Introducere în defectele electrice

Rețelele, mașinile și echipamentele electrice sunt deseori supuse la diferite tipuri de defecte în timpul funcționării lor. Atunci când apare o defecțiune, valorile caracteristice (cum ar fi impedanța) ale mașinilor se pot modifica de la valorile existente la valori diferite până când defecțiunea este eliminată.

Pot exista o mulțime de probabilități de apariție a defecțiunilor în rețeaua de alimentare cu energie electrică, inclusiv iluminat, vânt, căderea unui copac pe linii, defecțiuni ale aparatelor etc.

Falimente electrice

Un defect într-un sistem de energie electrică poate fi definit ca , orice stare anormală a sistemului care implică defectarea electrică a echipamentelor, cum ar fi , transformatoare, generatoare, bare colectoare etc.

Inceputul defectului implică, de asemenea, defecțiuni ale izolației și defecțiuni ale căilor conductoare care au ca rezultat scurtcircuitul și circuitul deschis al conductoarelor.

În condiții de funcționare normală sau sigură, echipamentele electrice dintr-o rețea de alimentare cu energie electrică funcționează la valori normale de tensiune și curent. Odată ce defecțiunea are loc într-un circuit sau într-un dispozitiv, valorile tensiunii și curentului se abat de la intervalele lor nominale.

Fecțiunile din rețeaua electrică provoacă supracurent, subtensiune, dezechilibru al fazelor, putere inversată și supratensiuni mari. Acest lucru are ca rezultat întreruperea funcționării normale a rețelei, defectarea echipamentelor, incendii electrice etc.

De obicei, rețelele de alimentare sunt protejate cu echipamente de protecție a comutatoarelor, cum ar fi întrerupătoarele și releele, pentru a limita pierderea serviciului din cauza defecțiunilor electrice.

Tipuri de defecțiuni

Funcțiunile electrice în sistemul de alimentare trifazat se clasifică în principal în două tipuri, și anume defecțiuni de circuit deschis și de scurtcircuit. Mai mult, aceste defecte pot fi defecte simetrice sau nesimetrice. Să discutăm în detaliu aceste defecte.

Defecte de circuit deschis

Aceste defecte apar din cauza defectării unuia sau mai multor conductori. Figura de mai jos ilustrează defectele de circuit deschis pentru o singură fază, două și trei faze (sau conductoare) în stare deschisă.

Cele mai frecvente cauze ale acestor defecte includ defecțiuni de îmbinare a cablurilor și a liniilor aeriene și defectarea uneia sau mai multor faze ale întrerupătorului de circuit și, de asemenea, din cauza topirii unei siguranțe sau a unui conductor în una sau mai multe faze.

Fectele de circuit deschis sunt, de asemenea, numite defecte în serie. Acestea sunt defecte de tip nesimetric sau dezechilibrat, cu excepția defectului deschis trifazat.

Considerăm că o linie de transmisie funcționează cu o sarcină echilibrată înainte de apariția defectului de circuit deschis. Dacă una dintre faze se topește, sarcina reală a alternatorului este redusă și acest lucru determină creșterea accelerației alternatorului, astfel încât acesta funcționează la o viteză ușor mai mare decât viteza sincronă. Această supraviteză provoacă supratensiuni în alte linii de transport.

Astfel, stările deschise monofazate și bifazate pot produce dezechilibrul tensiunilor și curenților din sistemul de alimentare care provoacă mari daune echipamentelor.

Cauze

Conductorul rupt și funcționarea defectuoasă a întrerupătorului de circuit la una sau mai multe faze.

Efecte

• Funcționarea anormală a sistemului
• Pericol pentru personal, precum și pentru animale
• Depășirea tensiunilor peste valorile normale în anumite părți ale rețelei, ceea ce duce în continuare la defecțiuni de izolație și la apariția unor defecte de scurtcircuit.

Deși defectele de circuit deschis pot fi tolerate pentru perioade mai lungi decât defectele de scurtcircuit, acestea trebuie eliminate cât mai devreme posibil pentru a reduce daunele mai mari.

Defecțiuni de scurtcircuit

Un scurtcircuit poate fi definit ca o conexiune anormală de impedanță foarte mică între două puncte de potențial diferit, realizată intenționat sau accidental.

Este cel mai comun și mai grav tip de defecțiuni, care determină circulația unor curenți anormal de mari prin echipamente sau linii de transmisie. Dacă se permite ca aceste defecte să persiste chiar și pentru o perioadă scurtă de timp, se ajunge la deteriorarea extensivă a echipamentului.

Defectele de scurtcircuit se mai numesc și defecte de șunt. Aceste defecte sunt cauzate de defectarea izolației între conductorii de fază sau între conductorii de masă și cei de fază sau amândouă.

Diferitele condiții posibile de defecte de scurtcircuit includ trei faze la masă, trei faze libere de masă, fază la fază, o singură fază la masă, două faze la masă și fază la fază plus o singură fază la masă, așa cum se arată în figură.

Defectele de trei faze libere de masă și trei faze la masă sunt defecte de scurtcircuit echilibrate sau simetrice, în timp ce celelalte defecte rămase sunt defecte nesimetrice.

Cauzele

Este pot fi datorate unor efecte interne sau externe

• Efectele interne includ defectarea liniilor de transmisie sau a echipamentelor, îmbătrânirea izolației, deteriorarea izolației generatorului, a transformatorului și a altor echipamente electrice, instalațiile necorespunzătoare și proiectarea inadecvată.
• Efectele externe includ supraîncărcarea echipamentelor, defectarea izolației din cauza supratensiunilor de iluminat și deteriorarea mecanică de către public.

