Ochrany vedení v sítích IT

Článek ve formátu PDF je možné stáhnout zde

Ing. Bernard Lukáš,

specialista silnoproudé elektrotechniky

1. Ochrana vedení v sítích IT proti účinkům zemních proudů

1.1 Popis problému

V izolovaných rozvodných soustavách – systém IT, kde nejsou fáze ani střed (uzel) výkonového zdroje uzemněny přímo ani přes nízkou impedanci, nenastává při poruchových stavech, tj. při spojení jedné fáze se zemí, zkrat, ale vzniká zemní proud, který může být příčinou vzniku nebezpečných stavů. Zemní proud způsobuje v síti přepětí, elektrické výboje a jiskření, je příčinou opalování vodičů a jejich izolace. Není-li rychle vypnut, může být zdrojem požárů a v sítích vn i následných zkratů. Mají-li zemniče ochranné zemnicí soustavy elektrického zařízení v takto provozované poruchové sítí vn vyšší zemní odpor, může být ohrožena i bezpečnost ochrany proti úrazu elektrickým proudem. Místo zemního spojení může být i potenciálním zdrojem iniciace výbušné směsi v nebezpečných prostorech (např. v dolech s výskytem plynů), zejména vznikne-li toto spojení v místě, které nelze chránit nevýbušným závěrem, tedy na kabelovém vedení.

Hodnota zemního poruchového proudu je dána především napětím sítě a příčnou admitancí, kterou tvoří kapacita fázových vodičů proti zemi a v zanedbatelné míře (u kabelových sítí) i svodový odpor. Mezifázovou kapacitu C_S, činný odpor vedení a indukčnost (zejména u kabelů) lze zanedbat, protože mají na velikost zemních poruchových proudů minimální vliv. Je nutné podotknout, že zemní poruchový proud protékající poškozenou fází do místa poruchy (spojení se zemí), není stejný jako nabíjecí proud vyvolaný mezifázovými a fázovými kapacitami nepoškozeného vedení ¹⁾.

Informativní přehled zemních poruchových proudů, fázových zemních kapacit a kapacitních odporů proti zemi u kabelových nekompenzovaných sítí IT je v tab. 1.

Fázová zemní kapacita kabelů je závislá na konstrukci, izolaci a průřezu příslušného kabelu. Celkový poruchový (ustálený) zemní proud I_0C celé sítě IT (obr. 1) napájené ze samostatného zdroje (transformátoru) je dán pro:

dvoufázovou síť IT: I_0C = 2U_f_ωC = 2U_f·314·C = U_s·314·C (A; V, F),

třífázovou síť IT: I_0C = 3U_f_ωC = 3U_f·314·C = √3·U_s·314·C (A; V, F)

kde U_f je fázové napětí, U_s sdružené napětí, C celková fázová zemní kapacita provozované sítě ve faradech (je-li použita jednotka mikrofarad, výrazy se vynásobí číslem 10^–6), ω kruhová frekvence 2πf (pro f = 50 Hz je ω = 314).

Je zřejmé, že ohmický svod sítě, který představuje její izolační stav, je v porovnání se svodovými odpory zemních kapacit téměř zanedbatelný (hodnota X_C v tab. 1), lze ho proto pro stanovení velikosti zemního proudu v kabelových sítích zanedbat.

1.2 Vliv kompenzace sítí IT zhášecí tlumivkou

Bezpečnostní riziko z poruchového zemního proudu I_0C lze snížit zejména u volných vedení kompenzováním sítě IT zhášecí tlumivkou (Petersonovou cívkou). Ta při správném vyladění může výrazně snížit hodnotu proudu I_0C, a tím omezit jeho destrukční účinky. Například při vzniku obloukového výboje na izolátoru poklesne v takto kompenzované síti IT zemní proud na hodnotu, která je pro hoření obloukového výboje již nedostatečná – oblouk zanikne, a tím i poruchový stav sítě.

