Jít na vyhledávání

Manipulační a bezpečnostní prvky rozvoden

Výklad

 

Kovové pásové přípojnice vysokého napětí ve venkovní rozvodně (Zdroj: © ChiccoDodiFC / stock.adobe.com)

Kovové pásové přípojnice vysokého napětí ve venkovní rozvodně

Základním prvkem rozvodného zařízení je přípojnicový systém, skládající se ze samotných přípojnic a přívodných nebo vývodových odboček. Přípojnice jsou holé nebo zapouzdřené vodiče většinou probíhající napříč celou rozvodnou. Pro nízké a vysoké napětí jsou to hlavně vedení z kovové pásoviny, u velmi vysokého napětí se používají spíše kovové trubkové přípojnice nebo svazky AlFe lan. Přípojnice jsou po délce rozděleny na jednotlivá pole – úseky ve kterých jsou na přípojnice napojeny odbočky.

Systémy trubkových přípojnic a jednotlivá pole rozvodny VVN (Zdroj: © phadventure / stock.adobe.com)

Systémy trubkových přípojnic a jednotlivá pole rozvodny VVN

Odbočku tvoří soubor zařízení, sloužících k bezpečnému spínání, odpojování a uzemňování vstupních nebo výstupních vedení. Kromě silových prvků obsahuje odbočka i různé ochranné a měřicí součásti potřebné pro komplexní zabezpečení a správnou funkci každé odbočky. Samozřejmě jiné bude provedení uvedených prvků ve venkovních rozvodnách a jiné ve vnitřních nebo zapouzdřených rozvodnách. Odlišnosti v provedení spínacích prvků budou záviset také na spínaném napětí, jmenovitém proudu nebo třeba na schopnosti hašení elektrického oblouku.

Spínací technika rozvodny

Přípojnicové odpojovače v rozepnutém stavu umožňují bezpečnou práci na odděleném poli rozvodny (Zdroj: © phadventure / stock.adobe.com)

Přípojnicové odpojovače v rozepnutém stavu umožňují bezpečnou práci na odděleném poli rozvodny

Mezi nejčastěji používaná zařízení v rozvodnách patří odpojovače. Jsou to mechanická zařízení, která ve spojeném stavu spolehlivě vedou nominální i zkratové proudy a v rozpojeném stavu tvoří bezpečné viditelné mechanické oddělení dvou částí obvodu. Spínání nebo odpojování trvá řádově několik sekund a proto mohou být tyto manipulace prováděny jen v nezatíženém stavu. U odpojovačů se vůbec nepočítá se zhášením elektrického oblouku. V rozvodnách se proto používají k základní konfiguraci zapojení – pomocí odpojovačů se každá odbočka připojí k požadované přípojnici.

Podle místa použití rozeznáváme vývodové a přípojnicové odpojovače. Vývodové odpojovače slouží k viditelnému odpojení daného vývodu od rozvodny. Po plném rozpojení je většinou odpojovač uzemněn pomocí zemnícího nože a tím se vedení a zařízení vývodu spojí s potenciálem země a jsou připravena k případné revizi nebo práci na daném zařízení. Druhým typem odpojovačů jsou přípojnicové odpojovače. Jak již název napovídá, slouží k vnitřnímu propojení přípojnic a zpravidla nebývají osazeny systémem uzemnění.

Ukázka rotačního odpojovače s centrálním otočným ramenem v rozepnutém stavu (Zdroj: © ChiccoDodiFC / stock.adobe.com)

Ukázka rotačního odpojovače s centrálním otočným ramenem v rozepnutém stavu

Podle mechanického provedení se odpojovače dělí na čtyři skupiny. První jsou rotační odpojovače, často používané ve venkovních rozvodnách velmi vysokého a vysokého napětí. Při odpojování se ramena zařízení otočí v horizontální rovině o 90°, čímž se kontakty od sebe dostatečně oddálí. Principem podobné jsou sklápěcí odpojovače, u kterých se ramena pohybují ve vertikální rovině. Ve spojeném stavu jsou ramena vodorovně a v prostředku se dotýkají, po rozpojení se kontakty zvednou a ramena se dostanou do vertikální polohy. Třetí skupinou jsou jednodušší nožové odpojovače, používané především ve vnitřních rozvodnách vysokého napětí. V nich je nožový pohyblivý kontakt zasunut mezi dva pružné kontakty. V případě odpojení je nožový kontakt viditelně vysunut z těchto kontaktů. Poslední skupinou jsou nůžkové neboli pantografické odpojovače. Používají se ve venkovních rozvodnách a podobají se tramvajovým pantografům. Při zapojování se obě ramena jako nůžky vysunou nahoru a spojí se s kontaktem přípojnice.

