Záložní zdroje elektrické energie - 1.díl: Úvod do problematiky

Dnešní příspěvek zahajuje miniseriál o záložních zdrojích elektrických energie. První díl se bude věnovat základnímu rozdělení záložních zdrojů. Dále bude pojednávat o jednotlivých druzích nouzového napájení a v poslední části bude vysvětlen vztah mezi záložními zdroji a aktuálně platnými normami.

Základní dělení záložních zdrojů elektrického napájení

Záložní zdroje napájení lze dělit hned podle několika kategorií:

Podle druhu výstupního napětí:

• Stejnosměrné
• Střídavé

Podle druhu a způsobu přeměny:

• Rotační zdroje
• Statické zdroje
• Chemické zdroje

Mezi rotační zdroje patří ve většině případů motorgenerátory, kde dochází k přeměně paliva na energii kinetickou a následně na energii elektrickou. Hlavními součástmi tohoto systému jsou spalovací motor a elektrický generátor (synchronní alternátor). V poslední době lze do kategorie rotačních zdrojů zařadit i setrvačníkový systém, kde je elektrická energie přeměněna na energii kinetickou. V tomto stavu je energie uložena a udržována do doby, než je nutné ji použít. Setrvačníkové systémy jsou konstruovány tak, aby bylo možné rychle měnit mezi generátorovým a spotřebičovým režimem.

Statické záložní zdroje reprezentují tzv. UPS – Uninterruptible Power Systém (Nepřerušitelný zdroj napájení). Tyto zdroje fungují na principu uchování elektrické energie v akumulátorech. V případě použití dochází k přeměně uchované energie skrze střídač, kde se stejnosměrné napětí přemění ve střídavé harmonické napětí.

Podle zapojení dělíme statické zdroje do 3 kategorii:

• Offline
• Line-interactive
• Online

Do kategorie chemických zdrojů spadá palivový článek. Palivové články se poslední dobou používají v této úloze čím dál tím častěji. Existuje široká škála typů palivových článků, ale pro úlohu záložního zdroje se nejčastěji používá palivový článek s polymerním elektrolytem PEMFC (Polymer elektrolyte membrane fuel cell).

Druhy nouzového elektrického napájení

Záložní zdroje pro nouzové napájení lze používat pouze při ztrátě síťového napájení z distribuční sítě. Ve většině případů neslouží pro paralelní chod se sítí, ale mohou po krátký časový úsek pracovat společně, aby došlo k plynulému přechodu na napětí z distribuční sítě po jeho výpadku. Záložní zdroje zabraňují ohrožení způsobené výpadkem elektrického napájení. Hierarchie je zobrazena na následujícím schématu.

Nouzové elektrické napájení

Zabezpečuje další chod elektrických zařízení nebo některých jeho částí, které jsou nutné pro bezpečnost a zdraví osob při výpadku napájení z distribuční sítě, např. provoz nouzového osvětlení, které musí být zapnuto do 15 s.

Doplňkové záložní elektrické napájení

Zabezpečuje takřka nepřetržitý chod elektrických zařízení nebo některých jeho částí, které jsou nutné pro bezpečnost a zdraví osob při výpadku napájení z distribuční sítě, např. provoz přístrojů a osvětlení na operačním sále, které musí být zapnuto do 0,5 s.

Náhradní elektrické napájení

Používá se většinou z provozních nebo hospodářských důvodů, např. v armádě nebo při rekonstrukci elektrické sítě.

Nepřerušitelné napájecí zdroje UPS

Nepřerušitelné napájecí zdroje UPS se hlavně používají pro chod zařízení, kdy může i velmi krátký pokles napájecí napětí (podpětí) způsobit velice závažné škody, např. PC pro řízení technologických procesů.

Poruchy napájení

V uvedené tabulce jsou uvedeny nejčastější poruchy sítě, charakteristika jednotlivých poruch, jejich příčiny a důsledky pro rozvodnou síť.