U kabelových sítí IT, zejména v prostorech s nebezpečím výbuchu nebo požáru, je situace složitější. Kompenzováním sice lze snížit např. riziko požáru, avšak vlivem průrazu izolace kabelu ani při zmenšení zemního proudu na minimum samočinně nezanikne porucha – izolace zůstane i nadále vadná a nebezpečné jiskření s propalováním izolace bude pokračovat. Nebude-li v krátké době vypnut vadný úsek sítě, může v snadno zápalném nebo výbušném prostředí nastat havarijní stav nebo může vzniknout následný mezifázový zkrat. Při kompenzování sítě má procházející proud zhášecí tlumivky I_L totiž opačný smysl než zemní proud I_0C. Samočinné vypínání vývodů (zejména koncových) chráněných zemní ochranou v úseku, kde vznikla zemní porucha, je zmenšením zemního poruchového proudu I_0C, tj. i budicího snímaného reziduálního proudu I₀ (i₀) pro ochranu, značně ztíženo. Snímaný reziduální (zbytkový) proud i₀, který je vstupní aktivační veličinou ochrany, má kompenzací sítě v koncových vývodech malou hodnotu a směrem k napájecímu zdroji mění i smysl (obr. 2). Fungování a spolehlivost ochran, zejména zemních směrových ochran, jsou tím omezeny a je pravděpodobné, že budou chybně reagovat.

Pro stanovení velikosti hodnot reziduálního zemního proudu i₀ a nulové složky napětí u₀, které jsou vstupními vypínacími parametry zemních ochran, je nutné se blíže seznámit s větvením proudových cest celkového zemního proudu I_0C. Při ochraně požadovaných kabelových vývodů zemní ochranou (u sítí nn např. proudovým chráničem) je třeba si uvědomit, že snímaný zemní proud i₀, který vyhodnocuje zemní ochrana nebo proudový chránič, je proud reziduální (zbytkový). Jeho hodnota je jiná, většinou menší než celkový zemní proud I_0C, a závisí na místě jeho snímání v síti.

Platí zásada, že reziduální zemní poruchový proud i₀pro zemní ochrany (i proudové chrániče) je největší (přibližně stejný jako celkový zemní proud I_0C), je-li snímán na koncovém vývodu s poruchou zemního spojení, a klesá směrem k napájecímu zdroji²⁾(obr. 1 a obr. 2; v obr. 2 je červeně označený průběh pro nekompenzované sítě).

1.3 Požadavek na připojování zemních směrových ochran

U směrových zemních ochran (netýká se proudových chráničů) je další podmínkou bezchybné funkce ochrany správná vektorová orientace reziduální složky zemního proudu i₀ a nulové složky napětí u₀ (obr. 3) snímané z otevřeného trojúhelníku měřicího transformátoru napětí (MTN).

Nerespektování uvedené podmínky má za následek chybnou funkci zemních ochran, popř. nežádoucí vypínání vývodů, u kterých zemní spojení nenastalo.

Způsob ověřování správného připojení nulové složky napětí U₀ a reziduální složky zemního proudu I₀ (i₀) k zemní i směrové ochraně je uveden v části 2 tohoto příspěvku.

2. Ověřování a směrování (fázování) zemních směrových ochran

2.1 Popis problému instalace směrových zemních ochran v izolovaných sítích IT Při instalaci zemních směrových ochran a následném ověřování jejich činnosti se jeví jako největší problém spolehlivé určení

správného smyslu připojení nulové složky napětí U₀ a reziduální nulové složky proudu I₀. Aby zemní směrová ochrana mohla správně vyhodnocovat a vypínat vadný úsek hlídané sítě, musí poruchové veličiny U₀ a I₀vstupovat do ochrany ve správné vzájemné vektorové orientaci – jinak dochází k její chybné funkci. V rozvodnách vn se při instalaci těchto ochran spoléhá na vyloučení omylu nebo se správná činnost ověřuje rizikovými zemními spojeními v hlídané síti, popř. se analyzuje až po nastalém zemním spojení – což bývá velmi problematické. Z důvodu nežádoucího chybného vypínání je problém v provozních podmínkách řešen v mnoha případech zablokováním funkce ochrany, protože jakékoliv další prodloužení přerušení dodávky elektrické energie, které souvisí se zjištěním příčin chybného vypnutí, si nemůže provozní elektrotechnik dovolit. Nastává tak paradox, kdy poměrně drahá, technicky velmi důmyslná a spolehlivá ochrana je využívána pouze jako levná, technicky zastaralá nadproudová ochrana z šedesátých až osmdesátých let minulého století.

