Introduktion til elektriske fejl

Elektriske netværk, maskiner og udstyr er ofte udsat for forskellige typer fejl, mens de er i drift. Når der opstår en fejl, kan maskinernes karakteristiske værdier (f.eks. impedans) ændre sig fra eksisterende værdier til andre værdier, indtil fejlen er afhjulpet.

Der kan være mange sandsynligheder for, at der opstår fejl i elnettet, herunder belysning, vind, træer, der falder på linjerne, apparatfejl osv.

Elektriske fejl

En fejl i et elektrisk elsystem kan defineres som , enhver unormal tilstand i systemet, der indebærer elektrisk svigt i udstyret, såsom , transformatorer, generatorer, samleskinner osv.

Den begyndende fejl involverer også isolationsfejl og fejl i ledningsbanen, hvilket resulterer i kortslutning og åbent kredsløb af ledere.

Under normale eller sikre driftsbetingelser fungerer det elektriske udstyr i et elsystemnet ved normal spænding og strømstyrke. Når fejlen opstår i et kredsløb eller apparat, afviger spændings- og strømværdierne fra deres nominelle områder.

Fejlerne i elsystemet forårsager overstrøm, underspænding, ubalance mellem faserne, omvendt strøm og højspændingsbølger. Dette resulterer i afbrydelse af nettets normale drift, svigt af udstyr, elektriske brande osv.

Sædvanligvis beskyttes elsystemets net med beskyttelsesudstyr som f.eks. afbrydere og relæer for at begrænse driftstabet som følge af elektriske fejl.

Fejltyper

Elektriske fejl i trefasede elsystemer klassificeres hovedsageligt i to typer, nemlig åbne og kortslutningsfejl. Endvidere kan disse fejl være symmetriske eller usymmetriske fejl. Lad os diskutere disse fejl i detaljer.

Åbne kredsløbsfejl

Disse fejl opstår på grund af svigt i en eller flere ledere. Figuren nedenfor illustrerer fejl i åbent kredsløb for en enkelt, to og tre faser (eller ledere) i åben tilstand.

De mest almindelige årsager til disse fejl omfatter ledningsfejl i kabler og luftledninger og fejl i en eller flere faser af en afbryder og også på grund af smeltning af en sikring eller leder i en eller flere faser.

Opne kredsløbsfejl kaldes også for seriefejl. Det er usymmetriske eller ubalancerede typer af fejl, bortset fra trefasede åbne fejl.

Det skal tages i betragtning, at en transmissionsledning arbejder med en balanceret belastning, før der opstår en åben kredsløbsfejl. Hvis en af faserne smelter, reduceres generatorens faktiske belastning, og dette medfører, at generatorens acceleration øges, hvorved den kører med en hastighed, der er lidt højere end den synkrone hastighed. Denne overdrevne hastighed forårsager overspændinger i andre transmissionsledninger.

Så kan åbne forhold i en og to faser skabe ubalance i elsystemets spændinger og strømme, der forårsager stor skade på udstyret.

Årsager

Brudt leder og fejlfunktion af afbryder i en eller flere faser.

Virkninger

• Unormal drift af systemet
• Fare for såvel personale som dyr
• Spændingerne overskrider de normale værdier i visse dele af nettet, hvilket yderligere fører til isolationsfejl og udvikling af kortslutningsfejl.

Og selv om fejl i åbne kredsløb kan tolereres i længere tid end kortslutningsfejl, skal disse fjernes så tidligt som muligt for at mindske de større skader.

Kortslutningsfejl

Kortslutning kan defineres som en unormal forbindelse med meget lav impedans mellem to punkter med forskellige potentialer, hvad enten det er tilsigtet eller utilsigtet.

Dette er den mest almindelige og alvorlige form for fejl, der resulterer i, at der strømmer unormalt høje strømme gennem udstyret eller transmissionsledningerne. Hvis disse fejl får lov til at vare ved, selv i en kort periode, fører det til omfattende skader på udstyret.

Kortslutningsfejl kaldes også for shuntfejl. Disse fejl skyldes isolationsfejl mellem faseledere eller mellem jord og faseledere eller begge dele.

De forskellige mulige kortslutningsfejltilstande omfatter tre fase til jord, tre fase uden jord, fase til fase, enkelt fase til jord, to fase til jord og fase til fase plus enkelt fase til jord som vist i figuren.

Den trefasede fejl uden jord og den trefasede fejl til jord er balancerede eller symmetriske kortslutningsfejl, mens de andre resterende fejl er usymmetriske fejl.

Orsager

Disse kan skyldes interne eller eksterne virkninger

• Interne virkninger omfatter nedbrud af transmissionsledninger eller udstyr, ældning af isolering, forringelse af isolering i generator, transformer og andet elektrisk udstyr, ukorrekte installationer og utilstrækkeligt design.
• Eksterne virkninger omfatter overbelastning af udstyr, isolationssvigt på grund af overspænding og mekaniske skader fra offentligheden.

Virkninger

• Arkfejl kan føre til brand og eksplosion i udstyr som f.eks. transformatorer og afbrydere.
• Abnormale strømme medfører, at udstyret overophedes, hvilket yderligere reducerer levetiden af dets isolering.
• Driftsspændingerne i systemet kan gå under eller over deres acceptværdier, hvilket skaber skadelige virkninger for den service, der leveres af elsystemet.
• Effektstrømmen er stærkt begrænset eller endog helt blokeret, så længe kortslutningsfejlen varer ved.

Symmetriske og usymmetriske fejl

Som beskrevet ovenfor klassificeres fejl hovedsageligt i åbne og kortslutningsfejl, og igen kan disse fejl være symmetriske eller usymmetriske fejl.

