Elektrotechnický seminář

CKÉHO POLE.....................................................112
OBRÁZEK 7.8: R RY C ÁDRA A UMÍSTĚNÍ MĚŘICÍ SONDYOZMĚ J ..........................................112


Seznam tabulek
T A 4.1:ABULK S ATICKÉ ZNAČKYCHÉM .............................................................................45
T A 4.2:ABULK Z HARAKTERISTIKA PRO ZDROJ S R
I1
ATĚŽOVACÍ C ..........................................51
T A 4.3:ABULK Z HARAKTERISTIKA PRO ZDROJ S R
I2
ATĚŽOVACÍ C ..........................................51
T A 4.4:ABULK LINEÁRNÍ OBVOD...........................................................................................57
T A 4.5:ABULK N OBVODELINEÁRNÍ ......................................................................................57
T A 4.6:ABULK V N, ÚČINNOST, CHYBY PRO VARIANTU A)ÝKO ..............................................62
T A 4.7:ABULK V N, ÚČINNOST, CHYBY PRO VARIANTU B)ÝKO ..............................................63
T A 4.8:ABULK S MICKÝ ODPORTATICKÝ A DYNA ...................................................................65
T A 5.1:ABULK O VANÉ OBVODOVÉ VELIČINYVĚŘO ................................................................70
T A 5.2:ABULK P NÁHRADNÍCH REZISTORŮARAMETRY ..........................................................71
T A 5.3:ABULK H OUDŮ A NAPĚTÍODNOTY PR .........................................................................76
T A 5.4:ABULK PUDY VE VĚTVÍCH OBVODURO .......................................................................82
T A 5.5:ABULK VĚTVOVÁ NAPĚTÍ ZADANÉHO OBVODU .........................................................87
T A 5.6:ABULK N , PROUDY A CHYBY MĚŘENÍ NA ZÁTĚŽI R
Z
APĚTÍ ..........................................92
T A 5.7:ABULK P NÁHRADNÍCH OBVODŮARAMETRY ..............................................................93
T A 6.1:ABULK PŘEHLED VZTAHŮ PRO STŘÍDAVÉ PERIODICKÉ PRŮBĚHY.............................100
T A 6.2:ABULK P ZADANÝCH PERIODICKÝCH PRŮBĚHŮARAMETRY ......................................104
T A 7.1:ABULK Z CE B
V
NA BUDICÍM PROUDU I
B
ÁVISLOST INDUK .........................................113
T A 7.2:ABULK Z CE B
V
NA POLOZE SONDYÁVISLOST INDUK .................................................113

6 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
1 Úvod
Předložený učební text pro výuku předmětu Elektrotechnický seminář zahrnuje
doplnění látky týkající se problematiky Bezpečnosti v elektrotechnice, zásad při měření,
základních zákonů a teoretických poznatků z elektrotechniky. Tematicky odpovídá látce
probírané v předmětu Elektrotechnika 1. Je doplněn jak příklady k aplikaci teoretických
poznatků (řešenými i neřešenými), tak návody pro jejich praktické ověřování. Tyto návody
mají sloužit pro přípravu a práci studentů při procvičování probírané látky v počítačových i
laboratorních cvičeních.
1.1 Zařazení předmětu ve studijním programu
Elektrotechnický seminář (ELS) je zařazen do 1. semestru bakalářského studijního
programu, souběžně s povinným předmětem Elektrotechnika 1 (EL1). Předmět je povinně
volitelný jako jeden ze tří (Matematický seminář a Fyzikální seminář), jeho aktivním
absolvováním získají studenti 2 kredity. ELS je doporučen všem studentům, kteří v rámci
výuky na střední škole neabsolvovali žádný předmět elektrotechnického zaměření. Má jim
poskytnout rozšíření vědomostí a znalostí z Bezpečnosti v elektrotechnice, která je nedílnou a
velmi důležitou součástí elektrotechnického vzdělání. ELS má studentům dále umožnit jak
pochopení a porozumění náročnější látky z oblasti elektrotechniky přednášené v předmětu
EL1, tak získání praktických zkušeností a dovedností při realizaci laboratorních experimentů.
