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突然斷電對電器的傷害大嗎?

2020-05-15科學

先說答案: 突然斷電對電器當然會有一定的傷害,只不過傷害的嚴重程度則因電器而異。另外,突然斷電會對系統內所有正在工作的電器都產生影響。

為何如此?我們需要先了解配電網的電能傳輸和控制形式。我們看下圖:

圖1:居家配電系統圖

圖1中,我們看到總火線L和總零線PEN,其中總零線PEN在戶外接地後分開為中性線N和地線PE,然後以相線L、中性線N和地線PE的形式入戶。

交流電源入戶後,相線L和中性線N首先引至配電箱的主進線開關QF1,主進線開關的下方就是系統母線。系統母線的任務是把電能擴充套件開來,並分配到各個出線開關QF2、QF3、...... 上。出線開關的任務就是對某負載的電能實施合分及保護。

我們看到,母線起到分配電能的作用。

註意:如果系統中出現過電壓或者欠電壓,母線就會把這種作用分配和傳遞給所有用電負載。例如某大功率負載起動時,我們會發現家裏的照明燈會閃爍一下。其原因就是大功率負載起動造成瞬態低電壓,而低電壓又被母線傳遞給照明回路所致。

明白這個道理後,我們就可以探討題主的問題了。

1.感性負載的特性

在配電網中以感性負載居多,例如電機、變壓器等等都是。看看我們家裏,電冰箱、空調等較大功率的家用電器,都是感性負載。感性負載具有一個重要特征,就是它會產生反向電動勢。

我們設感性負載的等效電感量是L,感性負載的電流是IL,則當電流發生變化時,有如下關系:

U_L=-L\frac{dI_L}{dt} ,式1

式1告訴我們:當感性負載突然斷電後,隨著它電流的迅速減小,它會產生反向電動勢電壓UL,並且電流改變量越大,反向電動勢電壓UL就越高。

2.當我們開啟感性負載的控制開關時所發生的情況

我們看下圖:

圖2:感性負載突然斷電後產生的瞬態過電壓

圖2中,在時間0和t1之間電器處於正常執行狀態,我們看到開關兩端的電壓是零,流過開關的電流是執行Iu。

現在,我們在t1時刻把開關開啟。由於感性負載會產生反向電動勢,於是開關兩端的電壓激增,出現了過電壓,並在開關中產生電弧。

註意1:隨著負載電流(實際上就是電弧電流)不斷減小,電流對時間的變化率反而越來越大,並且在接近於t2時刻,電流對時間的變化率di/dt達到最大值,電感的反向電動勢電壓也達到最大值,我們把它叫做過電壓。

當時間大於t2後,開關中的電流已經等於零。過電壓將在電路系統中(包括電源和其它負荷在內)逐漸下降衰減,開關兩端的電壓最終回歸到正常電壓。

註意2:由於過電壓的過渡過程很短暫,一般小於交流電的半個周期T,此時電壓尚未過零。因此,交流電路中瞬態過電壓可用直流電路瞬態過電壓來近似。

3.突然斷電產生的過電壓及其作用

如果不是因為開關斷開造成感性負載斷電,而是因為電源突然斷電而使得全系統斷電,則感性負載產生的過電壓將直接載入在母線上,並使全系統都受到過電壓的沖擊。

圖3:當電壓斷電後,系統的過電壓會載入在母線上,並傳遞給所有用電負荷

由圖3我們看到,母線在這裏扮演著過電壓傳遞的作用。

註意3:突然斷電後,系統中所有感性負載同時產生過電壓,並透過母線傳送到全系統正處於執行態的所有負載上。可見,這是集體行為。

過電壓會產生何種影響?

過電壓會破壞系統絕緣,會損傷用電裝置的電源和接地系統,會強烈沖擊照明負荷,對電視和電腦等電子產品產生強烈的沖擊,並有可能損壞這些裝置。

可見,消除過電壓的影響,提高系統抵禦過電壓的能力十分重要。

消除過電壓有專門的裝置,叫做浪湧消音器SPD。由於SPD的知識已經超越了題主的問題點,此處忽略。我將視評論區的評論情況,酌情修改補充。