خطاهای متقارن و نامتقارن

در شرایط عملیاتی معمولی، سیستم برق در حالت تعادل کار می‌کند و پارامترهای الکتریکی مانند ولتاژ و جریان به طور مساوی در تمام فازها توزیع می‌شوند. اما زمانی که عایق‌بندی در هر نقطه‌ای از سیستم شکست می‌خورد یا سیم‌های زنده به طور غیرمنتظره با یکدیگر تماس می‌پیداکنند، تعادل سیستم مختل می‌شود و منجر به کوتاه‌شدن یا خطا در خط می‌گردد. خطاها در سیستم‌های برق می‌توانند توسط عوامل متعددی ایجاد شوند. پدیده‌های طبیعی مانند برخورد صاعقه، بادهای قدرتمند و سریع و زلزله می‌توانند زیرساخت‌های الکتریکی را به طور فیزیکی آسیب دهند و عایق‌بندی را بشکنند. علاوه بر این، حوادث خارجی مانند سقوط درختان بر روی خطوط برق، پرندگان که با اتصال رسانه‌ها کوتاه‌شدن الکتریکی ایجاد می‌کنند یا تخریب عایق‌بندی‌ها در طول زمان نیز می‌توانند خطا را شروع کنند.

خطاهایی که در خطوط انتقال رخ می‌دهند معمولاً به دو نوع عمومی تقسیم‌بندی می‌شوند:

خطاهای متقارن

خطاهای متقارن شامل کوتاه‌شدن همزمان تمام فازها در یک سیستم الکتریکی چندفازی می‌باشد، اغلب با اتصال به زمین نیز. ویژگی اصلی این خطاها، طبیعت متقارن آنهاست؛ حتی پس از رخ دادن خطا، سیستم همچنان متقارن می‌ماند. در یک سیستم سه‌فازی، به عنوان مثال، روابط الکتریکی بین فازها همچنان ثابت می‌ماند، با خطوطی که به طور مؤثر با زاویه ۱۲۰ درجه جابجا می‌شوند. با اینکه خطاهای متقارن نسبتاً نادر هستند، اما جدی‌ترین نوع خطاهای الکتریکی در سیستم‌های برق هستند، زیرا جریان‌های خطا با اندازه بسیار بالا تولید می‌کنند. این جریان‌های با اندازه بزرگ می‌توانند آسیب قابل توجهی به تجهیزات واقع شده و تأمین برق را در صورت عدم مدیریت صحیح مختل کنند. به دلیل شدت آنها و چالش‌هایی که ایجاد می‌کنند، مهندسان محاسبات کوتاه‌شدن متقارن را به طور خاص انجام می‌دهند تا دقیقاً اندازه این جریان‌های بزرگ را تعیین کنند. این اطلاعات برای طراحی دستگاه‌های محافظ، مانند قطع‌کننده‌های مدار، که می‌توانند به طور ایمن جریان را در هنگام رخ دادن خطا متوقف کنند و حفظ تمامیت سیستم برق، بسیار مهم است.

خطاهای نامتقارن

خطاهای نامتقارن با دخالت فقط یک یا دو فاز در یک سیستم برق مشخص می‌شوند، که منجر به عدم تعادل بین خطوط سه‌فازی می‌شود. این خطاهای معمولاً به عنوان اتصالات بین یک خط و زمین (خط به زمین) یا بین دو خط (خط به خط) ظاهر می‌شوند. خطای سری نامتقارن زمانی رخ می‌دهد که اتصال غیرطبیعی بین فازها یا بین یک فاز و زمین وجود داشته باشد، در حالی که خطای شانت نامتقارن با عدم تعادل مقاومت‌های خط مشخص می‌شود.

در یک سیستم الکتریکی سه‌فازی، خطاهای شانت می‌توانند به شرح زیر طبقه‌بندی شوند:

• خطای یک خط به زمین (LG): این خطا زمانی رخ می‌دهد که یکی از رسانه‌ها با زمین یا رسانه خنثی تماس می‌پیداکند.

• خطای خط به خط (LL): در اینجا، دو رسانه کوتاه می‌شوند و جریان معمولی مختل می‌شود.

• خطای دو خط به زمین (LLG): در این سناریو، دو رسانه به طور همزمان با زمین یا رسانه خنثی تماس می‌پیداکنند.

• خطای کوتاه‌شدن سه‌فاز (LLL): همه سه فاز به یکدیگر کوتاه می‌شوند.

• خطای سه‌فاز به زمین (LLLG): همه سه فاز به طور همزمان با زمین کوتاه می‌شوند.

مهم است که بدانیم خطاهای LG، LL و LLG نامتقارن هستند، در حالی که خطاهای LLL و LLLG در دسته خطاهای متقارن قرار می‌گیرند. با توجه به جریان‌های بزرگی که در خطاهای متقارن تولید می‌شوند، مهندسان محاسبات کوتاه‌شدن متقارن را انجام می‌دهند تا دقیقاً این جریان‌های با اندازه بزرگ را تعیین کنند، که برای طراحی اقدامات محافظ موثر ضروری است.

تأثیر خطاهای بر خطوط انتقال

خطاهای می‌توانند تأثیرات مخربی بر سیستم‌های برق در چندین روش داشته باشند. وقتی یک خطا رخ می‌دهد، معمولاً منجر به افزایش قابل توجه ولتاژ و جریان در نقاط خاصی از سیستم می‌شود. این مقادیر الکتریکی بالا می‌توانند عایق‌بندی تجهیزات را آسیب دهند، که عمر مفید آنها را کاهش می‌دهد و ممکن است منجر به تعمیرات یا جایگزینی‌های گران‌قیمت شود. علاوه بر این، خطاهای می‌توانند پایداری سیستم برق را تضعیف کنند، باعث عملکرد ناکارآمد یا خرابی تجهیزات سه‌فازی می‌شوند. برای جلوگیری از گسترش آسیب و تضمین عملکرد بدون وقفه سیستم کلی، از_disconnecting the affected area as soon as a fault is detected_ضروری است. با قطع بخش متأثر، عملکرد معمولی بخش‌های باقی‌مانده از سیستم برق حفظ می‌شود، تأثیر بر تأمین برق کاهش می‌یابد و خطر خرابی‌های بیشتر کم می‌شود.