Svodiče přepětí, zákruty křižovatky Přepětím je vlastně každé napětí, které je vyšší než nejvyšší provozovací napětí dané soustavy bez zřetele na dobu jeho trvání. Přepětí značně namáhá izolaci rozvodných zařízení, strojů a vedení. Pokud v místě vzniku přepětí izolace vydrží, šíří se vzniklé přepětí dále po vedení a v izolačně nejslabším místě pak nastane přeskok nebo průraz. Tím může dojít k poškození izolace a k poruše zařízení. Vhodnými přístroji se však snažíme omezovat působení přepětí na co nejkratší čas (až mikrosekundy) anebo zabraňovat jeho vzniku, a tím současně poruchám i poškozením. Princip ochrany spočívá v tom, že k průrazu nebo přeskoku dojde na předem zvoleném, izolačně nejslabším místě, kde se přepětí svede bezpečně k zemi. Přepětí můžeme podle místa vzniku rozdělit na dva druhy: provozní (vnitřní) a atmosférická (vnější). Provozní přepětí vznikají nejčastěji při určitých spínacích pochodech nebo poruchových stavech. Proto se také často nazývají přepětí spínací. Mohou se objevit po náhlé ztrátě zatížení sítě, např. po vypnutí vypínačem, odpojení pojistkou, přerušení vodiče nebo při zapnutí vedení naprázdno, vypínání transformátorů naprázdno, při zemním spojení či přerušovaném zemním spojení. V těchto případech vznikají ve vedení napěťové vlny, které se šíří od místa vzniku dále po vedení. Jejich rychlost závisí na parametrech vedení, hlavně na indukčnosti a kapacitě. Tato přepětí mohou dosahovat hodnot 2,5násobku až 5násobku jmenovitého napětí zařízení. Nebezpečí spočívá hlavně v možnosti častého opakování. Jako nejvhodnější opatření proti těmto přepětím se jeví účinné omezování jejich vzniku. Atmosférická přepětí mohou představovat vzhledem ke svým velikostem rovněž velké nebezpečí pro elektrická zařízení. Ohrožují vedení nejen po stránce elektrické, ale i mechanické, neboť mohou poškodit (rozbít) izolátory, přetavit vodiče, rozštípnout a popálit dřevěné stožáry, roztrhnout betonové stožáry. Vznikají buď přímým zásahem blesku do vedení, elektrostatickou indukcí ve vedení při výboji mezi mraky, nebo zpětným přeskokem. Trvají velmi krátkou dobu (asi do 100 mikrosekund). Přímým úderem mohou vzniknout přepětí velikosti až 500 kv a někdy i vyšší. Indukovaná přepětí mohou dosahovat napětí až 300 kv. Jednoduchým prostředkem proti vzniku atmosférických přepětí u vedení vn a vvn je používání zemnicích lan. Vodiče jsou zemnícími lany chráněny proti přímému zásahu blesku, a tím proti takto vzniklým nejnebezpečnějším atmosférickým přepětím. Montují se na vrcholky stožárů nad fázové vodiče, a představuji tak vlastně jejich stínění. Spojuji se zpravidla na každém nebo na každém druhém stožáru se zemí. Chráněný prostor proti přímému úderu je vymezen tzv. ochranným úhlem. Ten závisí na velikosti napětí, na typu vedení i na oblastech, kterými vedení prochází a bývá od 25 do 35. Použití zemnicích lan je běžné u vedení na ocelových stožárech. U nás se u vedení s dřevěnými stožáry zemnicí lano nepoužívá. Základní účinnou ochranou proti přepětím jsou svodiče přepětí. Můžeme je v zásadě rozdělit do tří skupin: ventilové bleskojistky - jsou spolehlivý a velmi užívaný typ svodiče, vyfukovací bleskojistky - známe pod běžnějším názvem jako Torokovy trubice, ochranná jiskřiště.
