Bevezetés a villamos hibákba

A villamos hálózatok, gépek és berendezések működés közben gyakran különböző típusú hibáknak vannak kitéve. Hiba esetén a gépek jellemző értékei (pl. impedancia) a meglévő értékekről különböző értékekre változhatnak, amíg a hiba el nem hárul.

A villamosenergia-rendszer hálózatában sokféle valószínűséggel előfordulhatnak hibák, pl. világítás, szél, vezetékre dőlő fa, készülékhiba stb.

Elektromos hibák

A villamos energia rendszerben fellépő hiba úgy definiálható, mint , a rendszer bármely rendellenes állapota, amely a berendezések elektromos meghibásodásával jár, mint például , transzformátorok, generátorok, gyűjtősínek stb.

A hiba kezdete magában foglalja a szigetelési hibákat és a vezető út hibáit is, amelyek a vezetők rövidzárlatát és nyílt áramkörét eredményezik.

Normális vagy biztonságos működési feltételek mellett a villamosenergia-hálózat elektromos berendezései normál feszültség- és áramerősséggel működnek. Amint a hiba bekövetkezik egy áramkörben vagy berendezésben, a feszültség- és áramértékek eltérnek a névleges tartományaiktól.

A villamos hálózatban fellépő hibák túláramot, alulfeszültséget, a fázisok kiegyensúlyozatlanságát, fordított teljesítményt és nagyfeszültségű túlfeszültséget okoznak. Ez a hálózat normál működésének megszakadását, a berendezések meghibásodását, elektromos tüzeket stb. eredményezi.

A villamosenergia-rendszer hálózatait általában kapcsoló-védelmi berendezésekkel, például megszakítókkal és relékkel védik, hogy korlátozzák az elektromos hibák miatti szolgáltatáskiesést.

A hibák típusai

A háromfázisú villamosenergia-rendszerben fellépő elektromos hibákat elsősorban két típusba, a nyílt és rövidzárlatos hibákba sorolják. Továbbá ezek a hibák lehetnek szimmetrikus vagy nem szimmetrikus hibák. Részletesen tárgyaljuk ezeket a hibákat.

Nyílt áramkörös hibák

Ezek a hibák egy vagy több vezető meghibásodása miatt lépnek fel. Az alábbi ábra egy, két és három fázis (vagy vezető) nyitott állapotára vonatkozó nyílt áramköri hibákat szemlélteti.

Ezek a hibák leggyakoribb okai közé tartoznak a kábelek és felsővezetékek közös hibái, valamint a megszakító egy vagy több fázisának meghibásodása, továbbá egy vagy több fázis biztosítékának vagy vezetőjének megolvadása miatt.

A nyílt áramköri hibákat soros hibáknak is nevezik. Ezek nem szimmetrikus vagy kiegyensúlyozatlan típusú hibák, kivéve a háromfázisú nyílt hibát.

A nyílt áramköri hiba bekövetkezése előtt egy távvezeték kiegyensúlyozott terheléssel működik. Ha az egyik fázis megolvad, a generátor tényleges terhelése csökken, és ez a generátor gyorsulásának növekedését okozza, ezáltal a szinkronsebességnél valamivel nagyobb fordulatszámon fut. Ez a túlfordulás túlfeszültséget okoz a többi távvezetéken.

Így az egy- és kétfázisú nyílt állapotok a villamosenergia-rendszer feszültségeinek és áramainak kiegyensúlyozatlanságát eredményezhetik, ami nagy károkat okoz a berendezésekben.

Okok

Egy vagy több fázisban eltört vezeték és a megszakító hibás működése.

Hatások

• A rendszer rendellenes működése
• Veszély a személyzetre, valamint az állatokra
• A feszültségek normál értékek feletti túllépése a hálózat egyes részein, ami tovább vezet szigetelési hibákhoz és rövidzárlatok kialakulásához.

Bár a nyílt áramköri hibák hosszabb ideig elviselhetők, mint a rövidzárlatok, ezeket a nagyobb károk csökkentése érdekében minél előbb meg kell szüntetni.

Rövidzárlati hibák

A rövidzárlatot két különböző potenciálú pont közötti, akár szándékosan, akár véletlenül létrejött, nagyon alacsony impedanciájú rendellenes összeköttetésként lehet meghatározni.

