Przepięcia w sieci energetycznej 230V - czy elementy wykonawcze sterujące grzałką należy zabezpieczyć?

Przy sterowaniu (np. mikrokontrolerem) urządzeń sieci energetycznej powstaje pytanie o konieczność, i ewentualnie sposób, zabezpieczenia elementów wykonawczych. O ile w przypadku sterowania urządzeniami indukcyjnymi konieczność zainstalowania zabezpieczeń wydaje sie oczywista, to w przypadku odbiornika o rezystancyjnym charakterze poboru mocy zdania są podzielone. Teoria stanowi, że taki odbiornik nie generuje przepięć, w związku z czym nie wymaga zabezpieczeń przeciwprzepięciowych.
W praktyce spotkałem się jednak z uszkodzeniami, które przypisuję powstawianiu przepięć, pomimo tego, że odbiornikiem była grzałka oporowa:

Uważam, że każdy projekt, lub konstrukcja, wymaga indywidualnego podejścia. Występują przecież różne grzałki (jako przykład odbiornika oporowego, gdzie napięcie i prąd są zgodne w fazie). Każdą model grzałki należało by sprawdzić miernikiem, jaką ma indukcyjność. Należy też wziąć pod uwagę:

  • Przewody zasilające, ich długość, indukcyjność.
  • Sposób sterowania: grupowe, fazowe.
  • Elementy wykonawcze, jak trak czy przekaźnik.
  • Przepięci pochodzące z sieci energetycznej.
Przykładowo grzałka od czajnika przypomina budową przewód koncentryczny:

Inne grzałki przypominają budową cewki:



Postanowiłem jednak przyjrzeć się temu problemowi dokładniej. Pomiary wykonałem oscyloskopem przenośnym, który można bezpiecznie wykorzystać do pomiarów wysokich napięć, pomimo, że nie jest to oscyloskop z izolowanymi kanałami.

Nie mam (jeszcze) sond 1:100 i 1:1000 więc mam pewne ograniczenia w wykonywanych pomiarach. Pomiary wykonałem sondą 1:10, kat. II, 600V DC.

Oscyloskop celowo zabrałem na działkę, gdzie dokonałem pomiarów - daleko od mieszkań z dużą ilością listew przeciw przepięciowych. Jako urządzenie odbiorcze użyłem czajnika firmy Zelmer, który ma tak samo, jak naprawiany Philips, grzałkę wbudowaną w spód czajnika. Sondę podłączyłem do podwójnego gniazdka, razem z czajnikiem, którego przewody zasilające mają około 1m długości.
Testowany czajnik Zelmer'a ma włącznik, który nie ma wyraźnego przeskoku, jak np. nasz domowy czajnik Philipsa (inny niż naprawiany HD 4686!). Możliwe jednak, że w ten sposób lepiej będzie odwzorowana praca miniaturowego przekaźnika.

Testy polegały na zarejestrowaniu przebiegu napięcia podczas włączania i wyłączania czajnika.



Szczyt przebiegu napięcia sieci energetycznej. Odkształcony, ale bez zakłóceń, widocznych na innych oscylogramach. Najlepiej zilustrują to dwa filmy, które zarejestrowałem:


Moment włączenia czajnika, podstawa czasu 500us. 


J.w. - moment włączenia czajnika, podstawa czasu 100us.


J.w. - moment włączenia czajnika, podstawa czasu 50us. Widać na środku oscylogramu uchwycony "pik" napięcia, przedstawiony jako mała kreska.


Parametry powyższego oscylogramu: oscyloskop pracuje w trybie próbkowania z 25MSa/s.


Uchwycony "pik" napięcia, również przy podstawie czasu 50us. Uchwycony pik jest zobrazowany jako zdecydowanie większy, ponieważ zmienił się tryb akwizycji danych przez oscyloskop


Oscyloskop ustawiony w tryb rejestracji impulsów, nadal 25MSa/s. Jedna podziałka oznacza 10V.


Zmiana podstawy czasu na 10us. Uchwycony impuls napięcia zdecydowanie bardziej wyraźny.


Zmiana podstawy czasu na 1us.


Zmiana podstawy czasu na 250ns. Zarejestrowany impuls zaczyna mieć widoczne oscylacje.


 Proszę dokładnie przyjrzeć się powyższemu zdjęciu. Przy użyciu kursora "A" zmierzyłem napięcie szczytowe na 355V. Proszę zapoznać się z tym wpisem:
Proszę zwrócić też uwagę na parametr Vmax. Dotyczy on całego zapamiętanego przebiegu, a nie tylko widocznego powyżej oscylogramu. Oscyloskop zarejestrował impuls, który przedstawił jako "-3435V". Ten oscyloskop nie jest przeznaczony do pomiarów tak wysokich napięć. Dlatego nie wierzę w dokładność tego wskazania "co do miliwolta". Interpretuje te wskazania następująco: przyrząd pomiarowy zarejestrował impuls o parametrach przekraczających jego możliwości pomiarowe. Jakieś przepięcie, krótko trwające, o stromych zboczach i wysokim napięciu, oscyloskop jednak zarejestrował. Mogłem powtórzyć (i powtórzyłem) ten pomiar kilka razy.


 Zarejestrowany parametr Vmax.


W innych pomiarach uzyskałem jeszcze większe wartości - ale jak napisałem powyżej: należy je odpowiednio zinterpretować, a nie odczytywać wprost.


***


Co to jest przepięcie? Spotkałem się z definicją określającą przepicie jako wzrost napięcia powyżej wartości znamionowej trwający więcej niż 20ms (jeden okres). Przepięcia trwające krócej zostały określone jako mikroprzepięcia. Wg. tej definicji zarejestrowałem mikroprzepięcia :-)
Warto zaznaczyć, że, nie próbowałem uchwycić przepięć od sieci energetycznej, choć w trakcie wykonywania pomiarów pojawiały się i takie (ten pomiar zostawię na później). Również zarejestrowane przepięcia

Proszę zwrócić uwagę, że zarejestrowałem dopiero przepięcia powstające w wyniku załączenia obciążenia. To jest odpowiedź sieci energetycznej na nagłe załączenie odbiornika o dużym poborze prądu.Oznacza to, że należy zabezpieczać warystorami (i gasikami) elementy sterujące po obu stronach.

Nie skończyłem jeszcze pomiarów sieci energetycznej i przepięć. Dopiero się uczę jak je prawidłowo wykonywać i interpretować. Zdecydowanie temat jest rozwojowy! W miarę wykonywania kolejnych pomiarów będę publikował moje wyniki.

Ja uważam, że koszt zabezpieczeń jest tak mały, że należy je stosować.

***

Powiązane tematy:
Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)



Update: 2014.10.04
Create: 2014.09.22
Autor:
Etykiety: , , , , ,

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz

Subskrybuj: Komentarze do posta (Atom)