Mobilní elektrocentrála pro krátkodobé použití

Úvod

Středně velký zemědělský podnik si zakoupil pro nouzové situace zánovní mobilní zdroj náhradního napájení (dále jen jako elektrocentrála) se zdánlivým výkonem 60 kV·A. Použití této elektrocentrály je plánováno především pro dva případy:

1. výpadek sítě
Z elektrocentrály mají být napájeny objekty pro chov hospodářských zvířat – chlévy. Pro tento účel je systém náhradního napájení integrován do hlavního přívodního vedení přes CEE zásuvné zařízení 63 A s třípolohovým přepínačem (síť/VYP/e-centrála). Konfigurace sítě chlévů je provedena v soustavě TT s použitím proudových chráničů (RCD) 30 mA, typ A a B.

2. opravářské práce v terénu
Při opravářských pracích na poli, u kterých jsou třeba elektrická zařízení, resp. nářadí, má být elektrocentrála krátkodobě použita jako ostrovní zdroj elektrické energie pro jejich napájení.

Protože tato elektrocentrála má k dispozici přímý vývod 63 A bez proudového chrániče, přišel provozovatel elektrocentrály s návrhem, podle kterého by se měl tento (mobilní) vývod zrušit a místo něj vytvořit přímý pevný vývod. K němu by se měl pak pevně připojit továrně vyrobený staveništní rozváděč s CEE zásuvným zařízením pro třífázový střídavý proud 63, 32 a 16 A a jednofázový střídavý proud 16 A/230 V, jakož i vhodné proudové chrániče a jističe vedení. Nulový bod generátoru elektrocentrály je již z výroby spojen se svorkou (přípojkou) ochranného vodiče a s celým krytem, resp. rámem elektrocentrály.

Kompetentní elektrotechnici tohoto zemědělského podniku se v této souvislosti dotazovali, zda musí být nulový bod generátoru uzemněn pracovním zemničem s odporem < 2 Ω. Zdálo se jim, že tato hodnota se dá u dané mobilní elektrocentrály sotva dosáhnout, neboť místní půdní poměry se žulou a pískem nevytvářejí k tomu příliš příznivé podmínky.

V 1. případě (výpadek sítě) se předpokládá, že se elektrocentrála připojí prostřednictvím CEE konektoru 63 A přes předřazený proudový chránič 63 A/300 mA, typ B, přímo k náhradnímu napájení. Kromě toho byl dán návrh na instalaci samostatného ochranného vodiče s průřezem 25 mm2 od elektrocentrály k hlavní ochranné přípojnici (MET) ve chlévech.

Ve 2. případě (opravářské práce v terénu) se předpokládá využití všech dostupných konektorů staveništního rozváděče přímo na poli. Jako zemnič mají být použity dvě zemnicí tyče z křížového profilu.

Příklad náhradního napájení v síti TN je uveden na obr. 1.

Obr. 1. Příklad náhradního napájení elektrickým proudem v síti TN

1. Napájení při výpadku sítě

Protože ve stávající elektrické instalaci jsou použity proudové chrániče typu B, musejí se rovněž v napájení náhradním proudem přes elektrocentrálu použít proudové chrániče typu B. Za chráničem typu A (ve směru toku proudu) nesmí být totiž již zapojen žádný chránič typu B.

Je-li k dispozici zatížitelný nulový vodič, pak lze dohledat některá normativní ustanovení např. v normě ČSN 33 2000-5- 551 ed. 2: 2010 [2], resp. v její Změně A11 z roku 2017 [3]. Ve Změně A11 [3] je doplněna především normativní příloha ZC s názvem Dodatečné požadavky pro samostatné generátory nepřipojené k hlavnímu napájení a pro samostatné generátory pro napájení pevných instalací, které jsou odpojeny od hlavního napájení.

1.1 Některá doplnění z normativní přílohy ZC Změny A11

V textu normy [2] se pro elektrocentrálu používá obecnější výraz zdrojové zařízení, ve Změně A11 [3] se pro mobilní elektrocentrálu používá výraz samostatný generátor. 

