Proč při zkratu klesá napětí?

Zkrat je jednou z nejčastějších nouzových situací v elektrických systémech. Během zkratu elektrický proud obchází část obvodu elektrické sítě a poskytuje nízký odpor. To může mít za následek pokles napětí v systému, což může mít vážné následky.

V případě zkratu může proud překročit normální provozní hodnoty a způsobit přetížení elektrického zařízení. To může způsobit poškození a selhání obvodů, což následně povede k neočekávaným zastavením a prostojům v systému. Nízké napětí při zkratu může také způsobit znehodnocení elektrického zařízení a snížit jeho životnost.

Celkový pokles napětí při zkratu je způsoben nízkým odporem, který poskytuje cesta zkratu. Když dojde ke zkratu, může silovými obvody systému protékat značné množství proudu, což způsobí velký pokles napětí v energii. To může vést k rozvoji velkých energetických ztrát a zahřívání vodičů, což může způsobit vážné poškození systému a zařízení.

Celkově mají zkraty v elektrických systémech dalekosáhlé důsledky a energetické společnosti a servisní odborníci musí podniknout kroky k prevenci a minimalizaci rizik. Udržování správného odporu v elektrickém systému a používání ochranných prostředků může snížit potenciální škody a zvýšit bezpečnost pracovníků a zařízení.

Důležité příčiny a důsledky poklesu napětí při zkratu

Existuje několik důvodů pro zkrat. Jedním z hlavních důvodů je nesprávné připojení elektrického zařízení k síti. K tomu může dojít v důsledku nesprávné instalace, poškozené izolace nebo nesouladu elektrického zařízení s elektrickými parametry sítě.

Další příčinou zkratu může být mechanické poškození elektrického systému, například přetržení vodiče nebo překrytí dvou vodičů.

Důležité důsledky poklesu napětí při zkratu jsou:

1. Poškození zařízení

Pokles napětí při zkratu silně zatěžuje elektrické zařízení, což může vést k jeho poškození až poruše.

2. Nebezpečí požáru

Zkrat může způsobit vysoké teploty, které mohou způsobit popáleniny a vznícení okolních materiálů, což může vést k požáru.

3. Přenos elektrického proudu po nesprávných cestách

Zkrat může způsobit protékání proudu předměty nebo lidmi, což představuje vážné ohrožení jejich života a zdraví.

4. Přerušení elektrického obvodu

Zkrat způsobí přerušení elektrického obvodu, což může způsobit, že elektrická zařízení a systémy přestanou fungovat, což vede k narušení procesu a ztrátě dat.

Pokles napětí při zkratu vyžaduje okamžitou akci k odstranění vzniklých problémů a zabránění vzniku nebezpečné situace. Je důležité používat systémy nouzového vypnutí, správně reagovat na situaci a aplikovat vhodná bezpečnostní opatření.

Problémy s vodiči

Zkrat, který je jednou z hlavních příčin poklesu napětí, může narazit na některé problémy související s vodiči. To může vést k vážným následkům a negativně ovlivnit elektrický systém jako celek.

• Přehřátí vodičů: Když dojde ke zkratu, proud začne protékat cestou nejmenšího odporu. To může vést k tomu, že drátem protéká silný proud, který způsobí jeho přehřátí. Přehřátý drát se může stát zdrojem požáru nebo dokonce vést k poruše zařízení.
• Poškození izolace: Vysoký proud protékající vodičem může způsobit poškození izolace, což může vést ke zkratům se sousedními vodiči, kryty zařízení nebo zemí. Poškozená izolace může také způsobit únik proudu a představovat nebezpečí pro lidi.
• Ztráta energie: Když dojde ke zkratu, dojde ke ztrátě energie, která měla být v zařízení nebo systému použita. Napětí klesá, když proud obchází zařízení nebo systém tím, že protéká vodičem s odporem proti zkratu. To může mít za následek snížení účinnosti systému a negativní dopad na výkon.

Aby se předešlo problémům s vodiči souvisejícími se zkraty, je důležité používat vodiče a kabely, které splňují požadavky na elektrický systém a mají odpovídající izolaci. Také pravidelná kontrola a údržba zařízení pomůže identifikovat potenciální problémy a předejít vážným nehodám.

Dopad na elektronická zařízení

Zkrat může mít vážné následky pro elektronické zařízení. Mohlo by dojít k přetížení a poškození zařízení a v některých případech dokonce způsobit požár nebo výbuch.

