Introduzione ai guasti elettrici

Reti elettriche, macchine e attrezzature sono spesso soggette a vari tipi di guasti mentre sono in funzione. Quando si verifica un guasto, i valori caratteristici (come l’impedenza) delle macchine possono cambiare dai valori esistenti a valori diversi fino a quando il guasto viene eliminato.

Ci possono essere molte probabilità di guasti che appaiono nella rete del sistema elettrico, tra cui illuminazione, vento, caduta di alberi sulle linee, guasti alle apparecchiature, ecc.

Guasti elettrici

Un guasto in un sistema elettrico può essere definito come, qualsiasi condizione anomala del sistema che comporta il guasto elettrico delle apparecchiature, come, trasformatori, generatori, sbarre, ecc.

L’inizio del guasto coinvolge anche guasti di isolamento e guasti del percorso di conduzione che risulta cortocircuito e circuito aperto dei conduttori.

In condizioni operative normali o sicure, le apparecchiature elettriche in una rete di sistema di potenza funzionano a tensione e corrente normali. Una volta che il guasto ha luogo in un circuito o dispositivo, i valori di tensione e corrente deviano dai loro intervalli nominali.

I guasti nel sistema elettrico causano sovracorrente, sotto tensione, squilibrio delle fasi, potenza invertita e picchi di alta tensione. Questo provoca l’interruzione del normale funzionamento della rete, guasti alle apparecchiature, incendi elettrici, ecc.

Di solito le reti del sistema elettrico sono protette con dispositivi di protezione come interruttori e relè per limitare la perdita di servizio dovuta ai guasti elettrici.

Tipi di guasti

I guasti elettrici nel sistema elettrico trifase sono classificati principalmente in due tipi, cioè guasti di circuito aperto e corto circuito. Inoltre, questi guasti possono essere simmetrici o asimmetrici. Discutiamo questi guasti in dettaglio.

Guasti a circuito aperto

Questi guasti si verificano a causa del guasto di uno o più conduttori. La figura qui sotto illustra i guasti a circuito aperto per una, due e tre fasi (o conduttori) condizione aperta.

Le cause più comuni di questi guasti includono guasti congiunti di cavi e linee aeree, e guasto di una o più fasi dell’interruttore di circuito e anche a causa della fusione di un fusibile o conduttore in una o più fasi.

I guasti a circuito aperto sono anche chiamati guasti in serie. Questi sono guasti di tipo asimmetrico o sbilanciato, eccetto il guasto aperto trifase.

Considerate che una linea di trasmissione sta lavorando con un carico bilanciato prima del verificarsi del guasto di circuito aperto. Se una delle fasi si fonde, il carico effettivo dell’alternatore si riduce e questo fa aumentare l’accelerazione dell’alternatore, che quindi funziona a una velocità leggermente superiore a quella sincrona. Questa velocità eccessiva causa sovratensioni in altre linee di trasmissione.

Quindi, le condizioni di apertura di una o due fasi possono produrre lo squilibrio delle tensioni e delle correnti del sistema di alimentazione che causa grandi danni alle apparecchiature.

Cause

Conduttore rotto e malfunzionamento dell’interruttore in una o più fasi.

Effetti

• Funzionamento anomalo del sistema
• Pericolo per il personale e gli animali
• Superamento delle tensioni oltre i valori normali in certe parti della rete, che porta a guasti di isolamento e sviluppo di guasti di cortocircuito.

Anche se i guasti a circuito aperto possono essere tollerati più a lungo di quelli a corto circuito, questi devono essere rimossi il più presto possibile per ridurre i danni maggiori.

Guasti di cortocircuito

Un cortocircuito può essere definito come un collegamento anomalo di impedenza molto bassa tra due punti di potenziale diverso, fatto intenzionalmente o accidentalmente.

Sono il tipo di guasto più comune e grave, che provoca il flusso di alte correnti anormali attraverso le apparecchiature o le linee di trasmissione. Se questi guasti sono permessi per persistere anche per un breve periodo, porta al danno esteso all’attrezzatura.

I guasti del circuito corto sono anche chiamati guasti shunt. Questi guasti sono causati dal guasto dell’isolamento tra i conduttori di fase o tra la terra e i conduttori di fase o entrambi.

Le varie condizioni possibili di guasto di cortocircuito includono tre fasi a terra, tre fasi libere da terra, fase a fase, fase singola a terra, due fasi a terra e fase a fase più fase singola a terra come mostrato in figura.

I guasti di tre fasi libere da terra e tre fasi a terra sono guasti di corto circuito bilanciati o simmetrici mentre gli altri guasti rimanenti sono guasti asimmetrici.

Cause

Queste possono essere dovute a effetti interni o esterni

• Gli effetti interni includono guasti di linee di trasmissione o attrezzature, invecchiamento dell’isolamento, deterioramento dell’isolamento nel generatore, trasformatore e altre attrezzature elettriche, installazioni improprie e design inadeguato.
• Gli effetti esterni includono sovraccarico delle attrezzature, guasto dell’isolamento dovuto a sovracorrenti e danno meccanico da parte del pubblico.

Effetti

• I guasti all’arco possono portare a incendi ed esplosioni in apparecchiature come trasformatori e interruttori.
• Correnti anomale causano il surriscaldamento delle apparecchiature, che porta ulteriormente alla riduzione della durata del loro isolamento.
• Le tensioni operative del sistema possono andare sotto o sopra i loro valori di accettazione che creano effetti dannosi al servizio reso dal sistema elettrico.
• Il flusso di potenza è gravemente limitato o addirittura completamente bloccato finché il guasto di cortocircuito persiste.

