Elektrické přepětí vážně ohrožuje všechna elektrická zařízení včetně domácích spotřebičů. Problém je v tom, že vzhledem k povaze tohoto efektu nelze zcela vyloučit jeho projev. V tomto ohledu bylo vyvinuto několik řešení pro ochranu elektrických zařízení, aby se minimalizovaly negativní účinky zvýšeného napětí. Další informace k tomuto tématu jsou uvedeny níže.
Obsah
- Co je to přepětí sítě a jaké je jeho nebezpečí?
- Druhy a klasifikace přepětí v síti
- Grozovoe
- Technogenní
- Přepínání
- elektrostatický
- Puls
- Kvazistacionární
- Hlavní důvody
- Zařízení ochrany proti přepětí v síti
- Nepřímý dopad
- Průmyslová přepětí
Co je to přepětí sítě a jaké je jeho nebezpečí?
Tento termín znamená zvýšení napětí v elektrických sítích nebo vedení nad stanovenou normu. Je omezena na 5,0 % a 10,0 % (přípustná a maximální přípustná odchylka). Podrobnější definici tohoto vlivu uvádí GOST 13109 91, který popisuje normy, které musí kvalita elektřiny splňovat. Regulační dokument popisuje dvě možnosti projevu vysokého napětíJsem:
- Pulzní přepětí. Projevuje se jako prudké zvýšení amplitudy napětí, po kterém je pozorován pokles na původní nebo blízko ní úroveň (viz A na obr. 1). Doba trvání pulsu je kratší než 10,0 milisekund.
- Účinek dočasného přepětí. V tomto případě je po dobu delší než 10,0 ms pozorován přebytek o více než 10,0 % nominální hodnoty (viz B na obr. 1).
Přepětí jsou nebezpečná, protože mohou nejen poškodit zařízení připojená k síti, ale také zničit izolaci elektrického zařízení. V druhém případě vzniká ohrožení lidského života a zvyšuje se riziko mimořádné situace. Poškození izolace elektroinstalace způsobuje poměrně často požáry.
Požár způsobený přepětím
V tomto ohledu se při výběru izolace musíte řídit příslušnými normami, podrobné informace o tom naleznete na stránkách našeho webu.
Druhy a klasifikace přepětí v síti
V závislosti na faktorech, které způsobily zvýšení úrovně napětí, se odchylky obvykle dělí na následující typy přepětí:
- Vnější přepětí, to znamená ta, která vznikla v důsledku cizího vlivu na elektrizační soustavu. Mohou to být přírodní a člověkem způsobené faktory. Příkladem přirozeného dopadu je atmosférický jev, jako jsou blesky nebo magnetické bouře. Příkladem umělého činitele je zkrat s trolejovým vedením tramvaje nebo trolejbusu nebo jiným cizím zdrojem proudu.
- Přepětí způsobená vnitřními procesy v elektrizační soustavě. Patří mezi ně nehody, přepínání, náhlé odpojení zátěže atd.
Zvažme odděleně různé typy vnějších a vnitřních přepětí, počínaje prvním.
Grozovoe
Tento typ přepětí je způsoben výboji blesku dopadajícími na elektrické vedení. V důsledku toho jsou pozorovány náhlé napěťové rázy ve vedení a norma může být překročena o řád nebo více. Doba trvání bleskových pulzů se zřídka blíží 10,0 ms. I přes tak krátkou dobu je velikost elektrického výboje tak vysoká, že selže elektrická zařízení připojená k síti, bez ohledu na úroveň izolace.
Přijímač shořel vlivem pulzních proudů
Tento typ zahrnuje i indukovaná přepětí, ke kterým dochází při úderu blesku do země v blízkosti elektrického vedení. To způsobuje prudké zvýšení intenzity elektromagnetických polí a v důsledku toho tvorbu pulzních proudů.
Technogenní
Ve většině případů je tento faktor spojen se zkratem mezi externím zdrojem elektřiny a nadzemním vedením. Typickým příkladem takové havárie je přerušení troleje městské elektrické dopravy a její následný kontakt s venkovním vedením, které napájí obytné budovy nebo jiná zařízení. Důsledkem toho bude výpadek elektrického zařízení připojeného k síti, kde k nehodě došlo.
Existují další faktory způsobené člověkem, jako je EMP způsobené jaderným výbuchem.
Nyní přejdeme ke stručnému popisu vnitřních typů přepětí.
Přepínání
Tento termín označuje přechodné procesy způsobené náhlými změnami v provozních režimech energetického systému. Tento efekt může způsobit vypnutí spínacích zařízení, zvýšení indukční zátěže atd. Hlavní důvody budou diskutovány samostatně.