Hlavní příčiny poklesu napětí na elektronickém zařízení během zkratu jsou následující:

Pro zamezení vzniku a minimalizaci následků zkratů se doporučuje používat ochranná zařízení, jako jsou pojistky a jističe. Je také důležité pravidelně kontrolovat a udržovat vaše elektronické zařízení, abyste identifikovali a opravili potenciální problémy dříve, než nastanou.

Pokles napětí může způsobit vážné problémy, jako je narušení výrobních procesů a snížená kvalita. K takovým poruchám dochází mnohem častěji než k přerušením. Ekonomické důsledky výpadků elektřiny jsou často velmi podceňovány. Ale co je to vlastně pokles napětí? Jak dochází k poklesu napětí? Je možné zabránit poklesu napětí nebo bychom se měli pokusit omezit potenciální poškození včasným rozpoznáním? Tento článek podrobně popisuje tyto problémy.

Poklesy napětí

Pokles napětí může způsobit vážné problémy, jako je narušení výrobních procesů a snížená kvalita. K takovým poruchám dochází mnohem častěji než k přerušením. Ekonomické důsledky výpadků elektřiny jsou často velmi podceňovány. Ale co je to vlastně pokles napětí? Jak dochází k poklesu napětí? Je možné zabránit poklesu napětí nebo bychom se měli pokusit omezit potenciální poškození včasným rozpoznáním? Tento článek podrobně popisuje tyto problémy.

Co je to pokles napětí?

Podle evropské normy EN 50160 je pokles napětí definován jako náhlý pokles efektivních hodnot napětí na hodnotu mezi 90 % a 1 % specifikované hodnoty s následným okamžitým obnovením napětí. Doba trvání poklesu napětí se pohybuje od půl periody (10 ms) do minuty.

Rýže. 1 Příklad poklesu napětí

Pokud efektivní hodnota napětí neklesne pod 90 % nastavené hodnoty, je to považováno za normální pracovní stav. Pokud napětí klesne pod 1 % nastavené hodnoty, považuje se to za přerušení.

Pokles napětí by tedy neměl být zaměňován s přerušením. K přerušení dochází např. po vypadnutí pojistky (typ. 300 ms). Výpadek napájení v síti se šíří jako pokles napětí do zbytku distribuční sítě.

Obrázek (obr. 2) objasňuje rozdíl mezi poklesem, krátkým přerušením a nízkým napětím.

Rýže. 2: Rozdíl mezi poklesem, přerušením a podpětím

Jak dochází k poklesu napětí?

1. Spínací proudy

Jednou ze známých příčin malého poklesu napětí jsou spínací proudy kondenzátorů, motorů nebo jiných zařízení. Na následujícím obrázku můžete vidět, že při nastartování motoru se proud na krátkou dobu zvýší. Pokles napětí na impedancích Z a Z1 má za následek malý pokles napětí na rozdělovači nízkého napětí (zóna poklesu 1) a mírně větší pokles napětí za impedancí Z1 (zóna poklesu 2).

Rýže. 3 “Spouštění” motorů může způsobit pokles napětí

Řešením problémů způsobených takovými poruchami je optimalizace instalace. Zapnutí zařízení by nemělo vést ke kritickému poklesu napětí.

2. Zkraty v sítích nízkého napětí

Když dojde ke zkratu v síti nízkého napětí, protéká zkratový proud. Příspěvek zkratového proudu závisí na hodnotě celkových odporů Z a Z3. V praxi je celkový odpor Z3 větší. Velikost impedance Z3 je dána mimo jiné i typem a délkou kabelu. Čím delší je kabel, tím nižší bude zkratový proud.

Zkratový proud způsobí pokles napětí na impedanci Z, což má za následek krátkodobý pokles napětí na hlavním nízkonapěťovém rozvaděči (zóna poklesu 1).

V případě zkratu by měla vypadnout pojistka skupiny 3. Pokud před vypnutím pojistky uplyne 100 ms, je pozorován silný pokles napětí po dobu 100 ms v celé instalaci.

Rýže. 4 Typický příklad provozního stavu, kdy dochází k poklesu napětí v důsledku zkratu v síti nízkého napětí

Přestože ke zkratům v sítích nízkého napětí dochází, v praxi jsou často ignorovány. Kritičtější jsou zkraty ve vysokonapěťových sítích.

3. Zkraty v sítích vysokého napětí

Nejčastěji jsou poklesy napětí pozorovány v sítích vysokého napětí. Mohou být způsobeny zejména následujícími faktory:

• zemní práce,
• porucha spojkového pouzdra,
• stárnutí kabelu,
• zkraty v nadzemním elektrickém vedení (bouřky, zvířata atd.)

