Každý projektant či elektromontér, který již pracoval s KNX přístroji, obvykle ví, jakým způsobem lze zatěžovat výstupní obvody akčních členů. Uvědomuje si také, že údaje uvedené v katalogové dokumentaci ne vždy plně popisují všechny přípustné typy a velikosti zátěží.
A to i přesto, že většina výrobců uvádí přehledné tabulky s možnostmi zatěžování jednotlivých typů akčních členů. Protože každý typ akčního členu je určen vždy pro určité charaktery zátěží.
Typy akčních členů
V závislosti na přednostním způsobu použití rozeznáváme čtyři základní typy akčních členů:
- Spínací – jsou určeny pro spínání elektrických předmětů – mohou být řešeny jako elektronické nebo jako kontaktní, tedy s relé na silovém výstupu. Některé spínací akční členy mohou být určené pro řízení tepelných konvektorů (fan-coilů).
- Stmívací – spínají a regulují intenzitu osvětlení – jsou dodávány v několika variantách, v závislosti na předurčeném charakteru zátěže.
- Žaluziové – pro řízení motorické zátěže, s reverzací chodu pohonu.
- Analogové – pro plynulé řízení provozu různých elektrických zařízení s ovládáním proměnným proudem či proměnným napětím.
Za akční členy můžeme považovat také různá rozhraní mezi sběrnicí KNX a specializovanými sběrnicemi jako rozhraní pro řízení osvětlení (DALI – digital addressable lighting interface) nebo motorických pohonů (SMI – standard motor interface). Tato rozhraní ovšem nejsou přímo zatěžována ovládanými spotřebiči – řídí činnost předřadníků nebo řídicích jednotek připojených výkonových zátěží.
Poměrně často se vyskytují i kombinace až několika typů akčních členů v jednom přístroji. Potom je nutné posuzovat samostatně jednotlivé kanály přístroje, v závislosti na jejich přednostním určení.
Konstrukční varianty akčních členů
Nejrozšířenějšími jsou akční členy určené pro montáž na nosné lišty do rozvaděčů. Jejich rozměrové řešení dovoluje ukládat je společně s jističi, proudovými chrániči, svodiči přepětí a dalšími rozvaděčovými přístroji pod společné kryty. Tato konstrukční varianta výrobcům umožňuje snadné vytváření i mnohonásobných akčních členů obsahujících několik samostatně programovatelných výstupů (kanálů) s jedinou společnou řídicí elektronikou připojenou ke KNX sběrnici (sběrnicovou spojkou). Čím vyšší počet kanálů přístroj obsahuje, tím je nižší relativní cena přístroje – významně se snižuje cena přepočtená na jeden kanál. Ekonomičtější je tedy použití akčních členů s co nejvyšší násobností.
V některých případech, např. při potřebě využití ve venkovním prostředí, je výhodné volit variantu akčních členů v uzavřených krytech, pro nástěnnou montáž, umožňující správnou činnost i při nízkých teplotách (např. až při -25 °C), zatímco rozvaděčové přístroje jsou zpravidla určeny pro práci při teplotách nad -5 °C. Někdy může být optimálním řešením montáž akčních členů do elektroinstalačních zapuštěných krabic. Tyto přístroje sice nemohou obsahovat tak vysoký počet výstupních kanálů jako přístroje rozvaděčové, ale mohou být umístěny blíže k ovládanému předmětu nebo mohou být snadno nasazeny při pozdějším doplňování instalace.
Zatěžování spínacích akčních členů
Spínání zátěží je nejčastější činnost ve všech typech elektrických instalací. Ovšem vždy je potřebné vědět, jaký charakter zátěže se má spínat. Podle toho je nutné volit vhodný spínací prvek.
Starší spínací akční členy byly koncipovány nejčastěji pro spínání odporové zátěže, přičemž bylo možné spínat i smíšenou zátěž odporovou a induktivní, v menším rozsahu také zátěž se zářivkovými světelnými zdroji. Novější akční členy jsou již běžně dodávány s možností spínání odporových i zářivkových zátěží až do jmenovitého proudu, např. 16 AX. V katalozích nyní nechybí ani údaje o zatěžování LED světelných zdrojů. Tyto základní údaje jsou uváděny na štítku přístroje, veškeré další podrobnosti je nutné vyhledat v technické dokumentaci uváděné výrobcem na jeho webových stránkách nebo v katalogu.
Jaké potíže mohou nastat při nerespektování všech pokynů výrobce?
