Wat zijn pieken

In het algemeen is een piek een voorbijgaande golf van stroom, spanning of vermogen in een elektrisch circuit. Vooral in energiesystemen – en dit is waarschijnlijk de meest voorkomende context waaraan we pieken relateren – is een piek, of voorbijgaande aard, een overspanning in de subcyclus met een duur van minder dan een halve cyclus van de normale spanningsgolfvorm. Een piek kan een positieve of negatieve polariteit hebben, kan additief of afgetrokken zijn van de normale spanningsgolfvorm, en is vaak oscillerend en neemt in de loop van de tijd af.

Pieken of transiënten zijn korte overspanningspieken of storingen op een stroomgolfvorm die elektronische apparatuur in een huis, commercieel gebouw, industriële of productiefaciliteit kan beschadigen, degraderen of vernietigen. Transiënten kunnen amplitudes bereiken van tienduizenden volt. Pieken worden over het algemeen gemeten in microseconden.

Elk elektrisch apparaat is ontworpen om te werken bij een gespecificeerde nominale spanning, zoals 120 Vac, 240 Vac, 480 Vac, enzovoort. De meeste apparatuur is ontworpen om kleine variaties in hun standaard nominale bedrijfsspanning aan te kunnen, maar pieken kunnen zeer schadelijk zijn voor bijna alle apparatuur.

Interne bronnen:

• Omschakelen van elektrische belastingen

  Het in- en uitschakelen en bedienen van bepaalde elektrische verbruikers – hetzij door opzettelijke of onopzettelijke handelingen – kan een bron zijn van pieken in het elektrische systeem. Schakelpieken worden niet altijd direct herkend of storend als grotere extern gegenereerde pieken, maar komen veel vaker voor. Deze schakelpieken kunnen in de loop van de tijd storend en schadelijk zijn voor apparatuur. Ze komen voor als onderdeel van alledaagse bewerkingen.

  Bronnen van schakelen en oscillerende pieken zijn onder meer:

  • Schakelaars, relais en stroomonderbrekers
  • Schakelen van condensatorbanken en belastingen (zoals correctie van arbeidsfactor)
  • Ontladen van inductieve apparaten (motoren, transformatoren, enz.)
  • Starten en stoppen van belastingen
  • Fout- of booginitiatie
  • Boog- (grond) fouten
  • Opheffen of onderbreken van fouten
  • Herstel van energiesysteem (na uitval)
  • Losse verbindingen

• Magnetische en inductieve koppeling

  Wanneer elektrische stroom vloeit, wordt een magnetisch veld gecreëerd. Als dit magnetische veld zich uitstrekt tot een tweede draad, zal het een spanning in die draad opwekken. Dit is het basisprincipe waarmee transformatoren werken. Een magnetisch veld in de primaire wekt een spanning op in de secundaire. In het geval van bedrading naast of nabij gebouw, is deze spanning ongewenst en kan deze van voorbijgaande aard zijn.

  Voorbeelden van apparatuur die inductieve koppeling kan veroorzaken, zijn onder meer: liften, verwarming, ventilatie en airconditioningsystemen (HVAC met variabele frequentieregelaars) en voorschakelapparaten voor fluorescentielampen, kopieermachines en computers.

• Statische elektriciteit

  Elektrostatische ontlading (ESD) fenomenen, of statische, kunnen elektromagnetische velden genereren over een breed frequentiebereik tot een laag gigahertz-bereik. De term ESD-gebeurtenis omvat niet alleen de ontlaadstroom, maar ook de elektromagnetische velden en corona-effecten voor en tijdens een ontlading. ESD resulteert in een plotselinge overdracht van lading tussen lichamen met verschillende elektrostatische potentialen. ESD geïnduceerd op de elektrische distributie bevat veel hoogfrequente ruis.

  Een elektrostatische ontlading kan zowel defecten aan apparatuur als fysieke schade veroorzaken. Apparatuurstoringen kunnen beschadiging van gegevens en vastlopen van apparatuur omvatten. Fysieke schade kan schade aan apparatuur en zelfs overlijden omvatten. Om een zinvolle ESD-immuniteit te bereiken, moet het ontwerp van een compleet systeem
  worden overwogen, zowel voor directe ontlading als voor velden.

