Přechodná přepětí způsobená spínáním v distribuční síti

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Zapínání vedení spínacím zařízením způsobuje přechodné jevy se strmou náběžnou vlnou s dobou náběhu řádově od desítek nanosekund do několika mikrosekund. Přesná hodnota a polarita odpovídá okamžiku v cyklu, v kterém se vyskytne sepnutí.

V případě, že nejsou předem vloženy odpory, může amplituda přechodného jevu dosáhnout špičkové hodnoty fázového napětí v soustavě. Kdykoliv proběhne sepnutí vedení bez zatížení, může největší amplituda na konci vedení dosáhnout dvojnásobku špičkové hodnoty fázového napětí.

Je-li spínán zatížený obvod, potom během spínacího procesu dochází k hoření oblouku, které prostřednictvím ionizovaných plynů způsobuje vodivé spojení mezi kontakty a útlum impulzního rušení.
Vlivem šíření a odrazů přepěťových vln na vedení je první přechodný jev následován, s časovým odstupem závislým na vzdálenosti bodů impedančního nepřizpůsobení, dalšími nižší amplitudy. Tyto přechodné jevy tvoří skupinu impulzů. Přitom každý impulz může mít tlumený oscilační tvar vlny. Na vyhlazování náběhu vlny má značný vliv skinefekt. Jestliže se nevyskytne porucha izolace vedení, odvozená napětí nikdy nepřekročí rychlost náběhu prvního napěťového přechodného jevu.

prechodna prepeti 2019 1
Spínání výkonových transformátorů a reaktorů způsobuje přepětí vlivem rozptylové kapacity vysokonapěťových složek, která je řádově v nanofaradech. Amplituda vzniklých přepětí může být dostatečná k tomu, aby způsobila zafungování pojistek zařízení proti přepětí a výsledná oscilace může mít kmitočtový rozsah od 100 Hz do několika kHz. Funkce ochrany proti přepětí způsobuje velké přechodné proudy ve vysokonapěťových obvodech a v uzemňovací soustavě (špičková hodnota desítky kA s rychlostí náběhu až desítky kA za mikrosekundu).
Spínání vedení způsobuje strmé přechodné náběžné vlny s náběžnou dobou řádově desítky nanosekund vlivem malých kapacit v blízkosti zdroje (ve srovnání s vypínačem obvodu). Přechodné jevy šířené na přípojnicích vn a vvn jsou vyhlazovány kapacitami konstrukcí (izolátorové podpěry atd.) a vysokonapěťových zařízení (kapacitní transformátory napětí, proudové transformátory atd.). Mohou však také vzniknout tlumené oscilace. Kmitočet oscilace závisí na indukčnosti připojených vysokonapěťových obvodů (délka přípojnice) a na kapacitách přípojnice, transformátorů napětí a ostatních prvků a kmitočtové rozsahy jsou od 100 kHz do několika MHz.
Impulzní rušení generované během spínání má typicky opakující se charakter po dobu řádově sekund, přičemž trvání každé elementární oscilace nepřekročí 100 µs. Četnost opakování impulzů ve skupině impulzů je proměnná a je funkcí vzdálenosti mezi kontakty. Skupiny impulzů se opakují v každé půlperiodě síťového napětí. Opakovací kmitočet skupin impulzů je dvojnásobkem síťového kmitočtu a amplituda může dosáhnout dvojnásobku špičkové hodnoty fázového napětí distribuční soustavy.
Pro spínání v rozvodnách je reprezentativním typem impulzu tlumená oscilační vlna. Jevy tlumené oscilační vlny se rozdělují do dvou částí. Na první část se odkazuje jako na pomalou tlumenou oscilační vlnu a zahrnuje kmitočty oscilací mezi 100 kHz a 1 MHz. Na druhou část se odkazuje jako na rychlou tlumenou oscilační vlnu a zahrnuje kmitočty oscilací nad 1 MHz.
Spínání určitých prvků distribuční soustavy (transformátorů, kondenzátorů atd.) může způsobit skokový pokles napětí až na 60 % jmenovitého napětí trvající několik desítek milisekund. Přechodné jevy napětí mají obvykle původ ve funkcích, jako jsou přetavení pojistky, funkce vypínače nebo funkce stykačů motorů domácích elektrických spotřebičů atd.

prechodna prepeti 2019 2
Důležitým parametrem pro popis přechodného jevu je rychlost náběhu napětí, která je závislá na vzdálenosti zdroje přechodného jevu. Špičky, které jsou způsobeny v nízkonapěťové instalaci odběratele, mají někdy vliv na straně vysokého napětí a ovlivňují hlavně sousední distribuční soustavy nízkého napětí napájené ze stejného transformátoru.
Největší rušení jsou způsobena spínáním kapacitních zatížení a vypínáním induktivních zatížení.

  • • Spínání kapacitní zátěže: Spínání kapacitní zátěže, např. zářivek s kondenzátorovou kompenzací, způsobuje v distribuční soustavě krátkou proudovou špičku. Průběh síťového napětí se odchyluje od sinusovky a následkem je tlumená oscilace. Špičkové napětí způsobeného přechodného jevu může dosáhnout dvojnásobku špičkové hodnoty síťového napětí. Kmitočet oscilace je typicky mezi 5 kHz a 10 kHz. V některých případech se mohou vyskytnout i vyšší kmitočty.
  • Spínání induktivních zatížení: Opětný průraz mezi kontakty spínače vedení způsobuje opakovaná dočasná přepětí s velmi krátkou dobou náběhu a trváním, např. náběžná doba < 1 ns a trvání 10 ns.

Přechodný jev při spínání, všeobecně nazývaný jako rychlý přechodný jev, může být celkově popsán jednak trváním skupiny impulzů, určených hlavně energií akumulovanou v indukčnosti před sepnutím, a dále četností opakování jednotlivých přechodných jevů a proměnnou amplitudou přechodných jevů tvořících skupinu impulzů. Tato amplituda je určena hlavně mechanickými a elektrickými charakteristikami spínacích kontaktů (rychlost kontaktů při rozpínání, napěťová pevnost kontaktů při jejich rozepnutí).
Je třeba vzít na vědomí, že špičková napětí překračující 5 kV mohou být v blízkosti zdroje s četností opakování impulzů každých 15 µs. Lze očekávat, že typická napětí na straně vedení mohou dosáhnout 2,5 kV. Jak se vzdálenost od zdroje zvětšuje, tvar vlny je modifikován ztrátami šíření, rozptylem a odrazy způsobenými zkreslením na připojených zatíženích.

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Prosím, povolte javascriptu odeslat tento formulář

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl kveten 2022

ElektroPrůmysl.cz, květen 2022

Číslo je zaměřené především na konektorovou techniku a kabelovou konfekci.

Zajímavé odkazy

Ušetřete 30% nákladů se systémovou technikou! Zbavte se tlaku na náklady jednou pro vždy. Díky decentrální instalaci ušetříte až 30%. Je to tak jednoduché! Vše, co musíte udělat, je: Prostě jít do toho.
Termokamera pro mobilní telefon - HMINI1 Modul pro mobilní telefon s OS Android a USB-C, rozlišení 160x120 a 25 Hz snímkování.
Nastavte si své Centrum preferencí a získejte třeba SMART TV Tím, že více specifikujete oblasti zájmů ve svém profilu, vás automaticky zařadíme do slosování o hodnotné ceny.

Najdete nás na Facebooku