الأعطال المتماثلة وغير المتماثلة

تحت ظروف التشغيل العادية، تعمل نظام الطاقة في حالة توازن، مع توزيع متساوٍ لمعلمات كهربائية مثل الجهد والتيار عبر جميع الأطوار. ومع ذلك، عندما يفشل العزل في أي نقطة داخل النظام أو يحدث اتصال غير مقصود للأقطاب الحية، يتم تعطيل توازن النظام مما يؤدي إلى قصر دارة أو عطل في الخط. يمكن أن تتسبب العديد من العوامل في حدوث أعطال في أنظمة الطاقة. الظواهر الطبيعية مثل الصواعق، الرياح القوية السريعة، والزلازل يمكن أن تضر البنية التحتية الكهربائية وتسبب انهيار العزل. بالإضافة إلى ذلك، الأحداث الخارجية مثل سقوط الأشجار على خطوط الطاقة، أو طيور تشكل قصر دارة عن طريق جسر الموصلات، أو تدهور مواد العزل بمرور الوقت يمكن أيضًا أن تبدأ الأعطال.

غالبًا ما يتم تصنيف الأعطال التي تحدث في خطوط النقل إلى نوعين رئيسيين:

الأعطال المتماثلة

تشمل الأعطال المتماثلة قصر دارة متزامن لجميع الأطوار داخل نظام كهربائي متعدد الأطوار، غالبًا مع اتصال بالأرض أيضًا. ما يميز هذه الأعطال هو طبيعتها المتوازنة؛ حتى بعد حدوث العطل، يحافظ النظام على تناظره. على سبيل المثال، في نظام ثلاثي الأطوار، تظل العلاقات الكهربائية بين الأطوار ثابتة، مع تناوب الخطوط بمقدار زاوية متساوية تبلغ 120 درجة. رغم أنها نادرة نسبيًا، تعتبر الأعطال المتماثلة النوع الأكثر خطورة من الأعطال الكهربائية في أنظمة الطاقة، حيث تولد تيارات عطل عالية للغاية. يمكن لهذه التيارات ذات القيم الكبيرة أن تسبب أضرارًا كبيرة للمعدات وتعطل إمداد الطاقة إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح. بسبب خطورتها والتحديات التي تثيرها، يقوم المهندسون بإجراء حسابات قصيرة الدائرة متوازنة خصيصًا لتحديد بدقة قيمة هذه التيارات الكبيرة. هذه المعلومات ضرورية لتصميم أجهزة حماية مثل مفاتيح الدائرة التي يمكنها قطع تدفق التيار بأمان خلال عطل متماثل وحماية سلامة نظام الطاقة.

الأعطال غير المتماثلة

تتميز الأعطال غير المتماثلة بتضمينها فقط واحد أو اثنين من الأطوار داخل نظام الطاقة، مما يؤدي إلى عدم توازن بين خطوط الثلاثة أطوار. غالبًا ما تظهر هذه الأعطال كاتصالات إما بين خط والأرض (خط-إلى-الأرض) أو بين خطين (خط-إلى-خط). يحدث عطل سلسلة غير متماثل عندما يكون هناك اتصال غير طبيعي بين الأطوار أو بين طور والأرض، بينما يتم تحديد عطل شنت غير متماثل بواسطة عدم توازن في مقاومات الخطوط.

في نظام كهربائي ثلاثي الأطوار، يمكن تصنيف الأعطال الشنت كما يلي:

• عطل خط واحد-إلى-الأرض (LG): يحدث هذا العطل عندما يتصل أحد الموصلات بالأرض أو الموصل المحايد.

• عطل خط-إلى-خط (LL): هنا، يتم قصر دارة بين موصلين، مما يعكر تدفق التيار الطبيعي.

• عطل خطين-إلى-الأرض (LLG): في هذا السيناريو، يدخل موصلان في اتصال بالأرض أو الموصل المحايد في نفس الوقت.

• عطل قصير الدائرة ثلاثي الأطوار (LLL): يتم قصر دارة جميع الأطوار الثلاثة مع بعضها البعض.

• عطل ثلاثي الأطوار-إلى-الأرض (LLLG): يتم قصر دارة جميع الأطوار الثلاثة بالأرض.

من المهم ملاحظة أن أعطال LG و LL و LLG غير متماثلة، بينما تقع أعطال LLL و LLLG تحت فئة الأعطال المتماثلة. بالنظر إلى التيارات الكبيرة التي تولدها الأعطال المتماثلة، يقوم المهندسون بإجراء حسابات قصيرة الدائرة متوازنة لتحديد بدقة هذه التيارات ذات القيم العالية، والتي تعد أساسية لتصميم تدابير حماية فعالة.

تأثير الأعطال على خطوط النقل

يمكن أن يكون للأعطال تأثير سلبي على أنظمة الطاقة بطرق متعددة. عندما يحدث عطل، غالبًا ما يتسبب في زيادة كبيرة في الجهد والتيار في نقاط محددة داخل النظام. يمكن لهذه القيم الكهربائية المرتفعة أن تضر بعزل المعدات، مما يؤدي إلى تقليل عمرها الافتراضي وقد يؤدي إلى إصلاحات أو استبدالات باهظة الثمن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأعطال أن تؤثر على استقرار نظام الطاقة، مما يجعل المعدات ثلاثية الأطوار تعمل بشكل غير فعال أو حتى تتعطل. لمنع انتشار الأضرار وضمان تشغيل النظام العام دون انقطاع، من الضروري عزل الجزء المعيب فور اكتشاف العطل. من خلال قطع الجزء المتضرر، يمكن الحفاظ على التشغيل الطبيعي للجزء المتبقي من نظام الطاقة، مما يقلل من تأثير إمداد الطاقة ويقلل من خطر حدوث أعطال أخرى.