Typy poruch v elektrickém systému

Chyby v elektrickém systému: Definice a klasifikace

Chybou v elektrickém systému se definuje anomálie nebo vadu, která způsobuje, že elektrický proud odchází od svého zamýšleného cesty. Když dojde k chybě, vytváří se neobvyklé pracovní podmínky, především snižováním izolační síly mezi vodiči. Toto snížení izolace může vést k vážnému poškození komponent elektřinového systému, narušení normální dodávky energie a způsobit bezpečnostní rizika.

Chyby v elektrickém systému jsou hlavně rozděleny do dvou hlavních typů:

• Chyba otevřeného obvodu: Tento typ chyby nastane, když dojde k přerušení nebo nespojitosti v elektrickém obvodu, což brání normálnímu průtoku proudu. Může být způsobena poškozenými vodiči, volnými spoji nebo selháním elektrických komponent.

• Chyba krátkého zapojení: Při chybě krátkého zapojení existuje nezamýšlená cesta s nízkým odporem mezi dvěma nebo více vodiči, což způsobuje tok velkého množství proudu. Může to být způsobeno poruchou izolace, fyzickým kontaktováním vodičů nebo selháním zařízení.

Různé podtypy a projevy těchto chyb v elektrickém systému jsou znázorněny na níže uvedeném obrázku.

Příčiny a klasifikace chyb v elektrickém systému

Chyby v elektrickém systému mohou vzniknout z důvodu mnoha přírodních poruch. Události jako jsou blesky, vysokorychlostní větry a zemětřesení mohou vyvolat chyby. Blesky, s jejich intenzivními elektrickými výboji, mohou poškodit izolaci a narušit normální tok proudu. Vysokorychlostní větry mohou strhnout elektrické vedení nebo způsobit, že vodiče kymácejí a dochází k jejich kontaktu s jinými objekty, zatímco zemětřesení mohou posunout infrastrukturu, což vede k porušeným vodičům a poškozeným elektrickým komponentům.

Chyby mohou také vzniknout v důsledku různých nehod. Například, pokud padne strom na elektrická vedení, pokud dojde k dopravní nehodě s podpůrnou konstrukcí, nebo pokud letadlo narazí do elektrické infrastruktury, mohou všechny tyto nehody vést k narušení elektrického systému. Tyto náhodné události mohou přímo poškodit vodiče, izolátory nebo jiné klíčové části elektrické sítě, což vedou k vzniku chyb.

1. Chyba otevřeného obvodu

Chyba otevřeného obvodu se především vyskytuje, když selhávají jeden nebo dva vodiče. Protože tento typ chyby vzniká v sériovém spojení s elektrickým vedením, je také znám jako sériová chyba. Chyby otevřeného obvodu mají významný dopad na spolehlivost elektrického systému, často vedou k narušení dodávky energie a potenciálnímu poškození připojeného zařízení.

Chyby otevřeného obvodu lze dále rozdělit na následující typy:

• Chyba otevřeného vodiče: Tato chyba nastane, když se v elektrickém obvodu jediný vodič přetrhne nebo odpojí, což naruší tok proudu touto specifickou cestou.

• Chyba otevřených dvou vodičů: V tomto scénáři selhají dva vodiče v systému, což vytváří více závažné narušení elektrického toku. Tento typ chyby může vést k nerovnoměrným stavům a může způsobit další zátěž na zbývající komponenty systému.

• Chyba otevřených tří vodičů: Nejřidčeji se vyskytující a nejzávažnější forma chyby otevřeného obvodu, kdy selhávají všechny tři vodiče v trojfázovém systému. To způsobuje úplnou ztrátu přenosu energie a může mít dalekosáhlé důsledky pro elektrickou síť a připojené zátěže.

Různé konfigurace chyb otevřeného obvodu jsou znázorněny na níže uvedeném obrázku, který poskytuje vizuální reprezentaci, jak se tyto chyby projevují v elektrickém systému.

2. Chyba krátkého zapojení

Chyba krátkého zapojení nastane, když se vodiče z různých fází dotknou v elektrickém vedení, transformátoru nebo jiných částech obvodu. Toto nezamýšlené spojení způsobí, že velké množství proudu poteče skrze jednu nebo dvě fáze elektrického systému. Chyby krátkého zapojení lze dále rozdělit do dvou hlavních kategorií: symetrické a nesymetrické chyby.

