3.10.2024 - Ing. Aleš Smeták
Přepětím v elektrické síti rozumíme situaci,
kdy napětí v síti překročí normální provozní úroveň, která je v ČR pro
distribuci domácnostem 230V. Přepětí je i situace, kdy se vyskytne vyšší napětí ve slaboproudých systémech.
K přepětí může dojít v zásadě ze dvou důvodů:
Mezi vnější příčiny vzniku přepětí řadíme fyzikální jevy, které samy vznikají v atmosféře bez zjevného přičinění člověka a jedná se samozřejmě především o blesky.
O přímý úder blesku se jedná, když blesk přímo zasáhne objekt, jako je například budova, elektrické vedení nebo nějaké jiné zařízení. V
takovém případě se zasažený objekt stává takovým "vodičem", kterým se bleskový proud snaží dostat do země.
Pokud zasažený objekt není vybaven LPS (Light protection system), čili ochranou před blesky neboli hromosvodem, tak bleskový proud musí jít skrze jiné konstrukce, které zpravidla nejsou dobrými vodiči, protože mají vysoký odpor. Byť z našeho lidského pohledu proud projde konstrukcí okamžitě, tak ve skutečnosti mu to přeci jen nějakou dobu.
Nyní známe tři proměnné... bleskový proud (I), odpor konstrukce (R) a dobu průchodu proudu (t) a můžeme si je cvičně dosadit do rovnice pro Jouelovo teplo (Q):
Q = I^2 * R * t
Z rovnice je patrné, že teplo, které procházející bleskový proud předá konstrukci závisí na jejím odporu a že čím vyšší odpor konstrukce má, tím větší teplo dostane. V případě takové krokve není o co stát... a proto se na domy umisťují hromosvody. Ty chrání objekty před přímým úderem blesku, protože díky svému nízkému odporu bezpečně svedou bleskový výboj do země, aniž by docházelo k jeho přeměně na teplo.
Přímý úder
blesku může zasáhnout nejen budovy nebo stromy, ale také elektrické vedení
a transformátory. Pokud je například elektrické vedení přímo zasaženo,
vysoké napětí z blesku se po něm může dále šířit a poškodit spotřebiče napojených na tuto síť.
Velmi zjednodušeně můžeme tvrdit, že zhruba jen polovina bleskového proudu se při zásahu do LPS ztratí ihned v uzemňovací soustavě, ale protože i zem má nějaký svůj odpor a nedokáže ihned vstřebat všechen bleskový proud, tak část výboje rozjede do světa po připojených vodičích.
I pokud k nám přepětí doputuje po vedení z jiného objektu, stále se bavíme o přímém úderu bleskem.
Díky Ampérovu pravidlu pravé ruky víme, že procházející proud vytváří kolem sebe magnetické pole, které naopak umí vytvářet elektrický proud ve vodičích v jeho dosahu. Tomu se říká elektromagnetická indukce a z ní plyne, že procházející bleskový proud v blízkosti jiného vedení, může na tomto vedení skrze magnetické pole vytvořit napětí, aniž by se ho přímo dotýkal.
Z tohoto důvodu proto není vhodné umísťovat elektrické vedení poblíž hromosvodu. Protože magnetické pole prochází i zdivem, neměly by se elektrické zařízení nacházet ani na vnitřní straně zdi, na které je zvenku umístěn hromosvod.
Hromosvody tedy fungují jako ochrana před přímým úderem blesku.
Vzdálený úder blesku nastává,
když blesk udeří do země nebo objektu v relativní blízkosti, ale nikoli přímo
do elektrického vedení nebo zařízení. Problémem vzdáleného úderu blesku je pak především elektromagnetická indukce, kterou jsme nastínili v předchozím odstavci.
Když
blesk udeří poblíž elektrického vedení, vytvoří silné elektromagnetické
pole, které může indukovat přepětí v elektrických vodičích, i když
blesk nezasáhne vedení přímo.
Například když blesk udeří do země v
blízkosti transformátoru nebo přenosové linky, toto pole může způsobit
vlnu přepětí, která se šíří sítí a může poškodit citlivá elektronická zařízení, přetížit elektrické
obvody nebo způsobit výpadky elektrické sítě.
Jako ochrana před přepětím způsobeným vzdálenými údery blesku se používají přepěťové ochrany SPD (surge protection device), které omezují přepětí v síti a
chrání tak elektrická zařízení před poškozením.
Trošičku složitější než vnější příčiny vzniku přepětí jsou ty vnitřní, které vznikají nějakým působením člověka a zpravidla se jedná o následující příčiny:
Když se spotřebič s velkou
spotřebou energie (například motor nebo transformátor) zapne, mohou nastat následující jevy, které mohou vést k přepětí:
Mnohem zajímavější k výkladu vzniku provozního přepětí je však vypínání velkých spotřebičů, například velkých elektromotorů, kdy dochází k prudkému uvolnění energie z magnetického pole cívky.
Z kapitoly o cívkách víme, že...
Když se tedy vypne zařízení s velkou indukční zátěží (cívky),
energie uložená v magnetickém poli se přemění zpátky na elektrický proud. Tento proces
vytváří napěťový impuls, který se šíří sítí a může způsobit přepětí.
Energie magnetického pole má tendenci se bránit náhlým změnám
proudu, takže když proud prudce klesne na nulu, objeví se na svorkách na chvilku vyšší než provozní napětí. To může vést například i k opalování kontaktů, kdy díky vysokým hodnotám napětí dochází při rozpínání k opětovnému zapalování oblouku.
Pokud jste v článku nalezli chybu, dejte nám, prosíme, o ní vědět na eas@eas-elektro.cz
Děkujeme, Eva a Aleš Smetákovi - návrat zpět na přehled článků