etypes of Faults in Power System מערכת חשמל סיבוכים סוגים

תקלות במערכת החשמל: הגדרה ומיון

תקלה במערכת החשמל מוגדרת כחריגה או פגם המוביל למשוך חשמלי מאומת מסלול התנועה המתוכנן שלו. כאשר מתרחשת תקלה, היא יוצרת מצבים מבצעיים חריגים, בעיקר על ידי הפחתת חוזק ההידבקות בין מוליכים. הירידה בחוזק ההידבקות יכולה להוביל לנזק חמור לאביזרי מערכת החשמל, להפריעPLY את אספקת החשמל הנורמלית ולהוות סיכון בטיחותי.

תקלות במערכת החשמל ממיינות בעיקר לשני סוגים עיקריים:

• תקלת מעגל פתוח: תקלה זו מתרחשת כאשר ישנה שבירה או הפסקה במעגל החשמלי, המונעת את זרימת החשמל הנורמלית. היא יכולה להתפתח כתוצאה ממוליכים פגומים, חיבורים רפויים או כשל של מרכיבים חשמליים.

• תקלת קצר חשמלי: בתקלת קצר חשמלי קיים מסלול התנגדות נמוכה בלתי מתוכנן בין שני מוליכים או יותר, המוביל לזרם גדול מאוד. זה יכול להיות עקב שבירת ההידבקות, מגע פיזי בין מוליכים או כשל של ציוד.

הסוגים השונים וההצגה שלהם של תקלות מערכת החשמל מוצגים בתמונה המצורפת למטה.

סיבות ומיון של תקלות במערכת החשמל

תקלות במערכת החשמל יכולות להיווצר עקב מגוון הפרעות טבע. אירועים כמו פגיעות ברקים, רוחות מהירות, ורעידות אדמה יכולים להפעיל תקלות. ברק, עם פרצי חשמל חזקים, יכול להרוס את ההידבקות ולהפריע לזרימת החשמל הנורמלית. רוחות מהירות עשויות להפיל קווי חשמל או לגרום למוליכים לתנדנד ולהיכנס במגע עם עצמים אחרים, בעוד רעידות אדמה יכולות להזיז את התשתיות, מה שמוביל למוליכים שבורים וציוד חשמלי פגום.

תקלות יכולות גם להיות תוצאה של מגוון תאונות. למשל, עץ שנופל על קווי חשמל, רכב המתנגש באחד מהמבנים התומכים, או מטוס שנופל על תשתיות חשמל יכולות כולן להוביל להפרעות במערכת החשמל. אירועים אקראיים אלה יכולים להזיק ישירות למוליכים, למבודדים או לחלקים אחרים חיוניים ברשת החשמלית, מה שגורם להתרחשות תקלות.

1. תקלה של מעגל פתוח

תקלת מעגל פתוח מתרחשת בעיקר כאשר אחד או שני מוליכים נכשלים. מכיוון שהתקלה הזו מתרחשת בסדרה עם קו החשמל, היא מכונה גם תקלה סדרתית. תקלות מעגל פתוח משפיעות משמעותית על האמינות של מערכת החשמל, לעיתים מובילות להפרעות באספקת החשמל ולנזק אפשרי לציוד המחובר.

תקלות מעגל פתוח ניתן למיין לשלושה סוגים נוספים:

• תקלת מוליך פתוח: תקלה זו מתרחשת כאשר מוליך בודד במעגל החשמלי נשבר או מתנתק, מה שמדגדג את זרימת החשמל דרך המסלול הספציפי הזה.

• תקלת שני מוליכים פתוחים: בסיטואציה זו, שני מוליכים במערכת נכשלים, מחלישים בצורה חמורה את זרימת החשמל. תקלה זו יכולה להוביל לתנאים לא מאוזנים ולהוסיף לחץ על המרכיבים הנוספים של המערכת.

• תקלת שלושה מוליכים פתוחים: הצורה הנדירה והחמורה ביותר של תקלה של מעגל פתוח, היא כולל הכשל של כל שלושת המוליכים במערכת בשלושה פאזה. זה מוביל לאובדן מלא של העברת החשמל ויש לו השלכות הרת גורל לרשת החשמלית ולצריכת החשמל המחוברת.

הצורות השונות של תקלות מעגל פתוח מוצגות בתמונה שלהלן, ומספקות הצגה חזותית של איך תקלות אלו מופיעות בתוך מערכת החשמל.

2. תקלה קצר חשמלי

תקלת קצר חשמלי מתרחשת כאשר מוליכים מפאזות שונות נכנסים למגע אחד עם השני בתוך קו חשמל, טרנספורמר חשמל או אלמנטים אחרים של המעגל. המגע הלא מתוכנן הזה גורם לזרם גדול מאוד לזרום דרך אחת או שתי פאזות של המערכת החשמלית. תקלות קצר חשמלי ניתן למיין לשני סוגים עיקריים: תקלות סימטריות ולא סימטריות.

