4.1 ELEKTRICKÉ ROZVODNÉ ZARIADENIA

V tejto kapitole sú vysvetlené spôsoby pripojenia elektrických staníc do elektrizačnej sústavy, ich základné prvky a schémy zapojenia. Objasňuje spôsoby riadenia elektrických staníc pomocou riadiaceho a informačného systému. Na záver sú uvedené spoločné a pomocné zariadenia elektrických staníc, ich význam a využitie.

Obsah kapitoly 4.1

4.1.1		Spôsoby pripojenia elektrických staníc do elektrizačnej sústavy
4.1.2		Rozvodné zariadenia vn a vvn
4.1.2.1		Prvky rozvodní
4.1.2.1.1		Prípojnice
4.1.2.1.2		Odbočky
4.1.2.1.3		Transformátory
4.1.2.1.4		Reaktory a tlmivky
4.1.2.1.5		Kompenzačné kondenzátory
4.1.2.1.6		Elektrické ochrany
4.1.2.2		Prehľadové schémy rozvodní
4.1.3		Riadiaci a informačný systém
4.1.3.1		Ovládanie
4.1.3.2		Riadenie elektrickej stanice
4.1.4		Spoločné a pomocné zariadenia elektrických staníc
4.1.4.1		Dozorňa
4.1.4.2		Napájanie vlastnej spotreby
4.1.4.3		Akumulátorové batérie a rozvod jednosmerného napätia
4.1.4.4		Výroba a rozvod stlačeného vzduchu
4.1.4.5		Uzemňovacia sústava
4.1.4.6		Pomocné a obslužné zariadenia
4.1.5		Otázky ku kapitole 4.1

Elektrické stanice sú zariadenia, ktoré slúžia ako uzly elektrizačnej sústavy [140]. Podľa hlavnej funkcie sa elektrické stanice delia na:

• Transformovne – ich hlavnou úlohou je zabezpečiť zmenu napätia prenášanej elektrickej energie bez zmeny frekvencie.

• Meniarne – slúžia na zmenu druhu prúdu alebo frekvencie prenášanej elektrickej energie. Meniarne sa delia na usmerňovacie stanice meniace striedavý prúd na jednosmerný a striedačové stanice meniace jednosmerný prúd na striedavý.

• Spínacie stanice – rozdeľujú privedenú elektrickú energiu rovnakého napätia do viacerých vetiev elektrickej siete. Vo väčšine prípadov býva spínacia stanica integrovaná s transformovňou.

• Kompenzovne – slúžia na zmenu (reguláciu) parametrov prenosu elektrickej energie za účelom vyrovnania jalových zložiek striedavého prúdu. Využívajú sa najmä na reguláciu napätia zmenou jalového výkonu a kompenzáciu účinníka. Funkcie kompenzovní bývajú často zahrnuté do transformovní, príp. spínacích staníc.

Ďalším kritériom pre delenie elektrických staníc je ich začlenenie do elektrizačnej sústavy, pretože to určuje ich dôležitosť [141]. Podľa neho je možné deliť elektrické stanice na:

• elektrické stanice výrobní – sú to transformovne, ktoré privádzajú vyrobenú elektrickú energiu do elektrizačnej sústavy a transformujú napätie alternátorov na napätie siete, do ktorej sú pripojené,

• uzlové elektrické stanice – sú spínacie stanice, ktoré tvoria spoločný bod medzi vetvami okružnej prenosovej sústavy a rozdeľujú elektrickú energiu rovnakého napätia,

• transformačné stanice – slúžia na spojenie prenosových sústav s rôznym napätím (400/220 kV) a na transformáciu 400/110 kV a 220/110 kV, často sú spájané s uzlovými stanicami do jednej elektrickej stanice,

• distribučné elektrické stanice – rozdeľujú elektrickú energiu, transformujú napätie (vvn/vn) a dodávajú elektrickú energiu spotrebným centrám,

• priemyslové elektrické stanice – rozdeľujú elektrickú energiu v priemyslových podnikoch priamo ku spotrebičom a transformujú napätie na nn, zvláštnym typom týchto staníc sú stanice zabezpečujúce vlastnú spotrebu elektrární a ostatných typov elektrických staníc.

Podľa spôsobu prevádzky je možné deliť elektrické stanice na stanice:

• s trvalou obsluhou,

• bez trvalej obsluhy,

• bez obsluhy.

Súčasťou elektrickej stanice je jedno alebo viac rozvodných zariadení. Sú to zariadenia na:

• rozvod elektrickej energie,

• istenie elektrických obvodov,

• meranie a kontrolu elektrických prístrojov,

• spínanie a prepínanie elektrických obvodov.

Rozvodné zariadenia sa delia na:

• rozvodne – veľké celky postavené a skúšané na mieste použitia,

• rozvádzače – zmontované a odskúšané ako jeden celok sa dopravujú na miesto montáže,

• rozvodnice – malé už vystrojené zariadenia určené pre rýchlu montáž.

4.1.1 SPÔSOBY PRIPOJENIA ELEKTRICKÝCH STANÍC DO ELEKTRIZAČNEJ SÚSTAVY

Elektrické stanice sú pripojené do elektrizačnej sústavy:

• zvláštnym vedením pre koncového užívateľa, obr. 4.1.1,

• T spojením (odbočenie z vedenia), obr. 4.1.2,

• zaslučkovaním vedenia, obr. 4.1.3.

Obr. 4.1.1. Pripojenie zvláštnym vedením

Obr. 4.1.2. Pripojenie T spojením	Obr. 4.1.3. Pripojenie zaslučkovaním vedenia

Hlavné časti elektrických staníc

Elektrická stanica sa skladá z časti stavebnej a časti technologickej. Pre prevádzku elektrizačnej sústavy je dôležitejšia technologická časť elektrickej stanice. Preto je potrebné vedieť nielen z akých zariadení pozostáva, ale aj v akom prevádzkovom stave sa jednotlivé technologické časti v danom okamžiku nachádzajú.

Technologická časť elektrickej stanice sa skladá [140]:

• z hlavných silových zariadení, do ktorých patria rozvodné zariadenia, transformátory, zariadenia na kompenzáciu účinníka, kompenzáciu zemných prúdov, spojovacie vedenia,

• z riadiaceho a informačného systému, ktorý pozostáva zo zariadení na riadenia elektrickej stanice vrátane dispečerských komunikačných zariadení, hromadného diaľkového ovládania (HDO), vysoko- a nízkofrekvenčného prenosu, zo zariadení na istenie proti preťaženiu, skratom, prepätiu a chybnej manipulácií, zo zariadení na zaistenie bezpečnosti obsluhy, zariadení a okolia stanice vrátane pracovného a ochranného uzemnenia,

• zo spoločných a pomocných zariadení.

Nie všetky elektrické stanice sú vybavené všetkými uvedenými časťami a zariadeniami. Rozsah ich vybavenia je daný ich veľkosťou, dôležitosťou a požadovanými funkciami príslušnej elektrickej stanice.

4.1.2 ROZVODNÉ ZARIADENIA VN A VVN

Účelom rozvodných zariadení je rozvádzať privedenú elektrickú energiu do viacerých odbočiek. Jednotlivé odbočky tvoria polia. Polia sú navzájom prepojené pomocou vodičov prechádzajúcich pozdĺž rozvodného zariadenia, ktoré sa nazývajú prípojnice.

Prístrojové vybavenie poľa závisí od jeho funkcie (pole odbočky transformátora, vývodové pole vzdušného vedenia, pole kombinovaného spínača prípojníc,...). Pretože musí umožňovať vykonávanie základných činností pre riadenie a prevádzku elektrizačnej sústavy (napr.: spínanie, meranie, istenie, zmena konfigurácie sústavy), svojimi parametrami a funkčnými vlastnosťami musí vyhovovať požiadavkám elektrizačnej sústavy nielen po stránke izolačnej (z hľadiska menovitých napätí a prúdov), ale aj z hľadiska ďalších podmienok napr. mechanického namáhania.

Základné prvky poľa sú:

A. Vodiče, izolátory a nosné konštrukcie

• Vodiče

Vodiče sa v elektrických staniciach používajú na prepojenie zariadení v odbočkách a tiež tvoria prípojnice. V krytých rozvodniach sú najčastejšie použité káblové spoje, prípojnice sú tvorené pásovými vodičmi, hliníkovými alebo medenými. Vonkajšie rozvodne majú lanové (AlFe) alebo trubkové (Al) vodiče použité na prepojenia aj prípojnice. Minimálny prierez AlFe lán u zariadení vvn a zvn je pri hlavných prípojniciach 350 mm² a 185 mm² pri pomocných prípojniciach a spojoch v odbočkách. Používajú sa laná 750/43 AlFe, prípadne zväzkové vodiče. Laná sa zakotvujú na konštrukcie pomocou izolátorov, na ktoré sa upevňujú armatúrami a svorkami. Na pripojovacie svorníky prístrojov sa pripojujú prístrojovými svorkami.

Vodiče musia byť dimenzované tak, aby odolali silovým a tepelným účinkom prevádzkových i poruchových prúdov a účinkom prepätí. U lanových vodičov vonkajších rozvodní sa ešte kontrolujú ťahy vo vodičoch a ich vzdialenosti od zeme, medzi sebou, prípadne od iných zariadení alebo vodičov pre rôzne atmosférické podmienky (teplota, vietor, námraza).

Menovité prúdové zaťaženia holých vodičov, lán a káblov určujú príslušné STN a predpisy výrobcov. Sú dané materiálom vodičov, druhom izolácie a spôsobom uloženia vodičov. Pritom sa napr. vo vonkajších rozvodniach uvažuje dovolená teplota vodičov Al a AlFe 95 ºC, t. j. teplota okolia 35 ºC a oteplenie vodiča 60 ºC (bez prúdenia vzduchu). Najvyššia dovolená teplota vodičov pri skrate je opäť určená rôznymi STN, niektoré príklady sú uvedené v tab. 4.1.1.

Tab. 4.1.1 Najvyššie dovolené teploty vodičov

Minimálny prierez vodiča Smin s ohľadom na oteplenie pri skrate sa vypočíta podľa vzťahu:

Vzhľadom na to, že pri normálnej prevádzke a pri skratoch sa teplota vodičov mení, dochádza aj k zmenám ich dĺžky. Preto sa tuhé vodiče na podpierky ukladajú tak, že v strede svojej dĺžky sú uchytené v držiakoch pevne, v ostatných držiakoch posuvne. Zmena dĺžky vodičov sa kompenzuje pružnými spojkami. Tie sa umiestňujú aj nad dilatačnými škárami budov.

Pri zisťovaní dynamických účinkov skratových prúdov na vodiče sa vychádza zo vzťahu pre silu, pôsobiacu na jednotkovú dĺžku rovnobežných vodičov

• Izolátory

Izolátory sa v elektrických staniciach používajú na upevnenie holých vodičov podoprením alebo zavesením, prípadne na priechod stenami alebo inými prepážkami. Podľa funkcie to teda sú: izolátory podperné (podpierky), izolátory priechodné (priechodky), izolátory závesné. Pre charakteristiku izolátorov sú dôležité nasledovné technické údaje: menovité napätie, rázové skúšobné napätie, striedavé skúšobné napätie (za sucha alebo za mokra), mechanická pevnosť v ohybe (podpierky, priechodky) alebo v ťahu (závesné izolátory) prípadne aj v krútení (vonkajšie izolátory).

Podpierky a priechodky sa najčastejšie vyrábajú z porcelánu, môžu však byť aj plastové, silikónové alebo sklenené. Priechodky sa môžu montovať na priechodkové dosky (skrutkovacie priechodky), ktoré sa potom vkladajú do otvorov v stenách.

