Poza de Harry Strauss pe Pixabay.com
În prezent, energia electrică este esențială pentru aproape toate activitățile umane. De la iluminat și încălzire, până la comunicații și divertisment, afaceri și tranzacții, transport și industrie, întreaga societate umană depinde de instalații electrice sigure și eficiente pentru asigurarea confortului și securității. Dar, oare știm ce amenințări pot afecta aceste instalații și cum putem să le prevenim sau să le combatem?
Una dintre cele mai frecvente și mai periculoase probleme care pot apărea în funcționarea rețelelor electrice este supratensiunea. Acest fenomen se referă la o creștere bruscă și temporară a tensiunii electrice într-un circuit, care poate depăși cu mult nivelul normal și admisibil al tensiunii de serviciu. Efectele supratensiunii pot însemna un real pericol pentru aparatura electrică, pot pune o presiune enormă asupra circuitelor electrice în sine care pot ceda și chiar se poate ajunge la avarii semnificative ale sistemelor, scurtcircuite, deranjamente serioase în alimentarea cu electricitate și chiar incendii devastatoare.
Supratensiunea poate fi cauzată de fenomene naturale, cum ar fi trăsnetele, sau de evenimente artificiale, cum ar fi comutațiile de mare putere sau defectele de izolație.
Din punct de vedere al pagubelor produse, efecte grave poate avea supratensiunea mai ales asupra aparaturii electrice conectate la rețea. De la deteriorarea componentelor și a cablurilor, până la incendii și explozii, supratensiunea poate provoca pierderi materiale, financiare și chiar umane. De aceea, este vitală protejarea instalațiilor electrice de supratensiuni, folosind dispozitive și măsuri adecvate.
În acest articol, vom discuta despre ce este protecția la supratensiune, de ce este importantă și cum funcționează. Vom prezenta principalele tipuri de supratensiuni și de protecții la supratensiune, precum și modul de funcționare al unui dispozitiv specializat, numit descărcător la supratensiuni atmosferice SPD.
Cuprins:
1. Ce este supratensiunea, câte tipuri de supratensiune există și care sunt efectele acesteia?
2. Protecțiile la supratensiuni și modul în care protejează acestea circuitele electrice
3. Află cum funcționează un descărcător la supratensiuni atmosferice SPD
1. Ce este supratensiunea, câte tipuri de supratensiune există și care sunt efectele acesteia?
Poza de Michal Jarmoluk pe Pixabay.com
Înainte de a discuta despre protecția la supratensiune în sine, este important să înțelegem cât mai bine ce este supratensiunea și ce tipuri de supratensiuni există. Astfel, vom putea să identificăm mai ușor cauzele, efectele supratensiunilor asupra aparaturii electrice și soluțiile pentru neutralizarea acestui fenomen.
Supratensiunea este o creștere bruscă și temporară a tensiunii electrice într-un circuit electric, care poate depăși cu mult nivelul nominal normal și admisibil.
Tensiunea electrică este diferența de potențial electric între două puncte dintr-un circuit, care determină mișcarea electronilor, deci existența a ceea ce numim în mod popular, curent electric. Tensiunea electrică se măsoară în volți (V) și poate varia în funcție de sursa de alimentare, de rezistența circuitului și de alți factori.
Nivelul normal și admisibil al tensiunii electrice depinde de tipul de rețea și de echipament. De exemplu, în România, tensiunea nominală în rețeaua de distribuție este de 230 V pentru consumatorii casnici și de 400 V pentru consumatorii industriali. Aceste valori pot fluctua cu +/- 10%, fără a afecta funcționarea normală a echipamentelor. Însă, dacă tensiunea depășește aceste limite, atunci putem vorbi de supratensiune.
Supratensiunea poate fi cauzată de două tipuri de fenomene: supratensiuni atmosferice și supratensiuni interne.
-
Supratensiunile atmosferice sunt generate de descărcările electrice din atmosferă, cum ar fi trăsnetele. Acestea pot produce tensiuni foarte mari, de ordinul milioanelor de volți, care pot afecta rețelele electrice prin cuplare directă (lovirea directă a unui conductor sau a unei structuri metalice) sau prin cuplare indirectă (inducția electromagnetică în conductori). Supratensiunile atmosferice sunt fenomene rare, dar extrem de periculoase, care pot provoca distrugeri masive și incendii cu pagube însemnate.
