S napětím 230/400 V již více než čtvrt století

K významnému datu 1. 1. 1993 byla provedena změna napětí sítě ze 220/380 V na 230/400 V. Ke změně napětí nebyla provedena osvěta. Zatím co na název nového státu Česká republika jsme si zvykli snadno, s novým napětím jsou pořád potíže. V inzerátech na prodej domů a zařízení se stále objevuje napětí 220/380 V. Zavedení napětí 230/400 V mělo vliv na chod spotřebičů a některé skupiny spotřebičů na dřívější napětí jsou ještě stále v provozu.

Počátkem šedesátých let začala pracovat skupina expertů evropských zemí na sjednocení hodnot jmenovitých napětí v sítích pro veřejné zásobování. V té době se v Evropě používalo převážně napětí 220/380 V. Ve Velké Británii a v zemích, které tehdy patřily pod její správu – Kypr, Malta, Gibraltar, se používalo napětí 240/415 V. V Norsku se provozovalo napětí 230/400 V. Po dvacetiletém jednání se podařilo dosáhnout sjednocení na hodnotu 230/400 V.

Hodnoty napětí stávajících sítí 220/380 V a 240/415 V se měly vyvíjet k doporučenému napětí 230/400 V. Přechodné období mělo být co nejkratší a nemělo přesáhnout 20 roků po vstoupení v platnost publikace IEC (do roku 2003). Změna napětí probíhala v evropských zemích od konce osmdesátých let, do poloviny devadesátých let minulého století.

V ČR bylo nově zavedené napětí provozováno do konce roku 1995 v toleranci od –12 do +6 %, do konce přechodného období (konec roku 2002) od –10 do +6 %. Od roku 2003 se napětí 230/400 V provozuje v toleranci –10 až +10 %.

Provedení změny napětí

Změna napětí nemohla být od doby platnosti nového napětí uskutečněna ihned. Docházelo k ní postupně. Vycházelo se z možnosti přeregulace odboček transformátorů a také výměny jednotlivých transformátorů podle jejich dožití, zda vyhoví pásmu přechodných tolerancí napětí do roku 2003. Uvažovalo se také o postupném dožití spotřebičů na dřívější napětí. Od nového napětí se očekávalo zmenšení úbytku napětí v síti.

Obr. 1. Švýcarské provedení zásuvky

Uskutečnění změny napětí

Souběžně se zavedením nového napětí nastaly revoluční změny ve zvýšení příkonu spotřebičů. Dříve měla topná tělesa akumulačních ohřívačů vody (bojlerů) příkon vypočtený na dobu ohřevu 8 hodin, což byl čas zapnutí spotřebičů v nízkém tarifu (NT). Podle objemu ohřívače měly příkony od 1 do 2,4 kW. Dnešní ohřívače od 5 l mají jednotně příkon 2 kW, průtokové pro kuchyni a WC 3,6 kW. Příkon 2 kW má dnes i vysoušeč vlasů. Stavební stroje, zahradní technika nebo svářečky byly dříve vyráběny pro třífázové připojení. Dnes jsou obvykle jednofázové. Tehdy také došlo k velkému rozšíření elektrických přímotopů. V malých obcích docházelo vlivem přetížení k velkému poklesu napětí a také k výpadkům jedné fáze, nejčastěji v noci, když se ještě připojily bojlery. V místech, kde nebyl veřejný vodovod, docházelo k poškození motoru domácích vodáren z důvodu běhu na dvě fáze. Z počátečního nadšení z nového topení došlo k vystřízlivění, když se začaly přímotopy silně prodražovat. Brzy poté byl do malých obcí zaveden plyn. Zákazníci přešli na levnější plyn nebo na pevná paliva, nejčastěji dřevo. Nedostatečně dimenzované sítě prošly rekonstrukcí. Dnes je zatížení sítě a kolísání napětí menší, než dříve. Ke zlepšení přispělo i zavedení hromadného dálkového ovládání (HDO), které vyrovnává zatížení v ulici. V síti lze naměřit napětí od 230 do 242 V, podle nastavení odbočky transformátoru a vzdálenosti od zdroje, obvykle pak 237 V, odpovídající hodnotě napětí krajních vodičů 410 V. Kolísání napětí v místě se zmenšilo i snížením zatížení vedení 22 kV, když byl přívod z přetíženého vedení přesměrován do nové rozvodny 110/22 kV.

Vliv napětí na chod spotřebičů

Zvýšení napětí sítě mělo vliv na chod spotřebičů, a to podle okolností pozitivní nebo negativní. Záleželo na tom, jak velké bylo v místě napětí před změnou a jaké bylo jmenovité napětí spotřebiče a jeho skutečné zatížení.

Obr. 2. Švýcarské provedení vidlice

1) Žárovky

Obvykle používané žárovky 25, 40, 60, 75 a 100 W pro napětí 220 V se začaly vyrábět pro nové napětí 230 V. Žárovky však byly i dříve vyráběny pro napětí od 220 do 240 V s odstupem 5 V po sobě. Tato skutečnost se nikde neprojevovala, v obchodě byly žárovky v různých dodávkách na různé napětí. O správné volbě napětí žárovky podle místa použití se neuvažovalo, ani se o tom neučilo ve škole. Se stoupajícím napětím roste světelný tok o tři procenta s jedním procentem vzrůstu napětí. Avšak silně klesá životnost žárovky. Při podpětí je tomu naopak. V místě, kde bylo napětí 217 V, byla např. na WC použita žárovka 100 W 240 V, ve svítidle koule 60 W, s opálovým sklem. Výsledkem bylo nedostatečné světlo a vypálený kontakt. Objekt na konci sítě byl proto přepojen na jiný přívod v těsné blízkosti, s nekolísajícím napětím 238 V. Stávající svítidla 60 W byla osazena žárovkami 60 W 240 V a čirým sklem (rok 2006). Dnes se klasické žárovky téměř nepoužívají. Světelné zdroje LED jsou na kolísání napětí nezávislé.

