Симметричные и несимметричные повреждения

В нормальных условиях работы электрическая система функционирует в сбалансированном состоянии, при этом электрические параметры, такие как напряжение и ток, равномерно распределяются по всем фазам. Однако, когда изоляция нарушается в какой-либо точке системы или живые провода случайно контактируют, баланс системы нарушается, что приводит к короткому замыканию или неисправности в линии. Неисправности в электрических системах могут быть вызваны множеством факторов. Природные явления, такие как удары молнии, сильные ветры высокой скорости и землетрясения, могут физически повредить электрическую инфраструктуру и вызвать разрушение изоляции. Кроме того, внешние события, такие как падение деревьев на линии электропередач, птицы, создающие короткое замыкание, соединяя проводники, или деградация изоляционных материалов со временем, также могут вызвать неисправности.

Неисправности, возникающие на линиях передачи, обычно делятся на два основных типа:

Симметричные неисправности

Симметричные неисправности включают одновременное короткое замыкание всех фаз в многофазной электрической системе, часто с подключением к земле. Характеризуются эти неисправности своей сбалансированностью; даже после возникновения неисправности система сохраняет свою симметрию. Например, в трехфазной системе электрические отношения между фазами остаются постоянными, с линиями, эффективно смещёнными на равный угол 120°. Несмотря на то, что они относительно редки, симметричные неисправности являются наиболее серьёзным типом электрических неисправностей в энергосистемах, так как они генерируют чрезвычайно высокие токи короткого замыкания. Эти большие по величине токи могут нанести значительный ущерб оборудованию и прервать подачу электроэнергии, если их не управлять должным образом. Из-за их серьёзности и вызываемых ими проблем инженеры выполняют расчеты сбалансированных коротких замыканий, специально предназначенные для точного определения величины этих больших токов. Эта информация необходима для проектирования защитных устройств, таких как выключатели, которые могут безопасно прерывать поток тока во время симметричной неисправности и обеспечивать целостность энергосистемы.

Несимметричные неисправности

Несимметричные неисправности характеризуются вовлечением только одной или двух фаз в энергосистеме, что приводит к дисбалансу между трехфазными линиями. Эти неисправности обычно проявляются как соединения либо между линией и землей (линия-земля), либо между двумя линиями (линия-линия). Несимметричная последовательная неисправность возникает, когда есть аномальное соединение между фазами или между фазой и землей, в то время как несимметричная параллельная неисправность определяется дисбалансом в сопротивлениях линий.

В трехфазной электрической системе параллельные неисправности можно классифицировать следующим образом:

• Одиночное линейное замыкание на землю (LG): Это неисправность происходит, когда один из проводников контактирует с землей или нейтральным проводником.

• Линейное замыкание (LL): Здесь два проводника коротко замыкаются, нарушая нормальный поток тока.

• Двойное линейное замыкание на землю (LLG): В этом случае два проводника одновременно контактируют с землей или нейтральным проводником.

• Трехфазное короткое замыкание (LLL): Все три фазы коротко замыкаются друг на друга.

• Трехфазное замыкание на землю (LLLG): Все три фазы коротко замыкаются на землю.

Важно отметить, что неисправности LG, LL и LLG являются несимметричными, в то время как LLL и LLLG относятся к категории симметричных неисправностей. Учитывая значительные токи, генерируемые при симметричных неисправностях, инженеры выполняют расчеты сбалансированных коротких замыканий для точного определения этих больших токов, что необходимо для проектирования эффективных защитных мер.

Воздействие неисправностей на линии передачи

Неисправности могут неблагоприятно влиять на энергосистемы различными способами. Когда происходит неисправность, она часто вызывает значительное увеличение напряжений и токов в определенных точках системы. Эти повышенные электрические значения могут повредить изоляцию оборудования, тем самым сокращая его срок службы и потенциально приводя к дорогостоящему ремонту или замене. Более того, неисправности могут подорвать стабильность энергосистемы, заставляя трехфазное оборудование работать неэффективно или даже выходить из строя. Для предотвращения распространения повреждений и обеспечения непрерывной работы всей системы важно немедленно изолировать дефектный участок, как только будет обнаружена неисправность. Отключив пораженный участок, можно поддерживать нормальную работу остальной части энергосистемы, минимизируя влияние на подачу электроэнергии и снижая риск дальнейших отказов.