Následující obrázek (obr. 5) ukazuje typickou strukturu sítě vysokého napětí. Známé transformátorové kabiny/místní rozvodny (zelené body) jsou vzájemně propojeny do kruhu a připojeny k rozvodně (modré body). V kroužku je vždy mezera (viz kroužek zelených teček vpravo dole). Když dojde ke zkratu, obvodem protéká zkratový proud (červená čára). Pokračuje v toku, dokud pojistka v distribuční stanici nevypne kroužek. To je znázorněno na levém obrázku (v kroužku vlevo nahoře).

Při zkratu tedy krátce protéká silný proud. Vzhledem k celkovému odporu sítě to vede ke krátkodobému poklesu napětí v celé síti. Tento krátkodobý pokles napětí je vyjádřen jako “pokles napětí”.

Rýže. 5 Většina poklesů napětí je způsobena zkraty v síti vysokého napětí

Asi 75 % poklesů napětí se vyskytuje v síti vysokého napětí. Často jsou pro spotřebitele nevyhnutelné.

Zkraty v sítích vysokého napětí

Zkraty v sítích vysokého napětí jsou často způsobeny bleskem nebo (falešným) zapnutím. Ty jsou obvykle pozorovány na koncích vedení vysokého napětí.

Problémy související s poklesy napětí

Pokles napětí může způsobit selhání počítačových systémů, PLC, relé a frekvenčních měničů. V kritických procesech může i jeden výpadek napětí způsobit vysoké náklady, zejména v nepřetržitých procesech.

Příkladem je vstřikování, vytlačování, tisk nebo zpracování potravinářských výrobků, jako je mléko, pivo nebo nealkoholické nápoje.

Náklady spojené s poklesem napětí tvoří:

• ušlý zisk v důsledku odstávky výrobních zařízení,
• náklady na obnovení výrobního procesu,
• náklady spojené se zpožděním dodávek produktů,
• náklady na zkažené suroviny,
• náklady na opravu škod způsobených na strojích, přístrojích a matricích,
• náklady na údržbu a práci.

Průměrné náklady na pokles napětí se značně liší podle odvětví:

• jemná chemie 190 000 eur
• mikroprocesory 100 000 eur
• kovoobrábění 35 000 eur
• textilní průmysl 20 000 eur
• potravinářský průmysl 18 000 eur

Procesy často probíhají bez přítomnosti lidí, takže poklesy napětí nejsou okamžitě detekovány. V tomto případě je například možné nepozorované zastavení vstřikovacího stroje. V době, kdy je odstávka objevena, již byly způsobeny značné škody.

Zákazníci obdrží výrobky příliš pozdě a plast ve stroji ztvrdne. V tiskárnách nebo v papírenském průmyslu může dojít k prasknutí papíru, což může dokonce vést k požáru. Dalším známým příkladem je škoda způsobená výrobci pneumatik Vredestein výpadky proudu. www.rtvoost.nl

Zranitelnost IT instalací vůči výpadkům a přerušením napájení

IT instalace jsou zvláště náchylné k výpadkům a přerušením napájení. To znamená, že všechny procesy řízené mikroprocesory jsou zranitelné vůči těmto poruchám, jako např

• instalace PLC,
• frekvenční měniče,
• řídicí systémy strojů,
• servery, PC atd.

Křivka ITI-CBEMA, vyvinutá Radou pro průmysl informačních technologií, ukazuje, kdy pokles napětí způsobí selhání IT zařízení a kdy napěťové špičky způsobí poškození IT zařízení. Přestože byl model navržen pro sítě 120 V – 60 Hz, používá se i pro zařízení připojená k sítím 230 V – 50 Hz. Model může sloužit výrobcům jako průvodce designem.

Rýže. 6 Křivka ITI (CBEMA) ukazuje, kdy pokles napětí způsobí selhání IT zařízení.

Jak můžete bojovat s poklesy napětí? Poklesy napětí v důsledku spínacích proudů lze do určité míry omezit zlepšením návrhu instalace. Poklesy napětí v důsledku zkratů v sítích nízkého napětí se obvykle vyskytují extrémně zřídka. Většina poklesů napětí je způsobena zkraty v síti vysokého napětí. Důvody vzniku takových poruch nelze ovlivnit.

