Vrste napak v elektroenergetsistemih

Sistemi za oskrbo z električno energijo: Definicija in razvrščanje napak

Napaka v sistemu za oskrbo z električno energijo je definirana kot anomalija ali defekt, ki povzroči, da se električni tok odmakne od predvidenega poteka. Ko pride do napake, ustvarja neobičajne delovne pogoje, predvsem z zmanjševanjem izolacijske čvrstočnosti med vodiči. To slabljanje izolacije lahko povzroči hude škode na komponentah sistema za oskrbo z električno energijo, motnje pri običajni oskrbi s strmo in stvarja tveganja za varnost.

Napake v sistemih za oskrbo z električno energijo so predvsem razvrščene v dve glavni vrsti:

• Napaka zaradi prekinitve vezave: Ta vrsta napake nastane, ko je v električnem krogu prekinitev ali nedostatek neprekinjenosti, kar preprečuje normalno pretok strme. To se lahko zgodi zaradi poškodovanih vodičev, luhtnih vezav ali odpovedi električnih komponent.

• Kračna napaka: Pri kračni napaki obstaja nenamerna pot z nizko upornostjo med dvema ali več vodiči, kar povzroči veliko količino toka. To se lahko zgodi zaradi rušenja izolacije, fizičnega stika med vodiči ali odpovedi opreme.

Različne podvrste in manifestacije teh napak v sistemih za oskrbo z električno energijo so prikazane na spodnjem slikovnem prikazu.

Vzroki in razvrščanje napak v sistemih za oskrbo z električno energijo

Napake v sistemih za oskrbo z električno energijo lahko nastanejo zaradi mnogih naravnih motenj. Dogodki, kot so ujali, visoke hitrosti vetra in potresi, lahko vse skupaj sprožijo napake. Ujale, z njihovimi intenzivnimi električnimi razpoložili, lahko poškodujejo izolacijo in motijo normalen pretok strme. Visokohitrostni veter lahko preobrne električne vode ali povzroči, da se vodiči meče in pridejo v stik z drugimi predmeti, medtem ko lahko potresi premaknejo infrastrukturo, kar vodi do prekinjenih vodičev in poškodovanih električnih komponent.

Napake lahko nastanejo tudi zaradi različnih nesreč. Na primer, padec drevesa na električne vode, trka vozila s podpornim objektom ali havarija letala v električno infrastrukturo lahko vse skupaj povzročijo motnje v sistemu za oskrbo z električno energijo. Te nesrečne dogodki lahko neposredno poškodujejo vodiče, izolatorje ali druge ključne dele električne mreže, kar povzroči nastanek napak.

1. Napaka zaradi prekinitve vezave

Napaka zaradi prekinitve vezave predvsem nastane, ko odpade en ali dva vodiča. Ker ta vrsta napake nastane v seriji z električno vodico, jo imenujemo tudi serijna napaka. Napake zaradi prekinitve vezave imajo pomembno vpliv na zanesljivost sistema za oskrbo z električno energijo, pogosto vodijo do motenj v oskrbi s strmo in morebitnih škod na povezanem opremi.

Napake zaradi prekinitve vezave lahko dodatno razvrstimo v naslednje vrste:

• Napaka zaradi prekinitve vodiča: To se zgodi, ko se en sam vodič v električnem krogu prekine ali odvoji, kar moti pretok strme skozi to specifično pot.

• Napaka zaradi prekinitve dveh vodičev: V tem scenariju odpade dva vodiča v sistemu, kar ustvarja bolj resno motnjo v električnem pretoku. Ta vrsta napake lahko vodi do neravnotežja in morebitno dodatnega stresa na preostale komponente sistema.

• Napaka zaradi prekinitve treh vodičev: Najredkejša in najbolj resna oblika napake zaradi prekinitve vezave, ki vključuje odpad vseh treh vodičev v trofaznem sistemu. To vodi do popolne izgube prenosa strme in ima lahko globoko dosegljive posledice za električno omrežje in povezane optere.

Različne konfiguracije napak zaradi prekinitve vezave so prikazane na spodnjem prikazu, ki ponuja vizualno predstavitev o tem, kako te napake nastanejo znotraj sistema za oskrbo z električno energijo.

2. Kračna napaka

Kračna napaka nastane, ko se vodiči iz različnih faz v električni vodi, električnem transformatorju ali drugih elementih kroga dotaknejo. Ta nenamerna vezava povzroči, da skozi eno ali dve fazi električnega sistema teče velika količina strme. Kračne napake lahko dodatno razvrstimo v dve glavni kategoriji: simetrične in asimetrične napake.

