Vrste grešaka u elektroenergetskom sustavu

Sustavi snage: Definicija i klasifikacija grešaka

Greška u sustavu snage definirana je kao anomalija ili defekt koji uzrokuje da električni tok odstupi od svoje namijenjene staze toka. Kada se dogodi greška, stvara se neobične uvjeti rada, uglavnom smanjujući izolacijsku čvrstoću između vodilja. Ovo smanjenje izolacije može dovesti do teških oštećenja komponenata sustava snage, prekida normalnog opskrbivanja strujom i postavljanja sigurnosnih rizika.

Greške u sustavu snage su uglavnom klasificirane u dvije glavne vrste:

• Greška otvorenog kruga: Ova vrsta greške događa se kada postoji prekid ili neprekidnost u električnom krugu, spriječavajući normalan tok struje. Može nastati zbog oštećenih vodilja, luka priključaka ili neispravnosti električnih komponenti.

• Greška kratkog spoja: U grešci kratkog spoja postoji neplanirana putanja niske otpornosti između dva ili više vodilja, što dovodi do velikog toka struje. To može biti posljedica rušenja izolacije, fizičkog kontakta između vodilja ili neispravnosti opreme.

Različite podvrste i manifestacije ovih grešaka u sustavu snage ilustrirane su na sljedećoj slici.

Uzroci i klasifikacija grešaka u sustavu snage

Greške u sustavu snage mogu nastati zbog mnogo prirodnih smetnji. Događaji poput udara munje, visokih brzina vjetra i potresa mogu svi pokrenuti greške. Munja, s svojim intenzivnim električnim ispitivanjima, može oštetiti izolaciju i prekinuti normalan tok struje. Visoke brzine vjetra mogu prevrnuti vodilje struje ili uzrokovati da vodilji klizaju i dodirnu druga predmeta, dok potresi mogu premjestiti infrastrukturu, što dovodi do prekidanja vodilja i oštećenja električnih komponenti.

Greške također mogu biti rezultat raznih nesreća. Na primjer, pad stabla na vodilje struje, sudar vozila s nosačem konstrukcije ili sudar aviona s električnom infrastrukturom sve mogu dovesti do prekida u sustavu snage. Ove slučajne događaje direktno mogu oštetiti vodilje, izolatore ili druge vitalne dijelove električne mreže, što dovodi do pojavljanja grešaka.

1. Greška otvorenog kruga

Greška otvorenog kruga uglavnom se događa kada jedan ili dva vodilja ne radi. Budući da se ova vrsta greške događa u seriji s električnom linijom, naziva se i serijska greška. Greške otvorenog kruga imaju značajan utjecaj na pouzdanost sustava snage, često dovedući do prekida opskrbivanja strujom i potencijalno oštećujući povezanu opremu.

Greške otvorenog kruga mogu se dalje klasificirati u sljedeće vrste:

• Greška otvorenog vodilja: Ovo se događa kada se jedan vodilj u električnom krugu prekine ili odspoji, prekidajući tok struje kroz tu specifičnu putanju.

• Greška dva otvorena vodilja: U ovom scenariju, dva vodilja u sustavu ne rade, stvarajući veću prekidu u električnom toku. Ova vrsta greške može dovesti do neravnoteženih stanja i može uzrokovati dodatni stres na preostale komponente sustava.

• Greška tri otvorena vodilja: Najrijetka i najteža forma greške otvorenog kruga, uključuje neuspjeh svih tri vodilja u trofaznom sustavu. To rezultira potpunim gubitkom prijenosa snage i može imati dalekosjecnice za električnu mrežu i povezane opterećenja.

Različiti konfiguracije grešaka otvorenog kruga ilustrirani su na sljedećoj slici, pružajući vizualnu reprezentaciju kako se ove greške manifestiraju unutar sustava snage.

2. Greška kratkog spoja

Greška kratkog spoja događa se kada vodilji iz različitih faza dodirnu jedan drugog unutar vodilja snage, transformatora snage ili drugih elemenata kruga. Taj neplanirani kontakt dovodi do velikog toka struje kroz jednu ili dvije faze električnog sustava. Greške kratkog spoja mogu se dalje klasificirati u dvije glavne kategorije: simetrične i asimetrične greške.

