Nouzové napájení budov elektrickou energií

Ing. Karel Kuchta, CSc., Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o., Energetické systémy

 

 

Česká republika byla v uplynulých letech několikrát jen krůček od plošného výpadku elektrické energie (blackoutu). Nejdramatičtěj­ší situace nastala 24. července 2006, kdy sice nedošlo k typickému blackoutu ve smyslu fa­tálního dopadu na odběratele, ale došlo k roz­padu přenosové sítě společnosti ČEPS (Česká přenosová soustava, a. s.) na dva ostrovní sys­témy (někdy se pro tento stav používá termín grayout). V poslední době dochází také ke kli­matickým událostem, jako jsou např. povodně, větrné a sněhové kalamity apod. Typickou si­tuací při těchto událostech je stav, kdy základ­ní příčina (vysoký stav hladiny řek, síla větru, množství sněhu) pomine, nicméně přenosová vedení v distribuční síti jsou natolik poškoze­na, že ještě několik dní po mimořádné událos­ti nelze zajistit napájení objektů kritické in­frastruktury elektrickou energií. Přitom právě funkčnost těchto objektů (oblast energetiky, vodního hospodářství, potravinářských a zdra­votnických zařízení, dopravy apod.) je klíčo­vá pro obnovu normálního života v postižené oblasti. Část těchto objektů nebývá vybavena záložními zdroji.

 

Typickým příkladem je událost při sně­hové kalamitě, ke které došlo v ČR 13. až 18. října 2009. V některých oblastech na­padlo až 50 cm sněhu, který zablokoval do­pravu a lámal stromy, na kterých ještě bylo listí. V Jablonci nad Nisou pak došlo k situ­aci, kdy městská teplárna byla bez dodávky elektrické energie a neměla ani záložní ener­getický zdroj pro nouzový provoz.

 

Paradoxně bylo velkým štěstím pro oby­vatele Jablonce, že městská teplárna má zá­sobování elektrickou energií řešeno zvláštní linkou 22 kV. Stromy, které na toto vedení na několika místech popadaly, sice vyřadily teplárnu na mnoho dní z provozu, ale město mělo elektrické energie dostatek.

 

Když bylo jasné, že oprava distribučního vedení 22 kV nebude možná dříve než za ně­kolik dní (až se do lesní nepřístupné oblasti dostane příslušná technika), bylo nutné vyřešit problém připojení náhradního dieselgenerátoru do rozvodny teplárny. Technologie teplárny ne­byla vůbec na tuto situaci připravena a jen díky mimořádné iniciativě vedení teplárny i provoz­ních pracovníků se podařilo provizorně upravit rozvodnu v části vn i nn tak, aby při příjezdu nouzového agregátu bylo možné ihned připo­jit nové kabely a teplárnu postupně spouštět.

 

Mnoho obdobných situací řešili hasiči v Moravskoslezském kraji při povodních v le­tech 1996, 1997 a při jiných velkých zásazích. Bohužel k tomuto účelu hasiči nedisponova­li vhodnou technikou. Na základě těchto ne­gativních zkušeností byl schválen projekt, na jehož základě měla být řešena uvedená pro­blematika nouzového napájení.

 

Primárně tento úkol náleží organizaci za­bezpečující distribuci elektrické energie, jak bylo již zmíněno. K výpadkům však zpravidla dochází v případech velkoplošných mimořád­ných událostí (vichřice, povodně apod.), kdy pracovníci této organizace zabezpečují odstra­ňování poruch na vedení a nemají možnost řešit zásobování z elektrocentrál v rozumné době. Naproti tomu existuje mnoho objektů kritické infrastruktury, jejichž delší odpoje­ní od sítě může mít fatální důsledky na zdra­ví a majetek občanů. Tyto objekty jsou sice mnohdy vybaveny vlastním záložním zdrojem, ale i on může mít poruchu. Nejsou-li vůbec tyto objekty vybaveny záložním zdrojem, musí být nouzové napájení řešeno externě. Jednot­ky hasičských záchranných sborů (HZS) jsou schopny zasáhnout v podstatě okamžitě po po­žadavku na nouzové napájení, navíc disponu­jí vhodnou technikou a kvalifikovaně vyškole­ným personálem. Jejich použití je rychlé, není však v žádném případě vhodné tohoto způso­bu využívat pro dlouhodobé náhradní zásobo­vání – to by měl zajistit distributor.

