Pozice ČSN EN 50160 ed. 3 v rámci norem

Kromě zamýšlené funkce přenosu elektrické energie z výrobních jednotek k uživatelům sítě, přenáší napájecí síť zároveň elektromagnetická rušení, a chová se tedy jako dodavatel emisí (ve skutečnosti jejich kumulativního účinku) ze všech zařízení uživatelů sítě připojených k síti (zátěže, generátory), ostatním uživatelům sítě. Úroveň každého elektromagnetického rušení v předávacím místě je součtem příspěvků z mnoha různých zdrojů. Část těchto zdrojů se nachází uvnitř sítě uživatele, zatímco ostatní se nachází v rámci veřejné elektrické napájecí sítě. To samé platí pro šíření rušení (tj. pro rozsah, jakým ovlivňuje zdroj míru rušení jinde v síti): je ovlivňováno jak veřejnou elektrickou napájecí sítí, tak uživateli sítě. Další pojednání o zdrojích a šíření elektromagnetických rušení je mimo rozsah platnosti ČSN EN 50160 ed. 3 a těchto aplikačních pokynů. Místo toho se čtenář odkazuje na technickou literaturu zabývající se kvalitou elektřiny a EMC.
Pojmy „kvalita dodávky“ a „kvalita elektřiny“ slouží pro všechna elektromagnetická rušení (odchylky od ideální křivky napětí) v předávacích místech a jinde ve veřejné síti a ve vnitřní síti uživatelů sítě.
Jak bylo uvedeno výše, zahrnuje rušení (napětí) každou odchylku od ideálního napětí. Přítomnost konkrétní úrovně rušení tudíž není přímo příčinou zájmu. Zařízení připojené do elektrické napájecí sítě (obvykle uvnitř zákazníkovi instalace) je odolné vůči rušení do určitých úrovní. Pokud úrovně rušení na vývodech zařízení nepřekročí úroveň odolnosti zařízení, bude zařízení pracovat správně. Pouze v případě, že úroveň rušení překročí úroveň odolnosti, může být u zařízení zaznamenáno zhoršení činnosti. V takových případech se používá pojem „interference“.
Skutečná úroveň odolnosti zařízení závisí na množství činitelů, včetně relativních úrovní různých elektromagnetických rušení. Zařízení může být například imunní vůči určitému harmonickému rušení, pokud je velikost napětí blízká jmenovité hodnotě, ale nikoli v případě, že je velikost napětí výrazně vyšší, než je jmenovitá hodnota. Pro výrobce zařízení je tedy prakticky nemožné, aby se dokázal vypořádat s interferencemi v napájecí síti za všech okolností.
Úkolem norem IEC a CENELEC o EMC je zajistit elektromagnetickou kompatibilitu (co nejméně interferencí) s vysokou pravděpodobností. Toho je dosaženo pomocí stanovení požadavků na odolnost a emisní meze pro zařízení v kombinaci s opakovatelnými zkouškami emisí a odolnosti. Ačkoli zařízení není zkoušeno pro konkrétní úrovně rušení, jsou zkoušky takového rázu, aby se při jejich splnění zaručilo, že zařízení je s vysokou pravděpodobností imunní vůči úrovním rušení, která se vyskytují v běžném provozu. Popis přístupu použitého v normách EMC, mezi jinými viz IEC/TR 61000-1-1.
Stanovení požadavků na odolnost je přímo spojeno s takzvanými „úrovněmi kompatibility“, které označují úrovně různých elektromagnetických rušení, u kterých je velmi nízká pravděpodobnost jejich překročení. Je tudíž nutné nezvažovat pouze jednotlivé zařízení, ale kumulativní účinek všech zařízení podobné technické konstrukce, u kterých lze předpokládat, že budou ve stejný okamžik připojeny k napájecí síti. Emisní meze jsou normami EMC nastaveny tak, aby kombinovaný účinek emisí všech zařízení, s vysokou pravděpodobností, nepřekročil úrovně kompatibility.
Toto je také konkrétně zmíněno v poslední směrnici EMC, vyžadující s tím související zohlednění v rámci normalizace.
Naměřená kvalita elektřiny (PQ) je také dána vlastnostmi měřicího zařízení, včetně použitého vyhodnocení měření. Pro měření PQ je dostupná ČSN EN 61000-4-30 ed. 3.
V porovnání s PQ, je EMC mezi elektrickým zařízením připojeným do napájecí sítě dále vyhodnocována podle úrovně odolnosti připojeného zařízení.

