چه چیزی قوس زمین است؟ علل، پیامدها و درمان آن چیست؟

تعریف زمین‌بندی قوسی

زمین‌بندی قوسی نوعی از پدیده خطا در سیستم برق است. این مورد به وجود جریان زمینی به شکل قوس الکتریکی اشاره دارد که هنگام وقوع خطا در یک فاز در سیستمی که نقطه محاوره آن زمین‌نشین نیست یا از طریق مدار فروسرایی زمین‌نشین است، رخ می‌دهد.

علت زمین‌بندی قوسی

آسیب به عایق

• پیری تجهیزات: در طول عملکرد طولانی مدت تجهیزات برق، به دلیل تأثیرات الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و غیره، مواد عایق‌بندی به تدریج پیر می‌شوند و عملکرد عایق‌بندی آنها کاهش می‌یابد. برای مثال، لایه عایق‌بندی کابل ممکن است ترک یا آسیب ببیند که منجر به خطا در زمین می‌شود. هنگامی که جریان زمینی بزرگ است، ممکن است زمین‌بندی قوسی تشکیل شود.

• ضربه بیش از ولتاژ: انواع مختلفی از بیش از ولتاژ ممکن است در سیستم برق رخ دهد، مانند بیش از ولتاژ صاعقه و بیش از ولتاژ عملیاتی. این بیش از ولتاژ‌ها ممکن است عایق‌بندی دستگاه را آسیب ببیند و خطا در زمین ایجاد کند. برای مثال، در طوفان رعد و برق، خط هوایی ممکن است توسط صاعقه ضربه ببیند که باعث ترک عایق و ایجاد خطا در یک فاز می‌شود.

آسیب خارجی

• آسیب در ساخت و ساز: هنگام انجام فعالیت‌هایی مانند ساخت و ساز جاده و ساختمان، کابل‌های زیرزمینی یا خطوط هوایی ممکن است به طور تصادفی آسیب ببینند و خطا در زمین ایجاد کنند. برای مثال، در حفاری، یک ماشین حفار ممکن است به طور تصادفی کابل‌های زیرزمینی را آسیب ببیند و منجر به آسیب عایق‌بندی کابل و زمین‌بندی قوسی شود.

• تماس درخت: در برخی مناطق که خطوط هوایی عبور می‌کنند، اگر درختان رشد زیادی داشته باشند، ممکن است با خط تماس پیدا کنند و خطا در زمین ایجاد کنند. به ویژه در شرایط آب و هوا بد مانند باد شدید، لرزش درختان می‌تواند خطا در زمین ایجاد کند. برای مثال، در باد شدید، شاخه‌های درخت ممکن است بشکنند و روی خط هوایی بپرتند و خطا در زمین ایجاد کنند.

پیامدهای زمین‌بندی قوسی

تهدید به امنیت تجهیزات

• آسیب به عایق‌بندی دستگاه: زمین‌بندی قوسی گرمای بالا و انرژی قوس الکتریکی با انرژی بالا ایجاد می‌کند که ممکن است عایق‌بندی دستگاه را به شدت آسیب ببیند. برای مثال، قوس ممکن است لایه عایق‌بندی کابل یا عایق‌بندی پیچه‌های ترانسفورماتور را آسیب ببیند، عملکرد عایق‌بندی تجهیزات را کاهش دهد و حتی باعث سوختن تجهیزات شود.

• فعال کردن بیش از ولتاژ: زمین‌بندی قوسی ممکن است بیش از ولتاژ قوسی متناوب را فعال کند که معمولاً با دامنه بالا است و ممکن است عایق‌بندی تجهیزات را بیشتر آسیب ببیند. برای مثال، در یک سیستم بدون زمین‌نشین محاوره، زمین‌بندی قوسی یک فاز ممکن است ولتاژ فاز‌های بدون خطا را تا چند برابر ولتاژ خط افزایش دهد و تهدید جدی برای عایق‌بندی تجهیزات باشد.

