Supratensiunii (inginerie electrică)

Dispozitiv electronic deteriorat din cauza supratensiune.

Supratensiune, în inginerie electrică și electronica , indică o stare în care un sistem electric sau o parte din acesta este într - o diferență de potențial electric mai mare decât cea pentru care a fost proiectat.

Aceasta este o condiție nedorită, de multe ori temporare care, în funcție de durata și intensitatea, ar putea deteriora sistemul electric în sine și toate dispozitivele conectate la acesta.

Descriere și efecte

In timpul fazei de proiectare, sisteme și dispozitive electrice sunt dimensionate să funcționeze la o anumită tensiune electrică, în general, numit tensiune nominală sau tensiune de operare. În cazul în care tensiunea reală este mai mare decât cea nominală, apar două efecte principale: încălzirea anormală datorită efectului Joule și posibila ruperea dielectrice .

efect Joule

Același subiect în detaliu: efect Joule .

Pentru cei mai mulți conductori și semiconductori, curentul electric care curge prin materialului crește cu creșterea de tensiune (de exemplu, în cazul conductorilor ohmice, lui Ohm se aplică legea $I\propto V$ ${\ Displaystyle I \ propto V}$ ${\ Displaystyle I \ propto V}$ ). Deoarece energia disipată prin efect Joule pe conductorul este produsul de tensiune prin intensitatea curentului, creșterea tensiunii (și , prin urmare , de asemenea, curentul) crește , de asemenea , căldura dispersat pe materialul care trebuie să se disipeze mai multă căldură decât atât. Pentru care a fost proiectat și, prin urmare, crește temperaturii sale cu riscul de a provoca topirea sau deformarea conductorului sau a părților adiacente.

Un exemplu elementar este acela al unei lămpi cu incandescență : dacă este alimentat la o tensiune mai mare decât cea indicată de către producător, a overheats tungsten ajungând la punctul de topire, adică becul se arde.

pauza dielectrică

Același subiect în detaliu: eșec dielectrică .

Cele Izolatiile sunt dimensionate pentru a rezista la tensiunea nominală, dacă tensiunea la care sunt supuse depășește rezistența dielectrică a izolatorului opririle materialul fiind izolant și este trecut printr - de un curent. În cazul dielectricilor solizi, ruperea fizică a materialului poate să apară ca urmare a descărcării, în timp ce în aer acest fenomen are loc sub forma unui arc electric (scântei).

De exemplu, pistele circuitelor imprimate sunt suficient de distanțate pentru a evita trecerea curentului între o pistă și cealaltă în condiții normale, cu toate acestea , în cazul supratensiunilor unui curent poate fi stabilită prin aer sau prin PCB în sine.

Consecințele pe liniile electrice

Când supratensiunilor apar pe liniile de înaltă tensiune , în cazul în care nu există dispozitive de protecție, raspandeste de supratensiune de-a lungul întregii linii (chiar și dincolo de orice transformatoare) către utilizatorii finali (case de locuit sau industrii). În consecință, toate dispozitivele electrice și electronice (aparate de uz casnic sau masini industriale) conectate la linia poate fi deteriorat.

Cauze

căderi de tensiune pot fi generate de cauze naturale sau provocate de om. În general, evenimentele care generează supratensiunilor nu pot fi ușor controlate sau prezis, prin urmare, este de până la proiectant pentru a prezice probabilitatea supratensiunilor și inserați dispozitive de protecție proporționale.

Cauze naturale

Cea mai frecventă cauză naturală a puterii mareelor este fulgere . Atunci când un fulger lovește în apropierea sau în corespondență cu o linie electrică aeriană de câmp electric impulsiv generat de descărcarea creează o supratensiune pe linia care se propagă până la utilizatorii ^[1] .

În dispozitive deosebit de complexe sau în condiții particulare (de exemplu , în afara atmosferei terestre) chiar și vântul solar poate provoca supratensiunilor, precum și orice câmp magnetic , care variază în timp ( a se vedea legea Farady de inducție ).

cauzele artificiale

sarcini inductive

Folosind o diodă flyback pentru a preveni supratensiune pe comutator.