Tento typ odchylky se vyznačuje vysokou frekvencí napěťových pulzů, amplitudu lze měřit v kilovoltech. Charakter procesů je ovlivněn jak parametry elektrické sítě, tak provozní rychlostí spínacího zařízení.
elektrostatický
Vyskytuje se v důsledku hromadění elektrostatiky v suchém prostředí. Tento proces vede ke vzniku silného elektrostatického pole, jehož výbojem se krátkodobě zvýší síťové napětí. Projev tohoto efektu není možné předvídat.
Puls
Kromě výbojů blesku a spínacích procesů mohou být napěťové rázy způsobeny elektromagnetickým rušením a také dalšími důvody souvisejícími s kvazistacionárními.
Kvazistacionární
Doba trvání tohoto typu odchylky se může lišit od několika milisekund do hodiny nebo více, záleží na příčinách, které způsobily přepětí. Tento typ přepětí může být: rezonanční, parametrické, režimové a ferorezonanční. Stručný popis těchto podtypů a také příčin, které je způsobují, budou uvedeny v další části.
Hlavní důvody
Protože vnější faktory vlivu již byly zváženy, přejděme okamžitě k vnitřním důvodům, které způsobují zvýšení napětí, počínaje v pořadí. Přepínací faktory:
- Náhlé odpojení zátěže při spuštění ochranných zařízení, např. vzduchových jističů, vytváří silné rušení, zejména při nouzovém odstavení elektrického vedení.
- Spínání kondenzátorových jednotek.
- Vypínání výkonných elektrických strojů a výkonových transformátorů (způsobuje dopad indukčních proudů na vedení).
- Přepínání linek.
Příklad typické odchylky spínacího napětí je v grafu níže vyznačen modře.
Typické spínací přepětí
Kvazistacionární odchylky mohou být způsobeny následujícími faktory:
- Režim, tyto zahrnují:
- asymetrický zkrat k zemi v síti s izolovaným neutrálem;
- obloukové poruchy ve vedení s napětím 6,0-35,0 kV (přepětí oblouku);
- zrychlení generátorového soustrojí v důsledku náhlého odlehčení zátěže;
- nesprávné fázování instalací transformátorů;
- jiné nepříznivé kombinace EMF v elektrické síti.
- Rezonanční přepětí. Vznikají, když se frekvence vynuceného EMF a samostatného úseku sítě blíží koincidenci. Pokud k tomu dojde, “kapacitní efekt” bude mít za následek přepětí.
V případě, že linka pracuje v režimu otevřené fáze a je k ní připojen transformátor s uzemněným neutrálem, je vysoká pravděpodobnost vzniku rezonančního obvodu. Interakce nastane mezi indukčností instalace transformátoru a mezifázovou kapacitou a také způsobí vysoký činitel přepětí.
- Ferorezonanční přepětí. Tento typ odchylky lze pozorovat při vytváření rezonančního oscilačního obvodu, který splňuje následující podmínky:
- frekvence je blízká 50,0 Hz;
- vyskytují se nižší a vyšší harmonické;
- indukční součástka má nasycený magnetický obvod.
V provozním režimu systému s otevřenou fází je možný účinek ferorezonance v obvodech, kde je indukčnost tvořená transformátory zapojenými do série.
Zařízení ochrany proti přepětí v síti
Organizace ochrany elektrických sítí bytových domů před vlivem vnějších faktorů, přírodních i umělých, je svěřena společnostem poskytujícím služby dodávky elektřiny. Ochrana před bleskem, stejně jako další ochranná zařízení, jsou součástí povinné výbavy rozvoden jakékoli úrovně.
Zcela jinak je tomu v případech, kdy jsou soukromé domy napájeny nadzemním vedením. V takové situaci musíte sami zorganizovat ochranu před velkými vnějšími proudy vznikajícími při výbojích blesku. K tomuto účelu se používají speciální zařízení – tlumiče přepětí. Schéma jejich zapojení je uvedeno níže.
Příklad zapojení svodiče
Vezměte prosím na vědomí, že svodiče přepětí byly vytvořeny pro ochranu před spínacími a bleskovými impulsy, nejsou schopny zajistit ochranu před jinými negativními faktory, které způsobují zvýšení fázového napětí.
K omezení vlivu spínacích a kvazistacionárních procesů bude zapotřebí komplexní ochrana. Může být organizován na základě napěťového relé a stabilizátoru pro celý dům. Relé musí odpovídat celkovému výkonu zátěže a musí být instalováno na vstupu. Rozsah odezvy (spodní a horní limit) lze nastavit nezávisle s ohledem na vlastnosti linky.