- Supratensiunile interne sunt generate de evenimente care au loc în interiorul rețelelor electrice, cum ar fi comutațiile de mare putere care se pot produce atunci când transformatoarele se întrerup. Astfel se produc supratensiuni de până la 3 ori mai mari ca amplitudine față de maximul tensiunii de serviciu pe fază.
Tot în categoria supratensiunilor interne se încadrează și așa numitele supratensiuni de punere la pământ. Acestea apar atunci când o fază dintr-o rețea trifazată cu neutru izolat sau împământat prin bobine de stingere, este pusă la pământ. Aceste supratensiuni pot dura de la cateva milisecunde la ore.
Supratensiunile interne sunt fenomene frecvente, dar mai puțin periculoase, care pot provoca deteriorări progresive și reducerea duratei de viață a echipamentelor.
În funcție de durata lor, tipurile de supratensiuni pot fi clasificate în supratensiuni tranzitorii și supratensiuni permanente.
-
Supratensiunile tranzitorii sunt tipuri de supratensiuni de scurtă durată, care durează de la câteva microsecunde până la câteva secunde. Acestea sunt cele mai comune și cele mai nocive, putând produce supratensiuni de până la 6000 V în rețelele de joasă tensiune. Supratensiunile tranzitorii pot fi cauzate atât de supratensiuni atmosferice, cât și de supratensiuni interne.
-
Supratensiunile permanente sunt tipuri de supratensiuni de lungă durată, care durează de la câteva secunde până la câteva ore. Acestea apar mai rar și sunt mai puțin nocive pentru rețele, dar pot produce supratensiuni de până la 400 V în rețelele de joasă tensiune. Supratensiunile permanente sunt cauzate în principal de supratensiuni interne, cum ar fi defecte de izolație, pierderi de neutru etc.
Orice tip de supratensiune poate avea efecte negative asupra instalațiilor electrice, de la deteriorarea componentelor și a cablurilor, până la incendii și explozii. Efectele supratensiunilor sunt mai grave asupra aparaturii electrice și electronice, deseori foarte scumpe. De aceea, este necesar ca instalațiile electrice să fie protejate de supratensiuni, folosind dispozitive și măsuri adecvate, pe care le vom prezenta în continuare.
2. Protecțiile la supratensiuni și modul în care protejează acestea circuitele electrice
Poza de F. Muhammad pe Pixabay.com
După ce am înțeles ce este supratensiunea, ce tipuri de supratensiuni există și care pot fi efectele asupra aparaturii electrice și a rețelelor, este timpul să aflăm cum se pot proteja instalațiile electrice de efectele negative ale acestui fenomen. Pentru acest scop este nevoie de folosirea de protecții la supratensiune, așa numitele descărcătoare, care sunt dispozitive care au rolul de a limita sau de a elimina supratensiunile din rețelele electrice.
- Ce sunt protecțiile la supratensiune și cum funcționează?
Protecțiile la supratensiune sunt dispozitive care se conectează la rețeaua electrică și la echipamentele care trebuie protejate. Funcția lor principală este de a detecta supratensiunile și de a le devia sau de a le reduce la valori sigure, astfel încât să nu afecteze instalațiile electrice. Dispozitivele de protecție la supratensiune, fie că sunt din gama descărcătoarelor SPD, fie că fac parte din categoria descărcătoarelor DC/PV pot fi de mai multe tipuri, în funcție de nivelul de protecție pe care îl oferă și de locul unde se instalează.
Principalele tipuri de protecții la supratensiune sunt:
- Protecții la supratensiune de tip 1
Acestea sunt protecții care se instalează la intrarea în clădire, în punctul de legătură între rețeaua de distribuție și rețeaua de utilizator, de regulă în tablourile electrice sau distribuitoarele principale. Rolul lor este de a devia curentul de supratensiune generat de trăsnete sau de comutații de mare putere, care pot afecta rețeaua de utilizator.
