System elektroenergetyczny rośnie i staje się coraz bardziej złożony we wszystkich sektorach, takich jak wytwarzanie, przesyłanie, dystrybucja i systemy obciążenia. Rodzaje usterek, np warunki zwarcia w sieci systemu elektroenergetycznego powodują poważne straty ekonomiczne i obniżają niezawodność systemu elektrycznego. Usterka elektryczna to nienormalny stan spowodowany awariami sprzętu, takimi jak transformatory i maszyny wirujące, błędami ludzkimi i warunkami środowiskowymi. Usterki te powodują przerwy w przepływie prądu, uszkodzenia sprzętu, a nawet powodują śmierć ludzi, ptaków i zwierząt. W artykule omówiono przegląd różnych typów uszkodzeń i ich skutków, które wystąpiły w systemach elektroenergetycznych.
Co to jest usterka elektryczna?
Elektryczny wina jest odchyleniem napięć i prądów od wartości lub stanów nominalnych. W normalnych warunkach pracy urządzenia lub linie systemu elektroenergetycznego przenoszą normalne napięcia i prądy, co zapewnia bezpieczniejszą pracę systemu.
Usterki w systemie zasilania elektrycznego
Ale gdy wystąpi usterka, powoduje ona przepływ zbyt dużych prądów, co powoduje uszkodzenie sprzętu i urządzeń. Wykrywanie i analiza usterek są niezbędne do doboru lub zaprojektowania odpowiedniego wyposażenia rozdzielnicy, przekaźniki elektromechaniczne , wyłączniki automatyczne i inne urządzenia zabezpieczające.
Rodzaje usterek w systemach elektroenergetycznych
W systemie elektroenergetycznym usterki są głównie dwojakiego rodzaju, jak zwarcia w obwodzie otwartym i zwarcia. Co więcej, tego typu usterki można podzielić na symetryczne i niesymetryczne. Omówmy szczegółowo tego typu usterki. Błędy te dzielą się na dwa typy.
- Symetryczna usterka
- Niesymetryczny błąd
Usterki symetryczne
Są to bardzo poważne usterki i rzadko występują w systemach elektroenergetycznych. Są one również nazywane zwarciami zbalansowanymi i są dwojakiego rodzaju, mianowicie linia do ziemi (L-L-L-G) i linia do linii (L-L-L).
Usterki symetryczne
Tylko 2-5 procent usterek systemowych to usterki symetryczne. Jeśli te usterki wystąpią, system pozostaje zrównoważony, ale powoduje poważne uszkodzenie wyposażenia systemu elektroenergetycznego.
Powyższy rysunek przedstawia dwa rodzaje trójfazowych zwarć symetrycznych. Analiza tego błędu jest łatwa i zwykle przeprowadzana etapami. Analiza zwarć trójfazowych lub informacje są wymagane do doboru przekaźników fazowych, zdolności wyłączania wyłączników i wartości znamionowej rozdzielnicy ochronnej.
Usterki symetryczne dzielą się na dwa typy
- Linia - Linia - Błąd linii
- Linia - linia - zwarcie doziemne
L - L - L Błąd
Tego rodzaju błędy są zrównoważone, co oznacza, że system pozostaje zrównoważony po wystąpieniu błędu. Więc ten błąd występuje rzadko, chociaż jest to gwałtowny rodzaj błędu, który utrzymuje największy prąd. Więc ten prąd jest używany do określenia oceny CB.
L - L - L - G Błąd
Usterka trójfazowa L - G obejmuje głównie całą trójfazę systemu. Ta usterka występuje głównie między 3-fazami, a także z zaciskiem uziemienia systemu. Zatem prawdopodobieństwo wystąpienia usterki jest od 2 do 3%.
Niesymetryczne błędy
Są to bardzo częste i mniej poważne niż usterki symetryczne. Istnieją głównie trzy typy zwarć międzyprzewodowych (L-G), międzyfazowych (L-L) i podwójnych międzyprzewodowych (LL-G).