تأثیر بر قابلیت اطمینان تأمین برق

• قطع برق به دلیل عملکرد دستگاه محافظ: یک خطا قوسی شدید ممکن است باعث عملکرد دستگاه محافظ شود که باعث قطع کار برشکن می‌شود و تأمین برق قطع می‌شود. این موضوع به کاربران ناراحتی می‌رساند و تأثیر منفی بر پیشرفت عادی تولید و زندگی دارد. برای مثال، در فرآیند تولید یک کارخانه، اگر خطا قوسی ناگهانی باعث قطع برق شود، ممکن است تولید متوقف شود و ضرر اقتصادی ایجاد کند.

• گسترش محدوده خطا: اگر خطا قوسی زمینی به موقع حذف نشود، ممکن است به خطا کوتاه مداری بین فاز‌ها تبدیل شود، محدوده خطا گسترش یابد و دشواری و زمان تعمیرات افزایش یابد. برای مثال، قوس الکتریکی ممکن است تجهیزات و هادی‌های اطراف را تخریب کند و کوتاه مداری بین فاز‌ها را فعال کند و محدوده خطا را گسترش دهد.

راه‌حل‌های زمین‌بندی قوسی

نگهداری و مدیریت تجهیزات

• بازرسی منظم: بازرسی و نگهداری منظم تجهیزات برق، کشف و رفع به موقع نقص‌های عایق‌بندی تجهیزات. برای مثال، تست مقاومت عایق‌بندی کابل به صورت منظم، کشف تخلخل محلی، تجزیه گازهای روغن ترانسفورماتور، تست مقاومت مستقیم DC پیچه‌ها و غیره، تا بتوان نقص‌های پنهان تجهیزات را به موقع کشف کرد.

• تقویت بازرسی: تقویت بازرسی خطوط و تجهیزات برق و کشف و رفع به موقع خطرات خارجی. برای مثال، افزایش تعداد بازرسی‌های خطوط هوایی، تمیز کردن به موقع درختان و آوار در نزدیکی خط، و جلوگیری از تماس درخت با خط؛ علامت‌گذاری و محافظت از کابل‌های زیرزمینی در منطقه ساخت و ساز تا جلوگیری از آسیب‌های ساخت و ساز.

استفاده از دستگاه خاموش‌کننده قوس

• مدار فروسرایی: در سیستمی که نقطه محاوره آن زمین‌نشین نیست یا از طریق مدار فروسرایی زمین‌نشین است، می‌توان پارامترهای مدار فروسرایی را به صورت مناسب تنظیم کرد تا بتواند به طور موثر جریان ظرفیتی زمینی را جبران کند و تولید قوس را کاهش دهد. هنگام وقوع خطا در یک فاز، جریان القایی تولید شده توسط مدار فروسرایی می‌تواند جریان ظرفیتی زمینی را جبران کند تا جریان زمینی به سطح پایین‌تری کاهش یابد و در نتیجه آسیب‌پذیری زمین‌بندی قوسی کاهش یابد.

• دستگاه انتخاب خط خطا زمینی: نصب دستگاه انتخاب خط خطا زمینی می‌تواند به سرعت و دقیق خط خطا را تشخیص دهد و خط خطا را به موقع حذف کند تا از گسترش خطا جلوگیری کند. برای مثال، دستگاه انتخاب خط خطا زمینی بر اساس اصل جریان صفر و جهت توان صفر می‌تواند به سرعت خط خطا را هنگام وقوع خطا قوسی زمینی تشخیص دهد و پایه‌ای برای درمان خطا فراهم کند.

بهبود سطح عایق‌بندی تجهیزات

• انتخاب مواد عایق‌بندی با کیفیت بالا: در فرآیند ساخت و نصب تجهیزات برق، مواد عایق‌بندی با کیفیت بالا انتخاب می‌شوند تا عملکرد عایق‌بندی تجهیزات بهبود یابد. برای مثال، استفاده از مواد عایق‌بندی مقاوم در برابر دما بالا و پیری می‌تواند عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد و خطر آسیب عایق‌بندی را کاهش دهد.

• تقویت عایق‌بندی: تقویت عایق‌بندی تجهیزات برای بهبود قدرت عایق‌بندی آنها. برای مثال، پوشش ضدآب و مرطوب‌پذیری اتصالات کابل و پوشش عایق‌بندی پیچه‌های ترانسفورماتور می‌تواند عملکرد عایق‌بندی تجهیزات را بهبود بخشد و وقوع خطا در زمین را کاهش دهد.