突然断电对电器的伤害大吗?


先说答案:突然断电对电器当然会有一定的伤害,只不过伤害的严重程度则因电器而异。另外,突然断电会对系统内所有正在工作的电器都产生影响。



为何如此?我们需要先了解配电网的电能传输和控制形式。我们看下图:



图中,我们看到总火线 L 和总零线 PEN,其中总零线 PEN 在户外接地后分开为中性线 N 和地线 PE,然后以相线 L、中性线 N 和地线 PE 的形式入户。


交流电源入户后,相线 L 和中性线 N 首先引至配电箱的主进线开关 QF1,主进线开关的下方就是系统母线。系统母线的任务是把电能扩展开来,并分配到各个出线开关 QF2、QF3、...... 上。出线开关的任务就是对某负载的电能实施合分及保护。


我们看到,母线起到分配电能的作用。


注意:如果系统中出现过电压或者欠电压,母线就会把这种作用分配和传递给所有用电负载。例如某大功率负载起动时,我们会发现家里的照明灯会闪烁一下。其原因就是大功率负载起动造成瞬态低电压,而低电压又被母线传递给照明回路所致。


明白这个道理后,我们就可以探讨题主的问题了。


1.感性负载的特性


在配电网中以感性负载居多,例如电机、变压器等等都是。看看我们家里,电冰箱、空调等较大功率的家用电器,都是感性负载。感性负载具有一个重要特征,就是它会产生反向电动势。


我们设感性负载的等效电感量是 L,感性负载的电流是 IL,则当电流发生变化时,有如下关系:

公式告诉我们:当感性负载突然断电后,随着它电流的迅速减小,它会产生反向电动势电压 UL,并且电流改变量越大,反向电动势电压 UL 就越高。


2.当我们打开感性负载的控制开关时所发生的情况


我们看下图:



图中,在时间 0 和 t1 之间电器处于正常运行状态,我们看到开关两端的电压是零,流过开关的电流是运行 Iu。


现在,我们在 t1 时刻把开关打开。由于感性负载会产生反向电动势,于是开关两端的电压激增,出现了过电压,并在开关中产生电弧。


注意 1:随着负载电流(实际上就是电弧电流)不断减小,电流对时间的变化率反而越来越大,并且在接近于 t2 时刻,电流对时间的变化率 di/dt 达到最大值,电感的反向电动势电压也达到最大值,我们把它叫做过电压。


当时间大于 t2 后,开关中的电流已经等于零。过电压将在电路系统中(包括电源和其它负荷在内)逐渐下降衰减,开关两端的电压最终回归到正常电压。


注意 2:由于过电压的过渡过程很短暂,一般小于交流电的半个周期 T,此时电压尚未过零。因此,交流电路中瞬态过电压可用直流电路瞬态过电压来近似。


3.突然断电产生的过电压及其作用


如果不是因为开关断开造成感性负载断电,而是因为电源突然断电而使得全系统断电,则感性负载产生的过电压将直接加载在母线上,并使全系统都受到过电压的冲击。



由上图我们看到,母线在这里扮演着过电压传递的作用。


注意 3:突然断电后,系统中所有感性负载同时产生过电压,并通过母线传送到全系统正处于运行态的所有负载上。可见,这是集体行为。


过电压会产生何种影响?


过电压会破坏系统绝缘,会损伤用电设备的电源和接地系统,会强烈冲击照明负荷,对电视和电脑等电子产品产生强烈的冲击,并有可能损坏这些设备。


可见,消除过电压的影响,提高系统抵御过电压的能力十分重要。


消除过电压有专门的装置,叫做浪涌抑制器 SPD。由于 SPD 的知识已经超越了题主的问题点,此处忽略。


END

本文转自知乎Patrick Zhang)



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