2) Sporáky, vařiče, topidla

U tepelných spotřebičů roste výkon s druhou mocninou vzrůstu napětí. Plotýnka sporáku s příkonem 1 000 W/220 V má při napětí 231 V příkon 1 100 W a při napětí 241 V příkon 1 200 W. To celkem nevadí, pokud tento výkon pohlídá termostat, nebo je-li plotýnka plně pokryta odběrem tepla. Přetížené tepelné spotřebiče mají zkrácenou životnost. Spotřebiče tohoto typu na napětí 220 V již jsou ve stavu dožití.

3) Transformátory

Se vzrůstem napětí se u transformátoru zvětší ztráty naprázdno a úměrně tomu i sekundární napětí. Bylo provedeno měření na svařovacím transformátoru JS 90. Na nastavené hodnotě 100 A se při napětí 380 V přivedeném z regulačního autotransformátoru byl naměřen svařovací proud 100 A, při napětí 400 V se zvýšil na 110 A. Stejně je tomu u svařovacích usměrňovačů s rozptylovým transformátorem. Oba druhy svařovacích zařízení se dnes nepoužívají.

4) Asynchronní motory

Se vzrůstem napětí rostou ztráty v železe. S vyšším napětím u zatíženého asynchronního motoru vzroste jalová složka proudu a poklesne činná složka proudu, účiník se zhorší a celkový proud se sníží. Nové, zvýšené napětí nemělo na většinu motorů vliv. V případě, že je třeba motor převinout, je vhodné přepočítat vinutí z 380 na 400 V. U málo zatíženého motoru se vzrůstem napětí vzroste jalová složka a příkon, zhorší se účiník i účinnost. V tom případě je třeba málo zatížený motor vyměnit za menší a na správné napětí. Avšak motor s menším výkonem má obvykle i při větším zatížení horší účinnost, nebo ho nelze z důvodu uzpůsobení vyměnit. V takovém případě je lépe snížit napětí motoru.

Příklad: Motor 0,75 kW s 50% zatížením se jmenovitým napětím 220/380 V a účiníkem cos φ 0,73 odebíral při napětí 410 V proud 1,72 A s účiníkem cos φ 0,45. Při jmenovitém napětí 380 V poklesl proud na 1,54 A a účiník cos φ vzrostl na 0,54. Napětí na motoru se snížilo jeho převinutím na vyšší napětí. Motor převinutý na 440 V měl nový proudový odběr 1,21 A s účiníkem cos φ 0,62 při poklesu příkonu o 10 %.

5) Rozhlasové přijímače a jiná elektronika

Před 70. lety, když byly některé sítě dlouhé i dva kilometry a měly malý průřez, byly na konci sítě velké úbytky napětí. Aby úbytek napětí na konci nebyl příliš veliký, bylo napětí na začátku sítě nastaveno na 240 V, někdy i více. Výrobci rozhlasových přijímačů s tím počítali. Přepětí i podpětí je pro elektronky škodlivé. Síťový transformátor přijímače býval vybaven možností snadného přepojení na vhodné napětí, vytažením k tomu určené propojovací vidlice na zadní straně přijímače a natočením a zasunutím do žádané polohy. Přijímač byl z výroby nastaven na napětí 220 V a měl možnost přepnutí na 230 a 240 V. Když bylo napětí v místě vyšší než nastavené na přijímači, docházelo k přežhavování elektronek a k přepálení žhavicího vlákna. Vyšší napětí má vliv i na životnost elektrolytických kondenzátorů. Staré rozhlasové přijímače se dnes již téměř nevyskytují. Dnes je ale napětí 240 V běžné. Aby bylo možné takový přijímač dále používat, je třeba využít možnost přepnutí na správné napětí.

Dodnes někteří hudebníci používají elektronkové zesilovače. Lze zakoupit i nové zesilovače osazené elektronkami v koncových stupních. V těch už je napájení konstruováno na síťové napětí 230 V.

Obr. 3. Vidlice (zleva doprava): země Britského společenství národů; USA; země jihozápadní Evropy, Francie a ČR; Velká Británie

Závěr

Se změnou napětí ze 220/380 na 230/400 V došlo současně také na změnu napětí v průmyslových sítích, a to z napětí 380/660 na 400/690 V a síť 500 V byla změněna na 525 V. Změna napětí snížila úbytky napětí v síti a usnadnila mezinárodní obchod s elektrotechnikou. Jestliže si dnes někdo přiveze z napěťově sjednocené Evropy spotřebič na napětí 230 V předmět I. třídy (PE), nemusí ho ale snadno uvést do provozu. Bez problému by to mělo být ze zemí, kde mají francouzský zásuvkový systém (i u nás), nebo německý. U obou uvedených systémů se dnes používá stejná vidlice, která oba systémy kombinuje. V Evropě je ale i zásuvkový systém britský, italský a švýcarský, které jsou odlišné.

Literatura:
[1] Popolanský F. Jmenovitá napětí. STRO.M 1993
[2] Chvojka F. Radiotechnika. Práce 1952