Ve Změně A11 [3] se mj. uvádí:
– Zvláště pro samostatné generátory (elektrocentrály) musejí být učiněna opatření k odpojení kteréhokoliv generátoru nebo sestavy generátorů v případě poruchy připojovacího kabelu nebo dalšího vybavení.
– Příslušný samostatný generátor musí být vhodný k určenému použití (např. požadovaný výkon). Zvláštní požadavky se týkají samostatných generátorů, které jsou zapojeny paralelně.
– Předpokládaný zkratový proud zemní poruchy musí být posouzen samostatně pro každý generátor. Vypínací schopnost ochranného zařízení proti zkratu (zkratová ochrana) nesmí být překročena žádným ze zamýšlených způsobů provozu samostatného generátoru.
– Kapacita a provozní charakteristiky samostatného generátoru musejí být takové, aby nevzniklo nebezpečí poškození zařízení po připojení nebo odpojení zamýšlené zátěže v důsledku odchylky napětí nebo frekvence od určeného pracovního rozsahu.
– Musejí být instalována ochranná zařízení pro automatické odpojení v případě, že je překročena kapacita samotného generátoru.
– Je třeba zvážit součet zatížení z hlediska maximálního výkonu samostatného generátoru a proudu při rozběhu generátoru.
– V síti TN musí nadproudová ochrana nebo proudový chránič (RCD) zajistit odpojení zkratu na vývodu ze samostatného generátoru.
– Samostatný generátor musí být vybaven vhodným přepínačem pro změnu provozního režimu (režim 1 nebo režim 2), přičemž přepínač musí být ve své pozici neoddělitelně a jasně označen.
– Režim 1 je nastavení pro napájení spotřebičů ze samostatného generátoru.
– Režim 2 je nastavení pro napájení odpojených pevných instalací stěmito požadavky:
   - doporučuje se použít uzemňovací soustavu pevné instalace (není-li to možné je třeba provést vhodná opatření k uzemněni),
  - musí být použity nezaměnitelné zásuvky k zabránění přímého připojení vidlice ke generátoru; je-li použita zásuvka v souladu s EN 60309-2, musí být zemnicí kontakt v poloze odpovídající 1 h na číselníku hodin.

Na obr. 2 je znázorněn příklad elektrocentrály s výběrem režimu provozu pomocí přepínače. Spojení PE a N vodiče musí být provedeno v pevné instalaci. Použití čtyřpólového přepínače s nadproudovou ochranou pro ochranu živých vodičů za generátorem elektrocentrály chrání generátor proti poruše izolace jeho vinutí.

1.2 Jmenovitý reziduální proud

U proudových chráničů se doporučuje omezený jmenovitý reziduální proud IΔn ≤ 30 mA, i když přitom asi nebude zajištěna selektivita. U konfigurace podle obr. 2 je znázorněna síť TN, což ale nevylučuje napájení do dané sítě TT. Existující elektrická instalace bude v tomto případě dočasně provozována jako síť TT.

1.3 Formální rozpor

Provedení instalace na obr. 2 je formálně v rozporu se ustanovením, že PEN vodič nemá být spínaný. Na obr. 2 je vodič z nulového bodu označen jako vodič N, což fyzikálně nesouhlasí, protože tento vodič musí vést jak pracovní proudy, tak také poruchové proudy. Z tohoto důvodu jde ve skutečnosti o vodič PEN. Na obr. 3 je vyznačen návrh na nápravu tohoto formálního rozporu.

Obr. 2. Příklad mobilní elektrocentrály s přepínačem pro výběr režimu provozu 1 nebo režimu provozu 2 s PE-N můstkem uvnitř generátoru [3]

Obr. 3. Návrh k normativnímu provedení s tím, že se vodič PEN nesmí spínat

1.4 Požadavky Přílohy 1 německé DIN VDE 0100-551

K obr. 4, který byl převzat z Přílohy 1 německé DIN VDE 0100-551:2019, jsou uváděny ještě další požadavky na vylepšení bezpečnosti náhradního napájení do pevné elektrické instalace.

