Ochranné prvky distribuce

Distribuční soustava je souhrnem rozsáhlých venkovních a kabelových vedení a elektrických zařízení, umístěných v uzlech sítě. Poškození nebo přetížení každého článku této soustavy může být příčinou rozsáhlého výpadku dodávek elektrické energie. Kaskádovité šíření libovolné poruchy by mohlo vést až k „blackoutu“, jak se říká úplnému rozpadu celé elektrorozvodné soustavy. Aby byla reálná možnost takového scénáře minimální, jsou jednotlivá vedení a výkonové prvky rozvoden vybaveny potřebným systémem ochran, který zabezpečí rychlé odpojení postižených částí sítě bez negativního vlivu na okolní zařízení.

Požadavky na ochrany

Podobně jako v domovním rozváděči, kde je pro každý okruh instalován samostatný jistič, jsou i v elektrických stanicích instalovány ochrany pro každé pole rozvodny. Při poruše v jediné domovní zásuvce pak jistič odpojí jen dotčený zásuvkový okruh a ostatní spotřebiče (například světla nebo topení) zůstanou i nadále napájeny. Stejný princip platí i v distribuční soustavě, kdy je při poruše nebo překročení povolených parametrů ochranou vypnut jeden vývod rozvodny, případně jeden vývod na transformátor. Počet instalovaných ochran na každý prvek distribuce závisí na jeho důležitosti v celé síti.

Princip systému chránění energetického zařízení v rozvodně

Základní a nejdůležitější funkcí ochrany je vypnutí postižené části v co nejkratším čase od momentu vzniku poruchy. Při poruchách mohou vznikat velké zkratové proudy, takže včasným vypnutím lze zabránit větším materiálním škodám na zařízení distribučních linek a delším výpadkům dodávky elektřiny zákazníkům postižené větve při následných náročnějších opravách. Důležitým požadavkem na ochrany je proto rychlost jejich zapůsobení. V rozvodnách velmi vysokého napětí lze například zapůsobením ochran vypnout postižené zkratované vedení v řádu jedné desetiny sekundy.

Moderní elektronické zařízení určené pro chránění, ovládání a monitorování vývodů v rozvodnách distribučních sítí

Dalším požadavkem je přesnost. Ochrany musí spolehlivě rozlišit, jestli jsou změny určitých parametrů jen výkyvem normálního provozního stavu, nebo již jde o zkrat, případně přetížení v dané části soustavy a lze tyto jevy považovat za poruchu. S přesností jsou spojeny i požadavky na selektivitu. Ochrany musí být schopné vypnout pouze to místo v síti, které je primární příčinou vzniklé poruchové situace. Analogicky v domovních rozvodech elektřiny musí porucha aktivovat jen jeden jistič chránící právě dotčený okruh, bez vlivu na ostatní okruhové jističe nebo hlavní domovní jistič.

V neposlední řadě je taky důležitá spolehlivost ochran. Je to předpoklad, že při vzniku poruchové situace ochrana s určitou vysokou pravděpodobností zasáhne a vypne poškozené vedení nebo zařízení.

Místnost ochran nové zapouzdřené rozvodny 110/22 kV v ostravské centrální části Fifejdy

Dělení ochran

Základním dělením elektrických ochran je dělení podle chráněného objektu. Nejznámější a nejpoužívanější jsou ochrany nadzemních a kabelových vedení. Sem patří přepěťové a nadproudové ochrany, které vypínají chráněná vedení při překročení nastavených hodnot napětí a proudů. Rozdílové ochrany porovnávají proudy tekoucí na začátku a na konci vedení. Pokud jsou rozdílné, ochrana zapůsobí a vedení odpojí. Z dalších ochran lze ještě uvést distanční ochrany, zemní ochrany nebo automatiku opětovného zapínání, která v případě jednofázového zkratu vypne a znovu zapne postiženou fázi, aby se uhasil případný elektrický oblouk.

Distribuční transformátor je velmi drahé a důležité zařízení a proto jsou jeho vinutí i další části chráněny několika ochranami

Další ochrany zabezpečují správ vnitřním zkratem, je na transformátoru obyčejně instalována kostrová ochrana proti objevení napěnou funkci transformátorů. Kromě nadproudových a rozdílových ochran chránících transformátor předtí na kostře nebo přetlaková ochrana, která vypíná transformátor v případě vzniku přetlaku oleje způsobeného zkratem v některém z vinutí.

Moderní ochrany vedení a zařízení rozvodny jsou často instalovány společně s řídicím systémem v rozváděčích hlavní provozní budovy

Důležité jsou z hlediska bezpečnosti i ochrany přípojnic v rozvodnách a ochrany zabezpečující správné fungování pomocných systémů. I zde se využívají nadproudové a distanční ochrany. Speciální ochrana nesouhlasu pólů zase vypne výkonový vypínač v případě, že nejsou současně zapnuty všechny tři fáze vypínače.

Moderní ochrany digitálně zpracovávají vstupní naměřené veličiny a informace, vyhodnocují závažnost aktuálního stavu chráněného zařízení a v případě splnění poruchových kritérií vydávají povely periferním zařízením (například vypínačům polí rozvodny), aby příslušnou větev odpojily od napájení. Aby ochrany rychle a spolehlivě zareagovaly na všechny možné druhy poruch, kumulují se do skupin, kde každá ochrana pracuje na odlišném principu.

Ochrana před dotykem

Ve vztahu obsluhujícího personálu a jiných osob k zařízení distribuce je důležitá ochrana před přímým dotykem živých částí. Především při vyšších napěťových úrovních mohou být následky dotyku velmi nebezpečné. Uvnitř elektrických stanic se pro ochranu před přímým dotykem využívají čtyři druhy ochran. Základním způsobem je ochrana krytem, kdy se části zařízení pod napětím překryjí nevodivým materiálem. Kryt musí samozřejmě vyhovovat určitým normám a většinou je konstrukční součástí daného zařízení. Ochrana polohou znamená umístění vodivých částí zařízení do míst neumožňujících přímý dotyk (například do větší výšky).

Ve starších rozvodnách se před přímým dotykem často využívala ochrana polohou, kdy se zařízení instalovalo do větších výšek

Z konstrukčních nebo stavebních ochran lze uvést ochrany přepážkou nebo zábranou před přímým dotykem. K těmto typům ochrany patří především různé druhy zábradlí (u pole, u stanoviště transformátoru), pevné stěny, mříže a pletivo nebo dveře do kobky rozvodny vysokého napětí.