Samotné poruchy lze odstranit pomocí následujících zařízení:

• Statický UPS, stejnosměrný zdroj napájení s invertorem připojeným za ním. Toto řešení se často používá pro přechod na nouzové napájení ze záložní jednotky.
• Synchronně pracující setrvačník při zatížení (dynamický UPS). V případě krátkého přerušení nebo poruchy je energie dodávána ze setrvačníku. Toto řešení není levné a často se používá v datových centrech.
• Připojení procesních řídicích a regulačních jednotek na stabilizovaný zdroj energie.
• Dovybavení elektrické infrastruktury. To není vždy možné a samozřejmě to není levné.

Na základě toho je zřejmé, že eliminace úbytků napětí není levná. Proto může být včasná detekce poklesů napětí velmi užitečná. S dobrým reportovacím nástrojem můžete identifikovat příčiny a podniknout cílená (a tedy cenově výhodnější) opatření.

Signály poklesu napětí

Janitza nabízí širokou škálu analyzátorů schopných detekovat krátká přerušení a poklesy napětí. Síťový analyzátor UMG 604 nepřetržitě monitoruje více než 800 elektrických charakteristik. Všechny kanály jsou kontrolovány 20 000krát za sekundu, přičemž registrují krátká přerušení a poklesy napětí a vydávají příslušná varování. Na základě těchto událostí lze odeslat email nebo SMS zprávu. Softwarový balík GridVis-Basic, který je součástí dodávky, umožňuje generování podrobných zpráv.

Rýže. 7 Kompaktní síťový analyzátor UMG 604 je určen k upozornění na poklesy napětí

Panelový analyzátor napájecího zdroje UMG 604 je rozsáhlé a cenově výhodné řešení pro detekci, záznam, signalizaci a hlášení poklesů napětí. Měřicí zařízení je vybaveno webovým serverem, který umožňuje přímé vyvolání nejdůležitějších parametrů z měřicích zařízení bez velkých nákladů nebo použití složitého softwaru. Pomocí vestavěného prohlížeče událostí lze analyzovat poklesy a přerušení napětí a dokumentovat je ve formě zpráv.

Rýže. 8 Síťový analyzátor na vstupním panelu napájení detekuje odchylky napětí

Janitza nabízí následující měřicí zařízení pro detekci krátkých přerušení:

• UMG 604, kompaktní síťový analyzátor pro montáž na DIN lištu
• UMG 508, síťový analyzátor s intuitivním barevným displejem pro montáž na panel
• UMG 605, analyzátor kvality sítě třídy A pro montáž na lištu DIN
• UMG 511, analyzátor kvality sítě třídy A s intuitivním barevným displejem pro montáž na panel

Analýza pomocí GridVis

K měřicím přístrojům Janitza je zdarma dodáván základní balíček programu GridVis (GridVis-Basic). S tímto balíčkem můžete zejména:

• číst naměřené hodnoty v reálném čase,
• požadovat archivovaná data měření ve formě souborů a grafů,
• analyzovat krátkodobá přerušení, přechodové jevy a poklesy napětí,
• tisk kompletních zpráv EN 50160 stisknutím tlačítka a
• vytvářet jednoduché zprávy o kvalitě/chybách.

Rýže. 9 Pomocí GridVis lze provádět i rozsáhlé analýzy.

Pomocí vestavěného generátoru zpráv lze i přerušované poklesy napětí, krátká přerušení a napěťové špičky kombinovat do vizuálních zpráv pomocí křivky ITI-(CBEMA).

Obrázek níže (obr. 10) ukazuje, že došlo ke třem poklesům napětí, které způsobily zastavení instalace.

Obr. 10 Zpráva o poklesu a špičce napětí na základě křivky ITI

Celkový

Poklesy napětí se vyskytují poměrně často a nejsou vždy rozpoznány. Ekonomické škody v důsledku poklesů napětí jsou větší než v důsledku přerušení. Modernizací elektrické infrastruktury lze zabránit řadě poklesů napětí. Použití nepřerušitelných zdrojů napájení nebo tlumivek může snížit škody způsobené poklesy napětí. V některých případech se tato opatření zdají příliš drahá. Prvním krokem je však vždy rozpoznat a zdokumentovat poklesy napětí. Janitza nabízí řešení na klíč, která nepřetržitě monitorují a analyzují všechny výrobní procesy udržitelným a spolehlivým způsobem.

Použitím moderních měřicích přístrojů lze problémy související s kvalitou napětí včas odhalit a odstranit. Je zaručena zvýšená spolehlivost napájení, snižují se náklady na údržbu a prodlužuje se životnost výrobního závodu.

Zdroj: “TK Profenergy”

Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki