Přejít k hlavnímu obsahu

Přenosová a distribuční soustava - 1. část

Vedení velmi vysokého napětí (VVN)

Přinášíme vám sérii příspěvků o principiální funkci přenosové a distribuční soustavy. V tomto článku se dozvíte něco o historii elektrifikace a dále se budeme věnovat jedné z nejdůležitějších částí elektrizační soustavy České republiky, tj. přenosové soustavě a zejména pak distribuční soustavě 110 kV.

 

Vedení velmi vysokého napětí (VVN)

Historie elektrifikace a vývoj elektrizační soustavy v ČR

Elektrifikace ČR byla zahájena koncem devatenáctého a začátkem dvacátého století. Na počátku systematické elektrizace českých zemí paradoxně nestály požadavky průmyslu, ale požadavky zemědělství. Začaly vznikat malé elektrárny s lokálními distribučními sítěmi s různými proudovými systémy, napětími a kmitočty. Až po I. světové válce došlo k postupnému sjednocování sítí a k jejich propojování. Poptávka po elektřině rostla během války, ale především po jejím skončení. V roce 1919 byl přijat zákon o všeobecné elektrizaci. Při vzniku republiky mělo přístup k elektřině 34 % obyvatel (na Slovensku pouze 2 %), ale pouze 10 % měst a obcí.

Na území současné České republiky bylo v letech 1920 – 1930 celkem cca 20 elektrárenských společností s povinností dodávky každému, kdo o ni projeví zájem, při respektování technické proveditelnosti. Na konci 20. let byl již elektrický proud přístupný 70 procentům obyvatel. Byly postaveny první větší elektrárny. V 30. letech byly postaveny další velké elektrárny. V oblasti dnešního zásobovacího území ECD se jednalo o elektrárny Oslavany, Mydlovary a Brno-Špitálka, v rámci celé ČR pak elektrárny Třebonice, Poříčí I, Kolín a Andělská Hora u Liberce. Většina z nich již neexistuje, nebo po přestavbě slouží jako teplárny. Na konci 30. let již bylo elektrifikováno 70 % všech obcí, a k elektřině tak mělo přístup téměř 90 % obyvatel, a to i přes hlubokou celosvětovou hospodářskou krizi (1929 – 1936), která brzdila ještě rychlejší postup elektrizace zejména v chudších oblastech a na venkově. Pokračující elektrizace byla přerušena začátkem II. světové války. Padesátá léta, přes všechna dobová negativa, lze hodnotit z hlediska elektrizační soustavy jako velice úspěšná. Výkony tehdejších elektráren se díky modernizacím zvýšily dvakrát až třikrát. Byly vybudovány elektrárny sloužící do současnosti v Hodoníně, Poříčí II, Opatovicích, Tisové, Mělníku a Vltavská kaskáda – Lipno, Orlík, Štěchovice, Kamýk.

Pokračovalo budování elektrických sítí, především vedení o vyšších napětích, včetně mezinárodního propojení. Na počátku 60. let se rozběhla výstavba velkých uhelných elektráren s bloky 110 MW a posléze i výstavba prvních bloků 200 MW. Elektrizační soustava ČR začala pracovat v rámci propojení elektrizačních soustav okolních zemí. Byla zřízena společnost Československé energetické závody (ČEZ), která se na konci šedesátých let rozdělila na České a Slovenské energetické závody. V sedmdesátých letech pokračovalo budování dalších velkých uhelných elektráren s bloky 200 MW v oblasti severních Čech v blízkosti hnědouhelných dolů - Počerady, Tušimice II, ale i ve východočeských Chvaleticích, kam uhlí putovalo po Labi, a v Dětmarovicích na severní Moravě. Nejdůležitější akcí elektroenergetiky bylo v roce 1978 zahájení výstavby Jaderné elektrárny Dukovany (JEDU), kde byl první blok uveden do provozu v roce 1985.