Směrové zemní ochrany (dále ochrany) instalované ve vývodních polích rozvoden vn, popř. nn u izolovaných sítí IT, mají chránit, tj. vypínat nebo spustit varovný signál, pouze na vývodu, na kterém vznikla porucha zemního spojení. Ostatní neporušené vývody musí zůstat v provozu, nesmí být ochranami vypnuty. Funkce směrových zemních ochran je založena na wattmetrickém principu snímání velikosti a směru toku jalové nebo i činné energie do místa zemního spojení. Je proto nutné po instalaci ověřovat jejich reakci s ohledem na místo vzniku zemního spojení. Jejich správná směrová funkce je závislá na bezchybném připojení vstupních veličin nulové složky napětí U₀ a reziduální nulové složky zemního proudu I₀. Záměna smyslu vzájemné vektorové orientace poruchových parametrů U₀ a I₀ vstupujících do ochrany způsobuje nežádoucí chybná vypínání chráněného vývodu. Ověření správného připojení (nafázování) ochrany zemním spojením na zapnutém (ověřovaném) vývodu je u sítí vn velmi rizikové. Nepřímé ověření, které spočívá v důkladném proměření elektrických obvodů podle projektu, nevylučuje riziko omylu a nepotvrdí, zda bude ochrana skutečně vypínat chráněný vývod s poruchou. Použitím poměrně drahé přístrojové techniky lze vygenerovat nulovou složku napětí U₀ a nulovou složku reziduálního zemního proudu I₀ s nastavitelným fázovým úhlem. Nevýhodou uvedeného způsobu však je, že takto lze ověřit pouze funkci samotné ochrany, nikoliv však správné napojení vstupních veličiny U₀ z otevřeného trojúhelníku nainstalovaných MTN a reziduální složky snímaného zemního proudu I₀ z průvlečného součtového měřicího transformátoru proudu (MTP).

2.2 Vlastní postup fázování a ověřování funkce podle užitného vzoru

2.2.1 Izolované nekompenzované sítě nn a vn do 22 kV s převažujícím kapacitním charakterem příčné admitance

Jsou to většinou kombinované izolované sítě volných vedení a kabelů 3× 500, 3× 1 000, 3× 3 000, 3× 6 000 V a 3× 22 kV nekompenzované zhášecí tlumivkou. Příčnou admitanci vedení zde tvoří fázové zemní kapacitní vodivosti (susceptance) B_C = 1/X_C = ωC₀ a fázové svodové zemní vodivosti (konduktance) G = 1/R_i (R_i je izolační odpor fází proti zemi), přičemž kapacitní susceptance B_C >> G.

Metoda 1a

Poznámka:

Posuvný rezistor R nahrazuje odporový charakter hoření oblouku při zemním spojení. Pro směrové fázování není nutný. V naznačené modelové sítí (obr. 4) při C₁= 100 μF, C₂= 50 μF je R přibližně 0 až 5Ω (50 W). Hodnoty kapacit modelové sítě mají informativní charakter a lze je podle potřeby změnit (zvětšit).

Postup podle metody 1a

Pole měření napětí, ze kterého je snímána nulová složka napětí U₀ (ze sekundárního vinutí 100/3 V otevřeného trojúhelníku), se ze strany vn odpojí od napětí.

Upozornění:

Při napájení napěťových měničů ze sekundární strany modelové sítě 3× 100 V se na vstupní straně napěťového měniče objeví transformované životu nebezpečné vysoké napětí. Není proto přípustné při ověřování funkce ochran do vypnutého pole měření ze strany vn vstupovat nebo se přiblížit do jeho ochranného prostoru.

