Zapady napięcia.

 

Opis teoretyczny

 

Charakterystyka zapadów napięcia

Zapad napięcia to krótkotrwałe zmniejszenie wartości skutecznej, lub całkowity zanik napięcia. Wskaźnikami opisującymi zaburzenie są:

-        czas trwania tZ

-        tzw. napięcie resztkowe, będące najmniejszą wartością napięcia, które wystąpiło podczas zaburzenia, zwykle wyrażone w procentach wartości skutecznej napięcia znamionowego.

Podczas zapadu napięcia do odbiornika nie jest dostarczana wystarczająca ilość energii. Może to wywołać poważne konsekwencje, zaleznie od rodzaju obciążenia [1].

 

Rys.1.17. Parametry zapadu napięcia.

 

 

Norma [6] odpowiednio definiuje zapady napięcia.

Nagłe zmniejszenie się napięcia zasilającego do wartości zawartej w przedziale od 90 % do 1% napięcia deklarowanego Un, po którym, w krótkim czasie następuje wzrost napięcia do poprzedniej wartości. Umownie czas trwania zapadu wynosi od 10 ms do 1 minuty. Głębokość zapadu napięcia definiowana jest jako różnica między minimalną wartością skuteczną napięcia w czasie trwania zapadu a napięciem deklarowanym. Zmiany napięcia, które nie powodują obniżenia wartości napięcia poniżej 90 % deklarowanego nie są uważane za zapady.

Wszelkie zaburzenia napięcia przedstawione zostały na rysunku [1.18]:

 

 

Rysunek 1.18 Zjawiska wpływające na wartość skuteczną napięcia

 

Klasyfikacja zapadów napięcia:

• wolne i szybkie zmiany napięcia,

• pojedyncze i powtarzające się,

• ciągłe i skokowe

 

Zapad napięcia może mieć prosty jednostopniowy kształt lub złożony, podczas którego napięcie zmienia się w dwóch lub więcej stopniach (rys [1.19]). W praktycznych rozważaniach niezależnie od kształtu jest ono traktowane jako pojedyncze zaburzenie. Jako amplituda zapadu o złożonym kształcie jest przyjmowana najczęściej największa zmiana napięcia, a czas trwania jest czasem całego zaburzenia, podczas którego wartość napięcia jest mniejsza niż 90 % wartości znamionowej.

Rysunek 1.19 Graficzna interpretacja gwałtownych zmian napięcia.

 

 Źródła zapadów napięcia:

 

Są dwie główne przyczyny zapadów napięcia:

o       załączanie dużych odbiorników w rozpatrywanym obrębie linii zasilającej, zarówno po stronie dostawcy jak i odbiorcy energii

o       zwarcia występujące w różnych punktach systemu.

 

Zapady napięcia wywołane załączaniem odbiorników dużej mocy

Podczas załączania odbiorników dużej mocy, na przykład podczas rozruchu dużych napędów, prąd rozruchowy może kilkakrotnie przekroczyć wartość prądu roboczego. Ponieważ obwód zasilający i okablowanie instalacji są przystosowane do nominalnego prądu roboczego, zwiększony prąd początkowy powoduje spadek napięcia zarówno w sieci zasilającej jak i w instalacji odbiorcy. Skutek zależy od tego jak sztywna jest sieć, to znaczy jak mała jest wartość jej impedancji zastępczej w punkcie wspólnego przyłączenia i jaka jest impedancja przyłączanego odbiornika. Zapady wywołane prądami rozruchowymi charakteryzują się mniejszą „głębokością” i są dłuższe niż zapady wywołane zwarciami w sieci.

Z problemami powstającymi u użytkownika, spowodowanymi zbyt dużą wartością rezystancji okablowania poradzić sobie można stosunkowo łatwo. Odbiorniki dużej mocy powinny być przyłączane bezpośrednio do źródła zasilania o odpowiednim poziomie napięcia, lub wtórnej strony transformatora zasilającego. Natomiast, jeśli problem wywoła impedancja sieci zasilającej, (kiedy zasilanie jest zbyt „słabe”) trzeba podjąć dalsze działania.