Guasti simmetrici e asimmetrici

Come discusso sopra, i guasti sono principalmente classificati in guasti di circuito aperto e cortocircuito e anche questi possono essere guasti simmetrici o asimmetrici.

Guasti simmetrici

Un guasto simmetrico dà luogo a correnti di guasto simmetriche che sono spostate l’una rispetto all’altra. Il guasto simmetrico è anche chiamato guasto bilanciato. Questo guasto si verifica quando tutte e tre le fasi sono simultaneamente in corto circuito.

Questi guasti si verificano raramente nella pratica rispetto ai guasti asimmetrici. Due tipi di guasti simmetrici includono linea a linea a linea (L-L-L) e linea a linea a linea a terra (L-L-L-G) come mostrato nella figura sottostante.

Un’occorrenza approssimativa di guasti simmetrici è nell’ordine del 2-5% dei guasti totali del sistema. Tuttavia, se questi guasti si verificano, causano un danno molto grave alle apparecchiature anche se il sistema rimane in condizioni di equilibrio.

L’analisi di questi guasti è necessaria per selezionare la capacità di rottura degli interruttori, scegliere i relè di fase e altri dispositivi di protezione. Questi guasti sono analizzati per fase usando la matrice di impedenza del bus o il teorema di Thevenins.

Guasti asimmetrici

I guasti più comuni che si verificano nella rete del sistema elettrico sono guasti asimmetrici. Questo tipo di guasto dà origine a correnti di guasto asimmetriche (che hanno magnitudini diverse con uno spostamento di fase disuguale). Questi guasti sono anche chiamati guasti sbilanciati perché causano correnti sbilanciate nel sistema.

Fino alla discussione precedente, i guasti asimmetrici includono sia i guasti a circuito aperto (condizione aperta monofase e bifase) che i guasti di corto circuito (esclusi L-L-L-G e L-L-L).

La figura seguente mostra i tre tipi di guasti simmetrici che si verificano a causa delle condizioni di cortocircuito, cioè guasto fase o linea a terra (L-G), guasto fase-fase (L-L) e guasto doppia linea a terra (L-L-G).

Un singolo guasto linea-terra (LG) è uno dei guasti più comuni e le esperienze mostrano che il 70-80% dei guasti che si verificano nel sistema elettrico sono di questo tipo. Questo forma un percorso di corto circuito tra la linea e la terra. Questi sono guasti molto meno gravi rispetto ad altri guasti.

Un guasto da linea a linea si verifica quando un conduttore vivo entra in contatto con un altro conduttore vivo. I venti forti sono la causa principale di questo guasto durante il quale l’oscillazione dei conduttori aerei può toccare insieme. Questi sono guasti meno gravi e la sua gamma di occorrenza può essere tra 15-20%.

Nella doppia linea ai guasti di terra, due linee entrano in contatto tra loro e con la terra. Questi sono guasti gravi e l’occorrenza di questi guasti è circa il 10% rispetto ai guasti totali del sistema.

I guasti asimmetrici sono analizzati usando metodi di componenti asimmetrici per determinare la tensione e le correnti in tutte le parti del sistema. L’analisi di questi guasti è più difficile rispetto ai guasti simmetrici.

Questa analisi è necessaria per determinare la dimensione di un interruttore per la maggiore corrente di corto circuito. La corrente maggiore di solito si verifica per un guasto L-G o L-L.

Dispositivi di protezione contro i guasti

Quando il guasto si verifica in qualsiasi parte del sistema, deve essere eliminato in un periodo molto breve per evitare maggiori danni alle apparecchiature e al personale e anche per evitare l’interruzione di corrente ai clienti.

Il sistema di eliminazione dei guasti utilizza vari dispositivi di protezione come relè e interruttori automatici per rilevare e eliminare il guasto.
Alcuni di questi dispositivi di eliminazione o limitazione dei guasti sono riportati di seguito.

Fusibile

Apre il circuito ogni volta che esiste un guasto nel sistema. Consiste in un sottile filo di rame racchiuso in un vetro o in un involucro con due contatti metallici. L’alta corrente di guasto aumenta la temperatura del filo e quindi si fonde. Un fusibile richiede la sostituzione manuale del filo ogni volta che si brucia.

Fusibile

Interruttore

È il dispositivo di protezione più comune che può fare o interrompere il circuito manualmente o tramite controllo remoto in condizioni operative normali.

Ci sono diversi tipi di interruttori disponibili a seconda della tensione operativa, compresi gli interruttori ad aria, olio, vuoto e SF6. Per maggiori informazioni sugli interruttori, segui il link allegato.

Leggi :Diversi tipi di interruttori

Relè di protezione

Sono i dispositivi di rilevamento dei guasti. Questi dispositivi rilevano il guasto e avviano il funzionamento dell’interruttore in modo da isolare il circuito difettoso. Un relè è costituito da una bobina magnetica e da contatti (NC e NO). La corrente di guasto eccita la bobina e questo provoca la produzione del campo, quindi i contatti vengono azionati.

Alcuni dei tipi di relè di protezione includono

• Relè di grandezza
• Relè d’impedenza
• Relè direzionali
• Relè pilota
• Relè differenziali

Leggi :Classificazione dei relè

Arresto di illuminazione

Le sovratensioni nella rete del sistema elettrico causate quando un fulmine colpisce le linee di trasmissione e le attrezzature. Questo causa alta tensione e correnti nel sistema. Questi guasti di illuminazione vengono ridotti posizionando dei parafulmini alle apparecchiature di trasmissione.

Image Contributors:

1)Guasti elettrici: forschung-stromnetze.info

2) Fusibile: hayley-group.co.uk

3)Interruttore: oez.com

4)Relè: epub1.rockwellautomation.com