Z praxe víme, že zdaleka ne všechny použité spínané kanály jsou využívány na doraz, tedy pro spínání jmenovitých proudů. Přesto se někdy vyskytují požadavky na spínání na horní hranici. Jedním z problémů, který může nastat, je tepelné přetížení vícenásobného přístroje, s následným svařením spínacích kontaktů. Stane se tak v případě, kdy výrobce sice uvedl, že se jedná např. o jeho čtyřnásobný spínací akční člen pro jmenovité proudy 16 A, avšak v technické dokumentaci je upřesnění pro uživatele, z něhož vyplývá, že kterékoli tři kanály lze trvale zatěžovat proudem 16 A, avšak u zbývajícího kanálu je nutné maximální proud omezit jen na 10 A. Před výběrem vhodného akčního členu je tedy nezbytné důkladně prostudovat technickou dokumentaci a brát do úvahy případná omezení, která se ale mohou vztahovat i na jednotlivé charaktery zátěží.
Dodávány jsou i speciální spínací akční členy určené pro přepínání otáček ventilátorů v konvektorech. Pokud jsme zvolili takovýto přístroj, při jeho předepsaném způsobu zapojení a správném naprogramování nelze očekávat žádné problémy. Pokud ale chceme využít pro tentýž účel např. tři volné kanály vícenásobného spínacího akčního členu, musíme si uvědomit, že současně smí být sepnut nejvýše jeden z těchto tří spínacích kontaktů, jinak by došlo k sice krátkodobému, ale přesto škodlivému zkratování vinutí regulačního transformátoru v řídicím obvodu ventilátoru.
Nevhodné je i vytváření třífázového spínání třemi souběžně spínanými kanály akčního členu. Z principu činnosti těchto přístrojů vyplývá, že i když zmíněné tři kanály současně obdrží shodný příkaz k sepnutí, tato operace nemusí proběhnout zcela synchronně. V takovémto případě je vhodnější jedním kanálem spínat napěťovou cívku stykače, jenž je konstruován pro současné spínání ve všech pólech. Bohužel zde přicházíme o zpětnou vazbu (o informaci o stavu kontaktů). To lze řešit využitím pomocného kontaktu stykače, k němuž je připojen vhodný KNX binární vstup.
Zatěžování výstupů stmívacích akčních členů
Stmívací akční členy pro KNX systémové instalace jsou nebo byly vyráběny v několika základních variantách.
a) Stmívače pro regulaci žárovkových světelných zdrojů
Nejstarší variantou jsou stmívače určené pro regulaci intenzity osvětlení žárovkových světelných zdrojů při napětí 230 V AC, které dovolují také stmívání halogenových žárovek malého napětí při napájení prostřednictvím klasického transformátoru. U těchto přístrojů je udáváno jejich maximální zatížení ve W nebo V.A, např. 300 W/V.A. Při řízení žárovkové zátěže 230 V AC, je možné využít zátěž skutečně až do jmenovitého příkonu žárovek 300 W. Bude-li stmívačem řízen vinutý transformátor pro napájení halogenových žárovek mn, je nutné redukovat jmenovitý příkon těchto žárovek o výkonovou ztrátu transformátoru. Doporučuje se počítat s výkonovou ztrátou ve výši 30% jmenovitého výkonu, tedy v našem případě 90 W. Z toho vyplývá, že halogenové žárovky bylo možné používat nejvýše do jejich příkonu 210 W.
Druhým údajem, týkajícím se zatěžování stmívačů je minimální zátěž (např. 40 W). Při použití žárovek o nižším celkovém příkonu než je stanovená dolní mez, může docházet k nesprávné činnosti stmívače, projevující se nepravidelným blikáním, především při ztlumeném světle.
Novější stmívací akční členy byly dodávány jako tzv. univerzální. Ty umožňují stmívat také halogenové žárovky malého napětí napájené prostřednictvím elektronických transformátorů. Samozřejmě i elektronický transformátor má určitou vlastní spotřebu. Avšak ta je výrazně nižší, než spotřeba klasických transformátorů. Uvažuje se zde se ztrátou ve výši kolem 5%, tedy pro jmenovitou zátěž podle výše uvedeného příkladu to bude činit pouhých 15 W. Potom lze využít halogenové žárovky do příkonu až 285 W.
Univerzální 
stmívač je regulátor, který může pracovat ve dvou režimech činnosti. Pro řízení intenzity osvětlení vybaveného žárovkami nn nebo halogenovými žárovkami mn s klasickými transformátory plně postačí fázové řízení se spínáním na náběžné hraně. To znamená, že v průběhu každé půlvlny spouštěcím pulsem se otevírá polovodičový ventil a umožní průtok proudu po zbytek půlvlny. Elektronické transformátory však vyžadují jiný způsob fázového řízení – spínání na sestupné hraně. Proud zde začíná protékat při průchodu půlvlny napětí nulou. Příchozím závěrným pulsem v průběhu půlvlny se polovodičový ventil zavírá a proud přestává procházet.
