Czym są przepięcia

Ogólnie udar to przejściowa fala prądu, napięcia lub mocy w obwodzie elektrycznym. W szczególności w systemach elektroenergetycznych – i jest to prawdopodobnie najbardziej powszechny kontekst, do którego odnosimy się przepięcia – przepięcie lub stan nieustalony to przepięcie podcyklowe o czasie trwania krótszym niż pół cyklu normalnego przebiegu napięcia. Udar może mieć dodatnią lub ujemną biegunowość, może być sumowany lub odejmowany od normalnego przebiegu napięcia i często oscyluje i zanika w czasie.

Udary lub stany nieustalone to krótkie skoki przepięcia lub zakłócenia na przebieg mocy, który może uszkodzić, zdegradować lub zniszczyć sprzęt elektroniczny w każdym domu, budynku komercyjnym, przemysłowym lub produkcyjnym. Stany nieustalone mogą osiągać amplitudy dziesiątek tysięcy woltów. Udary są zwykle mierzone w mikrosekundach.

Każdy element wyposażenia elektrycznego jest zaprojektowany do pracy przy określonym napięciu znamionowym, takim jak 120 V, 240 V, 480 V i tak dalej. Większość urządzeń jest zaprojektowana tak, aby radzić sobie z niewielkimi wahaniami standardowego nominalnego napięcia roboczego, jednak przepięcia mogą być bardzo szkodliwe dla prawie wszystkich urządzeń.

Źródła wewnętrzne:

• Przełączanie obciążeń elektrycznych

  Włączanie (włączanie i wyłączanie) i działanie niektórych obciążeń elektrycznych – czy to w wyniku zamierzonych, czy niezamierzonych operacji – może być źródłem przepięć w systemie elektrycznym. Przepięcia przy przełączaniu nie zawsze są natychmiast rozpoznawane lub zakłócające jako większe przepięcia generowane zewnętrznie, ale występują znacznie częściej. Te przepięcia przełączania mogą z czasem powodować zakłócenia i uszkodzenia sprzętu. Występują jako część codziennych operacji.

  Źródła udarów łączeniowych i oscylacyjnych obejmują:

  • Praca styczników, przekaźników i wyłączników
  • Przełączanie baterii kondensatorów i obciążeń (np. korekcja współczynnika mocy)
  • Rozładowanie urządzeń indukcyjnych (silników, transformatorów itp.)
  • Rozruch i zatrzymywanie obciążeń
  • Usterka lub inicjacja łuku
  • Wyładowania łukowe (uziemienia)
  • Usuwanie usterek lub przerwa
  • Przywracanie systemu zasilania (po wyłączeniu)
  • Luźne połączenia

• Sprzężenie magnetyczne i indukcyjne

  Zawsze, gdy przepływa prąd elektryczny, powstaje pole magnetyczne. Jeśli to pole magnetyczne rozciąga się na drugi przewód, indukuje napięcie w tym przewodzie. To jest podstawowa zasada działania transformatorów. Pole magnetyczne w części pierwotnej indukuje napięcie w części wtórnej. W przypadku sąsiadujących lub pobliskich okablowania budynku napięcie to jest niepożądane i może mieć charakter przejściowy.

  Przykłady urządzeń, które mogą powodować sprzężenie indukcyjne, obejmują: windy, systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC ze zmiennym napędy częstotliwości) oraz stateczniki do lamp fluorescencyjnych, kopiarki i komputery.

• Elektryczność statyczna

  Wyładowania elektrostatyczne (ESD) zjawiska statyczne mogą generować pola elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości aż do niskiego zakresu gigaherców. Termin zdarzenie ESD obejmuje nie tylko prąd wyładowania, ale także pola elektromagnetyczne i efekty koronowe przed i podczas wyładowania. ESD powoduje nagłe przeniesienie ładunku między ciałami o różnych potencjałach elektrostatycznych. Wyładowania elektrostatyczne indukowane w rozdzielaczach elektrycznych zawierają wiele zakłóceń o wysokiej częstotliwości.

  Wyładowanie elektrostatyczne może spowodować nieprawidłowe działanie sprzętu, a także fizyczne uszkodzenie. Wadliwe działanie sprzętu może obejmować uszkodzenie danych i blokowanie sprzętu. Fizyczne uszkodzenie może obejmować uszkodzenie sprzętu, a nawet utratę życia. Aby uzyskać znaczącą odporność na wyładowania elektrostatyczne ESD, należy rozważyć projekt całego systemu, zarówno w przypadku wyładowań bezpośrednich, jak i pól.