Závesné izolátory slúžia na zavesenie lanových vodičov. Vyrábajú sa porcelánové alebo sklenené. Nakoľko sa na izolátorový reťazec nerozloží priložené napätie rovnomerne (najväčšie priložené napätie je na izolátore pri vodiči s napätím), používajú sa ochranné kruhy alebo rohy na zrovnomernenie napäťového namáhania reťazca. Tie zároveň chránia izolátory pred poškodením pri preskoku. Izolátory môžu byť tvorené:

• izolátorovými reťazcami z tanierových izolátorov,

• izolátorovými reťazcami z hmlových izolátorov,

• závesnými tyčovými izolátormi.

Pre zvýšenie mechanickej pevnosti sa izolátorové reťazce často zdvojujú. K izolátorom ďalej patria spojovacie, kotevné, nosné a ochranné armatúry, tlmiče vibrácií, spojky a svorky.

• Nosné konštrukcie

Nosné konštrukcie slúžia na zachytenie ťahov a tiaží vodičov a na montáž prístrojov a ďalších zariadení. U vonkajších rozvodní sa hlavné nosné konštrukcie (portály) vyrábajú z ocele (konštrukcie priehradové, rámové alebo z tenkostenných rúr) alebo železobetónu. Železobetónové konštrukcie nevyžadujú údržbu, majú však veľkú hmotnosť. Nosné konštrukcie sa montujú na betónové základy, ktoré musia vyčnievať nad úroveň terénu aspoň 100 mm, aby ku konštrukcii nezatekala voda. K ďalším (pomocným) nosným konštrukciám patria nosné konštrukcie pre odpájače (stoličky), koľajnice pre elektrické prístroje a stroje, káblové lávky, stoličky pre káblové koncovky, zábradlia a pod.

Nosné konštrukcie vonkajších rozvodní sú trvalo namáhané ťahmi vodičov v prvom poli vedení zaústených do rozvodne, ťahmi vodičov v rozvodni, tlakom vetra (v smere vodičov a kolmo na vodiče) a v zvislom smere tiažou, spôsobenou hmotnosťou konštrukcie, vodičov, izolátorov a všetkých ďalších zariadení nesených konštrukciou, vrátane námrazku. Okrem toho nosné konštrukcie môžu byť namáhané aj prechodnými zaťaženiami, ktoré vznikajú pri roztrhnutí vodiča (počíta sa s roztrhnutím jedného vodiča), pri skrate (zvýšenie ťahu vo vodičoch pôsobením skratových síl) alebo pri výstupe osôb na konštrukciu.

V krytých rozvodniach sa musia u stien uvažovať ťahy a zvislé sily spôsobené vedeniami zakotvenými na budovu. Zaťaženie podláh musí zniesť tiaže rámov jednotlivých kobiek, vrátane prístrojov a zariadení na nich upevnených. Pri vypínačoch sa okrem ich tiaže počíta aj s mechanickým rázom pri vypínaní. V uličkách a chodbách sa navyše uvažuje s prechodným zaťažením pri preprave vypínača a pohybe osôb.

B. Spínacie prístroje

• Vypínače

Slúžia na zapínanie a vypínanie odbočky bez alebo pod zaťažením. V prípade poruchy vypínajú aj preťaženia a skraty. Vypínač musí vypnúť až do svojho menovitého vypínacieho prúdu všetky skratové prúdy s akoukoľvek zložkou a s akýmkoľvek podielom jednosmernej zložky, pokiaľ neprekročí maximálnu hodnotu striedavej zložky. Majú dve prevádzkové polohy, zapnuté a vypnuté. Pochod vypínania je náročnejší, lebo sa musí zvládnuť rozpojenie obvodu, zhasnutie oblúku a vytvorenie takého prostredia medzi kontaktmi, aby nenastalo znovuzapálenie oblúka. Úlohou vypínača je dosiahnuť čo v najkratšom čase veľký vzrast dielektrickej pevnosti. Skracuje sa tým vypínací čas a  energia premenená vo vypínači na teplo je malá. Najväčší výkon, ktorý vypínač spoľahlivo  vypne, bez poškodenia akejkoľvek jeho časti, sa nazýva vypínací výkon a udáva ho vzťah:

Z hľadiska spôsobu vytvárania dielektrickej pevnosti medzi kontaktmi delíme vypínače na:

Olejové, kde systém kontaktov je ponorený v oleji, ktorý zháša elektrický oblúk. Nevýhoda je veľké množstvo oleja a požiarne problémy. Už sa nepoužívajú. Expanzné, kde zhášacie médium je voda s prímesou proti zamrznutiu. Elektrický oblúk vytvorí vodnú paru, ktorá  expanduje. Svojím prúdením a prítomnosťou v zhášacom  prostredí spôsobuje ochladenie a uhasenie oblúka. Nevýhoda je zvyšková vodivosť expanzínu a preto  musel byť vypínač doplnený vlastným odpájavačom. Už sa skoro nepoužívajú. Máloolejové, ktoré pracujú na podobnom princípe ako expanzné, ale  nemajú zvyškovú vodivosť, olej tvorí len zhášacie médium a je ho menej ako  pri olejových. Pohon je ručný, elektromotorický alebo pneumaticky. Tlakovzdušné, pri ktorých sa stlačený vzduch s tlakom 2 MPa používa na uhasenie oblúka a na ovládanie pohybu kontaktov. Pre tlmenie kmitov má paralelne zaradený odpor  k vypínacej dráhe. Nevýhoda je veľký hluk pri chode, veľká spotreba vzduchu pre udržanie kontaktov v rozopnutej polohe (rozopnutá  poloha nie je trvalá). Prestávajú sa používať, aj keď ich výhodou sú krátke spínacie časy. Plynotvorné, sú vypínače s tuhým hasivom, ktoré vplyvom elektrického oblúka vytvára plyn pôsobiaci ako zhášacie médium (plyn vytesňuje vzduch potrebný pre horenie oblúka). S elektronegatívnymi plynmi, u ktorých sa oblúk zháša v prostredí  elektronegatívneho plynu (freón, hexafluorid síry SF6). SF6 má pri atmosférickom tlaku 3 krát väčšiu  prieraznú pevnosť ako vzduch, pri 0,2 MPa má prieraznú pevnosť oleja. Vypínače sú uzavreté a nehlučné, a preto sú vhodné aj pre zapuzdrené rozvodne. Vákuové, u ktorých sa oblúk vytvára len zo splynovania kontaktného materiálu. Majú dobrú vypínaciu schopnosť a malé rozmery vďaka veľmi jednoduchému kontaktovému systému s malým zdvihom, ktoré nevyžadujú údržbu. Nevýhodou problém s dlhodobým stálosťou vákua 10-8 hPa vo vákuovom zhášadle vypínača.

• Odpájače

Sú určené na spínanie obvodov bez prúdu. Zaisťujú viditeľné rozpojenie obvodu. Odpájače môžu spínať obvody pod napätím, no nesmú sa s nimi zopínať ani vypínať obvody so zaťažením, okrem malých indukčných a kapacitných prúdov a transformátorov naprázdno. Ich pohon môže byť ručný, stlačeným vzduchom alebo elektrický.

Prípojnicové odpájače zaisťujú viditeľné odpojenie odbočky od systému prípojníc. Vývodové odpájače zaisťujú viditeľné odpojenie vedenia, či už káblového alebo vzdušného, od systému prípojníc elektrickej stanice. Môžu byť vybavené uzemňovačmi (uzemňovacie nože), s ktorými je možné uzemniť hlavné nože odpájača, a tak spolu s ním aj určitú časť rozvodného zariadenia. Uzemňovače môžu byť na ktorejkoľvek strane odpájača. Musia byť blokované tak, aby ich nebolo možné zapnúť, keď sú zapnuté kontakty hlavných nožov a naopak.

• Odpínače

Spínajú výkony do menovitej hodnoty, nesmú vypínať skratové výkony. Pri zariadeniach vn sa používajú v spojení s poistkami ako ochrana proti skratu. Konštrukčne sú to odpájače so zariadením na  hasenie oblúka.

C. Prístrojové transformátory

    Prístrojové transformátory prúdu a napätia transformujú prúd alebo napätie meraného obvodu na hodnoty vhodné pre napájanie ochrán a meracích prístrojov. Oddeľujú meracie a istiace obvody od vysokých hodnôt napätia a zabezpečujú, aby sa pre rôzne hodnoty vstupných prúdov a napätí mohli na ich výstupe používať rovnaké meracie a ochranné prístroje. Väčšinou majú pevný prevod, sú však aj prepínateľné. Izoláciu tvorí vzduch, olej alebo zalievacia hmota.

    Rozlišujeme prístrojové transformátory istiace (pre pripojenie ochrán) a meracie (pre meranie, reguláciu a riadenie). Meracie prístrojové transformátory musia byť presné predovšetkým v pracovnej oblasti (v okolí menovitej hodnoty). Istiace prístrojové transformátory musia zaisťovať dostatočný prenos i na hranici pracovnej oblasti, pri veľkých prúdoch a minimálnom napätí. Ich inštalácia závisí na charaktere a dôležitosti poľa a taktiež od požiadaviek merania a ochrán poľa. Veľmi často bol v jednotlivých poliach nainštalovaný len prístrojový transformátor prúdu (PTP) a prístrojové transformátory napätia boli umiestnené v samostatnom poli merania, ktoré je spoločné pre celý systém prípojníc.

• Prístrojové transformátory napätia (PTN)

Pracujú v blízkosti stavu naprázdno. Pripojujú sa buď medzi fázy meranej siete (dvojpólovo izolované) alebo medzi fázu a zem (jednopólovo izolované). Svorky sekundárneho vinutia sa nesmú spojiť nakrátko. Menovité sekundárne napätie je 100 V resp. V (výnimočne 110 V, V). Triedy presnosti sú 0,1 až 1 pre meranie a 1 alebo 3 pre istenie. Pri meraní elektrickej energie za účelom fakturácie sa u vn používa trieda presnosti 0,5 a pri vyšších napäťových sústavách 0,2. Menovitá záťaž PTN je obvykle 60 V.A.

Môžu mať niekoľko samostatných sekundárnych vinutí na meranie, istenie a signalizáciu zemného spojenia. Niektoré PTN je možné na primárnej alebo sekundárnej strane prepínať a získať tak niekoľko prevodov. Primárna strana PTN sa u vn môže istiť proti skratu poistkami min. 4 A, u vvn a zvn sa neistí. Prednostne sa majú používať jednopólovo izolované PTN (aj keď sa v trojfázových sústavách musia použiť tri kusy), nakoľko pri ich poruche nedôjde k medzifázovému skratu a v sieťach IT alebo TT vznikne iba zemné spojenie. V takomto prípade sa poistky na primárnej strane väčšinou nepoužívajú ani u vn. Sekundárna strana PTN sa istí poistkami alebo ističmi na ochranu PTN pred preťažením.

U vvn sa uplatňujú aj konštrukcie kombinovaných PT, kde je v jednom telese umiestnený PTP aj PTN. Vstupné svorky prístrojových transformátorov sa označujú M, N a výstupné m, n.