Spodní části pantografových odpojovačů s izolátory a pohony (Zdroj: © Anton Gvozdikov / stock.adobe.com)

Spodní části pantografových odpojovačů s izolátory a pohony

Spojená ramena rotačního odpojovače umožňují průchod nominálního i zkratového proudu bez poškození funkčnosti (Zdroj: © Chakka / stock.adobe.com)

Spojená ramena rotačního odpojovače umožňují průchod nominálního i zkratového proudu bez poškození funkčnosti

Konstrukce mechanizmu třífázového odpínače, který se instaluje přímo na sloupy vysokého napětí a plní funkci úsečníku (Zdroj: © vadim_orlov / stock.adobe.com)

Konstrukce mechanizmu třífázového odpínače, který se instaluje přímo na sloupy vysokého napětí a plní funkci úsečníku

Pohonem všech typů odpojovačů je elektromotor, stlačený vzduch nebo u odpojovačů menšího významu je to izolovaný pákový mechanizmus ovládaný obsluhou ručně.

Podobným zařízením jako odpojovače jsou odpínače, které jsou mechanicky uzpůsobeny k odpojení zatíženého vedení. Jsou schopny vypínat protékající proudy až do hodnoty jmenovitého vypínacího proudu odpínače. Velké zkratové proudy vypnout nedokáží, ale musí je přenášet bez poškození.

Recloser na sloupu vysokého napětí dokáže oddělit část vedení nebo samostatně vyřešit krátkodobou přechodovou poruchu na vedení (Zdroj: © ALIAKSEI / stock.adobe.com)

Recloser na sloupu vysokého napětí dokáže oddělit část vedení nebo samostatně vyřešit krátkodobou přechodovou poruchu na vedení

Mimo rozvodnu lze třífázové odpínače spatřit na sloupech a stožárech vysokého napětí, kde plní funkci úsečníků, dělících venkovní vedení na několik kratších úseků. Při ručním rozpojení pomocí táhla jsou nejdříve rozpojeny hlavní kontakty a jejich funkci přebírají opalovací kontakty (ve formě růžků). Jejich dalším oddálením vzniká elektrický oblouk, který se působením elektrodynamických sil pohybuje směrem nahoru ke koncům růžků, natahuje se a postupně uhasíná.

Modernějším typem venkovního odpínače s možností dálkového ovládání a prvky řídicí automatizace je recloser. Tento ochranný prvek je vlastně vysokonapěťovým jističem s integrovanými napěťovými a proudovými senzory, který v případě přechodných poruch automaticky odpojí a znovu připojí postiženou větev vedení. Pokud se na určitý počet pokusů nepodaří postižený úsek znovu připojit, zůstává recloser v blokovaném rozpojeném stavu. K vypínání proudů používají reclosery nejčastěji vakuové vypínače nebo vypínače plněné plynem SF6. Kromě dálkového ovládání je u většiny recloserů zachována i možnost ručního místního vypnutí nebo zapnutí. Reclosery se stále častěji používají na odbočkách vysokonapěťových vedení, při realizaci venkovních spínacích stanic a rozpadových míst při připojování malých zdrojů do distribuční soustavy.

Výkonové vypínače umožňují vypínat provozní i zkratové proudy tekoucí vedením daného pole rozvodny (Zdroj: © phadventure / stock.adobe.com)

Výkonové vypínače umožňují vypínat provozní i zkratové proudy tekoucí vedením daného pole rozvodny

Nejdůležitějším zařízením spínací techniky je výkonový vypínač. Jeho primárním úkolem je vypnutí daného pole v rozvodně, pokud se objeví nějaké přetížení nebo zkratová situace na vedení, případně jiném prvku sítě. Vypínač tak dokáže vypínat nebo zapínat libovolné provozní proudy, včetně těch zkratových. Při každém takovém vypnutí dochází k vytvoření elektrického oblouku, který musí být spolehlivě a bezpečně uhašen. Základní dělení mechanické konstrukce a principu výkonových vypínačů je proto podle způsobu zhášení elektrického oblouku.

