Problémy se zdrojem napájení – typy a příčiny výskytu

Obrázek ukazuje typickou možnost napájení pro příměstskou obec. Na vstupu je instalován snižující transformátor (transformátorová rozvodna). Až donedávna se spotřeba elektřiny na dům pohybovala od 2 do 5 kVA, ale v poslední době, s příchodem podlahového vytápění, elektrických saun, elektrických kotlů a dalších domácích spotřebičů, které vyžadují výrazně vyšší spotřebu energie, výkon zátěžové sítě pro jeden dům často dosahuje 30 – 60 kVA.

Ve většině případů ani transformátorová stanice, ani elektrické vedení nejsou dimenzovány na zvýšený počet energeticky náročných spotřebičů. Pokud vezmeme v úvahu i celkový zchátralý stav elektrické sítě, pak se důvody problémů s dodávkami elektřiny stanou zřejmými.

K delšímu poklesu napětí dochází v důsledku přetížení snižovacího transformátoru a přetížení elektrického vedení. Pokud se dům nachází na konci vedení, může napětí klesnout na 100 – 150 V, zejména během špičkové spotřeby energie v obci.

Dlouhodobé zvýšení napětí
Ve snaze napravit situaci s nízkým napětím elektrikáři často přepínají vinutí snižovacího transformátoru na vyšší napětí. V důsledku toho mají spotřebiče nacházející se v blízkosti rozvodny na vstupu domácí napájecí sítě napětí 240 až 260 V, zejména v hodinách minimálního zatížení.

Fázová nerovnováha
Jev v elektrické síti, který vzniká v důsledku nerovnoměrného rozložení zátěže mezi fázemi. Nejvíce zatížená fáze bude mít nízké napětí a nezatížené fáze budou mít napětí blízké jmenovité hodnotě. Situace se může komplikovat, pokud existuje společný nulový vodič, ke kterému jsou připojeni spotřebiče. V sovětských normách byl poměr průřezu fázového a nulového vodiče 3/1. V důsledku fázové nerovnováhy může být v této situaci napětí na nezatížených fázích výrazně vyšší než jmenovitá hodnota.

Krátkodobý pokles napětí je obvykle důsledkem spouštění silných zátěží nebo zátěží s velkým rozběhovým proudem (transformátory, elektromotory atd.). Doba trvání a úroveň poklesu závisí na průřezu vodičů přibližujících se k zátěži. Doba může být od 0,3 do 5 s.

Zkrat v jedné z fází je doprovázen jevy podobnými fázové nesymetrii, jen s tím rozdílem, že doba procesu je omezena dobou odezvy proudové ochrany.
K přepětí dochází v důsledku provozu různých zařízení, zejména svařování.

Neutrální odtržení
Nebezpečný a v poslední době ne neobvyklý jev, zejména u starých elektrických sítí nebo sítí položených narychlo a dočasně. Přerušení nulového vodiče v hlavním rozvaděči bytového domu s sebou nese změnu napětí na fázích v závislosti na zatížení každé z nich. Nejvíce zatížená fáze bude mít nízké napětí a nejméně zatížená fáze může dosáhnout hodnot 300 V nebo více.

Napětí “bliká”
„Blikání“ napětí je výsledkem činnosti různých tyristorových regulátorů.
Výsledek práce různých tyristorových regulátorů. Obzvláště mnoho problémů způsobují výkonné průmyslové instalace, ve kterých je teplota topných těles udržována tyristorovým regulátorem, jehož algoritmus je znázorněn na obrázku.
Regulátor dodává plné napětí do zátěže, poté několik period čeká a znovu dodává plné napětí. Tím se provádí cyklický start tepelných článků se všemi jevy, které jsou vlastní startu silných zátěží.

Výboje blesku jsou silná pulzní přepětí, ke kterým dochází v důsledku přímého úderu blesku do napájecí sítě, hromosvodu nebo impulsu z výboje blesku na vzdálenost do 1,5 km, vedoucí k poruše elektrického zařízení nebo zařízení. nefunkčnost. Přímý zásah je charakterizován okamžitými pulzními proudy do 100 kA s délkou výboje do 1 mS.