Správné připojení vstupních veličin u₀, i₀ se ověřuje zmíněnou modelovou sítí napájenou třífázovou napěťovou soustavou IT 3× 100 V o výkonu asi 1 kV·A. Ochrana F zůstane ve stavu, v jakém byla instalována, vstupní veličiny U₀, i₀ se z ochrany neodpojují. Otvorem součtového proudového měniče T se protáhnou souběžně s instalovaným silovým kabelem (kabel není podmínkou) fázové vodiče L1, L2 a L3 druhé části modelové sítě, představované zemní fázovou kapacitou C₂, a to v naznačeném směru toku výkonu. Rezistorem R se nastaví požadované hodnoty a fázový posun zemních kapacitních proudů I_0C, I_0C1, I_0C2. Vodiče P a PE nahrazují v modelové síti zem, kondenzátory C1 fázovou zemní kapacitu sítě před chráněným úsekem (vývodem) a C₂ fázovou zemní kapacitu chráněného úseku (vývodu). Tlačítkem T1 se simuluje zemní spojení sítě mimo (vně) chráněný úsek (vývod), tlačítkem T2 zemní spojení v chráněném úseku (vývodu). Aby nebyl ovlivňován (zmenšován) budicí reziduální proud i₀ při simulaci zemního spojení přes tlačítko T₂ proudem I_0L, který při zemním spojení ze sekundární strany 100 V dosahuje u měřicích transformátorů 6 000/√3, 100/√3, 100/3 V až 3,2 A (100 V·A), mají tlačítka T1 a T₂ zdvojené kontakty. Jednou kontaktní dvojicí se realizuje (podobně jako je tomu ve skutečné síti IT) zkrat na fázové kapacitě, tj. fáze L3, vodič P, druhou dvojicí se přemostí vinutí napěťového měniče postižené fáze, tj. fáze L3, vodič PE. Jsou-li použity měřicí transformátory menších výkonů, kde proud I_0L < 0,5 A, není oddělování nutné a vodiče P a PE se vzájemně spojí. Nutnou podmínkou k ověřování a fázování zemních směrových ochran pomocí zmíněné modelové sítě je dostatečná aktivační vstupní citlivost ochran nulové složky proudu i₀. Musí být větší než I₀/p = 2,7/120 = 20 mA (u standardních ochran bývá 10 mA). Je-li aktivační citlivost menší, je nutné volit větší kapacity C₁ a C₂.

Metoda 1b

Poznámka:

Posuvný rezistor R nahrazuje odporový charakter hoření oblouku při zemním spojení. Pro směrové fázování není nutný. V naznačené modelové sítí (obr. 5) při C₁= 20 μF, C₂= 10 μF je R přibližně 0 až 5Ω (100 W).

Uvedené hodnoty modelové sítě mají informativní charakter a lze je podle potřeby měnit.

Postup podle metody 1b

Je-li v rozvodně či provozovně, kde se ověřuje správnost připojení zemní směrové ochrany, k dispozici zdroj napětí izolované sítě IT 3× 500 V nebo neizolované sítě TN 3× 400 V o výkonu alespoň 3 kV·A (50 Hz), uskuteční se měření podle obr. 5. Napětí modelové sítě se přivede přímo na primární stranu napěťových měničů, čímž se současně ověří jejich bezchybná funkce. Často je příčina špatného fungování ochrany v přerušeném obvodu primárního vinutí v pojistkové komoře napěťových měničů s vestavěnými pojistkami. Jako modelové sítě lze použít i síť soustavy TN nebo síť soustavy IT 500 V, která je vypínána hlídačem izolace. V tomto případě se pomocný vodič P nepřipojuje k vodiči PE (neuzemňuje se). Vodič P se připojí přímo k uzlu primárního vinutí (viz červené šipky v obr. 5) a uzel primárního vinutí napěťových měničů se oddělí kondenzátorem C₀ o kapacitě asi 4 μF (není-li již toto řešeno zejména u sítí IT 6 kV s hlídačem izolace, kde bývá C₀ = 4 μF/6 kV).

Kapacity C₁, C₂ modelové sítě se volí menší (např. C₁ = 20 μF, C₂ = 10 μF) než u postupu (viz obr. 4) podle metody 1a. Výpočet hodnot proudů I₀ = I_0C, I_0C1, I_0C2 je stejný jako u postupu podle metody 1a. Hodnota proudu I_0L je při uvedeném napájení napěťových měničů z primární strany zcela zanedbatelná. Tlačítky T₁ a T₂ se vykoná ověřování jako v u metody 1a.

Uvedený postup je spolehlivější než u metody 1a, protože se jím ověřuje bezchybnost celého pole měření. Lze ho však použít pouze u procesorových ochran sítí vn do 10 kV, kde je možné nastavit nízkou hodnotu nulové složky napětí u₀ = U₀/p, tj. u sítí 10 kV (p = 100) alespoň 3 V, u sítí 6 kV (p = 60) alespoň 5 V. Napětí u₀ z otevřeného trojúhelníku je možné zvýšit pomocným autotransformátorem, musí se však zachovat jeho správná vektorová orientace, jinak bude funkce ochrany chybná. Co se týče proudové citlivosti ochrany i₀, platí stejná podmínka jako u metody 1a.

