Elektrické sítě pro přenos energie

Spolu s instalací prvních zdrojů elektřiny schopných komerční výroby elektřiny a prvních elektrických spotřebičů (především světelných zdrojů) se ukázala nutnost vyvinout systém zajištující přenos elektřiny od zdroje ke spotřebičům. S dalším rozvojem se ukázala i nutnost postupného sjednocování systému přenosu elektřiny - tzv. sítí. Pro připomenutí si uveďme několik základních definic.

Elektrická síť je soubor jednotlivých vzájemně propojených elektrických stanic, venkovních a kabelových vedení určených pro přenos a rozvod elektrické energie.

Elektrický zdroj je zařízení nebo jeho část, které dodávají elektrickou energii do elektrického obvodu (za elektrický zdroj se považuje též vstupní vinutí transformátoru nebo točivého měniče).

Elektrický spotřebič je zařízení, které využívá elektrickou energii přeměněnou v jinou energii (za elektrický spotřebič se považuje též vstupní vinutí transformátoru nebo točivého měniče).

Jmenovité napětí je napětí, jímž jsou síť nebo zařízení označeny a ke kterému se vztahují určité pracovní charakteristiky.

Nejvyšší napětí sítě je nejvyšší hodnota napětí, která se vyskytne za normálních pracovních podmínek v kterémkoliv čase a na kterémkoliv místě soustavy; jsou vyloučena přechodná napětí jako napětí způsobená v síti spínáním a dočasnými změnami napětí.

Nejnižší napětí sítě je nejnižší hodnota napětí, která se vyskytne za normálních pracovních podmínek v kterémkoliv čase a na kterémkoliv místě sítě; jsou vyloučena přechodná napětí jako napětí způsobená v síti spínáním a dočasnými změnami napětí.

Nejvyšší napětí pro zařízení je nejvyšší napětí, pro které je zařízení určeno s ohledem na

• izolaci;
• jiné charakteristiky, které mohou být v příslušných doporučeních pro zařízení vztaženy k tomuto nejvyššímu napětí.

Nejvyšší napětí pro zařízení je maximální hodnota nejvyššího napětí sítě, pro které může být zařízení použito.

Předávací místo je místo, v němž se předává elektrická energie z distribuční sítě spotřebiteli.

Vývoj sítí

První sítě byly konstruovány pro přenos stejnosměrného napětí. Tyto sítě se ukázaly jako nevhodné pro přenos energie na větší vzdálenost s ohledem na velké ztráty.

Proto se jako nejvhodnější z hlediska přenosu energie pro běžný provoz celosvětově prosadily sítě střídavé, až na malé výjimky, například experimentální přenosy extrémně vysokých napětí a menší lokální sítě.

Sítě pro střídavé napětí

S ohledem na nejčastější rozšíření v praxi se budeme zabývat sítěmi pro střídavé napětí. Pro běžné sítě se ukázaly jako nejvhodnější sítě se třemi fázemi.

I tyto sítě se vyvíjely různě - ve dvou hlavních směrech:

1. směr evropský;
2. směr americký.

Sítě střídavé na nízké napětí (nn) - evropský systém

a) sítě TN-C

TN-C je trojfázová síť s uzemněným nulovým bodem. PEN vodič plní současně funkci středního (nulového) i ochranného vodiče.

Poznámka:

1. Čárkované čáry v následujících schématech znázorňují spojení, které není normou vycházející z ČSN 33 200-1 ed. 2 přímo vyžadováno, na rozdíl od vedení vyznačeného plnou čarou, které je normou považováno za nezbytné.
2. Pro soukromé sítě může být zdroj a/nebo rozvodný systém považován za část elektroinstalace ve smyslu této normy. V tomto případě jsou všechny čáry plné.