Pokud je k dispozici systém hromosvodů, výbojový impuls se rozdělí mezi hromosvod, napájecí síť,
komunikační linky a inženýrské sítě. Povaha rozvodů do značné míry závisí na návrhu budovy, položení vedení a inženýrských sítí.

Přepínání v rozvodné síti způsobuje řadu přepětí o různé síle, doprovázené širokospektrým vysokofrekvenčním rušením. Povaha rušení je ilustrována v příkladu níže.

Například když je od sítě odpojen izolační transformátor 1/220 V o výkonu 220 kVA, veškerá energie uložená v transformátoru se uvolní do zátěže ve formě vysokonapěťového impulsu s napětím až 2 kV.

Výkon transformátorů v elektrické síti je mnohem větší a emise jsou také silnější. Kromě toho je spínání doprovázeno výskytem oblouku, který je zdrojem rádiofrekvenčního rušení.

• Zkreslení na výstupu ferozezonančního stabilizátoru nebo stabilizátoru založeného na magnetickém zesílení (například moldavská řada stabilizátorů STS). Tvar výstupního napětí se blíží lichoběžníkovému s vysokou úrovní rušení.
• Zkreslení výstupu nepřerušitelných zdrojů napájení při provozu z baterií. Průběh napětí od meandru (téměř obdélníkové impulsy) po prakticky čistý sinusový průběh. Průběh závisí na principu konstrukce UPS a jeho ceně.
• Zkreslení při přetížení transformátoru, když pracuje v režimu blízkém saturaci. Přibližný tvar výstupního napětí je charakterizován špičkovými napěťovými přepětími a je znázorněn na obrázku.
• Zkreslení sinusové vlny na výstupu tyristorových regulátorů napětí. Doprovázeno rádiovým rušením.

Elektrická zařízení vybavená pulzním napájením (počítačová technika, kancelářská technika, přístroje, audio-video zařízení atd.) nejsou příliš citlivá na úroveň napětí a zpravidla pracují stabilně v rozsahu od 185 do 250 V (u některých televizorů od 130 do 260 V). I přerušení napětí až do 0,3 s je přijatelné, pokud není doprovázeno významným rušením. Vysokofrekvenční rušení od 150 kHz a vyšší však snadno prochází napájecím zdrojem do zařízení. Pulzní přepětí jsou také nebezpečná, protože mohou způsobit poruchu tranzistoru v měniči napájecího zdroje. Ve většině případů má samotný zdroj jak filtr, tak varistor pro ochranu před rušením, ale ty mohou chránit pouze před slabými vlivy na síť.

U třífázových motorů je hlavním nebezpečím fázová nerovnováha, která způsobuje prudký nárůst přehřátí motoru a následnou poruchu. Nejsou kritické vůči rušení a krátkodobým přerušením napětí.

Když se napětí na vstupu transformátoru (napájení transformátoru) zvýší, prudce se zvýší klidový proud, transformátor přejde do režimu saturace, vydává hluk, přehřívá se a selhává.

Magnetické stykače, výkonová relé atd. se při nízkém vstupním napětí buď nespustí, nebo se spustí s odskokem.
Situace se zhoršuje, když je k výstupu stykače připojena silná indukční zátěž. V okamžiku připojení napětí k zátěži dochází v důsledku velkých rozběhových proudů k prudkému poklesu napětí a stykač zátěž odpojí. Napětí se opět zvýší, stykač se pokusí zátěž znovu připojit a celý cyklus se opakuje, dokud stykač selže.

Halogenové žárovky jsou kromě své obecné citlivosti na napěťové úrovně velmi citlivé i na krátkodobé výpadky napájení. Hlavní příčinou poruchy jsou spouštěcí proudy žárovky.
Snaha o zlepšení situace pomocí krokového stabilizátoru napětí situaci jen zhoršuje.

Dodávka elektřiny je určena dvěma faktory – kvalitou elektřiny a její spolehlivostí, které se vyznačují sinusovým napětím, stabilním co do velikosti, tvaru a frekvence. Tyto parametry se mohou odchylovat v malých mezích stanovených v regulačních požadavcích na dodávku elektřiny a nezhoršují provoz elektrických zařízení.