  Minimalne napięcie niezbędne do tego, aby osoba wiedziała o swoim udział w wyładowaniu elektrostatycznym wynosi około 3000 V.Niemniej jednak wyładowania elektrostatyczne, które występują poniżej tego progu ludzkiej percepcji, mogą zawierać wystarczającą energię, aby spowodować zdenerwowanie lub uszkodzenie sprzętu elektronicznego. W rzeczywistości, szybsze początkowe zbocza przebiegów prądu, które wynikają ze zdarzeń ESD przy tych niskich poziomach napięcia, mogą spowodować, że takie wyładowania będą jeszcze bardziej zakłócające niż zdarzenia ESD powstające przy wyższych napięciach.

  Napięcie na ciele ludzkim lub na obiekt mobilny może się znacznie różnić w zależności od środowiska. Może pozostawać znacznie poniżej 5 kV w sytuacjach z kontrolowaną wilgotnością, przy użyciu tylko materiałów antystatycznych lub rozpraszających ładunki statyczne. Może wahać się od 5 kV do 15 kV w środowiskach o niskiej wilgotności z materiałami syntetycznymi. Ofiara sprzętu znajduje się w bliskiej odległości od zdarzenia ESD i może zostać zdenerwowana lub uszkodzona przez pola elektromagnetyczne generowane przez wyładowanie między intruzem a receptorem.

Źródła zewnętrzne:

Najbardziej rozpoznawalnym źródłem przepięć generowanych na zewnątrz obiektu jest wyładowanie atmosferyczne. Chociaż w niektórych regionach pioruny mogą występować rzadko, szkody, jakie może spowodować w obiekcie, mogą być katastrofalne. Inne obszary są znacznie częściej narażone na burze i wyładowania atmosferyczne.

Przepięcia, które są wynikiem wyładowań atmosferycznych, mogą być spowodowane bezpośrednim kontaktem pioruna z instalacją elektryczną obiektu lub, częściej, wyładowaniami pośrednimi lub pobliskimi które indukują przepięcia elektryczne w systemach zasilania lub komunikacji. Każdy scenariusz może spowodować natychmiastowe uszkodzenie systemu elektrycznego i / lub podłączonych obciążeń.

Inne zewnętrzne źródła przepięć obejmują przełączanie sieci zasilającej i baterii kondensatorów. Podczas pracy sieci elektrycznej może zaistnieć potrzeba przełączenia zasilania na inne źródło lub tymczasowego przerwania dopływu energii do klientów, aby pomóc w usunięciu usterki z systemu. Dzieje się tak często w przypadku, gdy przewrócona gałąź lub małe zwierzę spowoduje uszkodzenie linki. Te przerwy w zasilaniu powodują przepięcia, gdy zasilanie jest odłączane, a następnie ponownie podłączane do odbiorników klienta.

Zakłócenia jakości energii mogą wystąpić podczas normalnej pracy systemu elektroenergetycznego. Przedsiębiorstwa energetyczne wytwarzają energię elektryczną z szeregu obiektów wytwarzających energię i przydzielają ją do określonych sieci użytkowników. Ponieważ sprzęt używany do wytwarzania energii działa najskuteczniej ze stałą prędkością, zakłady użyteczności publicznej dostosowują alokację mocy, zamiast dokonywać ciągłych dostosowań wyposażenia generatora elektrowni. Gdy przedsiębiorstwa użyteczności publicznej przełączają dostawy energii z jednej sieci do drugiej, pojawiają się zakłócenia w zasilaniu, w tym stany nieustalone lub skoki oraz stany zbyt niskiego i zbyt wysokiego napięcia. Działania te spowodują wprowadzenie stanów nieustalonych do systemu i mogą rozprzestrzenić się na sprzęt użytkownika końcowego i mogą spowodować uszkodzenie lub zakłócenie pracy.

Aby uzyskać dodatkowe informacje na te i inne tematy, które są ważne do rozważenia przy ochronie przeciwprzepięciowej urządzenia, patrz IEEE Std. C62.41.1-2002 oraz IEEE Std. C62.72-2007, które są pokazane na stronie „Przepisy i normy” w tej witrynie.