Normy EMC

Jelikož ČSN EN 50160 ed. 3 není EMC normou, meze a indikativní hodnoty v normě ČSN EN 50160 ed. 3:

• nejsou určeny pro použití jako úrovně EMC nebo emisní meze uživatele pro šířené rušení ve veřejných distribučních soustavách.
• nejsou určeny pro použití jako konkrétní požadavky ve výrobních normách zařízení, ale měly by být uváženy. V každém případě je třeba vzít v úvahu, že výkon zařízení se může zhoršit, pokud je napájeno za podmínek, které nejsou zohledněny ve výrobní normě zařízení.
• nelze brát jako požadavky pro instalace uživatele sítě.

Pokud jde o některé jevy, jsou tyto hodnoty shodné nebo blízké hodnotám z norem o kompatibilitě, ale v zásadě s odlišným významem, mezi jinými také pokud jde o pravděpodobnost jejich překročení.
Nicméně, pozice produktové normy ČSN EN 50160 ed. 3 vůči normám EMC je zajímavá a je podnětem k další diskuzi, také zejména v případech, kdy jsou specifikace ČSN EN 50160 ed. 3 v rozporu s ostatními normami (EMC nebo produktovými).
Instalace uživatele sítě a zařízení připojené k této instalaci mohou být zdrojem rušivých interferencí a je důležité udržet úroveň rušení v přijatelných mezích. Tudíž musí provozovatel sítě stanovit požadavky na emise z instalací uživatelů sítě.
Vždy bylo v rámci správy sítě důležité zvážit, jak udržet adekvátní správu s ohledem na uživatele sítě, kteří provozují zařízení, jež je potenciálním zdrojem rušení dodávaného do sítí, a které se stává součástí vlastností elektřiny dodávané ostatním uživatelům. Dosáhnout toho bylo relativně jednoduché, dokud se zdroje vyskytovaly především ve velkých průmyslových nebo jiných instalacích, které byly provozovatelem sítě studovány jednotlivě a jejich připojení do sítě bylo pečlivě plánováno. Výsledkem tohoto úsilí bylo, že se například harmonická napětí dařilo udržet na velmi nízkých úrovních. Nicméně vývoj v oblasti elektroniky v posledních desetiletích vytvořil mnoho malých zařízení, které nelze tímto způsobem ovládat.
Jak bylo uvedeno v předcházejících částech, meze emisí a odolnosti v normě EMC jsou založeny na výběru úrovně kompatibility, zvolené pro příslušný jev. Pro provozovatele sítě, od kterých je požadováno plnění mezí stanovených ČSN EN 50160 ed. 3, a kteří se snaží vyhnout nesmyslným nákladům, je nezbytné, aby byly omezeny emise z instalací uživatelů sítě.
U velkých zátěží, například průmyslových instalací, jsou kromě stávajících norem dostupné i místní nebo národní síťové kodexy nebo technická pravidla, kterými se řeší připojení takových zátěží do napájecí sítě, a tedy koexistence všech zařízení a systémů, připojených k napájení ze sítě. Tyto prostředky jsou často založeny na takzvaných „úrovních plánování“, úrovních rušení, které by neměly být překročeny všemi zátěžemi, připojenými do určité oblasti napájecí sítě. Indikativní hodnoty pro některé úrovně plánování jsou stanoveny ve třech technických normách (IEC/TR 61000-3-6, IEC/TR 61000-3-7 a ČSN EN 61000-3-12 ed. 2).
U menších uživatelů sítě není správné vyhodnocovat jejich připojení do napájecí sítě, ačkoli je nezbytné zajistit, aby součet emisí z elektrických zařízení připojených do určité oblasti sítě nepřekročil hodnoty ohrožující a snižující výkon připojeného zařízení. Ačkoli rušení vyzařované jednotlivým zařízením je velmi malé, vliv agregované emise ze všech takových zařízení může být mnohem větší než úroveň rušení velkých instalací, na které se tradičně především zaměřovalo úsilí provozovatelů sítí. Ve skutečnosti jsou nyní, čistě kvůli počtu a kumulativnímu vlivu jejich souběžného provozu, tato zařízení pravděpodobně nejzávažnějším zdrojem rušení elektrických sítí. To platí zejména v případě znečištění sítí nežádoucími proudy a napětím (například harmonické a meziharmonické) na několika jiných kmitočtech, než je 50 Hz veřejného napájení.
Jediným prostředkem řízení rušení z těchto zdrojů je použití účinných emisních mezí při návrhu a konstrukci elektronického zařízení. To je nutné zejména zařízení, které využívá napájení pomocí spínaného zdroje, který získává stejnosměrný proud vyžadovaný tímto zařízením, ze střídavého napájení o kmitočtu 50 Hz z veřejné sítě.
Celkově má směrnice EMC a příslušné harmonizované normy EMC, s ohledem na kumulativní účinek zátěže, nejvyšší důležitost, pokud jde o udržení vlastností elektřiny v rámci hodnot stanovených v normě ČSN EN 50160 ed. 3, které jsou již dnes, do určité míry, mnohem vyšší, než byly dříve dosahované úrovně.

