Zapezpečení nepřetržité dodávky elektrické energie

Dokázali byste si vzpomenout na své první „setkání“ s přerušením dodávky elektrické energie? Už je to dávno, co jsem jako čerstvý absolvent elektrotechnické průmyslovky vařil své oblíbené knedlíky z prášku a zhruba v polovině doby, předepsané v návodu na pytlíku pro pobyt knedlíků ve varu, naše plně elektrifikovaná domácnost „zhasla“. Maje na paměti zásady, které nám učitelé po čtyři roky vštěpovali do hlavy, zkontroloval jsem stav pojistek v bytě i v rozvaděči na chodbě. Pohled z okna do temné ulice mne pak ujistil o tom, že tuto situaci nezvládnu.

Moje další reakce byla typicky elektrikářská. Opustil jsem chladnoucí sporák, nechal knedlíky svému osudu a čekal, až „někdo“ závadu odstraní. Organické procesy, které ve zpola vykynutém knedlíkovém těstu dále nekontrolovaně probíhaly, mne nezajímaly (elektrikář jim přece nerozumí) – zůstával však problém, co bude k večeři.

Situaci tenkrát zachránila maminka: přinesla z komory přenosný plynový vařič a přípravu knedlíků dokončila. Na můj dotaz, podle jakého algoritmu stanovila dobu, po kterou se mají knedlíky ještě vařit, když se posledních 15 minut nacházely v teplotě nižší než bod varu, jen mávla rukou a prohodila cosi o chlapech ...

Výpadky elektrického proudu mohou ale přinést podstatně dramatičtější příhody. Technologická úroveň elektroinstalace budov a objektů zaznamenala v souvislostí s uplatněním výpočetní techniky, systémů automatického řízení a systémů pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti provozu posun na zcela nový kvalitativní stupeň. Běžnými se stávají termíny jako „inteligentní budova“, „facility management“, „dostupnost“ a další. Naprostá většina technických zařízení, kterými jsou moderní budovy dnes vybavovány, je životně závislá na kvalitní dodávce elektrické energie. A tak jako nám tato technická zařízení umožňují zabezpečit provoz nemocnice nebo hasičského dispečinku na vysoké úrovni, v případě výpadku dodávky elektrické energie může výpadek funkce těchto pracovišť způsobit značné škody. Ohroženo je zdraví, někdy i životy obyvatel. Větší, plošný výpadek elektrické energie může mít dopad na ekonomickou či společenskou stabilitu, obranyschopnost a bezpečnost státu a na fungování státu jako územně společenské komunity.

Existují studie, které barvitě líčí, jaké škody vzniknou při jednodenním plošném výpadku, jaké při týdenním a jaké při měsíčním. První den Vám bude vadit, že nejde televize. Po týdnu si nebudete vědět rady s přerušením dodávky vody. A hlavně bude stále tma. Není účelem tohoto článku připravovat čtenáře na katastrofu – skutečností ale je, že nejdelší popsaný výpadek proudu v dějinách -Auckland s jedním milionem obyvatel byl v roce 1998 bez proudu 6 týdnů - toto novozélandské město paralyzoval takovým způsobem, že se z něj dodnes nevzpamatovalo.

Bezpečnostní Rada ČR určila v roce 2002 tzv. Národní kritické infrastruktury, mezi které patří:

• Energetický systém státu
• Systém dodávky vody
• Systém odpadového hospodářství
• Dopravní síť
• Komunikační a informační systémy
• Bankovní a finanční sektor
• Složky Integrovaného Záchranného Systému (policie, zdravotnictví, Hasičský Záchranný Sbor a další)
• Státní správa
• Veřejné služby (zásobování potravinami, sociální služby atd.)

Všechny tyto oblasti mají společného jmenovatele: dodávku elektrické energie. A hned dodejme: dodávku kvalitní elektrické energie. A tato vazba se skutečně chová matematicky: je-li jmenovatel zlomku roven nule, neexistuje řešení, systém je nestabilní.

Agentura Ernst+Young ve spolupráci s Národním bezpečnostním úřadem a časopisem Data Security Management pravidelně provádějí rizikové analýzy u vybraných firem z oboru IT a telekomunikací s cílem zjistit nejčastější příčiny krizových stavů. Grafy na obr. 1 a 2 ukazují, že výpadky napájení jsou druhou nejčastější příčinou krizového stavu, a způsobují nějvětší škody.

Příčiny krizových situací u vybraných firem   Důsledky bezp. incidentů u vybraných firem

Pod pojmem „kvalita dodávky elektrické energie“ si většinou představíme nepřerušenou dodávku elektrické energie o předepsaných parametrech do objektu, nebo přijetí takových opatření, které zabrání přerušení provozu při výpadku. Řešení je možné ve třech rovinách:

1. Zpracování jednoduché analýzy (strukturování) spotřebičů v objektu a určení, které z nich jsou pro provoz nezbytné. Ty pak zálohovat pomocí lokálních zdrojů UPS
2. Zpracování podrobného strukturování spotřebičů v objektu a jejich rozdělení do skupin:

