Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Generátory náhradního napájení v zemědělství

Nízkonapěťová generátorová soustrojí v praxi
 
z německého originálu časopisu de, 22/2008,
vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München,
upravil Ing. Josef Košťál, redakce Elektro
 
zemědělství jsou často používány generátory náhradního napájení. Tyto agregáty slouží především k zajištění dodávky elektřiny pro zemědělský podnik při výpadku sítě, ale lze je také pro jejich mobilitu využívat přímo v terénu. Tyto náhradní zdroje napájení jsou často z důvodu ochrany osob při provozu v terénu vybaveny systémem pro hlídání stavu izola­ce. V daném případě se nesmí vyskytovat žádné spojení mezi středním (N) a ochranným (PE) vodičem. Použije-li se takovýto generátor náhradního proudu alternativně pro napá­jení domovního rozvodu, musí se vytvořit spojení mezi středním a ochranným vodičem, aby mohly fungovat proudové chrániče v domovním rozvodu (obr. 1a). Tento problém lze vyřešit tak, že se pomocí předbíhajícího kontaktu zapojí střední vodič přes stykač (ve sché­matu na obr. 1b je označen jako -KH). V normě VDE 0100-460 (IEC 60364-4-46:1981 Elektrické instalace v budovách – Část 4: Bezpečnost – Kapitola 46: Odpojování a spíná­ní; v ČR jako ČSN 33 2000-4-46) je však v kap. 461.2 uvedeno: „V soustavách TN-C nesmí být vodič PEN rozpojován nebo spínán.“ Otázkou tedy je, zda v tomto případě rozpojení všech aktivních vodičů není porušením zmíněné normy, popř. některého jiného standardu.
 

Laici versus generátor náhradního napájení

Laici versus napájecí agregáty představu­jí problém, na který nelze v současné době v normách řady DIN VDE 0100 najít odpo­věď, protože nejde o pevné elektrické zařízení (minimálně ne při provozu v terénu).
 
Pro tento případ použití neexistují žád­ná jasná ustanovení ani při analogickém po­užití normy DIN VDE 0100-551. Tyto nor­mativy chybí i u mnoha běžně prodávaných generátorů náhradního proudu. Uživatelé se proto často pokoušejí získat napájení z pev­ného elektrického rozvodu pomocí konekto­rového spojení (obdoba karavanů), aniž by se příliš starali o nezbytnou ochranu před úra­zem elektrickým proudem.
 
Jak odborníci elektro, tak výrobci vychá­zejí u těchto generátorů náhradního napáje­ní jednoduše z toho, že je uplatněno (nebo může být uplatněno) opatření ochranným od­dělením. Podle nové normy DIN VDE 0100--410:2007 (IEC 364-4-41 Elektrické insta­lace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochra­na před úrazem elektrickým proudem) smí být totiž ochranné oddělení použito již jen se spotřebičem (u pevně zřízených elektrických zařízení). Laici používají v důsledku toho ochranné oddělení s více než jedním spotře­bičem. Toto je problematické z důvodu poža­dované neuzemněnosti proudového obvodu a spotřebiče. Kompetentní podkomise DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik, Ně­mecká elektrotechnická komise) má v úmys­lu v nejbližším možném termínu legislativně zakotvit příslušná opatření pro takovéto ge­nerátory náhradního napájení.
 

Dbát na bezpečnost

Z bezpečnostně-technických důvodů není pravděpodobně takovéto provedení s alterna­tivní přípojkou pevná síť versus ostrovní pro­voz vhodné (jak je patrné z obr. 1, nezapojuje se vodič N, ale vodič PEN). Při spojení s nu­lovým bodem napájecího zdroje v soustavě TN jde o vodič PEN, ne o nulový (střední) vodič N. Pouze u soustavy TT by šlo o nulo­vý vodič (jen docela krátký úsek by ho zde bylo možné považovat za vodič PEN). Do­konce i u soustavy TT se musí chybový proud – i když teče zemí – vracet k nulovému bodu napájecího zdroje.
V soustavě TN jde tedy o vodič PEN. Toto platí také v tom případě, je-li tato pří­pojka označena na napájecím zdroji jako N. Přitom není podstatné, na kterém místě je tento vodič PEN spojen se zemí. Z fyzi­kálního a bezpečnostně-technického hledis­ka by soustava TN fungovala i bez nulového bodu napájecího zdroje (podmínka odpoje­ní je splněna i bez uzemnění). Takový pří­pad je uveden na obr. 717C.3 v normě DIN VDE 0100-717 (IEC 60364-7-717:2001 mod. a ČSN 33 2000-7-717 Elektrické instalace budov – Část 7-717: Zařízení jednoúčelo­vá a ve zvláštních objektech – Mobilní nebo transportovatelné buňky), kde je zobrazena soustava TN (za transformátorem) bez poža­davku na uzemnění nulového bodu. Přes toto spojení k nulovému bodu napájecího zdroje musí téct jak chybové proudy, tak nesymet­rické proudy (obr. 2 vlevo).
 