  De minimumspanning die een persoon nodig heeft om zich bewust te zijn van zijn of haar betrokkenheid bij een elektrostatische ontlading is ongeveer 3000 V.Niettemin kunnen elektrostatische ontladingen die onder deze drempel van menselijke waarneming optreden, voldoende energie bevatten om elektronische apparatuur van streek of schade te berokkenen. In feite kunnen de snellere initiële hellingen van stroomgolfvormen die het gevolg zijn van ESD-gebeurtenissen bij deze lage spanningsniveaus dergelijke ontladingen zelfs nog meer verstorend maken dan ESD-gebeurtenissen die ontstaan bij hogere spanningen.

  De spanning op een menselijk lichaam of op een mobiel object kan sterk verschillen van omgeving tot omgeving. Het kan ver onder de 5 kV blijven in situaties met gecontroleerde vochtigheid waarbij alleen antistatische of statisch dissipatieve materialen worden gebruikt. Het kan variëren van 5 kV tot 15 kV in omgevingen met een lage luchtvochtigheid met synthetische materialen. Het slachtoffer van de apparatuur bevindt zich dicht bij de ESD-gebeurtenis en kan van streek raken of beschadigd raken door de elektromagnetische velden die worden gegenereerd door de ontlading tussen de indringer en de ontvanger.

Externe bronnen:

De meest herkenbare bron van pieken die buiten de faciliteit worden gegenereerd, is bliksem. Hoewel bliksem in bepaalde regio’s wat zeldzaam kan zijn, kan de schade die het kan veroorzaken aan een faciliteit catastrofaal zijn. Andere gebieden worden veel vaker blootgesteld aan onweersbuien en bliksem.

De pieken die het gevolg zijn van bliksem kunnen het gevolg zijn van direct contact van de bliksem met het elektrische systeem van een faciliteit of, vaker, indirecte of nabije bliksem die elektrische pieken op de stroom- of communicatiesystemen veroorzaakt. Beide scenario’s kunnen onmiddellijk schade toebrengen aan het elektrische systeem en / of de aangesloten belastingen.

Andere externe bronnen van piekspanningen zijn onder meer door het elektriciteitsnet geïnitieerde net- en condensatorbankschakeling. Tijdens de werking van het elektriciteitsnet kan het nodig zijn dat de nutsvoorziening de stroomtoevoer naar een andere bron overschakelt of de stroom naar zijn klanten tijdelijk onderbreekt om te helpen bij het verhelpen van een storing in het systeem. Dit is vaak het geval als een omgevallen boomtak of een klein dier een fout aan de lijn veroorzaakt. Deze stroomonderbrekingen veroorzaken pieken wanneer de stroom wordt losgekoppeld en vervolgens weer wordt aangesloten op de belastingen van de klant.

Storingen in de stroomkwaliteit kunnen worden geleverd tijdens de normale werking van het elektrische stroomsysteem. Elektriciteitsbedrijven produceren elektriciteit uit een aantal energieopwekkingsinstallaties en wijzen de stroom toe aan specifieke netten van gebruikers. Omdat de apparatuur die wordt gebruikt om stroom te produceren het meest efficiënt werkt met een constante snelheid, passen de nutsbedrijven de toewijzing van stroom aan in plaats van constant aanpassingen te doen aan de opwekkingsapparatuur van de energiecentrale. Terwijl nutsbedrijven de stroomtoevoer van het ene net naar het andere overschakelen, treden stroomstoringen op, inclusief transiënten of pieken, en onder- en overspanning. Deze activiteiten zorgen ervoor dat transiënten in een systeem worden geïntroduceerd en zich kunnen verspreiden in de apparatuur van de eindgebruiker en schade of operationele storingen kunnen veroorzaken.

Voor aanvullende informatie over deze en andere onderwerpen die belangrijk zijn om te overwegen voor overspanningsbeveiliging apparaten, zie IEEE Std. C62.41.1-2002 en IEEE Std. C62.72-2007 die worden weergegeven op de pagina Regelgeving en normen van deze website.