عیب‌های متقارن و نامتعادل

در شرایط عملیاتی معمول، سیستم برق در حالت تعادل کار می‌کند و پارامترهای الکتریکی مانند ولتاژ و جریان به طور مساوی در تمام فازها توزیع می‌شوند. اما هنگامی که عایق‌بندی در هر نقطه‌ای از سیستم خراب می‌شود یا سیم‌های زنده به صورت غیر مورد نظر با یکدیگر تماس می‌پیداکنند، تعادل سیستم مختل می‌شود و منجر به کوتاه‌شدن یا خطای خط می‌گردد. خطاهای سیستم برق می‌توانند به دلیل عوامل متعددی رخ دهند. پدیده‌های طبیعی مانند برخورد برق، بادهای قدرتمند با سرعت بالا و زلزله می‌توانند زیرساخت‌های الکتریکی را به صورت فیزیکی آسیب ببیند و عایق‌بندی را خراب کنند. علاوه بر این، حوادث خارجی مانند سقوط درختان بر روی خطوط برق، پرنده‌هایی که با اتصال هادی‌ها کوتاه‌شدن الکتریکی ایجاد می‌کنند یا تخریب عایق‌بندی مواد با گذشت زمان نیز می‌توانند خطاهایی را آغاز کنند.

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

خطاهای متقارن

خطاهای متقارن شامل کوتاه‌شدن همزمان تمام فازها در یک سیستم الکتریکی چندفازی می‌شود، غالباً با اتصال به زمین نیز همراه است. ویژگی این خطاهای این است که حالت متقارن آنها حفظ می‌شود؛ حتی پس از وقوع خطا، سیستم متقارن باقی می‌ماند. در یک تنظیم سه‌فازی، به عنوان مثال، روابط الکتریکی بین فازها همچنان یکسان است، با خطوطی که به طور مؤثری با زاویه ۱۲۰ درجه از هم جدا می‌شوند. با اینکه خطاهای متقارن نسبتاً نادر هستند، اما شدیدترین نوع خطاهای الکتریکی در سیستم‌های برق هستند، زیرا جریان‌های خطا بسیار بالا تولید می‌کنند. این جریان‌های با اندازه بزرگ می‌توانند به تجهیزات آسیب بسیاری وارد کنند و در صورت عدم مدیریت صحیح، تأمین برق را مختل کنند. به دلیل شدت و چالش‌هایی که ایجاد می‌کنند، مهندسان محاسبات کوتاه‌شدن متقارن را به طور خاص انجام می‌دهند تا دقیقاً مقدار این جریان‌های بزرگ را تعیین کنند. این اطلاعات برای طراحی دستگاه‌های محافظ مانند برشکن‌ها که می‌توانند به طور ایمن جریان را در حین خطای متقارن مسدود کرده و تمامیت سیستم برق را حفظ کنند، ضروری 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 می‌گردد. این خطاهای معمولاً به صورت اتصال‌هایی 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 شونت نامتقارن با عدم تعادل در مقاومت‌های خط مشخص می‌شود.

در یک سیستم الکتریکی سه‌فازی، خطاهای شونت می‌توانند به صورت زیر طبقه‌بندی شوند:

• خطای خط-به-زمین تک خط (LG): این خطا زمانی رخ می‌دهد که یکی از هادی‌ها با زمین یا هادی میانی تماس می‌یابد.

• خطای خط-به-خط (LL): در اینجا، دو هادی کوتاه می‌شوند و جریان عادی را مختل می‌کنند.

• خطای خط-به-زمین دو خط (LLG): در این سناریو، دو هادی به طور همزمان با زمین یا هادی میانی تماس می‌یابند.

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

• خطای سه‌فاز-به-زمین (LLLG): تمام سه فاز به زمین کوتاه می‌شوند.

باید توجه داشت که خطاهای LG، LL و LLG نامتقارن هستند، در حالی که خطاهای LLL و LLLG در دسته خطاهای متقارن قرار می‌گیرند. با توجه به جریان‌های قابل توجهی 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 محافظتی موثر ضروری است.

تأثیر خطاهای روی خطوط انتقال

خطاهای می‌توانند به چندین روش مضر بر سیستم‌های برق تأثیر بگذارند. هنگامی که 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 خراب کنند، 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 تحت تأثیر قرار دهند و باعث عملکرد ناکارآمد یا خرابی تجهیزات سه‌فازی شوند. برای جلوگیری از گسترش آسیب و تضمین عملکرد بدون وقفه سیستم کلی، از لحظه تشخیص خطا باید بخش خراب را به سرعت جدا کرد. با قطع بخش متأثر، عملکرد عادی بخش‌های باقی‌مانده از سیستم برق حفظ می‌شود، تأثیر بر تأمین برق کاهش می‌یابد و خطر خرابی‌های بیشتر کم می‌شود.