Komentáře k obrázkům

Zobrazení na obr. 1a odpovídá starší směr­nici VDE z roku 1986. Toto provedení odporo­valo již tehdy platných ustanovením VDE. Mi­nimálně od roku 1988 bylo v normě DIN VDE 0100-460 (viz IEC 60364-4-46:1981 mod. a ČSN 33 2000-4-46 ed. 2 Elektrotechnické předpisy – Elektrická zařízení – Část 4: Bez­pečnost – Kapitola 46: Odpojování a spínání) stanoveno, že se nesmí vodič PEN odpojovat ani spínat, na což však bylo v tehdejším odst. 3.2.1 této směrnice pamatováno, resp. to bylo implicitně požadováno. Má-li tedy být vodič spojený s nulovým bodem (vodič PEN) spí­nán, jak je to naznačeno na obr. 1a a obr. 1b, odporuje to platným normám (např. podle DIN VDE 0100-460 nesmí být vodiče PEN spíná­ny). Nulový bod napájecího zdroje je spojen přes těleso generátoru náhradního napájení s ochranným vodičem, který je (měl by být) v příslušném elektrickém zařízení spojen se základovým zemničem. Při přísnějším pohledu z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem lze k tomu ještě dodat, že při spíná­ní stykačem nemůže být splněna oddělovací funkce, takže takovéto připojení – dům připo­jený na generátor náhradního napájení (obr. 1b a také obr. 3) – je poněkud pochybné. Ale také provoz v terénu je v popsané soustavě IT s hlí­dáním izolace pro ochranu osob nerealizova­telný. Soustava IT by vyžadovala uzemněný ochranný vodič, což farmář asi sotva umí rea­lizovat. Toto platí i v případě zohlednění úle­vy v dodatku ZB normy DIN VDE 0100-551 (viz IEC 364-5-551:1994 idt a ČSN 33 2000--5-551 Elektrotechnické předpisy – Elektric­ká zařízení – Část 5: Výběr a stavba elektric­kých zařízení – Kapitola 55: Ostatní zařízení – Oddíl 551: Nízkonapěťová zdrojová zaříze­ní), kde je dovolen zemní odpor 100 Ω. Kro­mě toho by se mělo u třífázových soustav v sí­tích IT upustit od použití nulového vodiče. Při první poruše (zemní spojení vnějšího vodiče nebo průraz na kostru spotřebiče spojeného se zemí) by se zvýšilo napětí „zdravého“ vnější­ho vodiče proti zemi na 400 V (popř. by mohlo dojít k poškození nesymetrických spotřebičů, které jsou proti zemi izolovány jen na 250 V).
 
Podle odst. ZB Doplňující požadavky do­datku k 551.4.4.2 normy DIN VDE 0100-551 by bylo možné u soustavy IT ustoupit od sle­dování izolace, klesne-li napětí při druhé chy­bě na 50 V AC a méně, ne ale od uzemněné­ho ochranného vodiče.
 

Řešení pro ochranná opatření

S ohledem na provoz v terénu by bylo možné realizovat ještě jako ochranu před úra­zem elektrickým proudem ochranné oddělení. Dále by bylo možné napájení více spotře­bičů neuzemněným pospojováním. Nicméně je sporné, zda by u takovýchto případů bylo možné zajistit požadovanou neuzemněnost zařízení a/nebo proudových obvodů.
 
Realizace soustavy IT by vyžadovala uzemněný ochranný vodič, což by asi laici jen těžko mohli zvládnout, a lze to považovat i za nepřípustné. Kromě toho si asi laik nebu­de vědět rady ani s hlášením sledování izola­ce při první chybě. Mohl by např. odpojit ge­nerátor náhradního napájení, což ale s největ­ší pravděpodobností neučiní, neboť neví nic o možných nebezpečích.
 