• Prístrojové transformátory prúdu (PTP)

Majú svoju pracovnú oblasť blízko chodu nakrátko. Primárne vinutie môže byť prepínateľné, menovitý výstupný prúd je 5 A (alebo 1 A – v prípadoch, keby na spojovacích vedeniach záťaže boli veľké úbytky napätia). Na Slovensku sa pre vn obvykle používa 5 A a pre vvn a zvn 1 A. Triedy presnosti sú rovnaké ako u PTN. Menovitá záťaž PTP udávaná vo V.A značí súčet príkonov spotrebičov vrátane strát vo vedeniach, pri ktorých je ešte dodržaná trieda presnosti (v SR je to 15 V.A pre triedy presnosti 0,2 a 0,5 a 30 V.A pre triedy presnosti 1 a 3). Namiesto záťaže sa často udáva zaťažovacia impedancia – menovité bremeno. Pri vzraste bremena rastú chyby a pri rozpojení sekundárnych svoriek dochádza k vzniku prepätí. Preto pri odpojení záťaže PTP musia byť jeho sekundárne svorky skratované. Ďalšou charakteristickou veličinou PTP je nadprúdové číslo n, čo je násobok menovitého primárneho prúdu, pri ktorom chyba v prúdovom prevode dosiahne hodnotu 10 %. Pre meracie PTP má byť nadprúdové číslo čo najnižšie (n<5), pre istiace PTP sa požaduje vyššie (n>10). Krajný prevádzkový prúd PTP je 1,2 násobok menovitého primárneho prúdu.

PTP sa vyrábajú s jedno- alebo viaczávitovým primárnym vinutím a môžu byť jedno- alebo viacjadrové. Viacjadrové PTP majú napr. jedno sekundárne vinutie určené pre meranie a druhé pre istenie s príslušnými charakteristikami. Konštrukčne môžu PTP byť podperné, priechodzie alebo priechodkové (tyčové, násuvné, prstencové).

Primárny obvod PTP sa istí poistkami iba výnimočne, istenie sekundárneho obvodu je zakázané.

D. Vysokonapäťové poistky

    Obmedzujú účinok skratových prúdov tým, že prerušia obvod skôr ako skratový prúd dosiahne maximum. Vypínajú len jednu fázu a preto sa používajú aj v kombinácii s odpínačom, ktorý po detekcii prerušenia prúdu v  jednej fáze vypína všetky tri fázy.

E. Zvodiče prepätia

    Prepätia v jednotlivých častiach elektrických sietí sú prechodného charakteru a majú charakter rázovej vlny. Zvodiče prepätia obmedzujú účinky vzniknutých prepätí (vonkajšie – atmosférické alebo vnútorné – spínacie) na hodnoty bezpečné pre chránené zariadenia. Používajú sa najmä na ochranu vonkajších vedení a transformátorov. Ochranné hladiny zvodičov prepätia sa volia na úrovni 80 % izolačných hladín chránených zariadení (izolačná hladina je daná skúšobným napätím zariadenia) [140].

• Ochranné iskrišťia

Poskytujú len hrubé chránenie zariadení proti prepätiu. Pri prepätí spôsobujú ochranné iskrištia prechodné spojenie so zemou, takže vzniká zemné spojenie alebo skrat. Používajú sa ako paralelná cesta na izolačných prvkoch elektrických zariadení a ich význam spočíva v tom, že prierazná dráha sa posunie od povrchu chráneného zariadenia a tým sa zabráni jeho zničeniu tepelným účinkom oblúka, ktorý vznikne po preskoku.

Obr. 4.1.4. Ochranné iskrište tyčového izolátora a schematická značka

• Bleskoistky

Sú určené na ochranu pred vysokými prechodnými prepätiami a na obmedzenie doby trvania a veľkosti následného prúdu. Obmedzujú najmä prepätia atmosférického pôvodu na bezpečnú hodnotu, ale môžu zlyhať pri pomalších spínacích javoch, pre ktoré sa výhodne uplatní koordinačné iskrište [107].

Bleskoistka pôsobí ako dokonalý elektrický ventil, ktorý sa bez časového oneskorenia otvára pri nebezpečnom prepätí. Do činnosti sa uvedie po dosiahnutí tzv. zapaľovacieho napätia a zvedie prepäťovú vlnu do zeme, t. j. spojí na chvíľu chránené elektrické zariadenie nakrátko. Dôležitou vlastnosťou bleskoistky je, že so vzrastajúcim prúdom pretekajúcim cez ňu zostáva úbytok napätia takmer konštantný, čo vyplýva z jej voltampérovej charakteristiky (obr. 4.1.5). V pokoji prechádza bleskoistkou malý zvodový prúd I_Z pri menovitom napätí U_n. Po vzniku prepätia sa zapáli bleskoistka pri nárazovom zapaľovacom napätí U_rz . Bleskoistkou potom tečie do zeme následný prúd. Napätie stúpa na zvyškové napätie U_zn, ktoré nesmie prekročiť hranicu nebezpečného napätia zariadenia, ktoré chráni. Keď dosiahne následný prúd veľkosť menovitého prúdu bleskoistky I_n, začne sa následný prúd zmenšovať až bleskoistkou zase preteká zvodový prúd pri menovitom napätí.

Obr. 4.1.5. Voltampérová charakteristika bleskoistky

Ventilová bleskoistka (zvodič prepätia s nelineárnymi odpormi a iskrišťami) má priaznivú zapaľovaciu charakteristiku pre striedavý prúd, pretože samočinne zháša následný prúd vyvolaný horením oblúka bez ohľadu na veľkosť skratového prúdu a strmosť zotaveného napätia bleskoistky. Nespôsobuje skrat v sieti, ani nebezpečné nárazové vlny. Skladá sa zo sériových iskríšť vzduchotesne uzavretých v porcelánovom puzdre, ktoré sú aj s ostatnými napäťovo závislými odporovými blokmi uzavreté vo vzduchotesnom porcelánovom plášti bleskoistky. Schéma zapojenia je na obr. 4.1.6.

Obr. 4.1.6. Schéma zapojenia ventilovej bleskoistky a jej charakteristika

Nelineárny odporník pozostáva z blokov v tvare valca z pórovitého materiálu, ktorých odpor závisí od napätia (karbid kremíka – SiC, sthyrit, resorbit). Napätie na odporovom bloku U sa mení v závislosti od prechádzajúceho prúdu I podľa vzťahu

,

kde je K materiálová a rozmerová konštanta odporového bloku. Čím menšiu hodnotu má súčiniteľ nelineárnosti α, tým menej sa mení napätie na odporníku pri zmene prechádzajúceho prúdu a tým menšia je maximálna hodnota zvyškového napätia. Súčiniteľ nelineárnosti má pre odporový blok na báze SiC hodnoty v rozsahu 0,14 až 0,32.

Ak prepätie dosiahne hodnotu nebezpečnú pre chránené zariadenia, vznikne prieraz iskríšť, čím sa pripoja rezistorové bloky. Ich odpor klesá na malú hodnotu, bleskoistkou tečie veľký prúd do zeme, takže prepätie nemôže dosiahnuť hodnotu, ktorá by prevýšila ochrannú hladinu chráneného zariadenia. Po zvedení prepätia klesne napätie na prevádzkové hodnoty, zvýši sa odpor rezistorov, bleskoistkou tečie iba malý následný prúd, ktorý je na iskrištiach ľahko prerušený pri najbližšom priechode nulou.

Obmedzovač prepätia (beziskrišťový zvodič prepätia na báze oxidov kovov – varistor) je bipolárna polovodičová súčiastka, ktorá má symetrickú a nelineárnu voltampérovú charakteristiku. Pri nízkych hodnotách napätia je varistor takmer v nevodivom stave a má veľký elektrický odpor. Ochranný účinok varistora spočíva v tom, že ak napätia na svorkách varistora prekročí prevádzkovú hodnotu, prechádza varistor do vodivého stavu a odvádza energiu prepätia do zeme. Prechod z nevodivého stavu do stavu vodivého trvá niekoľko nanosekúnd, typická doba reakcie je menej ako 25 ns. To predurčuje varistory, s ich pomerne veľkou výkonovou odolnosťou,  ako perspektívny ochranný prvok určený predovšetkým na ochranu elektrických zariadení. Izolácia chráneného zariadenia je namáhaná zvyškovým napätím na varistore, ktoré vzniklo prechodom prúdu cez varistor. Po skončení zvodu sa hodnota odporu znova zvýši a varistorom netečie žiadny následný prúd zo siete, čo je veľká prednosť vzhľadom na iskrište. Prierazová charakteristika varistora je uvedená na obr. 4.1.7.

Obr.4.1.7. Prierazová charakeristika varistora a jeho schematická značka

Obr. 4.1.8. Mechanické usporiadanie obmedzovača prepätia vn

1 – varistor ZnO, 2 – elektródy, 3 – sklolaminátová výstuha, 4 – polymérové puzdro

Na obr. 4.1.9 sú zapojené obmedzovače prepätia medzi krajnými vodičmi a zemou a na obmedzenie prepätia s dlhým trvaním čela medzi krajnými vodičmi.

Obr. 4.1.9. Zapojenie šiestich obmedzovačov prepätia

F. Meracie a signalizačné zariadenia

Spracovávajú údaje z prístrojových transformátorov a monitorujú prevádzkový stav jednotlivých prvkov poľa. Získané údaje odovzdávajú informačnému a riadiacemu systému elektrickej stanice.

Podľa použitého napätia poznáme rozvodne: 6, 10, 22, 35, 110, 220, 400 a 750 kV. Rozvodne vn a vvn môžu byť podľa vyhotovenia realizované ako:

• vonkajšie, odolávajúce všetkým nepriaznivým vplyvom vonkajšieho prostredia, obr. 4.1.10.

Obr. 4.1.10. Vonkajšia rozvodňa 220 kV

• vnútorné, umiestené v obstavanom priestore, v ktorom sú chránené proti poveternostným vplyvom. Rozdeľujú sa na:

  	halové (najmä pri vvn kvôli ochrane pred znečistením v priemyselných podnikoch),
  	komorové, (najmä s vn kobkami), obr. 4.1.11,
  	skriňové (montované z rozvádzačov),  obr. 4.1.12,
  	zapuzdrené (vvn a vn s izoláciou SF6), obr. 4.1.13 šetria miesto, zapuzdrená rozvodňa 110 kV má plochu 10 – 14 % vonkajšej, 220 kV má plochu   8 – 10 % vonkajšej, 400 kV má plochu   2 –  3 % vonkajšej, vyhovujú ekologickým požiadavkám a sú chránené pred znečistením, majú zvýšenú ochranu pred úrazom elektrickým prúdom.

Obr. 4.1.11. Vnútorná kobková rozvodňa 22 kV

Obr. 4.1.12. Vnútorná skriňová rozvodňa 22 kV

Obr. 4.1.13. Vnútorná zapuzdrená rozvodňa Siemens 110 kV

 

	1		Vypínač
	2		Pružinový akumulátor energie s riadiacou jednotkou vypínača
	3		Prípojnica I s odpájačom a uzemňovačom
	4		Prípojnica II s odpájačom a uzemňovačom
	5		Výstup s  odpájačom a uzemňovačom
	6		Vysokorýchlostný uzemňovač
	7		Prístrojový transformátor prúdu
	8		Prístrojový transformátor napätia
	9		Káblové koncovky
	10		Miestna riadiaca jednotka

Kritériá pre delenie rozvodní sú

• skratový výkon,

• počet odbočiek

  	malé do 5 odbočiek,
  	veľké nad 5 odbočiek,

• výška odpájačov

  	nízke,
  	polovysoké,
  	vysoké,

• počet prípojníc

  	1 systémové,
  	2 systémové,
  	3 systémové,

• počet vypínačov

  	s jedným vypínačom v odbočke,
  	s jeden a pol vypínačom na odbočku,
  	s dvoma vypínačmi v odbočke.

4.1.2.1 PRVKY ROZVODNÍ

4.1.2.1.1 PRÍPOJNICE

Počet a zapojenie prípojnicových systémov je dané požiadavkami prevádzky a stupňom dôležitosti napájania jednotlivých vývodov.Rozvodné zariadenia môžu mať usporiadanie prípojnicových systémov priame okružné, alebo môžu byť bez prípojníc. Pri priamom usporiadaní môže byť prípojnicový systém delený priečne alebo pozdĺžne.

