Symetryczne i niesymetryczne uszkodzenia
W normalnych warunkach pracy system energetyczny funkcjonuje w stanie równowagi, z parametrami elektrycznymi, takimi jak napięcie i prąd, rozłożonymi równomiernie na wszystkich fazach. Jednakże, gdy izolacja ulega uszkodzeniu w dowolnym punkcie systemu lub przewody pod napięciem przypadkowo stykają się, równowaga systemu jest zakłócona, co prowadzi do zwarć czy awarii w linii. Awarie w systemach energetycznych mogą być wywoływane przez wiele czynników. Zjawiska naturalne, takie jak uderzenia piorunów, silne wiatry o wysokiej prędkości i trzęsienia ziemi, mogą fizycznie uszkodzić infrastrukturę elektryczną i spowodować uszkodzenie izolacji. Ponadto zdarzenia zewnętrzne, takie jak upadek drzew na linie energetyczne, ptaki tworzące zwarca poprzez połączenie przewodów, czy degradacja materiałów izolacyjnych w czasie, mogą również powodować awarie.
Awary występujące w liniach przesyłowych są zwykle klasyfikowane na dwa główne typy:
Symetryczne zwarcia
Symetryczne zwarcia obejmują jednoczesne zwarcie wszystkich faz w wielofazowym systemie elektrycznym, często z połączeniem z ziemią. Charakterystyczną cechą tych zwarć jest ich zrównoważony charakter; nawet po wystąpieniu zwarca, system utrzymuje swoją symetrię. W konfiguracji trójfazowej, na przykład, relacje elektryczne między fazami pozostają spójne, z liniami efektywnie przesuniętymi o równy kąt 120°. Mimo że są stosunkowo rzadkie, symetryczne zwarcia to najpoważniejszy typ zwarć elektrycznych w systemach energetycznych, ponieważ generują one ekstremalnie duże prądy zwarciowe. Te prądy o dużych wartościach mogą powodować znaczne uszkodzenia sprzętu i zakłócać dostawę energii, jeśli nie są prawidłowo zarządzane. Ze względu na ich powagę i wyzwania, które stwarzają, inżynierowie wykonują obliczenia symetrycznych zwarć specjalnie zaprojektowane do dokładnego określenia wartości tych dużych prądów. Ta informacja jest kluczowa dla projektowania urządzeń ochronnych, takich jak automaty bezpieczeństwa, które mogą bezpiecznie przerwać przepływ prądu podczas symetrycznego zwarca i zabezpieczyć integralność systemu energetycznego.
Niesymetryczne zwarcia
Niesymetryczne zwarcia charakteryzują się zaangażowaniem tylko jednej lub dwóch faz w systemie energetycznym, co prowadzi do nierównowagi między liniami trójfazowymi. Te zwarcia zwykle manifestują się jako połączenia między linią a ziemią (linia-do-ziemi) lub między dwiema liniami (linia-do-linii). Niesymetryczne zwarce szeregowe występują, gdy istnieje nietypowe połączenie między fazami lub między fazą a ziemią, podczas gdy niesymetryczne zwarce równoległe identyfikuje się przez nierównowagę impedancji liniowych.
W systemie elektrycznym trójfazowym zwarce równoległe można dalej sklasyfikować następująco:
Jednofazowe zwarcie linia-do-ziemi (LG): To zwarce występuje, gdy jeden z przewodów styka się z ziemią lub przewodem neutralnym.
Zwarce linia-do-linia (LL): Tutaj dwa przewody są zwarcie połączone, co zakłóca normalny przepływ prądu.
Dwufazowe zwarce linia-do-ziemi (LLG): W tym scenariuszu dwa przewody stykają się jednocześnie z ziemią lub przewodem neutralnym.
Trójfazowe zwarce linia-linia-linia (LLL): Wszystkie trzy fazy są zwarcie połączone ze sobą.
Trójfazowe zwarce linia-linia-linia-do-ziemi (LLLG): Wszystkie trzy fazy są zwarcie połączone z ziemią.
Warto zauważyć, że zwarce LG, LL i LLG są niesymetryczne, podczas gdy zwarce LLL i LLLG należą do kategorii zwarć symetrycznych. Ze względu na duży prąd generowany podczas zwarć symetrycznych, inżynierowie wykonują obliczenia symetrycznych zwarć, aby dokładnie określić te duże wartości prądów, co jest niezbędne do zaprojektowania skutecznych środków ochronnych.
Wpływ zwarć na linie przesyłowe
Zwarce mogą mieć negatywny wpływ na systemy energetyczne na wiele sposobów. Gdy wystąpi zwarce, często powodują one znaczący wzrost napięć i prądów w określonych punktach systemu. Te podwyższone wartości elektryczne mogą uszkodzić izolację sprzętu, zmniejszając jego żywotność i potencjalnie prowadząc do kosztownych napraw lub wymian. Ponadto zwarce mogą osłabić stabilność systemu energetycznego, powodując, że urządzenia trójfazowe działają nieefektywnie lub wręcz ulegają awariom. Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się uszkodzeń i zapewnić ciągłą pracę całego systemu, ważne jest, aby jak najszybciej izolować uszkodzoną część po wykryciu zwarca. Odłączając obszar dotknięty zwarciem, można utrzymać normalną pracę pozostałej części systemu energetycznego, minimalizując wpływ na dostawę energii i redukując ryzyko kolejnych awarii.
