Johdatus sähköisiin vikoihin

Sähköverkkoihin, -koneisiin ja -laitteistoihin kohdistuu usein erilaisia vikoja niiden ollessa toiminnassa. Kun vika ilmenee, koneiden ominaisarvot (kuten impedanssi) voivat muuttua nykyisistä arvoista eri arvoihin, kunnes vika on poistunut.

Sähköverkon verkossa voi esiintyä paljon vikojen todennäköisyyksiä, kuten valaistus, tuuli, puiden kaatuminen linjoille, laiteviat jne.

Sähköviat

Sähkövoimajärjestelmän vika voidaan määritellä seuraavasti: , mikä tahansa järjestelmän epänormaali tila, johon liittyy laitteiden, kuten , muuntajien, generaattoreiden, virtakiskojen jne. sähköinen vika.

Vian syntyyn liittyy myös eristysvikoja ja johtoratojen vikoja, jotka johtavat johtimien oikosulkuun ja avoimiin virtapiireihin.

Normaaleissa tai turvallisissa käyttöolosuhteissa sähköverkon sähkölaitteet toimivat normaaleilla jännite- ja virtamäärillä. Kun virtapiirissä tai laitteessa tapahtuu vika, jännitteen ja virran arvot poikkeavat nimellisarvoista.

Sähköverkon viat aiheuttavat ylivirtaa, alijännitettä, vaiheiden epätasapainoa, käänteistehoa ja korkeajännitepiikkejä. Tämä johtaa verkon normaalin toiminnan keskeytymiseen, laitteiden vikaantumiseen, sähköpaloihin jne.

Sähköverkkoja suojataan yleensä kytkinten suojalaitteilla, kuten katkaisijoilla ja releillä, jotta sähkövikojen aiheuttamia käyttökatkoksia voidaan rajoittaa.

Vikojen tyypit

Kolmivaiheisessa sähköjärjestelmässä esiintyvät sähköviat luokitellaan pääasiassa kahteen tyyppiin, nimittäin avo- ja oikosulkuvikoihin. Lisäksi nämä viat voivat olla symmetrisiä tai epäsymmetrisiä vikoja. Käsitellään näitä vikoja yksityiskohtaisesti.

Avoimen piirin viat

Nämä viat johtuvat yhden tai useamman johtimen vikaantumisesta. Alla olevassa kuvassa havainnollistetaan avoimen piirin vikoja yhden, kahden ja kolmen vaiheen (tai johtimen) avoimessa tilassa.

Yleisimpiä syitä näille vioille ovat kaapeleiden ja ilmajohtojen liitosviat ja katkaisijan yhden tai useamman vaiheen vikaantuminen sekä sulakkeen tai johtimen sulaminen yhdessä tai useammassa vaiheessa.

Avoimeen piiriin kuuluvia vikoja kutsutaan myös sarjavioiksi. Ne ovat epäsymmetrisiä tai epätasapainotyyppisiä vikoja lukuun ottamatta kolmivaiheista avovikaa.

Voidaan ajatella, että siirtojohto toimii tasapainoisella kuormalla ennen avovian esiintymistä. Jos yksi vaihe sulaa, vaihtovirtageneraattorin todellinen kuormitus pienenee ja tämä aiheuttaa vaihtovirtageneraattorin kiihtyvyyden nousun, jolloin se käy nopeudella, joka on hieman suurempi kuin synkroninopeus. Tämä ylinopeus aiheuttaa ylijännitteitä muissa siirtojohdoissa.

Siten yksi- ja kaksivaiheiset avoimet tilat voivat aiheuttaa sähköjärjestelmän jännitteiden ja virtojen epätasapainon, joka aiheuttaa suuria vahinkoja laitteille.

Syyt

Murtunut johdin ja katkaisijan toimintahäiriö yhdessä tai useammassa vaiheessa.

Vaikutukset

• Verkon epänormaali toiminta
• Vaara henkilöstölle sekä eläimille
• Jännitteiden ylittyminen yli normaaliarvojen tietyissä verkon osissa, mikä edelleen johtaa eristysvikoihin ja oikosulkuvikojen kehittymiseen.

Vaikka avovikoja voidaan sietää pidempään kuin oikosulkuvikoja, ne on poistettava mahdollisimman aikaisin suurempien vahinkojen vähentämiseksi.

Oikosulkuviat

Oikosulku voidaan määritellä epänormaaliksi, hyvin pienen impedanssin omaavaksi yhteydeksi kahden eri potentiaalin omaavan pisteen välillä riippumatta siitä, tehdäänkö se tahallisesti vai vahingossa.

