Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Když 25 A nestačí

Problematika pasterizace moštů
 
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.
 

Úvod

 
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.
 

Pasterizátor

 
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 Pe1 = 9 kW může zpracovat až 110 l·h–1 ovocné šťávy. Druhý pasterizátor má příkon Pe2 = 2× 9 kW (tj. 18 kW) a zpra­cuje až 220 l·h–1 ovocné šťávy.
 

Potřebná energie k pasterizování

 
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
Pe1 je elektrický výkon malého pasterizátoru,
t1 teplota potřebná pro pasterizaci,
t2 teplota vylisované šťávy,
Pp pracovní výkon,
W tepelná energie v kilokaloriích (1 kcal = 4,1868 kJ).
 
Výpočet odpovídá zvolenému výkonu, vět­ší typ pasterizátoru má dvojnásobný výkon.
 

Potíže s provozováním velkého výkonu

 
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.
 
Výpočet proudu:
 
rovnice (2)
 
kde
I je výsledný (fázový) elektrický proud,
Pe2 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.
 

Vypínání hlavního jističe – řešení potíží

 
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.
 

Možnosti řešení byly následující:

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 Unf = 230 V, ale jen 200 V, což je 86,6 % Unf, resp. přesněji Unf√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.
 

Zvolení konečné úpravy

 
Obě topidla s příkonem 9 kW jsou slože­na ze šesti jednotlivých topných tyčí ve tva­ru podkovy se jmenovitým příkonem Pntyč = 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*).
 

Zhodnocení – závěr

 
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)
Obr. 3. Vytvoření nulového izolovaného bodu
 

*) Pozn. red.: Jde o přepínač pólů (vinutí) u motorů s Dahlanderovým zapojením, které umožňuje zdvojnásobení otáček zmenšením počtu pólů na polovinu. V Dahlanderově zapojení je každé vinutí rozděleno odbočkou na dvě části. Přepínáním skupin (cívek) ze sériového zapojení na paralelní se původní počet pólů zmenší na polovinu, a tím se zdvojnásobí otáčky točivého pole statoru. Nejpoužívanější Dahlanderovo zapojení je trojúhelník–dvojitá hvězda. Svorkovnice motoru s Dahlanderovým zapojením má pro každý počet pólů tři svorky, přičemž svorky pro malé otáčky jsou označeny 1U, 1V a 1W, zatímco svorky pro velké otáčky jsou označeny 2U, 2V a 2W.