Soorten storingen in elektriciteitsnetwerken

Stroomnetwerkafwijkingen: Definitie en Classificatie

Een afwijking in een stroomnetwerk wordt gedefinieerd als een anomalie of defect dat de elektrische stroom doet afwijken van het geplande pad. Wanneer een afwijking optreedt, ontstaan er abnormale werkomstandigheden, voornamelijk door het verminderen van de isolatiesterkte tussen geleiders. Deze vermindering van de isolatie kan leiden tot ernstige schade aan de componenten van het stroomnetwerk, verstoring van de normale stroomvoorziening en veiligheidsrisico's.

Stroomnetwerkafwijkingen worden voornamelijk ingedeeld in twee hoofdtypen:

• Open Schakeling Afwijking: Dit type afwijking treedt op wanneer er een onderbreking of discontinuïteit is in het elektrische circuit, waardoor de normale stroomstroom wordt verhinderd. Het kan het gevolg zijn van beschadigde geleiders, losse verbindingen of het uitvallen van elektrische componenten.

• Kortsluiting Afwijking: Bij een kortsluiting afwijking is er een onbedoelde laagweerstandsverbinding tussen twee of meer geleiders, waardoor een grote hoeveelheid stroom stroomt. Dit kan het gevolg zijn van isolatie-inbraak, fysiek contact tussen geleiders of apparatuurdefecten.

De verschillende subtypes en manifestaties van deze stroomnetwerkafwijkingen worden weergegeven in de hieronder vermelde afbeelding.

Oorzaken en Classificatie van Stroomnetwerkafwijkingen

Stroomnetwerkafwijkingen kunnen ontstaan door vele natuurlijke storingen. Gebeurtenissen zoals blikseminslagen, hoge windsnelheden en aardbevingen kunnen allemaal afwijkingen veroorzaken. Bliksem, met zijn intense elektrische ontladingen, kan isolatie beschadigen en de normale stroomstroom verstoren. Hoge windsnelheden kunnen elektriciteitslijnen omverblazen of geleiders doen zwaaien en in contact brengen met andere objecten, terwijl aardbevingen infrastructuur kunnen verplaatsen, wat leidt tot gebroken geleiders en beschadigde elektrische componenten.

Afwijkingen kunnen ook het resultaat zijn van verschillende ongelukken. Bijvoorbeeld, wanneer een boom op elektriciteitslijnen valt, een voertuig een dragende constructie raakt, of een vliegtuig in elektrische infrastructuur crasht, kan dit leiden tot verstoringen in het stroomnetwerk. Deze ongevallen kunnen geleiders, isolatoren of andere vitale delen van het elektrische netwerk direct beschadigen, waardoor afwijkingen ontstaan.

1. Open Schakeling Afwijking

Een open schakeling afwijking treedt voornamelijk op wanneer één of twee geleiders falen. Omdat dit type afwijking in serie met de elektrische lijn optreedt, wordt het ook wel een series afwijking genoemd. Open schakeling afwijkingen hebben een significante impact op de betrouwbaarheid van het stroomnetwerk, vaak leidend tot verstoringen in de stroomvoorziening en potentiële schade aan aangesloten apparatuur.

Open schakeling afwijkingen kunnen verder worden ingedeeld in de volgende typen:

• Open Leiter Afwijking: Dit treedt op wanneer een enkele geleider in het elektrische circuit breekt of losraakt, waardoor de stroomstroom door dat specifieke pad wordt verstoord.

• Twee Geleiders Open Afwijking: In dit scenario falen twee van de geleiders in het systeem, wat een ernstigere verstoring van de elektrische stroom veroorzaakt. Dit type afwijking kan leiden tot onevenwichtige toestanden en kan extra stress veroorzaken op de overige componenten van het systeem.

• Drie Geleiders Open Afwijking: De zeldzaamste en meest ernstige vorm van open schakeling afwijking, waarbij alle drie de geleiders in een driefase systeem falen. Dit leidt tot een complete onderbreking van de stroomoverdracht en kan verstrekkende gevolgen hebben voor het elektriciteitsnet en aangesloten belastingen.

De verschillende configuraties van open schakeling afwijkingen worden in de onderstaande figuur geïllustreerd, wat een visuele weergave geeft van hoe deze afwijkingen zich manifesteren binnen het stroomnetwerk.

2. Kortsluiting Afwijking

Een kortsluiting afwijking treedt op wanneer geleiders van verschillende fasen contact maken met elkaar binnen een stroomlijn, stroomtransformator of andere circuitonderdelen. Deze onbedoelde verbinding veroorzaakt een aanzienlijke hoeveelheid stroom die door één of twee fasen van het elektrische systeem stroomt. Kortsluiting afwijkingen kunnen verder worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: symmetrische en asymmetrische afwijkingen.