• Priečne delenie delí prípojnice na hlavné a pomocné. Systém hlavných prípojnic môže byť:

	jednosystémový (jedna prípojnica), tento systém sa používa tam, kde pri poruchách, revíziách, údržbe a opravách je možné tolerovať prerušenie dodávky elektrickej energie, viacsystémový (dve alebo tri prípojnice).
	Pomocná prípojnica je jednosystémová. Označovanie priečne delených prípojnícových systémov je W1, W2, W3, pomocný prípojnicový systém má označenie W5 (obr. 4.1.15a).

• Pozdĺžne delenie, pri označovaní prípojnic sa použije ďalšie číslo (obr. 4.1.15b). Spínanie takto delených prípojnicových systémov je možné rôznymi spôsobmi.

a)                                                     b)

Obr. 4.1.15. Delenie prípojníc

a) priečne,  b) priečne a pozdĺžne

4.1.2.1.2 ODBOČKY

Odbočky obsahujú prístroje v počte a zložení, ktoré zodpovedajú ich funkcii. Hlavné odbočky s typickým vybavením pre vn, vvn alebo zvn rozvodné zariadenia sú uvedené na obr. 4.1.16 a) až d).

 

a)	b)	c)	d)	e)	f)

Obr. 4.1.16. Hlavné a pomocné odbočky

a) generátorová, b) transformátorová s vyvedeným terciárnym vinutím, c) káblového vývodu, d) vzdušného vývodu, e) merania, f) bleskoistiek

Na obr. 4.1.17 sú uvedené odbočky vzdušného vývodu (VÝVOD), kombinovaného spínača prípojníc (KSP), spínača pomocnej prípojnice (SPP) a  spínača prípojníc (SP).

Obr. 4.1.17. Rôzne druhy odbočiek

4.1.2.1.3 TRANSFORMÁTORY

Transformátory sa v prenose a rozvode elektrickej energie používajú na zmeny napätia prenášanej elektrickej energie. V elektroenergetike môžu byť podľa účelu transformátory:

• Blokové, ktoré sú vo výrobni elektrickej energie v sérii s generátorom – v tých elektrárňach, kde je odber na inom, ako generátorickom napätí. Používajú sa dvoj alebo trojvinuťové transformátory (dva generátory pripojené na jeden transformátor) trojfázové alebo jednofázové. Ich výkon je daný výkonom generátora a vlastnej spotreby bloku.

• Spojovacie, ktoré spájajú dve elektrické siete s rôznym napätím. Používajú sa transformátory trojfázové, pri spájaní sietí zvn aj jednofázové (3 + 1) alebo autotransformátory. Ich výkony zodpovedajú potrebám napájaných oblastí so započítaním budúceho rozvoja.

• Priemyslové distribučné a vlastnej spotreby, ktoré napájajú rozvody objektov. Ich výstupné napätie je vn alebo nn, konštrukčne sú trojfázové. Ich výkon je daný výpočtovým zaťažením objektu.

• Izolačné, ktoré majú prevod 1:1 a galvanicky oddeľujú výrobné zdroje od vonkajších vedení, čím ich čiastočne ochraňujú pred atmosférickým prepätím, alebo slúžia na znižovanie skratových prúdov.

Transformátory je možné ďalej rozdeliť podľa počtu fáz, podľa počtu vinutí, podľa spôsobu riadenia napätia, podľa spôsobu chladenia alebo podľa konštrukcie.

Základné parametre transformátorov

Ďalšími parametrami transformátorov sú: menovitá frekvencia, prúd naprázdno, dovolené oteplenie jednotlivých častí, skratová odolnosť (mechanická, tepelná), zaťažiteľnosť (preťažiteľnosť) a hladina hluku.

Stanovištia transformátorov

Usporiadanie a vyhotovenie stanovišťa transformátora závisí od veľkosti a druhu transformátora a od okolitých zariadení. Suché transformátory vn/nn je možné umiestniť priamo do skríň (napr. vo výrobných halách). Olejové transformátory môžu byť umiestnené v skriňových rozvádzačoch alebo v transformátorových komorách s olejovou zbernou vaňou, na vonkajšom stanovišti so zbernou nádržou alebo na stožiari.

Olejové transformátory sa s ohľadom na požiarnu bezpečnosť umiestňujú v samostatných komorách z nehorľavého materiálu, ktoré musia byť vetrané  prirodzeným alebo umelým ťahom.

Stanovište vonkajších transformátorov musí mať betónovú zbernú nádrž na celý objem oleja transformátora. Pri viacerých zariadeniach s olejovou náplňou môže byť zberná nádrž transformátora menšia s odtokom do ďalšej spoločnej nádrže. Pôdorysné rozmery nádrže musia presahovať pôdorys transformátora na všetkých stranách aspoň o 1 m. Medzi jednotlivými transformátormi v elektrickej stanici, ktorých vzdialenosť je menšia ako 9 m ,sú postavené ochranné medzisteny (zo železobetónu), ktoré zvyšujú požiarnu bezpečnosť obr. 4.1.18.

 

a)	b)

Obr. 4.1.18. Stanovište transformátora

V distribučných sieťach sú často transformátory vn/nn umiestnené na koncových stožiaroch vedenia – priehradových alebo betónových.

4.1.2.1.4 REAKTORY A TLMIVKY

Reaktory svojimi parametrami zväčšujú reaktanciu obvodov a obmedzujú tak skratové prúdy. Hlavnými parametrami reaktorov sú menovité napätie, menovitý prúd a impedančné napätie. Impedančné napätie u_L je mierou impedancie reaktora - je to úbytok napätia ΔU_L na impedancii reaktora Z_L pri menovitom prúde I_Ln. Vyjadruje sa v percentách menovitého fázového napätia U_fn:

a volí sa z radu 3, 5, 8, 10 %. Z uvedeného vzťahu sa dá vyjadriť veľkosť impedancie:

Často sa pri bežných výpočtoch zanedbáva rezistencia reaktora a potom zo vzťahu pre Z_L dostávame priamo reaktanciu reaktora.

Reaktory sú tvorené cievkami bez železného jadra, môžu byť jednofázové alebo trojfázové, vzduchové alebo olejové. Pri normálnej prevádzke sú úbytky na nich relatívne malé, pri skrate sú podstatne vyššie. Reaktory sa zaraďujú napr. medzi pozdĺžne delené prípojnice, na začiatky vedení, do odbočiek pre HDO, tiež medzi terciárne vinutia transformátorov a prípojnice vlastnej spotreby a pod.

Tlmivky slúžia ako kompenzačné členy najmä v prenosových sústavách pri kompenzácii kapacitných prúdov málo zaťažených vedení a na spomalenie nárastu obnovených napätí. Môžu sa inštalovať do špeciálnych elektrických staníc – kompenzovní. V SR sa ale pripojujú k terciáru transformátorov vo veľkých transformačných  staniciach. Jedinou výnimkou je pripojenie tlmivky priamo na 400 kV v elektrickej stanici Veľké Kapušany.

Kompenzačné tlmivky sú obvykle olejové a konštrukčne podobné transformátorom. Vyrábajú sa aj pre najvyššie napätia, s výkonmi až stovky Mvar.

Ďalšími druhmi tlmiviek sú zhášacie tlmivky (Petersenove), slúžiace na kompenzáciu prúdov, vznikajúcich pri zemnom spojení. Zapojujú sa medzi stred transformátora a zem. Konštrukčne sú to cievky so železným jadrom, ktorých indukčnosť sa mení posuvom železného jadra alebo prepínaním odbočiek. Ich výkony sú od 50 kV.A do 4 MV.A a odpovedajú zemnému kapacitnému prúdu kompenzovanej siete. Chladenie býva prirodzené olejové. Pri vyšších kapacitných prúdoch v káblových sieťach sa namiesto tlmivky používa uzemnenie cez odporník.

Zhášacia tlmivka sa k uzlu transformátora pripojuje cez odpajač a odporúča sa zaradiť aj poistku. Na ochranu tlmivky proti prepätiu sa k uzlu pripojí aj bleskoistka (obr. 4.1.19).

Obr. 4.1.19 Pripojenie zhášacej tlmivky

4.1.2.1.5 KOMPENZAČNÉ KONDENZÁTORY

V elektrických staniciach môžu byť inštalované kondenzátorové batérie pre skupinovú alebo centrálnu kompenzáciu jalového výkonu. V zariadeniach vn sa obvykle jedná o kondenzátorové rozvádzače, kde je v najjednoduchšom prípade kondenzátorová batéria s konštantným výkonom (FC – Fixed Capacitors). Toto zariadenie je vhodné tam, kde sa výkon kompenzovaného spotrebiča nemení alebo sa mení iba v malom rozsahu (neregulované pohony s asynchrónnymi motormi).

Kompenzátory s výkonom spínaným v niekoľkých stupňoch sa použijú v prípadoch, kedy nie je potrebná kompenzácia účinníka na určitú hodnotu, ale stačí kompenzácia učinníka do určitého pásma hodnôt. Tento spôsob kompenzácie je u nás v súčasnosti najviac rozšírený, využíva sa pásmo povolených hodnôt účinníka od 0,95 do 1 induktívneho charakteru. Pre možnosť kompenzovať účinník tam, kde sa jalový výkon s časom mení, boli postupne zavedené dynamické kompenzátory s využitím tyristorovo riadených tlmiviek (TCR – Thyristor Controlled Reactors) spolu s nepremennými kondenzátormi (obr. 4.1.20a), alebo tyristorovo spínaných kondenzátorov (TSC –Thyristor Switched Capacitors, obr. 4.1.20b).

 

a)	b)

Obr. 4.1.20. Kompenzácia účinníka    a) pomocou FC + TCR ,    b) pomocou TSC

Ďalším vývojovým stupňom sú zdokonalené statické kompenzátory (SSVC – Solid State var Compensator), obsahujúce statický menič, ktorý riadi dodávku alebo odber jalovej energie tak, aby kompenzoval odber jalovej energie spotrebičom v každom okamihu. Vzhľadom na rýchlu reakciu na meniace sa odberové parametre spotrebiča sa jedná o dynamickú kompenzáciu. Na jednosmernej strane meniča je iba relatívne malý  kondenzátor. Pripojenie SSVC je znázornené na obr. 4.1.21. V princípe ide o tlmivku zapojenú sériovo s ideálnym napäťovým zdrojom, ktorý je tvorený meničom a zdrojom jednosmerného napätia. Ako menič sa najčastejšie používa napäťovo napájaný striedač (VSI – Voltage Sourced Inverter) a ako zdroj jednosmerného napätia sa použije nezávislý jednosmerný zdroj, alebo častejšie kondenzátor.

Obr. 4.1.21. Pripojenie SSVC

Zavádzanie nelineárnych spotrebičov, produkujúcich harmonické zložky prúdu, vyvolalo nutnosť spojiť kompenzáciu účinníka s filtráciou harmonických zložiek. Na tento účel sa budujú filtračno kompenzačné stanice alebo sa s výhodou využívajú aktívne filtre, ktorých zapojenie je v podstate rovnaké ako u SSVC.

4.1.2.1.6 ELEKTRICKÉ OCHRANY

     Elektrické ochrany zabezpečujú ochranné funkcie chrániace príslušné pole pred nežiaducimi prevádzkovými stavmi elektrizačnej sústavy ako sú napr. preťaženie skratom, prepätie, podpätie a iné. Pri detekovaní poruchového stavu dávajú popud na zopnutie alebo rozopnutie vypínača chráneného poľa. Podrobnejšie sa elektrickými ochranami zaoberá kap. 4.2.