Ezek a leggyakoribb és legsúlyosabb hibafajták, amelyek a berendezéseken vagy távvezetékeken keresztül abnormálisan nagy áramok áramlását eredményezik. Ha ezek a hibák akár csak rövid ideig is fennállnak, a berendezés nagymértékű károsodásához vezetnek.

A rövidzárlati hibákat sönthibáknak is nevezik. Ezeket a hibákat a fázisvezetők közötti szigetelési hiba vagy a föld és a fázisvezetők közötti szigetelési hiba vagy mindkettő okozza.

A különböző lehetséges rövidzárlati hibaállapotok közé tartozik a három fázis a földhöz, a három fázis a földtől mentes, a fázis a fázishoz, az egyfázis a földhöz, a kétfázis a földhöz és a fázis a fázishoz és az egyfázis a földhöz, ahogy az ábrán látható.

A háromfázis a földtől mentes és a háromfázis a földhöz hiba kiegyensúlyozott vagy szimmetrikus rövidzárlati hibák, míg a többi hiba nem szimmetrikus hiba.

Az okok

Ezek lehetnek belső vagy külső hatások

• A belső hatások közé tartozik a távvezetékek vagy berendezések meghibásodása, a szigetelés elöregedése, a generátor, a transzformátor és más elektromos berendezések szigetelésének romlása, a helytelen telepítés és a nem megfelelő tervezés.
• A külső hatások közé tartozik a berendezések túlterhelése, a szigetelés meghibásodása a világítási túlfeszültségek miatt és a közönség által okozott mechanikai sérülés.

Hatások

• Az ívhibák tüzet és robbanást okozhatnak a berendezésekben, például a transzformátorokban és a megszakítókban.
• A rendellenes áramok a berendezések túlmelegedését okozzák, ami tovább csökkenti a szigetelés élettartamát.
• A rendszer üzemi feszültségei az elfogadható értékek alá vagy fölé mehetnek, ami káros hatást gyakorol az energiarendszer által nyújtott szolgáltatásra.
• A teljesítményáramlás erősen korlátozott vagy akár teljesen blokkolt, amíg a rövidzárlati hiba fennáll.

Szimmetrikus és nem szimmetrikus hibák

Amint azt fentebb tárgyaltuk, a hibákat elsősorban nyílt és rövidzárlati hibákra osztják, és ezek ismét lehetnek szimmetrikus vagy nem szimmetrikus hibák.

Szimmetrikus hibák

A szimmetrikus hiba szimmetrikus hibaáramokhoz vezet, amelyek 1200 egymással eltolódnak. A szimmetrikus hibát szimmetrikus hibának is nevezik. Ez a hiba akkor lép fel, amikor mindhárom fázis egyidejűleg rövidre zárul.

Ezek a hibák a gyakorlatban ritkán fordulnak elő a nem szimmetrikus hibákhoz képest. A szimmetrikus hibák két fajtája a vonal-vonal-vonal (L-L-L) és a vonal-vonal-vonal-föld (L-L-L-G), ahogy az alábbi ábrán látható.

A szimmetrikus hibák durva előfordulása az összes rendszerhiba 2-5%-a között mozog. Ha azonban ezek a hibák előfordulnak, nagyon súlyos károkat okoznak a berendezésekben, még akkor is, ha a rendszer kiegyensúlyozott állapotban marad.

Ezeknek a hibáknak az elemzése szükséges a megszakítók megszakítási kapacitásának kiválasztásához, a beállított fázisú relék és más védő kapcsolóberendezések kiválasztásához. Ezeket a hibákat fázisonként elemezzük a buszimpedancia-mátrix vagy a Thevenins-tétel segítségével.

Nem szimmetrikus hibák

A villamosenergia-rendszer hálózatában előforduló leggyakoribb hibák a nem szimmetrikus hibák. Ez a fajta hiba nem szimmetrikus (különböző nagyságú, egyenlőtlen fáziseltolódású) hibaáramokhoz vezet. Ezeket a hibákat kiegyensúlyozatlan hibáknak is nevezik, mivel kiegyensúlyozatlan áramokat okoznak a rendszerben.

A fenti értekezés szerint a nem szimmetrikus hibák közé tartoznak mind a nyílt áramköri hibák (egy- és kétfázisú nyílt állapot), mind a rövidzárlati hibák (kivéve az L-L-L-G és L-L-L).