Napěťové relé v elektrickém panelu
Když vstupní napětí překročí nastavenou prahovou hodnotu, relé sepne a vypne napájení, po normalizaci situace bude opět připojena domácí síť.
Chcete-li odstranit rušení a obnovit přijatelnou kvalitu elektřiny, měli byste nainstalovat stabilizátor napětí pro celý dům nebo byt. Při výběru zařízení je nutné vzít v úvahu maximální celkový výkon zátěže. Pokud má dům zařízení, u kterých není kvalita napětí kritická (kotel, elektrická pec atd.), lze je připojit s obcházením stabilizátoru.
Existují 4 hlavní příčiny přepětí:
- Blesk
- Průmyslová a spínací přepětí
- Elektrostatický výboj (ESD)
- Elektromagnetický impuls jaderného výbuchu (NEMP)
Přepětí se liší amplitudou, trváním a frekvencí. Bleskové výboje a průmyslová přepětí existují již dlouhou dobu, rušení ESD a NEMP je specifické a je výsledkem moderního technologického pokroku (masivní použití polovodičů v prvním případě a termonukleárních zbraní ve druhém).
Nepřímý dopad
Existují 3 typy nepřímého elektrického vlivu:
Dopad na nadzemní vedení Takové čáry jsou velmi zranitelné a mohou být přímo zasaženy bleskem. V důsledku toho dojde nejprve k částečnému nebo úplnému zničení vodičů, poté vznikne silné pulzní přepětí, které přirozeně projde vodiči do zařízení připojeného k vedení. Stupeň zničení závisí na vzdálenosti mezi místem zásahu blesku a zařízením.
Zvyšování potenciálu Země Úder blesku do země způsobí zvýšení zemního potenciálu, který se mění v závislosti na intenzitě proudu a místním odporu země. Ve stavbě s více uzemněním (například spojení mezi budovami) vytvoří úder blesku velmi velký potenciálový rozdíl a zařízení připojená k postiženým sítím budou zničena nebo vážně poškozena.
Elektromagnetický vliv Blesk lze považovat za několik kilometrů vysokou anténu, kterou protéká pulzní proud o velikosti několika desítek kiloampérů vyzařující intenzivní elektromagnetická pole (několik kV/m na vzdálenost větší než 1 km). Tato pole indukují vysoká napětí a proudy ve vedení v blízkosti nebo na zařízení. Hodnoty závisí na vzdálenosti, místě úderu blesku a vlastnostech vedení.
Průmyslová přepětí
Tento termín zahrnuje jevy způsobené zapnutím nebo vypnutím elektrického napájení.
Průmyslové přepětí může být způsobeno:
- Spouštění elektromotorů nebo transformátorů
- Zapnutí neonové nebo sodíkové výbojky
- Zapínání napájecích sítí
- “skokové” zapnutí v indukční síti
- provoz pojistek a jističů
- padající elektrické vedení.
Tyto jevy způsobují náhlé přepětí několika kV s dobou náběhu v řádu mikrosekund, které naruší provoz zařízení v síti, ke které je zdroj rušení připojen.
Elektrostatické rázy (ESD) Z elektrického hlediska je člověk kondenzátor s kapacitou 100 až 300 pikofaradů. Dokáže nabít až 15 kV tím, že chodí po koberci, poté se dotkne vodivého předmětu a během několika nanosekund se vybije, přičemž vytvoří proud přibližně deset ampérů. Všechny integrované obvody (CMOS atd.) jsou vůči tomuto typu rušení poměrně zranitelné, což je obvykle eliminováno stíněním a uzemněním.
Jevy NEMP (nukleární elektromagnetický impuls). Jaderný výbuch ve vysoké nadmořské výšce mimo atmosféru vytváří intenzivní elektromagnetické pole (až 50 kV/m po 10 ns), které pokrývá oblast země o poloměru až 1200 kilometrů. Na zemi pole způsobuje velmi silná přechodná přepětí v silových a přenosových vedeních, anténách atd., která ničí koncová zařízení (napájecí zdroje, počítačové terminály, telefonní zařízení atd.) Nárůst pole může být několik kV/ns. I když je obtížné eliminovat všechny přepětí způsobené EMP, existují způsoby, jak je snížit a zlepšit ochranu systému. Navzdory amplitudě lze ochrany dosáhnout stíněním a filtrací/přepěťovou ochranou přizpůsobenou NEMP.
