Když 25 A nestačí

 

František Majda, elektrotechnik, Popovice u Kroměříže

 

Spadané ovoce nemusíme ihned vyhazo­vat do odpadu nebo kompostovat, ale lze je s výhodou moštovat. Rovněž tak lze zu­žitkovat i ovoce nestandardní. Ovoce, zvláš­tě jablka, se u nás moštovalo i v minulosti. V obchodě bývaly i dříve různé drobné dr­tiče ovoce a lisy. Moštování se věnovaly i zá­jmové organizace zahrádkářů a pěstitelů.

 

Obecně lze říci, že konzumace jablečného moštu nebyla u nás příliš rozšířena. Důvodem je zřejmě nutnost konzervovat vytlačené šťá­vy, které jinak rychle podléhají kvašení. Pas­terizování v domácích podmínkách, nejčastěji v zavařovacím hrnci, je příliš pracné a zdlou­havé. Rozšířil se i jiný způsob – zmrazování. To však vyžaduje při větším množství ovoce samostatný mrazák o velikosti alespoň dvě stě litrů. Lidé se nejčastěji zbavují padané­ho a nestandardního ovoce přímým odpro­dejem do výkupu.

 

Co však dělat s ovocem, když velkozpracovatelé mají z minulých let na skladě velké zásoby hotových výrobků (moštů) a výkupní ceny srazili na hodnotu, při kte­ré se již nevyplatí takový odprodej realizo­vat? V takovémto případě je třeba využít domácí suroviny a tyto dobře zužitkovat. Pro moštování je však nutné vhodné vyba­vení – drtič, lis a množství nádobí. Pro drobného pěstitele, který hodlá zpracová­vat několik desítek až stovek kilogramů ovoce, není investice do zařízení vůbec lev­nou záležitostí.

 

Dalším možným řešením je využití služeb zpracovatele ovoce – moštaře, které u nás již v současné době docela dobře fungují. Zpra­covatel ovoce nabízí tuto službu pro drobné pěstitele komplexně – tedy lisování ovocné šťávy i pasterizaci.

 

Činnost pasterizátoru (viz foto) spočí­vá v zahřátí ovocné šťávy na teplotu 80 °C, a to tak, že ovocná šťáva protéká z horní ná­doby ze zásobníku do dolní části soustavou spirálového potrubí, ponořeného do vod­ní lázně. Po prohřátí na stanovenou teplotu vytéká k odběru do lahví nebo do polyety­lenových sáčků.

 

Provozovatel si vybral výkonnější ze dvou typů pasterizátoru rakouského výrob­ce. Oba jsou na pohled i rozměrově shodné, liší se však výkonem. Pasterizátor s men­ším výkonem P_{e1 = 9 kW může zpracovat až 110 l·h^–1} ovocné šťávy. Druhý pasterizátor má příkon P_e2 = 2× 9 kW (tj. 18 kW) a zpra­cuje až 220 l·h^–1 ovocné šťávy.

 

 

Uvažujeme-li teplotu vylisovaného moš­tu t₂ = 15 °C a teplotu potřebnou pro paste­rizaci t1 = 80 °C, dojdeme k těmto elektrickým hodnotám:

Výpočet pro pasterizátor s pracovním vý­konem 110 l·h^–1:

rovnice (1)

 

kde

P_e1 je elektrický výkon malého pasterizátoru,

t₁ teplota potřebná pro pasterizaci,

t₂ teplota vylisované šťávy,

P_p pracovní výkon,

W tepelná energie v kilokaloriích (1 kcal = 4,1868 kJ).

 

Výpočet odpovídá zvolenému výkonu, vět­ší typ pasterizátoru má dvojnásobný výkon.

 

Po krátké době provozování začalo do­cházet k vypínání hlavního jističe, když byl zapnut ohřívač vody (bojler s příkonem 2 kW). Výkonnější typ pasterizátoru má pří­kon 18 kW.

rovnice (2)

 

kde

I je výsledný (fázový) elektrický proud,

P_e2 elektrický výkon velkého pasterizátoru,

U sdružené napětí napájecí sítě.

 

Velikost hlavního jističe je 25 A. Při zatížení jističe o jmenovité hodnotě 25 A proudem 26 A nedojde ani k okamži­tému, ani ke zpožděnému vypnutí tohoto jističe. Je to dáno charakteristikou tohoto jističe, kdy nesmí vypnout při 1,13násobku přetížení do jedné hodiny, a musí vypnout při 1,45násobku přetížení do jed­né hodiny. Tato charakteristika je ovlivňována také teplotou okolního prostředí. Pasterizace nepracuje ne­přetržitě po celou směnu, ale s pře­stávkami nutnými např. k dolévání ovocné šťávy do zásobníku, popř. k manipulaci s hotovým moštem.

 

Při zapnutí ohřívače teplé užitko­vé vody začalo docházet k vypnutí hlavního jističe. Při zapnutí tohoto ohřívače vzrostl proud protékající jističem na 35 A – a při této velikosti již jistič reagu­je velmi rychle.

