ویژگیها و ابزارهای تشخیص خطا در اتصال به زمین تکفاز
۱. ویژگیهای خطاهای اتصال به زمین تکفاز
- سیگنالهای هشدار مرکزی:
زنگ هشدار به صدا درمیآید و چراغ نشانگر با برچسب «اتصال به زمین در بخش اتوبوس [X] کیلوولت [Y]» روشن میشود. در سیستمهایی که نقطه نوترال توسط سیمپیچ پترسن (سیمپیچ خاموشکننده قوس) به زمین متصل شده است، چراغ نشانگر «سیمپیچ پترسن فعال شده» نیز روشن میشود.
- نشانههای ولتمتر نظارت بر عایقبندی:
- ولتاژ فاز خرابشده کاهش مییابد (در مورد اتصال ناقص به زمین) یا به صفر میرسد (در مورد اتصال محکم به زمین).
- ولتاژ دو فاز دیگر افزایش مییابد — در اتصال ناقص به زمین بالاتر از ولتاژ فاز عادی و در اتصال محکم به زمین تا حد ولتاژ خط افزایش مییابد.
- در اتصال پایدار به زمین، عقربه ولتمتر ثابت میماند؛ اگر عقربه بهطور مداوم نوسان کند، خطا متناوب است (اتصال قوسی به زمین).
- در سیستمهای زمینشده با سیمپیچ پترسن:
اگر ولتمتر جابجایی نوترال نصب شده باشد، در حالت اتصال ناقص به زمین نشانهای مشخص را نشان میدهد و در حالت اتصال محکم به زمین به ولتاژ فاز میرسد. چراغ هشدار زمینشدن سیمپیچ پترسن نیز روشن میشود.
- پدیدههای اتصال قوسی به زمین:
اتصال قوسی به زمین باعث ایجاد ولتاژهای بیش از حد میشود که منجر به افزایش قابل توجه ولتاژ فازهای بدون خطا میگردد. این امر ممکن است فیوزهای فشاربالای ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) را بسوزاند یا حتی خود ترانسفورماتورهای ولتاژ را آسیب دهد.
۲. تمایز بین خطاهای واقعی اتصال به زمین و هشدارهای کاذب
- سوختن فیوز فشاربالا در ترانسفورماتور ولتاژ:
سوختن فیوز در یکی از فازهای ترانسفورماتور ولتاژ ممکن است سیگنال اتصال به زمین را فعال کند. با این حال:
- در یک اتصال واقعی به زمین: ولتاژ فاز خرابشده کاهش مییابد، دو فاز دیگر افزایش مییابند، اما ولتاژ خط بدون تغییر باقی میماند.
- در صورت سوختن فیوز: ولتاژ یک فاز کاهش مییابد، دو فاز دیگر افزایش نمییابند، و ولتاژ خط کاهش مییابد.
- راهاندازی ترانسفورماتور برای اتوبوس بدون بار:
در حین راهاندازی، اگر کلید قطع و وصل بهصورت نامتقارن بسته شود، جفتشدگی خازنی نامتقارن به زمین باعث جابجایی نوترال و ولتاژهای سهفاز نامتقارن میشود که سیگنال کاذب اتصال به زمین را ایجاد میکند.
→ این اتفاق تنها در طول عملیات سوئیچینگ رخ میدهد. اگر اتوبوس و تجهیزات متصل به آن هیچ ناهنجاری نشان ندهند، سیگنال کاذب است. راهاندازی یک خط فیدر یا ترانسفورماتور خدمات ایستگاه معمولاً این نشانه را از بین میبرد.
- ناهمگونی سیستم یا تنظیم نادرست سیمپیچ پترسن:
در طول تغییر حالتهای عملیاتی (مثلاً تغییر پیکربندی)، ناهمگونی یا جبران نادرست سیمپیچ پترسن ممکن است باعث ایجاد سیگنالهای کاذب اتصال به زمین شود.
→ هماهنگی با مرکز کنترل لازم است: بازگشت به پیکربندی اولیه، قطع تغذیه سیمپیچ پترسن، تنظیم تغییردهنده تپ آن و سپس بازآوری تغذیه و دوباره تغییر حالت.
→ رزونانس فرّو در حین راهاندازی اتوبوس بدون بار نیز میتواند سیگنالهای کاذب ایجاد کند. راهاندازی فوری یک خط فیدر شرایط رزونانس را مختل کرده و هشدار را از بین میبرد.
۳. ابزارهای تشخیص
سیستم نظارت بر عایقبندی معمولاً شامل یک ترانسفورماتور ولتاژ سهفاز پنجشاخه ، رلههای ولتاژ، رلههای سیگنال و ابزارهای نظارتی است.
- ساختار: پنج شاخه مغناطیسی؛ یک سیمپیچ اولیه و دو سیمپیچ ثانویه، همه روی سه شاخه مرکزی پیچیده شدهاند.
- پیکربندی سیمکشی: Ynynd (ستارهای برای اولیه، ستارهای برای ثانویه با نوترال و مثلث باز برای سومی).
مزایای این پیکربندی سیمکشی:
- سیمپیچ ثانویه اول هم ولتاژ خط و هم ولتاژ فاز را اندازهگیری میکند.
