Elektromos hálózati zavarok. Mi a megoldás?
Feszültségcsökkenés, hálózat meghúzása
A nagyobb teljesítményű fogyasztó berendezések, készülékek, gépek bekapcsolásánál a keletkező bekapcsolási áramlökés kiválthatja a túláramvédelmek működését, másfelől "meghúzza" a hálózatot, azaz a hálózati feszültséget jelentős mértékben csökkenti egy rövid időtartamra, ami persze akár néhány másodperc is lehet. Elsősorban a villamos gépek: a motorok és transzformátorok a "bűnösök", de a nagyteljesítményű világítási hálózatok egyidejű bekapcsolása is felhozható a példák között. Amennyiben környezetünkben időnként villódzó lámpatesteket, leálló, kieső villamos berendezésekkel találkozunk, nagy valószínűséggel a fenti jelenség okolható. A hibát megszüntetni szakember segítségével lehet, aki az alábbi javaslatokat teheti a probléma elkerülése érdekében:
alulméretezett villamos hálózat bővítése, vezeték keresztmetszetek növelése
nagyteljesítményű berendezések fokozatos bekapcsolásának biztosítása
túláramvédelmek helyes beállításai
Sajnos, a feszültségcsökkenés jelentős százalékában az áramszolgáltatónk is sáros lehet, az energiát biztosító berendezések (megszakítók, transzformátorok) meghibásodása és nem utolsó sorban az emberi tényező (téves kapcsolások a hálózaton, stb.) okolhatók.
Feszültségminőség
Az elektronikus eszközök, készülékek terjedése a feje tetejére állította a feszültség minőségével kapcsolatos elvárásokat. Míg korábban a hálózati feszültséget elsősorban egyszerűen mérhető néhány jellemzővel (feszültség effektív- ill. csúcsértéke, frekvencia) jellemezték, mára kiderült, az új helyzetben ez kevés: a fogyasztói, felhasználói készülékek "kényesebbek", érzékenyebbek lettek. A villamos energia előállítóinak, használóinak, új előírások léptek életbe, melyek a feszültség minőségével kapcsolatban az alábbi jellemzőkre adnak kötelező útmutatást:
1. Hálózati frekvencia nagysága
4. Gyors feszültségváltozások
5. Tápfeszültség-letörések
8. Átmeneti, hálózati frekvenciájú túlfeszültségek az aktív vezetők és a föld között
9. Tranziens túlfeszültségek az aktív vezetők és a föld között
10. Tápfeszültség-aszimmetria
11. Felharmonikus feszültség
12. Közbenső harmonikus feszültség
13. Hálózati jelfeszültség a tápfeszültségen
A riasztóan hosszú, és bonyolult lista jelzi: nem is olyan magától értetődő az, hogy a villamos energia a megfelelő módon álljon rendelkezésre a fogyasztói végponton, hiszen a „korszerű” villamos fogyasztók jórészt maguk okolhatók a problémáért.
A problémák bonyolultsága miatt most a teljesség igénye nélkül kiragadok két jellegzetes, gyakran előforduló jelenséget:
Tápfeszültség letörés
A kisfeszültségű hálózatokon előfordul, hogy a szinuszosnak tekinthető feszültség amplitúdója a névleges érték 90%-a alá esik rövid időre. Ebben az esetben tápfeszültség letörésről beszélünk. A rövidebb idejű letörések szinte érzékelhetetlenek számunkra, tehát nem tűnnek veszélyesnek. A látszat csal: már a relés vezérlések működésében is zavar keletkezhet, a számítástechnikai eszközök, PLC-k azonban - megfelelő szünetmentes táplálás hiányában - már leállnak, esetleg komoly zavart okozva. Előfordulhat azonban az is, hogy a berendezés belső (legtöbb esetben kapcsolóüzemű) tápegységét a visszatérő feszültség megjelenését követő tranziens lökés tönkreteszi.
Ha egy területen megnövekszik a PC tápegységek meghibásodási gyakorisága, valószínű, hogy a jelenség mögött a rövid idejű feszültség letörések állnak.
Felharmonikus feszültség
Sajnos ma már mindennaposnak tekinthető, hogy a fogyasztói táphálózaton a feszültség hullámformája távol áll a jól ismert szinuszos alaktól. Mielőtt valaki az áramszolgáltatót venné gyanúba, le kell szögeznünk: a nemkívánatos jelenséget mi, a fogyasztók okozzuk! Hogyan is?
A hálózaton nagyszámban jelenlévő elektronikus készülékeink; TV-k, PC-k, szabályozott fényforrások, kompakt fénycsövek, teljesítmény szabályzók stb., egyfelől fogyasztókként viselkednek, másfelől a felharmonikus feszültségek forrásaként is figyelembe kell venni őket. A jelenség szakmai taglalásába nem megyek most bele, egyszerűen fogadjuk el ezt tényként.