Az alábbi ábra a rövidzárlatos állapotok miatt előforduló szimmetrikus hibák három típusát mutatja, nevezetesen a fázis- vagy vezeték-föld (L-G) hibát, a fázis-fázis (L-L) hibát és a kettős vezeték-föld (L-L-G) hibát.

A szimpla vezeték-föld (LG) hiba az egyik leggyakoribb hiba, és a tapasztalatok szerint az elektromos rendszerben előforduló hibák 70-80 százaléka ilyen típusú. Ilyenkor rövidzárlatos útvonal alakul ki a vezeték és a föld között. Ezek nagyon kevésbé súlyos hibák, mint a többi hiba.

A vonalvezetési hiba akkor fordul elő, amikor egy feszültség alatt álló vezető érintkezik egy másik feszültség alatt álló vezetővel. Az erős szél a fő oka ennek a hibának, amely során a felsővezetők lengése összeérhet. Ezek kevésbé súlyos hibák, és előfordulási gyakorisága 15-20% között lehet.

A kettős vezeték-föld hiba esetén két vezeték érintkezik egymással és a földdel. Ezek súlyos hibák, és előfordulási gyakoriságuk a teljes rendszerhibákhoz képest 10% körüli.

A nem szimmetrikus hibákat a nem szimmetrikus komponensek módszereivel elemzik, hogy a rendszer minden részében meghatározzák a feszültséget és az áramokat. Ezeknek a hibáknak az elemzése nehezebb a szimmetrikus hibákhoz képest.

Ez az elemzés a legnagyobb rövidzárlati áramhoz szükséges megszakító méretének meghatározásához szükséges. A nagyobb áram általában L-G vagy L-L hiba esetén fordul elő.

Hibák elleni védőberendezések

Ha a rendszer bármelyik részében bekövetkezik a hiba, azt nagyon rövid időn belül el kell hárítani, hogy elkerülhető legyen a berendezések és a személyzet nagyobb károsodása, valamint a fogyasztók áramellátásának megszakadása.

A hibaelhárító rendszer különböző védelmi eszközöket, például reléket és megszakítókat használ a hiba észlelésére és elhárítására.
Ezek közül néhány hibaelhárító vagy hibát korlátozó eszköz az alábbiakban található.

Biztosító

Az áramkört megnyitja, ha a rendszerben hiba van. Egy üvegbe vagy burkolatba zárt vékony rézhuzalból áll, két fémérintkezővel. A nagy hibaáram megemeli a huzal hőmérsékletét, így az megolvad. A biztosíték minden alkalommal szükségessé teszi a vezeték kézi cseréjét, amikor kiég.

A biztosíték

Megszakító

A leggyakoribb védelmi eszköz, amely normál üzemi körülmények között kézzel vagy távirányítással képes az áramkört létrehozni vagy megszakítani.

A megszakítóknak több típusa létezik az üzemi feszültségtől függően, beleértve a légfékes, olajos, vákuumos és SF6 megszakítókat. A megszakítókkal kapcsolatos további információkért kövesse a mellékelt linket.

Read :A megszakítók különböző típusai

Védőrelék

Ezek a hibaérzékelő eszközök. Ezek az eszközök észlelik a hibát, és elindítják a megszakító működését a hibás áramkör leválasztása érdekében. A relé mágnestekercsből és érintkezőkből (NC és NO) áll. A hibaáram feszültség alá helyezi a tekercset, és ez mezőt hoz létre, ezáltal az érintkezők működésbe lépnek.

A védőrelék egyes típusai közé tartoznak

• Mágnás relék
• Impedanciarelék
• Direkciós relék
• Pilótarelék
• Differenciális relék

olvasd :A relék osztályozása

Villámhárító

A villámcsapások a villamosenergia-hálózatban akkor keletkeznek, ha villámcsapás éri a távvezetékeket és a berendezéseket. Ez nagy feszültséget és áramot okoz a rendszerben. Ezeket a világítási hibákat az átviteli berendezéseknél elhelyezett világításlevezetőkkel csökkentik.

Image Contributors:

1)Elektromos hibák: forschung-stromnetze.info

2) Biztosító : hayley-group.co.uk

3)Megszakító : oez.com

4)Relék: epub1.rockwellautomation.com