Simetrična greška

Simetrične greške one su koje uključuju sve tri faze električnog sustava. Značajno, ove greške održavaju stanje ravnoteže čak i nakon događaja greške. Simetrične greške uglavnom se događaju na terminalima generatora. Pojava takvih grešaka može se pripisati različitim faktorima, poput otpora električne lukave između vodilja tijekom greške ili prisutnosti niske otporne vrijednosti u sustavu zemljanja.

Simetrične greške su podkategorizirane u dvije odvojene vrste: greška faza-faza-faza i trofazna greška faza-zemlja.

a. Greška F-F-F (Faza-Faza-Faza)

Greške faza-faza-faza karakterizirane su svojom ravnotežom. Čak i nakon događaja greške, električni sustav zadržava svoju simetriju. Iako su relativno rijetke, greške F-F-F među najtežim vrstama grešaka kratkog spoja. One generiraju najveće strujne toke unutar sustava, što igra ključnu ulogu u određivanju zahtjeva za ocjenom prekidača. Mogućnost prekidača da bezborno i učinkovito prekidaju ove iznimno velike strujne toke direktno je informirana karakteristikama grešaka F-F-F, čime se čini ključnim razmatranjem u dizajnu i zaštiti sustava snage.

b. F–F–F–Z (Trofazna greška faza-zemlja)

Trofazna greška faza-zemlja (F–F–F–Z) obuhvaća sve tri faze električnog sustava. U ovom scenariju greške, uspostavlja se vezna putanja između sve tri faze i zemlje sustava. Iako manje uobičajena u usporedbi s nekim drugim vrstama grešaka, trofazna greška faza-zemlja ima značajnu važnost u analizi sustava snage. Statistički, vjerojatnost pojave takve greške iznosi otprilike 2 do 3 posto. Unatoč relativno niskoj vjerojatnosti, kada se dogodi trofazna greška faza-zemlja, može generirati značajne strujne toke i široko rasprostranjeni prekidi u sustavu snage, što zahtijeva robustne zaštitne mjere i pažljivo razmatranje u dizajnu i operaciji sustava.

Asimetrična greška

Asimetrična greška definirana je kao stanje u sustavu snage koje generira asimetrične strujne tokove, gdje se magnituda i faze struja u tri faze značajno razlikuju jedna od druge. Ova vrsta greške tipično uključuje jednu ili dvije faze, poput greške faza-zemlja (F-Z), greške faza-faza (F-F) ili dvostruke greške faza-zemlja (F-F-Z). Kao rezultat ovih grešaka, električni sustav postaje neravnotežen, što može dovesti do različitih operativnih problema i potencijalno oštećenja opreme.

Asimetrične greške se uglavnom mogu klasificirati u tri odvojene vrste:

• Jedna faza-zemlja (F–Z) greška

• Greška faza-faza (F–F)

• Dvostruka greška faza-zemlja (F–F–Z)

Među svim vrstama grešaka u sustavu snage, asimetrične greške su najčešće pojavljivanje.

1. Jedna faza-zemlja (F–Z) greška

Jedna faza-zemlja greška događa se kada jedan od vodilja dodirne zemlju ili neutralni vodilj. Ova vrsta greške je iznimno uobičajena, čineći ogroman 70-80 posto svih grešaka koje se događaju unutar sustava snage. Njegova visoka učestalost čini ga ključnim problemom za operatore i inženjere sustava snage, koji moraju implementirati učinkove zaštitne mjere kako bi ublažili njegov potencijalni utjecaj na stabilnost i pouzdanost sustava.

3. Dvostruka greška faza-zemlja (F-F-Z)

U dvostrukoj greški faza-zemlja, dva vodilja istodobno dodirnu jedan drugog i zemlju. Ovaj scenarij greške stvara složenu električnu putanju koja prekida normalnu operaciju sustava snage. Iako manje uobičajena od jedne greške faza-zemlja, dvostruke greške faza-zemlja ipak predstavljaju značajne rizike za stabilnost sustava i integritet opreme. Statistički, vjerojatnost da će se dogoditi dvostruka greška faza-zemlja iznosi otprilike 10% svih grešaka u sustavu snage. Relativno niska ali nezanemariva vjerojatnost naglašava važnost uključivanja kompleksnih zaštitnih i mitigacijskih strategija unutar sustava snage kako bi se zaštitio od potencijalnog oštećenja i operativnih prekida uzrokovanih takvim greškama.