Symmetriske fejl

En symmetrisk fejl giver anledning til symmetriske fejlstrømme, der er forskudt i forhold til 1200 hinanden. Symmetrisk fejl kaldes også for balanceret fejl. Denne fejl opstår, når alle tre faser kortsluttes samtidig.

Disse fejl forekommer sjældent i praksis sammenlignet med usymmetriske fejl. To former for symmetriske fejl omfatter linje til linje til linje til linje (L-L-L) og linje til linje til linje til linje til jord (L-L-L-L-G) som vist i figuren nedenfor.

En grov forekomst af symmetriske fejl er i størrelsesordenen 2 til 5 % af de samlede systemfejl. Hvis disse fejl opstår, forårsager de imidlertid en meget alvorlig skade på udstyret, selv om systemet forbliver i balanceret tilstand.

Analyse af disse fejl er nødvendig for at vælge afbrydernes brudkapacitet, vælge sæt-fase-relæer og andet beskyttelsesudstyr. Disse fejl analyseres pr. fase ved hjælp af busimpedansmatrixen eller Thevenins’ teorem.

Usymmetriske fejl

De mest almindelige fejl, der forekommer i elnettet, er usymmetriske fejl. Denne type fejl giver anledning til usymmetriske fejlstrømme (med forskellige størrelser med ulige faseforskydning). Disse fejl kaldes også for ubalancerede fejl, da de forårsager ubalancerede strømme i systemet.

Op til ovenstående diskussion omfatter usymmetriske fejl både fejl i åbent kredsløb (enkelt- og tofaset åben tilstand) og kortslutningsfejl (undtagen L-L-L-G og L-L-L-L).

Figuren nedenfor viser de tre typer af symmetriske fejl, der opstår som følge af kortslutningsforhold, nemlig fase- eller linje mod jord (L-G) fejl, fase mod fase (L-L) fejl og dobbelt linje mod jord (L-L-G) fejl.

En enkelt linje mod jord (LG) fejl er en af de mest almindelige fejl, og erfaringerne viser, at 70-80 procent af de fejl, der opstår i elsystemet, er af denne type. Denne danner en kortslutningsvej mellem linje og jord. Disse fejl er meget mindre alvorlige end andre fejl.

En linje til linje-fejl opstår, når en spændingsførende leder kommer i kontakt med en anden spændingsførende leder. Kraftig vind er den vigtigste årsag til denne fejl, hvor svingende luftledere kan berøre hinanden. Det er mindre alvorlige fejl, og deres forekomst kan ligge på mellem 15-20 %.

I dobbelte fejl mellem linje og jord kommer to linjer i kontakt med hinanden og med jorden. Der er tale om alvorlige fejl, og forekomsten af disse fejl er ca. 10 % sammenlignet med de samlede systemfejl.

Insymmetriske fejl analyseres ved hjælp af metoder til usymmetriske komponenter med henblik på at bestemme spændingen og strømmene i alle dele af systemet. Analysen af disse fejl er vanskeligere sammenlignet med symmetriske fejl.

Denne analyse er nødvendig for at bestemme størrelsen af en afbryder til den største kortslutningsstrøm. Den største strøm opstår normalt for enten L-G- eller L-L-fejl.

Beskyttelsesanordninger mod fejl

Når fejlen opstår i en hvilken som helst del af systemet, skal den ryddes i løbet af meget kort tid for at undgå større skader på udstyr og personale og også for at undgå afbrydelse af strømmen til kunderne.

Fejludliggørelsessystemet anvender forskellige beskyttelsesanordninger såsom relæer og afbrydere til at opdage og udrydde fejlen.
Nogle af disse fejludlignings- eller fejlbegrænsningsanordninger er angivet nedenfor.

Sikring

Den åbner kredsløbet, når der er en fejl i systemet. Den består af en tynd kobbertråd, der er omsluttet af et glas eller et hylster med to metalkontakter. Den høje fejlstrøm øger temperaturen i ledningen, og den smelter derfor. En sikring gør det nødvendigt at udskifte ledningen manuelt hver gang, når den brænder.

Sikring

Afbryder

Det er den mest almindelige beskyttelsesanordning, der kan skabe eller afbryde kredsløbet enten manuelt eller via fjernbetjening under normale driftsbetingelser.

Der findes flere typer af afbrydere afhængigt af driftsspændingen, herunder luftbremse-, olie-, vakuum- og SF6-afbrydere. For yderligere oplysninger om afbrydere, følg vedlagte link.

Læs :Forskellige typer af afbrydere

Beskyttelsesrelæer

Dette er fejlfindingsanordninger. Disse anordninger registrerer fejlen og iværksætter driften af afbryderen for at isolere det defekte kredsløb. Et relæ består af en magnetspole og kontakter (NC og NO). Fejlstrømmen aktiverer spolen, og dette medfører, at der dannes et felt, hvorved kontakterne aktiveres.

Nogle af typerne af beskyttelsesrelæer omfatter

• Magnetrelæer
• Impedansrelæer
• Direktionsrelæer
• Pilotrelæer
• Differentialrelæer

Læs :Klassificering af relæer

Lysafbryder

Spændinger i elnettet, der opstår, når lynet slår ned på transmissionslinjer og udstyr. Dette forårsager høj spænding og høje strømme i systemet. Disse lynfejl reduceres ved at placere lynafledere ved transmissionsudstyr.

Billedbidragere:

1)Elektriske fejl: forschung-strømnetze.info

2)Sikring : hayley-group.co.uk

3)Afbryder : oez.com

4)Relæer: epub1.rockwellautomation.com