Produktové normy

Produktová norma ČSN EN 50160 ed. 3 platí pro napájecí napětí v předávacím místě.
O vztahu mezi produktovými normami zařízení a ČSN EN 50160 ed. 3 se vedla široká diskuze.
Ve skutečnosti je elektřina dodávána s určitou nejistotou výskytu jevů PQ obecně a jejich úrovněmi a trváním zvlášť. Specifikace požadavků na odolnost, zaměřená na bezpečnost a nesnížený výkon zařízení ve 100 % případů, by vedla k nepraktickému a neekonomickému zařízení. Na druhou stranu požadavek na konstrukci sítě tak, aby zajišťovala maximální možnou úroveň PQ, povede nevyhnutelně k nárůstu finančních nákladů všech uživatelů sítě proto, aby se předcházelo situacím PQ, ke kterým dochází pouze výjimečně, a navíc ovlivní zanedbatelnou část uživatelů.
V tomto velmi komplikovaném případě je nutno pro řešení nalézt kompromis mezi podílem poskytovatelů elektrických zařízení na jedné straně a podílem provozovatelů sítí na straně druhé.
Teoreticky s ohledem na úkol stanovený ČSN EN 50160 ed. 3, nemůže být specifikace jejích hodnot otázkou sesouhlasení s požadavky specifikovanými v produktových normách zařízení. V zásadě, kromě otázky bezpečnosti a povinnosti splňovat všechny požadavky, lze stanovit tyto skutečnosti.

• Při uvažování o nutnosti sesouhlasení mezi ČSN EN 50160 ed. 3 a produktovými normami zařízení je nutno zvážit úkol daný ČSN EN 50160 ed. 3 a produktovým normám zařízení.
• V porovnání s vlastnostmi v předávacích místech, a tudíž hodnotami specifikovanými ČSN EN 50160 ed. 3, se vlastnosti napětí v místech odběru poněkud liší.

