Czym jest przepięcie elektryczne w sieciach średniego i wysokiego napięcia?

Przepięcie elektryczne to nic innego jak wzrost napięcia w instalacji elektrycznej, sieci lub urządzeniu powyżej ich maksymalnego napięcia roboczego. Z uwagi na to, że wartość ta w każdym przypadku będzie inna, nie istnieje jedna uniwersalna granica przepięć. Ich wartość określa się zamiast tego za pomocą współczynnika przepięć (kp), wyrażającego ich amplitudę jako krotność amplitudy najwyższego napięcia roboczego urządzenia względem części uziemionych.

Jakie są tak dokładniej rodzaje przepięć? Jak zapobiec przepięciu elektrycznemu i jak zabezpieczyć infrastrukturę przed jego skutkami? Odpowiedzi na te pytania znajdziesz w niniejszym wpisie.

Jakie są rodzaje przepięć elektrycznych?

Według podstawowej klasyfikacji rozróżniamy dwa rodzaje przepięć – wewnętrzne, czyli inaczej systemowe i zewnętrzne, zwane również piorunowymi. Ich nazwy mówią same za siebie: przepięcia wewnętrzne powstają w obrębie systemu, a zewnętrzne są efektem wyładowań atmosferycznych. 

Zacznijmy może jednak od początku – a raczej od środka…

Wewnętrzne – Przepięcia dorywcze (wolnozmienne)

Tego rodzaju przepięcia powstają w wyniku nagłych zmian układu połączeń lub obciążeń danej sieci, a określa się je mianem wolnozmiennych. Sama w sobie kategoria przepięć dorywczych dzieli się natomiast na trzy następujące podrodzaje:

1. Ziemnozwarciowe – spowodowane trwałym (od 0,1 s. do paru godzin) zwarciem z ziemią, np. między przewodami liniowymi a ziemią. 
2. Dynamiczne – będące skutkiem nagłego zaniku lub wyłączenia obciążenia w systemie, np. nagłego odłączenia dużego obciążenia od generatora na końcu linii. 
3. Przepięcia rezonansowe/ferrorezonansowe – wynikające z zakłóceń jednej z faz systemu. 

Wartość współczynnika przepięć (k_p) wynosi dla nich 1,1–1,5.

Wewnętrzne – Przepięcia łączeniowe (szybkozmienne)

Również i w tym przypadku już nazwa zjawiska wyjaśnia bardzo dużo – przepięcia łączeniowe są rezultatem operacji załączania lub wyłączania niektórych urządzeń w sieci. Z uwagi na to, że mogą się one dosyć znacząco różnić od siebie charakterystyką, także tutaj występuje dalszy podpodział. 

W praktyce przepięcia łączeniowe dzielimy na:

1. Manewrowe – spowodowane zamierzonymi czynnościami łączeniowymi.
2. Awaryjne – powstające w wyniku przerywanego zwarcia z ziemią. 

Ich wartość współczynnika przepięć (k_p) jest wyższa, niż ta dla przepięć dorywczych i wynosi 2–4.

Zewnętrzne – Przepięcia bezpośrednie i przepięcia indukowane

Wyładowania elektrostatyczne – czyli innymi słowy uderzenia pioruna – prowadzą do występowania przepięć bezpośrednich. Gwoli ścisłości: chodzi tutaj konkretnie o bezpośrednie uderzenie w części czynne i konstrukcyjne sieci elektrycznej lub podłączonych do niej urządzeń. 

To największe zagrożenie dla wszystkich instalacji elektrycznych średniego i wysokiego napięcia. Od momentu trafienia do osiągnięcia wartości szczytowej rzędu 200 kA potrzebują zaledwie kilka mikrosekund, a powstałe w rezultacie przepięcie rozchodzi się po linii zasilającej w obu kierunkach. Znacznie przekraczając napięcie robocze sieci. Właśnie z tego powodu przepięcia atmosferyczne często powodują przeciążenie instalacji elektrycznej, a w skrajnych przypadkach także uszkodzenie sprzętu elektronicznego. 

Gdyby natomiast piorun trafił gdzieś w pobliżu urządzenia elektrycznego czy innych elementów infrastruktury, mogłoby dojść do przepięcia indukowanego. W takiej sytuacji powstają silne pola elektromagnetyczne, które następnie indukują (wywołują) krótkotrwały skok napięcia przewyższający wytrzymałość izolacji systemu. W obydwu przypadkach wartość współczynnika przepięć (k_p) przekracza 5.