Stupně důležitosti spotřeby

V praxi neexistují normy, které by přímo určovaly nebo doporučovaly, který typ záložního zdroje elektrické energie má být použit. Všeobecné požadavky na záložní napájení vycházejí ze zařazení do určitého stupně dodávky elektrické energie dle normy ČSN 34 1610 Elektrický silnoproudý rozvod v průmyslových provozovnách. Podle této normy jsou rozlišovány 3 stupně důležitosti spotřeby:

Spotřeba 1. stupně důležitosti

Takto jsou označovány spotřebiče nebo skupiny spotřebičů, u kterých výpadek může znamenat ohrožení zdraví nebo života nebo u kterých může dojít k velkým ekonomickým ztrátám. Aby nedošlo k přerušení napájení, musí být spotřebič vybaven záložním zdrojem elektrické energie. Příkladem spotřebičů prvního stupně důležitosti mohou být zařízení pro přenos a zpracování dat, zdravotnická zařízení (operační sál, resuscitační oddělení či oddělení intenzivní péče) nebo elektrická tavící pec.

Spotřeba 2. stupně důležitosti

Tyto spotřebiče nejsou tak závislé na nepřetržitosti dodávky elektrické energie. Výpadek se projeví omezením nebo zastavením výroby, avšak nedochází k narušení technologií, a tedy k větším ekonomickým ztrátám, ani k ohrožení zdraví nebo života. U těchto spotřebičů je nutné dodávku elektrické energie co nejrychleji obnovit, ale spotřebiče nevyžadují zvláštní opatření pro náhradní napájení elektrickou energií. Příkladem spotřebičů druhého stupně důležitosti jsou obráběcí stroje, mechanické dílny nebo různé průmyslové provozy.

Spotřeba 3. stupně důležitosti

Mezi tyto spotřebiče patří všechny ostatní spotřebiče, u kterých nemusí být dodávka elektrické energie zajišťována zvláštními opatřeními. Příkladem spotřebičů třetí důležitosti jsou domácnosti, školy, úřady, ústavy, správní budovy a sklady.

Normy pro záložní zdroje elektrické energie

V praxi existují normy, které se přímo zaměřují na záložní zdroje elektrické energie. Pro motorgenerátory je zpracována velice rozsáhlá norma ČSN ISO 8528 Střídavá zdrojová soustrojí pohaněná pístovými spalovacími motory. Norma probírá velice detailně všechny aspekty motorgenerátorů (použití, instalace, bezpečnost, provoz, atd.). Pro UPS je zpracována norma ČSN EN 62040 Zdroje nepřerušovaného napájení (UPS).

Rozdělení norem dle potřeby zálohování

Rozdělení záložních zdrojů elektrické energie podle potřeby zálohování se dělí na tři části:

• Bezpečnostní předpisy
• Provozní předpisy
• Technologické požadavky

Pod bezpečnostní předpisy spadají normy ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty, ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty nebo ČSN EN 1838 Nouzové osvětlení.

Pod provozní předpisy spadají normy ČSN 33 2000-7-710 Zdravotnické prostory, ČSN 33 2420 Elektrická zařízení v divadlech a jiných objektech pro kulturní účely nebo ČSN 33 2000-5-56 Zařízení pro bezpečnostní účely

Pod technologické požadavky spadají požadavky spojené s ochranou životů a majetku např.: záloha dispečinku hasičů, záloha technologie datových sálů dle definice TIER I-IV, záloha řídicích systémů určitého technologického celku nebo objektu.

Jaderná bezpečnost

Velice specifické postavení mají z hlediska zajištění záložního napájení elektrickou energií jaderná zařízení a jaderné elektrárny. Použití a potřeba záložních zdrojů elektrické energie je nařizována a upravována Statním úřadem pro jadernou bezpečnost (SÚJB) anebo nařízeními vlády ČR.

V České republice za bezpečnost jaderných elektráren (Temelín a Dukovany) zodpovídá společnost ČEZ a.s.. V jaderných elektrárnách je tato bezpečnost zajištěna pomocí celkem 8 (v budoucnosti 10) dieselgenerátory v případě jaderné elektrárny Temelín a celkem 12 (v budoucnosti 14) dieselgenerátory v případě jaderné elektrárny Dukovany.

Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi, ČVUT FEL, ČSN