Obr. 1 Schematické naznačení sítě TN-C. U spotřebiče je vodič PEN na ochrannou
svorku a potom k pracovní svorce středního vodiče (AC; 3 PEN; ~50 Hz; 400 V /TN-C);
v elektroinstalaci se provádí dodatečné uzemnění vodiče PEN

Je nutné si uvědomit, že rozdělení vodiče PEN na vodiče PE a N, ať je již uvnitř spotřebiče či v přípojnicích, nemění typ sítě.

b) sítě TN-C-S

TN-C-S je trojfázová síť s uzemněným středním bodem, v první části vodič PEN současně plní funkci nulového i ochranného vodiče, v druhé části je vodič PEN rozdělen na ochranný vodič (PE) a nulový vodič (N).

Schematický obrázek sítě TN-C-S (obr. 2a), jak je uveden například v ČSN 33 2000-1 ed. 2, je používán k výkladu principu této sítě. Pro praxi je však důležitý obr. 2b, který je podrobnější a názornější z hlediska základního bezpečnostního požadavku na přizemnění bodu rozdělení vodiče PEN na samostatné vodiče PE a N.

Obr. 2a Schematický obrázek sítě TN-C-S. Za místem oddělení vodiče PEN na vodiče PE a N se již tyto nesmí spojit

Obr. 2b Praktický obrázek provedení sítě TN-C-S. Za místem oddělení vodiče PEN na vodiče PE a N se již tyto nesmí spojit (v elektroinstalaci může být provedeno dodatečné uzemnění vodiče PE)

Požadované přizemnění bodu rozdělení vodiče PEN na samostatné vodiče PE a N na počátku elektroinstalace je například provedeno v bytové rozvodnici, hlavním rozváděči objektu a podobně. Obvyklým požadavkem distributorů elektřiny je (pokud jsou distribuční rozvody nn TN-C), aby toto bylo provedeno za fakturačním měřicím zařízením (elektroměrem). To znamená, aby i neměřená část hlavního domovního vedení byla provedena v systému sítě TN-C (jako distribuční síť).

c) sítě TN-S

TN-S je trojfázová síť s uzemněným středním bodem se samostatným ochranným vodičem (PE) a nulovým vodičem (N).

Z praktického hlediska je nutno si připomenout i to, že existují případy, kdy některé elektrické rozvody v elektroinstalaci TN-S se mohou provádět čtyřžilovými vodiči (s barevným označením jednotlivých žil: černá, hnědá, šedá a zeleno-žlutá) - viz obrázek 3b (například připojení třífázových motorů se zapojením vinutí do trojúhelníku).

Obr. 3a Schematický obrázek sítě TN-S (v elektroinstalaci by mělo být provedeno dodatečné uzemnění vodiče PE)

Obr. 3b Schematický obrázek sítě TN-S bez vyvedeného nulového vodiče (v elektroinstalaci by mělo být provedeno dodatečné uzemnění vodiče PE)

Méně obvyklé zapojení sítě TN-S je naznačeno na obr. 3c. V tomto případě je použito připojení ochranného vodiče k jedné fázi, která je uzemněna.

Obr. 3c Schematický obrázek sítě TN-S s odděleným uzemněným
vodičem a ochranným vodičem (v elektroinstalaci by mělo být
provedeno dodatečné uzemnění vodiče PE)

d) sítě TT

TT síť je trojfázová síť uzemněná s ochranou neživých částí zemněním. Může být bez vyvedeného středního vodiče. Ochrana neživých částí uzemněním pomocí ochranného vodiče, který však není s uzemněným středním bodem pracovního obvodu spojen přímo, ale prostřednictvím země. Síť TT však může mít vyvedený i střední vodič. Ochrana neživých částí před nebezpečným dotykovým napětím je samostatným uzemněním každého elektrického předmětu (zařízení) - viz obr. 4.

Obr. 4 Schematický obrázek sítě TT s odděleným nulovým
vodičem a ochranným vodičem elektroinstalace (v elektroinstalaci
by mělo být provedeno dodatečné uzemnění vodiče PE)

e) sítě IT

Příklad sítě trojfázové izolované je na obr. 5. Mohou však být i uzemněné přes impedanci nebo průrazku bez středního vodiče. Ochrana neživých částí před nebezpečným dotykovým napětím se provádí samostatným uzemněním každého elektrického předmětu (tj. spotřebiče, zařízení).

