Úvod do elektrických poruch

Elektrické sítě, stroje a zařízení jsou během provozu často vystaveny různým typům poruch. Při výskytu poruchy se mohou charakteristické hodnoty (např. impedance) strojů měnit ze stávajících hodnot na jiné hodnoty, dokud není porucha odstraněna

V síti elektrizační soustavy se může objevit mnoho pravděpodobných poruch, včetně osvětlení, větru, pádu stromu na vedení, poruchy přístrojů atd.

Elektrické poruchy

Poruchu v elektrizační soustavě lze definovat jako , jakýkoli abnormální stav soustavy, který zahrnuje elektrickou poruchu zařízení, jako jsou , transformátory, generátory, přípojnice atd.

Vznik poruchy zahrnuje také poruchy izolace a poruchy vodivé cesty, které mají za následek zkrat a rozpojení vodičů.

Při normálních nebo bezpečných provozních podmínkách pracují elektrická zařízení v síti elektrizační soustavy při normálním jmenovitém napětí a proudu. Jakmile dojde k poruše v obvodu nebo zařízení, hodnoty napětí a proudu se odchylují od svých jmenovitých rozsahů.

Poruchy v elektrizační soustavě způsobují nadproud, podpětí, nesymetrii fází, obrácený výkon a přepětí vysokého napětí. To má za následek přerušení normálního provozu sítě, poruchy zařízení, elektrické požáry atd.

Obvykle jsou sítě elektrizační soustavy chráněny spínacími ochrannými přístroji, jako jsou jističe a relé, aby se omezily ztráty provozu v důsledku elektrických poruch.

Druhy poruch

Elektrické poruchy v třífázové elektrizační soustavě se převážně dělí na dva druhy, a to na poruchy s otevřeným a zkratovým obvodem. Dále mohou být tyto poruchy symetrické nebo nesymetrické. Probereme si tyto poruchy podrobněji.

Poruchy otevřeného obvodu

Tyto poruchy vznikají v důsledku poruchy jednoho nebo více vodičů. Na obrázku níže jsou znázorněny poruchy otevřeného obvodu pro stav otevření jedné, dvou a tří fází (nebo vodičů).

Mezi nejčastější příčiny těchto poruch patří poruchy spojů kabelů a nadzemních vedení a porucha jedné nebo více fází jističe a také v důsledku roztavení pojistky nebo vodiče v jedné nebo více fázích.

Poruchy otevřeného obvodu se také nazývají sériové poruchy. Jedná se o nesymetrické nebo nesymetrické typy poruch s výjimkou třífázové otevřené poruchy.

Před výskytem poruchy otevřeného obvodu je třeba vzít v úvahu, že přenosové vedení pracuje s vyváženým zatížením. Dojde-li k roztavení jedné z fází, sníží se skutečné zatížení alternátoru a to způsobí zvýšení zrychlení alternátoru, čímž běží otáčkami o něco vyššími, než jsou synchronní otáčky. Tato nadměrná rychlost způsobuje přepětí v ostatních přenosových vedeních.

Takto mohou jednofázové a dvoufázové otevřené stavy vyvolat nesymetrii napětí a proudů v elektrizační soustavě, která způsobuje velké škody na zařízeních.

Příčiny

Přerušený vodič a nesprávná funkce jističe v jedné nebo více fázích.

Následky

• Normální provoz soustavy
• Ohrožení osob i zvířat
• Překročení napětí nad normální hodnoty v určitých částech sítě, což dále vede k poruchám izolace a vzniku zkratů.

Přestože lze poruchy s otevřeným obvodem tolerovat po delší dobu než poruchy se zkratem, je třeba je odstranit co nejdříve, aby se snížily větší škody.

Zkratové poruchy

Zkrat lze definovat jako abnormální spojení velmi nízké impedance mezi dvěma body s různým potenciálem, ať už je provedeno úmyslně nebo náhodně.