2.2.2 Izolované kompenzované sítě nn a vn do 22 kV s převažujícím kapacitním charakterem příčné admitance

Jsou to většinou kombinované izolované sítě volných vedení a kabelů 3× 500, 3× 1 000, 3× 3 000, 3× 6 000 V a 3× 22 kV kompenzované zhášecí tlumivkou, kde příčnou admitanci vedení tvoří fázové zemní kapacitní vodivosti (susceptance) B_C = 1/XC = ωC₀ a fázové svodové zemní vodivosti (konduktance) G = 1/R_i (R_i je izolační odpor fází proti zemi). Kapacitní susceptance B_C >> G. (kapacitní svod proti zemi bývá více než desetkrát větší než svodový odpor). V důsledku kompenzace kapacitního proudu při zemním spojení zhášecí tlumivkou (Petersonova cívka) se však výrazně mění budicí – reziduální proud ochrany (obr. 2).

Znovu je však nutné upozornit, že kompenzovaný jalový zemní proud I_L procházející zemí a poruchovou fází má opačný smysl než poruchový jalový kapacitní zemní proud I_0C. V místě snímání je reziduální proud pro buzení ochrany I₀, (i₀) menší o kompenzovaný proud I_L. Může mít proto v některých místech sítě nulovou hodnotu a směrem ke zdroji mění i smysl toku. Proto se do obvodu zhášecí cívky připojuje činný odpor, aby i po vykompenzování zůstala dostatečně velká činná složka proudu k aktivaci zemní směrové ochrany. Toto je nutné respektovat při nastavování fázového úhlu působení ochrany k ověřování správného směrování a hodnoty nastavení ochrany. U plně kompenzovaných sítí (I_0C = I_L) je proto vhodné nastavovat fázový úhel působení v oblasti okolo 00, přičemž střed oblasti působení by měl být v indukční části. Ochrana totiž musí reagovat na činnou složku proudu, která protéká postiženou fázi do místa zemního spojení a zemí zpět přes zhášecí tlumivku do uzlu napájecího transformátoru sítě. Je zřejmé, že aktivující činný snímaný reziduální proud i_č ze součtového MTP do ochrany je v kompenzovaných sítích podstatně menší než aktivující převažující kapacitní složka proudu nekompenzovaných sítí, zejména u koncových vývodů sítě (obr. 2). Směrové zemní ochrany proto musí být v kompenzovaných sítích citlivější a nastaveny na malé vypínací hodnoty činné složky proudu. Z uvedeného důvodu musí být součástí projektu instalace ochran i rozbor, jehož výsledky udávají hodnoty a charakter snímaných zemních proudů (indukční, kapacitní, činný) v konkrétních místech sítě, kde mají být zemní směrové ochrany instalovány. Je to podmínka nutná, v opačném případě může být ochrana nefunkční nebo může chybně reagovat a způsobovat nežádoucí vypínání.

Při ověřování funkce a správného směrování (nafázování) zemní směrové ochrany v kompenzovaných sítích lze použít některý z dále uvedených postupů.

Metoda 2a

Poznámka:

Naznačené hodnoty parametrů modelové sítě jsou jen informativní a lze je podle potřeby změnit.

V součtovém MTP se neměří fáze (neprotahuje se vodič fáze), na které se zkušebními tlačítky T1 a T2 simuluje v modelové síti zemní spojení a spolu s vodiči neporušených dvou fází se měří činná složka proudu. Součtovým MTP se protáhne vodič pomocného proudového obvodu, který tvoří činný odporník R₂ (obr. 6) připojený přes zdvojené tlačítko T₂ na fázové napětí té fáze, na které je simulováno zemní spojení. Hodnota činného proudu se reguluje podle potřeby. Tento způsob vyžaduje vyvedený uzel z napájecího zdroje modelové sítě. Funkce tlačítek T₁ aT₂ je stejná jako u nekompenzovaných sítí. Při simulaci zemního spojení se vykonávají i přerušovaná spojení a s ohledem na oteplování rezistoru R₂ se tlačítka zapnou (stisknou) na dobu max. 5 s. Proudová citlivost ochrany i₀ musí být stejná jako u metody 1a (odst. 2.2.1).

Metoda 2b

Poznámka:

Naznačené hodnoty parametrů modelové sítě jsou jen informativní a lze je podle potřeby změnit.

