Přechodná přepětí mezi fázovými vodiči a zemí

V následujících podsekcích je uveden krátký popis přechodných přepětí vyskytujících se v nn a vn distribučních systémech, seřazené podle doby trvání.

Energetický obsah přechodného přepětí se značně liší podle původu. Indukované přepětí způsobené bleskem má obecně vyšší amplitudu, ale nižší obsah energie než přepětí způsobené přepínáním vzhledem k obecně delší době trvání.

Distribuční systém nn

Je nepravděpodobné, že by přechodné přepětí ve veřejných sítích překročilo špičku 6 kV. Na tomto základě jsou obecně specifikována a vybírána zařízení ve veřejné sítí.
Doba nárůstu pokrývá široký rozsah od milisekund až po mnohem méně než mikrosekundu. Je však třeba poznamenat, že odolnost zařízení se může lišit v závislosti na tom, zda se zabývají bezpečností nebo jen EMC. Pokud není ohrožena bezpečnost, občasné poškození zařízení může být povoleno. To je důvod, proč standardy EMC obvykle nepožadují pro úrovně testu odolnosti (mezi aktivními vodiči nebo mezi aktivními vodiči a zemí) více než 1 kV nebo 2 kV, zatímco ČSN 33 2000-4-443 ed. 3 zvyšuje tyto úrovně až na 2,5 kV, 4 kV nebo dokonce 6 kV.

Dlouhodobé přepětí (> 100 μs)
Příčinou jsou hlavně:

• a) činnost pojistek omezujících proud (obecně: amplituda: do 2 kV, tvar vlny: jednosměrný, vysoká energie úrovně);
• b) přepínání kondenzátorů pro korekci účiníku (obecně: amplituda: až 1,8násobek nominální špičky) napětí, tvar vlny: oscilační s frekvencí v rozsahu zlomku až několika kHz, vysoké energetické úrovně). Pokud je v blízkosti druhý transformátor, mohlo by dojít k zesílení s výslednými hodnotami až trojnásobku špičkové velikosti jmenovitého napětí;
• c) přenos přechodných přepětí z vn na nn transformátory elektromagnetickou vazbou (obecně: amplituda: do 1 kV, tvar vlny: oscilační s frekvencemi do několika desítek kHz).

Střední rázy (1 μs až 100 μs)
Původ těchto přepětí souvisí hlavně s bleskem, typické příklady jsou uvedeny níže:

• a) přímý úder blesku na vodiče vedení nn (rázy bez omezování: amplituda: až 20 kV, průběh: stejnosměrný, vysoké energetické úrovně).
• b) indukční vazba při úderu blesku v blízkosti vedení nn. Amplituda obecně nepřesáhne 6 kV, ale může to být až 20 kV, tvar vlny je obvykle stejnosměrný, a někdy stejnosměrný oscilující průběh.
• c) odporová vazba spojená s bleskovými zemními proudy tekoucími ve společných zemních částech sítě. Amplituda obecně nepřesáhne 10 kV, tvar vlny má vysokou hladinu energie a je obvykle stejnosměrný nebo někdy stejnosměrný oscilační průběh.
• d) přenos rázů z vn do nn kapacitní vazbou transformátoru. Když je ráz vyvolán přímým úderem blesku do vn, to zase může vést k rychlému poklesu napětí způsobenému provozem svodičů s jiskřišti k odstranění poruchy. Amplituda přepětí v síti nn obvykle nepřekročí 6 kV, obvykle se stejnosměrným nebo někdy oscilačním průběhem.
• e) elektrický oblouk spojený se spínáním v síti nn může rezonovat s přirozenou frekvencí místní sítě. Amplituda přepětí může být až několikanásobek jmenovitého napětí. Tvar vlny je obvykle oscilační a složitý s frekvencí v rozmezí od několika desítek kHz do 1 MHz.
• f) provoz vypínačů s velmi krátkými dobami hoření oblouku, <2 μs. Amplituda je obvykle až několikanásobek jmenovitého napětí. Tvar vlny je oscilační, s frekvencí v rozmezí několika desítek kHz až 1 MHz.
• g) provoz spínacích zařízení v rozvodu zákazníka. Tato přepětí mají obecně nízkou hodnotu energetického obsahu a jsou rychle tlumena se vzdáleností. Obvykle nepřesáhnou 2,5 kV.

