Przyczyny powstawania przepięć

Przepięcie — co to właściwie jest? W jaki sposób powstają przepięcia? Jak przepięcia docierają do aparatów i instalacji? To pytania, które być może już nieraz zaprzątały Twoją głowę. Na kolejnych stronach znajdziesz obszerne informacje na temat technologii ochrony przed przepięciami.

Przyczyny powstawania

Przepięcia trwają jedynie ułamek sekundy. Dlatego określa się je mianem napięć krótkotrwałych. Mają one bardzo krótkie czasy narastania, wynoszące kilka mikrosekund. Następnie spadają stosunkowo powoli w czasie do 100 mikrosekund.

Przepięcia powstają wskutek następujących zdarzeń:

Fachowe określenie wyładowania piorunowego to w skrócie LEMP (ang. Lightning Electromagnetic Pulse), czyli piorunowy impuls elektromagnetyczny.

Uderzenia pioruna podczas burzy powodują bardzo wysokie krótkotrwałe przepięcia. Są one znacznie wyższe niż przepięcia powstałe wskutek operacji łączeniowych czy wyładowań elektrostatycznych. Lecz w porównaniu z innymi przyczynami występują one znacznie rzadziej.

Operacje łączeniowe są oznaczane skrótem SEMP (ang. Switching Electromagnetic Pulse).

W tym kontekście obejmują włączanie i wyłączanie maszyn o wysokiej mocy lub zwarcia w sieci elektroenergetycznej. Podczas takich operacji w przewodach powstają bardzo wysokie zmiany prądu trwające ułamki sekundy.

Skrót ESD (ang. Electrostatic Discharge) oznacza wyładowanie elektrostatyczne.

W momencie zbliżenia lub dotknięcia ciała o innym potencjale elektrostatycznym następuje przeniesienie ładunku elektrycznego. Znanym przykładem jest wyładowanie osoby, która przeszła po dywanie, a następnie dotknęła metalowego, uziemionego elementu, na przykład stalowej balustrady.

Rodzaje sprzężenia

Przepięcia mogą dostać się do obwodów na różne sposoby, które nazywa się rodzajami sprzężenia.

Sprzężenie galwaniczne (z lewej strony), indukcyjne (w środku) i pojemnościowe (z prawej)

Sprzężenie galwaniczne (z lewej strony), indukcyjne (w środku) i pojemnościowe (z prawej)

W ten sposób oznacza się przepięcia, które sprzężają się bezpośrednio w jednym obwodzie. Można to zaobserwować na przykład podczas uderzeń piorunów. Wysokie amplitudy prądu piorunowego przy oporności uziemiania danego budynku powodują przepięcie.

Wszystkie przewody, które są podłączone przy centralnym wyrównaniu potencjałów, są zasilane tym napięciem. Przy przewodach, przez które przepływa prąd piorunowy, powstaje dodatkowo przepięcie. Ze względu na dużą stromość prądu jest ono głównie powodowane przez indukcyjną część rezystancji przewodu. Podstawę do obliczeń stanowi prawo indukcyjne: u0 = L x di/dt.

Sprzężenie indukcyjne następuje poprzez pole magnetyczne przewodu przewodzącego prąd zgodnie z zasadą transformacji. Przepięcie wprowadzone bezpośrednio do przewodu powoduje powstanie w nim prądu udarowego o wysokich wartościach narastania.

Jednocześnie powstaje odpowiednio silne pole magnetyczne wokół tego przewodu, jak w uzwojeniu pierwotnym transformatora. Pole magnetyczne indukuje przepięcie w innych przewodach, znajdujących się w obszarze jego oddziaływania, jak w uzwojeniu wtórnym transformatora. Przepięcie to dociera przewodami do podłączonego urządzenia.

Ten rodzaj sprzężenia następuje głównie poprzez pole elektryczne między dwoma punktami o wysokiej różnicy potencjałów. Po wyładowaniu wzdłuż przewodu odprowadzającego prąd piorunowy od odgromnika pojawia się wysoki potencjał. Tworzy się pole elektryczne pomiędzy tym odprowadzeniem i innymi elementami o niższym potencjale.

Mogą to być np. przewody zasilacza i transmisji sygnałów lub urządzenia wewnątrz budynków. Przez pole elektryczne przenoszony jest ładunek. Prowadzi to do wzrostu napięcia lub do przepięcia w sąsiednich przewodach i urządzeniach.

Kierunek działania przepięć

Przepięcia działają w obwodach w dwóch kierunkach.

Napięcie wzdłużne (z lewej strony) i poprzeczne (z prawej strony)

Napięcie wzdłużne (z lewej strony) i poprzeczne (z prawej strony)

Napięcia wzdłużne [UL] powstają głównie wskutek wpływu przepięć lub napięć zakłócających o wysokiej częstotliwości między aktywnymi przewodami a ziemią. Używa się w tym zakresie również pojęcia asymetryczności i common mode.

Asymetryczne napięcia zagrażają głównie elementom budowlanym, które znajdują się między aktywnymi potencjałami a uziemionym podłożem, oraz izolacji między aktywnymi potencjałami a ziemią. Dochodzi do przebić na płytkach lub napięć przewodzących elementów eksploatacyjnych do uziemionych części obudowy.

Napięcia poprzeczne [UQ] powstają głównie wskutek wpływu przepięć lub napięć zakłócających o wysokiej częstotliwości między aktywnymi przewodami danego obwodu. Używa się w tym zakresie również pojęcia symetryczności i differential mode.

Przepięcia symetryczne zagrażają wejściu napięciowemu i sygnalizacyjnemu urządzeń i interfejsów. Dochodzi do bezpośredniego przeciążenia z zakłóceniem danego środka eksploatacyjnego w zasilaczu lub elementów budowlanych przetwarzających sygnał.

PHOENIX CONTACT Sp. z o.o

ul. Bierutowska 57-59
Budynek nr 3/A
51-317 Wrocław
071/ 39 80 410

W naszej witrynie stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności.

Zamknij