خصوصیات و دستگاههای تشخیص خطاى تکفاز به زمین
۱. خصوصیات خطاهای تکفاز به زمین
- سیگنالهای هشدار مرکزی:
زنگ هشدار به صدا درمیآید و چراغ نشاندهندهٔ «خطای زمین در بخش اتوبوس [X] کیلوولت [Y]» روشن میشود. در سیستمهایی که نقطهٔ خنثی با سیمپیچ پترسن (سیمپیچ خاموشکنندهٔ قوس) به زمین متصل شده است، چراغ نشاندهندهٔ «فعالشدن سیمپیچ پترسن» نیز روشن میشود.
- نشانههای ولتمتر نظارت بر عایقبندی:
- ولتاژ فاز خطا یا کاهش مییابد (در مورد زمینشدن ناقص) یا به صفر میرسد (در مورد زمینشدن محکم).
- ولتاژ دو فاز دیگر افزایش مییابد—بالاتر از ولتاژ فاز عادی در زمینشدن ناقص، یا تا ولتاژ خط در زمینشدن محکم افزایش مییابد.
- در زمینشدن پایدار، عقربهٔ ولتمتر ثابت میماند؛ اگر عقربه به طور مداوم نوسان کند، خطا متناوب است (زمینشدن قوسی).
- در سیستمهای زمینشده با سیمپیچ پترسن:
اگر ولتمتر جابجایی خنثی نصب شده باشد، در زمینشدن ناقص نشانهای مشخص نشان میدهد یا در زمینشدن محکم به ولتاژ فاز میرسد. چراغ هشدار زمینشدن سیمپیچ پترسن نیز روشن میشود.
- پدیدههای زمینشدن قوسی:
زمینشدن قوسی باعث ایجاد ولتاژهای بیش از حد میشود و ولتاژ فازهای بدون خطا را به طور قابل توجهی افزایش میدهد. این امر ممکن است فیوزهای فشار بالای ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) را بسوزاند یا حتی خود VTها را آسیب دهد.
۲. تمایز بین خطاهای واقعی به زمین و هشدارهای کاذب
- سوختن فیوز فشار بالا در ترانسفورماتور ولتاژ:
سوختن فیوز در یک فاز ترانسفورماتور ولتاژ ممکن است سیگنال خطای زمین را فعال کند. با این حال:
- در یک خطای واقعی به زمین: ولتاژ فاز خطا کاهش مییابد، دو فاز دیگر افزایش مییابند، اما ولتاژ خط بدون تغییر باقی میماند.
- در مورد سوختن فیوز: ولتاژ یک فاز کاهش مییابد، دو فاز دیگر افزایش نمییابند، و ولتاژ خط کاهش مییابد.
- روشن کردن ترانسفورماتور برای اتوبوس بدون بار:
در حین روشنکردن، اگر کلید قطع و وصل به صورت ناهمزمان بسته شود، جفتشدگی خازنی نامتوازن به زمین باعث جابجایی نقطهٔ خنثی و ولتاژهای سهفاز نامتقارن میشود و سیگنال کاذب زمین را فعال میکند.
→ این اتفاق فقط در حین عملیات سوئیچینگ رخ میدهد. اگر اتوبوس و تجهیزات متصل به آن هیچ ناهنجاری نداشته باشند، سیگنال کاذب است. روشن کردن یک خط فیدر یا ترانسفورماتور خدمات ایستگاه معمولاً این نشانه را از بین میبرد.
- ناهمسانی سیستم یا تنظیم نادرست سیمپیچ پترسن:
در حین تغییر حالت عملیاتی (مثلاً تغییر پیکربندی)، ناهمسانی یا جبران نادرست سیمپیچ پترسن ممکن است باعث ایجاد سیگنالهای کاذب زمین شود.
→ هماهنگی با مرکز کنترل لازم است: بازگشت به پیکربندی اولیه، قطع تغذیهٔ سیمپیچ پترسن، تنظیم تغییردهندهٔ تپ آن، سپس دوباره تغذیه و تغییر حالت عملیاتی.
→ رزونانس فرّی در حین روشنکردن اتوبوس بدون بار نیز ممکن است سیگنالهای کاذب تولید کند. روشن کردن فوری یک خط فیدر شرایط رزونانس را مختل کرده و هشدار را از بین میبرد.
۳. دستگاههای تشخیص
سیستم نظارت بر عایقبندی معمولاً شامل یک ترانسفورماتور ولتاژ سهفاز پنجشاخه، رلههای ولتاژ، رلههای سیگنال و ابزارهای نظارتی است.
- ساختار: پنج شاخهٔ مغناطیسی؛ یک سیمپیچ اولیه و دو سیمپیچ ثانویه، همه بر روی سه شاخهٔ مرکزی پیچیده شدهاند.
- پیکربندی سیمکشی: Ynynd (ستارهای برای اولیه، ستارهای برای ثانویه با نقطهٔ خنثی و مثلث باز برای ثالثی).
مزایای این پیکربندی سیمکشی:
- سیمپیچ ثانویهٔ اول اندازهگیری ولتاژ خط و ولتاژ فاز را انجام میدهد.