Třífázové výkonové vypínače s uzemněným pouzdrem zhášecí jednotky jsou do sítě připojeny přes venkovní průchodky (Zdroj: © bborriss / stock.adobe.com)

Třífázové výkonové vypínače s uzemněným pouzdrem zhášecí jednotky jsou do sítě připojeny přes venkovní průchodky

Expanzní vypínače

Historické přístroje používající vodu s nemrznoucími přísadami (expanzin) jako zhášecí médium. V tlakové komoře s vodou vznikal při oddalování kontaktů elektrický oblouk, který zvyšoval tlak vody a odpařoval ji. V momentu, kdy pohyblivý kontakt opouštěl tlakovou komoru, expanzní plyn (směs páry, vodíku a kyslíku) uhasil oblouk.

Máloolejové vypínače

Mají pružnou nebo pevnou zhášecí komoru naplněnou malým množstvím oleje. Využívají zplodiny vzniklé tepelným rozkladem oleje v elektrickém oblouku při vysouvání plného nebo dutého roubíku z pevných kontaktů. Plyny se rozpínají, působí na oblouk a unikají kanálky jednotlivých článků zhášedla do horního expanzního prostoru. Máloolejové vypínače se VVN se používají převážně v sloupovém venkovním provedení, pro oblast VN se používají ve výsuvném provedení do kobek i rozvaděčových skříní. Pro větší proudy a napětí se znásobuje počet zhášedel za sebou.

Řada tlakovzdušných vypínačů v rozvodně velmi vysokého napětí s nádržemi stlačeného vzduchu (Zdroj: © AR Pictures / stock.adobe.com)

Řada tlakovzdušných vypínačů v rozvodně velmi vysokého napětí s nádržemi stlačeného vzduchu

Tlakovzdušné vypínače

Používaly ke zhášení oblouku a chlazení stlačený vzduch s tlakem 2–6 MPa. Vyráběly se v provedení s uzavřenou nebo otevřenou zhášecí komorou. Když se spínací roubík odsunul od pevných kontaktů a zapálil se oblouk, vzniklou mezerou kolem roubíku proudil stlačený vzduch, který vháněl oblouk do zhášecí komory s opalovací mříží. Tam se oblouk roztříštil a uhasl. Nevýhodou tlakovzdušných vypínačů je poměrně velká hlučnost a náročnost na údržbu.

Horizontální zhášecí komory vypínače velmi vysokého napětí v jednom z polí elektrické rozvodny (Zdroj: © henryn0580 / stock.adobe.com)

Horizontální zhášecí komory vypínače velmi vysokého napětí v jednom z polí elektrické rozvodny

Plynotvorné vypínače

Jsou charakteristické přítomností tuhé plynotvorné látky, která se působením elektrického oblouku rozkládá a generuje velké množství plynu. Ten při vypínání proudí kolem kontaktů, deionizuje dráhu oblouku a oblouk zhasne. Plyn zároveň kontakty ochlazuje. Plynotvorné vypínače se stavěly do napětí 22 kV a roli plynotvorné látky nejčastěji zastoupil fíbr (směs kyseliny borité, speciální pryskyřice a přísad).

Tlakoplynové vypínače

Jsou plněny nejedovatým a nehořlavým plynem SF6, který je těžší než vzduch a má výborné izolační vlastnosti (dva až třikrát lepší než vzduch). Vypínání se provádí odtažením pohyblivého kontaktu v uzavřeném prostoru zhášecí komory s plynem. Zapálený oblouk zvýší tlak plynu, který proudí přes trysku do druhé komory. Proudící plyn uskuteční uhašení oblouku. Následně se tlak plynu v obou komorách vyrovná.

