Jít na vyhledávání

Distribuční soustava

Výklad

Vysokonapěťový transport elektrické energie je vyhrazen pro přenosovou soustavu a nehodí se pro potřeby distribuce (Zdroj: © JWS / stock.adobe.com)

Vysokonapěťový transport elektrické energie je vyhrazen pro přenosovou soustavu a nehodí se pro potřeby distribuce

Distribuční soustava je propojovacím článkem mezi přenosovou soustavou a koncovými místy odběru elektrické energie. Při distribuci elektřiny jsou postupně upravovány její parametry, především napěťová úroveň, s cílem minimalizace ztrát a dodávky elektřiny v požadovaném množství a kvalitě. Z fyziky je známo, že ztráty vzniklé při transportu elektrické energie závisí od impedance přenosového vedení a od kvadrátu protékajícího proudu.

Pz = Z × I2

kde:
Pz – ztrátový výkon měnící se na teplo [W],
Z – impedance přenosového vedení [Ω],
I – protékající proud [A].

Proto se k přenosu velkých výkonů na velké vzdálenosti (dlouhá vedení) využívá zvlášť vysoké napětí 400 nebo 220 kV s relativně malým protékajícím proudem.

Distribuční vedení nízkého napětí od posledního transformačního uzlu bývá již poměrně krátké (Zdroj: © stlee000 / stock.adobe.com)

Distribuční vedení nízkého napětí od posledního transformačního uzlu bývá již poměrně krátké

Vysokonapěťový přenos má ale svá specifika, vedení jsou drahá, rozměrově velká, práce s vysokým napětím vyžaduje náročná zařízení a proto není možné dopravovat elektřinu ke koncovým odběratelům tímto způsobem. Úlohou navazující distribuční soustavy je postupné snižování napětí transportované energie prostřednictvím distribučních transformátorů a dalších zařízení a rozdělování přenášeného výkonu do více větví o nižším napětí. Čím je nižší napětí, tím by mělo být kratší distribuční vedení.

K zajištění plynulé a bezpečné distribuce elektřiny slouží kromě samotných vedení i řada dalších systémů, zajišťujících řízení, ochranu a zabezpečení soustavy, měření jejich parametrů nebo přenos informací. O zařízení jednotlivých distribučních soustav se starají jejich provozovatelé. Na území České republiky patří mezi nejvýznamnější provozovatele distribučních soustav společnosti ČEZ Distribuce, a. s., E.ON Distribuce, a.s. a PREdistribuce, a. s.

ČEZ Distribuce, a. s. E.ON Distribuce, a.s. PREdistribuce, a. s.

Distribuce elektřiny je v Čechách založena na sítích třech napěťových úrovní:

  • Sítě na úrovni velmi vysokého napětí 110 kV,
  • Sítě na úrovni vysokého napětí 3, 6, 10, 22 a 35 kV,
  • Sítě na úrovni nízkého napětí 400/230 V.

Úroveň velmi vysokého napětí

Do 110 kV distribuční linky jsou taky vyvedeny výkony tří generátorů vodní elektrárny Slapy s celkovým instalovaným výkonem 144 MW (Zdroj: © Hamik / stock.adobe.com)

Do 110 kV distribuční linky jsou taky vyvedeny výkony tří generátorů vodní elektrárny Slapy s celkovým instalovaným výkonem 144 MW

Linky o sdruženém napětí 110 kV zprostředkovávají napojení distribuční soustavy na uzlové transformovny přenosové soustavy a zajišťují tranzit elektrické energie k dalšímu stupni transformace na vysoké napětí. Síť 110 kV linek se vyznačuje vysokou mírou spolehlivosti, je dostatečně propojená, zálohovaná a chráněná distančními ochranami. Výjimečně vzniklé poruchy v této síti obvykle díky okružnímu uspořádání a režimu provozu nezpůsobí přerušení dodávky elektřiny.

Do základní 110 kV distribuční úrovně je také vyveden výkon menších zdrojů v řádu desítek MW. Jsou to zpravidla vodní elektrárny, historické tepelné elektrárny a větší teplárny s přidruženou výrobou elektřiny.

Venkovní vedení velmi vysokého napětí (110 kV) je ve většině případů tvořeno příhradovými stožáry, na kterých jsou na porcelánových izolátorech v dostatečné výšce zavěšena tři kovová lana s průřezem přibližně 2 cm2. Nejvyšším bodem stožáru ještě prochází čtvrté zemnící lano, tvořící ochranu vedení před zásahem bleskem. Vnitřkem zemnícího lana obyčejně vedou komunikační a informační optické kabely. Jedno třívodičové vedení velmi vysokého napětí přenese elektrický výkon kolem 100 MW, co stačí k zásobování elektrickou energií asi 10 000 domácností. Často se ovšem vedení projektují a staví jako dvojitá, někdy dokonce trojitá nebo čtyřnásobná.