4.1.2.2 PREHĽADOVÉ SCHÉMY ROZVODNÍ

Rozvodné zariadenia s jedným systémom prípojnic

Jednoduché systémy prípojníc môžu byť pozdĺžne delené. Na spínanie pozdĺžne delených prípojníc sa  v rozvodných zariadeniach používa zapojenie podľa obr. 4.1.22.

a) bez vypínača                               b) s vypínačom

Obr. 4.1.22. Pozdĺžne spínanie jednosystémových prípojníc

Rozvodné zariadenia s dvojitým systémom prípojníc

Dvojité prípojnice sa používajú tam, kde nie je možné ani krátkodobé prerušenie dodávky elektrickej energie pri revízii prípojnic alebo je potrebné rozdeliť prevádzku odbočiek do dvoch skupín z dôvodov:

• rozdelenia zdrojov na obmedzenie skratových prúdov,

• súčasné napájanie z dvoch nespolupracujúcich zdrojov,

• oddelenie spotrebičov s premenlivým napájaním od spotrebičov, ktoré vyžadujú stále napájanie,

• oddelenie siete so vzdušnými vedeniami od sietí s vedeniami káblovými,

• zabezpečenie dôležitých odberov aj v prípade výpadku niektorých napájačov zvyšnými napájačmi aj nižšieho výkonu.

Rozvodné zariadenie s dvojitým systémom prípojníc musí mať aj priečny spínač prípojníc (obr. 4.1.23a), aby sa prepínanie odbočiek na druhý systém mohlo vykonať bez prerušenia prevádzky.

Pozdĺžne delenie dvojitých prípojníc môže byť realizované odpájačmi v prípojnicových systémoch medzi sekciami (obr. 4.1.23b), vtedy pri pozdĺžnom spojovaní musí byť jedna sekcia bez napätia, alebo pozdĺžnym spínačom s jedným vypínačom (obr. 4.1.23c). V tomto prípade sa pozdĺžny spínač použije na manipulácie, pri ktorých obidve sekcie prípojnicových systémov môžu byť zaťažené. Odpájače medzi sekciami slúžia na trvalé alebo dlhodobé zopnutie sekcií. Zapojenie na obr. 4.1.23c je v podstate kombinovaný (pozdĺžny a priečny) spínač prípojníc.

Obr. 4.1.23. Odbočky spínačov dvojitých prípojníc

Príklad rozvodne s dvoma systémami prípojníc a priečnym spínačom prípojníc je na obr. 4.1.24. Pri dvoch zdrojoch bývajú odbery rozdelené na oba systémy prípojníc (v hornej časti obrázku sú odbočky prívodné a v dolnej časti odbočky vývodové, zopnuté cesty sú znázornené čiarkovane).

Obr. 4.1.24. Rozvodňa s dvojitým systémom prípojníc

Rozvodné zariadenia s trojitým systémom prípojníc

Tri systémy prípojníc sa použijú tam, kde nie je možné použiť zariadenie s dvojitým systémom prípojníc, nakoľko sa rozvodňa prevádzkuje s prípojnicami trvalo oddelenými a kde nie je možné ani krátkodobé prerušenie dodávky elektrickej energie pri revízii prípojnic. Prevádzka musí byť rozdelená do troch skupín v niektorom z nasledujúcich prípadov:

• ak je potrebné rozdeliť zdroje na obmedzenie veľkých skratových alebo prevádzkových prúdov,

• ak je z prevádzkových dôvodov potrebné oddeliť siete s rovnakým napätím,

• z dôvodov rozdielnej dôležitosti prevádzky rôznych odbočiek.

Príklad rozvodne s tromi systémami prípojníc a tromi priečnymi spínačmi prípojníc je na obr. 4.1.25. Pri veľkom počte odbočiek sa môžu prípojnice rozdeliť aj pozdĺžne, pričom medzi sekciami sú obvykle iba odpájače.

Obr. 4.1.25. Rozvodňa s trojitým systémom prípojníc

Rozvodné zariadenia s pomocným systémom prípojníc

Systém pomocných prípojníc sa použije vtedy, ak je potrebné nepretržite dodávať elektrickú energiu do vývodu aj vtedy, ak je zariadenie príslušnej odbočky v revízii alebo údržbe. Zapojenie cez pomocnú prípojnicu umožňuje prevádzku z pôvodného hlavného systému prípojníc. Systém pomocných prípojníc sa môže použiť v rozvodných zariadeniach s jedným, dvomi alebo tromi systémami hlavných prípojníc. Príklad prevádzky odbočky s vyradeným vypínačom u najbežnejšieho typu rozvodne vvn je na obr. 4.1.26, kde je použitý spínač pomocných prípojníc podľa obr. 4.1.27a. Spínač pomocných prípojníc môže byť kombinovaný s priečnym spínačom hlavných prípojníc - obr. 4.1.27b.

 

Obr. 4.1.26. Príklad rozvodne s pomocnými prípojnicami	a)                               b) Obr. 4.1.27. Spínače pomocných prípojníc

Pomocný systém prípojníc a výzbroj odbočky so spínačom pomocných prípojníc sa dimenzuje tak, ako najvyššie dimenzovaná odbočka v rozvodni. Cez pomocné prípojnice sa môže prevádzkovať vždy iba jedna odbočka. Prevádzka s využitím pomocných prípojníc sa volá náhradná prevádzka.

Pri menšom počte odbočiek v rozvodni a ak sa nepredpokladá súčasný chod hlavných systémov prípojníc, môže byť jeden z hlavných systémov využitý ako pomocný systém prípojníc (napr. rozvodňa 400 kV Sučany). Vypínač v odbočkách sa premosťuje ("by-pass") odpájačom a priečny spínač prípojníc pracuje vo funkcii spínača pomocných prípojníc. Príklad takejto rozvodne je na obr. 4.1.28, kde je vyznačená napájacia cesta vývodu, ktorého odbočka má vyradený vypínač. Cez by-pass sa môže tiež prevádzkovať iba jedna odbočka.

Obr. 4.1.28. Rozvodňa s premosťovacími odpájačmi

Rozvodné zariadenia s okružnými prípojnicami

Používajú sa tam, kde sa vyžaduje obmedzenie následkov skratov v rozvodni na minimálny počet odbočiek. Jednotlivé úseky prípojníc sú zapojené do polygónu (obr. 4.1.29, trojuholník až šesťuholník). Na zvýšenie spoľahlivosti môžu mať ešte záložný vypínač, ktorý je spoločný pre všetky odbočky  obr. 4.1.29d (má podobnú funkciu ako pomocné prípojnice).

Obr. 4.1.29. Rozvodne s okružnými prípojnicami

Rozvodné zariadenia bez prípojníc

Sú to zariadenia s malým počtom odbočiek a je možné ich pokladať za špeciálny prípad zapojenia s okružnými prípojnicami, kde namiesto prípojníc sú spojky medzi odbočkami. Použijú sa najmä tam, kde sa nepredpokladá rozširovanie rozvodne, napr. v trakčných transformovniach. Tento typ rozvodne obvykle nevyžaduje zapojenie s piatimi vypínačmi, ale použijú sa len vypínače:

• v prívodoch a v strednej priečke obr. 4.1.30 (koncové elektrické stanice v distribučnej sieti),

• pri transformátoroch a v strednej priečke (rozvodne s priebežným napájacím vedením),

• pri transformátoroch (zjednodušené zapojenie distribučnej elektrickej stanice, pripojenej na priebežné vedenie).

Obr. 4.1.30. Rozvodňa typu H

Rozvodné zariadenia s väčším počtom vypínačov na odbočku

Používajú sa na dosiahnutie mimoriadne vysokej prevádzkovej spoľahlivosti v rozvodniach s väčším počtom odbočiek, ktoré musia zostať v prevádzke aj pri poruche vypínača. Môžu to byť rozvodne:

• rozvodne s dvomi vypínačmi na odbočku (obr. 4.1.31), ktoré však vyžadujú veľké investičné náklady,

• rozvodne s n+1 vypínačmi na n odbočiek, napr. s tromi vypínačmi na dve odbočky, t. j. jeden a pol vypínača na odbočku (takto je riešená rozvodňa Veľký Ďur, slúžiaca na vyvedenie výkonu z JE Mochovce) (obr.4.1.32a) alebo so štyrmi vypínačmi na tri odbočky (obr. 4.1.32b), kde prostredné vypínače s odpájačmi tvoria rezervu pre dve susedné odbočky.

Obr. 4.1.31. Rozvodňa s dvoma vypínačmi v odbočke

 

a)	b)

Obr. 4.1.32. Rozvodňa s 3/2  a s 4/3 vypínača na odbočku

V prevádzke je niekedy potrebné uvoľniť prípojnicu a premanipulovať odbočku v rozvodni s priečne deleným prípojnicovým systémom. Ako príklad je  uvedený postup premanipulácie odbočky vzdušného vývodu z prípojnice W2 na W1 pomocou spínača prípojníc (SP). Vo východiskovom stave odbočky je dodávka elektrickej energie z prípojnice W2 cez prípojnicový odpájač Q2 a vypínač QM. Po manipuláciách je dodávka elektrickej energie z prípojnice W1 cez prípojnicový odpájač Q1 a vypínač QM. Podrobný postup manipulácií je uvedený na obr. 4.1.33 a v tab. 4.1.2.

Tab. 4.1.2. Postup manipulácií pri premanipulovaní odbočky

 

a)	b)	c)
d)	e)	f)
	g)

Obr. 4.1.33. Prechod z prípojnice W2 na prípojnicu W1

4.1.3 RIADIACI A INFORMAČNÝ SYSTÉM

Riadenie v elektrických staniciach sa  vykonáva pomocou riadiaceho a informačného systému (RIS), ktorý zabezpečuje zber, spracovanie, prenos a zobrazovanie informácií a spočíva v ovládaní spínacích a regulačných prístrojov.

4.1.3.1 OVLÁDANIE

Ovládanie prístrojov

Ovládanie spínacích a regulačných prístrojov rozvodne je možné:

• miestne

  	priame (ručne, bez pomoci cudzej energie),
  	nepriame (prostredníctvom cudzej energie elektricky, pneumaticky alebo hydraulicky),

• diaľkové –  iba nepriame.

Priame ovládanie znamená, že fyzická sila obsluhy vyvinutá na ovládaciu páku prístroja sa prenáša na kontakty spínača a uvádza ich do pohybu. Ak sa pritom použijú pružinové mechanizmy, ktoré sa pri zapínaní naťahujú, je možné dosiahnuť aj okamihové vypnutie. Priamy pohon je potom aj pohon pružinovým akumulátorom, ak sú pružiny naťahované ručne.

U odpájačov, odpínačov alebo aj u ističov sa sila na hriadeľ s pohyblivými kontaktmi prenáša pákovými mechanizmami. Tie musia byť konštruované tak, aby pri ich činnosti nevznikli mŕtve polohy. Pre odpájače s nízkym počtom činností sa niekedy používa ovládanie vypínacou tyčou, ktorá sa nasunie do oka na jeho hriadeli.

Nepriame ovládanie sa realizuje servopohonmi, ktoré môžu byť pneumatické, elektromotorické, elektromagnetické, hydraulické alebo kombinované. Obsluha ich uvádza do činnosti pomocou ovládačov (tlačidlá, paketové spínače) alebo softvérovo. Pomocou ovládacích obvodov sa uvádzajú do činnosti ovládacie ventily (privádzajú do pohonu prístroja ovládacie médium) alebo sa k pohonom privádza ovládacie napätie.

