Typer af fejl i strømsystemer

Kraftsystemfejl: Definition og Klassificering

En fejl i et kraftsystem defineres som en anomalitet eller defekt, der forårsager, at elektriciteten afviger fra sin intentionerede strømvej. Når en fejl opstår, skaber det abnormale driftsforhold, primært ved at reducere isolationsstyrken mellem ledere. Denne nedbrydning af isolationen kan føre til alvorlige skader på komponenterne i kraftsystemet, forstyrre den normale strømforsyning og udgøre sikkerhedsrisici.

Kraftsystemfejl inddeles primært i to hovedtyper:

• Åben circuit fejl: Denne type fejl opstår, når der er en brud eller uafbrudthed i den elektriske circuit, der forhindrer den normale strømstrøm. Det kan skyldes skadede ledere, løse forbindelser eller fejl i elektriske komponenter.

• Kortslutningsfejl: I en kortslutningsfejl er der en uønsket lav-resistens vej mellem to eller flere ledere, hvilket fører til, at en stor mængde strøm strømmer. Dette kan skyldes isolationnedbrydning, fysisk kontakt mellem ledere eller udstyrssvigt.

De forskellige undergrupper og manifestationer af disse kraftsystemfejl er illustreret i nedenstående billede.

Årsager og Klassificering af Kraftsystemfejl

Kraftsystemfejl kan opstå på grund af mange naturlige forstyrrelser. Begivenheder som lynnedslag, høj hastighedsvind og jordskælv kan alle udløse fejl. Lyn med dets intense elektriske udladninger kan skade isolationen og forstyrre den normale strømstrøm. Højhastighedsvind kan vælte strømledninger eller forårsage, at ledere svinger og kommer i kontakt med andre objekter, mens jordskælv kan forskyde infrastruktur, hvilket fører til brudte ledere og skadede elektriske komponenter.

Fejl kan også være resultatet af forskellige ulykker. For eksempel kan et træ, der falder ned over strømledninger, en bil, der kolliderer med en støttekonstruktion, eller et fly, der kolliderer med elektrisk infrastruktur, alle føre til forstyrrelser i kraftsystemet. Disse ulykker kan direkte skade ledere, isolatorer eller andre vitale dele af det elektriske netværk, hvilket fører til, at fejl opstår.

1. Åben circuit fejl

En åben circuit fejl forekommer primært, når en eller to ledere mislykkes. Da denne type fejl forekommer i serie med den elektriske linje, kaldes den også for en seriefejl. Åbne circuit fejl har en betydelig indvirkning på kraftsystemets pålidelighed, ofte ved at forårsage forstyrrelser i strømforsyningen og potentielle skader på forbundet udstyr.

Åbne circuit fejl kan yderligere inddeles i følgende typer:

• Åben lederfejl: Dette opstår, når en enkelt leder i den elektriske circuit brydes eller bliver frakoblet, hvilket forstyrrer strømstrømmen gennem den pågældende vej.

• To ledere åbne fejl: I dette scenarie mislykkes to af ledere i systemet, hvilket skaber en mere alvorlig forstyrrelse af den elektriske strøm. Denne type fejl kan føre til ubalancerede forhold og kan forårsage yderligere stress på de resterende komponenter i systemet.

• Tre ledere åbne fejl: Den sjældneste og mest alvorlige form for åben circuit fejl, der involverer mislykkelsen af alle tre ledere i et tre-fase system. Dette resulterer i en fuldstændig tab af strømoverførsel og kan have langtrækkende konsekvenser for det elektriske net og forbundne belastninger.

De forskellige konfigurationer af åbne circuit fejl er illustreret i nedenstående figur, der giver en visuel repræsentation af, hvordan disse fejl manifesterer sig inden for kraftsystemet.

2. Kortslutningsfejl

En kortslutningsfejl opstår, når ledere fra forskellige faser kommer i kontakt med hinanden inden for en strømledning, strømtransformator eller andre circuitskomponenter. Denne uønskede forbindelse fører til, at en betydelig mængde strøm strømmer gennem en eller to faser af det elektriske system. Kortslutningsfejl kan yderligere inddeles i to hovedkategorier: symmetriske og asymmetriske fejl.