תקלה סימטרית

תקלות סימטריות הן כאלה שכוללות את שלושת הפאזות של מערכת חשמלית. באופן מרשים, תקלות אלו שומרות על מצב מאוזן גם לאחר אירוע התקלה. תקלות סימטריות מתרחשות בעיקר בנקודות הקצה של מנועים. תחילת תקלות כאלו יכולה להיות מיוחסת לגורמים שונים, כגון ההתנגדות של קשת החשמל שנוצרת בין מוליכים במהלך התקלה או הנוכחות של התנגדות רגל נמוכה במערכת הארקה.

תקלות סימטריות ממיינות לשני סוגים שונים: תקלה בין קו לקו לקו ותקלה של שלושה פאזות בין קו לאדמה.

א. תקלה בין קו לקו לקו

תקלות בין קו לקו לקו (L-L-L) מאופיינות בנature מאוזנת שלהן. אפילו לאחר שהתקלה מתרחשת, המערכת החשמלית שומרת על הסימטריה שלה. למרות שהיא נדירה יחסית, תקלות L-L-L הן מבין הסוגים החמורים ביותר של תקלות קצר חשמלי. הן יוצרות את הזרמים הגבוהים ביותר במערכת, שמשחקים תפקיד קריטי בקביעת דרישות הדירוג של מנותקי מעגל. יכולתם של מנותקי מעגל לשבור את הזרמים הגבוהים הללו בבטחה ואפקטיביות מושפעת ישירות מאפייני תקלות L-L-L, מה שהופך אותן לחשובה מאוד בתכנון והגנה של מערכת החשמל.

ב. L-L-L-G (תקלה של שלושה פאזות בין קו לאדמה)

תקלה של שלושה פאזות בין קו לאדמה (L-L-L-G) כוללת את שלושת הפאזות של המערכת החשמלית. בסיטואציה זו של תקלה, מוקמת חיבור בין שלושת הפאזות למערכת האדמה. אם כי היא פחות נפוצה בהשוואה לסוגים אחרים של תקלות, תקלת L-L-L-G חשובה מאוד בניתוח מערכת החשמל. סטטיסטית, הסיכוי להתרחשות של תקלה כזו הוא בערך 2 עד 3 אחוז. למרות הסיכוי הנמוך הזה, כאשר מתרחשת תקלת L-L-L-G, היא יכולה ליצור זרמים גבוהים מאוד ולהפריע באופן רחב למערכת החשמל, מה שמצריך אמצעי הגנה חזקים ומחשבה מדוקדקת בתכנון ובפעולת המערכת.

תקלה לא סימטרית

תקלה לא סימטרית מוגדרת כמצב במערכת החשמל שמייצר זרמים לא סימטריים, בהם המגניטודה והפאזה של הזרמים בשלושת הפאזות משתנים באופן משמעותי אחד מהשני. סוג תקלה זה בדרך כלל כולל פאזה אחת או שתיים, כגון בין קו לאדמה (L-G), בין קו לקו (L-L) או בין שני קווים לאדמה (L-L-G). כתוצאה מתקלות אלו, המערכת החשמלית נעשית לא מאוזנת, מה שיכול להוביל לבעיות מבצעיות רבות ונזק אפשרי לציוד.

תקלות לא סימטריות ניתן למיין לשני סוגים עיקריים:

• תקלה בין קו לאדמה (L-G) בודדת

• תקלה בין קו לקו (L-L)

• תקלה בין שני קווים לאדמה (L-L-G)

מבין כל סוגי תקלות מערכת החשמל, תקלות לא סימטריות הן הנפוצות ביותר.

1. תקלה בין קו לאדמה (L-G) בודדת

תקלה בין קו לאדמה בודדת מתרחשת כאשר אחד מהמוליכים נכנס במגע עם האדמה או נוגע במוליך נייטרלי. סוג תקלה זה נפוץ מאוד, ושיעורו 70-80 אחוז מכלל תקלות המתרחשות במערכות חשמל. שכיחות גבוהה זו של תקלה הופכת אותה לעניין קריטי עבור מפעילי מערכת החשמל ומהנדסים, שחייבים ליישם אמצעי הגנה יעילים כדי להפחית את ההשפעות האפשריות שלה על יציבות ואמינות המערכת.

3. תקלה בין שני קווים לאדמה (L-L-G)

בתקלה בין שני קווים לאדמה, שני מוליכים נכנסים בו זמנית במגע אחד עם השני והאדמה. מצב תקלה זה יוצר מסלול חשמלי מורכב המפריע לפעילות הנורמלית של מערכת החשמל. למרות שהיא נדירה יותר מתקלות בין קו לאדמה בודדת, תקלות בין שני קווים לאדמה עדיין מציגות סיכונים משמעותיים ליציבות המערכת ולהישרדות הציוד. סטטיסטית, הסיכוי להתרחשות תקלת שני קווים לאדמה הוא בערך 10% מכלל תקלות מערכת החשמל. הסיכוי הנמוך אך לא זניח הזה מדגיש את החשיבות של הוספת אמצעי הגנה ומיתוג מקיפים במערכות החשמל כדי להגן על הסיכונים הפוטנציאליים וההפרעות המבצעיות שיכולים לנבוע מתקלות כאלה.