Prístroje s pružinovým akumulátorom majú energiu pre spínanie akumulovanú v pružinách a tá môže byť určená na jedno zopnutie alebo na niekoľko zopnutí za sebou. Nová akumulácia energie do pružín sa obvykle realizuje okamžite po každej činnosti prístroja.

Prístroje s pneumatickým pohonom majú vzduchové valce. Odpájače majú vzduchový pohon dvojčinný, kde po dosiahnutí krajnej polohy uvedie spätné potrubie do činnosti pomocné kontakty odpájača pre signalizáciu a blokovanie. U vypínačov je vzduchový valec jednočinný. Privedený stlačený vzduch zapína vzduchový pohon vypínača a súčasne sa naťahuje vypínacia pružina. Všetky ventily pre ovládanie pohonov prístrojov jednej odbočky sú umiestnené v ovládacej skrini, kde sú tiež vyriešené potrebné blokovacie podmienky (obvykle elektricky, prípadne pneumaticko-mechanicky pravítkovým blokovaním).

Stlačený vzduch pre tlakovzdušné ovládanie zabezpečuje kompresorová stanica, ovládacie napätie dodáva akumulátorová batéria.

Ovládacie napätie sa v každej odbočke delí do samostatne istených obvodov pre:

• istiace a ovládacie obvody vypínača,

• ovládacie obvody odpájačov,

• prevádzkovú signalizáciu,

• poruchovú signalizáciu.

Blokovacie podmienky sú v elektrickej stanici vytvorené proti chybným manipuláciám s elektrickými prístrojmi. Najviac sa to dotýka manipulácií s odpájačmi, ktoré sú blokované na stavy vypínačov.

Pri manipulácii musia byť splnené najmä tieto podmienky:

• odpájač nesmie byť vypnutý, ak je odbočka zaťažená,

• pri prepojovaní odbočky na druhý systém prípojníc nesmie odpájač prerušiť prúd odbočky,

• prípojnicové odpájače nesmú prepojiť systémy prípojníc, ak nie sú spojené spínačom prípojníc; aj v tomto prípade môžu spojovať prípojnicové odpájače systémy prípojníc iba počas prechodu odbočky z jedného systému na druhý,

• vypínač priečneho spínača prípojníc nesmie vypnúť, ak sú v niektorej odbočke systémy prípojníc prepojené prípojnicovými odpájačmi,

• vypínač sa nesmie dať zapnúť, ak je niektorý odpájač v odbočke v medzipolohe,

• vývodový odpájač sa nesmie dať zapnúť, ak sú zapnuté jeho uzemňovacie nože a opačne,

• s  odpájačmi pozdĺžne delených prípojníc možno manipulovať iba vtedy, ak sú bez zaťaženia, alebo sú premostené pozdĺžnym vypínačom.

Postup prepnutia odbočky z jedného systému prípojníc na druhý, s dodržaním uvedených podmienok, je znázornený na obr. 4.1.33.

Pre rozvodné zariadenia s pomocnými prípojnicami platia ešte tieto podmienky:

• odpájač pomocných prípojníc nemožno zapnúť, ak sú zapnuté uzemňovacie nože tejto odbočky,

• odpájače pomocných prípojníc sú blokované tak, že cez spínač pomocných prípojníc je možné napájať iba jednu odbočku,

• uzemňovacie nože vývodového odpájača odbočky sa môžu zapnúť iba vtedy, ak je vypnutý tento odpájač a aj odpájač pomocných prípojníc v tejto odbočke.

Pre zariadenia vn s výsuvnými vypínačmi sa na výsuvné kontakty vzťahujú rovnaké blokovacie podmienky ako na odpájače, najmä to, že výsuvná časť sa môže vysunúť alebo zasunúť iba pri vypnutom vypínači.

Strata ovládacích médií (stlačený vzduch, ovládacie napätie) nesmie umožniť manipuláciu s blokovanými prístrojmi.

Z prevádzkových podmienok elektrických staníc a sietí, do ktorých sú stanice zapojené, vyplývajú aj ďalšie požiadavky na blokovanie, napr. proti paralelnému chodu transformátorov alebo sústav, pre dodržanie určitého sledu spínania a pod.

Zabezpečenie blokovacích podmienok sa realizuje blokovaním mechanickým, pneumatickým alebo elektrickým, prípadne ich kombináciou.

Norma STN 33 3220 dovoľuje, aby prístroje, s ktorými sa manipuluje iba veľmi zriedka, boli bez blokovania (napr. pozdĺžne odpájače v prípojniciach). Tiež v rozvodniach bez prípojníc alebo s jednoduchými prípojnicami s ručne ovládanými odpájačmi nemusí byť blokovanie. Manipulácia musí byť vykonávaná podľa prevádzkového predpisu a v rozvodni musí byť výstražné upozornenie, že nie je použité blokovanie proti chybnej manipulácii.

4.1.3.2 Riadenie elektrickej stanice

Riadenie elektrickej stanice môže byť do značnej miery automatizované, podľa jej dôležitosti a veľkosti a podľa miery použitia moderných hardvérových a softvérových prostriedkov – obr. 4.1.34.

Obr. 4.1.34 Stupne automatizácie riadenia

a) ručné ovládanie, b) diaľkové ovládanie, c) automatické riadenie

Základné funkcie, ktoré zabezpečujú elektrické stanice za normálnej prevádzky a poruchových stavoch vyžadujú:

• zmeny konfigurácie – prevádzkové a poruchové (manipulácia, resp. automatická manipulácia so spínacími prvkami) a riešenie havarijných situácií automatikami záskokov.

• zber údajov charakterizujúcich prevádzku  meraných a stavových veličín, vrátane poruchových hlásení.

• reguláciu veličín – prevody transformátorov a spínanie kompenzačných prostriedkov.

Prevádzka spoločných a pomocných zariadení elektrických staníc je prevažne automatická, monitorujú sa iba najdôležitejšie veličiny, signalizujúce možnosť vzniku, alebo vznik poruchy. V dozorni sú sústredené všetky prostriedky na riadenie elektrickej stanice, najmä

• sledovanie prevádzkových a poruchových veličín, ktoré sú zobrazené:

	na paneloch, signalizačný panel so zobrazenou schémou rozvodne, stavmi vypínačov a niektorými meracími prístrojmi, panel poruchových hlásení, panel transformátora so signalizáciou čísla zapnutej odbočky a meraním teploty oleja, na termináloch riadiaceho systému, ktorý využíva počítačovú techniku.
	Pozn.: V dozorniach elektrických staníc v prenosovej sústave SR sa uplatňujú oba spôsoby súčasne [140].

• ovládanie spínacích prvkov, ktoré môže byť riešené jednotlivo, alebo s voľbou rozvodne aj odbočky. Ovládanie môže byť vykonávané z manipulačného panelu, kde ovládacie prvky súčasne signalizujú stav spínačov, alebo z manipulačného pultu, odkiaľ sa robí ovládanie s voľbou. V súčasnosti sa väčšina manipulácii vykonáva cez počítačový systém.

Počítačom podporovaný riadiaci a informačný systém elektrickej stanice obsahuje dve spolupracujúce časti:

• Informačný systém, zabezpečujúci zber, spracovanie, odovzdávanie a zobrazovanie informácií.

• Logický riadiaci systém, ktorý zabezpečuje manipulačné a regulačné procesy.

Prepojenie riadiaceho systému so zariadením elektrickej stanice je schematicky znázornené na obr. 4.1.35. Riadiaci systém môže byť riešený rôznymi technickými aj softvérovými prostriedkami a rôznym stupňom vplyvu človeka na obsluhu. Tendenciou je postupne prechádzať na elektrické stanice bez obsluhy.

Obr. 4.1.35. Bloková schéma riadenia elektrickej stanice [141]

a – merané veličiny, b – stavové veličiny, c – merané veličiny pre ochrany, d – signály pôsobenia ochrán,  e – meranie a mimoriadne stavy spoločných zariadení,  
f – akčné veličiny pre spínanie, g – akčné veličiny pre reguláciu, h – akčné veličiny vypnutia pri poruche, i – spracované informácie pre zobrazenie a zápis,
j – dôležité veličiny spoločných zariadení, k – spracované informácie pre dispečing, l – príkazy na vykonanie manipulácií a regulácií

V súčasnosti filozofia riešenia riadiacich systémov vychádza z rozdelenia elektrickej stanice na hierarchicky radené celky, v ktorých je funkčne aj miestne sústredená špecifikovaná funkcia. Takto je možné v elektrickej stanici definovať tri hierarchické úrovne:

1. Základné zariadenia elektrickej stanice (rozvodné zariadenia, elektrické stroje), kde sa robí zber dát, ovládanie spínačov a regulácia. Tieto zariadenia sú rozdelené na funkčné celky (odbočky v rozvodných zariadeniach, jednotlivé elektrické stroje), ktoré majú podobný (často rovnaký) charakter.

2. Jednotlivé riadiace systémy (blokové), ktoré riadia činnosť funkčných celkov 1. úrovne. Sem patrí zber údajov a zabezpečenie ochranných funkcií (blokovanie vypínačov, elektrické ochrany) v rozsahu prvkov a informácií odbočky.

3. Centrálny riadiaci systém, ktorý sústreďuje údaje z 2. úrovne, zabezpečuje činnosti vo viacerých celkoch (automatiky záskoku, paralelné spínanie transformátorov, blokovanie prístrojov s ohľadom na stav prípojníc, ovládanie prípojnicových odpájačov podľa požiadaviek celkovej konfigurácie, ochrana prípojníc, záložná ochrana), zabezpečuje výmenu údajov medzi elektrickou stanicou a dispečingom (informácie, diaľkové ovládanie). Slúži aj na spracovanie informácií pre zobrazenie stavov vypínačov, meraných veličín, poruchových stavov a o pôsobení ochrán na paneloch alebo monitoroch. U najnovších zariadení sa prenos dát v rámci elektrickej stanice medzi jednotlivými zariadeniami a riadiacim počítačom  odohráva po dátovej zbernici, ktorá môže byť realizovaná optickým káblom.

Výhodné je sústredenie blokových riadiacich systémov, vrátane ich záložného napájania do domčekov ochrán priamo v rozvodni, čím sa obmedzí rozsah prípadnej poruchy. V menších elektrických staniciach môže funkcie 3. úrovne prevziať dispečing alebo väčšie susedné elektrické stanice, odkiaľ sú potom podružné elektrické stanice diaľkovo ovládané.

Tretia úroveň je pomerne dobre prepracovaná, riadiace systémy sú schopné zabezpečovať veľké množstvo funkcií, najmä:

• systémové funkcie (inicializácia systému, dohľad nad systémom, jednotný čas, prevádzka s dvomi počítačmi, generovanie databáz ...),

• komunikácie (zber údajov z vlastnej alebo aj iných elektrických staníc, rádiová a telefónna prevádzka, spojenie s nadriadenými a podriadenými riadiacimi systémami ...),

• spracovanie dát (hlásenia, merané hodnoty, čítačové hodnoty, povely, žiadané hodnoty, informačné väzby, periodická a jednorazová archivácia dát a udalostí ...),

• prezentácia dát (výstup zoznamov hlásení - prevádzkový denník, zoznam nekvitovaných udalostí, zoznam porúch, zoznam časovo usporiadaných udalostí, zoznam dotazov na stav; výstup protokolov dát z procesu s možnosťou archivácie, výstup hlásenia na signalizačný panel, výstup analógových a digitálnych meraných hodnôt, výstup kriviek, topológia siete s významovým rozlíšením podľa farieb ...),

• obsluha, riadenie, tréning (vedenie prevádzky pomocou viacerých pracovísk, vrátane vzdialených, on-line zmena parametrov a atribútov, operátorský denník, simulácie ...).

