2.1
Střídavé sítě
Definice
Střídavé sítě přenášejí střídavé napětí, tedy napětí, jehož velikost se v čase periodicky mění.
V dnešní době jsou střídavé sítě nejvíce používány pro všechny druhy napětí, protože střídavé napětí lze díky transformaci přenášet na značně dlouhé vzdálenosti. Střídavá síť může být jednofázová, nebo třífázová. Nejčastěji provozované sítě jsou třífázové.
Zajímavost
Docela zajímavou otázkou střídavého přenosu je jeho frekvence. V počátcích střídavých přenosů se používaly různé frekvence od 19 do 133 Hz podle toho, k čemu byl přenos určen. Pro pohony byly vhodnější nižší frekvence, naopak pro osvětlování se používaly frekvence vyšší.
Geniální český elektrotechnik Emil Kolben navrhl používat jednotně pouze dvě frekvence, a to 50 a 60 Hz již v roce 1893 (bylo mu pouhých 31 let). Právě jeho zásluhou se frekvence 50 Hz začala používat vlastně již od začátku elektrifikace na našem území.
V současné době se frekvence 50 Hz používá po celé Evropě, části amerického kontinentu, části Asie a v Austrálii i Africe. V Severní Americe a části Ameriky Jižní je frekvence 60 Hz. V Japonsku používají na severu frekvenci 50 Hz a na jihu 60 Hz.
Na území ČR a v okolních soustavách se setkáme se střídavými sítěmi s následujícími velikostmi napětí:
  • nn – 0,4 kV (f = 50 Hz);
  • vn – distribuční sítě 22 kV, 35 kV (f = 50 Hz); místní sítě 3 kV, 6 kV, 10 kV (f = 50 Hz); trakční vedení 15 kV (f = 16,7 Hz); trakční soustava 25 kV (f = 50 Hz);
  • vvn – 110 kV, 220 kV (f = 50 Hz);
  • zvn – 400 kV (f = 50 Hz).
Tyto sítě se samozřejmě liší svou složitostí, délkou, použitými vodiči atd. Jednotlivým druhům sítí dle velikosti napětí se věnují kapitoly 3, 4 a 5.
Střídavou třífázovou síť je možné zapojit dvěma způsoby: do hvězdy a do trojúhelníka. Zde autorka v tichosti předpokládá, že tato zapojení student již zná.
2.1.1
Popis soustav
Aby bylo možné jednoznačně definovat druh soustavy (sítě) a způsob použité ochrany, bylo vytvořeno mezinárodní značení sítí, složené z písmen a číslic.
  • První písmeno říká, jak je zapojen uzel soustavy:
    • T znamená, že uzel sítě je přímo uzemněný;
    • I označuje uzel izolovaný.
  • Druhé písmeno říká, jakým způsobem je v soustavě provedena ochrana neživých částí:
    • T znamená, že neživé části jsou přímo uzemněné;
    • N označuje spojení neživých částí s ochranným vodičem.
  • Další písmena za pomlčkou se uvádějí pouze v síti TN a označují, jak je proveden ochranný vodič:
    • C – spojený (kombinovaný) ochranný a střední vodič (PEN);
    • S – oddělený (separovaný) ochranný a střední vodič (PE, N);
    • C-S – ochranný a střední vodič jsou nejprve spojené, pak se v určitém místě rozdělí.
2.1.2
Síť TT
Uzel sítě je přímo uzemněný, neživé části jsou rovněž přímo uzemněné samostatným uzemněním, které je nezávislé na uzemněném uzlu sítě. Pro běžné rozvody nízkého napětí se tato síť v ČR používá málo, ale můžeme se s ní ještě setkat např. na staveništích. Naopak např. ve Francii a ve Španělsku tvoří velkou část sítě nn. Takto se také provádějí některé venkovní sítě vvn a zvn.
Výhody
  • Jednoduchý návrh a instalace;
  • Dostatečná úroveň ochrany před elektrickým proudem (uzemnění);
  • Výhodné z hlediska EMC (Elektromagnetická kompatibilita) – není velké rušení.
Nevýhody
  • Přerušení dodávky energie při porušení izolace. Z tohoto důvodu je potřeba instalovat proudové chrániče, které místo poruchy odpojí;
  • Spojení se zemí znamená vždy zkrat, který se musí ihned vypnout;
  • Velký svodový proud.
