תקלות סימטריות ואי-סימטריות

תחת תנאים נורמליים של פעולה, מערכת חשמל פועלת במצב מאוזן, עם פרמטרים חשמליים כגון מתח וזרם מתפלגים באופן אחיד על פני כל הפאזה. אולם, כאשר יש כשל במעטה באיזשהו מקום בתוך המערכת או מגע בלתי מתוכנן בין כבלים חשמליים, המאזן של המערכת מתפרץ, מה שגורם לקצר או לתקלה בקו. תקלות במערכות חשמל יכולות להיגרם על ידי גורמים רבים. תופעות טבע כמו פגיעת ברק, רוחות חזקות בעוצמה גבוהה, ורעידות אדמה יכולים לפגוע מבנית בrastructure חשמלית לגרום לכשל במעטה. בנוסף, אירועים חיצוניים כגון נפילת עצים על קווי חשמל, ציפורים שמגנות על מוליכים ומשבשות את האיזון החשמלי, או התדרדרות של חומרי מעטה לאורך זמן יכולים גם הם לעורר תקלות.

תקלות המתרחשות בקווי העברת חשמל בדרך כלל מסווגות לשני סוגים עיקריים:

תקלות סימטריות

תקלות סימטריות מתייחסות לקצר בו זמנית של כל הפאזה בתוך מערכת חשמל רב-פאזית, לעתים קרובות עם קשר גם לאדמה. מה שמגדיר תקלות אלו הוא הטבע הסימטרי שלהן; גם לאחר התרחשות התקלה, המערכת שומרת על הסימטריה שלה. למשל, בהקמת מערכת שלושה-פאזתית, היחסים החשמליים בין הפאזה נשארים אחידים, עם הקווים מוסטים בזווית שווה של 120°. למרות שהן נדירות יחסית, תקלות סימטריות הן מסוגי התקלות החשמליות החמורות ביותר במערכות חשמל, שכן הן מייצרות זרמי התקלה גבוהים מאוד. זרמים גדולים אלה יכולים לגרום נזק משמעותי למתקנים ולשבש את אספקת החשמל אם לא מתנהלים כראוי. בשל החומרה שלהן והאתגרים שהם מציבים, מהנדסים מבצעים חישובים של קצר סימטרי מיוחדים כדי לקבוע בדיוק את הגודל של הזרמים הגדולים הללו. מידע זה חיוני לעיצוב מכשירי הגנה, כגון מפסקים, שיכולים לשבש את זרימת הזרם במהלך התקלה הסימטרית ולהגן על שלמות מערכת החשמל.

תקלות א-סימטריות

תקלות א-סימטריות מאפיינות אותן באמצעות מעורבות של רק אחת או שתי פאזה בתוך מערכת חשמל, מה שגורם לאיזון בין קווי שלוש-פאזה. תקלות אלו בדרך כלל מתבטאות בקשרים בין קו לאדמה (קו-לאדמה) או בין שני קווים (קו-לקו). תקלה א-סימטרית טורית מתרחשת כאשר יש קשר חריג בין פאזה או בין פאזה לאדמה, בעוד תקלה א-סימטרית מקבילית מזוהה על ידי אי-איזון במגניטודה של החסימות בקו.

במערכת חשמל של שלוש-פאזה, תקלות מקביליות ניתן לסווגן כדלקמן:

• תקלה חד-קוית לאדמה (LG): התקלה זו מתרחשת כאשר אחד המוליכים נכנס במגע עם האדמה או מוליך הניטרל.

• תקלה קו-לקו (LL): כאן, שני מוליכים מתקצרים, מה שמשבש את זרימת הזרם הנורמלית.

• תקלה דו-קוית לאדמה (LLG): בסצENARIO זה, שני מוליכים נכנסים במגע עם האדמה או מוליך הניטרל בו-זמנית.

• תקלה קצר של שלוש-פאזה (LLL): כל שלושת הקווים מתקצרים אחד לשני.

• תקלה של שלוש-פאזה לאדמה (LLLG): כל שלושת הקווים מתקצרים לאדמה.

חשוב לציין כי תקלות LG, LL ו-LLG הן א-סימטריות, בעוד תקלות LLL ו-LLLG נמצאות קטגוריה של תקלות סימטריות. בהתחשב בזרמים הגבוהים שנוצרים במהלך תקלות סימטריות, מהנדסים מבצעים חישובים של קצר סימטרי כדי לקבוע במדויק את הזרמים הגבוהים הללו, מה שהוא חיוני לעיצוב אמצעי הגנה יעילים.

השפעת תקלות על קווי העברה

תקלות יכולות להשפיע לרעה על מערכות חשמל בכמה דרכים. כאשר תקלה מתרחשת, היא לעתים קרובות גורמת לעלייה משמעותית במתחים ובהזרמים בנקודות מסוימות בתוך המערכת. ערכים חשמליים משופעים אלה יכולים להזיק למעטה של הציוד, בכך מורידים את תוחלת החיים שלו ועשויים להוביל לתיקונים יקרים או החלפה. יותר מכך, תקלות יכולות לפגוע יציבות מערכת החשמל, גורמות לציוד שלוש-פאזה לפעול בצורה לא יעילה או אפילו להשתבש. כדי למנוע את התפשטות הנזק ולשמור על פעילות ללא הפסקה של המערכת כולה, חשוב לנתק במהירות את השטח המוטה מיד עם גילוי התקלה. על ידי ניתוק האזור המושפע, ניתן לשמור על פעילות נורמלית של החלקים האחרים של מערכת החשמל, תוך הפחתת ההשפעה על אספקת החשמל והפחתת הסיכון להתפתחות כשלים נוספים.