Přenos elektrické energie a dat jedním vedením

V elektroenergetice se již hezkou řádku let dostává do popředí nový trend – decentrální výroba elektřiny. V roce 2030 by měla značná část spotřebované elektřiny pocházet z obnovitelných zdrojů, podle aktuálního doporučení Evropské komise až 23 %, ponejvíce ze solárních a větrných elektráren, ale také z menších zdrojů pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla.

V elektroenergetice se již hezkou řádku let dostává do popředí nový trend – decentrální výroba elektřiny. Vroce 2030 by měla značná část spotřebované elektřiny pocházet z obnovitelných zdrojů, podle aktuálního doporučení Evropské komise až 23 %, ponejvíce ze solárních a větrných elektráren, ale také z menších zdrojů pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. V důsledku to znamená výrazný nárůst decentralizované výroby elektřiny v zařízeních, která jsou zapojena přímo do distribučních sítí. To přináší vyšší nároky na řízení a regulaci energetické soustavy, která musí udržovat v rovnováze klasické centrální zdroje spolu s decentrálními zdroji, ale také stranu spotřeby

Distribuční společnosti na tento trend reagují plánováním a výstavbou optických sítí pro přenos dat, budovaných společně s distribuční soustavou. Datové vedení slouží jednak pro vlastní potřeby monitoringu, řízení a ovládání chytrých sítí (Smart Grids), jednak k využití dočasně volných přenosových kapacit optických sítí pro komerční účely.

1. Kombinované distribuční rozváděče

V poslední době se v projektech distribučních společností můžeme setkat s rozváděči speciální konstrukce, která v sobě slučuje elektrický rozváděč s optickým rozváděčem. Kombinovaný rozváděč vychází vstříc všeobecné snaze distributorů sloučit v jednom vedení silovou část a část s vláknovou optikou. Kombinované distribuční rozváděče před několika lety převzal do svého výrobního programu tradiční český výrobce DCK Holoubkov Bohemia, a. s. Na vývoji se spolu s DCK podílela také PREdistribuce, a. s. V současné době probíhají pilotní projekty společnosti PREdistribuce, a. s., a její dceřiné společnosti PREnetcom, a. s., jejichž obsahem je navrhnout a vybudovat komunikační propojení jednotlivých prvků distribuční sítě, které zajistí bezpečný přenos údajů o síti, a umožní jejich dálkové ovládání v rámci implementace konceptu chytrých sítí (tzv. Smart Grids). Jedna z prvních ucelených realizací v Praze pokrývající souvislou oblast je sídliště Skalka zahrnující 550 bytových jednotek.

V praxi jsou optickým vedením propojeny transformační stanice, resp. jednotlivé uzly elektrorozvodné sítě, za účelem sběru dat, řízení sítě, monitorování kvality elektřiny a perspektivně je tu možnost rozšíření pro sběr dat z chytrých elektroměrů (tzv. Smart Metering). V síti také mohou být umístěny analyzátory kvality elektřiny a jimi pořízená data mohou být online přenášena pro informování provozovateli sítě.

Distribuční rozvod je v zásadě tvořen množinou distribučních rozváděčů, které jsou propojeny kabelovým vedením. Konstrukci a vybavení kombinovaných rozváděčů jsme uvedli v článku [1]. Společnost DCK Holoubkov Bohemia, a. s., pro pilotní projekty PRE vytvořila a dodala potřebný počet rozváděčů, do nichž byla vložena dlouholetá zkušenost a vysoká úroveň profesních znalostí konstruktérů, technologů a vůbec pracovníků všech profesí souvisejících s výrobním procesem – od prvních návrhů až po expedici. Nelze pominout také aktivní spolupráci zákazníků formou konzultací, připomínek a doporučení.