1.2 Úvod do předmětu
Dlouhodobé pedagogické zkušenosti vyučujících potvrzují, že pro správné pochopení
základních zákonů a principů elektrotechniky spolu s metodami analýzy elektrických obvodů
je důležité jejich ověření na jednoduchých úlohách, a to jak laboratorním experimentem, tak
počítačovou simulací. Proto je výuka ELS koncipována jako laboratorní a počítačová cvičení,
které mají efektivně doplňovat látku přednášenou a cvičenou v předmětu EL1.
Cílem laboratorních cvičení je experimentální ověření základních zákonů a některých
metod pro analýzu stejnosměrných elektrických obvodů, které jsou pro získání fyzikálních
představ a hlubších vědomostí u studentů všech oborů elektrotechnického inženýrství velmi
důležité. V laboratorních cvičeních si student základní ověřuje teoretické poznatky prakticky.
To mu umožňuje získat praktické návyky a dovednosti potřebné pro realizaci a vyhodnocení
laboratorních experimentů.
Počítačové cvičení, podobně jako laboratorní, má posloužit nejen k ověření znalostí
z přednášek, ale také k jejich upevnění a zažití. Jejich cílem je též kontrolovat, zda byla teorie
(zákony a metody řešení) pochopena správně a zda jsou studenti schopni ji samostatně
aplikovat i na řešení podobných úloh. Řešení číselných příkladů a úloh pomáhá studentovi při
upevňování znalostí základních zákonů elektrotechniky a vede k jejich samostatnému
osvojení. Student se učí řešit úlohy samostatně a případné nejasnosti konzultuje okamžitě
s vyučujícím.

Elektrotechnický seminář 7
2 Bezpečnost v elektrotechnice
Cíle kapitoly: Seznámit studenty se základními zásadami bezpečného využívání účinků
elektrické energie. Poukázat na příčiny a důsledky havárií v elektrotechnice a zdůraznit
význam jejich prevence. Uvést souvislosti se stávající legislativou. Připomenout základní
terminologii a doplnit některá náročnější témata probíraná v rámci předmětu EL1 konkrétními
názornými příklady.
2.1 Úvod do problematiky o bezpečnosti v elektrotechnice
S rozvojem a pokrokem celé naší společnosti úzce souvisí využití účinků elektrické
energie, se kterým se v současné době setkáváme prakticky ve všech oblastech lidské činnosti.
Tento proces sice přináší mnoho výhod, ale také řadu souvisejících rizik. Proto je
bezpodmínečně nutné dodržovat pravidla určená pro zajištění bezpečného a spolehlivého
provozu elektrických zařízení (EZ), tj. jejich schopnosti nezpůsobovat při normálním provozu
škody jakéhokoliv druhu.
Pokud nejsou tyto zásady, které vycházejí z fyzikálních zákonů, respektovány v praxi,
stává se z dobrého pomocníka, jakým elektrická energie bezesporu je, potenciální zdroj
nebezpečí. Neodborná obsluha, nedostatečná údržba, nekvalifikovaný výběr, nákup či dovoz a
případné nedodržení provozních podmínek u elektrických zařízení znamená ve svých
důsledcích nemalé ztráty (náhrady škod na životech a zdraví, škod hmotných při požárech a
haváriích nebo náhrady za uhynulá hospodářská zvířata, apod.).
Při zjišťování příčin úrazů, požárů, havárií a výbuchů je věnována stále větší pozornost
technické stránce, mechanismu vzniku a průběhu události s cílem dopátrat se objektivní
pravdy a stanovit preventivní opatření.
Zkušenosti našich předchůdců i vědeckotechnické a odborné znalosti a vědomosti
prověřené dlouholetou praxí ukazují, že elektrická energie je dobrým pomocníkem, ale zlým
pánem. Její účinky bývají často podceňovány z hlediska možného negativního působení, které
může vést k úrazu, požáru nebo havárii především tam, kde to laik nebo jiná osoba bez
potřebné kvalifikace neočekávají. V současné době však je stále dosti velký počet těch, kteří
nekriticky přeceňují svoje elektrotechnické vědomosti v oblasti teorie i praxe. To vede nejen
ke špatným postupům při práci na elektrickém zařízení, ale i k chybnému hodnocení a řešení
již vzniklé situace. Proto každý, kdo ve své činnosti bezprostředně využívá EZ, musí být
předem a na odpovídající úrovni seznámen s pravidly bezpečného provozování daného EZ
současně s prevencí možných rizik. Bezpečnost práce přitom chápeme jako soubor opatření
zajišťujících ochranu života a zdraví pracovníků a chránících materiální hodnoty před
poškozením v pracovním procesu.