Schéma sítě TT je na obr. 4. Neživé části spotřebičů mohou být uzemněné buď zvlášť, nebo skupinově.
+
4. Schéma sítě TT
Obr. 4. Schéma sítě TT
2.1.3
Síť TN-C
Uzel sítě je přímo uzemněný, neživé části spotřebičů jsou spojeny s ochranným vodičem, který je kombinovaný se středním vodičem. Toto zapojení se používalo dříve, setkáme se s ním ve starších domovních instalacích. Dnes jsou v soustavě TN-C prováděny např. distribuční sítě nn, domovní přípojky a hlavní domovní vedení.
Výhody
  • Spojení neživých částí zařízení s ochranným vodičem poskytuje velmi dobrou ochranu před úrazem elektrickým proudem;
  • Jedná se o úsporné řešení;
  • Snadno zjistíme přerušení vodiče PEN.
Nevýhody
  • Zpětný proud vodičem PEN může způsobovat rušení;
  • Při přerušení vodiče PEN se může objevit napětí na neživých částech;
  • V takto zapojené síti není možné použít proudový chránič.
Síť TN-C s připojením třífázového a jednofázového spotřebiče je na obr. 5.
+
5. Schéma sítě TN-C
Obr. 5. Schéma sítě TN-C
2.1.4
Sít TN-S
Uzel sítě je přímo uzemněný, neživé části spotřebičů jsou spojené s ochranným vodičem. Ochranný vodič je oddělený (separovaný) od vodiče středního, což vyjadřuje písmeno S. Soustava TN-S se začala používat hlavně z důvodu větší bezpečnosti, kterou zajišťuje právě oddělením ochranného a středního vodiče. Setkáme se s ní u domovních i průmyslových instalací nízkého napětí.
Výhody
  • Oddělení středního a ochranného vodiče umožňuje použití proudového chrániče;
  • Nevzniká rušení úbytkem napětí na ochranném vodiči;
  • Zvýšená bezpečnost.
Nevýhody
  • Přerušení ochranného vodiče nemusí být okamžitě zřejmé, proto je nutné provádět pravidelně revize. Při proudu ve vodiči PE nad 10 mA musí být zesílené provedení vodiče PE.
Schéma sítě TN-S je na obr. 6, kde je znázorněno i připojení třífázového a jednofázového spotřebiče k této síti.
+
6. Schéma sítě TN-S
Obr. 6. Schéma sítě TN-S
2.1.5
Síť TN-C-S
Uzel sítě je opět přímo uzemněný, neživé části spojené s ochranným vodičem, který je nejprve kombinovaný s vodičem středním (síť TN-C). V určitém místě se provede rozdělení ochranného a středního vodiče, takže dále pokračuje síť TN-S. Oba vodiče už pak nikdy nesmí být znovu spojeny z důvodu bezpečnosti. Klasickým příkladem této sítě je současná domovní instalace, kdy až k bytové rozvodnici je síť provedena jako TN-C, v bytové rozvodnici se rozdělí vodič PEN na PE a N a dále pokračuje již síť TN-S. Schéma zapojení ukazuje obr. 7.
+
7. Schéma sítě TN-C-S
Obr. 7. Schéma sítě TN-C-S
2.1.6
Síť IT
Tato síť je značně odlišná od předchozích, protože její uzel není přímo uzemněný, ale tzv. izolovaný. Neživé části jsou přímo uzemněné podobně jako v soustavě TT buď jednotlivě, po skupinách, nebo jsou navzájem spojeny jedním uzemněným vodičem. Sítě IT je možné také provozovat se středním vodičem. Poruchový stav po spojení vodiče se zemí se v této síti neoznačuje jako zkrat, ale zemní spojení a jedná se o poruchu odlišnou od zkratu. Zapojení soustavy IT ukazuje obr. 8. Velká impedance indukčního charakteru (cívka) se zapojuje do uzlu v sítích vvn a zvn tohoto typu kvůli kompenzaci kapacitních zemních proudů, ke kterým dochází u sítí IT při zemních spojeních.
Výhody
  • Síť je možné provozovat i po spojení vodiče ze zemí (nemocnice, doly apod.);
  • Dostatečná úroveň ochrany před elektrickým proudem (uzemnění).
Nevýhody
  • Vyžaduje pečlivé monitorování stavu a rychlé odstranění případného prvního zemního spojení.
+
8. Schéma sítě IT
Obr. 8. Schéma sítě IT