Po sametové revoluci prodělala i česká elektroenergetika zásadní změny. Ze státního podniku České energetické závody byly vyčleněny teplárenské podniky, opravárenské, montážní a další podniky, osm distribučních společností, které dodávaly elektřinu konečným zákazníkům, a následně i ČEPS (vlastník a provozovatel přenosové soustavy ČR). Projekt Jaderné elektrárny Temelín byl přepracován a doplněn nejmodernější technologií. Zároveň bylo rozhodnuto o dostavbě pouze dvou bloků z původně plánovaných čtyř. Uhelné elektrárny byly kompletně odsířeny. Toto „vyčištění“ proběhlo v České republice nejrychleji ze všech evropských zemí. Elektrizační soustava ČR vstoupila jako první odvětví do Evropy a plně se propojila se západoevropskou soustavou. Většina energetických společností byla plně privatizována. Spotřeba elektřiny v souvislosti s transformací ekonomiky na tržní prostředí poklesla, ale na konci devadesátých let již kopírovala vývoj HDP. Cena elektřiny začala postupně odrážet skutečné náklady. Elektřinu do české sítě začal dodávat nejmodernější zdroj – Jaderná elektrárna Temelín (JETE).

Na přelomu nového tisíciletí vznikají v kontextu rozvoje evropské politiky volného obchodu v energetických odvětvích noví hráči – účastníci trhu. V rámci ČR vznikají tři dominantní distributoři elektrické energie – E.ON Distribuce, ČEZ Distribuce a PRE Distribuce. V roce 2001 vzniká Energetický regulační úřad (dále jen ERÚ). Úkolem ERÚ je dohlížet na plynulé fungování energetického trhu s elektřinou a plynem, především v oblasti regulace cen, ochrany oprávněných zájmů spotřebitelů, ale i držitelů licencí na distribuci, na přenos nebo výrobu a podporu obnovitelných zdrojů (dále jen OZE). V roce 2004 schválila vláda novou Státní energetickou koncepci, která klade důraz na využívání domácích energetických zdrojů, rozvoj jaderné energetiky a podporu obnovitelných zdrojů. Trh s elektřinou je plně otevřen. Konec dekády je také charakterizován poklesem spotřeby elektřiny v ČR a dynamickým nástupem výstavby obnovitelných zdrojů především z dnešního pohledu neřízeným a zcela bezprecedentním rozvojem výstavby podporovaných obnovitelných zdrojů. Současnou a blízkou budoucnost elektroenergetiky lze charakterizovat jako nástup decentralizace výroby, nástup bezemisních technologií, stagnace zatížení, nástup vyššího stupně automatizace elektrických sítí (Smart sítě) a chytrého měření (AMM). Tolik stručně k vývoji elektrizační soustavy ČR.

S budováním významných velkých zdrojů elektrické energie od začátku 30. let minulého století úzce souvisel také rozvoj přenosové a distribučních soustavy. Tento stav vedl k výstavbě robustní, spolehlivé a nadčasové soustavy a vedl k tomu, že budování páteřní přenosové soustavy bylo prakticky dokončeno a stabilizováno v 80. letech minulého století. V současné době řeší provozovatelé ES především problémy související se zajištěním bezpečnosti, spolehlivosti a úkoly související s decentralizací výroby.                                              

Jak dnes principiálně funguje přenosová a distribuční soustava?

Elektrická přenosová soustava je systém zařízení sloužící k přenosu elektrických výkonů (elektrické energie) na velké vzdálenosti. Zajišťuje propojení elektrizační soustavy se sousedními soustavami států Evropské unie a dále slouží pro vyvedení výkonů z velkých systémových výroben k velkým systémovým rozvodnám a významným odběratelům.

Přenosová soustava (PS), která je v České republice provozována společností ČEPS, se skládá ze dvou hlavních částí, rozvoden a venkovních vedení velmi vysokého napětí (VVN), jež tyto rozvodny spojují. Vedení VVN jsou provozována především na dvou napěťových úrovních, a sice 400 kV a 220 kV. Délky vedení na území ČR jsou následující: 400 kV– cca 3 600 km
a 220 kV – 1 900 km. K těmto dvěma napěťovým hladinám je připojeno celkem 41 transformoven, které transformují velmi vysoké napětí 400 a 220 kV na úroveň 110 kV. Na této napěťové úrovni je elektřina distribuována do center odběrů prostřednictvím distribučních soustav (DS) jednotlivých provozovatelů DS.