Ocelový příhradový stožár nese dvě linky velmi vysokého napětí (Zdroj: © arunromkaew / stock.adobe.com)

Ocelový příhradový stožár nese dvě linky velmi vysokého napětí

Výjimečně se na úrovni velmi vysokého napětí využívají k přenosu větších výkonů vysokonapěťové kabely. Vzhledem k několikanásobně větší investici je toto distribuční řešení realizováno tam, kde jiný způsob vedení není možný. Typickým příkladem jsou širší centra velkých měst, jako jsou například Praha nebo Brno.

Sítě 110 kV jsou ve většině distribučních soustav rozděleny na samostatně pracující oblasti, které mají vlastní napojení na přenosovou soustavu a zásobují elektřinou vymezenou oblast. Nicméně mezi oblastmi existuje určitá vazba, umožňující přenášet elektrický výkon z jedné oblasti do druhé. To je užitečné například v případě výpadku přenosového transformátoru napájejícího danou oblast.

Úroveň vysokého napětí

V transformačních stanicích distribuční soustavy se velmi vysoké napětí 110 kV snižuje na úroveň vysokého napětí. V různých částech republiky je historicky rozdílná napěťová úroveň linek vysokého napětí. Převládá napěťová hladina 22 kV, v části severních a východních Čech se lze setkat s napětím 35 kV a spíše lokálně se vyskytují distribuční sítě s napětím, které je nižší než 22 kV (obyčejně 10, 6 a 3 kV). Tyto nižší napěťové úrovně se již dále nerozvíjejí a při rekonstrukcích se spíše nahrazují standardní úrovní 22 kV.

Linky vysokonapěťové distribuční sítě dopravují elektrickou energii do všech venkovských oblastí (Zdroj: © Trinasist THA / stock.adobe.com)

Linky vysokonapěťové distribuční sítě dopravují elektrickou energii do všech venkovských oblastí

Napájení a propojování kmenových vysokonapěťových linek

Napájení a propojování kmenových vysokonapěťových linek

Transformátor na nízké napětí se nachází přímo na konstrukci odbočky linie vysokého napětí (Zdroj: © alek_maneewan / stock.adobe.com)

Transformátor na nízké napětí se nachází přímo na konstrukci odbočky linie vysokého napětí

Topologicky se většinou jedná o paprskové sítě, kdy z transformační stanice vybíhá do všech směrů několik vysokonapěťových vedení, napájejících jeden nebo několik nízkonapěťových distribučních transformátorů pro pokrytí menších oblastí se zástavbou nebo průmyslem. Důležitá vysokonapěťová vedení, tzv. kmenové linky, jsou často napájena ze dvou i více transformoven. Z důvodu zajištění distribuce elektřiny i při nestandardních stavech v síti mohou být tyto hlavní linky ještě vzájemně propojeny. Přípojky jednotlivých koncových transformačních stanic na nízké napětí se nachází na odbočkách základních kmenových linek.

Úroveň nízkého napětí

Distribuční sítě nízkého napětí tvoří poslední stupeň transformace elektrické energie a slouží přímo k napájení odběrných míst koncových zákazníků. Nízkonapěťová vedení nebo kabely vychází většinou paprskovitě z transformační stanice, kde se energie transformuje z vysokého napětí na standardní unifikované napětí 3 × 400/230 V s frekvencí 50 Hz. V městské zástavbě se spíše používá uzlová síť nízkého napětí, tvořená systémem podzemních kabelových rozvodů.

Tři úrovně napětí v distribuční soustavě

Tři úrovně napětí v distribuční soustavě

Dispečerský řídicí systém

Dispečer má pro správné a bezpečné rozhodování k dispozici všechna potřebná data předzpracovaná dispečerským řídicím systémem (Zdroj: © Gorodenkoff / stock.adobe.com)

Dispečer má pro správné a bezpečné rozhodování k dispozici všechna potřebná data předzpracovaná dispečerským řídicím systémem

Základní řízení provozu distribuční soustavy jako celku je prováděno centrálním dispečinkem prostřednictvím sofistikovaného dispečerského řídicího systému. Tento systém zpracovává stavové a výkonové informace všech prvků všech rozvoden začleněných do distribuční soustavy. Dále shromažďuje a vyhodnocuje poruchové a havarijní stavy a další analogové a binární veličiny potřebné pro kvalitní rozhodování. Předzpracovaná data následně poskytuje sloužícím dispečerům, kteří díky tomu mohou kvalitně a hlavně bezpečně řídit jim přidělené části distribuční soustavy. Pomocí dálkového ovládání může dispečer měnit konfiguraci rozvoden a přesměrovávat toky energií přesně podle aktuálních potřeb odběratelů.