Bezpečnost práce na elektrických zařízeních je souborem ustanovení a předpisů, které je
nutno dodržovat při práci a obsluze elektrických zařízení. Uvádí se obvykle rozsah úkonů,
které smějí vykonávat osoby podle odborné kvalifikace, a podmínky, které musí být splněny,
aby byla rizika snížena na minimum.
Mezi základní předpisy používané v této oblasti patří technické normy. Pro správnou
interpretaci a aplikaci technických norem je třeba odpovídající odborné způsobilosti, která je
navíc upravena vyhláškou ve Sbírce zákonů. Jednotlivé povinnosti a práva na straně
pracovníků, zaměstnavatelů a v případě konfliktů otázku odpovědnosti řeší zákony, a to jak
z obecného hlediska, tak specificky ve vazbě na elektrická zařízení, jejich provoz a údržbu.
8 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Uvedené otázky mají zásadní důležitost a jejich znalost by měla být samozřejmou
součástí vzdělání každého absolventa fakulty. To proto, že v tomto ohledu je české právo
kompatibilní s právem Evropské unie a neznalost zákona neomlouvá. Tato realita se
samozřejmě týká také všech provozovatelů technických zařízení, kteří musí počítat v případě
kolize s tvrdými ekonomickými sankcemi po přistoupení ČR k Evropskému společenství.
2.2 Související technické normy a právní předpisy
Elektrická zařízení v sobě skrývají určitá rizika, která mohou způsobit havárie různého
druhu. Proto je pro jejich bezpečný a spolehlivý provoz nutno respektovat některá ustanovení
obsažená v právních normách. V České republice jsou právními normami pro tyto účely
zákony, vyhlášky, výnosy, normy a místní pravidla. Jejich cílem je zajištění bezpečnosti
technických zařízení. Týkají se jak technického tak i personálního zajištění bezpečného
provozu elektrických zařízení. Jsou to zejména
• předpisy upravující zajištění bezpečnosti ve vztahu k pracovníkům a jejich činnosti při
výkonu povolání,
• předpisy upravující zřizování a provozování elektrických zařízení, včetně péče o řádnou
údržbu,
• předpisy, které řeší výrobu nebo dovoz výrobků a jejich uvádění na trh.
Hlavní zásady provedení výrobků a zařízení z hlediska jejich bezpečnosti, odpovědnosti
těch, kteří je uvádějí na trh, a povinností na úseku bezpečnosti práce jsou dány českými
zákony a k nim příslušejícími nařízeními vlády či prováděcími vyhláškami. Zákony jsou
závazné pro všechny, jejich dodržování je vymahatelné a případné nedodržování trestně
postižitelné.
Vlastní technické provedení výrobků a zařízení musí odpovídat příslušným technickým
předpisům. Ty jsou buď sjednány smluvně a nebo u výrobků zvýšenou měrou ohrožující
bezpečnost osob, majetek nebo přírodní prostředí jsou závazně určeny nařízením vlády.
Technickým předpisem jsou často české technické normy, které se označují ČSN.
Většina českých technických norem v současnosti nevzniká v ČR, nýbrž na
mezinárodní či evropské úrovni. Mezinárodní normy jsou do soustavy českých technických
norem zaváděny pod označením ČSN IEC, pokud vznikly v Mezinárodní elektrotechnické
komisi (International Electrotechnical Commission), nebo ČSN ISO, pokud vznikly
v mezinárodní normalizační organizaci (International Organization for Standardization).
Evropské normy vznikají v organizaci CENELEC, která je obdobou IEC a v organizaci
CEN, která je obdobou ISO. Označují se jako ČSN EN.