Z umiestnenia a zapojenia elektrickej stanice v elektrizačnej sústave vyplývajú úlohy, ktoré musí v tejto sústave plniť. Bežné manipulácie, ktoré sa dotýkajú prevádzky vlastnej elektrickej stanice je možné vykonávať nezávisle od prevádzky sústavy, ale všetky ostatné manipulácie, ktoré  ovplyvňujú prevádzku elektrizačnej sústavy, menia jej parametre a konfiguráciu, je potrebné koordinovať tak, aby boli v súlade s činnosťou iných elektrických staníc, výrobní a odberov. Túto vyššiu riadiacu a koordinačnú činnosť zabezpečuje viacstupňový systém dispečerského riadenia.

4.1.4 SPOLOČNÉ A POMOCNÉ ZARIADENIA ELEKTRICKÝCH STANÍC

Spoločné zariadenia elektrickej stanice slúžia na zabezpečenie prevádzky jej hlavných častí. Jedná sa hlavne o zabezpečenie vlastnej spotreby, zdroja nezávislého napájania dôležitých spotrebičov (akumulátorová batéria), výrobu alebo skladovanie potrebných médií (stlačený vzduch, olejové hospodárstvo, SF₆) a uzemňovaciu sústavu.

4.1.4.1 DOZORŇA

Dozorňa slúži na riadenie, diaľkovú kontrolu a dozor nad celou elektrickou stanicou. Sústreďujú sa v nej automatické systémy riadiacich a technologických procesov (ASRTP) rozvodní, ovládacie a meracie prvky, výstupy ochrán a signalizácia poruchových stavov.

4.1.4.2 NAPÁJANIE VLASTNEJ SPOTREBY

Vlastnú spotrebu elektrickej energie v elektrickej stanici tvorí súhrn spotrebičov, potrebných pre prevádzku celej elektrickej stanice. Jedná sa o osvetlenie, vykurovanie, hnacie motory kompresorov, usmerňovače pre akumulátorové batérie, zdroje pre telekomunikačné zariadenia, ventilátory (chladenie transformátorov, odvetranie akumulátorovní, vnútorné rozvodne), ovládacie, istiace a návestné obvody, zásuvkové obvody, spotrebiče pomocných a údržbárskych prevádzok a podobne.

Napájanie vlastnej spotreby vrátane príslušného rozvodného zariadenia musí byť riešené tak, aby bola za všetkých prevádzkových i poruchových stavov zabezpečená dodávka elektrickej energie, inak by mohlo dôjsť k ohrozeniu prevádzky elektrickej stanice alebo aj celej elektrizačnej sústavy. Pri poruchových stavoch sa vlastná spotreba elektrických staníc zaisťuje v rozsahu odpovedajúcemu významu elektrickej stanice a dôležitosti dodávky elektrickej energie pre napájanú oblasť alebo napájané zariadenie. Preto sa pre napájanie používa hlavný a záložný zdroj elektrickej energie. Obvykle sa napájanie vlastnej spotreby realizuje cez:

• hlavný zdroj pre vlastnú spotrebu

v elektrickej stanici zvn/vvn a vvn/vvn sú na terciárne vinutie transformátora zvn/vvn, resp. vvn/vvn pripojené cez reaktor (pre obmedzenie skratových prúdov) jeden alebo dva transformátory vlastnej spotreby vn/nn, v elektrickej stanici vvn/vn je transformátor vlastnej spotreby vn/nn pripojený priamo na prípojnice vn.

• záložný zdroj pre vlastnú spotrebu

záložný transformátor vlastnej spotreby vn/nn je pripojený na distribučnú sieť, ktorá je nezávislá od danej elektrickej stanice, záložný transformátor vlastnej spotreby vn/nn je pripojený na inú časť delených prípojníc vn ako hlavný transformátor vlastnej spotreby, alebo priamo na spojovacie vedenie medzi sekundárnou stranou transformátora vvn/vn a rozvodným zariadením vn (v elektrickej stanici vvn/vn), striedač, ktorý slúži na napájanie dôležitých zariadení, citlivých na stratu alebo prerušenie napätia. Striedač je napájaný jednosmerným napätím a na výstupe má striedavé napätie nn.  Jednosmerné napájacie napätie je získavané z usmerňovača, ktorý najčastejšie pracuje s paralelne pripojenou akumulátorovou batériou. Usmerňovač slúži ako hlavný napájací zdroj. Pri výpadku usmerňovača záťaž automaticky bez prerušenia dodávky elektrickej energie preberie akumulátorová batéria, ktorá svojou kapacitou musí postačiť na krytie spotreby striedača pracujúceho na plný výkon s časovým obmedzením, generátor, poháňaný spaľovacím motorom (dieselagregát).

V čase prepínania z hlavného na záložný zdroj musí byť v jednotlivých médiách (akumulátorová batéria, stlačený vzduch, olej) dostatočné množstvo akumulovanej energie potrebné pre spoľahlivý chod zariadení. U dôležitých elektrických staníc sa prepojenie vykoná automaticky.

Výkon zdroja pre napájanie vlastnej spotreby je daný príkonom všetkých spotrebičov vlastnej spotreby, ktoré sú v najnepriaznivejšom prípade súčasne v chode. Výkon hlavného a záložného zdroja sa určí s ohľadom na optimálne zaťaženie transformátorov. Transformátory sa volia trojfázové, olejové alebo suché. Rozvod vlastnej spotreby sa realizuje sústavou 230/400 V. Rozvádzače sú s jedným systémom prípojníc. Ak je pre vlastnú spotrebu použitý aj záložný zdroj, bývajú prípojnice pozdĺžne delené pre zvýšenie spoľahlivosti. Rozvádzače vlastnej spotreby bývajú umiestnené spolu s ostatnými pomocnými rozvádzačmi v budove dozorne. Ak nie je v elektrickej stanici dozorňa, umiestni sa rozvádzač vlastnej spotreby v samostatnej miestnosti, alebo v spoločnom priestore s rozvodným zariadením nn alebo vn. 

4.1.4.3 AKUMULÁTOROVÉ BATÉRIE A ROZVOD JEDNOSMERNÉHO NAPÄTIA

Medzi zariadeniami vlastnej spotreby sú zariadenia, ktoré musia zostať pod napätím aj pri strate napätia na prípojniciach rozvádzača vlastnej spotreby. Sú to predovšetkým obvody ovládacie, istiace a návestné, telekomunikačné zariadenia, núdzové i náhradné osvetlenie a poruchové ventilátory. Napájajú sa z jednosmerného zdroja, ktorým je buď usmerňovač, akumulátorová batéria, výnimočne generátor  s usmerňovačom alebo dynamo so spaľovacím motorom.

Staničné akumulátorové batérie sa používajú olovené (najčastejšie) alebo alkalické – niklokadmiové (navrhujú sa len pre malé napätia a v malých staniciach). Volia sa podľa toho, aby batéria bola schopná po stanovenú dobu napájať pripojené zariadenia, a to:

a) ochrany,

b) ovládacie obvody pre zapínanie, vypínanie a opätovné zapínanie vypínačov,

c) signalizačné obvody (žiarovky, relé – po dobu 30 minút),

d) vysokofrekvenčné prenosové zariadenia (po dobu 30 minút),

e) prístrojové skrine (po dobu 30 minút),

f) núdzové elektrické pohony (po dobu 30 minút),

g) núdzové osvetlenie (100 % po dobu 1 hodiny),

h) náhradné osvetlenie (100 % po dobu 20 minút, 75 % ďalších 40 minút, v dozorniach a na chodbách 100 % po dobu 1 hodiny).

Akumulátorová batéria musí byť schopná napájať uvedené zariadenia požadovaný čas aj pri odpojenom nabíjaní zo striedavej strany. Vo veľkých elektrických staniciach sú dve akumulátorové batérie s oddelenou prevádzkou. Jedna napája zariadenia a) až e), druhá ostatné zariadenia. Každá z nich je dimenzovaná na pokrytie spotreby príslušných spotrebičov, minimálne však na 50 % celkovej spotreby. Každá z obidvoch batérií musí mať dostatočné napätie ešte po 30 minútach pri poruchovom napájaní celej spotreby.

Napätie akumulátorovej batérie je dané účelom jej použitia:

Akumulátorová batéria a nabíjacie zariadenie sa môže nachádzať v štyroch prevádzkových stavoch:

• nabíjanie akumulátorovej batérie,

• odber z akumulátorovej batérie bez dobíjania,

• normálna prevádzka, t. j. trvalé nabíjanie akumulátorovej batérie a súčasný odber,

• priame napájanie spotrebičov z usmerňovača.

Akumulátorové batérie sú umiestnené vo vetranej miestnosti - akumulátorovni. V jednej akumulátorovni sa nesmú súčasne nainštalovať olovené a alkalické batérie. V akumulátorovniach je prostredie so zvýšenou koróznou agresivitou. Jednosmerný rozvádzač sa preto umiestňuje mimo priestoru akumulátorovne. Modernejšie uzavreté olovené batérie nevyžadujú žiadnu údržbu a nemusia byť umiestnené v špeciálnych priestoroch, ale napr. priamo v priestore jednosmerného rozvádzača a nabíjacieho zariadenia.

Usmerňovače

Ako zdroj jednosmerného napätia sa v elektrických staniciach používajú usmerňovače pracujúce paralelne s akumulátorovými batériami. V normálnej prevádzke pokrývajú celu spotrebu a udržujú paralelne pripojené batérie v nabitom stave. Usmerňovače sa dimenzujú tak, aby pokrývali celý odber jednosmerných zariadení, najmenej však na 25 % trojhodinového vybíjacieho prúdu batérie, s ktorou pracujú paralelne. Charakteristika usmerňovačov musí v blízkosti menovitého zaťaženia rýchlo klesať, aby usmerňovač nebol preťažovaný nárazmi a zaťaženiami presahujúcimi jeho menovitý prúd. Usmerňovače majú byť čo najbližšie k akumulátorovej batérií, rovnako ako jednosmerný rozvádzač, slúžiaci k rozdeľovaniu jednosmernej energie.

Pokiaľ je v elektrickej stanici dozorňa, je obvykle jednosmerný rozvádzač umiestnený v nej. Inak býva v spoločnom priestore s rozvádzačom vlastnej spotreby, niekedy ako jeho priama s účasť. Jednosmerný rozvádzač sa volí s jedným alebo dvomi systémami prípojníc. V podstate obsahuje prívodné pole, kde je pripojená akumulátorová batéria, usmerňovač, prístroje pre priame pripojenie akumulátorovej batérie k usmerňovaču, vybíjací odporník a relé pre signalizáciu poruchových stavov a vývodové polia, pričom sa navzájom oddeľujú vývody pre ovládanie a signalizáciu od vývodov pre silové spotrebiče a núdzové osvetlenie.

4.1.4.4 VÝROBA A ROZVOD STLAČENÉHO VZDUCHU

V starších elektrických staniciach, v ktorých sú použité tlakovzdušné vypínače alebo prístroje s pneumatickými pohonmi, musia byť vybudované kompresorové stanice a rozvod stlačeného vzduchu. Menovitý tlak stlačeného vzduchu v sekundárnom rozvode vzduchu sa volí podľa menovitého tlaku pripojených spotrebičov, t. j. vzduchových pohonov vypínačov, odpínačov, odpájačov, prípadne podľa potrebného zhášacieho tlaku tlakovzdušných vypínačov. Obvykle sú to tlaky 0,5; 1,2 alebo 2 MPa. Odporúčané menovité primárne tlaky vzduchu sa volia podľa redukčného pomeru z rady 0,5 - 1,2 - 4 - 16 - 25 MPa. Vhodný redukčný pomer je 8:1, pre menej náročné zariadenia môže byť redukčný pomer 2:1.

