Ve výzkumném centru RICE vyvinuli inovativní systém pro kompenzaci zemních poruch

Padlý strom, dotyk větve a další podobné situace, k nimž často dochází v distribuční síti vysokého napětí, vedou k nebezpečným jevům, jakými jsou přepětí nebo krokové napětí, která ohrožují lidi i hospodářská zvířata pohybující se v blízkosti stožárů elektrického vedení.

Tým vědců z výzkumného centra RICE Fakulty elektrotechnické (FEL) Západočeské univerzity v Plzni (ZČU) vyvinul zcela nový systém, který na rozdíl od dosud používaných prostředků dokáže nebezpečné jevy úplně eliminovat a řeší i další problémy. Řešení chrání dva evropské patenty. Prototyp zařízení, které může výrazně zvýšit bezpečnost a spolehlivost dodávky elektrické energie, odborníci v současné době testují v podmínkách reálné distribuční sítě.

„Kompenzace zemních poruch je klíčová součást chránění distribučních sítí vysokého napětí a její rozvoj vyžaduje nasazení nejnovějších technologií. Náš systém tvoří aktivní zdroj, kterým můžeme generovat jakýkoliv potřebný proud, což je základním předpokladem efektivní kompenzace vzniklé poruchy,“ popisuje doc. Tomáš Komrska z výzkumného centra RICE Fakulty elektrotechnické ZČU. Připomíná, že distribuční sítě vysokého napětí tvoří jednu z posledních částí distribuční soustavy. Stožáry vedení jsou často v dosahu lesních porostů a současně oblíbenou zastávkou ptactva. Dotyk větve, pád stromu nebo i dotyk ptačích křídel, při němž dojde k propojení vodiče proudu se stožárem, jsou tak nejčastějšími příčinami zemních spojení a jimi způsobených poruch. V naprosté většině případů se jedná o události kratší než několik vteřin, které koncový spotřebitel ani nezaznamená. Může se ale jednat i o poruchy trvalejšího charakteru, při nichž dojde k přerušení dodávky proudu.

„V současnosti se poruchový stav kompenzuje pasivními prostředky, nejčastěji takzvanou zhášecí tlumivkou neboli Petersenovou cívkou fungující na principu známém více než sto let,“ vysvětluje vedoucí projektu a děkan Fakulty elektrotechnické prof. Zdeněk Peroutka „U těchto ochran je sice dominantní část poruchového proudu vcelku spolehlivě kompenzována, ale vždy zde zůstává nezanedbatelný zbytkový proud. Při využití tlumivek tak může dojít k nehodám, jakým byl např. úhyn telat na Benešovsku v roce 2017, nebo v důsledku stále většího sucha hrozí i vypuknutí požáru, což intenzivně řeší např. australská vláda formou vládních programů,“ dodává.

Systém z RICE nabízí zcela nové možnosti, což má velké dopady na kvalitu kompenzace. „Na rozdíl od tlumivky dokážeme poruchu vykompenzovat úplně, takže místem zemního spojení neprochází žádný proud, a navíc jsme schopni zásahem předcházet opakovanému zapalování problematického oblouku, tedy situaci, kdy zemní porucha neustále vzniká a zaniká a kdy je riziko vzniku požáru enormní,“ uvádí výhody systému doc. Jakub Talla. Mezi další klady patří, že systém síť symetrizuje, předchází nepříznivým rezonančním dějům doprovázeným problematickými chvilkovými přepětími, brání vzniku nebezpečného dotykového a krokového napětí a eliminuje časově náročný proces ladění zhášecích tlumivek. Zařízení přitom může pracovat paralelně se zhášecí tlumivkou a zvyšovat efektivitu kompenzace, může ale fungovat i zcela samostatně.

Projekt je tak velkým krokem ke zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti dodávky elektrické energie, což je jedna z národních priorit aplikovaného výzkumu.

Zařízení kompletně vyvinul přibližně patnáctičlenný tým odborníků výzkumného centra RICE, vedený děkanem Fakulty elektrotechnické prof. Zdeňkem Peroutkou, a to od samotného principu přes prototyp malého výkonu k současnému pilotnímu prototypu o výkonu 1,35 MVA. Ten byl v září 2019 ve spolupráci s ČEZ Distribuce nasazen do pilotního provozu na rozvodně 110/22 kV na severním Plzeňsku a již dva roky úspěšně kompenzuje tamní distribuční síť vysokého napětí. Vývoj trval od roku 2008 a byl finančně podpořen Technologickou agenturou ČR, jmenovitě programy Alfa, Gama a Národním centrem pro energetiku. Unikátní systém má výzkumné centrum RICE chráněno dvěma evropskými patenty. Nyní se pilotní provoz vyhodnocuje a současně se technologie rozšiřuje o náročný odhad místa poruchy. Zařízení pro kompenzaci získalo ocenění Zlatý Amper na výstavě AMPER 2022.