Obr. 5a Síť IT s neživými částmi uzemněnými buď společně, nebo individuálně

Obr. 5b Síť IT s průrazkou (v současnosti se již tento příklad v ČSN 33 2000-1 ed. 2 neuvádí, není tedy považován za vhodný pro další rozvoj)

Současným trendem je zavádění sítě IT s umělým nulovým bodem a neživými částmi uzemněnými buď společně, nebo individuálně - viz obrázek 5c.

Obr. 5c Síť IT s umělým nulovým bodem a neživými částmi uzemněnými buď
společně (neživé části jsou připojeny k uzemněnému ochrannému vodiči), nebo individuálně

Sítě střídavé - ostatní

Severoamerický způsob zapojení běžných sítí (převážně distribučních) se od evropských liší především napětím sítě (120/240 V), preferovaným jednofázovým zapojením spotřebičů a frekvencí 60 Hz - viz obr. 6.

¨

Obr. 6 Severoamerický způsob zapojení distribučních sítí

Srovnání zapojení severoamerického s evropským způsobem

Pro srovnání uvádíme i evropský systém vykreslený stejným způsobem.

Obr. 7 Evropský způsob zapojení distribuční sítě
(UK = Velká Británie)

Problematika sítí s více zdroji

Sítě TN

V případě nevhodného návrhu elektroinstalace sítě TN s více zdroji může část proudů projít nežádoucími cestami. Tyto proudy mohou způsobit:

• požár;
• korozi;
• elektromagnetické rušení.

V síti znázorněné na obr. 8 tečou menší proudy nežádoucími cestami jako bludné proudy. Důležité zásady pro návrh jsou uvedeny v legendě pod obrázkem.

Označení ochranného vodiče musí být v souladu s ČSN EN 60446 (33 0165) Základní a bezpečnostní zásady při obsluze strojních zařízení - Značení vodičů barvami nebo číslicemi. (Připravuje se její revize). Při každém rozšíření sítě musí být vzata v úvahu řádná funkce ochranných opatření.

Obr. 8 Síť TN-C-S s více zdroji, se samostatným ochranným
a nulovým vodičem vedeným ke spotřebičům

Příklad TN sítě s více zdroji, s ochranným vodičem a bez nulového vodiče pro dvou- nebo třífázové spotřebiče

Síť pro průmyslové provozy mající jen dvou- a trojfázové spotřebiče zapojené mezi fáze. Příklad, kde není nulový vodič zapotřebí, je na obr. 9. Ochranný vodič má mít v tomto případě vícenásobné uzemnění.

Obr. 9 TN síť s více zdroji, s ochranným vodičem a bez nulového vodiče pro dvou- nebo třífázové spotřebiče (obvykle průmyslové použití)

Obr. 10 Síť TT s více zdroji, s uzemněním nulových bodů zdrojů v jednom bodě

Sítě TT s více zdroji V případě nevhodného návrhu elektroinstalace sítě TT s více zdroji může část proudů projít nežádoucími cestami. Tyto proudy mohou způsobit:

• požár;
• korozi;
• elektromagnetické rušení.

V síti znázorněné na obr. 10 tečou menší proudy nežádoucími cestami jako bludné proudy. Důležité zásady pro návrh jsou uvedeny v legendě a) až d) pod obr. 10.

Označení ochranného vodiče musí být v souladu s EN 60446 (33 0165) Základní a bezpečnostní zásady při obsluze strojních zařízení - Značení vodičů barvami nebo číslicemi. (Připravuje se její revize.) Při každém rozšíření sítě musí být vzata v úvahu řádná funkce ochranných opatření. V případě sítí TT napájených z více zdrojů se doporučuje z důvodů EMC nulové body zdrojů vzájemně propojit a společně uzemnit - viz obr. 10.