Distribuční soustava (DS) slouží k distribuci (elektrické energie) ke koncovým zákazníkům / odběratelům. V České republice je tvořena sítěmi velmi vysokého napětí 110 kV, sítěmi na napěťových úrovních vysokého napětí (35 – 22 – 10 – 6 kV) a nízkého napětí 400/230 V. Distribuční soustava přenáší výkon na kratší vzdálenosti ke konečným odběratelům a jsou do ní připojeny elektrárny nižších výkonů. V některých případech, zejména DS velmi vysokého napětí, zajišťuje přeshraniční propojení, které však slouží pouze pro napájení vydělených oblastí.

Hlavním rozdílem mezi distribuční a přenosovou soustavou je kromě velikosti napětí velikost jednotlivých prvků sítí, ale také zapojení a způsob provozu sítí přenosové soustavy. V přenosové soustavě jsou až na provozní výjimky všechna vedení a transformátory mezi hladinami 400 a 220 kV propojeny, tzn. jedná se o propojenou síť připomínající pavučinu, ve které lze kterýkoliv prvek této sítě v případě poruchy okamžitě nahradit jiným. Při poruše jednoho či více vedení a transformátorů převezmou jejich zátěž ostatní prvky, které zůstaly v provozu.  Tomuto systému zálohy se odborně říká bezpečnostní kritérium N-1. Tímto způsobem jsou navrhovány a provozovány rovněž distribuční sítě na napěťové úrovni 110 kV.

Distribuční soustava 110 kV E.ON Distribuce, a.s., je charakterizována těmito technickými parametry:
  • délka trasy venkovních vedení je cca 2 384 km,
  • délka kabelového vedení 110 kV cca 11 km,
  • distribuční soustavu 110 kV dále tvoří
  • 82 transformoven 110/22 kV.

 

Distribuční sítě 110 kV jsou převážně budovány jako venkovní vedení. Nosnými prvky jsou mřížové stožáry ukotvené v betonových základech. Tyto stožáry nesou hliníkové vodiče s ocelovou duší s průřezem vodiče 185 mm2, popřípadě 240 mm2 (výjimku tvoří průřezy 450 – 670 mm2). Tyto vodiče jsou od ocelových konstrukcí odděleny porcelánovými izolátory a přenesou výkon cca 80 –100 MW, což je výkon, který odpovídá spotřebě cca 8 – 10 tis. rodinných domů. Tato venkovní vedení 110 kV jsou provozována převážně jako okružní, připomínající jak již bylo uvedeno pavučinu, která splňuje spolehlivostní kritérium N-1.

Venkovní vedení 110 kV

Venkovní vedení je tvořeno tzv. příhradovými stožáry. Na vrcholku stožáru je umístěno tzv. kombinované zemní lano (dále jen KZL), které primárně plní ochrannou funkci – chrání vedení proti zásahu bleskem, je to takový hromosvod venkovních vedení. Uvnitř tohoto lana vedou optická vlákna, která jsou využívána jako jeden z nejspolehlivějších a nejbezpečnějších prvků zajišťujících nezbytný přenos informací, komunikaci mezi rozvodnami a dispečinkem.

Kabelová vedení 110 kV

Zcela výjimečně využívanou technologií pro distribuci elektrické energie na napěťové úrovni
110 kV je technologie kabelových vedení 110 kV. Tato technologie je využívána pouze v případech propojení rozvoden 110 kV ve velkých městech (Praha, Brno). V současné době připravujeme realizaci investičního záměru připojení nové transformační stanice 110/22 kV v lokalitě České Budějovice-střed.

Základní charakteristikou těchto vedení je možnost přenosů větších výkonů, větší průchodnost terénem, zejména v zastavěném území, jelikož je vedení uloženo pod zemí, což je laickou veřejností vnímáno kladně. Tyto kladné rysy jsou na druhé straně vyváženy několikanásobnou investiční náročností použité technologie ve srovnání s venkovním vedením a dalšími technickými problémy v případě instalace této technologie ve volném terénu a při přímém styku s venkovním vedením 110 kV.

