RC ČLEN – Souvislost s problematikou zapínání a vypínání zátěže při AC / DC napájení - 3

Znalost normy je zásadní nutností při navrhování odrušení, neboť tato neznalost může při poruše v krajním případě vést až k úrazu elektrickým proudem. Při aplikaci RC-členu v intencích tohoto článku není situace tak striktní, přesto je dobré problematice věnovat pozornost.

Kapacitory třídy X

• Norma v článku 1.5.3 definuje použití těchto kapacitorů pro takové případy, kdy porucha kapacitoru nebo kapacitoru v RC kombinaci nevyvolá nebezpečí elektrického úrazu.
• Kapacitory třídy X se dělí do podtříd X1, X2 a X3. Toto členění reflektuje odolnost kapacitoru na impulsní přepětí superponovaná na síťové napětí, kterými je kapacitor v provozu vystaven. Přepětí vznikají atmosférickými jevy, spínáním sousedních zařízení, nebo jevy v samotném obvodovém řešení kde je kapacitor použit.
  
  • Kapacitory třídy X1 mají nejvyšší odolnost definovanou odolností proti špičkovému napětí v provozu v rozsahu 2,5 kV až 4 kV. Mají zpřísněnou zkoušku trvanlivosti.
  • Kapacitory třídy X2 mají „střední odolnost“ a jsou určeny pro všeobecné použití. Provozní špičkové napětí může dosáhnout až do hodnoty 2,5 kV. Kapacitory třídy X2 mají též zpřísněnou zkoušku trvanlivosti
  • Kapacitory třídy X3 mají odolnost proti napěťovým špičkám pouze do velikosti 1,2 kV a nemají zpřísněnou zkoušku trvanlivosti

Kapacitory třídy Y

• Norma v článku 1.5.4 definuje použití těchto kapacitorů pro takové případy, kdy porucha kapacitoru nebo kapacitoru v RC kombinaci by mohla vyvolat nebezpečí elektrického úrazu.
• Kapacitory se dělí do podtříd Y1, Y2, Y3, Y4 (podrobnější výklad je pro tématiku RC členů nepotřebný)

Jak porozumět normě z pohledu projektanta nebo toho, kdo aplikuje kapacitory třídy X a třídy Y v realizační praxi

• Norma počítá s tím, že kapacitor nemůže mít nekonečnou spolehlivost a že také nemůže vydržet jakékoli napětí, které se na něm objeví
• Proto norma operuje s pojmem, zdali při poruše kapacitoru může dojít k elektrickému úrazu, nebo nemůže dojít k elektrickému úrazu. Samozřejmým faktem je, že při poruše kapacitoru dojde s vysokou pravděpodobností k poruše funkce zařízení – toto je ale již jiná problematika.
• Pokud je kapacitor připojen pouze mezi pracovní vodiče (pracovní části daného obvodového řešení), tak porucha kapacitoru nemůže způsobit elektrický úraz. V těchto případech se proto používají kapacitory třídy X.
• Pokud je kapacitor připojen mezi pracovní vodič a ochranný vodič (pracovní část daného obvodového řešení a ochrannou část daného obvodového řešení), tak porucha kapacitoru může způsobit elektrický úraz. V těchto případech se proto používají kapacitory třídy Y.
• Základním rozdílem mezi kapacitory třídy X a třídy Y je to, na jaké jmenovité napětí jsou konstruovány a za jak přísných podmínek jsou testovány (velikosti přiložených napětí, délka zkoušky, atd.)

RC-člen pro eliminaci nebezpečných jevů při spínání a vypínání zátěže stačí být třídy X

• Je to dáno tím, že je připojen do pracovní části daného obvodového řešení.
• Pro většinu aplikací se používá kapacitor třídy X2 (empirická zkušenost zjištěná na straně výrobců)
• Kapacitor třídy X1 se musí použít tam, kde je předpoklad vzniku velkých přepětí (zjištěno výpočtem při návrhu, nebo tam kde řešení „bez výpočtu“ s kapacitorem třídy X2 není spolehlivé, je naopak poruchové)
• Kapacitor třídy X3 nachází uplatnění tam, kde je potřeba nejlepší poměr kapacita / rozměry kapacitoru a je prokazatelně zjištěno, že napětí na kapacitoru nepřesáhne stanovenou mez (obvody s malým napětím)

Požadavky na rezistor v RC-členu

Na rezistor v RC-členu se nevztahuje přímo nějaká konkrétní norma. Rezistor však musí splňovat určitá kritéria.

Výkonová zatížitelnost

• Rezistor v RC-členu musí mít vysoký poměr dovolené impulsní a trvalé zátěže. Tento požadavek vyplývá z charakteru namáhání rezistoru v daném obvodovém řešení. Provedení rezistoru musí být tedy takové, aby rezistor pracoval jako akumulační článek z pohledu tepelné energie (jednorázové nabití vysokým impulsním výkonem – následný odvod tepla do okolí přes pouzdro RC-členu).
• Výrobcem udávaný výkon rezistoru je chápán jako ekvivalent trvalého výkonu (jediná možnost reprodukovatelného srovnání)

Napěťová zatížitelnost

• Rezistor v RC-členu je při činnosti napěťově namáhán jednak trvale pracovním napětím a při přechodném jevu je na něm hodnota vzniklého přepětí (na počátku přechodného děje se kapacitor chová jako zkrat). Rezistor se nesmí v žádném případě „prorazit“.
• Tento požadavek se často řeší spolu s výkonovou zatížitelností tak, že se použije sériová kombinace dvou rezistorů

Nízká sériová indukčnost

• Rezistor v RC-členu musí být bezindukční do té míry, aby jeho vlastní indukčnost byla zanedbatelná s hodnotami indukčností jak pracovních tak parazitních indukčností v daném obvodovém řešení kde probíhá přechodný děj.
• To vede na vyloučení použití drátových (vinutých) rezistorů. Naopak se používají vrstvové rezistory.

Aplikační doporučení při výběru nebo návrhu RC-členu

Návrh parametrů RC-členu

Není žádným tajemstvím, že RC-člen se velmi často navrhuje empiricky (myšleno z pohledu hodnot R a C). Ať již jako dlouhodobé know-how, nebo v začátcích metodou pokus-omyl. V pokračování tématu bude uvedeno jak RC-článek také navrhnout – vypočítat. Respektive jaký zvolit postup pro správný rámcový návrh.

RC-člen je nejlepší koupit hotový

• Vyplývá to z kapitol 4) a 5) článku. Jak kapacitor, tak rezistor musí splňovat určitá kritéria (některá dokonce definovaná normou)
• Koupený RC-člen je navíc zapouzdřen, což přináší tyto výhody
  
  • Optimální parametry RC-členu jako celku (odvod tepla, izolační odpory, nízká vlastní indukčnost, atd.)
  • Zaručená mechanická a klimatická odolnost
  • Vývody určené pro obecné použití – současně ale také možnost speciálních typů vývodů pro konkrétní opakovanou aplikaci
• Výrobci většinou nabízejí sortiment, který reflektuje poptávku na RC-členy s určitými hodnotami R a C (včetně typu kapacitoru a výkonové zatížitelnosti rezistoru)
  
  • To se projevuje v tom, že výrobci na základě potřeb trhu vyrábějí RC-členy s „vyváženými / vyzkoušenými“ hodnotami R a C
  • Pro toho, kdo se poprvé setkává s problematikou návrhu RC-členu je použití sériově vyráběného RC-členu prvním vodítkem – je zde možno hovořit o edukativním aspektu