Tři tlakoplynové vypínače mají zhášecí komory postavené na spodních izolátorech (Zdroj: © phadventure / stock.adobe.com)

Tři tlakoplynové vypínače mají zhášecí komory postavené na spodních izolátorech

Vakuové vypínače

Princip je založen na výborných izolačních vlastnostech vakua. Při oddálení kontaktů v tomto nevodivém prostředí se odpaří nepatrné množství kontaktního kovu. Teplem vzniklého oblouku jeho páry expandují k anodě a okolním stěnám komory, kde kondenzují na stínítku. Počet nosičů náboje se zmenšuje, oblouk hasne, obnoví se izolační vlastnost vakua a kontakty jsou rozpojeny. Vakuové vypínače vypínají při prvním průchodu proudu nulou, takže se hodí jen k vypínání střídavých proudů.

Bezpečnostní prvky proti přepětí

Konstrukční izolátorová těla vysokonapěťových bleskojistek před montáží v elektrické rozvodně (Zdroj: © tosoth / stock.adobe.com)

Konstrukční izolátorová těla vysokonapěťových bleskojistek před montáží v elektrické rozvodně

Každá přenosová nebo distribuční soustava pracuje na určité napěťové úrovni. Jmenovité napětí přirozeně v určité toleranci kolísá, to ale nemá vliv na funkčnost a bezpečný provoz zapojených přístrojů. Znatelnější snížení napětí (podpětí) nebo naopak jeho zvýšení (přepětí) nad povolenou mez již může funkčnost sítě ohrozit. Známé jsou třeba několikasekundové přepěťové efekty vznikající při náhlém odlehčení dlouhého vedení nebo odpojením velké zátěže. I když se napětí přitom dostane o celou čtvrtinu výš než je provozní napětí, regulační prvky sítě si se vzniklou situací dokáží poradit.

Mnohem nebezpečnější jsou krátkodobá vnější přepětí, způsobená úderem blesku do vedení. Důsledkem těchto přepětí by mohly být poškozeny především výkonové transformátory, proto se musí každé vedení proti úderu blesku chránit. Nejjednodušším a nejúčinnějším způsobem je natažení zemnícího lana nad venkovní fázová vedení. Zemnící lano je na každém stožáru uzemněno, takže příležitostní zásah bleskem okamžitě svedou do země. Přepětí ale úplně neodstraní. To je nutné uskutečnit dalšími způsoby. Jednoduchý způsob například spočívá v umístění uzemněné elektrody v určité vzdálenosti od živých vedení. Při větším přepětí nastane mezi elektrodou a vedením průraz a přepětí je svedeno do země. Tomuto zapojení se říká ochranné nebo koordinační jiskřiště. Velkou nevýhodou použití ochranného jiskřiště je neschopnost vypnutí při opětovném poklesu napětí. Vypnutí přes jiskřiště zkratovaného vedení musí provést vypínač. Jiskřiště se v zapojení rozvoden často používají společně s bleskojistkami jako záložní řešení likvidace přepětí.

Růžky pomocného jiskřiště na odstaveném transformátoru (Zdroj: © ChiccoDodiFC / stock.adobe.com)

Růžky pomocného jiskřiště na odstaveném transformátoru

Tři bleskojistky chrání vinutí transformátoru před negativními účinky přepětí ve vodičích vedení (Zdroj: © Dreef / stock.adobe.com)

Tři bleskojistky chrání vinutí transformátoru před negativními účinky přepětí ve vodičích vedení

Bezjiškřišťové omezovače přepětí na bázi ZnO u vývodového pole rozvodny (Zdroj: © pirotehnik / stock.adobe.com)

Bezjiškřišťové omezovače přepětí na bázi ZnO u vývodového pole rozvodny

Trubkové bleskojistky jsou vyrobeny z trubky z plynotvorného materiálu, ve které je umístěna tyčová elektroda a zhášecí dutina. Při výrazném přepětí dochází k přeskoku mezi elektrodami bleskojistky a prostřednictvím oblouku je vedení zkratováno se zemí. Z plynotvorného materiálu se přitom uvolňuje plyn, který proudí dutou elektrodou a pomáhá hasit elektrický oblouk. Cesta pro svedení přebytečného náboje do země se tak uzavře.