Jedná se o nejběžnější a nejzávažnější druh poruch, které mají za následek průtok abnormálně vysokých proudů zařízením nebo přenosovými vedeními. Pokud tyto poruchy přetrvávají i po krátkou dobu, vedou k rozsáhlému poškození zařízení.

Krátkodobé poruchy se také nazývají boční poruchy. Tyto poruchy jsou způsobeny poruchou izolace mezi fázovými vodiči nebo mezi zemí a fázovými vodiči nebo obojím.

Různé možné poruchové stavy zkratu zahrnují tři fáze se zemí, tři fáze bez země, fáze s fází, jedna fáze se zemí, dvě fáze se zemí a fáze s fází plus jedna fáze se zemí, jak je znázorněno na obrázku.

Třífázová porucha bez země a třífázová porucha se zemí jsou vyvážené nebo symetrické zkratové poruchy, zatímco ostatní zbývající poruchy jsou nesymetrické poruchy.

Příčiny

Ty mohou být způsobeny vnitřními nebo vnějšími vlivy

• Vnitřní vlivy zahrnují poruchy přenosových vedení nebo zařízení, stárnutí izolace, zhoršení izolace v generátoru, transformátoru a dalších elektrických zařízeních, nesprávné instalace a nevhodný návrh.
• Vnější vlivy zahrnují přetížení zařízení, selhání izolace v důsledku přepětí při osvětlení a mechanické poškození veřejností.

Vlivy

• Přepětí může vést k požáru a výbuchu zařízení, jako jsou transformátory a jističe.
• Normální proudy způsobují přehřátí zařízení, což dále vede ke snížení životnosti jejich izolace.
• Provozní napětí soustavy se může dostat pod nebo nad své přípustné hodnoty, což vytváří škodlivé účinky na služby poskytované energetickou soustavou.
• Pokud zkratová porucha trvá, je tok energie výrazně omezen nebo dokonce zcela zablokován.

Symetrické a nesymetrické poruchy

Jak bylo uvedeno výše, poruchy se dělí především na poruchy s otevřeným a zkratovým obvodem a opět se může jednat o symetrické nebo nesymetrické poruchy.

Symetrické poruchy

Symetrická porucha dává vzniknout symetrickým poruchovým proudům, které jsou vzájemně posunuty o 1200. Symetrická porucha se také nazývá vyvážená porucha. Tato porucha vzniká při současném zkratu všech tří fází.

Tyto poruchy se v praxi vyskytují zřídka ve srovnání s nesymetrickými poruchami. Mezi dva druhy symetrických poruch patří poruchy mezi vedením a zemí (L-L-L) a mezi vedením a zemí (L-L-L-G), jak je znázorněno na obrázku níže.

Hrubý výskyt symetrických poruch se pohybuje v rozmezí 2 až 5 % z celkového počtu poruch systému. Pokud se však tyto poruchy vyskytnou, způsobují velmi vážné poškození zařízení, i když soustava zůstává ve vyváženém stavu.

Analýza těchto poruch je nutná pro volbu vypínací schopnosti jističů, volbu nastavených fázových relé a dalších ochranných rozváděčů. Tyto poruchy se analyzují na základě jednotlivých fází pomocí impedanční matice sběrnice nebo Theveninovy věty.

Nesymetrické poruchy

Nejčastější poruchy, které se vyskytují v síti elektrizační soustavy, jsou nesymetrické poruchy. Při tomto druhu poruchy vznikají nesymetrické poruchové proudy (mají různou velikost s nerovnoměrným fázovým posunem). Tyto poruchy se také nazývají nesymetrické poruchy, protože způsobují nesymetrické proudy v soustavě.

Podle výše uvedené diskuse zahrnují nesymetrické poruchy jak poruchy s otevřeným obvodem (jednofázový a dvoufázový otevřený stav), tak poruchy se zkratem (s výjimkou L-L-L-G a L-L-L).