Vyhřívání

Zcela unikátním technickým řešením, které je využíváno v rámci ČR pouze na distribučním území naší společnosti, je tzv. vyhřívání vodičů venkovních vedení 110kV. Uvedená technologie se využívá v době nepříznivých klimatických podmínek, kdy se teplota okolí pohybuje kolem nuly a díky vysoké vzdušné vlhkosti, popř. dešti, dochází na venkovním vodiči k růstu námrazy nebo ledovky, která svoji hmotností může způsobit zvětšení průhybů vodičů k zemi, popřípadě k jejich přetržení a v krajním případě i deformaci samotného stožáru. Prakticky existují dvě možnosti, jak se těmto nepříznivým klimatickým jevům bránit.

1. Mechanické odstranění vznikající námrazy – oklepáním
-tato metoda je zcela neefektivní a fyzicky náročná pro provádějící techniky.

2. Vyhřívání vodičů
-využití jednoho ze základních zákonů elektrotechniky, tj. vznik tepla při průchodu elektřiny vodičem
Tento velice efektivní a zcela progresivní způsob předcházení poruchovým stavům jako první zavedli naši kolegové z dispečinku VVN v 70. letech minulého století. Podstatou je znalost distribučního území a vytipování příslušných vedení 110 kV, na kterých může námraza vznikat. Tato vedení se upraví technicky tak, aby na jednom konci mohlo být vedení zkratováno a z druhé strany připojeno na napěťovou hladinu  VN. Díky této konfiguraci dochází ke zkratu, kdy daným vedením začne protékat několikanásobně vyšší (zkratový) proud, než je jmenovitý, který vyvine právě tolik tepla, aby námraza samovolně odpadla a zároveň nedošlo k poškození venkovního vedení. Tímto na první pohled jednoduchým technickým opatřením jsou eliminovány v maximální míře možné důsledky kalamitních stavů v období, kdy většina republiky „zápasí“ s ledovkou nebo námrazou.

Problémy v PS a DS mohou být jednou z hlavních příčin rozsáhlých výpadků dodávek elektrické energie. Důvodem může být například poškození důležitých venkovních vedení působením nepříznivých přírodních podmínek, jako je námraza, silný vítr, v nejhorším případě kombinace těchto nepříznivých jevů, ale i celkové přetížení soustavy. Obě tyto soustavy proto musí být vybaveny prvky zajišťujícími odpojení předem definovaných částí odběratelů nebo výrobců v případě, že by hrozil celkový rozpad sítě vlivem jejího přetížení. Pokud by se tak nestalo, existovala by reálná možnost tzv. kaskádového šíření poruchy, kdy odpojením přetíženého vedení vzroste přetížení zbytku sítě a jsou postupně odpojovány další a další prvky sítě. Poslední stádium by byl rozpad celé přenosové soustavy (nebo DS), kterému se také říká „blackout“.

 

Další část si můžete přečíst v článku Transformovny.

Příklad použití stožárů „SEDLÁK, SOUDEK“ venkovního vedení 2 x 110 kV (1 x 110 kV)
Příklad použití stožárů „SEDLÁK, SOUDEK“ venkovního vedení 2 x 110 kV (1 x 110 kV)

 

Příklad použití typu „Ohraňovaný stožár“ venkovního vedení 2 x 110 kV
Příklad použití typu „Ohraňovaný stožár“ venkovního vedení 2 x 110 kV

 

Příklad použití typu „Ohraňovaný stožár“ venkovního vedení 2 x 110 kV
Příklad použití typu „Ohraňovaný stožár“ venkovního vedení 2 x 110 kV

 

Vizuální porovnání stožárů venkovního vedení 2 x 110 kV „Ohraňovaný stožár“ vers. „SOUDEK“
Vizuální porovnání stožárů venkovního vedení 2 x 110 kV „Ohraňovaný stožár“ vers. „SOUDEK“ 

 

Uložení kabelového vedení 110 kV v Brně
Uložení kabelového vedení 110 kV v terénu (Brno)

 

Uložení kabelového vedení 110 kV v Brně
Uložení kabelového vedení 110 kV v primárním kolektoru (Brno)

 

Námraza na stožáru typu „SEDLÁK“ venkovního vedení 1 x 110 kV
Námraza na stožáru typu „SEDLÁK“ venkovního vedení 1 x 110 kV

 

Námraza na stožáru typu „SOUDEK“ venkovního vedení 2 x 110 kV
Námraza na stožáru typu „SOUDEK“ venkovního vedení 2 x 110 kV