Typer av feil i kraftsystem
Kraftsystemfeil: Definisjon og Klassifisering
En feil i et kraftsystem defineres som en avvikelse eller defekt som fører til at elektrisk strøm avviker fra den forventede flyttesti. Når en feil oppstår, skaper det uvanlige driftsforhold, hovedsakelig ved å redusere isolasjonstyrken mellom ledere. Denne nedgangen i isolasjon kan føre til alvorlig skade på kraftsystemkomponenter, forstyrre normal strømforsyning og representere sikkerhetsrisikoer.
Kraftsystemfeil er hovedsakelig klassifisert inn i to hovedtyper:
Åpen sirkuitfeil: Denne typen feil oppstår når det er en brudd eller diskontinuitet i elektriske kretsen, som hindrer normal strømflyt. Det kan skyldes skadde ledere, løse koblinger eller mislykket elektrisk utstyr.
Kortslutningsfeil: I en kortslutningsfeil er det en uforsettlig lavmotstandspåvei mellom to eller flere ledere, som fører til at en stor mengde strøm flyter. Dette kan være grunnet isolasjonsnedbrytning, fysisk kontakt mellom ledere eller utstyrsmislykking.
De ulike undertypene og manifestasjonene av disse kraftsystemfeilene er illustrert i bildet nedenfor.
Årsaker og Klassifisering av Kraftsystemfeil
Kraftsystemfeil kan oppstå på grunn av en rekke naturlige forstyrrelser. Hendelser som lynnedslag, høy hastighet vind og jordskjelv kan alle utløse feil. Lyn, med sine intense elektriske utslipp, kan skade isolasjon og forstyrre normal strømflyt. Høy hastighet vind kan rive ned strømledninger eller få ledere til å sveve og komme i kontakt med andre objekter, mens jordskjelv kan forskyve infrastruktur, som fører til knust ledere og skadet elektrisk utstyr.
Feil kan også være resultat av ulike ulykker. For eksempel kan et tre som faller over strømledninger, et kjøretøy som kolliderer med en støttekonstruksjon, eller et fly som krasjer inn i elektrisk infrastruktur, alle føre til forstyrrelser i kraftsystemet. Disse ulykkelige hendelsene kan direkte skade ledere, isolatorer eller andre viktige deler av elektriske nettverk, som fører til at feil oppstår.
1. Åpen sirkuitfeil
En åpen sirkuitfeil forekommer hovedsakelig når en eller to ledere mislykkes. Siden denne typen feil forekommer i serie med elektriske linjen, kalles den også for en seriefelt. Åpne sirkuitfeil har betydelig innvirkning på kraftsystemets pålitelighet, ofte ved å føre til forstyrrelser i strømforsyningen og potensiell skade på tilkoblet utstyr.
Åpne sirkuitfeil kan videre klassifiseres inn i følgende typer:
Åpen lederfeil: Dette skjer når en enkelt leder i elektriske kretsen brytes eller blir frakoblet, som forstyrrer strømflyten gjennom den spesifikke veien.
To ledere åpne feil: I dette scenariot mislykkes to av ledere i systemet, som skaper en mer alvorlig forstyrrelse av elektrisk flyt. Denne typen feil kan føre til ubalanserte forhold og kan sette ytterligere stress på de gjenstående komponentene i systemet.
Tre ledere åpne feil: Den sjeldneste og mest alvorlige form for åpen sirkuitfeil, involverer mislykket av alle tre ledere i et trefase-system. Dette resulterer i fullstendig tap av strømoverføring og kan ha langtgående konsekvenser for elektriske nett og tilkoblede laster.
De ulike konfigurasjonene av åpne sirkuitfeil er illustrert i figuren nedenfor, som gir en visuell fremstilling av hvordan disse feilene manifesterer seg i kraftsystemet.
2. Kortslutningsfeil
En kortslutningsfeil oppstår når ledere fra forskjellige faser kommer i kontakt med hverandre innenfor en strømledning, strømtransformator eller andre krets-elementer. Denne uforsettelige tilkoblingen fører til at en betydelig mengde strøm flyter gjennom en eller to faser av elektriske systemet. Kortslutningsfeil kan videre klassifiseres inn i to hovedkategorier: symmetriske og asymmetriske feil.