V modelové síti (obr. 7) se zamění kapacity činnými odpory s přibližně stejnou hodnotou vodivosti. Funkce tlačítek T₁ a T₂ je stejná jako u nekompenzovaných sítí, tj. sepnutím tlačítka T₁ nesmí ochrana dát popud k vypnutí chráněného vývodu, sepnutím T₂ musí reagovat a v nastaveném čase dát popud k vypnutí. Podmínka proudové citlivosti i₀ zemní směrové ochrany je stejná jako u metody 1a (odst. 2.2.1).

Metoda 2c

Poznámka:

Naznačené hodnoty parametrů modelové sítě jsou jen informativní a lze je podle potřeby změnit.

Ověřování podle naznačené metody 2c (obr. 8) je obdobné jako v případě 2a. Metoda 2c je vhodnější, protože se současně ověřuje funkčnost primárního vinutí MTN. Je však nutné si uvědomit, že při simulaci zemního spojení bude nulová složka napětí u0 vstupující do ochrany poměrně malá. Například při převodu MTN p = 60 (u sítě 6 kV) a napájecím napětí modelové sítě např. 300 V bude při simulaci zemního spojení u₀ = 300/60 = 5 V, při 400 V to bude u₀ = 400/60 = 6,6 V a při 500 V u₀ = 8,3 V. Rozsah působení, tj. citlivost ochrany, musí tomuto napětí vyhovovat, v opačném případě je třeba pomocným autotransformátorem zvýšit u₀ z otevřeného trojúhelníku MTN před vstupem do ochrany. Při použití zvyšovacího autotransformátoru se nesmí zaměnit vektorová orientace fáze u₀. Podmínka proudové citlivosti i₀ zemní směrové ochrany je stejná jako u metody 1a (odst. 2.2.1).

Metoda 2d

Napájecí zdroj modelové sítě 1a nebo 1b se doplní kompenzační tlumivkou zapojenou mezi uzel napájecího zdroje a pomocný vodič P. Hodnota činné složky proudu se postupně mění posuvným rezistorem R (obr. 4 a obr. 5).

Proud kompenzační tlumivky musí vyhovovat vztahu: I_L = U_f/X_L = U_f/ωL = 3U_fω(C₁ +C₂)

kde U_f je fázové napětí zdroje modelové sítě ve voltech, hodnoty kapacit C₁ a C₂ jsou ve faradech a zdroj má sinusový průběh s frekvencí 50 Hz. Vinutí tlumivky musí být dimenzováno alespoň na trvalý 50% proud I_0C tvořený kapacitami C₁ a C₂ (u zemního spojení se simuluje pouze krátkodobě max. 20 s). Funkce tlačítek T1 aT2 je stejná jako u nekompenzovaných sítí.

3. Závěrečná doporučení

3.1 Nelinearita

Z důvodu nelinearity (např. i malé přesycení) se na výstupu sekundárního vinutí otevřeného trojúhelníku MTN někdy objevuje měkké indukované napětí u₀ vyšších harmonických (zejména 3. a 5.), aniž se v síti vyskytuje porucha zemního spojení nebo výrazný fázový asymetrický svod izolace. Uvedený jev lze snadno potlačit připojením odporové zátěže (např. žárovky 230 V, 15 W) na výstupní sekundární vinutí otevřeného trojúhelníku MTN. (Někteří výrobci tento problém řeší přímo ve výrobě MTN připojením odporové zátěže s velkou ohmovou hodnotou do každé fáze sekundárního vinutí 100/3 V.)

3.2 Digitální ochranné systémy

Současné moderní digitální ochranné systémy jsou poměrně drahé. Jejich výhoda je však ve velkém výběru funkčnosti a ve vysoké spolehlivosti bez potřeby údržby a pravidelného ověřování. Jejich seřizování, ověřování a směrování při uvádění do provozu, zejména v kompenzovaných sítích vn, vyžaduje projekt průběhu reziduálních zemních proudů (obr. 2) a potřebnou profesní odbornost a zkušenost. Nejsou-li tyto podmínky splněny, nelze ani při použití drahých ochran s vysokou technickou úrovní očekávat potřebnou provozní spolehlivost a bezpečnost energetických sítí vn.