Celkový výkon kompresorovej stanice sa určí tak, aby zásoba vzduchu pre prefukovanie vypínačov a pre straty netesnosťami sa načerpala za 20 minút. Zásoba vzduchu pre spínanie pri najväčšej početnosti spínania, pri súčasnom krytí spotreby vzduchu pre prefukovanie a straty netesnosťami, sa musí načerpať za 60 minút.

V každej kompresorovej stanici musia byť aspoň dva kompresory, kde jeden z nich tvorí stopercentnú rezervu. Len v kompresorových staniciach menšieho rozsahu a významu, v ktorých je možné spínacie prístroje ovládať aj ručne, možno použiť iba jednu jednotku. Kompresory sa spúšťajú samočinne pri poklese tlaku na spodnú hranicu primárneho tlaku a  odstavujú sa samočinne po dosiahnutí hornej hranice primárneho tlaku. Zapojenie kompresorov musí byť také, aby umožňovalo zaradiť ktorýkoľvek z nich ako rezervu. Pri poruche automatického ovládania musí byť možné ovládať kompresorovú stanicu ručne.

Kompresor je viacstupňový a vzduch sa pri prechode z jedného stupňa do druhého chladí v rúrkovom medzichladiči. Medzi zariadenia kompresora patria odlučovače vody a oleja. Kompresory stláčajú vzduch na tlak podstatne vyšší, ako je tlak v prístrojoch. Pre prevádzkový tlak 2 MPa je pracovný tlak v kompresoroch 16 MPa. Stlačený vzduch z kompresora sa vedie do hrubostenného vzduchojemu. V redukčnom zariadení sa zníži tlak na pracovný, ktorým sa plní rozvod vzduchu a zásobné vzduchojemy. Stlačením na vysoký tlak a následnou redukciou sa dosiahne vysoká kvalita (suchosť) vzduchu, ktorú si vyžadujú najmä vypínače.

Zásoba vzduchu v primárnych a sekundárnych vzdušníkoch musí byť taká veľká, aby v rozmedzí nastavených krajných hodnôt primárneho tlaku pokryla spotrebu vzduchu pre prefukovanie vypínačov a straty vzniknuté netesnosťami v celom rozvode stlačeného vzduchu po dobu 2 hodín a aby v rozmedzí spodného primárneho tlaku a blokovacieho primárneho tlaku  pokryla spotrebu vzduchu prístrojov pri najväčšej početnosti spínania.

Kompresorové stanice sa v elektrických staniciach umiestňujú v samostatnej miestnosti, na najnižšom podlaží a na najchladnejšom mieste. Kompresory sa musia uložiť tak, aby sa hluk a chvenie neprenášali do ostatných častí budovy. Vo väčších vonkajších elektrických staniciach sa kompresorové stanice umiestňujú do miesta najväčšej spotreby stlačeného vzduchu v samostatných budovách. Prostredie v kompresorovej stanici musí byť udržované tak, aby bol zaistený jej spoľahlivý chod. Hlavne je nutné dbať o riadne vetranie, priestory musia byť suché, chladné a bezprašné. Pri mimoriadnych poklesoch vonkajších teplôt je nutné zaistiť temperovanie priestorov kompresorovej stanice. Zásobné vzduchojemy sa umiestňujú mimo budovy tak, aby boli chránené pred priamym slnečným žiarením.

Z kompresorovej stanice sa vzduch rozvádza hlavným tlakovzdušným rozvodom do jednotlivých polí elektrickej stanice. Z hlavného rozvodu sú napojené ovládacie skrine v poli a tlakovzdušné vypínače. Z ovládacích skríň, v ktorých sú ovládacie vzduchové ventily a systém vzájomného blokovania, sú vedené prívodné potrubia k pohonom odpájačov. Na jeden pohon sú štyri potrubia: zapnutie a signalizácia zapnutia, vypnutie a signalizácia vypnutia. Hlavný rozvod je vedený v hornej časti priechodzieho káblového kanála, rozvod v poli  je vedený v káblových kanáloch alebo po pomocnej konštrukcii. Rozvod vzduchu je trubkami zo zliatiny AlMg. Hlavný rozvod je skruhovaný a jeho úseky sa dajú po určitej dĺžke oddeliť. Delenie rozvodu umožňuje vykonávať opravy a údržbu na zariadení bez obmedzenia prevádzky elektrickej stanice. Potrubie sa natiera modrou farbou.

4.1.4.5 UZEMŇOVACIA SÚSTAVA

Uzemnenie sa zriaďuje ako ochrana pred úrazom elektrickým prúdom, krokovým napätím,  zavlečeným napätím (vrátane úrazov spôsobených bleskom a prepätím) a pre správnu činnosť elektrických zariadení (STN 33 2000-5-54 [303]). V elektrických staniciach sa musia všetky funkčné (pracovné) a ochranné uzemnenia, vrátane zvodov bleskozvodov, pripojiť na spoločnú uzemňovaciu sústavu. Ak je elektrická stanica súčasťou elektrárne alebo priemyselného závodu, rieši sa uzemňovacia sústava ako jedna spoločná sústava. Jej celkový uzemňovací odpor musí byť menší ako 2 Ω. Táto hodnota sa meria pri odpojených zemniacich lanách vedení.

V malých distribučných rozvodniach s jedným transformátorom do 630 kVA  môže mať spoločné uzemnenie uzemňovací odpor až 5 Ω.

V elektrických staniciach zvn a vvn sa uzemňujú najmä:

• Oceľové konštrukcie elektrickej stanice a vodivé časti namontované na železobetónových konštrukciách, oceľové konštrukcie budov a krytých rozvodných zariadení a pod.

• Nádoby transformátorov, kryty a rámy prístrojov, konštrukcie skríň, koľajnice prístrojov, káblové lávky a pod.

• Uzemňovače, uzemňovacie nože vývodových odpájačov, skratovače, bleskoistky.

• Káblové spojky a koncovky, kovové plášte káblov sa navzájom spoja na koncoch a v spojkách. Na obmedzenie indukovaného prúdu v plášťoch sa plášte uzemnia iba na jednom konci kábla tak, aby na druhom konci nevzniklo vyššie dotykové napätie ako 125 V. Ak to nie je možné dosiahnuť, musia sa neuzemnené konce káblov chrániť ako živé časti, alebo sa plášte káblov pozdĺžne rozdelia izolačnými spojkami tak, aby indukované napätie v plášti za prevádzky nepresiahlo hodnotu 30 V.

• Tlakové nádoby a potrubia na rozvod stlačeného vzduchu.

• Konce zhášacích tlmiviek, primárnych vinutí PTN a sekundárnych vinutí PTN a PTP.

• Konce zemniacich a výbehových lán vedení.

• Bleskoistky a bleskozvody.

• Uzol transformátora.

• Vysokofrekvenčné prenosové zariadenia.

• Ochranné zábradlia okolo prístrojov, kovové ploty (ak sú bližšie ako 10 m od uzemňovacej siete).

• Jednotlivé, navzájom izolované kovové plášte zapuzdrených vodičov a prístrojov.

Kovové potrubia a koľajnice vedúce z rozvodne sa prerušujú  izolačnými vložkami. Neuzemňujú sa vstupné dvere, okenné rámy, kryty kanálov, oceľová výstuž železobetónových konštrukcií (ak nie je použitá ako zvod) a pod.

Každá uzemňovaná časť zariadenia sa musí pripojiť na uzemňovaciu sústavu samostatným zvodom alebo na uzemnenú konštrukciu samostatnou uzemňovacou spojkou. Vo vonkajších rozvodniach sa vytvorí uzemňovacia sieť z pozinkovaných vodičov, uložených v hĺbke 60 až 80 cm, minimálne jeden vodič v každom poli rozvodne. V miestach križovania sa vodiče zvárajú alebo spájajú svorkami. Po obvode tejto siete sa pripoja v rozstupe 10 až 20 m tyčové alebo trubkové uzemňovacie elektródy. Uzly v dôležitých miestach uzemňovacej siete sa zhotovujú rozpojovateľné. Konce tyčových a rúrkových uzemňovačov musia byť minimálne 50 cm pod povrchom, konce pásov a pásikov minimálne 70 cm.

V elektrických staniciach vvn/vn sa uzemňujú:

• Zariadenia vn na spoločnú uzemňovaciu sústavu so zariadením vvn.

• Uzemňujú sa tie isté zariadenia ako v elektrických staniciach zvn a vvn a tiež oceľové konštrukcie kobiek, ochranné mreže, kovové kostry rozvádzačov, rozvodníc a pod.

• Jednotlivé zariadenia rozvodne sa na každom podlaží pripoja prípojkami na obvodovú uzemňovaciu prípojnicu. Uzemňovacie prípojnice jednotlivých podlaží sú navzájom prepojené a na najnižšom podlaží je prípojnica pripojená k uzemňovaču najmenej na dvoch miestach. Pri objektoch dlhších ako 20 m sa uzemňovacie prípojnice pripojujú na uzemňovaciu sústavu.

• Zariadenia vlastnej spotreby rozvodne vn a nn sa tiež pripoja na spoločnú uzemňovaciu sústavu elektrickej stanice.

V transformovniach vn/vn a vn/nn sa pripájajú zariadenia:

• Vysokého napätia a zariadenia vlastnej spotreby nn na spoločnú uzemňovaciu sústavu.

• Nízkeho napätia na spoločné uzemnenie alebo sa pre ne zriadi samostatné uzemnenie (v rozsiahlych sieťach vn s veľkými kapacitnými prúdmi).

Hodnoty uzemňovacích odporov a ďalšie výpočty uzemnení uvádza norma STN 33 2000-5-54 [303].

4.1.4.6 POMOCNÉ A OBSLUŽNÉ ZARIADENIA

K spoločným pomocným a obslužným zariadeniam elektrických staníc patria:

• prevádzkové a montážne osvetľovacie sústavy,

• núdzové osvetlenie z akumulátorovej batérie pre bezpečný pohyb po dobu straty napätia, ktoré sa zapína automaticky po strate napätia v striedavej sieti,

• osvetlenie ciest vo vnútri prevádzkového oplotenia a strážne osvetlenie pozdĺž vonkajšieho oplotenia,

• olejové hospodárstvo,

• bleskozvodné zariadenia,

• telekomunikačné zariadenia, telefónna ústredňa, rádiokomunikačné prostriedky,

• protipožiarne zariadenia a požiarne zbrojnice,

• vodné hospodárstvo,

• vykurovanie a vetranie (klimatizácia),

• garáže, údržbárske a skladové priestory a zariadenia,

• sociálne zariadenia (kuchyňa, šatne, WC, umyvárne),

• ďalšie zariadenia (oplotenie, ochrana objektu, zariadenia na údržbu vonkajších priestorov a pod.).

4.1.5 Otázky ku kapitole 4.1

1.    Akým spôsobom sú elektrické stanice pripojené do elektrizačnej sústavy?

2.    Aký je rozdiel medzi odpájačom, odpínačom, vypínačom?

3.    Rozdeľte a popíšte vypínače podľa spôsobu vytvárania dielektrickej pevnosti medzi kontaktmi!

4.    Vysvetlite rozdiel medzi rozvodňou, rozvádzačom a rozvodnicou?

5.    Vysvetlite spôsob dimenzovania prípojnic v rozvodniach ?

6.    Vysvetlite princíp vypínača s elektronegatívnym plynom, kedy a kde sa používajú?

7.    Aké sú výhody používania zapuzdrených rozvodní?

8.    Definujte spoločné a pomocné zariadenia elektrických staníc!