Symmetrisk Feil
Symmetriske feil er de som involverer alle tre fasene i et elektrisk system. Merkelig nok, beholder disse feilene en balansert tilstand selv etter at feilen har inntruffet. Symmetriske feil forekommer hovedsakelig ved generatorterminaler. Utløsingen av slike feil kan tilskrives ulike faktorer, som motstanden til elektrisk bue som dannes mellom ledere under feilen eller tilstedeværelse av lav fotingsmotstand i jordleggingssystemet.
Symmetriske feil er underkategorisert i to distinkte typer: fase-til-fase-til-fase feil og trefase fase-til-jord feil.
a. Fase – Fase – Fase Feil
Fase-til-fase-til-fase (L-L-L) feil karakteriseres ved deres balanserte natur. Selv etter at feilen har inntruffet, beholder elektriske systemet sin symmetri. Mens relativt sjeldne, er L-L-L feil blant de mest alvorlige typene kortslutningsfeil. De genererer de største feilstrømmene i systemet, som spiller en avgjørende rolle i fastsetting av krevd kapasitet for strømbrytere. Evnen til strømbrytere til å avbryte disse ekstremt store strømmene trygt og effektivt er direkte informert av egenskapene til L-L-L feil, noe som gjør dem til en nøkkelhensyn i design og beskyttelse av kraftsystemer.
b. L–L–L–G (Trefase fase-til-jord feil)
En trefase fase-til-jord (L–L–L–G) feil omfatter alle tre faser i elektriske systemet. I dette feilscenarioet etableres en tilkobling mellom alle tre faser og systemets jord. Selv om mindre vanlig sammenlignet med noen andre feiltyper, har L–L–L–G feil betydelig viktighet i analyse av kraftsystem. Statistisk sett er sannsynligheten for at slik en feil skal inntreffe omtrent 2 til 3 prosent. Dette relativt lave sannsynligheten til tross, når en L–L–L–G feil inntreffer, kan den generere store feilstrømmer og forårsake bred forstyrrelse av kraftsystemet, noe som krever robuste beskyttelsesforanstaltninger og omhyggelig vurdering i systemdesign og operasjon.
Asymmetrisk Feil
En asymmetrisk feil defineres som en tilstand i kraftsystemet som genererer asymmetriske strømmer, hvor strømmens størrelser og faser i de tre fasene varierer betydelig fra hverandre. Denne typen feil involverer vanligvis en eller to faser, som fase-til-jord (L-G), fase-til-fase (L-L) eller dobbel fase-til-jord (L-L-G) feil. Som en følge av disse feilene, blir elektriske systemet ubalansert, noe som kan føre til en rekke driftsproblemer og potensiell skade på utstyr.
Asymmetriske feil kan hovedsakelig klassifiseres inn i tre distinkte typer:
Enkelt fase-til-jord (L-G) feil
Fase-til-fase feil (L-L)
Dobbelt fase-til-jord (L-L-G) feil
Blant alle typer kraftsystemfeil, er asymmetriske feil de mest hyppig forekommende.
1. Enkelt fase-til-jord (L-G) feil
En enkelt fase-til-jord feil skjer når en av lederne kommer i kontakt med jorden eller berører neutrallederen. Denne typen feil er ekstremt vanlig, og utgjør en overraskende 70-80 prosent av alle feil som oppstår i kraftsystemer. Dens høye frekvens gjør den til en kritisk bekymring for kraftsystemoperatører og ingeniører, som må implementere effektive beskyttelsesforanstaltninger for å mildne dens potensielle innvirkning på systemets stabilitet og pålitelighet.
3. Dobbelt fase-til-jord (L-L-G) feil
I en dobbel fase-til-jord feil, gjør to ledere samtidig kontakt med hverandre og jorden. Dette feilscenarioet skaper en kompleks elektrisk vei som forstyrrer det normale funksjoneringen av kraftsystemet. Mens mindre vanlig enn enkle fase-til-jord feil, representerer dobbel fase-til-jord feil fortsatt betydelige risikoer for systemets stabilitet og utstyrsintegritet. Statistisk sett er sannsynligheten for en dobbel fase-til-jord feil omtrent 10% av alle kraftsystemfeil. Denne relativt lave, men ikke ubetydelige sannsynligheten understreker viktigheten av å inkludere omfattende beskyttelses- og mildringstrategier i kraftsystemer for å beskytte mot potensiell skade og driftsforstyrrelser forårsaket av slike feil.