Ventilové bleskojistky Představují vlastně ono izolačně nejslabší místo vedení. Je to vlastně elektrický ventil, který se otevírá vlnám nebezpečného přepětí a svádí je do země. Při normálním napětí je ventilová bleskojistka pro průchod proudu do země uzavřena. Skládají se z několika jiskřišť a napěťově závislých odporových bloků, zapojených s jiskřišti v sérii. Vše je neprodyšně uzavřeno v porcelánovém válci charakteristického tvaru. Jejich funkci lze zjednodušeně objasnit takto: Objeví-li se na bleskojistce nebezpečné přepětí, zažehne zvýšeným napětím jiskřiště. Zároveň prudce klesne odpor napěťově závislých odporových bloků, které propouští tak velký proud, že přepětí nemůže přestoupit stanovenou kritickou velikost. Po odeznění napěťové vlny, tj. při opětném poklesu napětí na provozní hodnotu dojde k omezení proudu napěťově závislými rezistory. Poklesem napětí vzroste jejich odpor tak, že omezí procházející proud na nepatrnou velikost. Provozní napětí nestačí na udržení oblouku na jiskřištích a ten uhasne. Takto se bleskojistka pro průchod dalšího proudu do země uzavře. Ventilové bleskojistky se vyrábějí v různých velikostech a provedeních. Podle použitého napětí bývají buď jednodílné, nebo skládané ze stavebnicových dílů. Ventilové bleskojistky: a) 110 kv, b), c) 220 kv, d), e) 440 kv
Vyfukovací bleskojistky (Torrokova trubice) je v podstatě jiskřiště, které je uzavřeno v trubce ze zvláštní směsi tvrzené pryže. Při činnosti vznikne mezi elektrodami jiskřiště oblouk, který svým žárem odpaří z vnitřního povrchu trubice část materiálu. Když nabudou plyny dostatečného tlaku, vyfukují se prudce dolním otvorem trubky, způsobují silné ochlazení, deionizaci, protažení oblouku, a tím jeho zhášení. Výhodou těchto bleskojistek je jednoduchost a nízká cena. Užívají se pro napětí až do 35 k V. Řez vyfukovací bleskojistkou: Umístění vyfukovací bleskojistky na stožáru: Ochranná jiskřiště Používají se jen pro hrubou záložní ochranu proti přepětí. Časté uplatnění nacházejí na průchodkách, podpěrných izolátorech nebo izolátorových řetězcích jako jejich ochrana proti poškození přímým výbojem. Výhodou ochranných jiskřišť je značná jednoduchost a velmi nízké pořizovací náklady. Velkou nevýhodou je to, že při činnosti, tj. při vytvoření oblouku na jiskřišti v okamžiku přepětí může dojít k trvalému zemnímu zkratu v síti. Není totiž zajištěno přerušení proudu (uhašení oblouku) při opětném poklesu napětí na provozní hodnotu. Umístění jiskřiště na stožáru:
Křižovatky, zákruty, souběhy, odbočky Křižovatky Vzájemné křižování silových venkovních vedení s komunikacemi, sdělovacím vedením, ulicemi, chmelnicemi apod. musí být v souladu s ČSN. Křižování vedení se železnicí, s vodními toky nebo s jiným vedením má být pokud možno kolmé a nemá vést nad podpěrnými body, tj. nad stožáry. Při křižování má být vedení s vyšším napětím nad vedením s napětím nižším. Stožáry. V křižovatkových polích se používají většinou stejné stožáry i konzoly jako v běžné trati, pokud norma nestanoví jinak. Dřevěné stožáry lze použít jen u vedení nn a vn, u vedení vvn jen výjimečně. Doporučuje se stavět dřevěné stožáry na železobetonové patky. Izolátory. Vodiče vedení vn se zavěsí na dvojité izolátorové řetězce. Pokud jsou vodiče drženy roubíkovými izolátory, zajišťují se z obou stran křižovatkového pole dvojitým závěsem s přeponkou. Spoje vodičů mají být mimo křižovatková pole. Vodiče vedení vvn se zavěsí na dvojité, nebo vícenásobné řetězce se stejným počtem článků jako v běžné trati. Řetězce vedení wn musí mít ochranné armatury, tj. opalovací rohy nebo kruhy. Použije-li se v křižovatce jiný typ řetězce, nesmí být izolační hladiny izolátorů nižší než v běžné trati. Vodiče. U silových vedení mohou být vodiče z lan měděných, bronzových, hliníkových a lan AlFe. Výstavba křižovatek vyžaduje četná projednání s náležitými útvary (Ředitelství spojů. Správa dálkových kabelů, správní orgány dráhy apod.). Před realizaci konkrétní křižovatky je nutné, aby investor nebo projektový útvar předložil patřičnému správnímu útvaru žádost o povolení výstavby. Křižováni vedeni 22 kv se sdělovacím vedením a se silnicí
Zákruty Vodiče trojfázového vedeni nejsou na stožárech vzájemně vůči sobě ideálně souměrně rozmístěny. Např. vzdálenosti jednotlivých fází mezi sebou nebo od země jsou podél vedení různé. Následkem toho nejsou elektrické parametry všech tří fázových vodičů (hlavně indukčnosti a kapacity) stejné. Pokud bude takovým vedením procházet proud a napětí trojfázové soustavy na začátku vedení bude zcela souměrné, vznikne na konci vedení (u spotřebičů) napěťová nesymetrie. Je způsobena tím, že procházejícími proudy (i když jsou ve všech fázích stejné) vzniknou vlivem nestejných elektrických parametrů jednotlivých fází různé úbytky napětí. Tento nežádoucí jev je nutné potlačovat. To se děje tzv. transpozicí (kroucením, křížením) vedení. Kroucení nebo transponování vedení tedy znamená, že vodiče vystřídají postupně všechny polohy na závěsných bodech, tj. na stožárech. Úplným zákrutem se pak rozumí úplná cyklická záměna poloh jednotlivých vodičů, až dosáhnou opět původního stavu. U vedení 110 a 220 kv doporučuje ČSN 34 1100 jeden zákrut na délku do 200 km. U vedení 400 kv postačí jeden plný zákrut při délce do 300 km. Jednoduchá i dvojitá vedení vn není nutné transponovat vůbec. Souběhy Stavba souběžných vedení různých typů je opět blíže specifikována v ČSN 34 1100. Norma určuje přesně vzdálenosti jednotlivých vodičů, způsob montáže na samostatných nebo společných stožárech, vhodné typy stožárů, izolátorů atd. Vybudování souběžného vedení vyžaduje rovněž nutná projednání a povolení patřičných správních útvarů podobně jako v případě křižovatek. Odbočky Odbočka od hlavního vedení, která zajišťuje přímou dodávku elektrické energie odběrateli, se nazývá přípojka. Začátek venkovní přípojky je v místě odbočení od zařízení pro veřejný rozvod energie na odbočném stožáru. V případě vn a vvn je přípojka zakončena kotevními izolátory na odběratelově stanici, které jsou ještě součástí přípojky.