Univerzální stmívače (stmívací akční členy) pracují tak, že nejdříve otestují použitý typ zátěže a podle toho volí režim činnosti. Z toho ovšem vyplývá, že v jednom společném zatěžovacím okruhu nelze směšovat klasické a elektronické transformátory. Avšak lze použít žárovky nn společně s klasickými transformátory nebo společně s elektronickými transformátory.
Se širším nástupem tzv. úsporných žárovek – tedy zářivek s vestavěnými předřadníky do patic E27 nebo E14 a použitelných namísto klasických žárovek, byly svými výrobci upraveny také univerzální stmívací akční členy. Avšak správná funkce stmívačů s těmito světelnými zdroji byla zaručována jen za předpokladu použití stmívatelných úsporných žárovek. Již při jejich nákupu bylo tedy potřebné věnovat náležitou pozornost popisu na obalu, na němž bylo vždy mj. uvedeno, zda se jedná o stmívatelný nebo nestmívatelný (obr. 6) světelný zdroj.
V současnosti se v nových instalacích používají převážně energeticky úspornější LED světelné zdroje. Proto také výrobci nabízejí nové řady univerzálních stmívacích akčních členů. Jejich konstrukční uspořádání umožňuje stmívat i tento typ světelných zdrojů, ovšem za předpokladu, že jsou deklarovány jako stmívatelné. Příklad takového přístroje je na obr. 7 – v každém z kanálů lze regulovat zátěž v rozmezí od 20 do 250 W/V.A pro všechny typy žárovkových zátěží, nebo v rozmezí od 7 do 50 W pro stmívatelné LED světelné zdroje.
Při spouštění LED světelných zdrojů se v obvodu vyskytují vysoké proudové špičky, proto pro tento typ zátěže musí být maximální výkon snížen na 20% oproti maximálnímu výkonu žárovkové zátěže udávané výrobcem.
Stejně, jako pro jiné přístroje, je i pro stmívací akční členy udáván rozsah pracovních teplot, při nichž jsou platné údaje o možnostech zatěžování. Obvykle se jedná o rozsah okolních teplot od +5°C do +35°C. Potřebujeme-li přístroj provozovat i při poněkud vyšších okolních teplotách, je zcela nezbytné redukovat jeho maximální zátěž. Výrobce v návodu pro montáž a použití udává, jakým způsobem musí být zátěž snižována s rostoucí okolní teplotou, včetně údaje o nejvyšší přípustné teplotě, při níž již stmívač musí zůstat bez zatížení. Příklad závislosti maximálního zatížení stmívače na okolní teplotě je na obr. 8.
Stmívací akční členy jsou vybaveny elektronickými ochranami proti proudovému přetížení a zkratu a také proti tepelnému přetížení. Jakmile teplota výkonového polovodiče překročí stanovenou mez, ochrana stmívač vypne. Teprve po jeho ochlazení pod mezní hranici přístroj samočinně naběhne do provozního stavu. Pokud trvají stejné zatěžovací a teplotní podmínky, dochází ke střídavému zapínání a vypínání osvětlení – jedná se o tepelné přetížení stmívače.
Aby nenastaly takovéto problémy, je nezbytné dodržovat veškeré pokyny výrobců uvedené v návodech pro použití a montáž. Důležité je ponechávat v rozvaděčích předepsané ochlazovací mezery mezi stmívači a ostatními přístroji. Rovněž je důležité výpočtem podle ČSN EN 60670-24 kontrolovat výkonovou ztrátu všech v rozvaděči umístěných přístrojů, která nesmí překročit typovou výkonovou ztrátu udávanou výrobcem rozvaděče. Je také potřebné věnovat pozornost umístění rozvaděče tak, aby vnějšími vlivy nemohlo docházet k nepřípustnému snížení přirozeného odvodu tepla (např. rozvaděč v blízkosti zdroje tepla).
Literatura:
[1] Podklady výrobců ABB, Becker, BJE, Jung, MDT, Rademacher, Siemens
[2] www.knx.org, www.knxcz.cz
[3] ČSN EN 60670-24: Krabice a kryty elektrických přístrojů pro domovní a podobné pevné elektrické instalace. Část 24: Zvláštní požadavky na kryty ochranných přístrojů a podobných výkonových rozvodných zařízení
[4] Archiv autora