4. Přehled výhod popsané metody fázování směrových zemních ochran

Zkušební zařízení je přenosné a snadno zhotovitelné, vyžaduje pouze napájecí třífázovou síť 500 V nebo 400/230 V, 3× 230 V nebo 3× 100 V, 50 Hz nebo pomocný transformátor, který bude modelovou síť napájet.
Při ověřování funkce a správného připojení (směrování – nafázování) ochrany se žádný vstupní ani výstupní obvod na ochraně neodpojuje. Ověřování se vykonává v beznapěťovém stavu chráněného vývodu a při vypnutých MTN, ze kterých je snímána nulová složka napětí U₀. Funkce je takto kompletně ověřena, včetně vypnutí příslušného vypínače ověřovaného vývodu.
Zkušebním zařízením lze ověřit i reakci zemní směrové ochrany při přerušovaném zemním spojení.
Zkušebním zařízením je možné ověřit bezchybné zapojení celého obvodu měření napětí, včetně případné závady každého ze tří MTN, ze kterých je snímána nulová složka napětí U₀, rovněž průvlečného MTP (T) a bezchybného zapojení výstupní veličiny i₀.
Pro měření vstupních veličin do ochrany (U₀, I₀) při ověřování správného nafázování vyhoví běžné provozní přístroje.

Obr. 1. Vektorový diagram nulové složky proudu a napětí při kovovém zemním spojení fáze L3 v izolovaných nekompenzovaných sítích IT

Obr. 2. Průběh snímaných zemních proudů pro napájení zemních směrových ochran nekompenzované a kompenzované kabelové sítě IT 6 kV

Obr. 3. Příklad ochrany vývodů sítí vn systému IT při jednofázovém zemním spojení v prostorech s nebezpečím výbuchu nebo v rozsáhlých sítích s požadavkem na rychlé vypnutí vadného úseku sítě

Obr. 4. Ověřování zemních směrových ochran v nekompenzovaných sítích IT podle metody 1a

Obr. 5. Ověřování zemních směrových ochran v nekompenzovaných sítích IT podle metody 1b

Obr. 6. Ověřování zemních směrových ochran v kompenzovaných sítích IT podle metody 2a

Obr. 7. Ověřování zemních směrových ochran v kompenzovaných sítích IT podle metody 2b

Obr. 8. Ověřování zemních směrových ochran v kompenzovaných sítích IT podle metody 2c

Tab. 1. Informativní hodnoty parametrů izolovaných sítí IT

Ing. Bernard Lukáš,

narozen 1937 v Ludgeřovicích ve Slezsku (Hlučínsko). Absolvent. VPŠE ve Frenštátě p. Radhoštěm (1956) a dálkového studia oboru silnoproudá elektrotechnika na VUT Brno (1971). Pracoval pět let jako elektrikář údržby a montáží elektrických strojů a rozvoden, osm let vykonával práci revizního technika nn, vn (z toho jeden rok na ochranách vn), 21 let zastával funkci vedoucího řízení provozu a montáží zařízení nn, vn. Praxi získal také v plynujících dolech OKD na zařízeních nn, vn. Po ukončení těžby v ostravských dolech v roce 1992 pracoval dva roky v nově vzniklém elektrotechnickém cechu elektroprovozů a elektrofirem ostravského regionu. Od roku 1994 do roku 2000 byl starostou obce. Následně příležitostně

spolupracuje s firmami elektro při řešení provozních problémů zejména v oblasti jištění elektrických sítí a kompenzace jalové energie. Přednášel na odborných aktivech revizních techniků v Ostravě a v Olomouci a na mezinárodní konferenci VŠB-TU Ostrava o bezpečnosti důlních sítí vn. Zpracoval mj. technickou příručku pro elektrotechniky místních firem. Je vlastníkem osvědčení o zápisu užitného vzoru, které se týká ověřování funkce ochran, a příležitostným autorem článků v časopise Elektro.

¹⁾ Výrobci kabelů uvádějí provozní kapacitu C_p, která se skládá z mezifázové kapacity C_S a zemní kapacity C₀. Nabíjecí proud fáze neporušené sítě je I_PC = U_f_ω(3C_S + C₀), poruchový zemní proud I_0C = 3U_f_ωC₀. Informativně je C₀ = (0,45 až 0,6)C_P.

²⁾ Proudové cesty a velikost snímaných reziduálních zemních proudů viz Lukáš, B.: Sborník přednášek semináře na téma zemní spojení v sítích vn v soustavách IT. Albrechtice u Č. Těšína, 30. dubna 2003, str. 25.