Jednym z rozwiązań jest zastosowanie układów rozruchowych ograniczającego wartość prądu rozruchowego takich jak, rozrusznik gwiazda/trójkąt, rozruch rezystancyjny i reaktancyjny, rozruch autotransformatorowy, szeregowe lub równoległe łączenie uzwojeń w silnikach z dzielonymi uzwojeniami oraz układu tyrystorowe (soft-start). W przypadku napędów elektrycznych powoduje to wydłużenie czasu rozruchu. Innym rozwiązaniem mogłoby być zmiana układu zasilającego na układ o mniejszej impedancji zastępczej (większej mocy zwarciowej). Takie rozwiązanie może być jednak bardzo kosztowne. Jeśli obie te metody nie dają rezultatów lub są niedostępne, trzeba stosować dodatkowe urządzenia żeby kompensować zapady napięcia. [3]

 

Zapady napięcia wywołane zwarciami w sieci zasilającej.

Zwarcia mogą być jednofazowe (i takowe występują najczęściej) lub dwu i trójfazowe. Mogą występować zarówno w sieciach transmisyjnych jak i rozdzielczych, a także w instalacjach odbiorców. Powodują przetężenia prądowe, skutkiem których są spadki napięć na impedancjach systemu i w konsekwencji zapady napięcia. Przyczyny zwarć można podzielić na :

-        zewnętrzne a w śród nich na naturalne, niezależne od pracy systemu zasilającego, czyli wyładowania atmosferyczne (najwięcej zwarć w liniach), mgła, sadź, śnieg, oraz inne dodatkowe jak drzewa, zwierzęta, wypadki komunikacyjne

-        wewnętrzne które mają swe źródło w systemie zasilającym. Mogą to być uszkodzenia izolacji, zwarcia powodowane błędami ludzi lub niewłaściwym działaniem urządzeń.

 

Sieć zasilająca jest bardzo złożona. Rozchodzenie się zapadów napięcia zależy od konfiguracji systemu oraz impedancji obwodu zwarcia.

            Jeden z przypadków przedstawiono na symulacji.

Zwarcie w punkcie z3 powoduje zapad napięcia do wartości 0 % na zaciskach odbiornika 3, zapad do 64 % w odbiorniku 2 i do 98 % w odbiorniku 1. Natomiast zwarcie w punkcie z1 spowoduje zapad do 0 % w odbiorniku 1 i do 50 % w pozostałych odbiornikach. Warto zauważyć, że zwarcie na poziomie 1 wywoła skutki u znacznie większej liczby odbiorców w porównaniu ze zwarciem na poziomie 3. Odbiorniki przyłączone na poziomie 3 są narażone na o wiele więcej zapadów, niż te, które są przyłączone na poziomie 1. Jest tak, dlatego ponieważ istnieje dla nich o wiele więcej możliwych lokalizacji zwarć niż dla odbiorników przyłączanych „bliżej” źródła.

            Czas trwania zapadu zależy od tego, jak szybko obwody zabezpieczeń zlokalizują miejsce zwarcia i odłączą zwarty obwód. Czas ten wynosi zwykle kilkaset milisekund. Zwarcia mogą być przemijające, na przykład może je wywołać spadająca z drzewa na linie zasilającą gałąź. Gdyby zwarty obwód został na trwale odłączony przez układ zabezpieczeń, wtedy wszyscy odbiorcy zasilani z tej linii zostaliby pozbawieni zasilania do czasu, gdy linia zostanie sprawdzona i ponownie załączona. [1]

 

 symulacja zwarcia w sieci - kliknij na rys

Rysunek 1.20 Symulacja zwarcia w sieci

 

Napędy elektryczne, w tym także napędy o zmiennej prędkości, są szczególnie czułe na zapady napięcia. Może to być wysoce niekorzystne np. w linii produkcyjnej. Procesy przetwarzania danych i sterowania urządzeniami są również bardzo czułe na zapady napięcia i ich zakłócenie może prowadzić do utraty danych i dłuższego postoju technologicznego. Sami bardzo często doświadczyliśmy „zawieszenia” PC w bardzo niekorzystnym momencie. Może to być także spowodowane zaburzeniem napięcia zasilającego.

 

Przysiad napięcia jest to jego dłuższe obniżenie. Zwykle pod kontrolą dostawcy, służą obniżeniu obciążenia w czasie maksymalnego zapotrzebowania na energię lub powstają w wyniku niewystarczającej energii zasilania w stosunku do obciążenia.