Các Loại Sự Cố trong Hệ Thống Điện

Hệ Thống Điện Lỗi: Định Nghĩa và Phân Loại

Lỗi trong hệ thống điện được định nghĩa là sự bất thường hoặc khuyết tật khiến dòng điện chệch khỏi đường dẫn dự định. Khi xảy ra lỗi, nó tạo ra các điều kiện hoạt động bất thường, chủ yếu bằng cách giảm sức mạnh cách điện giữa các dây dẫn. Sự suy giảm cách điện này có thể dẫn đến hư hại nghiêm trọng cho các thành phần của hệ thống điện, gián đoạn cung cấp điện bình thường và gây ra nguy cơ an toàn.

Lỗi hệ thống điện chủ yếu được phân loại thành hai loại chính:

• Lỗi Mạch Mở: Loại lỗi này xảy ra khi có một đứt gãy hoặc gián đoạn trong mạch điện, ngăn dòng điện chảy bình thường. Nó có thể do dây dẫn bị hỏng, kết nối lỏng lẻo, hoặc hỏng hóc của các thành phần điện.

• Lỗi Mạch Ngắn: Trong lỗi mạch ngắn, có một đường dẫn không mong muốn với độ kháng thấp giữa hai hoặc nhiều dây dẫn, gây ra dòng điện lớn chảy qua. Điều này có thể do cách điện bị hỏng, tiếp xúc vật lý giữa các dây dẫn, hoặc hỏng hóc thiết bị.

Các loại phụ và biểu hiện khác nhau của các lỗi hệ thống điện được minh họa trong hình ảnh dưới đây.

Nguyên Nhân và Phân Loại Lỗi Hệ Thống Điện

Lỗi hệ thống điện có thể phát sinh do nhiều tác động tự nhiên. Các sự kiện như sét đánh, gió tốc độ cao, và động đất đều có thể kích hoạt lỗi. Sét, với các xả điện mạnh, có thể làm hỏng cách điện và gián đoạn dòng điện bình thường. Gió tốc độ cao có thể làm đổ đường dây điện hoặc khiến dây dẫn lắc và chạm vào các vật khác, trong khi động đất có thể di chuyển cơ sở hạ tầng, dẫn đến dây dẫn bị đứt và các thành phần điện bị hỏng.

Lỗi cũng có thể là kết quả của các tai nạn khác nhau. Ví dụ, cây đổ lên đường dây điện, phương tiện va chạm với cấu trúc hỗ trợ, hoặc máy bay rơi vào cơ sở hạ tầng điện có thể dẫn đến gián đoạn hệ thống điện. Các sự cố tai nạn này có thể trực tiếp làm hỏng dây dẫn, cách điện, hoặc các bộ phận quan trọng khác của mạng điện, gây ra lỗi.

1. Lỗi Mạch Mở

Lỗi mạch mở chủ yếu xảy ra khi một hoặc hai dây dẫn bị hỏng. Do loại lỗi này xảy ra theo chuỗi với đường dây điện, nó còn được gọi là lỗi chuỗi. Lỗi mạch mở có tác động đáng kể đến độ tin cậy của hệ thống điện, thường dẫn đến gián đoạn cung cấp điện và có thể gây hư hại cho thiết bị kết nối.

Lỗi mạch mở có thể được phân loại thêm thành các loại sau:

• Lỗi Dây Mở: Loại lỗi này xảy ra khi một dây dẫn duy nhất trong mạch điện bị đứt hoặc ngắt kết nối, làm gián đoạn dòng điện chảy qua đường dẫn đó.

• Lỗi Hai Dây Mở: Trong trường hợp này, hai dây dẫn trong hệ thống bị hỏng, tạo ra sự gián đoạn nghiêm trọng hơn đối với dòng điện. Loại lỗi này có thể dẫn đến tình trạng mất cân bằng và có thể gây thêm áp lực lên các thành phần còn lại của hệ thống.

• Lỗi Ba Dây Mở: Đây là dạng lỗi mạch mở hiếm gặp và nghiêm trọng nhất, liên quan đến việc hỏng tất cả ba dây dẫn trong hệ thống ba pha. Điều này dẫn đến mất hoàn toàn truyền tải điện và có thể có hậu quả rộng lớn đối với lưới điện và tải kết nối.

Các cấu hình khác nhau của lỗi mạch mở được minh họa trong hình dưới đây, cung cấp một đại diện trực quan về cách các lỗi này biểu hiện trong hệ thống điện.

2. Lỗi Mạch Ngắn

Lỗi mạch ngắn xảy ra khi các dây dẫn từ các pha khác nhau chạm vào nhau trong đường dây điện, biến áp điện, hoặc các phần tử mạch khác. Kết nối không mong muốn này gây ra dòng điện lớn chảy qua một hoặc hai pha của hệ thống điện. Lỗi mạch ngắn có thể được phân loại thành hai loại chính: lỗi đối xứng và lỗi không đối xứng.