• běžné obvody napájejí spotřebiče, jejich výpadek funkce neohrozí bezpečnost osob ani základní technologické funkce objektu
• důležité obvody napájejí spotřebiče, u kterých lze připustit přerušení dodávky elektrické energie na krátkou dobu (do 10-30 sekund). Mezi takové spotřebiče patří většina technologií v budově: výtahy, osvětlení, klimatizace atd.
• velmi důležité obvody se týkají spotřebičů, u nichž by i velmi krátký výpadek proudu způsobil funkční kolaps, případně další škody. To jsou prakticky veškerá zařízení výpočetní techniky a technologie, kde by zastavení procesu znamenalo nevratné změny v produkčním cyklu
• zcela zvláštní skupinu tvoří pak spotřebiče mimořádného významu, které musí mít dlouhodobě napájení zabezpečeno i proti poruchám, vzniklým uvnitř objektu, včetně jejich bezprostředního okolí. Takovým místem je např. centrální server, řídicí obvody EZS a EPS, operační sály, centrální dispečink, pult centrální ochrany budov, technologické počítače ve výrobě atd. Patří sem ale také klimatizační jednotka v prostoru, kde je centrální zdroj UPS v objektu a další. Napájení těchto spotřebičů je řešeno lokálními, obvykle jednofázovými zdroji UPS, umístěnými bezprostředně u spotřebiče.

Každá z těchto skupin má napájení elektrickou energií zajištěno jiným způsobem. Strukturální analýza spotřebičů je velmi důležitým prvkem při projektu instalace budovy. Rozdělení spotřebičů do skupin je totiž vstupním údajem pro návrh kabeláže v budově. Čím „košatější“ bude spolehlivostní analýza spotřebičů, případně prostor v objektu, tím složitější bude elektrická instalace. Chyba projektanta (nebo změna v zadání, což je bohužel častější) pak může znamenat vysoké dodatečné náklady při realizaci.

V řadě případů vede strukturální analýza spotřebičů k závěru, že vše, co je v budově, je „důležité“. Pak je budova vybavena záložním zdrojem o výkonu respektujícím celkovou energetickou spotřebu budovy. Vyšší výkon takového zdroje je sice handicapován vyšší
cenou, která je ale kompenzována jednodušší kabeláží a menším počtem spínacích, spojovacích a jistících prvků v rozvaděčích.

Dříve, než si jednotlivé způsoby zálohování probereme podrobněji, zastavme se krátce u (byť nepříliš dlouhé) historie oboru záložního napájení.

K masivnímu rozvoji oboru došlo na přelomu 80. a 90. let minulého století. Tento rozvoj byl podmíněn jednak pokročilou technologií výroby záložních zdrojů UPS (snížení cen výkonových polovodičových prvků, mikroprocesorové řízení) a mohutným nástupem výpočetní techniky do všech oborů lidské činnosti. Proto byli prvními uživateli záložních zdrojů provozovatelé počítačových systémů. Ti si jako reprezentanta oboru záložního napájení zvolili zdroj UPS, a to nejen proto, že je umístěn v podobné skříni, jako tehdejší sálové počítače. Zdroj UPS poskytuje přesně tu službu, kterou operátoři počítačových center potřebují: umožňuje krátkodobé nepřerušené napájení počítačových systémů na dobu, kdy operátor stačí ukončit probíhající úlohy, uložit data, zavřít Windows či jiný operační systém, počítač korektním způsobem vypnout a v klidu čekat, až se dodávka elektřiny obnoví. Zdroj UPS se chová jako součást počítačové sítě – může komunikovat po interní síti, vydávat a přijímat pokyny, má svou IP adresu atd.

Dnes je situace jiná. Uživatelé preferují (v duchu zásady „budu se starat jen o to, co souvisí s mým předmětem podnikání“) dlouhodobou záruku dodávky elektrické energie, často formou outsorcingu. Často je zabezpečená dodávka elektrické energie spojena s chlazením, výrobou a distribucí technických plynů, protipožárním zabezpečením a dalšími technologiemi. Pro již zmíněné objekty kritické infrastruktury je prioritní dlouhodobá garance dodávky elektrické energie. Tuto garanci poskytuje energocentrum.

Blokové schéma energocentra

Energocentrum je kombinace krátkodobého a dlouhodobého záložního zdroje elektrické energie doplněná příslušnými rozvaděči, kabeláží, komunikačním příslušenstvím a dalšími prvky. Energocentrum podle obr. lze instalovat ve vhodném prostoru (strojovně, rozvodně či jiné technologické místnosti), rozdělit jej do několika částí (dieselagregát do strojovny nebo mimo budovu, zdroj UPS do zvláštní klimatizované místnosti) nebo jej integrovat do kontejneru. Získáme tím kompaktní zařízení, které z hlediska uživatele má jen tři připojovací body: vstup ze sítě, plnící hrdlo palivové nádrže a výstup pro zálohovaný objekt. Technické a ekonomické parametry jsou udávány pro zařízení jako celek. Pro uživatele nejsou podstatné podrobné technické parametry jednotlivých částí, jako tomu dosud bylo u obdobných zařízení. Zajímají jej pouze připojovací body, garance dostupnosti napětí pro kritickou zátěž a ekonomické aspekty provozu.

Ing. Karel Kuchta

Více informací z oblasti naleznete zde ...