Krátké přepětí (<1 μs)
Původ je hlavně:

• a) lokální spínání zátěže s malými indukčními proudy a krátkých rozvodech (amplituda obvykle do 1 kV - 2 kV, oscilační křivka s frekvencí od několika MHz do několika desítek MHz);
• b) rychlé přechodové jevy v důsledku přepínání LV spínači se vzduchovými mezerami (relé a stykače), které jsou provázeny znovuzápaly (shluky rázů, jeden ráz: doba náběhu asi 5 ns, doba trvání asi 50 ns).

Distribuční systémy vn

Dlouhodobá přepětí (> 100 μs)
Tato přepětí jsou způsobena hlavně spínacími jevy (odpojení indukčních zátěží s / bez) virtuálního sekání, zapínání / vypínání kompenzačních kondenzátorů s / bez znovuzápalů na vn vývodů atd.), aplikace poruch, obloukové zemní poruchy a přechodná přepětí přenášená z vvn na vn vinutí transformátoru elektromagnetickou vazbou.
V určitých bodech systémů je amplituda těchto přepětí omezena ochrannou hladinou jiskřišť a / nebo svodiče pro koordinaci izolace (amplituda je obvykle až 3 - 5násobek vrcholové hodnoty fázového napětí, oscilační křivka s frekvencemi v rozmezí od několika set Hz do několika stovek kHz).

Střednědobá přepětí 1 μs až 100 μs
Původ je hlavně:

• a) Indukce z úderu blesku v blízkosti vedení vn, méně často z přímého úderu blesku do vedení vn. Podél vedení je maximální amplituda těchto napětí omezena v transformovnách vvn / vn a distribučních transformátorech vn / nn ochrannými opatřeními, např. jiskřišti a / nebo svodiči.
• b) Provozem vypínače náchylného ke znovuzápalům, např. vakuové vypínače (amplituda závisí na ochranné hladině zajištěné koordinací izolace; obecně až 8 - 10násobek maximální hodnoty jmenovité napětí, oscilační průběh s frekvencí několika MHz).

Většina přepětí je indukovaného typu, jehož amplituda závisí na zhášecím napětí ochranných jiskřišť, zajištěném koordinací izolace, stejnosměrný průběh vlny někdy oscilační, doba čela se pohybuje v rozmezí 1 μs - 50 μs, doba půltýlu 100 μs s vysokým obsahem energie.

Krátkodobé rázy <1 μs
Způsoben hlavně spínáním v rozváděčích izolovaných plynem (GIS), např. pomocí SF6. Amplituda přepětí je obvykle až několikanásobek špičkové hodnoty jmenovitého napětí.
Tvar vlny je oscilační s frekvencí vyšší než 1 MHz.

Dočasné přepětí (se síťovou frekvencí) mezi fázemi
Tato doba přepětí může trvat několik sekund až minut. Mohou být tři hlavní příčiny

• a) Nesprávná funkce přepínačů odboček pod zatížením v transformovně, vedoucí ke zvýšení napětí z vn na nn.
• b) Přerušení středního vodiče ve 4vodičovém napájení nn (3 fáze plus střední vodič). V takovém případě lze očekávat až plné sdružené napětí. Příčiny tohoto přerušení mohou být různé, například jednoduchá degradace materiálu nebo uvolnění šroubů mezi napájecími svorkami a vnitřním propojením. Porucha tedy může být v instalaci vlastněné zákazníkem.
• c) Nesprávné připojení mobilních generátorů během řízeného ostrovního provozu sítí nízkého napětí.

Je třeba zdůraznit, že obě poruchy mohou být potlačeny v blízkosti zařízení na nn použitím správného ochranného zařízení. Evropská norma ČSN EN 50550 uvádí konstrukční a funkční specifikace pro taková zařízení.