Lỗi Đối Xứng

Lỗi đối xứng là những lỗi liên quan đến cả ba pha của hệ thống điện. Đặc biệt, các lỗi này vẫn giữ trạng thái cân bằng ngay cả sau khi xảy ra lỗi. Lỗi đối xứng chủ yếu xảy ra tại đầu cuối của máy phát. Nguyên nhân khởi phát các lỗi này có thể do các yếu tố như sức đề kháng của hồ quang điện hình thành giữa các dây dẫn trong quá trình lỗi hoặc sự tồn tại của sức đề kháng tiếp đất thấp trong hệ thống tiếp đất.

Lỗi đối xứng được phân loại thành hai loại riêng biệt: lỗi dây - dây - dây và lỗi ba pha dây - đất.

a. Lỗi Dây – Dây – Dây

Lỗi dây - dây - dây (D - D - D) được đặc trưng bởi tính cân đối của nó. Ngay cả sau khi xảy ra lỗi, hệ thống điện vẫn giữ được sự cân đối. Mặc dù tương đối hiếm, lỗi D - D - D là một trong những loại lỗi mạch ngắn nghiêm trọng nhất. Chúng tạo ra dòng điện lỗi lớn nhất trong hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định yêu cầu công suất của aptômát. Khả năng của aptômát để ngắt các dòng điện cực lớn này an toàn và hiệu quả được thông báo trực tiếp bởi các đặc điểm của lỗi D - D - D, khiến chúng trở thành một yếu tố quan trọng trong thiết kế và bảo vệ hệ thống điện.

b. Lỗi D–D–D–Đ (Lỗi Ba Pha Dây - Đất)

Lỗi ba pha dây - đất (D–D–D–Đ) bao gồm cả ba pha của hệ thống điện. Trong trường hợp lỗi này, một kết nối được thiết lập giữa cả ba pha và đất của hệ thống. Mặc dù ít phổ biến hơn so với một số loại lỗi khác, lỗi D–D–D–Đ vẫn giữ vai trò quan trọng trong phân tích hệ thống điện. Theo thống kê, khả năng xảy ra lỗi này là khoảng 2 đến 3 phần trăm. Mặc dù xác suất tương đối thấp, nhưng khi lỗi D–D–D–Đ xảy ra, nó có thể tạo ra dòng điện lỗi lớn và gây gián đoạn rộng rãi cho hệ thống điện, đòi hỏi các biện pháp bảo vệ vững chắc và sự xem xét cẩn thận trong thiết kế và vận hành hệ thống.

Lỗi Không Đối Xứng

Lỗi không đối xứng được định nghĩa là tình trạng trong hệ thống điện tạo ra các dòng điện không đối xứng, nơi mà cường độ và pha của dòng điện trong ba pha khác nhau đáng kể. Loại lỗi này thường liên quan đến một hoặc hai pha, như lỗi dây - đất (D - Đ), dây - dây (D - D), hoặc lỗi hai dây - đất (D - D - Đ). Kết quả của các lỗi này, hệ thống điện trở nên mất cân đối, có thể dẫn đến nhiều vấn đề hoạt động và tiềm năng gây hư hại cho thiết bị.

Lỗi không đối xứng có thể được phân loại chính thành ba loại riêng biệt:

• Lỗi Một Dây - Đất (D – Đ)

• Lỗi Dây - Dây (D – D)

• Lỗi Hai Dây - Đất (D – D – Đ)

Trong tất cả các loại lỗi hệ thống điện, lỗi không đối xứng là loại phổ biến nhất.

1. Lỗi Một Dây - Đất (D – Đ)

Lỗi một dây - đất xảy ra khi một dây dẫn chạm vào đất hoặc chạm vào dây trung hòa. Loại lỗi này rất phổ biến, chiếm khoảng 70-80% tổng số lỗi xảy ra trong hệ thống điện. Tần suất xuất hiện cao khiến nó trở thành mối quan tâm quan trọng đối với các nhà vận hành và kỹ sư hệ thống điện, người phải triển khai các biện pháp bảo vệ hiệu quả để giảm thiểu tác động tiềm năng của nó đối với sự ổn định và tin cậy của hệ thống.

3. Lỗi Hai Dây - Đất (D - D - Đ)

Trong lỗi hai dây - đất, hai dây dẫn cùng lúc chạm vào nhau và đất. Tình huống lỗi này tạo ra một đường dẫn điện phức tạp, làm gián đoạn hoạt động bình thường của hệ thống điện. Mặc dù ít phổ biến hơn so với lỗi một dây - đất, lỗi hai dây - đất vẫn gây ra rủi ro đáng kể đối với sự ổn định của hệ thống và tính toàn vẹn của thiết bị. Theo thống kê, khả năng xảy ra lỗi hai dây - đất là khoảng 10% tổng số lỗi hệ thống điện. Xác suất tương đối thấp nhưng không thể bỏ qua này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đưa ra các chiến lược bảo vệ và giảm thiểu toàn diện trong hệ thống điện để bảo vệ chống lại thiệt hại và gián đoạn hoạt động có thể do các lỗi này gây ra.