Typ sieci a skutki przepięć elektrycznych

Nagły, krótkotrwały wzrost napięcia stanowi spore zagrożenie niezależnie od rodzaju sieci. Jednakże awaria sieci elektrycznej średniego albo wysokiego napięcia będzie zazwyczaj niosła za sobą znacznie poważniejsze skutki niż w przypadku sieci niskiego napięcia. 

Przykłady szkód spowodowanych przez przepięcia elektryczne

Przykładowo jeśli w wyniku przepięcia bezpośredniego dojdzie do przegrzania przewodów linii energetycznych, podczas ich wymiany konieczne będzie wstrzymanie przesyłu energii. Przekłada się to w pierwszej kolejności na koszt materiałów i wymiany uszkodzonych komponentów infrastruktury, a dalej na szkody wyrządzone potencjalnie przedłużającymi się przerwami w dostawach prądu. 

Oczywiście nie sposób odmówić poszkodowanym dotkliwości sytuacji, w której przepięcie elektryczne w mieszkaniu spowodowało zniszczenie instalacji elektrycznej. Osadzając to jednak w kontekście konieczności dostarczania energii istotnym społecznie lub strategicznie obiektom (np. szpitale, fabryki), w szerszym rozrachunku gospodarstwa domowe nie mają aż tak dużego znaczenia. 

Dobór odpowiednich zabezpieczeń przeciwprzepięciowych 

Wyładowania atmosferyczne oraz operacje łączeniowe nie są czymś, co da się całkowicie wyeliminować. Z tego powodu każdy przemyślany projekt sieci elektrycznej średniego lub wysokiego napięcia będzie uwzględniał adekwatne urządzenia zabezpieczające. 

Podczas gdy w prywatnych domostwach czy biurach znaleźć można ogranicznika NN, listwy przepięciowe, na słupach i w podstacjach linii energetycznych umieszcza się różnego typu ograniczniki przepięć SN I WN w różnych klasach energetycznych i koniecznie po przeprowadzeniu analizy doboru do punktu pracy. 

Jeśli poszukujesz rozwiązań przeciwprzepięciowych do swojego projektu, skontaktuj się z naszym działem sprzedaży – pomożemy Ci dobrać urządzenia zgodnie z wymaganiami.

FAQ

Co to jest przepięcie elektryczne?

Przepięcie elektryczne to nagły wzrost napięcia powyżej bezpiecznego poziomu roboczego i podstawowej wytrzymałości izolacji danej sieci elektrycznej, spowodowany czynnikami zewnętrznymi lub wewnętrznymi. Przepięcia występują w systemie w wyniku operacji przełączania obwodów lub w wyniku skoków napięcia wywołanych wyładowaniami atmosferycznymi (tzn. uderzenie pioruna).

Jak często występują przepięcia w Polsce?

Przepięcia elektryczne, których skutkiem jest awaria sieci elektrycznej nie występują w Polsce zbyt często, ale potrafią generować wysokie koszty naprawy. Z tego powodu kluczowe jest odpowiednie zabezpieczenie sieci. 

Czy przepięcia elektryczne w sieciach niskiego napięcia różnią się od tych w sieciach średniego i wysokiego napięcia?

Chociaż zjawisko to jest takie same niezależnie od typu sieci, różni się one skutkami i spowodowanymi przez nie szkodami. W przypadku systemów niskiego napięcia mają one wpływ tylko na urządzenia gospodarstwa domowego. W przypadku sieci średniego i wysokiego napięcia istnieje również ryzyko uszkodzenia infrastruktury na poziomie rozdzielni lub linii przesyłowych danego regionu.

Jak wybrać urządzenia zabezpieczające przed przepięciami elektrycznymi dla sieci średniego i wysokiego napięcia?

Urządzenia elektryczne działające w sieciach średniego i wysokiego napięcia wymagają innych zabezpieczeń przeciwprzepięciowych niż urządzenia gospodarstwa domowego (oferujących większą ochronę). Przepięcie w ich przypadku oznacza nagły skok napięcia o wartości setek, a nawet tysięcy woltów, którego zwykłe ograniczniki przepięć właściwe dla instalacji domowych nie byłyby w stanie wytrzymać.