- سیمپیچ ثانویه دوم بهصورت مثلث باز وصل شده تا ولتاژ ترتیب صفر را تشخیص دهد.
اصول عملکرد:
- در شرایط عادی، ولتاژهای سهفاز متعادل هستند؛ بهطور نظری، ولتاژ صفر در مثلث باز ظاهر میشود.
- در طول یک اتصال محکم تکفاز به زمین (مثلاً فاز A)، ولتاژ ترتیب صفر در سیستم ظاهر شده و ولتاژی را در مثلث باز القا میکند.
- حتی در طول اتصال نامحکم (با امپدانس بالا) به زمین، ولتاژی در انتهای باز القا میشود.
- هنگامی که این ولتاژ به آستانه عملکرد رله ولتاژ برسد، هم رله ولتاژ و هم رله سیگنال عمل میکنند، که باعث فعالشدن هشدارهای صوتی و تصویری میشود.
اپراتورها از این سیگنالها و نشانههای ولتمتر برای شناسایی وقوع خطا و فاز خرابشده استفاده کرده و سپس به مرکز کنترل گزارش میدهند.
⚠️ توجه: دستگاه نظارت بر عایقبندی در سراسر کل بخش اتوبوس مشترک است.
علل اتصال تکفاز به زمین
- شکستن رسانا و افتادن آن به زمین یا قرار گرفتن روی تیر عرضی؛
- افزایش شلبودن بستها یا تثبیتکنندههای رسانا روی عایقها، که باعث میشود رساناها روی تیر عرضی یا زمین بیفتند؛
- باد شدید که باعث نزدیکشدن رساناها به ساختمانها میشود؛
- شکستن سیم فشاربالای خروجی از ترانسفورماتور توزیع؛
- خرابی عایقبندی در مهارکنندههای ضربهای ۱۰ کیلوولت یا فیوزهای نصبشده روی پلتفرم ترانسفورماتور؛
- شکست عایقبندی یا اتصال به زمین در یکی از فازهای سیمپیچ فشاربالای ترانسفورماتور؛
- پرش جرقه یا سوراخشدن عایق؛
- خرابی عایقبندی در فیوزهای خطوط شاخهای؛
- جداشدن سیم کشش از تیر عرضی بالایی در ستونهای چندمسیره و تماس آن با رساناهای پایینی؛
- ضربه رعد و برق؛
- تماس با درختان؛
- خطاهای ناشی از پرندگان؛
- اجسام خارجی (مانند ورقههای پلاستیکی، شاخهها)؛
- سایر علل تصادفی یا نامعلوم.
خطرات اتصال تکفاز به زمین
- آسیب به تجهیزات ایستگاه برق:
پس از وقوع اتصال به زمین ۱۰ کیلوولت، ترانسفورماتور ولتاژ اتوبوس جریانی را تشخیص نمیدهد اما ولتاژ ترتیب صفر و جریان افزایشیافتهای در مثلث باز ایجاد میکند. کارکرد طولانیمدت ممکن است به ترانسفورماتور ولتاژ آسیب بزند.
علاوه بر این، ولتاژهای بیش از حد رزونانس فرّو (چند برابر ولتاژ عادی) ممکن است ایجاد شوند، که منجر به شکست عایقبندی و خرابی جدی تجهیزات میشود.
- آسیب به تجهیزات توزیع:
اتصال قوسی متناوب به زمین و ولتاژهای بیش از حد میتوانند عایقبندی را سوراخ کنند و منجر به اتصال کوتاه، سوختن ترانسفورماتورها و خرابی مهارکنندهها/فیوزها شوند که ممکن است باعث آتشسوزیهای الکتریکی گردد.
- تهدید پایداری شبکه برق منطقهای:
اتصالهای شدید به زمین ممکن است پایداری شبکه برق محلی را مختل کرده و باعث ایجاد خرابیهای زنجیرهای شوند.
- خطر برای انسانها و حیوانات:
رساناها در حالت سقوط، زمین را زیر ولتاژ قرار میدهند و خطر ولتاژ گام ایجاد میکنند. عابران، کارگران خط (بهویژه در دورههای بازرسی شبی) و دامها در نزدیکی محل خطا در معرض صدور جریان الکتریکی یا برقگرفتگی قرار دارند.
- تأثیر بر قابلیت اطمینان تأمین برق:
- نیازمند انتخاب دستی خط فیدر خرابشده است.
- خطوط فیدر بدون خطا ممکن است در طول عیبیابی بهطور غیرضروری قطع تغذیه شوند که منجر به قطع تأمین برق برای مشتریان بدون خطا میشود.
- محلیابی و تعمیر خطا نیازمند قطع خط است، بهویژه در شرایط چالشبرانگیز مانند فصل رشد محصولات کشاورزی، آب و هوای نامساعد (باد، باران، برف)، یا در مناطق کوهستانی/جنگلی و در ساعات شب، که منجر به قطعهای طولانیمدت، گسترده میشود.
- تلفات انرژی خط:
اتصالهای به زمین باعث ایجاد جریانهای نشتی به زمین قابل توجهی میشوند که نمایانگر تلفات مستقیم انرژی است. مقررات معمولاً مدت زمان کارکرد در حالت اتصال به زمین را به حداکثر ۲ ساعت