Simetrična napaka

Simetrične napake so tiste, ki vključujejo vse tri faze električnega sistema. Znamenito, te napake ohranjajo stanje ravnovesja tudi po nastanju napake. Simetrične napake predvsem nastanejo na terminalih generatorjev. Nastanek takšnih napak lahko pripisujemo različnim dejavnikom, kot je upornost električnega luka, ki se oblikuje med vodiči med napako, ali prisotnost nizke upornosti pri zazemlju.

Simetrične napake so podrazdeljene v dve ločeni vrsti: napaka faza-faza-faza in trofazna napaka faza-zemlja.

a. Faza – Faza – Faza Napaka

Napaka faza-faza-faza (F-F-F) je karakterizirana z svojo uravnoteženo naravo. Tudi po nastanku napake električni sistem ohranja svojo simetrijo. Čeprav so relativno redke, so F-F-F napake med najbolj težkimi vrstami kračnih napak. Generirajo največje tokove napak v sistemu, ki igrajo ključno vlogo pri določanju zahtev glede ocenjevanja prekinitvenih preklopnikov. Možnost preklopnikov, da brezopasno in učinkovito prekineta te zelo velike tokove, je neposredno odvisna od lastnosti F-F-F napak, kar jih čini ključnim vidikom pri načrtovanju in zaščiti sistema za oskrbo z električno energijo.

b. F–F–F–Z (Trofazna Napaka Faza-Zemlja)

Trofazna napaka faza-zemlja (F–F–F–Z) vključuje vse tri faze električnega sistema. V tem scenariju napake se vzpostavi vezava med vsemi tremi fazami in zemljo sistema. Čeprav je manj pogosta kot nekatere druge vrste napak, ima F–F–F–Z napaka pomembno vlogo pri analizi sistema za oskrbo z električno energijo. Statistično verjetnost, da bo takšna napaka nastala, znaša približno 2 do 3 odstotka. Kljub tej relativno nizki verjetnosti, ko se F–F–F–Z napaka zgodi, lahko generira velike tokove napak in povzroči široko razsežne motnje v sistemu za oskrbo z električno energijo, kar zahteva močne zaščitne ukrepe in pazljivo premislek pri načrtovanju in delovanju sistema.

Asimetrična Napaka

Asimetrična napaka je definirana kot stanje v sistemu za oskrbo z električno energijo, ki generira asimetrične tokove, kjer se velikosti in faze tokov v treh fazah bistveno razlikujejo med seboj. Ta vrsta napake običajno vključuje eno ali dve fazi, kot so napake faza-zemlja (F-Z), faza-faza (F-F) ali dvojna napaka faza-faza-zemlja (F-F-Z). Kot rezultat teh napak postane električni sistem neravnotežen, kar lahko vodi do različnih operativnih problemov in morebitnih škod na opremi.

Asimetrične napake lahko glavno razvrstimo v tri ločene vrste:

• Enojna Napaka Faza-Zemlja (F-Z)

• Napaka Faza-Faza (F-F)

• Dvojna Napaka Faza-Faza-Zemlja (F-F-Z)

Med vsemi vrstami napak v sistemih za oskrbo z električno energijo so asimetrične napake najpogostejše.

1. Enojna Napaka Faza-Zemlja (F-Z)

Enojna napaka faza-zemlja nastane, ko en od vodičev pride v stik z zemljo ali dotakne neutralni vodič. Ta vrsta napake je izredno pogosta, saj predstavlja okoli 70-80 odstotkov vseh napak, ki nastanejo v sistemih za oskrbo z električno energijo. Njena visoka frekvenca nastanka jo čini ključnim zadevnim za operatorje in inženirje sistemov za oskrbo z električno energijo, ki morajo uvesti učinkove zaščitne ukrepe, da bi zmanjšali njen potencialni vpliv na stabilnost in zanesljivost sistema.

3. Dvojna Napaka Faza-Faza-Zemlja (F-F-Z)

Pri dvojni napaki faza-faza-zemlja dva vodiča hkrati pridejo v stik med seboj in z zemljo. Ta scenarij napake ustvari kompleksno električno pot, ki moti normalno delovanje sistema za oskrbo z električno energijo. Čeprav je manj pogosta kot enojne napake faza-zemlja, dvojne napake faza-faza-zemlja še vedno predstavljajo pomembna tveganja za stabilnost sistema in celovitost opreme. Statistično verjetnost, da bo nastala dvojna napaka faza-faza-zemlja, znaša približno 10 odstotkov vseh napak v sistemih za oskrbo z električno energijo. Ta relativno nizka, a nezanedljiva verjetnost poudarja pomembnost vključevanja celovitih zaščitnih in zmanjševalskih strategij znotraj sistemov za oskrbo z električno energijo, da bi zaščitili pred morebitnimi škodami in operativnimi motnjami, ki jih povzročajo take napake.