Protecțiile la supratensiune de tip 1 pot fi numite și descărcătoare SPD, sau SPD 1 deoarece sunt specializate pentru supratensiunile de origine atmosferică. Acestea sunt dispozitive robuste, care pot suporta curenți mari, dar care nu pot elimina complet supratensiunile. De aceea, ele trebuie completate cu alte tipuri de astfel de echipamente, pentru a asigura o protecție eficientă.
- Protecții la supratensiune de tip 2
Aceste componente, denumite și SPD 2, sunt protecții principale care se instalează în aval față de protecțiile SPD 1, la tabloul electric secundar al clădirii, în punctul de distribuție a energiei electrice către diferitele circuite și echipamente. Rolul lor este de a reduce supratensiunile care au trecut de protecțiile la supratensiune de tip 1 sau care au fost generate în interiorul rețelei de utilizator.
Protecțiile la supratensiune de tip SPD 2 pot fi numite și limitatoare de supratensiune, deoarece sunt dispozitive care pot limita tensiunea la un nivel admisibil pentru echipamentele electrice. Acestea sunt dispozitive sensibile, care pot reacționa rapid la supratensiuni, dar care nu pot suporta curenți foarte mari. De aceea, ele trebuie protejate de supracurenți, folosind disjunctori sau siguranțe.
- Protecții la supratensiune de tip 3
Acestea sunt echipamente care se instalează în rețeaua electrică chiar înainte de punctele terminale de utilizare a energiei electrice, în apropierea echipamentelor care trebuie protejate. Rolul lor este de a elimina supratensiunile reziduale care au trecut de protecțiile la supratensiune de tip SPD 1 și de tip SPD 2 sau care au fost generate în circuitele secundare.
Protecțiile la supratensiune de tip 3 sau filtrele de supratensiune sunt dispozitive care pot filtra perturbațiile din rețeaua electrică. Acestea sunt dispozitive mai fine, care pot proteja echipamentele sensibile, cum ar fi calculatoarele, televizoarele, electrocasnicele etc. și trebuie instalate cât mai aproape de echipamentele protejate.
Pentru a asigura o protecție optimă a instalațiilor electrice de supratensiuni, este recomandat să se utilizeze o combinație de protecții la supratensiune de tip 1, de tip 2 și de tip 3, în funcție de nivelul de expunere la supratensiuni și de sensibilitatea echipamentelor protejate. De asemenea, este important să se respecte normele și recomandările privind selecția și instalarea protecțiilor la supratensiune, pentru a evita erorile sau defecțiunile care pot compromite eficiența și siguranța acestora.
- Protecții la supratensiune în domeniul aplicațiilor fotovoltaice
În cazul aplicațiilor fotovoltaice, se pot folosi protecții la supratensiune din gama descărcătoarelor DC/PV care au rolul de a proteja invertoarele și echipamentele auxiliare ale unui sistem de producere a energiei solare, împotriva trăsnetelor / descărcărilor electrice. Acestea se vor instala cât mai aproape posibil de panourile fotovoltaice expuse la intemperii.
În continuare, vom discuta mai detaliat despre modul în care funcționează un descărcător la supratensiuni atmosferice SPD.
3. Află cum funcționează un descărcător la supratensiuni atmosferice SPD
Poza de AL BLASKO pe Pixabay.com
Așa cum ai văzut deja, descărcătorul la supratensiuni atmosferice SPD este un dispozitiv care are rolul de a devia curentul de supratensiune generat de trăsnete sau de comutații de mare putere, care pot afecta rețeaua de utilizator. Aceste echipamente sunt folosite suplimentar față de siguranțe care nu sunt proiectate pentru astfel de supratensiuni.
Principiul de funcționare al unui descărcător la supratensiuni atmosferice SPD este următorul:
- În condiții normale, când tensiunea din rețeaua electrică este sub tensiunea nominală a elementului de protecție, acesta se comportă ca un izolator, având o rezistență foarte mare. Astfel, nu se produce niciun curent prin elementul de protecție și niciun efect asupra echipamentelor conectate la rețea.
- În condiții anormale, când tensiunea din rețeaua electrică depășește tensiunea de declanșare a elementului de protecție, acesta se comportă ca un conductor, având o rezistență foarte mică. Astfel, se produce un curent mare prin elementul de protecție, care este deviat către pământ (sau elementul de împământare), reducând astfel tensiunea la nivelul echipamentelor conectate la rețea.