 

Hasičské jednotky jsou standardně vyba­vovány elektrocentrálami o výkonu 4 kW. Tyto náhradní zdroje jsou umístněny zpravi­dla na vozech prvního sledu a jejich použití kryje spotřebu osvětlovacích souprav a dal­ších agregátů při likvidaci mimořádné udá­losti (požár, povodeň). V žádném případě je ale nelze použít k napájení budovy. Jednak nestačí výkonově (kromě toho elektrocentrá­ly tohoto typu nejsou v žádném případě urče­ny pro paralelní provoz), jednak jsou součás­tí vozidla a po skončení zásahu jednotky by elektrocentrála již nebyla k dispozici.

 

Pro krytí spotřeby elektrické energie po zásahu hasičských jednotek je lepším řešením použití výkonnější elektrocentrály. Instalace takové elektrocentrály samozřejmě nezbavuje smluvního dodavatele elektrické energie po­vinnosti dodávku zajistit. Dodavatelé elektric­ké energie mají k dispozici flotily mobilních zdrojů, při mimořádných událostech velkého rozsahu však nestačí instalovat tyto zdroje ve všech postižených lokalitách. Navíc rychlost jejich operačního použití se s činností hasič­ských záchranných sborů, které jsou v nepře­tržitém pohotovostním režimu s dojezdovou dobou v řádu minut, vůbec nedá srovnávat.

 

Na základě zkušeností Hasičského zá­chranného sboru Moravskoslezského kraje (HZS MSK) s použitím vlastních elektro­centrál, popř. elektrocentrál ze státních hmot­ných rezerv, byla zvolena mobilní konstrukce elektrocentrály (obr. 1) o výkonu 250 kV·A.

 

Po úvahách o koncepci zařízení, které pro­běhly v letech 2001 až 2002, byl v roce 2004 vyroben prototyp mobilní elektrocentrály. Od začátku byl jasný požadavek, že nejde o sa­mostatnou elektrocentrálu, ale kompletní za­řízení, včetně rozváděčů, jištění, kabeláže, nádrže paliva pro minimálně osm hodin pro­vozu a dalšího příslušenství. Elektrocentrá­la je umístěna v kontejneru, který lze snadno transportovat univerzálním nosičem kontejne­rů (obr. 2) o nosnosti 10 t. Ten je u HZS MSK rutinně využíván pro přemísťování mnoha specializovaných kontejnerů při řešení mimo­řádných událostí. Současně je připravena i va­rianta o menším výkonu 68 kV·A, pro kterou je k dispozici nosič o nosnosti 4 t.

 

Elektrocentrála EC250 byla nedávno úspěšně použita např. při již zmíněné kala­mitě v říjnu 2009 (zajištění plného provozu Dětského Domova v Čeladné).

 

Již při konstrukci prototypu kontejneru EC250 je objevil závažný problém související s bezpečností. Předpisy striktně vyžadují u mo­bilních elektrocentrál instalaci proudového chrániče. V případě připojování standardních zátěží, jako jsou osvětlovací soupravy, mobil­ní čerpadla a další agregáty na elektrický po­hon (v zásadě to jsou vše spotřebiče s pohyb­livým přívodem), tam má tento požadavek své opodstatnění a není s jeho splněním žádný pro­blém. Všechny zmíněné spotřebiče totiž pracují v pětivodičové soustavě. Problém nastane, když je zátěž realizována ve čtyřvodičové soustavě. U budov a objektů je tomu tak vždy.