Ještě lepším způsobem svedení nebezpečného přepětí je využití ventilové bleskojistky. Když se nebezpečně zvýší napětí v síti, tato analogie pojistného ventilu v tlakové nádobě omezí vzniklé přepětí svedením přebytečného náboje do země. Pak se jako ventil uzavře a čeká na své další zapůsobení. Ventilová bleskojistka se skládá ze sériových jiskřišť a napěťově závislých nelineárních odporů. Při průchodu rázové přepěťové vlny je dosaženo zápalného napětí jiskřiště bleskojistky, nastane průraz a bleskojistkou začne téct proud. Napětí se sníží na úbytek napětí na pracovním odporu. Po svedení přebytečného náboje do země odpor začíná růst a proud klesá až na hodnotu následného proudu, který je v jiskřišti přerušen při prvním průchodu proudu nulou.

Existují i bezjiskřišťové omezovače přepětí, využívající nelineární VA charakteristiku bloků specifických odporů (například ZnO). Při normálním provozním napětí jsou odpory zavřené a protéká jimi jen malý kapacitní proud kolem 1 mA. Když napětí vzroste v řádu desítek procent, nelineární odpory se podobně jako polovodiče otevřou a teče jimi velký proud (v řádu kA). Tato vlastnost nelineárního omezovače je využívána při eliminaci nebezpečného přepětí. Velkou výhodou nelineárních odporů je okamžitá reakce na vzniklé přepětí – proud jimi začne protékat již za několik nanosekund.

Měřicí technika rozvodny

Nové přístrojové transformátory proudu a napětí pro napěťovou úroveň 110 kV jsou kalibrovány a použity i k fakturačnímu měření (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Nové přístrojové transformátory proudu a napětí pro napěťovou úroveň 110 kV jsou kalibrovány a použity i k fakturačnímu měření

Každé zařízení rozvodny by mělo pracovat v optimálních podmínkách. K tomu je nutné nepřetržité sledování provozních parametrů, na které je zařízení stavěno. V elektrických rozvodnách jsou těmito parametry především napětí a protékající proud a jejich měření zde zabezpečují měřicí nebo přístrojové transformátory napětí a proudu. Naměřené hodnoty transformátorů vstupují nejen do systému řízení a regulace, ale jsou také nepostradatelnými vstupy různých ochran, kontrolujících a chránících zařízení rozvodny v případě poruch. Měřicí transformátory napětí a proudu se obyčejně vyrábí ve třídě přesnosti 0,2 až 0,5 %, takže naměřené hodnoty se využívají i k fakturaci odebrané elektřiny v některých uzlech distribuční sítě.

Měřicí transformátor napětí převádí vysoké nebo velmi vysoké napětí měřené odbočky na napětí kolem 100 V, které je jednoduše měřitelné klasickými voltmetry. Primární vinutí transformátoru obsahují velký počet závitů a připojují se paralelně k měřenému obvodu. Sekundární vinutí má menší počet závitů a je galvanicky odděleno od silových částí, hlavně kvůli zvýšení bezpečnosti. Vývody sekundárního vinutí se nesmí nikdy zkratovat z důvodu možného poškození transformátoru.

Horní části měřicích transformátorů proudu v rozvodně velmi vysokého napětí (Zdroj: © tosoth / stock.adobe.com)

Horní části měřicích transformátorů proudu v rozvodně velmi vysokého napětí

Měřicí transformátor proudu má naopak na primární straně zpravidla jen jeden závit a na sekundární straně velký počet závitů. Převod transformátoru je navržen tak, aby z tisíců ampér na primárním vinutí zbylo na sekundární straně jmenovitých 5 A (někdy dokonce 1 A), lehce měřitelných klasickým ampérmetrem. Sekundární svorky transformátoru proudu se za provozu, na rozdíl od transformátoru napětí, nesmí nikdy rozpojit, takže pokud k nim není připojen měřicí obvod, musí zůstat zkratovány.

Nové moderní přístrojové transformátory proudu a napětí používají jako izolační médium fluorid sírový (SF6), vinutí starších transformátorů je izolováno olejem. Někdy jsou oba transformátory spojeny do jednoho zařízení a těmto konstrukcím se říká kombinované přístrojové nebo měřicí transformátory.

Vrátit se nahoru
detail