Типи несправностей в електроенергетичній системі

Системи живлення: Визначення та класифікація вад

Вада у системі живлення визначається як аномалія чи дефект, що призводить до відхилення електричного струму від його призначеного шляху. Коли виникає вада, вона створює ненормальні умови роботи, переважно знижуючи ізоляційну здатність між провідниками. Це погіршення ізоляції може призвести до серйозних пошкоджень компонентів системи живлення, переривання нормального забезпечення електроенергією та створення ризиків для безпеки.

Вади системи живлення в основному поділяються на два основні типи:

• Вада відкритого контуру: Цей тип вади виникає, коли у електричному контурі виникає розрив або несполучність, що заважає нормальному потоку струму. Це може бути результатом пошкоджених провідників, слабких з'єднань або виходу з ладу електричних компонентів.

• Вада короткого замикання: При коротком замиканні виникає непланований шлях з низьким опором між двома або більше провідниками, що призводить до великої кількості струму. Це може бути результатом зламу ізоляції, фізичного контакту між провідниками або виходу з ладу обладнання.

Різні підтипи та прояви цих вад системи живлення показані на зображеннях нижче.

Причини та класифікація вад системи живлення

Вади системи живлення можуть виникати через багато натуральних збурень. Події, такі як удари блискавок, сильний вітер та землетруси, можуть спричиняти вади. Блискавки, з їх інтенсивними електричними розрядами, можуть пошкодити ізоляцію та перервати нормальний потік струму. Сильний вітер може повалити лінії електропередач або призвести до коливання провідників, що призводить до контакту з іншими предметами, тоді як землетруси можуть переміщувати інфраструктуру, що призводить до розриву провідників та пошкодження електричних компонентів.

Вади також можуть бути результатом різних аварій. Наприклад, падіння дерева на лінії електропередач, зіткнення автомобіля з опорною конструкцією або авіакатастрофа, що трапляється на електричній інфраструктурі, можуть призвести до збоїв у системі живлення. Ці аварійні події можуть прямо пошкодити провідники, ізолятори або інші важливі частини електричної мережі, що призводить до виникнення вад.

1. Вада відкритого контуру

Вада відкритого контуру переважно виникає, коли відмовляє один або два провідники. Оскільки цей тип вади виникає в ряду з електричною лінією, його також називають рядовою вадою. Вади відкритого контуру мають значний вплив на надійність системи живлення, часто призводячи до переривань забезпечення електроенергією та можливих пошкоджень підключених пристроїв.

Вади відкритого контуру можна поділити на наступні типи:

• Вада відкритого провідника: Це відбувається, коли один провідник у електричному контурі розривається або відключається, що призводить до переривання потоку струму через цей конкретний шлях.

• Вада відкритого двох провідників: У цьому випадку відмовляють два провідники в системі, створюючи більш серйозне переривання електричного потоку. Цей тип вади може призвести до нерівноважних умов та може створити додатковий напруження на залишилися компоненти системи.

• Вада відкритого трьох провідників: найрідкіший та найбільш серйозний тип вади відкритого контуру, коли відмовляють всі три провідники в трьохфазній системі. Це призводить до повної втрати передачі енергії та може мати далекі наслідки для електричної мережі та підключених навантажень.

Різні конфігурації вад відкритого контуру показані на рисунку нижче, що надає візуальне представлення про те, як ці вади проявляються в системі живлення.

2. Вада короткого замикання

Вада короткого замикання виникає, коли провідники різних фаз входять у контакт одне з одним у лінії живлення, трансформаторі або інших елементах контуру. Цей непланований контакт призводить до значного потоку струму через одну або дві фази електричної системи. Вади короткого замикання можна поділити на два основні категорії: симетричні та асиметричні вади.

Симетрична вада

Симетричні вади - це ті, що включають всі три фази електричної системи. Зазначте, що ці вади зберігають стан балансу навіть після виникнення вади. Симетричні вади переважно виникають на з'єднаннях генераторів. Початок таких вад може бути зумовлений різними факторами, такими як опір електричної дуги, що утворюється між провідниками під час вади, або наявністю низького опору заземлення в системі заземлення.

Симетричні вади поділяються на два відмінні типи: вада між лініями (L-L-L) та вада трьохфазного лінійного заземлення.

a. Вада між лініями (L-L-L)

Вади між лініями (L-L-L) характеризуються своєю балансованістю. Навіть після виникнення вади, електрична система зберігає свою симетрію. Хоча L-L-L вади відносно рідкісні, вони є одними з найбільш серйозних типів вад короткого замикання. Вони генерують найбільші вадні струми в системі, які відіграють ключову роль у визначенні вимог до параметрів автоматів. Способність автоматів безпечного та ефективного переривання цих надзвичайно великі струми напряму визначається характеристиками L-L-L вад, що робить їх ключовим розглядом у проектуванні та захисті системи живлення.

b. L-L-L-G (Трифазна вада лінійного заземлення)

Трифазна вада лінійного заземлення (L-L-L-G) охоплює всі три фази електричної системи. У цьому випадку встановлюється з'єднання між усіма трьома фазами та землею системи. Хоча цей тип вади менш поширений порівняно з іншими типами, він має значне значення в аналізі системи живлення. Статистично, ймовірність виникнення такого типу вади становить приблизно 2-3 відсотки. Незважаючи на цю відносно низьку ймовірність, коли виникає вада L-L-L-G, вона може генерувати значні вадні струми та призводити до широкомасштабних збоїв у системі живлення, що вимагає робастних захисних заходів та обережного розгляду в проектуванні та експлуатації системи.

Асиметрична вада

Асиметрична вада визначається як стан в системі живлення, що генерує асиметричні струми, де величина та фази струмів у трьох фазах значно відрізняються одна від одної. Цей тип вади зазвичай включає одну або дві фази, такі як вада між лінією та землею (L-G), вада між лініями (L-L) або подвійна вада між лінією та землею (L-L-G). В результаті цих вад електрична система стає нерівноважною, що може призвести до різних оперативних проблем та можливого пошкодження обладнання.

Асиметричні вади можна головним чином поділити на три відмінні типи:

• Одиночна вада між лінією та землею (L-G)

• Вада між лініями (L-L)

• Подвійна вада між лінією та землею (L-L-G)

Серед усіх типів вад системи живлення, асиметричні вади є найпоширенішими.

1. Одиночна вада між лінією та землею (L-G)

Одиночна вада між лінією та землею виникає, коли один з провідників входить у контакт з землею або торкається нейтрального провідника. Цей тип вади дуже поширений, складаючи 70-80 відсотків усіх вад, що виникають у системах живлення. Її висока частота виникнення робить її критичним питанням для операторів та інженерів систем живлення, які повинні впроваджувати ефективні захисні заходи для зменшення її потенційного впливу на стабільність та надійність системи.

3. Подвійна вада між лінією та землею (L-L-G)

У подвійній ваді між лінією та землею два провідники одночасно входять у контакт один з одним та землею. Цей сценарій вади створює складний електричний шлях, що перешкоджає нормальній роботі системи живлення. Хоча цей тип вади менш поширений, ніж одиночна вада між лінією та землею, подвійні вади між лінією та землею все ж таки представляють значні ризики для стабільності системи та цілісності обладнання. Статистично, ймовірність виникнення подвійної вади між лінією та землею становить приблизно 10% усіх вад системи живлення. Ця відносно низька, але не занедбана ймовірність підкреслює важливість включення комплексних захисних та запобіжних стратегій у системи живлення для захисту від потенційного пошкодження та операційних збоїв, спричинених такими вадами.