Symetrická chyba

Symetrické chyby jsou ty, které zahrnují všechny tři fáze elektrického systému. Pozoruhodně, tyto chyby udržují stav rovnováhy i po výskytu chyby. Symetrické chyby se především vyskytují na terminálech generátorů. Vznik těchto chyb lze připsat různým faktorům, jako je odpor elektrického oblouku, který vzniká mezi vodiči během chyby, nebo přítomnost nízkého odporu základového zemlování v zemnicím systému.

Symetrické chyby jsou dále rozděleny do dvou specifických typů: chyba fáze-fáze-fáze a trojfázová chyba fáze-země.

a. Chyba F–F–F

Chyby fáze-fáze-fáze (F–F–F) jsou charakteristické svou vyváženou povahou. I po výskytu chyby elektrický systém udržuje svou symetrii. Ačkoli jsou relativně vzácné, chyby F–F–F patří mezi nejzávažnější typy chyb krátkého zapojení. Generují největší chybové proudy v systému, které hrají klíčovou roli při určování požadavků na označení vypínačů. Schopnost vypínačů bezpečně a efektivně přerušit tyto extrémně vysoké proudy je přímo ovlivněna charakteristikami chyb F–F–F, což z nich dělá klíčovou součást při návrhu a ochraně elektrického systému.

b. F–F–F–Z (Trojfázová chyba fáze-země)

Trojfázová chyba fáze-země (F–F–F–Z) zahrnuje všechny tři fáze elektrického systému. V tomto scénáři chyby se vytvoří spojení mezi všemi třemi fázemi a zemí systému. Ačkoli je méně běžná než některé jiné typy chyb, chyba F–F–F–Z má významnou důležitost v analýze elektrického systému. Statisticky je pravděpodobnost výskytu takové chyby přibližně 2 až 3 procenta. Tato relativně nízká pravděpodobnost nijak nezměňuje skutečnost, že když dojde k chybě F–F–F–Z, může vygenerovat významné chybové proudy a způsobit široké narušení elektrického systému, což vyžaduje robustní ochranná opatření a pečlivou úvahu při návrhu a provozu systému.

Nesymetrická chyba

Nesymetrická chyba je definována jako stav v elektrickém systému, který generuje nesymetrické proudy, kde velikosti a fáze proudu v třech fázích se značně liší. Tento typ chyby obvykle zahrnuje jednu nebo dvě fáze, jako jsou chyby fáze-země (F–Z), fáze-fáze (F–F) nebo dvojité fáze-země (F–F–Z). Jako důsledek těchto chyb se elektrický systém stává nerovnovážným, což může vést k řadě operačních problémů a potenciálnímu poškození zařízení.

Nesymetrické chyby lze hlavně rozdělit do tří specifických typů:

• Jednotlivá chyba fáze-země (F–Z)

• Chyba fáze-fáze (F–F)

• Dvojitá chyba fáze-země (F–F–Z)

Mezi všechny typy chyb v elektrickém systému jsou nesymetrické chyby nejčastěji se vyskytující.

1. Jednotlivá chyba fáze-země (F–Z)

Jednotlivá chyba fáze-země nastane, když se jeden z vodičů dotkne země nebo neutrálního vodiče. Tento typ chyby je extrémně běžný, představuje 70 až 80 procent všech chyb, které se vyskytují v elektrických systémech. Jeho vysoká frekvence výskytu dělá z něj klíčový problém pro operátory a inženýry elektrických systémů, kteří musí implementovat efektivní ochranná opatření, aby minimalizovali jeho potenciální dopady na stabilitu a spolehlivost systému.

3. Dvojitá chyba fáze-země (F–F–Z)

V dvojitých chybách fáze-země se současně dva vodiče dotknou země. Tento scénář chyby vytváří složitou elektrickou cestu, která narušuje normální fungování elektrického systému. Ačkoli jsou méně běžné než jednotlivé chyby fáze-země, dvojité chyby fáze-země stále představují významné riziko pro stabilitu systému a integrity zařízení. Statisticky je pravděpodobnost výskytu dvojité chyby fáze-země přibližně 10% všech chyb v elektrickém systému. Tato relativně nízká, ale nenulová pravděpodobnost zdůrazňuje důležitost zahrnutí komplexních ochranných a mitigačních strategií v elektrických systémech, aby bylo možné chránit proti potenciálnímu poškození a operačním narušením způsobeným těmito chybami.