ČSN EN 50160 ed. 3 poskytuje část nezbytných informací týkajících se skutečných podmínek, které může uživatel sítě očekávat nebo předpokládat, pokud jde o provoz elektrických spotřebičů, tyto spotřebiče podléhají Směrnici o nízkém napětí (LVD – Low Voltage Directive). Příloha I LVD požaduje ochranu před nebezpečím, vznikajícím v důsledku „předvídatelných podmínek“ a za „očekávaných environmentálních podmínek“.
Stejně jako normy EMC, ovlivňují produktové normy zařízení svými specifikacemi EMC částečně kvalitu elektřiny. To platí jak pro zátěže, tak pro výrobní jednotky.

ČSN EN 60038

S ohledem na rozsah platnosti, norma ČSN EN 60038 specifikuje standardní hodnoty napětí, které mají sloužit jako

• preferenční hodnoty pro jmenovité napětí elektrické napájecí soustavy,
• referenční hodnoty pro konstrukci zařízení a soustavy.

Jak je uvedeno v příslušných poznámkách,

• jsou hodnoty jmenovitého napětí (nebo nejvyšší napětí pro zařízení) specifikované v ČSN EN 60038 založeny především na historickém vývoji elektrické napájecí sítě ve světě, jelikož se tyto hodnoty ukázaly jako nejběžnější a dosáhly celosvětového uznání,
• rozsahy napětí zmíněné v ČSN EN 60038 byly shledány nejvhodnějšími jako základ pro konstrukci a zkoušení elektrických zařízení a systémů,
• nicméně je úkolem systémových a produktových norem, definovat správné zkušební hodnoty, podmínky a kritéria pro přijetí.

Jediná vazba s ČSN EN 60038 je ta, že norma ČSN EN 50160 ed. 3 stejně jako ostatní produktové normy pro zařízení používaná v NN soustavách, používá odkaz na jmenovitá napětí z ČSN EN 60038.

ČSN EN 61000-4-30 ed. 3

Zatímco se ČSN EN 50160 ed. 3 a ČSN EN 61000-4-30 ed. 3 zabývají nejzákladnějšími jevy týkajícími se PQ, jevy, kterými se zabývají normy EMC a produktové normy, pokud se týká EMC vlastností, jsou reprezentovány identickým souborem těch, kterými se ČSN EN 50160 ed. 3 zabývá obecně.
Pokud se jedná o spojité jevy, jsou metody měření jasně definovány v ČSN EN 61000-4-30 ed. 3, s výjimkou jednotlivých rychlých změn napětí a napětí signálů v síti. Pro jednotlivé rychlé změny napětí jsou dány pouze indikativní hodnoty, a to nemá vliv na platnost ČSN EN 50160 ed. 3. Pro napětí signální v síti jsou meze dány v ČSN EN 50160 ed. 3, ale prozatím jsou používány pouze výjimečně. Zatímco ČSN EN 61000-4-30 ed. 3 definuje rozdílná průměrovací okna (od 10 cyklů kmitočtu sítě až do 2 hodin), ČSN EN 50160 ed. 3 jasně definuje ve většině případů průměrovací okno na 10 minut.
Průměrovací okno a sledovací období uvedené v ČSN EN 50160 ed. 3 by měly být použity k ověření vlastností napětí v předávacích místech uživatelů sítě.
Pokud se jedná o napěťové události, jsou metody měření jasně definovány v ČSN EN 61000-4-30 ed. 3 pro poklesy napětí, zvýšení napětí a přerušení napětí, ale nikoli pro přechodná přepětí.
V ČSN EN 61000-4-30 ed. 3 byl zaveden „koncept označování“, pomocí kterého se označují získané hodnoty spojitých jevů, u kterých došlo k napěťové události během průměrovacího okna. S těmito označenými hodnotami je nutno zacházet opatrně: některé by měly být zpracovány normálně; jiné by měly být ze statistiky vyjmuty.
Zároveň by mělo být poznamenáno, že koncept označování, jak jej definuje ČSN EN 61000-4-30 ed. 3, řeší pouze označování kvůli poklesům napětí, zvýšení napětí a přerušení napětí. Zároveň ale přechodné a jednotlivé rychlé změny napětí mohou vést k hodnotám spojitých jevů, které by měly být vyjmuty ze statistických dat.