Obr. 4. Příklad zapojení náhradního napájení s transformátorem s jednoduchým oddělením v zapojení Z

Jde především o to, aby:
– Za normálních podmínek vytvářela a zapínala náhradní napájení pouze osoba znalá (osoba s elektrotechnickou kvalifikací) nebo osoba elektrotechnicky poučená.
– V případě nouze směl laik (osoba bez elektrotechnické kvalifikace) vytvořit a zapnout náhradní napájení.

Pro případy nouze, kdy je náhradní napájení vytvářeno elektrotechnickým laikem, musejí být mj. splněny tyto podmínky:
– Vytvoření náhradního napájení elektrotechnickým laikem je třeba provést přes kódované zásuvkové spojení 1 h (CEE zásuvné zařízení 230/400 V/1 h) do maximálně 125 A.
– Připojovací vedení mezi generátorem a napájecím bodem objektu je třeba provést u napájení objektu rovněž s polohou 1 h.
– Má-li být napájení objektu provedeno s polohou 6 h, je třeba použít transformátor s minimálně jednoduchým oddělením v napájecím proudovém obvodu.

1.5 Zásuvkovéspojení 6 h

Pro případ kombinace napájení budovy přes zásuvkové spojení 6 h a připojování elektrotechnickým laikem je třeba použít transformátor (obr. 4). Toto zapojení se analogicky použije pro danou síť TT.

I když je na obr. 4 znázorněno napájení sítě TN, lze toto analogicky použít pro napájení sítě TT. Právě tam totiž není žádný vodič PEN ani žádné spojení vodiče N s vodičem PE (je to tedy jinak než na obr. 3). Otázkou ale je, proč zde chybí požadavek na zřízení proudových chráničů. Podle vyjádření kvalifikovaných elektrotechniků by i tady bylo nutné použít proudové chrániče s jmenovitým reziduálním proudem I_Δn ≤ 30 mA.

2. Napájení v terénu

Jak již bylo v úvodu zmíněno, jde zde o napájení přenosných elektrických zařízení používaných při opravách a dalších činnostech prováděných na polích. Pro tyto účely, tj. bez síťového napájení, se použije obdobně provedení podle obr. 2. Toto odpovídá v podstatě ustanovení přílohy ZC 3.2.2.2 Elektrické oddělení s hlídačem izolačního stavu (IMD) a automatickým odpojením od zdroje Změny A11 [3]

Zde se mj. uvádí:
– Poklesne-li izolační odpor mezi živou částí a neuzemněným vodičem pospojování pod 1 000 Ω/V (ve vztahu k napětí U0 proti zemi, je-li síť bez poruchy), musejí být obvody spotřebiče automaticky odpojeny do 1 s.
– Neživé části samostatné sestavy generátoru, pokud se vyskytují, musejí být připojeny k neuzemněnému vodiči pospojování za předpokladu, že generátor není zařízením třídy II nebo nemá ekvivalentní izolaci.
– Nevyžaduje se omezení délky rozšíření elektrické sítě a automatické odpojení při druhé poruše izolace ve dvou rozdílných živých vodičích, protože samostatný generátor je vždy odpojen při první poruše.

Toto vše platí pro případ, že se nenapájí pevná elektrická instalace.

Nicméně použít se dá také provedení podle přílohy ZC 3.2.2.3 Elektrické oddělení s proudovým chráničem a automatickým odpojením Změny A11 [3]. Příklad této varianty je uveden na obr. 5.