Nämä ovat yleisimpiä ja vakavimpia vikatyyppejä, jotka johtavat epänormaalin suurten virtojen kulkuun laitteiston tai siirtojohtojen läpi. Jos näiden vikojen annetaan jatkua edes lyhyen aikaa, ne johtavat laitteiden laajoihin vaurioihin.

Oikosulkuvikoja kutsutaan myös shunttivioiksi. Nämä viat johtuvat eristysvioista vaihejohtimien välillä tai maan ja vaihejohtimien välillä tai molempien välillä.

Erilaisia mahdollisia oikosulkuvirhetilanteita ovat kolmivaiheinen oikosulkuvirta maahan, kolmivaiheinen oikosulkuvirta maasta, kolmivaiheinen oikosulkuvirta vaiheesta vaiheeseen, yksivaiheinen oikosulkuvirta maahan, kaksivaiheinen oikosulkuvirta maasta, kaksivaiheinen oikosulkuvirta maasta, ja vaihe vaihe vaiheesta vaiheeseen ja yksivaiheisesta oikosulkuvirrasta yhteen, kuten on esitetty kuviossa.

Syyt

Syyt voivat johtua sisäisistä tai ulkoisista vaikutuksista

• Sisäisiä vaikutuksia ovat mm. siirtojohtojen tai -laitteiden rikkoutuminen, eristeiden vanheneminen, eristeiden heikkeneminen generaattoreissa, muuntajissa ja muissa sähkölaitteissa, vääränlaiset asennukset ja riittämätön mitoitus.
• Ulkoisia vaikutuksia ovat mm. laitteiden ylikuormittuminen, valaistusylijännitteistä johtuvat eristeiden vikaantumiset ja yleisön mekaaniset vauriot.

Vaikutukset

• Kaariviat voivat johtaa tulipaloon ja räjähdykseen laitteissa, kuten muuntajissa ja katkaisijoissa.
• Epänormaalit virrat aiheuttavat laitteiden ylikuumenemista, mikä edelleen johtaa niiden eristyksen käyttöiän lyhenemiseen.
• Verkon käyttöjännitteet voivat alittaa tai ylittää hyväksymisarvonsa, mikä aiheuttaa haitallista vaikutusta sähköjärjestelmän tarjoamiin palveluihin.
• Sähkönkulku on vakavasti rajoitettu tai jopa kokonaan estynyt niin kauan kuin oikosulkuvika jatkuu.

Symmetriset ja epäsymmetriset viat

Kuten edellä käsiteltiin, että viat luokitellaan pääasiassa avo- ja oikosulkuvikoihin, ja nämäkin voivat olla symmetrisiä tai epäsymmetrisiä vikoja.

Symmetriset viat

Symmetrinen vika synnyttää symmetrisiä vikavirtoja, jotka ovat siirtyneet 1200 toisiinsa nähden. Symmetristä vikaa kutsutaan myös tasapainovikaksi. Tämä vika syntyy, kun kaikki kolme vaihetta ovat samanaikaisesti oikosulussa.

Tällaisia vikoja esiintyy käytännössä harvoin verrattuna epäsymmetrisiin vikoihin. Kahdenlaisia symmetrisiä vikoja ovat linja linjasta linjaan (L-L-L) ja linja linjasta linjaan maahan (L-L-L-G), kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Symmetristen vikojen karkea esiintyvyys on 2-5 % järjestelmän kokonaisvioista. Jos näitä vikoja kuitenkin esiintyy, ne aiheuttavat erittäin vakavia vaurioita laitteille, vaikka järjestelmä pysyy tasapainoisessa tilassa.

Tällaisten vikojen analysointia tarvitaan katkaisijoiden katkaisukyvyn valitsemiseksi, asetusvaihereleiden ja muiden suojakytkinlaitteiden valitsemiseksi. Nämä viat analysoidaan vaihekohtaisesti käyttäen väyläimpedanssimatriisia tai Theveninsin teoreemaa.

Epäsymmetriset viat

Yleisimmät sähköverkossa esiintyvät viat ovat epäsymmetrisiä vikoja. Tällainen vika synnyttää epäsymmetrisiä vikavirtoja (joilla on eri suuruusluokat ja epätasainen vaihesiirtymä). Näitä vikoja kutsutaan myös epäsymmetrisiksi vioiksi, koska ne aiheuttavat järjestelmässä epäsymmetrisiä virtoja.

Yllä olevan keskustelun perusteella epäsymmetrisiin vikoihin kuuluvat sekä avoimen virtapiirin viat (yksi- ja kaksivaiheinen avoin tila) että oikosulkuviat (lukuun ottamatta L-L-L-G ja L-L-L).