- După ce supratensiunea a fost deviată, elementul de protecție revine la starea inițială de izolator, dacă nu a fost deteriorat sau suprasolicitat. În caz contrar, elementul de protecție rămâne în starea de conductor, producând un scurtcircuit în rețeaua electrică. În acest caz, elementul de separare intervine și deconectează elementul de protecție de rețea, pentru a evita alte daune sau pericole.
- În orice situație, elementul de monitorizare indică starea elementului de protecție, prin diferite modalități de afișare, semnalizare sau transmisie. Astfel, utilizatorul poate să verifice dacă elementul de protecție funcționează corect sau dacă trebuie înlocuit sau reparat.
-
Avantajele și limitările unui descărcător la supratensiuni atmosferice SPD
Un descărcător la supratensiuni atmosferice SPD are următoarele avantaje:
- Este un dispozitiv robust, care poate suporta curenți mari de supratensiune, de ordinul kA sau MA, fără a se deteriora sau a se topi.
- Este rapid și poate reacționa la supratensiuni în câteva microsecunde sau nanosecunde, deviind curentul de supratensiune înainte ca acesta să ajungă la echipamentele protejate.
- Este simplu construit, nu necesită o alimentare externă sau o comandă specială, ci funcționează automat, în funcție de tensiunea din rețeaua electrică.
- Este eficient și poate reduce semnificativ nivelul de supratensiune la care sunt expuse echipamentele electrice, prevenind astfel deteriorarea sau distrugerea lor.
-
Descărcătorul la supratensiuni atmosferice SPD are următoarele limitări:
- Nu este un dispozitiv perfect, care poate elimina complet supratensiunea din rețeaua electrică, ci doar o poate reduce la un nivel mai mic, dar încă periculos pentru echipamentele sensibile.
- Nu este un dispozitiv universal, care poate proteja orice tip de echipament electric, ci doar pe cele care sunt expuse la supratensiuni de origine atmosferică sau de comutații de mare putere.
- Nu este un dispozitiv sigur, care poate funcționa indefinit, ci are o durată de viață limitată, în funcție de numărul și intensitatea supratensiunilor la care este supus. De asemenea, poate fi afectat de supracurenți, de umiditate, de praf, de coroziune etc. De aceea este recomandabil să se achiziționeze doar descărcătoare de calitate, de la branduri cu experiență dovedită în domeniu și să se apeleze la electricieni autorizați pentru montarea corectă a acestora.
-
Exemple de situații în care este necesar și util să se utilizeze un descărcător la supratensiuni atmosferice SPD
Descărcătoare la supratensiuni atmosferice SPD sunt necesare și utile pentru utilizare în următoarele situații:
- Când instalația electrică este situată într-o zonă cu un nivel ridicat de expunere la trăsnete, cum ar fi: zone montane, zone rurale, zone industriale, zone cu linii electrice aeriene etc.
- Când instalația electrică alimentează echipamente care sunt sensibile la supratensiuni, cum ar fi: sisteme de iluminat, sisteme de alarmă, sisteme de comunicații, sisteme de automatizare, sisteme de control etc.
- Când instalația electrică este conectată la alte rețele electrice, cum ar fi: rețeaua de telefonie, rețeaua de internet, rețeaua de televiziune etc. Aceste rețele pot transmite supratensiuni de la o sursă la alta, afectând astfel echipamentele conectate la ele.
- Când instalația electrică este destinată unor aplicații speciale, cum ar fi: instalații fotovoltaice, instalații eoliene, instalații de încărcare a vehiculelor electrice etc. Aceste instalații sunt expuse la supratensiuni de origine atmosferică sau de comutații de mare putere, datorită caracteristicilor lor de funcționare.
În concluzie, sperăm că acest articol ți-a fost util și te-a ajutat să înțelegi mai bine cum se poate asigura funcționarea normală și eficientă a instalațiilor electrice cu ajutorul protecțiilor la supratensiune. Îți recomandăm să alegi doar produse de calitate din gama protecțiilor la supratensiune, care să ofere garanția și satisfacția unei funcționări eficiente și sigure a rețelei electrice.