Obr. 5. Samostatný generátor s RCD ≤ 30 mA před druhou a každou další zásuvkou

V tomto odstavci se mj. uvádí:
– Na každý obvod nebo zásuvku se musí použít jeden RCD tak, aby byl chráněn pouze jeden spotřebič. (Obecně, první porucha izolace nemusí být proudovým chráničem zjištěna. V případě druhé poruchy izolace na jiném živém vodiči, jeden z proudových chráničů odpojí vadný obvod.)
– Při tomto provedení musejí být v jednofázových a třífázových rozvodech použity pouze RCD typu B. Použití RCD typu A je možné v případě, že se nemůže vyskytnout riziko stejnosměrného poruchového proudu > 6 mA pro všechny možné připojitelné spotřebiče.
– V případě generátoru sjednofázovou nebo třífázovou zásuvkou napájenou ze stejného zdroje, musejí mít všechny proudové chrániče stejnou charakteristiku, tj. buď RCD typu B, nebo RCD typu A.
– U samostatného třífázového generátoru s vyvedeným vodičem N musí být jednofázové zařízení připojené mezi fázi a pracovní (nulový) vodič N izolováno na sdružené napětí.

2.1 Použití staveništního rozváděče

Staveništní rozváděč se smí připojit pouze na výstupu režimu provozu 1 podle obr. 2. Použití doplňkových proudových chráničů není přitom požadováno. Takovýto staveništní rozváděč se ale nesmí použít pro napájení pevné sítě.

2.2 K pracovnímu zemniči

V souboru norem ČSN 33 2000 nejsou ohledně pracovního zemniče dohledatelná žádná stanovení z hlediska hodnot. Na začátku příspěvku zmíněná hodnota 2 Ω je jakýmsi empirickým údajem ze 70. let 20. století. Z obr. 2 však vyplývá, že pracovní zemnič není vyžadován. Při napájení do pevné elektrické instalace je uzemnění řešeno přes zemnič pevné instalace – je-li k dispozici (tuto skutečnost je třeba ověřit a v případě, že zemnič není k dispozici, zajistit jeho dodatečné zřízení). Použití uzemněného vodiče PEN provozovatele sítě je přípustné pouze podmíněně. Budiž zde ještě zmíněno, že pro síť TN neexistují žádná explicitní stanovení, pokud jde o odpor uzemnění. V principu platí totéž také pro síť TT, kde je přípustný odpor uzemnění závislý na největším jmenovitém reziduálním proudu použitých proudových chráničů.

Ochranný vodič PE o průřezu 25 mm² , zmíněný v úvodu, není při napájení do dané pevné elektrické instalace vyžadován. V tomto případě se ochranný vodič integrovaný ve spojovacím kabelu považuje za dostačující.

Závěr

Velký počet variant, které jsou obsaženy v různých normách, vede v praxi často k nejasnostem. V tomto příspěvku bylo naznačeno řešení konkrétního problému s použitím platných norem. I zde se však ukázalo, že z hlediska norem ještě stále existuje jistý prostor pro vylepšení jejich přehlednosti a srozumitelnosti.

Některé normy související s tématem článku

– ČSN 33 2000-5-551 ed. 2 + Změna A11
ČSN 33 2000-5-551 ed. 2:2010/A11:2017 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-55: Výběr a stavba elektrických zařízení – Ostatní zařízení – Článek 551: Nízkonapěťová zdrojová zařízení. Tato norma je českou verzí harmonizačního dokumentu HD 60364-5-551:2010. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Norma stanoví požadavky na volbu a provedení zdrojových soustrojí nízkého a malého napětí určených pro trvalé nebo občasné napájení všech částí instalace. Kromě toho obsahuje požadavky na instalace s těmito způsoby napájení:
– napájení instalace, která není připojena k veřejné distribuční síti,
– napájení instalace, která je alternativní k napájení z veřejné distribuční sítě,
– napájení instalace paralelně s veřejnou distribuční sítí,
– vhodné kombinace uvedených způsobů.

Literatura:
[1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 21/2019, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München (www.elektro.net/ heftarchiv).
[2] ČSN 33 2000-5-551 ed. 2:2010 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-55: Výběr a stavba elektrických zařízení – Ostatní zařízení – Článek 551: Nízkonapěťová zdrojová zařízení.
[3] ČSN 33 2000-5-551 ed. 2:2010/A11:2017 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-55: Výběr a stavba elektrických zařízení – Ostatní zařízení – Článek 551: Nízkonapěťová zdrojová zařízení/Změna A11.