Niesymetryczne błędy
Zwarcie między linią a ziemią (L-G) jest najczęstszym zwarciem i 65-70 procent zwarć jest tego typu.
Powoduje kontakt przewodnika z ziemią lub ziemią. 15 do 20 procent zwarć jest podwójnych linii do masy i powoduje, że dwa przewody stykają się z ziemią. Zwarcia linia do linii występują, gdy dwa przewody stykają się ze sobą głównie podczas kołysania się linii z powodu wiatru, a 5–10% zwarć jest tego typu.
Nazywa się to również usterkami niezrównoważonymi, ponieważ ich wystąpienie powoduje brak równowagi w systemie. Asymetria systemu oznacza, że wartości impedancji są różne w każdej fazie, powodując przepływ prądu asymetrii w fazach. Są one trudniejsze do analizy i są przenoszone na podstawie fazy, podobnie jak trójfazowe zwarcia symetryczne.
Niesymetryczne uskoki dzieli się na dwa typy
- Pojedyncza usterka L - G (linia-ziemia)
- Usterka L - L (Line-to-Line)
- Podwójna usterka L - G (linia-ziemia)
Pojedyncza usterka L - G.
Ta pojedyncza awaria L - G występuje głównie wtedy, gdy pojedynczy przewód spada w kierunku zacisku uziemienia. Zatem około 70 do 80% usterek w systemie elektroenergetycznym to pojedyncza usterka L - G.
L - L Błąd
Ta awaria L– L występuje głównie po zwarciu dwóch przewodów, a także z powodu silnego wiatru. Tak więc przewody linii mogą się przesuwać z powodu silnego wiatru, mogą się ze sobą stykać i powodować zwarcie. Zatem około 15-20% usterek może wystąpić.
Podwójna usterka L - G.
W tego rodzaju uskoku obie linie stykają się ze sobą przez ziemię. Zatem prawdopodobieństwo wystąpienia usterek wynosi 10%.
Usterki otwartego obwodu
Usterki otwartego obwodu występują głównie z powodu awarii jednego, w przeciwnym razie więcej przewodów używanych w systemie elektroenergetycznym. Schemat uszkodzeń w obwodzie otwartym przedstawiono poniżej. Ten obwód jest przeznaczony dla 1-fazowego, 2-fazowego i 3-fazowego stanu otwartego.
Te usterki występują głównie z powodu typowych problemów, takich jak uszkodzenie złączy w liniach napowietrznych, kabli, awaria w fazie wyłącznika, stopienie przewodu lub bezpiecznik w jednej lub kilku fazach.
Błędy te są również znane jako zwarcia szeregowe, które są typami niesymetrycznymi, w przeciwnym razie są niesymetryczne, z wyjątkiem trójfazowego zwarcia otwartego.
Na przykład linia transmisyjna działa przy zrównoważonym obciążeniu, zanim wystąpi otwarty obwód zwarcia. W linii transmisyjnej, jeśli którakolwiek z faz zostanie rozpuszczona, wówczas rzeczywiste obciążenie alternatora może zostać zmniejszone i zwiększa przyspieszenie alternatora, dzięki czemu pracuje on z prędkością nieco wyższą niż prędkość synchroniczna. W innych kablach transmisyjnych ta nadmierna prędkość może powodować przepięcia. W związku z tym 1-fazowe i 2-fazowe warunki otwarte mogą generować prądy i napięcia w systemie elektroenergetycznym, które powodują ogromne uszkodzenia aparatury.
Błędy te są podzielone na trzy typy, takie jak następujące.
- Otwarty błąd przewodu
- Usterka otwarcia dwóch przewodów
- Usterka otwarcia trzech przewodów.
Przyczyny i skutki rodzajów usterek
Te usterki mogą być spowodowane nieprawidłowym działaniem obwodu, a także przerwaniem przewodu w 1-fazowej lub większej liczbie faz. Następujące skutki uszkodzenia obwodu otwartego.