Dispečerský řídicí systém a přenos dat z elektrických stanic na dálku umožňují praktickou celkovou regulaci distribuční sítě, plánování a provádění manipulací v rozvodnách pro potřeby různých odstávek a revizí energetických zařízení. Aktuální znalost zapojení a kondice distribuční sítě poskytuje řídicímu personálu dostatek informací pro její efektivní provoz, vysokou kvalitu dodávek elektrické energie a minimalizuje čas na lokalizaci a odstranění poruch v síti. Výsledkem je stabilní energetická síť a spokojení zákazníci distribuční společnosti.

Distribuční sítě

Typický pohled na nadzemní vedení vysokého napětí v agrární krajině (Zdroj: © salajean / stock.adobe.com)

Typický pohled na nadzemní vedení vysokého napětí v agrární krajině

Důležitou součástí přenosu elektrické energie od uzlových elektrických stanic ke spotřebitelům tvoří distribuční sítě. Pracují s různým napětím, které většinou definuje jejich provedení i způsob provozu. Koncovým zákazníkům je nejblíže nejrozsáhlejší distribuční síť nízkého napětí. Varianta s kabelovým vedením je charakteristická pro rozvod elektrické energie v hustě osídlených oblastech, venkovní vedení ještě stále dominují ve vesnicích a v malých aglomeracích. U nadřazených distribučních sítí vyšších napětí převládá vzdušné nadzemní vedení.

Na distribuční sítě jsou kladeny, především při jejich výstavbě, různé i protichůdné požadavky, takže je vždy potřeba najít určitý kompromis mezi náklady, zajištěním dodávky a kvality elektřiny, jednoduchostí rozvoje a bezpečností.

Důležitá vedení přenosové i distribuční soustavy se často zdvojují, aby se zvýšila spolehlivost dodávek elektřiny a minimalizovaly její výpadky (Zdroj: © kikimor / stock.adobe.com)

Důležitá vedení přenosové i distribuční soustavy se často zdvojují, aby se zvýšila spolehlivost dodávek elektřiny a minimalizovaly její výpadky

Přehlednost a jednotnost sítě

Přehledné sítě se lépe udržují, jsou jednodušší na obsluhu, bezpečnější pro pracovníky distribuce. Používání jednotných zařízení a vedení minimalizuje chyby při obsluze. Přehledné uspořádání výkonových prvků distribuční sítě zjednodušuje její řízení i systém ochran.

Zajištění dodávky elektřiny

Spolehlivost dodávek elektrické energie je jedním z klíčových faktorů distribuce. Výpadky elektrické energie se u spolehlivých distribučních sítí minimalizují zálohováním transformátorů, zdvojováním důležitých vedení nebo výběrem optimálního způsobu zapojení sítě. Nemalý přínos má i výběr kvalitních, méně poruchových zařízení.

Ideální distribuční soustava by měla mít možnost dalšího rozšíření bez velkých zásahů do stávajících zařízení a vedení (Zdroj: © stasworld / stock.adobe.com)

Ideální distribuční soustava by měla mít možnost dalšího rozšíření bez velkých zásahů do stávajících zařízení a vedení

Kvalita distribuované elektřiny

Zapojení distribuční sítě má bezprostřední vliv na napěťové poměry v síti. Při větších odchylkách napětí od jmenovité hodnoty nebo výrazné nesymetrii napětí ve fázích klesá kvalita dodávané elektřiny. Důvodem může být úbytek napětí na dlouhých vedeních, charakter a rozsah zapojených spotřebičů nebo nedostatečná vyváženost jednofázových odběrů. Zvýšení kvality lze dosáhnout úpravou způsobu provozu sítě, rekonstrukcí a vhodným umístěním napájecích bodů a posílením vedení.

Možnost rozšíření sítě

Požadavek na další rozvoj distribuční sítě může nastat při větším zvýšení odběru nebo při připojování dalších odběratelů, případně celých zásobovaných oblastí. Ideálním stavem je možnost postupného rozšiřování sítě beze změn již existujících částí. Dalším důležitým faktorem je využití zvýšené přenosové kapacity jednotlivých vedení v rámci sítě a využití výkonové rezervy distribučních transformátorů.

Vrátit se nahoru
detail