Milyen problémát okoznak a felharmonikusok?
A hálózati berendezések, készülékek és vezetékek túlmelegedése
Fázisjavító és egyéb áramköri kondenzátorok tönkremenetele
Hálózati rezonanciák kialakulása
Áramköri zárlat és túlterhelésvédelmek téves működése
Gyengeáramú rendszerek zavarása
Vezérelt félvezetők működési hibák kialakulása
Melegedés és élettartam
A fenti felsorolásból két, gyakran tapasztalható következményt érdemes alaposabban megvizsgálni. Elsőként a vezetékek és kábelek melegedése során tapasztalható jelenségre hívnám fel a figyelmet.
A szimmetrikus, háromfázisú rendszerben a nullavezető árama nulla. (Erre alapozva gyártották annak idején a csökkentett keresztmetszetű nullavezetővel ellátott kábeleket.) Manapság ez az állítás megdőlni látszik: számos esetben a nullavezető melegebb a fázisvezetőknél, tehát az árama is nagyobb! Lehetséges ez? Sajnos igen: a felharmonikus feszültségekre nem vonatkozik a „normál” feszültségek ökölszabálya! Itt sajnos fordított a helyzet: mindhárom fázisvezetőben azonos fázisú pl. egy 150 Hz-es felharmonikus áram s ennek megfelelően a nullavezetőben ezek összege folyik, tehát a háromszorosa!
Másodjára a kondenzátorokról ejtsünk szót. A hálózatokon két helyen jelennek meg kondenzátorok: a fázisjavító berendezésekben és a villamos készülékek tápegységeiben. Mindkét esetben a méretezésnél a „normál” tehát a nem felharmonikusokkal szennyezett hálózati feszültségre méreteznek. Ha a feszültség felharmonikus tartalma megnő, a kondenzátorok vesztesége (esetleg veszteségi tényezője is) megnő, így a kialakult nagyobb igénybevétel túlmelegedéshez és az élettartam rövidüléséhez vezet
Feszültségtorzítás
A felharmonikus áramok jelenléte más problémát is okoz: a hálózat vezetékein a felharmonikus áramok felharmonikus feszültségesést okoznak. Ez pedig azt jelenti, hogy visszahatnak a hálózatra, s azokon a hálózatrészeken is okozhatnak problémát, amelyek önmagukban nem termelnek felharmonikusokat. A hálózaton tehát egyaránt megjelennek az idegen fogyasztók és a saját berendezéseink által termelt felharmonikusok. Ez a magyarázata, hogy az előírások viszonylag szűkös mozgásteret engednek: a teljes harmonikus torzítás (THD) nem haladhatja meg a 8%-ot.
A harmonikus torzítás rövidített nevén THD vizsgálatakor különös elővigyázatossággal kell eljárni: Pl.: a főelosztóban mérve megfelelőnek bizonyulhat, de előfordulhat, hogy a nem megfelelő helyi adottságok okán, a hálózatrészen már ennél kisebb felharmonikus tartalom is bajt okoz: a vezetékek erősen túlmelegedhetnek, akár tüzet is okozhatnak, a fázisjavító berendezés kondenzátorai szintén túlmelegedhetnek és kellemetlen hálózati rezonanciát okozhatnak.
Néhány példa
Egy irodaház 15 éves villamos hálózatán lokális vezetéktűz keletkezett: a csökkentett keresztmetszetű nullavezető, amelyik a tervezés idején még megfelelőnek bizonyult az időközben kiépített számítógép hálózat végpontjainak felharmonikus termelésével már nem tudott megbirkózni: a harmadik harmonikus az amúgy is határterhelésen lévő vezeték hőmérsékletét az elviselhető fölé emelte.
Egy gyártósor elektronikus célberendezései rendkívül nagy hibaszázalékkal működtek, látszólag ok nélkül. A tettest egy a nem megfelelően kialakított frekvenciaváltós hajtás által termelt felharmonikus áramok képében sikerült azonosítani.
A kulturális intézmény hangosító rendszere rendkívüli módon "brummos"-á vált, amikor bekapcsolták a szabályozott világítást. A magyarázat: a szabályozó berendezés által "produkált" nagy mennyiségű harmonikus a hangrendszer kábeleibe részben "átindukált", részben igen tekintélyes feszültségtorzítást okozott a táphálózaton.
A védekezés lehetősége
Tekintettel a hálózati zavaró hatások sokszínűségére nem lehet általános érvényű megoldást ajánlani. Minden esetben az első lépés a jelenség pontos megismerése, ennek pedig egy útja van: szakemberrel el kell végeztetni a feszültség minőség vizsgálatot.
Vissza a bloghoz