Symmetrische Afwijking

Symmetrische afwijkingen zijn die waarbij alle drie de fasen van een elektrisch systeem betrokken zijn. Opmerkelijk genoeg behouden deze afwijkingen een evenwichtsstatus zelfs na het optreden van de afwijking. Symmetrische afwijkingen treden voornamelijk op bij de aansluitingen van generatoren. Het ontstaan van dergelijke afwijkingen kan worden toegeschreven aan verschillende factoren, zoals de weerstand van de elektrische boog die tijdens de afwijking tussen geleiders wordt gevormd, of de aanwezigheid van lage grondingsweerstand in het grondingssysteem.

Symmetrische afwijkingen worden verder onderverdeeld in twee distincte typen: line-to-line-to-line afwijking en driedriefase line-to-ground afwijking.

a. Line – Line – Line Afwijking

Line-to-line-to-line (L-L-L) afwijkingen worden gekenmerkt door hun evenwichtige aard. Zelfs na het optreden van de afwijking behoudt het elektrische systeem zijn symmetrie. Hoewel relatief zeldzaam, zijn L-L-L afwijkingen onder de meest ernstige soorten kortsluiting afwijkingen. Ze genereren de grootste afwijkingstromen binnen het systeem, die een cruciale rol spelen bij het bepalen van de specificatievereisten van schakelaars. De mogelijkheid van schakelaars om deze extreem hoge stromen veilig en effectief te onderbreken wordt direct bepaald door de kenmerken van L-L-L afwijkingen, waardoor ze een belangrijk aspect zijn in de ontwerp en bescherming van stroomsystemen.

b. L–L–L–G (Driedriefase Line-to-Ground Afwijking)

Een driedriefase line-to-ground (L–L–L–G) afwijking omvat alle drie de fasen van het elektrische systeem. In dit afwijkingsscenario wordt er een verbinding gelegd tussen alle drie de fasen en de grond van het systeem. Hoewel minder voorkomend dan sommige andere afwijkingstypen, heeft de L–L–L–G afwijking een significant belang in de analyse van stroomsystemen. Statistisch gezien is de kans op zo'n afwijking ongeveer 2 tot 3 procent. Ondanks deze relatief lage waarschijnlijkheid kan, wanneer een L–L–L–G afwijking optreedt, deze substantiële afwijkingstromen genereren en brede verstoringen in het stroomnetwerk veroorzaken, wat robuuste beschermingsmaatregelen en zorgvuldige overweging in systeemontwerp en -bedrijf vereist.

Asymmetrische Afwijking

Een asymmetrische afwijking wordt gedefinieerd als een toestand in het stroomnetwerk die asymmetrische stromen genereert, waarbij de magnitudes en fasen van de stromen in de drie fasen aanzienlijk van elkaar verschillen. Dit type afwijking betreft meestal één of twee fasen, zoals line-to-ground (L-G), line-to-line (L-L) of dubbele line-to-ground (L-L-G) afwijkingen. Als gevolg van deze afwijkingen wordt het elektrische systeem onevenwichtig, wat kan leiden tot diverse operationele problemen en potentiële schade aan apparatuur.

Asymmetrische afwijkingen kunnen voornamelijk worden ingedeeld in drie distincte typen:

• Single Line-to-Ground (L–G) Afwijking

• Line-to-Line Afwijking (L–L)

• Dubbele Line-to-Ground (L–L–G) Afwijking

Van alle soorten stroomnetwerkafwijkingen komen asymmetrische afwijkingen het meest voor.

1. Single Line-to-Ground (L–G) Afwijking

Een single line-to-ground afwijking treedt op wanneer een van de geleiders contact maakt met de grond of de neutrale geleider raakt. Dit type afwijking is uiterst voorkomend, goed voor 70-80 procent van alle afwijkingen die in stroomsystemen optreden. De hoge frequentie van optreden maakt het een kritiek punt voor stroomnetwerkoperators en ingenieurs, die effectieve beschermingsmaatregelen moeten implementeren om de potentiele impact op systeemstabiliteit en betrouwbaarheid te verminderen.

3. Dubbele Line-to-Ground (L-L-G) Afwijking

Bij een dubbele line-to-ground afwijking maken twee geleiders tegelijkertijd contact met elkaar en de grond. Dit afwijkingsscenario creëert een complex elektrisch pad dat de normale werking van het stroomnetwerk verstoort. Hoewel minder voorkomend dan single line-to-ground afwijkingen, stellen dubbele line-to-ground afwijkingen nog steeds significante risico's voor systeemstabiliteit en apparatuurintegriteit. Statistisch gezien is de kans op een dubbele line-to-ground afwijking ongeveer 10% van alle stroomnetwerkafwijkingen. Deze relatief lage maar niet-negligeerbare waarschijnlijkheid benadrukt het belang van het integreren van omvattende beschermings- en mitigatiestrategieën binnen stroomsystemen om te beschermen tegen de potentiele schade en operationele verstoringen die door dergelijke afwijkingen worden veroorzaakt.