2.2.1 Význam technická normalizace
Zákon definuje technickou normalizaci jako tvůrčí činnost, kterou se pro opakující se
technické úkoly zajišťuje, stanoví a uplatňuje nejvýhodnější řešení, zejména z hlediska
hospodárnosti, jakosti a bezpečnosti. Přitom se vychází ze současného stavu tuzemské i
zahraniční techniky. Technické normy se postupně staly prvkem mnohých právních vztahů
tím, že se řada právních předpisů spojila s existencí technických norem obsahujících
specifické právní povinnosti. Postupně došlo k tomu, že ze zákona o technické normalizaci
bylo vypuštěno ustanovení o sankcích za nedodržování technických norem. Důsledky za
nedodržení norem byly uplatňovány v souvislosti s jinými právními předpisy, které technické
normy uváděly, nebo na ně poukazovaly. Zákon rovněž uváděl, že technické normy nesmí být
v rozporu s jinými právními předpisy vyššího stupně. Znamenalo to, že se nikdo nemůže
Elektrotechnický seminář 9
zprostit odpovědnosti za nedodržení povinností stanovených obecně závazným předpisem
s poukazem na to, že splnil povinnosti stanovené technickou normou, nebo že výrobek
odpovídá normě, která je v rozporu s předpisem vyšší právní síly.
Vzhledem k rozvoji vědy a techniky byly prováděny další změny v legislativě i
v technických normách. Zejména po roce 1990, kdy bylo v důsledku společenských změn
zapotřebí upravit odpovídajícím způsobem předpisy, vyhlášky a normy. Cílem úprav mělo být
srovnání a vyrovnání s mezinárodními systémy uplatňování norem a dosažení jednotnosti na
úrovni evropské i mezinárodní. Zákon předpokládal zrušení obecné závaznosti technických
norem, přičemž pouze závazné zůstávají pouze ty , které byly jako takové označeny. Smyslem
nové úpravy nezávaznosti technických norem je jejich dodržování proto, že je to výhodné.
Norma je stále základem, který zaručuje, že splněním požadavků je učiněno vše, co je obecně
požadováno pro bezpečnost výrobku nebo zařízení.
Normalizace měla, má a ještě bude mít svůj význam, svoje nezastupitelné místo nejen
v technice, ale i v obchodě. Nezávazné normy nejsou ani trochu zbytečností nebo něčím
překonaným. V řadě předpisů vyšší právní síly, jako jsou vyhlášky, zákony a smlouvy včetně
mezinárodních, zůstávají stále odkazy na normalizaci. Normy jsou stále podkladem pro
zkoušení výrobků, jejich hodnocení a certifikaci, bez kterých se na poměrně nasyceném trhu
výrobce nebo dodavatel jen velice obtížně prosadí. Normalizace bude mít svoje významné
místo ve světě techniky a obchodu ještě velmi dlouho a nakonec může být nástrojem pro
sjednocení myšlenek alespoň na v oblasti technicky, a to i v mezinárodním měřítku.
2.2.2 Právní předpisy související s technickým a personálním zajištěním bezpečného
provozu
Požadované vlastnosti výrobků vymezuje zákon č. 102/2001 Sb. o obecné bezpečnosti
výrobků. Účelem zákona je zajistit v souladu s právem Evropských společenství, aby
výrobky uváděné na trh byly bezpečné. Jsou v něm uvedeny obecné požadavky na bezpečnost
výrobků, na označování výrobků a na průvodní dokumentaci. K zajištění těchto požadavků
jsou stanoveny povinnosti osob uvádějících výrobek na trh, povinnosti orgánů veřejné správy
a povinnosti orgánů dozoru.
Výrobkem se rozumí jakákoliv movitá věc, která byla vyrobena, vytěžena nebo jinak
získána bez ohledu na stupeň jejího zpracování a je určena k nabídce spotřebiteli nebo lze
očekávat, že bude užívána spotřebiteli, pokud tato věc je dodávána v rámci podnikatelské
činnosti úplatně nebo bezúplatně, a to jako věc nová nebo použitá či upravená.
Bezpečným výrobkem je výrobek, který za běžných nebo rozumně předvídatelných
podmínek užití nepředstavuje po dobu stanovené nebo obvyklé použitelnosti žádné nebezpečí
nebo jehož užití představuje vzhledem k bezpečnosti a zdraví osob pouze minimální
nebezpečí při správném užívání výrobku. To ovšem musí být vhodným způsobem posouzeno
a zajištěno. Proto za bezpečný výrobek se považuje výrobek splňující požadavky zvláštního
právního předpisu a mezinárodních smluv, kterými je Česká republika vázána a které byly
vyhlášeny ve Sbírce mezinárodních smluv. Pokud pro výrobek takový předpis neexistuje,
považuje se za bezpečný výrobek ten, který splňuje požadavky českých technických norem
nebo odpovídá stavu vědeckých a technických poznatků známých v době jeho uvedení na trh.
Nebezpečným výrobkem je každý výrobek, který nevyhovuje požadavkům na bezpečný
výrobek.
