosan kapcsolva a segédrelét vezérelik, mely letiltja az I. kör működését.
Az alapkapcsolást megtartva az R33 és R34 jelű áramfigyelők egymást reteszelik a relék bontó érintkezőin keresztül. Ennek megfelelően a II. és III. fogyasztói kör csak akkor kap fázist, ha az R31 áramfigyelő reléje nyugalmi állapotban van, azaz nincs bekapcsolva az I. kör. Ha R33 vagy R34 közül bármelyik bekapcsol, akkor tiltja a másik kör működését, ugyanakkor a 18-as sorkapcsán megjelenő fázissal vezérli a segédrelét, mely bontó érintkezőjével letiltja az I. kör működését is. A rajz vezetékezéseit követve könnyen átlátható, hogy bármelyik fogyasztói kör bekapcsolása letiltja a másik kettő működésének lehetőségét.
Az egyes körök áramútját kapcsoló reléérintkezők terhelhetőségét természetesen figyelembe kell venni és szükség esetén kontaktorral növelni, az 1. ábránál leírtak szerint.
Négy fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére
Akár extrém esetnek is tekinthetjük, de nem zárható ki, hogy akár négy fogyasztói kört is figyelni kell az egyidejű működés lehetőségének megakadályozására. Egy lehetséges megoldás a 4. ábrán látható, ahol a sematikus kapcsolási rajz arra is alkalmas, hogy bemutassunk az eddig használtaktól eltérően működő másik áramfigyelő relét is. A kapcsolás első ránézésre bonyolultnak tűnhet, melyet talán elsősorban a kontaktorok nagyobb száma okoz, de a működési logikát követve tisztázódik a kép.
4. ábra: Négy fogyasztói kör prioritás nélküli reteszelése egyidejűség megelőzésére. Az Imin–Imax áramhatárok beállítására alkalmas áramfigyelő relével akár három fogyasztó reteszelése is megoldható.
Az R41 jelű áramfigyelő az előzőekben is megismert áramhatár-kapcsolóként működik, reléje akkor húz meg, ha a figyelt áram meghaladja a beállítottat és elenged, ha alá csökken. Az R42 jelű áramfigyelő reléje éppen fordítva működik. Ha a figyelt áram a külön beállítható Imin–Imax ablakban van, akkor mindkét relé bekapcsol. Ha a figyelt áram Imax fölé nő, akkor az 1-es relé enged el, ha Imin alá csökken, akkor a 2-es relé kapcsol ki. Az R42 jelű áramfigyelő három áramtartománya közül az ábrán a 3,2–16 A-es söntre kötöttük a II., III, IV. fogyasztói kör közös áramútját (egyszerre csak egy használható). Természetesen ennél az áramfigyelőnél is állítható max. 10 s késleltetés, külön-külön az ablakból történő kilépési irányokra. Az előlapi DIP-kapcsolóval választható 5 vagy 10% hiszterézis a visszatéréshez. A DIP-kapcsolóval AC áramok figyelését kell beállítani, kikapcsolt „memória” funkcióval és külön működő relékkel (nem párhuzamos).
A 4. ábrán látható megoldásban egyik fogyasztói körnek sincs prioritása. Az I. kör áramfelvételét az R41 jelű áramfigyelő relé figyeli. Az I. kör működési lehetőségét a K41 jelű, egy bontó érintkezős kontaktor tiltja le, ha a III. vagy IV. körön áram folyik – azaz bekapcsoltak az ide tartozó fogyasztókat. Ekkor az R42 áramfigyelő 2-es csatornája bekapcsol és a 28-as sorkapcson megjelenő feszültség vezérli a K41 kontaktort, mely bontja az I. kör áramkörét. A 28-as sorkapcson csak akkor van feszültség, ha az R42 áramfigyelő 16 A-es söntjén a beállított Imin áramszint feletti áram folyik, azaz, ha bekapcsolt a III. vagy IV. fogyasztói kör. Ha az I. kör fogyasztói működnek, akkor a II. III. és IV. körök letiltását a K42 jelű kontaktor nyitó érintkezője végzi el (R41–18-as sorkapocs).
Alaphelyzetben, amikor egyik fogyasztói körön sem folyik áram, az R41 áramfigyelő reléje nyugalmi állapotban van, 15–16 érintkezői zártak. Az R42 áramfigyelő kimeneti reléi az I < Imin állapotnak megfelelő állapotban vannak: 25–26 érintkező zárt, 15–18 zárt. A 26-os érintkező a K43 jelű kontaktort vezérli és engedélyezi a II. kör működését. A K42 kontaktor alaphelyzetben van, és biztosítja az R42 áramfigyelő által felügyelt fogyasztói körök működési lehetőségét.