Oheisessa kuvassa on esitetty oikosulkutilanteen vuoksi esiintyvät kolmenlaiset symmetriset viat, nimittäin vaihe- tai linjan ja maan välinen vika (L-G), vaiheen ja vaiheen välinen vika (L-L) ja kaksoislinjan ja maan välinen vika (L-L-G).

Yksittäinen linjan ja maan välinen vika (LG-vika, line-to-ground fault) on yleisimpiä vikoja, ja kokemukset ovat osoittaneet, että 70-80 prosenttia sähköjärjestelmässä esiintyvistä vioista on tämän tyyppisiä. Tällöin muodostuu oikosulkupolku johdon ja maan välille. Nämä ovat hyvin lieviä vikoja verrattuna muihin vikoihin.

Johdon ja johdon välinen vika syntyy, kun jännitteinen johdin joutuu kosketuksiin toisen jännitteisen johtimen kanssa. Voimakkaat tuulet ovat tärkein syy tähän vikaan, jonka aikana ilmajohtimien heilahtelu voi koskettaa toisiaan. Nämä ovat vähemmän vakavia vikoja, ja niiden esiintyvyys voi olla 15-20 %.

Kaksoisjohtimen ja maan välisissä vioissa kaksi johtoa koskettaa sekä toisiaan että maata. Nämä ovat vakavia vikoja, ja näiden vikojen esiintyvyys on noin 10 % verrattuna järjestelmän kokonaisvikoihin.

Epäsymmetriset viat analysoidaan epäsymmetristen komponenttien menetelmillä, jotta voidaan määrittää jännitteet ja virrat järjestelmän kaikissa osissa. Näiden vikojen analysointi on vaikeampaa verrattuna symmetrisiin vikoihin.

Tämä analyysi on tarpeen, jotta voidaan määrittää katkaisijan koko suurinta oikosulkuvirtaa varten. Suurempi virta esiintyy yleensä joko L-G- tai L-L-viassa.

Suojalaitteet vikoja vastaan

Kun vika ilmenee missä tahansa järjestelmän osassa, se on poistettava hyvin lyhyessä ajassa, jotta vältetään suuremmat vahingot laitteille ja henkilökunnalle sekä vältetään sähkönjakelun keskeytyminen asiakkaille.

Vian selvitysjärjestelmässä käytetään erilaisia suojalaitteita, kuten releitä ja katkaisijoita, vian havaitsemiseen ja selvittämiseen.
Joitakin näistä vian selvitys- tai vianrajoituslaitteista on esitetty alla.

Sulake

Se avaa virtapiirin aina, kun järjestelmässä on vika. Se koostuu ohuesta kuparilangasta, joka on suljettu lasiin tai koteloon, jossa on kaksi metallikosketinta. Suuri vikavirta nostaa langan lämpötilaa ja siten se sulaa. Sulake edellyttää langan vaihtamista käsin joka kerta, kun se räjähtää.

Sulake

Katkaisija

Se on yleisin suojalaite, jolla virtapiiri voidaan sulkea tai katkaista joko käsin tai kauko-ohjauksen avulla normaaleissa käyttöolosuhteissa.

Käytettävissä on useita katkaisijatyyppejä käyttöjännitteestä riippuen, mukaan lukien paineilmajarru-, öljyn-, tyhjiö- ja SF6-virtakatkaisimet. Lisätietoja katkaisijoista saat oheisesta linkistä.

Lue :Erilaisia katkaisijatyyppejä

Suojareleet

Nämä ovat vianilmaisimia. Nämä laitteet havaitsevat vian ja käynnistävät katkaisijan toiminnan viallisen piirin eristämiseksi. Rele koostuu magneettikäämistä ja koskettimista (NC ja NO). Vikavirta virittää kelan ja tämä aiheuttaa kentän, jolloin koskettimet aktivoituvat.

Joitakin suojareleiden tyyppejä ovat muun muassa

• Magnitudireleet
• Impedanssireleet
• Suuntareleet
• Pilottireleet
• Differentiaalireleet

Lue :Releiden luokittelu

Valaistussuoja

Sähköverkkoon aiheutuu jännitteitä, kun salama iskee voimajohtoihin ja laitteisiin. Tämä aiheuttaa järjestelmään suuria jännitteitä ja virtoja. Näitä valaistusvikoja vähennetään sijoittamalla valaistuspidättimet siirtolaitteisiin.

Kuvantekijät:

1)Sähköviat: forschung-stromnetze.info

2) Sulake : hayley-group.co.uk

3)Katkaisija : oez.com

4)Releet: epub1.rockwellautomation.com