Supratensiunile din cauza acțiunilor umane pot fi din cauza oscilațiilor de tensiune cauzate de variația curentă pe inductive sarcini. În curent continuu liniile de înaltă tensiune, atunci când o sarcină este deconectat de la rețea, există o schimbare bruscă a curentului , care generează o supratensiune pe linia din cauza auto-inductanță (rețeaua electrică acționează ca un inductor ) în conformitate cu legea inductoare

$\Delta v_{\left(t\right)}={\frac {\mathrm {d} i_{\left(t\right)}}{\mathrm {dt} }}$ ${\ Displaystyle \ Delta v _ {\$ din $stânga (t \ dreapta)} = {\ frac {\ mathrm {d} i _ {\$ din $stânga (t \ dreapta)}} {\ mathrm {dt}}}}$ ${\ Displaystyle \ Delta v _ {\ din stânga (t \ dreapta)} = {\ frac {\ mathrm {d} i _ {\ din stânga (t \ dreapta)}} {\ mathrm {dt}}}}$

Amploarea acestui efect crește pe măsură ce curentul absorbit de sarcina crește înainte de a fi deconectat. În curent alternativ linii acest efect apare dacă sarcina este deconectată atunci când curentul instantaneu absorbit de sarcină nu este zero ^[2] .

În circuitele electronice se produce acest efect, de exemplu, atunci când conducerea unui releu cu un tranzistor : electromagnetul a releului acționează ca un inductor și în deschidere, în cazul în care nu există Suprimarea , o supratensiune apare pe tranzistor , care ar putea deteriora.

eșec neutru

întrerupere neutru.

O altă cauză posibilă a supratensiunilor este întreruperea neutru ^[3] , involuntar sau din cauza lucrărilor de întreținere în linie, în sisteme trifazate care furnizează utilizatorilor o singură fază. În cazul în care neutrul este întreruptă înainte de ramurile pentru utilizatorii cu o singură fază, la fel ca în figură, tensiunea pe dispozitivele utilizatorilor individuali nu mai este tensiunea FN, ci variază în funcție de dezechilibrul sarcinilor pe cele trei faze.

Acest lucru se datorează faptului că mai mulți utilizatori , cu o singură fază se comporta neutru plutitoare ca o stea conectat de sarcină . De fapt, dacă indicăm cu $\mathbf {Y} _{1}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {1}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {1}}$ , $\mathbf {Y} _{2}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {2}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {2}}$ Și $\mathbf {Y} _{3}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {3}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {Y} _ {3}}$ totalul mărturisirile diferiților utilizatori pe fiecare fază, tensiunea pe utilizatorii monofazice conectat la faza $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ Sara

$\mathbf {V} _{n}=\mathbf {E} _{n}-{\frac {\mathbf {E} _{1}\mathbf {Y} _{1}+\mathbf {E} _{2}\mathbf {Y} _{2}+\mathbf {E} _{3}\mathbf {Y} _{3}}{\mathbf {Y} _{1}+\mathbf {Y} _{2}+\mathbf {Y} _{3}}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {V} _ {n} = \ mathbf {E} _ {n} - {\ frac {\ mathbf {E} _ {1} \ mathbf {Y} _ {1} + \ mathbf {E } _ {2} \ mathbf {Y} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ mathbf {Y} _ {3}} {\ mathbf {Y} _ {1} + \ mathbf {Y} _ {2} + \ mathbf {Y} _ {3}}}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {V} _ {n} = \ mathbf {E} _ {n} - {\ frac {\ mathbf {E} _ {1} \ mathbf {Y} _ {1} + \ mathbf {E } _ {2} \ mathbf {Y} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ mathbf {Y} _ {3}} {\ mathbf {Y} _ {1} + \ mathbf {Y} _ {2} + \ mathbf {Y} _ {3}}}}$

unde este $\mathbf {E} _{1}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {1}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {1}}$ , $\mathbf {E} _{2}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {2}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {2}}$ Și $\mathbf {E} _{3}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {3}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {E} _ {3}}$ acestea sunt generatorii fazele 1, 2 și 3, respectiv. Acesta este motivul pentru care dispozitivele de comutare utilizate pe liniile de trei faze întârzie deschiderea neutru și să anticipeze închiderea acesteia în raport cu cele trei faze.