Tím, že vnitřní prostor rozváděčové skříně je určen pro dva druhy přenosu, po fyzikální stránce diametrálně odlišné, dostali konstruktéři náročný oříšek k rozlousknutí. Zeptali jsme se jednoho z konstruktérů DCK, Ing. Jiřího Langa:

V čem se lišil návrh kombinovaného rozváděče od Vašich obvyklých konstrukčních projektů?

Při návrhu bylo potřeba ve vnitřní části rozváděče oddělit část optiky od silové části rozváděče. Umístění a upevnění ochranných trubiček bylo navrženo tak, aby po zakrytí silové části speciálně navrženými kryty (pozn. red. – viz obr. 5) bylo možné s optickými prvky podle potřeby manipulovat i v případě, že rozváděč je již pod napětím – např. při požadavku vytvořit dodatečně odbočku datového vedení. Dále muselo být počítáno s optimálními poloměry ohybu ochranné trubičky (obr. 1), protože kdyby byl poloměr příliš malý, pravděpodobně by se nepodařilo zafouknout optický kabel v požadované délce. V konstrukci optické části kombinovaného rozváděče také bylo třeba řešit umístění optické spojky, koncovky mikrotrubiček, stejně jako náběhy a upevnění smyčky „omega“. Při návrhu musel být pro použité materiály dodržen požadavek normy ČSN EN 61439-5 ed. 2 na stupeň hořlavosti HB-40.

Obr. 1. Pohled do kombinovaného rozváděče (výrobce DCK Holoubkov Bohemia) s jedním prostorem pro zakončení elektrických a optických rozvodů; na vnitřní straně dveří je umístěna kazeta pro propojení optického kabelu

Jak se, pane Langu, vyvíjela zpětná vazba od zákazníka při ověřování vlastností kombinovaných rozváděčů?

Komunikace se zákazníkem v průběhu návrhu rozváděče je vždycky přínosem. Po celou dobu zákazníkových pilotních projektů jsme byli v kontaktu a podle potřeby komunikovali.

Připomínky a případné návrhy zákazníka každý konstruktér a technolog uvítá, posoudí, zpravidla ocení a použije při modifikaci návrhu. Ale teprve ověřovací série ukáže, jak se výrobek chová v praxi a jak je přívětivý k těm, kdo s ním pracují. Pracovník, který si rozváděč prohlédne a vlastníma rukama osahá, nejlépe zjistí, který detail mu není po chuti, co by bylo třeba posunout, odstranit nebo udělat jinak. Na základě připomínek jsme upravili výrobu a nyní vyrábíme ročně asi tisíc rozváděčů, které jsou již reálně montovány do distribučních rozvodů. Toto byl zdroj zkušeností a nejcennějších připomínek k optické části od montážních pracovníků společnosti PREnetcom, a. s. Odsud pocházely velmi konkrétní podněty typu „tato příchytka by neměla být tady, ale támhle“. To jsou postupně sbírané informace, které vedou k dalšímu zdokonalování výrobku.

2. Distribuční rozvody kombinovaným kabelem

Pro informace přímo „z pole“ bylo třeba navštívit někoho, kdo s těmito rozváděči pracuje přímo v terénu. Ve společnosti PREnetcom, a. s., která je dceřinou společností PREdistribuce, a. s., pracují projektový specialista Jan Kaňka a technik optických sítí František Habětín na pilotním projektu kombinace silových a datových rozvodů. Využili jsme informace přímo od zdroje.

Jak vypadají kabely, které používáte pro vytváření distribuční sítě?

Pro kombinovanou distribuční síť používáme kabel, který naši dodavatelé vyvinuli ve spolupráci s naší společností. Ten kabel má čtyři silové žíly a uprostřed v ose kabelu je plastová trubička určená pro zafouknutí svazku optických vláken. Máme tu dokonce vzorek kabelu na ukázku (obr. 2).

V současné době standardně pracujeme s kabelem, v němž je trubička o průměru 10 mm/6 mm. V takové trubičce lze umístit optický kabel se 72 vlákny.

V případě nízkonapěťového kombinovaného kabelu může mít integrovaná trubička vnější/vnitřní průměr 12 mm/8 mm a umožňuje instalovat optický kabel obsahující až 144 optických vláken. Optické vedení integrované v kabelech je především pro interní potřebu distributora. Je ovšem možné, že případná volná kapacita vedení se dá dočasně pronajmout pro komerční účely.

Jsou ale také kombinované kabely vn s integrovanou trubičkou 16 mm/12 mm s možnou větší kapacitou pro instalaci optického kabelu. Tyto kabely jsou určeny k propojení transformátorových stanic.

Obr. 2. Speciální kabel obsahující silové vodiče a integrovanou trubičku pro vláknovou optiku

Jak vlastně probíhá vytváření distribuční sítě s optickými vlákny?

Základem je umístit a usadit kombinované rozváděče a udělat výkop mezi nimi. Do výkopu se položí kabel, kterým se propojí vždy dva sousední rozváděče. Metalické žíly se přišroubují na přípojnice, zatímco k optické trubičce se připojí mikrotrubička vytvářející smyčku přes celou skříň rozváděče a propojující příchozí a odchozí konce optické části kabelu. Účelem této smyčky je umožnit v jedné operaci zafouknutí optického kabelu několika úseky mezi rozváděči.

Celý rozváděč je vyroben z materiálů splňujících požadavky protipožárních standardů. Veškeré části v přípojkové skříni, včetně optické výbavy DCK, jsou vyrobeny z materiálu se sníženou hořlavostí nebo jsou samozhášivé.

Co přesně znamená pojem „zafouknutí“?

Je to technika, která umožňuje vpravit do připraveného trubkového vedení optický kabel. Vsouvání se vyvolá zafukovací jednotkou (obr. 3), která kabel lubrikuje a speciálním pásovým mechanismem šetrně vsunuje do trubičky za současného foukání proudu vzduchu. Vzduch udržuje mezi kabelem a stěnou trubičky jakýsi vzduchový polštář, a tím je dosaženo minimálního tření. Tak je možné dostat optický kabel v jednom kroku několika úseky mezi rozváděči. Pro představu – jsou to např. domovní rozváděče v rezidenční zástavbě, takže délka úseků je v řádu několika desítek metrů. Optický kabel v délce asi 11 m je v rozváděči ponechán stočený jako rezerva (obr. 4). Distribuční vedení propojuje rozváděče podle projektu. Optické vedení je připraveno pro využití později.

Obr. 3. Zafukování úseku optického kabelu

Obr. 4. Pohled na odkrytou optickou část s rezervou 11 m kabelu, včetně kazet a svařovaných optických spojů v přípojkové skříni

Jaký druh dat se přenáší v distribučních rozvodech PRE?

V síti PRE v současné době probíhá pilotní projekt zaměřený na využití datového přenosu pro dálkový odečet stavu elektroměrů. Praktikuje se také datové propojení mezi transformačními stanicemi za účelem jejich řízení. Jestliže je nějaká zbytná kapacita pro přenos dat, je možné ji pronajmout dalším subjektům pro komerční účely. Většinou jde o síť Internet.

Co se musí udělat, jestliže některý ze zákazníků požaduje datové připojení?

Optický kabel v trubičce obsahuje určitý počet vláken rozdělených do svazků po dvanácti vláknech (tzv. bufferů). Jestliže je třeba z domovní přípojkové skříně dostat datové vedení k uživateli někde v domě, je třeba optickému kabelu v rozváděči podélně rozpárat plášť, jeden ze svazků rozebrat a využít pro datovou přípojku jen jedno konkrétní vlákno. Toto vlákno se musí přerušit, uvolnit v délce rezervy z kabelu a využít pro datovou přípojku. Ve vnitřním prostoru nynějších skříní je řešení již částečně připraveno. Optická část je umístěna v kazetě na dvířkách rozváděče (obr. 5), kde je možné uložit optická vlákna a jejich spoje. Z přípojkové skříně do vnitřních prostor domu musí být instalována mikrotrubička, která chrání optické vlákno vedoucí buď přímo do bytu, nebo v případě dálkového odečtu spotřebované elektřiny je ukončena ve skříni s elektroměrem.