 

Tento problém se podařilo již při vývo­ji a výrobě prvního prototypu vyřešit tak, že část výstupních kabelů elektrocentrály byla realizována v pětivodičové soustavě a část, u níž se předpokládalo použití k napájení budov, v soustavě čtyřvodičové s tím, že ma­nipulovat s těmito kabely může výhradně elektrotechnicky způsobilá osoba. Použilo se ustanovení, které u zařízení, jež neodpovídají předpisům, umožňuje aplikovat tzv. speciál­ní přístup. Příslušné kabely byly tedy ozna­čeny výstražnými tabulkami a organizačním opatřením v rámci HZS bylo zajištěno, že ve velitelské četě výjezdové skupiny (která při zásahu kontejner EC 250 použije) bude elek­trotechnicky způsobilá osoba.

 

Další problém nastal při dokončení proto­typu, kdy bylo třeba vykonat výchozí revizi na celý kontejner. Revizní technik totiž od­mítal vydat revizní zprávu na zařízení, které není ve stoprocentním souladu s předpisy. Na základě doporučení inspekční organizace ITI byla zpracována podrobná metodika školení obsluhujícího personálu a zpracována orga­nizační a technická opatření u provozovatele kontejneru. Současně byly vykonány rozsáhlé testy ve zkušebně VUPV Vyškov, zaměřené především na vypínací charakteristiky při po­užití instalovaných kabelů v kontejneru. Poté bylo možné úspěšně vykonat výchozí revizi elektrocentrály i s příslušenstvím.

 

Tím ale celý příběh nekončí. V okamžiku prvního operačního použití se objevil další problém: připojení elektrocentrály na objekt má charakter tzv. provizorní přípojky. Bohu­žel neexistuje jednoznačný výklad, zda na ta­kovéto provizorní přípojce musí být vykoná­na revize, či nikoliv. Navíc instalace elektro­centrály se předpokládá v reálných situacích, kdy odpovědný pracovník, realizující připo­jení kontejneru, pracuje pod silným psychic­kým tlakem. Nepozornost, omyl nebo chyba může vést k vážným následkům.

 

Jako optimální řešení se zdá být stálá in­stalace přípojného místa pro připojení kon­tejneru na hraně budovy. Toto přípojné místo se realizuje na základě schváleného projektu, zkontroluje se a vykoná se na něm výchozí revize. Přípojné místo se vytvoří za měřicím bodem dodavatele elektrické energie. Připoje­ní objektu na záložní zdroj je pak velmi rych­lé – trvá jen několik minut. Náklady na zří­zení přípojného místa jsou zanedbatelné ve srovnání se škodami, které by vznikly vyřaze­ním objektu kritické infrastruktury z provozu.

 

Takto realizovaným přípojným místem lze usnadnit identifikaci skutečného připojení ob­jektu na veřejnou síť a jeho případné odpoje­ní (určitě lépe než na fotografii v původním článku). Zásah hasičských jednotek je pak daleko efektivnější.

 

Energokontejner EC 250 byl navržen také pro možnost spojení několika těchto kontej­nerů do společné zátěže tak, aby bylo možné „vyskládat“ požadovaný celkový výkon sou­stavy pro zásobování velkých celků.

V současné době jsou u HZS MSK k dis­pozici dva tyto kontejnery a zmíněný způsob provozu byl úspěšně vyzkoušen.

 

Nejefektivnější a nejbezpečnější způsob připojení objektů je prostřednictvím předem připraveného a zrevidovaného rozhraní. K to­muto účelu byl na základě usnesení bez­pečnostních rad statutárního města Ostravy a Moravskoslezského kraje odeslán správcům objektů kritické infrastruktury dopis primáto­ra a dopis hejtmana, který tyto subjekty vy­zval k realizaci úprav, které by vedly k mož­nosti připojení externího náhradního zdroje.

 

Po vykonání provozních zkoušek a výro­bě dalších kusů byl zorganizován seminář pro technické pracovníky útvarů HZS ČR a dal­ších subjektů kritické infrastruktury. Další seminář, na kterém budou prezentovány zku­šenosti z operačního použití elektrocentrál EC250, proběhne ještě v tomto roce.