- Nieregularna praca instalacji elektrycznej
- Błędy te mogą stanowić zagrożenie zarówno dla zwierząt, jak i ludzi
- W szczególności w części sieci przekroczenie napięcia powyżej normalnych wartości powoduje uszkodzenia izolacji i zwarcia.
- Mimo to, tego typu uszkodzenia obwodów mogą być akceptowane przez długi czas w porównaniu z uszkodzeniami typu zwarcia, ponieważ te uszkodzenia muszą zostać odłączone, aby zmniejszyć wysokie uszkodzenia.
Usterki zwarcia
Zwarcia zwarciowe występują głównie z powodu uszkodzenia izolacji między przewodami fazowymi a ziemią. Uszkodzenie izolacji może spowodować powstanie ścieżki zwarcia, która aktywuje warunki zwarcia w obwodzie.
Definicja zwarcia to nienormalne połączenie o wyjątkowo mniejszej impedancji między dwoma punktami o odmiennym potencjale, dokonane przypadkowo lub celowo. Te usterki są najpowszechniejszymi typami, które powodują nieprawidłowy przepływ prądu o wysokim natężeniu w liniach przesyłowych lub urządzeniach.
Jeśli zwarcia mogą trwać nawet przez krótki czas, prowadzi to do poważnych uszkodzeń aparatu. Zwarcia zwarciowe są również znane jako zwarcia bocznikowe, ponieważ te uszkodzenia występują głównie z powodu uszkodzenia izolacji między przewodami fazowymi, inaczej między przewodami fazowymi a ziemią
Różne możliwe do osiągnięcia stany zwarcia zwarciowego obejmują głównie 3 fazy do ziemi, 3-fazowe wolne od ziemi, 1-fazowe do ziemi, międzyfazowe, 2-fazowe do ziemi, jednofazowe do ziemi.
Zarówno zwarcie trójfazowe bez uziemienia, jak i zwarcie trójfazowe względem ziemi mogą być symetryczne lub zrównoważone, podczas gdy inne zwarcia są niesymetrycznymi.
Przyczyny i skutki zwarć
Błędy zwarciowe mogą wystąpić z następujących powodów.
- Te usterki mogą wystąpić z powodu wewnętrznych lub zewnętrznych skutków
- Skutki wewnętrzne to awarie linii przesyłowych, uszkodzenia urządzeń, starzenie się izolacji, korozja izolacji w generatorze, niewłaściwe instalacje urządzeń elektrycznych, transformatorów i ich nieodpowiednia konstrukcja.
- Te usterki mogą wystąpić z powodu zewnętrznych skutków działania aparatu, uszkodzenia izolacji z powodu przepięć piorunowych i uszkodzeń mechanicznych przez ludność.
Skutki zwarć zwarciowych są następujące.
- Wyładowania łukowe mogą spowodować pożar i wybuch w urządzeniach, takich jak transformatory i wyłączniki.
- Przepływ mocy może być poważnie ograniczony, w przeciwnym razie nawet całkowicie zablokowany, jeśli błąd zwarcia będzie się powtarzał.
- Napięcia robocze systemu mogą spaść powyżej lub poniżej ich dopuszczalnych wartości, aby mieć szkodliwy wpływ na usługi świadczone przez system elektroenergetyczny.
- Z powodu nieprawidłowych prądów aparaty nagrzewają się, aby skrócić żywotność ich izolacji.
Przyczyny typów usterek
Oto główne przyczyny usterek elektrycznych.
Warunki pogodowe
Obejmuje to uderzenia pioruna, ulewne deszcze, silne wiatry, osadzanie się soli na liniach napowietrznych i przewodach, gromadzenie się śniegu i lodu na liniach przesyłowych itp. Te warunki środowiskowe powodują przerwanie zasilania, a także uszkodzenie instalacji elektrycznych.
Awarie sprzętu
Różne urządzenia elektryczne, takie jak generatory , silniki, transformatory, dławiki, urządzenia przełączające itp. powodują zwarcia spowodowane nieprawidłowym działaniem, starzeniem się, uszkodzeniem izolacji kabli i uzwojeń. Awarie te powodują przepływ wysokiego prądu przez urządzenia lub sprzęt, co dodatkowo je uszkadza.