Následující obrázek ukazuje tři typy symetrických poruch vzniklých v důsledku zkratových stavů, a to poruchu fáze nebo vedení se zemí (L-G), poruchu fáze s fází (L-L) a dvojitou poruchu vedení se zemí (L-L-G).

Jedna porucha vedení se zemí (LG) je jednou z nejčastějších poruch a zkušenosti ukazují, že 70-80 % poruch, které se vyskytují v elektrizační soustavě, jsou tohoto typu. Vzniká tak zkrat mezi vedením a zemí. Ve srovnání s ostatními poruchami se jedná o velmi méně závažné poruchy.

Porucha vedení na zem vzniká, když se živý vodič dostane do kontaktu s jiným živým vodičem. Hlavní příčinou této poruchy je silný vítr, při kterém se může dojít k dotyku kývajících se nadzemních vodičů. Jedná se o méně závažné poruchy a jejich výskyt se může pohybovat v rozmezí 15-20 %.

Při dvojitých poruchách vedení se zemí se dvě vedení dostanou do vzájemného kontaktu a také do kontaktu se zemí. Jedná se o závažné poruchy a výskyt těchto poruch se pohybuje kolem 10 % ve srovnání s celkovými poruchami soustavy.

Nesymetrické poruchy se analyzují pomocí metod nesymetrických složek s cílem určit napětí a proudy ve všech částech soustavy. Analýza těchto poruch je ve srovnání se symetrickými poruchami obtížnější.

Tato analýza je nezbytná pro stanovení velikosti jističe pro největší zkratový proud. Větší proud se obvykle vyskytuje buď u poruchy L-G, nebo L-L.

Ochranná zařízení proti poruchám

Pokud se porucha vyskytne v některé části soustavy, musí být odstraněna ve velmi krátké době, aby nedošlo k větším škodám na zařízeních a personálu a také aby se zabránilo přerušení dodávky elektrické energie zákazníkům.

Systém odstraňování poruch používá k detekci a odstranění poruchy různá ochranná zařízení, jako jsou relé a jističe.
Některá z těchto zařízení pro odstraňování nebo omezování poruch jsou uvedena níže.

Pojistka

Otvírá obvod, kdykoli se v systému vyskytne porucha. Skládá se z tenkého měděného drátu uzavřeného ve skleněném nebo plášti se dvěma kovovými kontakty. Vysoký poruchový proud zvyšuje teplotu drátu, a proto se taví. Pojistka vyžaduje ruční výměnu drátu pokaždé, když se přepálí.

Pojistka

Jistič

Jedná se o nejběžnější ochranné zařízení, které může za normálních provozních podmínek rozpojit nebo přerušit obvod buď ručně, nebo pomocí dálkového ovládání.

V závislosti na provozním napětí existuje několik typů jističů, včetně jističů vzduchových brzd, olejových, vakuových a SF6. Další informace o jističích naleznete na přiloženém odkazu.

Přečtěte si :Různé typy jističů

Ochranná relé

Jsou to zařízení pro detekci poruch. Tato zařízení detekují poruchu a iniciují činnost jističe tak, aby odpojila vadný obvod. Relé se skládá z magnetické cívky a kontaktů (NC a NO). Poruchový proud napájí cívku a ta vytváří pole, čímž se kontakty uvedou do činnosti.

Mezi některé typy ochranných relé patří

• Magnetická relé
• Impedanční relé
• Směrová relé
• Pilotní relé
• Diferenciální relé

Číst :Klasifikace relé

Svodič osvětlení

Přepětí v síti elektrizační soustavy způsobené při úderu blesku do přenosových vedení a zařízení. To způsobuje vysoké napětí a proudy v soustavě. Tyto poruchy osvětlení se snižují umístěním svodičů osvětlení na přenosová zařízení.

Přispěvatelé obrázku:

1)Elektrické poruchy: forschung-stromnetze.info

2)Pojistky : hayley-group.co.uk

3)Jističe : oez.com

4)Relé: epub1.rockwellautomation.com

.