1. Zvýšení proudové hodnoty hlavního jističe

Tuto možnost by asi zvolila většina elek­trikářů. Je to jednoduché. Postačí jen vymě­nit jistič. Jaké to má ale důsledky? Může do­savadní instalace unést zvýšený proud? Tato varianta byla zavrhnuta, a to z různých dů­vodů. Při výměně jističe by se muselo čekat na souhlas dodavatele elektrické energie, ale zde šlo o čas, bylo třeba najít okamžité ře­šení. Závada se totiž řešila v průběhu moš­tovací sezony. Dalším důvodem proč nezvy­šovat proudovou hodnotu hlavního jističe při zdánlivě jednoduchém řešení problému byla vysoká cena této investice. Za zvýše­ní hodnoty jističe o 1 A je třeba zaplatit do­davateli elektrické energie jednorázový po­platek 500 Kč. Za jistič 32 A, to je za rozdíl 7 A, je to 3 500 Kč. U jističe 40 A a rozdí­lu 15 A je to 7 500 Kč. K tomu je třeba při­počítat cenu jističe, práci elektrikáře (ta je nejmenší) a cenu za revizní zprávu. Tím se vyšplhají náklady na 5 000 až 10 000 Kč. Po této úpravě by se rovněž trvale zvýšil stálý plat za proudovou hodnotu hlavního jističe. Protože moštovací sezona trvá maximálně tři měsíce v roce, bylo toto řešení shledáno jako nevyhovující.

 

2. Snížení příkonu

Ze zmíněných provozních důvodů jsem zvolil dočasné řešení odpojením části výko­nu podle obr. 1. Topná tělesa jsou zde paralel­ně připojena ke stykači (S), který je zapínán čidlem teploty a spínačem hladiny hlídajícím množství vody ve vodní lázni. Při tomto za­pojení došlo ke snížení proudu ve fázi L1 na polovinu, to je 13 A. Ve zbývajících dvou fá­zích byl proud 23,5 A. Ve fázi L1 byl rovněž zapojen ohřívač vody s příkonem 2 kW, který způsoboval zmíněné vypínání hlavního jističe. U takto upraveného tělesa došlo ke snížení pří­konu na 50 %. Při vypnutí jedné fáze jsou zbý­vající dvě topné tyče v sérii (obr. 2). Na každé z nich není již jmenovité fázové napětí U_nf = 230 V, ale jen 200 V, což je 86,6 % U_nf, resp. přesněji U_nf√3/2. Tomu odpovídá i sní­žení původního příkonu topné tyče na 75 %, tj. 1,125 kW. Příkon obou topných tyčí kles­ne na polovinu původní celkové hodnoty to­pidla. Tato problematika je známa z provozo­vání akumulačních kamen, kdy dochází často k přepálení přívodu jedné z fází, a tím ke sní­žení příkonu o 50 %. Příkon pasterizátoru po­klesl celkově na 75 %. Tomu odpovídá příkon 13,5 kW. Toto zapojení odstranilo hlavní příči­nu poruchy. Nevýhodou je ale částečné vypo­jení druhého topidla a také nesymetrie proudů.

 

Obě topidla s příkonem 9 kW jsou slože­na ze šesti jednotlivých topných tyčí ve tva­ru podkovy se jmenovitým příkonem P_ntyč = 1,5 kW. Nabízí se též řešení s vypojením tří tyčí u jednoho tělesa. Tím by příkon tohoto tě­lesa poklesl na 50 % a celkový příkon na 75 %, přičemž proud by se srovnal ve všech fázích na 75 % hodnoty původního proudu. Nevýho­dou by však bylo, že jedno těleso by hřálo na 50 %, stejně jako u provizorní­ho řešení. Při pohledu na svor­kovnici se nabízelo vhodnější řešení, a to přepojení z hvězdy (Y) do trojúhelníku (D). Přívo­dy topných tyčí jsou propojeny do hvězdy (Y) podobně jako u motoru. Vždy dvě tyče jsou paralelně v každé fázi připoje­ny do uzlu – nulový izolovaný bod (obr. 3). Vhodným přeru­šením tohoto propojení vznik­ne ze zapojení dvojité hvězdy dvojnásobný trojúhelník. Nově se dostanou vždy dvě topné tyče do série, čímž dojde k po­klesu napětí na jednotlivých tyčích jako na obr. 2. Výkono­vě je všech šest tyčí u obou tě­les zatěžováno rovnoměrně na 75 %. Tím dojde rovněž k po­klesu příkonu na 13,5 kW, což odpovídá proudu 19,5 A ve všech fázích. Toto přepojení připomíná nápadně přepínání statorového vinutí ze čtyř pólů na dva póly u dvourychlostního třífázového motoru – přepínač typu Dahlander^*).

 

Snížení příkonu pasterizátoru nijak neovlivnilo činnost při pasterizování. Při plnění moštu do jednolitrových lahví nebo do pěti- až deseti­litrových polyetylenových sáčků však nelze do­sáhnout možného výkonu plnění 220 l·h–1. Za­řízení bude ještě doplněno přednostním relé, které odpojí ohřívač vody při zapnutí pasteri­zátoru. K vypnutí hlavního jističe od uskuteč­něné úpravy již nedošlo. Vezmeme-li v úva­hu, že z jističe 25 A lze odebírat příkon až P = 0,4 √3·25 = 17,32 kW, vidíme, že tento pří­kon je pro běžnou domácnost příliš velký. Sní­žením příkonu a rozložením výkonu v čase má příznivé důsledky jak na provoz elektrických spotřebičů, tak i na celkovou hospodárnost.

 

Obr. 1. Řešení s odpojením části výkonu u topidla 2

Obr. 2. Situace s vypnutím jedné fáze (zbývající dvě topné tyče jsou v sérii)