Błędy ludzkie
Usterki elektryczne są również spowodowane błędami ludzkimi, takimi jak dobór niewłaściwej oceny sprzętu lub urządzeń, zapominanie o częściach metalowych lub przewodzących prąd po serwisowaniu lub konserwacji, przełączanie obwodu w trakcie serwisowania itp.
Dym ognia
Jonizacja powietrza spowodowana cząstkami dymu otaczającymi linie napowietrzne powoduje iskrzenie między liniami lub między przewodami izolatora. To rozgorzenie powoduje, że izolatory tracą swoją zdolność izolacyjną z powodu wysokiego napięcia .
Rodzaje usterek i ich skutki
Skutki usterek elektrycznych występują głównie z następujących powodów.
Nadmierny przepływ
Wystąpienie zwarcia powoduje powstanie ścieżki o bardzo niskiej impedancji dla przepływu prądu. Skutkuje to bardzo dużym prądem pobieranym z zasilacza powodującym wyzwalanie przekaźników, uszkodzenie izolacji i elementów wyposażenia.
Zagrożenie dla personelu obsługującego
Wystąpienie usterki może również spowodować porażenie osób. Siła porażenia zależy od natężenia prądu i napięcia w miejscu uszkodzenia i może nawet doprowadzić do śmierci.
Utrata wyposażenia
Silny prąd spowodowany zwarciami powoduje całkowite spalenie elementów, co prowadzi do nieprawidłowej pracy sprzętu lub urządzenia. Czasami silny pożar powoduje całkowite spalenie sprzętu.
Zakłóca połączone aktywne obwody
Usterki nie tylko wpływają na miejsce ich wystąpienia, ale także zakłócają aktywne obwody połączone z uszkodzoną linią.
Pożary elektryczne
Zwarcie powoduje przeskoki i iskry z powodu jonizacji powietrza między dwoma ścieżkami przewodzącymi, co dalej prowadzi do pożaru, co często obserwujemy w wiadomościach, takich jak pożary budynków i obiektów handlowych.
Urządzenia ograniczające awarie
Można zminimalizować przyczyny, takie jak błędy ludzkie, ale nie zmiany środowiskowe. Usuwanie usterek jest kluczowym zadaniem w sieci systemu elektroenergetycznego. Jeśli uda nam się przerwać lub przerwać obwód, gdy pojawi się awaria, zmniejsza to znaczne uszkodzenia sprzętu, a także mienia. Niektóre z tych urządzeń ograniczających awarie obejmują bezpieczniki, wyłączniki automatyczne , przekaźniki są omówione poniżej.
Urządzenia chroniące
Bezpiecznik
Jest to podstawowe urządzenie ochronne. Jest to cienki drut zamknięty w obudowie lub szkle, który łączy dwie metalowe części. Ten drut topi się, gdy w obwodzie płynie nadmierny prąd. Rodzaj bezpiecznika zależy od napięcia, przy którym ma on działać. Ręczna wymiana drutu jest konieczna po jego przepaleniu.
Wyłącznik obwodu
Powoduje, że obwód działa normalnie, a także przerywa w nietypowych warunkach. Powoduje automatyczne wyłączenie obwodu w przypadku wystąpienia usterki. Mogą to być elektromechaniczne wyłączniki automatyczne, takie jak wyłączniki próżniowe / olejowe itp. Lub ultraszybkie wyłączniki elektroniczne .
Przekaźnik
Jest to przełącznik operacyjny zależny od stanu. Składa się z cewki magnetycznej oraz normalnie otwartych i zamkniętych styków. Wystąpienie usterki powoduje wzrost prądu, który zasila cewkę przekaźnika, powodując zadziałanie styków i przerwanie obwodu przed przepływem prądu. Przekaźniki ochronne są różnego typu, jak przekaźniki impedancyjne, przekaźniki MHO itp.