Singurul caz în care tensiunea rămâne neschimbată este cazul sarcinilor perfect echilibrat, de fapt

$\mathbf {V} _{n}=\mathbf {E} _{n}-{\frac {\mathbf {E} _{1}\mathbf {Y} +\mathbf {E} _{2}\mathbf {Y} +\mathbf {E} _{3}\mathbf {Y} }{\mathbf {Y} +\mathbf {Y} +\mathbf {Y} }}=\mathbf {E} _{n}-{\frac {1}{3}}\left(\mathbf {E} _{1}+\mathbf {E} _{2}+\mathbf {E} _{3}\right)=\mathbf {E} _{n}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {V} _ {n} = \ mathbf {E} _ {n} - {\ frac {\ mathbf {E} _ {1} \ mathbf {Y} + \ mathbf {E} _ {2 } \ mathbf {Y} + \ mathbf {E} _ {3} \ mathbf {Y}} {\ mathbf {Y} + \ mathbf {Y} + \ mathbf {Y}}} = \ mathbf {E} _ { n} - {\ frac {1} {3}} \ stânga (\ mathbf {E} _ {1} + \ mathbf {E} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ dreapta) = \ mathbf {E} _ {n}}$ ${\ Displaystyle \ mathbf {V} _ {n} = \ mathbf {E} _ {n} - {\ frac {\ mathbf {E} _ {1} \ mathbf {Y} + \ mathbf {E} _ {2 } \ mathbf {Y} + \ mathbf {E} _ {3} \ mathbf {Y}} {\ mathbf {Y} + \ mathbf {Y} + \ mathbf {Y}}} = \ mathbf {E} _ { n} - {\ frac {1} {3}} \ stânga (\ mathbf {E} _ {1} + \ mathbf {E} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ dreapta) = \ mathbf {E} _ {n}}$

cu toate că, în realitate, un echilibru perfect este rară.

dispozitive de protecție

varistor de înaltă tensiune destinate utilizării pe liniile electrice.

Suprimatorii

Același subiect în detaliu: Suppressor .

Suprimatorii sunt dispozitive folosite pentru a supratensiunilor limită în circuitele electronice de consum redus de energie (prin urmare, în general, nu sunt adecvate pentru instalații sau linii electrice). Cele mai multe tipuri comune sunt supresori RC, diode, și diode Zener.

descărcătoare

Același subiect în detaliu: Descărcători (inginerie electrică) .

Eclatoarele și varistoarele sunt utilizate în principal pentru a proteja sistemele electrice sau linii electrice. Ambele dispozitive se comportă în același fel: ele sunt conectate între conductorii liniei și pământul și, în cazul în care tensiunea depășește pragul prestabilit, acestea cresc rapid lor conductanta ^[4], umezirea supratensiunea.

Diferența dintre cele două minciuni dispozitive în metoda diferită de a face o componentă care variază rezistența ca tensiunea variază, în cazul eclatoare ionizării aerului sau a altor gaze este utilizată, în cazul varistori sunt utilizate semiconductori.

Notă

Elemente conexe

linkuri externe

Ghid pentru selectarea de protecție la supratensiune, ABB

Portal electrotehnic

Portalul de fizică

Portal de inginerie

[1] Surge Guide, ABB, p 4

[2] Surge Guide, ABB, p 6

[3] Efectul pierderii neutre în rețelele de joasă tensiune 3 faze, ABB

[4] Surge Ghid, ABB, pag 12

[1]

[2]

[3]

[4],