Způsob stanovování technických požadavků na výrobky, které by mohly ohrozit zdraví
nebo bezpečnost osob, majetek nebo přírodní prostředí (tzv.”oprávněný zájem”), dále práva a
povinnosti osob, které uvádějí na trh nebo distribuují výrobky, které by mohly ohrozit
10 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
oprávněný zájem, upravuje zákon č. 22/1997 Sb. ve znění zákona č. 71/2000 Sb. a zákona
č. 102/2001 Sb. o technických požadavcích na výrobky. Zákon rovněž definuje práva a
povinnosti osob pověřených k činnostem podle tohoto zákona, související s tvorbou a
uplatňováním českých technických norem nebo se státním zkušebnictvím. K provedení tohoto
zákona byla vydána řada nařízení vlády.
Nařízením č. 173/1997 Sb. jsou určeny tzv. stanovené výrobky, které představují
zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu a u kterých proto musí být posouzena shoda
jejich vlastností s požadavky technických předpisů. V dalších nařízeních vlády pro jednotlivé
skupiny stanovených výrobků, v závislosti na jejich technické složitosti a míře možného
nebezpečí při užívání, jsou uvedeny podmínky pro uvádění na trh a postupy posuzování
shody. Ten, kdo uvádí výrobek na trh, je povinen vydat písemné prohlášení o shodě výrobku
s technickými předpisy. Prohlášení musí být v českém jazyce, jeho náležitosti jsou
předepsány v nařízení vlády č. 173/1997 Sb.
Některé technické výrobky, dovážené ze zemí Evropské unie (EU) nesou na svých
obalech nebo štítcích označení CE (Conformité Européene), provedené stylizovaným písmem.
Jedná se o výrobky, na které se vztahuje některá ze směrnic EU závazná pro výrobce.
Výrobce podle ní odpovídá v plném rozsahu za bezpečnost svého výrobku a musí před jeho
uvedením na trh prokázat shodu s příslušnými předpisy. Legislativní předpisy EU tvoří
závazné a nezávazné předpisy.
Specifické jsou předpisy technické, kterými se ze zákona na národní úrovni reguluje
vyráběná produkce z hlediska veřejných požadavků – bezpečnosti, ochrany života za zdraví,
ochrany životního prostředí a spotřebitele. Směrnice ES jsou prostředkem sjednocování
předpisu v rámci společenství. Aby mohlo být použito značky shody CE, musí zkušebna
ohlášená u ES provést předepsané zkoušky. Není možný libovolný postup státních orgánů ani
zkušeben při stanovování rozsahu a postupu zkoušek. Předepsané zkoušky pro udělení značky
CE musí být uvedeny v příslušné směrnici.
Většina elektrických zařízení nízkého napětí je jako stanovené výrobky určena
v nařízení vlády ČR č. 168/1997 Sb. ve znění nařízení vlády č. 281/2000 Sb., kterým se
stanoví technické požadavky na elektrická zařízení nízkého napětí. Některá jsou určena
samostatnými nařízeními vlády, např. pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu, pro
výtahy, pro lékařské účely atd. Elektromagnetické vlivy zařízení jsou řešeny v samostatném
nařízení vlády č. 169/1997 Sb. ve znění nařízení vlády č. 282/2000 Sb., kterým se stanoví
technické požadavky na výrobky z hlediska jejich elektromagnetické kompatibility.
Pro posouzení elektrických zařízení je důležité ještě nařízení vlády č. 178/1997 Sb.,
kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky. Tam jsou uvedena k posuzování
shody prakticky všechna elektrická zařízení, která jsou součástí stavby. V základních
požadavcích je uvedena i bezpečnost při užívání: “Stavba musí být navržena a postavena
takovým způsobem, aby při jejím užívání nevznikalo nepřijatelné nebezpečí úrazu, např.
uklouznutím, smykem, pádem, nárazem, popálením, elektrickým proudem, výbuchem.”
Dalším právním předpisem je zákon č. 65/1965 zákoník práce v platném úplném
znění, jehož poslední pětinásobná novelizace v roce 2000 přinesla významné změny v hlavě
páté, týkající se bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Hlavním cílem bylo předcházení nebo
omezování rizika ohrožujícího životy a zdraví při práci. Elektrická zařízení při nesprávném či
neopatrném zacházení vždy př