Urządzenia zabezpieczające moc oświetlenia
Należą do nich ograniczniki odgromów i urządzenia uziemiające chroniące system przed wyładowaniami atmosferycznymi i przepięciami.
Trójfazowa analiza usterek oparta na aplikacji
Możemy analizować zwarcia trójfazowe używając prostego obwodu, jak pokazano poniżej. W tym przypadku tymczasowe i trwałe usterki są tworzone przez wyłączniki awaryjne. Jeśli tymczasowo naciśniemy przycisk raz, układ timera wyłączy obciążenie, a także przywróci zasilanie z powrotem do obciążenia. Jeśli wciśniemy ten przycisk na określony czas jako trwały błąd, system ten całkowicie odłączy obciążenie przez układ przekaźników.
Analiza usterek trójfazowych
Jak wykryć i zlokalizować usterki?
W liniach przesyłowych usterka jest bardzo łatwa do zidentyfikowania, ponieważ kryzys jest ogólnie zauważalny. Na przykład, gdy drzewo przewróci się przez linię przesyłową, w przeciwnym razie może dojść do uszkodzenia słupa elektrycznego, a przewody będą leżeć na ziemi.
W systemie kablowym lokalizację uszkodzeń można przeprowadzić, gdy obwód nie działa inaczej, gdy obwód działa. Istnieją różne metody lokalizacji zwarcia, które można podzielić na techniki zaciskowe, które działają z prądami i napięciami mierzonymi na końcach kabli oraz metody znaczników, które wymagają kontroli przez kabel. Normalny obszar usterek można zlokalizować na terminalach, aby przyspieszyć śledzenie przez kabel transmisyjny.
W systemach okablowania lokalizację usterki można znaleźć podczas weryfikacji przewodów. W trudnych systemach okablowania, gdziekolwiek przewody mogą być zakopane, usterki te są umieszczane przez reflektometr w dziedzinie czasu, który wysyła impuls w dół przewodu, a następnie bada odbity sygnał, aby rozpoznać usterki w przewodzie elektrycznym.
W słynnym podwodnym kablu telegraficznym zastosowano reagujące galwanometry do obliczania prądów zwarciowych poprzez testowanie końców kabli zwarciowych. W kablach do lokalizacji usterek, takich jak pętla Varleya i pętla Murraya, stosuje się dwie metody.
W kablu zasilającym przy niskim napięciu nie może wystąpić uszkodzenie izolacji. Tak więc, test thumper jest stosowany przez przyłożenie do kabla impulsu wysokiego napięcia o wysokiej energii. Lokalizację uszkodzenia można przeprowadzić, nasłuchując dźwięku rozładowania przy błędzie. Kiedy ten test prowadzi do uszkodzenia w miejscu instalacji kabla, jest to użyteczne, ponieważ uszkodzone miejsce i tak musiałoby zostać ponownie zaizolowane po ustawieniu.
W systemie dystrybucyjnym z uziemioną rezystancją o dużej rezystancji, podajnik może rozszerzyć błąd do uziemienia, jednak system będzie kontynuował proces. Uszkodzony, jak również zasilany zasilacz można znaleźć w przekładniku prądowym typu pierścieniowego, który gromadzi wszystkie przewody fazowe w obwodzie, po prostu obwód zawiera zwarcie do ziemi, co ilustruje zakłócony prąd netto. Rezystor uziemiający jest używany w celu ułatwienia zauważenia prądu zwarcia doziemnego spośród dwóch wartości, aby pokonać prąd zwarcia.
Mam nadzieję, że masz podstawowe pojęcie o zwarciach trójfazowych. Dzięki za cenne spędzenie czasu z artykułem. Ponadto wszelkie pytania dotyczące projektów elektrycznych i elektronicznych prosimy pisać w sekcji komentarzy poniżej.
Kredyty fotograficzne
Pożary spowodowane usterkami elektrycznymi wg 3.bp.blogspot
Niesymetryczne błędy wg pdfonline
Ochrona urządzeń wg inspectapedia