Symmetrisk Fejl

Symmetriske fejl er dem, der involverer alle tre faser af et elektrisk system. Bemærkelsesværdigt nok opretholder disse fejl en balance, selv efter at fejlen er opstået. Symmetriske fejl forekommer hovedsageligt ved generatorernes terminaler. Udløsningen af sådanne fejl kan tilskrives forskellige faktorer, som modstanden i den elektriske bue, der dannes mellem ledere under fejlen, eller tilstedeværelsen af lav fodmodstand i jordingsystemet.

Symmetriske fejl er underinddelt i to distinkte typer: fase-fase-fase fejl og tre-fase fase-jord fejl.

a. Fase – Fase – Fase Fejl

Fase-fase-fase (F-F-F) fejl er karakteriseret ved deres balancerede natur. Selv efter at fejlen er opstået, bevarer det elektriske system sin symmetri. Selvom de er relativt sjældne, er F-F-F fejl blandt de mest alvorlige typer af kortslutningsfejl. De genererer de største fejlstrømme i systemet, hvilket spiller en afgørende rolle i bestemmelsen af strømbryders vurdering. Evnen hos strømbrydere til at afbryde disse ekstremt store strømme sikkert og effektivt er direkte informeret af F-F-F fejlens egenskaber, hvilket gør dem til en nøglebetragtning i design og beskyttelse af kraftsystemer.

b. F–F–F–J (Tre-fase Fase-jord Fejl)

En tre-fase fase-jord (F–F–F–J) fejl omfatter alle tre faser af det elektriske system. I dette fejlscenario etableres der en forbindelse mellem alle tre faser og systemets jord. Selvom de er mindre almindelige sammenlignet med nogle andre fejltyper, har F–F–F–J fejl en betydelig betydning i analyse af kraftsystemer. Statistikvis er sandsynligheden for, at en sådan fejl opstår, cirka 2 til 3 procent. Trods denne relativt lave sandsynlighed kan en F–F–F–J fejl, når den opstår, generere betydelige fejlstrømme og forårsage vidtrækkende forstyrrelser i kraftsystemet, hvilket kræver robuste beskyttelsesforanstaltninger og omhyggelig overvejelse i systemdesign og -drift.

Asymmetrisk Fejl

En asymmetrisk fejl defineres som en tilstand i kraftsystemet, der genererer asymmetriske strømme, hvor størrelserne og fasene af strømme i de tre faser adskiller sig betydeligt fra hinanden. Denne type fejl involverer typisk en eller to faser, som fase-jord (F-J), fase-fase (F-F) eller dobbelt fase-jord (F-F-J) fejl. Som resultat af disse fejl bliver det elektriske system ubalanceret, hvilket kan føre til en række driftsmæssige problemer og potentiel skade på udstyr.

Asymmetriske fejl kan hovedsageligt inddeles i tre distinkte typer:

• Enkelt Fase-jord (F-J) Fejl

• Fase-fase Fejl (F-F)

• Dobbelt Fase-jord (F-F-J) Fejl

Blandt alle typer kraftsystemfejl er asymmetriske fejl de mest almindelige.

1. Enkelt Fase-jord (F-J) Fejl

En enkelt fase-jord fejl opstår, når en af ledere kommer i kontakt med jorden eller rører neutrallederen. Denne type fejl er ekstremt almindelig, og udgør en staggende 70-80 procent af alle fejl, der opstår i kraftsystemer. Dens høje frekvens gør den til en kritisk bekymring for kraftsystemoperatører og ingeniører, der skal implementere effektive beskyttelsesforanstaltninger for at mindske dens potentielle indvirkning på systemets stabilitet og pålidelighed.

3. Dobbelt Fase-jord (F-F-J) Fejl

I en dobbelt fase-jord fejl kommer to ledere samtidig i kontakt med hinanden og jorden. Dette fejlscenario skaber en kompleks elektrisk vej, der forstyrrer den normale drift af kraftsystemet. Selvom de er sjældnere end enkelte fase-jord fejl, udgør dobbelt fase-jord fejl stadig betydelige risici for systemets stabilitet og udstyrsintegritet. Statistikvis er sandsynligheden for, at en dobbelt fase-jord fejl opstår, cirka 10% af alle kraftsystemfejl. Denne relativt lave, men ikke-negligerbare sandsynlighed understreger vigtigheden af at integrere omfattende beskyttelses- og moderationsstrategier i kraftsystemer for at beskytte mod den potentielle skade og driftsforstyrrelser, der kan forårsages af sådanne fejl.