Ha az I. kör bekapcsol, akkor az R41 áramfigyelő reléje meghúz, 18-as sorkapcsán keresztül vezérli a K42 kontaktort, mely letiltja a többi kör működését, valamint az R42 áramfigyelő 25-ös reléérintkezője sem kapja meg a vezérlésekhez szükséges feszültséget. Ha alaphelyzetből kiindulva a III. vagy IV. kör bekapcsol, akkor az R42 áramfigyelő 28-as sorkapcsán feszültség lesz, mely a K41 kontaktor vezérlésével bontja az I. kör áramútját. Ha a III. kör kapcsol be, akkor az R42 áramfigyelő 18-as sorkapcsán megjelenő feszültséggel vezérelt K45 kontaktor kikapcsolja a IV. kör áramútját, és a 25–26 érintkezők bontásával megszűnik a II. kört engedélyező K43 kontaktor vezérlése is és bontja a II. kör áramútját. Ha alaphelyzetből kiindulva a IV. fogyasztói kör kapcsol be, akkor az R42 áramfigyelő 16-os sorkapcsán megjelenő feszültség a K44 kontaktorral letiltja a III. kör működését. A 28-as sorkapocs feszültsége pedig a K41 kontaktorral letiltja az I. kör működését. A 25–26 bontásával K43 nem kap vezérlést, így a II. kör működése sem lehetséges.
Az áramfigyelők áramhatárainak beállítása a példa adataival az 5. ábrán láthatók.
5. ábra: A 4. ábra áramfigyelő reléinek áramhatár-beállításai.
Elektromos fűtések időeltolásos kapcsolása
Jelenleg és nagyon úgy néz ki, hogy a messzi-messzi jövőben is a Föld lesz az egyetlen élőhelyünk. Hogy milyen minőséggel, az többek között a világ egyre bővülő energiafelhasználásának is függvénye, mint a klímaváltozás egyik legjobban befolyásoló tényezője. A fosszilis energiahordozók használatának csökkentésére vagy akár megszüntetésére irányuló elképzelések ezért egyre nagyobb hangsúllyal vannak jelen a világban. Gombaként szaporodnak a háztetőkre telepített napelemek, melyek következménye sok más mellet az is, hogy még több elektromos készüléket üzemeltetünk otthonainkban. Bizonyára vannak, akik már előre számolnak pl. a földgázfelhasználás korlátozásával és pl. fűtési rendszerüket elektromos árammal működő helyi fűtőtestekkel egészítik ki.
Az eddig tárgyalt egyidejűségi problémák egy másik oldalról is megközelíthetők. Eddig arról volt szó, hogy egyáltalán nem bírja el a hálózat a készülékek egyszerre történő működésekor fellépő terhelést. Előfordul azonban olyan otthoni hálózat is, ahol csak az egyidejű bekapcsoláskor fellépő indulási áramra old le a kismegszakító, egyébként a stabilizálódott folytonos üzemi áramot elbírja. Ebben az esetben nincs szükség reteszelni, hiszen működhetnek együtt a fogyasztók, csupán a bekapcsolásukat kell időben eltolni egymástól. A bekapcsolások időeltolásának időzítési értéke a terhelés tulajdonságaitól függ, de pl. fűtésnél egy-két perc nem jelent problémát a fűtés hatékonysága szempontjából, ugyanakkor elegendő az éppen bekapcsolt fogyasztó áramfelvételének stabilizálódásához.
A jó hír az, hogy a kivitelezéshez semmilyen trükköt nem kell bevetni. Gyártanak olyan időrelét, mellyel könnyedén megoldható az időeltolásos kapcsolás. A 6. ábrán bemutatjuk azt az egyszerű kapcsolási rajzot, ahol egyetlen 1-modulos kétcsatornás meghúzás-késleltető időrelé segítségével három fűtőtestet kapcsolhatunk be egymás utáni sorrendben. Az időrelé két kimeneti reléjéhez külön-külön beállítható késleltetés, melyek a tápfeszültség rákapcsolásától számítandók. A „K1” kapcsolót bekapcsolva az I. fűtési kör kezd fűteni, közben tápfeszültséget kap az időrelé és elindul a két időzítés. A „t1” idő letelte után bekapcsol a II. fűtőtest, „t2” leteltekor a III. fűtőtest.
6. ábra: Egy kapcsoló és egy funkcionális időrelé három fogyasztó időeltolásos, sorrendi bekapcsolását vezérli. Az időrelé tápfeszültségre induló két meghúzás-késleltetett kimenetéhez külön állítható a késleltetés.
A sorrendi kapcsolás további fokozatokkal is bővíthető, melyhez nem kell mást tenni, mint az utoljára bekapcsoló relé kimenetével (itt a 28) egy következő ugyanilyen típusú időrelére kapcsolni a tápfeszültséget, melynek elkezdődik két saját meghúzás-késleltető funkciója. Ezzel újabb két fokozattal nő a rendszer. A fokozatok száma így tulajdonképpen a végtelenségig növelhető.
A bemutatott időrelé nem csak terhelések sorrendi bekapcsolásához alkalmas, hanem akár gépek, szállítószalagok, folyamatok részegységeinek technológiai sorrend szerinti kapcsolására is.
Figyelem! A cikkben bemutatott megoldások elvi kapcsolási rajzokkal vannak illusztrálva, melyekben a többszöri ellenőzés vagy műhelykörülmények közötti tesztek ellenére is lehetnek hibák. Adott feladatra való alkalmasságuk ellenőrzése, esetleges módosítása a telepítv feladata és felelőssége! A szerző és a kiadó nem vállal felelősséget a bemutatott elvi megoldások felhasználásából eredő károkkal és egyéb problémákkal kapcsolatban. A rajzokon látható vezetékek színei csak a könnyebb átláthatóságot segítik, nem feltétlenül egyeznek meg a szabványos vezetékezés színeivel!