Pro případ, že je generátor náhradního napájení přepínatelnou napájecí alternativou k veřejné síti, bylo by napájení příslušné sou­stavy TN, resp. soustavy TT možné. Pro na­pájení soustavy TN (TN-S) je třeba respek­tovat kromě požadavků provozovatele sítě (např. generátory náhradního napájení na síti nízkého napětí) také odst. 551.4.2, 551.6.1 a doplňující požadavky v dodatku ZB k odst. 551.6 normy DIN VDE 0100-551. Jde např. o tyto požadavky:
  • Ochrana samočinným odpojením napáje­ní nesmí být závislá na uzemnění systé­mu provozovatele sítě (to vyžaduje vhod­né zemniče – obvykle základové zemniče).
  • Nezůstane-li ochranné opatření, které je apli­kováno u všeobecného napájení, účinné (vy­skytuje se u výkonově slabších generátorů náhradního napájení), musí být pro ochranu samočinným odpojením použity (popř. musí být k dispozici) proudové chrániče.
  • Je třeba stanovit preventivní bezpečnostní opatření pro případ paralelního provozu elektrocentrály.

Řešení s pevnou přípojkou je upřednost­ňováno. Provedení na obr. 1a a obr. 1b odpo­vídá těmto požadavkům a lze ho jednoduše realizovat. Jinak lze ještě doporučit, není-li to již požadováno v části 551, použití spo­třebičů s třídou ochrany II (až včetně první­ho proudového chrániče) a generátor náhrad­ního napájení, protože ochrana samočinným odpojením napájení až k prvnímu proudové­mu chrániči nemůže být účinná.

Napájet existující soustavu TT je možné obdobným způsobem jako u soustavy TN, ovšem při paralelním provozu vznikne soustava TN, protože k nulovému bodu napáje­cího zdroje mohou, resp. musí téct možné po­ruchové proudy ze zařízení odběratele přes ochranné vodiče (přes konektory) – tedy ne jako u soustav TT obvykle přes zem k nulo­vému bodu zdroje.
 

Dvojí použití

 
Při použití zařízení jako napájecího zdro­je v terénu a alternativně jako generátoru náhradního napájení pro domovní instalaci existuje možnost, vycházející z normy DIN VDE 0100-717, realizovat soustavu TN, kde nebude požadavek na povinné uzemnění nu­lového bodu. K tomuto je v odst. 717.413.13 zmíněné normy uvedeno: „Je-li použita sou­stava TN u konstrukčních jednotek s vodivým krytem a napájení je řešeno generátorem ná­hradního napájení, musí být tento vodivý kryt konstrukční jednotky spojen s nulovým bodem nebo, není-li k dispozici, pak s vnějším vodi­čem.“ Nemá-li jednotka vodivý kryt, je tře­ba spojit kostry elektrických zařízení uvnitř a také kostry vně jednotky s nulovým bodem přes ochranný vodič nebo, není-li nulový bod k dispozici, s aktivním vodičem.
 
Měla by se integrovat všechna elektrická zařízení (např. proudové chrániče a nadprou­dové ochrany) až k prvnímu účinnému chrá­niči do krytu s třídou ochrany II. V tomto by měl být zahrnut rovněž generátor náhradního napájení (při odděleném uspořádání by měl vyhovovat třídě ochrany II).
 
Při takovéto konfiguraci je každý prů­raz na kostru (obr. 4) připojeného spotřebiče na vnější zásuvce rychle odpojen proudovým chráničem se jmenovitým rozdílovým prou­dem 30 mA (minimalizuje se problém na­pěťového namáhání při zemních spojeních).
 
Obr. 1. Přehledové schéma, a – spojení přes pohyb­livé vedení, b – spojení PE-N pro domovní provoz
Obr. 2. Nepří­pustné odpoje­ní vodiče PEN (vlevo), cesta chybového proudu přes kryt a krátkou část vodiče PEN (vpravo)
Obr. 3. Obdoba obr. 1b s doplněným zobrazením chybového proudu nazna­čujícím, že chy­bový proud je veden spínaným vodičem PEN
Obr. 4. Návrh neuzemněné soustavy TN pro provoz v terénu s možností alternativního připojení k domovní instalaci