V distribučních sítích nn s venkovními vedeními je nutné chránit zařízení zejména před atmosférickým přepětím. Spínací přepětí ve většině případů dosahují podstatně nižších úrovní napětí a proudů než atmosférická, takže instalované ochrany před atmosférickým přepětím chrání zařízení nn i před spínacími přepětími.
V kabelových sítích bez připojených venkovních vedení, kde nejsou instalovány ochrany před přepětím, jsou největší přepětí způsobená zkraty a/nebo spínáním.
Ochrana před spínacími přepětími je nutná v případě zařízení, u kterých je pravděpodobné, že bude vytvářet spínací přepětí překračující hodnoty odpovídající přepěťové kategorii elektrické instalace, např. kde je instalace napájena nízkonapěťovým generátorem nebo kde jsou instalovány induktivní nebo kapacitní zátěže (např. motory, transformátory, kondenzátorové baterie apod.), kde jsou instalovány zásobníky energie nebo zátěže odebírající velké proudy.
Dočasná přepětí 50 Hz namáhají více samotná zařízení před přepětím SPD než chráněná zařízení.
Ochranná opatření mají snižovat nepříznivé účinky bouřkové činnosti na distribuční sítě, které se projevují:
- výpadky dodávky
- zhoršením kvality dodávané energie
- zničením zařízení sítě nn nebo zkrácením jeho životnosti, což zvyšuje náklady provozovatele
Prvořadým úkolem ochranných opatření, která jsou ekonomicky zcela opodstatněná, je instalací svodičů přepětí chránit zařízení sítí nn před zničením atmosférickým přepětím a zároveň přiměřeným snížením přepětí v síti umožnit ochranu instalace odběratele.
Charakteristika atmosférických přepětí v sítích nn
Parametry blesku mají statistický charakter. Typický úder blesku do země při bouřce v letních měsících má zápornou polaritu a sestává z prvního úderu a následných úderů. V zimních sněhových bouřích převažují údery do země s polaritou kladnou. Z hlediska přepětí na vedení má největší význam vrcholová hodnota a strmost nárůstu proudu blesku.
Atmosférické přepětí šířící se po vedení vzniká buď přímým úderem do vedení nebo indukcí při nepřímých úderech. Z hlediska parametrů přepětí důležitých pro přepěťovou ochranu (vrcholová hodnota, strmost, energie) jsou přepětí při přímých úderech a indukovaná přepětí zcela odlišná.
Přepětí od přímých úderů do vedení
Charakteristika atmosférického přepětí na vedení se liší u vedení s uzemněnými konzolami a u vedení na dřevěných sloupech bez uzemněných konzol. Betonové sloupy s armováním se z hlediska impulsních bleskových proudů považují za vodivé.
Vedení s uzemněnými konzolami:
Úder blesku do vedení s uzemněnými konzolami ať už do fázového vodiče, nebo do konstrukce stožáru, způsobí vždy přeskoky napětí k zemi a zpravidla i mezi fázemi. Velikost přepětí na fázových vodičích příliš nezávisí na tom, do čeho blesk udeří. Po vedení se šíří série velmi strmých impulzů vzniklá mnohonásobnými přeskoky na izolaci vedení. Tato série je následovaná pomalejší vlnou přepětí způsobenou vzrůstem potenciálu na uzemnění v místě úderu blesku.
Vedení na dřevěných sloupech bez uzemněných konzol:
Dřevěné sloupy bez uzemněných konzol mají velmi vysokou izolační pevnost proti zemi 3 až 4 MV a ta způsobuje, že při úderu blesku do fázových vodičů je vedení schopno přenést přepětí řádu tisíc kV na značnou vzdálenost bez podstatného snížení jeho energie. Toto přepětí může na dálku způsobit značnou škodu na zařízení. Přitom velká izolační pevnost proti zemi neznamená nižší výpadkovost ve srovnání s vedením s uzemněnými konzolami, protože při každém úderu dojde k mezifázovému přeskoku a následnému zkratu, který je přerušen nadproudovou ochranou v síti.
Přepětí nepřímých úderů (indukovaná přepětí)
Úder blesku do země nebo do konstrukce v blízkosti vedení indukuje ve vedení přepětí, které může překročit izolační hladinu zařízení. Indukovaná přepětí jsou přibližně stejná ve všech vodičích a mají opačnou polaritu než proud blesku. Protože v 90 % případů je proud blesku záporný, je polarita indukovaného přepětí většinou kladná. Indukovaná přepětí mají menší velikost a energii než přepětí při přímých úderech. Jsou méně nebezpečná pro zařízení chráněná svodiči přepětí, nicméně způsobují přeskoky a výpadky, a tedy snižují technické parametry kvality a plynulost dodávky.
Koordinace izolace zařízení sítí
Koordinace izolace je proces volby izolačních hladin zařízení sítě nn a volby ochranných opatření založený na znalosti charakteristik přepětí v síti a na znalostech výdržných charakteristik izolace zařízení, jehož výsledkem je dosažení minimální možné výpadkovosti a poruchovosti zařízení a její vyváženosti ve sledované části systému při minimálních nákladech na provedená opatření. Vychází se přitom ze statistického charakteru přepětí v síti a z výpočtů četnosti výskytu parametrů přepětí kritických ve vztahu k izolačním hladinám zařízení. Hodnoty nejvyššího přepětí v předávacích místech jsou uvedeny v normě ČSN 33 2000-4-443 ed. 3 Elektrické instalace nízkého napětí - Část 4-44: Bezpečnost - Ochrana před rušivým napětím a elektromagnetickým rušením - Kapitola 443: Ochrana před atmosférickým nebo spínacím přepětím.
Snížení poruchovosti je možné dosáhnout:
- Zvýšením izolační hladiny zařízení
Je to nejnákladnější a málo účinný způsob koordinace, protože při vysokých hodnotách atmosférických přepětí v síti vůči izolačním hladinám zařízení se zvýšení izolačních hladin zařízení projeví jen malým snížením jejich poruchovosti. - Snížením velikosti přepětí nebo jeho četnosti v síti vhodnými opatřeními
Aby se dosáhlo snížení přepětí v síti jako celku, je nutno aplikovat opatření (svodiče přepětí) v celé síti, což je velmi nákladné, a přitom ne zcela účinné pro snižování výpadkovosti. - Snížením přepětí v místech zařízení vhodnou kombinací ochranných opatření a pomocí omezovačů přepětí.
Aplikace svodičů přepětí jako lokální ochrany zařízení je nejúčinnějším způsobem zajištění přiměřeně nízké poruchovosti zařízení nn sítí s malým negativním vlivem na výpadkovost vedení.