- سیمپیچ ثانویهٔ دوم به صورت مثلث باز متصل شده تا ولتاژ ترتیب صفر را تشخیص دهد.
اصول عملکرد:
- در شرایط عادی، ولتاژهای سهفاز متوازن هستند؛ از نظر تئوری، ولتاژ صفر در مثلث باز ظاهر میشود.
- در حین یک خطای تکفاز به زمین محکم (مثلاً فاز A)، ولتاژ ترتیب صفر در سیستم ظاهر میشود و ولتاژی را در مثلث باز القا میکند.
- حتی در حین زمینشدن نامحکم (با امپدانس بالا)، ولتاژی در انتهای باز القا میشود.
- وقتی این ولتاژ به آستانهٔ عملکرد رلهٔ ولتاژ برسد، هم رلهٔ ولتاژ و هم رلهٔ سیگنال فعال میشوند، که باعث فعالشدن هشدارهای صوتی و بصری میگردد.
اپراتورها از این سیگنالها و نشانههای ولتمتر برای شناسایی وقوع و فاز خطای زمین استفاده میکنند و سپس به مرکز کنترل گزارش میدهند.
⚠️ توجه: دستگاه نظارت بر عایقبندی برای کل بخش اتوبوس مشترک است.
علل خطاهای تکفاز به زمین
- شکستن رسانا و افتادن آن به زمین یا قرار گرفتن روی تیر عرضی؛
- افزایش شلبودن یا نامحکمبودن رساناها روی عایقها، باعث افتادن آنها روی تیرهای عرضی یا زمین؛
- باد شدید که باعث نزدیکشدن رساناها به ساختمانها میشود؛
- شکستن سیم فشار بالای خروجی ترانسفورماتور توزیع؛
- خرابی عایقبندی در مهارکنندههای ضربهٔ ۱۰ کیلوولت یا فیوزهای نصبشده روی پلتفرم ترانسفورماتور؛
- خرابی عایقبندی یا زمینشدن یک فاز از سیمپیچ فشار بالای ترانسفورماتور؛
- پرش الکتریکی یا سوراخشدن عایق؛
- خرابی عایقبندی در فیوزهای خطوط شاخهای؛
- قطع شدن سیم کشش از تیر عرضی بالایی در ستونهای چندمسیره و تماس آن با رساناهای پایینی؛
- ضربهٔ رعد و برق؛
- تماس با درختان؛
- خطاهای ناشی از پرندگان؛
- اجسام خارجی (مانند ورقههای پلاستیکی، شاخهها)؛
- سایر علل تصادفی یا نامشخص.
خطرات خطاهای تکفاز به زمین
- آسیب به تجهیزات پست:
پس از وقوع خطای ۱۰ کیلوولت به زمین، ترانسفورماتور ولتاژ اتوبوس جریانی را تشخیص نمیدهد اما ولتاژ ترتیب صفر و جریان افزایشیافتهای در مثلث باز ایجاد میکند. کارکرد طولانیمدت ممکن است ترانسفورماتور ولتاژ را آسیب دهد.
علاوه بر این، ولتاژهای بیش از حد رزونانس فرّی (چند برابر ولتاژ عادی) ممکن است رخ دهد، که منجر به خرابی عایقبندی و ایجاد خرابیهای عمدهٔ تجهیزات میشود.
- آسیب به تجهیزات توزیع:
زمینشدن قوسی متناوب و ولتاژهای بیش از حد ممکن است عایقبندی را سوراخ کند و منجر به اتصال کوتاه، سوختن ترانسفورماتورها و خرابی مهارکنندهها/فیوزها شود که ممکن است باعث آتشسوزیهای الکتریکی گردد.
- تهدید پایداری شبکهٔ منطقهای:
خطاهای شدید به زمین ممکن است پایداری شبکهٔ محلی برق را مختل کرده و باعث خرابیهای زنجیرهای شوند.
- خطر برای انسانها و حیوانات:
رساناهاى افتاده زمین را برقی میکنند و خطر ولتاژ گام ایجاد میکنند. پیادهروها، کارگران خط (به ویژه در دورههای بازرسی شبی)، و دامهاى نزدیک محل خطا در معرض صدور جریان الکتریکی یا صدمهٔ کشنده قرار دارند.
- تأثیر بر قابلیت اطمینان تأمین برق:
- نیازمند انتخاب دستی خط فیدر خطا دار است.
- خطوط فیدر بدون خطا ممکن است در حین عیبیابی به طور غیرضروری قطع تغذیه شوند و تأمین برق مشتریان بدون خطا را مختل کنند.
- مکانیابی و تعمیر خطا نیازمند قطع خط است، که به ویژه در طول فصل رشد محصولات کشاورزی، آب و هوای نامساعد (باد، باران، برف)، یا در مناطق کوهستانی/جنگلی و در شب بسیار دشوار است و منجر به قطعهای طولانیمدت، قطعهای گسترده میشود.
- تلفات انرژی خط:
خطاهای زمین باعث ایجاد جریانهای نشتی به زمین میشوند که نشاندهندهٔ تلفات مستقیم انرژی است. مقررات معمولاً مدت زمان عملکرد در حالت خطای زمین را حداکثر ۲ ساعت محدود میکنند تا از تلفات بیش از حد جلوگیری شود.
-