• frekvence: 50 ±0,2 Hz
• napětí fáze-nulový vodič: 230 V ±10 %
• mezifázové napětí: 400 V ±10 %

Transformátorová rozvodna 10 kV/0,4 kV a nadzemní přenosové vedení

V některých regionech se starším vybavením se stále používají zastaralé systémy 220/380 V a 240/415 V.

Příčiny problémů

Ani ty nejlepší systémy pro výrobu a distribuci elektřiny nemohou být zcela spolehlivé, protože elektřina se od elektrárny přes elektrické vedení, trafostanice a rozvaděče dostává ke koncovému uživateli na dlouhou cestu. Čím dále od zdroje, tím větší je riziko problémů s kvalitou a spolehlivostí napájení a v důsledku toho i poruch v provozu elektrických zařízení, ať už se jedná o domácí spotřebiče nebo kancelářská a průmyslová elektrospotřebiče.

Stará trafostanice

• přetížení elektrického vedení;
• zkrat nebo úder blesku;
• přítomnost průmyslových a domácích elektrických spotřebičů s vysokou spotřebou pulzní energie v napájecím vedení: argonové svařovací zařízení, ohřívače, elektromotory, laserové tiskárny, kopírovací zařízení atd.;
• nekvalitní elektrické rozvody v budově;
• porucha zařízení elektrické rozvodny nebo jeho nesprávná funkce;
• přerušení elektrického vedení;
• jiné důvody.

Kritéria pro nekvalitní napájení

Výše uvedené důvody vzniku problémů s napájením se projevují ve významné změně parametrů síťového napětí: nestabilita jeho velikosti, tvaru a frekvence, nedostatečná proudová kapacita, nespolehlivost, tj. jeho úplný zánik. Například:

Typické problémy s dodávkou elektřiny

• emise, impulzní záblesky — jsou krátké, významné napěťové přepětí, často trvající maximálně jednu nebo dvě periody a dosahující 100 procent nebo více jmenovitého napětí;
• poklesy napětí — prudký krátkodobý (až několik stovek milisekund) pokles napětí o 15–100 %;
• zvýšení napětí (vysoké napětí v síti) — zvýšení napětí nad 110 % jmenovité hodnoty. Může k němu dojít při prudkém poklesu zátěže, vypnutí výkonných zařízení nebo při přepínání síťových přepínačů;
• pokles napětí (nízké napětí v síti) — dochází při zapnutí silné zátěže, síťových vypínačů, úderu blesku nebo nedostatečného výkonu elektrických sítí;
• zkreslení napěťového průběhu — zkreslení tvaru superponovaného na standardní sinusový tvar napětí se nazývá harmonické. Protože se harmonické mohou šířit elektrickou sítí, mohou být zdroji harmonického zkreslení elektrická zařízení umístěná stovky kilometrů daleko;
• frekvenční fluktuace — nejčastěji se vyskytují v systémech nouzového napájení, například generátory pracující v záložním režimu, méně často v síťových zdrojích napájení;
• šum (elektromagnetické rušení) — parazitní napěťové náběhy z jiných silových a signálních vedení, výkonné rádiové komunikace nebo vznikající mezi „uzemňovacími“ kontakty síťových elektrických zásuvek v různých částech místnosti. Mohou působit na velké vzdálenosti;
• výpadky proudu.

Závěr

• varistorové svodiče přepětí;
• napěťové relé;
• síťové vysokofrekvenční filtry;
• filtry s vysokými harmonickými;
• dynamické kompenzátory výkonu;
• Stabilizátory střídavého napětí;
• generátory střídavého proudu;
• nepřerušitelné zdroje napájení.

Pro domácí účely jsou ve většině případů nejúčinnější a dostačující:

Pro dům s výkonem 8 kVA se doporučuje nástěnný střídačový stabilizátor napětí Klidně IS10000Vstup 90~310 V, výstup 220 V ±2 %. Dva vestavěné bypassy: automatický a manuální.

Další články o napětí

Nízké síťové napětí
co dělat? Příčiny a možná řešení.