Obr. 5. Pohled na zakrytou optickou část na dvířkách přípojkové skříně

Je pro Vás jednodušší dělat datové přípojky již při prvotní instalaci distribučního rozvodu, nebo to necháváte na pozdější dobu?

Už ve fázi přípravy projektu se zpravidla počítá s určitým zájmem o datové připojení. Kdybychom ale měli zároveň dělat datové přípojky do míst v soukromém vlastnictví, kdy je třeba zajistit přístup, nemohli bychom práci efektivně zkoordinovat. Proto se případný zájem o datové připojení řeší až dodatečně, akviziční činností našeho obchodního oddělení, jednáním s majiteli objektů, objednávkami – a pak technickými prostředky. To je v kompetenci našich pracovníků specializovaných na optická vedení. Současně musí mít elektrotechnickou kvalifikaci, protože kombinovaný rozváděč je elektrické zařízení.

Co dělat v případě závady nebo zjevného poškození kombinovaného kabelu, například překopnutím?

Je-li místo poškození v úseku mezi dvěma rozváděči, musí se odkrýt kabel a přesně zjistit, co se stalo. Samotný silový kabel je možné spolehlivě opravit spojkou. Ovšem v případě kombinovaného kabelu nelze jednoduše spojit optický kabel v centrální mikrotrubičce. Teoreticky by se optická část dala vyvést stranou (při využití rezervy kabelu smotaného v přípojkové části rozváděčů), tam pracně svařit jednotlivá vlákna a celý kabel zajistit pro další pobyt v zemi. Celá spojka kolem poškozeného místa by byla neúnosně velká, v každém případě by byla narušena integrita silového kabelu a další problém by byl jen otázkou času. Mnohem jednodušší a ekonomicky výhodnější je opravit pouze silovou část kabelu a celý úsek optického kabelu mezi rozváděči vyměnit. Stačí odstranit (vytáhnout) poškozený optický kabel, v místě poškození propojit obě části přerušené centrální mikrotrubičky (spoj je zajištěn ve správné poloze speciální objímkou) a do opraveného úseku zafouknout nový optický kabel. V přípojkové skříni na obou stranách úseku se znovu propojí optická část. Samozřejmě přijde ke slovu svaření jednotlivých optických vláken (obr. 6).

Pro toto řešení mluví i skutečnost, že délka úseku mezi rozváděči je poměrně malá; v zástavbě rodinných domů je to např. dvacet třicet metrů. Stejné nebo jen o málo delší jsou úseky v zástavbě bytových domů.

Obr. 6. Zařízení pro svařování optických vláken

Jak se Vám pracuje s kombinovanými rozváděči?

Mám-li mluvit za nás optikáře, ten kombinovaný rozváděč je velmi dobře navržen. Za dobu, co tohle řešení ověřujeme v pilotním projektu, jsme v kontaktu s výrobcem DCK. Vždycky po určité době konzultujeme zkušenosti z montáže a možnosti úprav pro větší „pohodlí“ těch, kteří s rozváděči pracují. Oceňujeme zájem kolegů z DCK o naši práci a o naše názory – jejich vstřícný přístup k našim nápadům a rychlé operativní úpravy.

www.dck.cz 
www.prenetcom.cz

Litaratura:
[1] Lang, J.: Distribuční rozváděče slučují elektřinu a optiku. ELEKTRO, 2020, č. 3, s. 47–48. http://www.odbornecasopisy.cz//flipviewer/Elektro/2020/03/Elektro_03_2020/index.html#p=47

Rozhovory vedl Ing. Emil Širůček, FCC PUBLIC