Efecte

• Defectele de arc electric pot duce la incendii și explozii la echipamente precum transformatoare și întrerupătoare.
• Curenții anormali determină supraîncălzirea echipamentelor, ceea ce duce mai departe la reducerea duratei de viață a izolației acestora.
• Tensiunile de funcționare ale sistemului pot coborî sub sau peste valorile lor de acceptare, ceea ce creează un efect dăunător asupra serviciului prestat de sistemul energetic.
• Fluxul de energie electrică este sever restricționat sau chiar complet blocat atâta timp cât defectul de scurtcircuit persistă.

Defecte simetrice și nesimetrice

După cum s-a discutat mai sus că defectele sunt clasificate în principal în defecte de circuit deschis și de scurtcircuit și din nou acestea pot fi defecte simetrice sau nesimetrice.

Defecte simetrice

Un defect simetric dă naștere la curenți de defect simetrici care sunt deplasați cu 1200 unul față de celălalt. Defectul simetric se mai numește și defect echilibrat. Acest defect apare atunci când toate cele trei faze sunt scurtcircuitate simultan.

Aceste defecte apar rar în practică în comparație cu defectele nesimetrice. Două tipuri de defecte simetrice includ linia la linie la linie la linie (L-L-L-L) și linia la linie la linie la linie la masă (L-L-L-G), așa cum se arată în figura de mai jos.

O apariție aproximativă a defectelor simetrice se situează între 2 și 5% din totalul defectelor sistemului. Cu toate acestea, în cazul în care apar aceste defecte, ele cauzează o deteriorare foarte gravă a echipamentelor, chiar dacă sistemul rămâne în stare de echilibru.

Analiza acestor defecte este necesară pentru selectarea capacității de rupere a întrerupătoarelor, alegerea releelor de fază setată și a altor aparate de comutație de protecție. Aceste defecte sunt analizate pe fiecare fază în parte folosind matricea de impedanță a magistralei sau teorema lui Thevenins.

Defecte nesimetrice

Cele mai frecvente defecte care apar în rețeaua sistemului energetic sunt defectele nesimetrice. Acest tip de defect dă naștere la curenți de defect nesimetrici (având magnitudini diferite cu defazaje inegale). Aceste defecte se mai numesc și defecte dezechilibrate, deoarece provoacă curenți dezechilibrați în sistem.

Până la discuția de mai sus, defectele nesimetrice includ atât defectele de circuit deschis (stare deschisă cu o singură fază și cu două faze), cât și defectele de scurtcircuit (cu excepția L-L-L-G și L-L-L-L).

Figura de mai jos prezintă cele trei tipuri de defecte simetrice apărute din cauza condițiilor de scurtcircuit, și anume defectul de fază sau de linie la masă (L-G), defectul de fază la fază (L-L) și defectul de linie dublă la masă (L-L-G).

Un singur defect de linie la masă (LG) este unul dintre cele mai frecvente defecte și experiențele arată că 70-80 la sută dintre defectele care apar în sistemul energetic sunt de acest tip. Acesta formează o cale de scurtcircuit între linie și masă. Acestea sunt defecte foarte puțin severe în comparație cu alte defecte.

Un defect de la linie la linie apare atunci când un conductor sub tensiune intră în contact cu un alt conductor sub tensiune. Vânturile puternice sunt cauza principală a acestui defect în timpul căruia balansarea conductoarelor aeriene se poate atinge între ele. Acestea sunt defecte mai puțin severe, iar intervalul de apariție poate fi între 15-20%.

În cazul defectelor duble linie-pământ, două linii intră în contact una cu cealaltă, precum și cu pământul. Acestea sunt defecte severe, iar frecvența de apariție a acestor defecte este de aproximativ 10% în comparație cu defectele totale ale sistemului.

Fectele nesimetrice sunt analizate folosind metode ale componentelor nesimetrice pentru a determina tensiunea și curenții în toate părțile sistemului. Analiza acestor defecte este mai dificilă în comparație cu defectele simetrice.

Această analiză este necesară pentru determinarea dimensiunii unui întrerupător pentru cel mai mare curent de scurtcircuit. De obicei, curentul cel mai mare apare fie pentru defectul L-G, fie pentru defectul L-L.

Dispozitive de protecție împotriva defectelor

Când defectul apare în orice parte a sistemului, acesta trebuie eliminat într-o perioadă foarte scurtă de timp pentru a evita daune mai mari la echipamente și personal și, de asemenea, pentru a evita întreruperea alimentării cu energie electrică a clienților.

Sistemul de eliminare a defectelor utilizează diverse dispozitive de protecție, cum ar fi relee și întrerupătoare de circuit, pentru a detecta și elimina defectele.
Câteva dintre aceste dispozitive de eliminare a defectelor sau de limitare a defectelor sunt prezentate mai jos.

Siguranțe

Acestea deschid circuitul ori de câte ori există un defect în sistem. Este formată dintr-un fir subțire de cupru închis într-o carcasă de sticlă sau într-o carcasă cu două contacte metalice. Curentul de defect ridicat crește temperatura firului și, prin urmare, acesta se topește. O siguranță necesită înlocuirea manuală a firului de fiecare dată când se arde.

Fuzeta

Întrerupător de circuit

Este cel mai comun dispozitiv de protecție care poate face sau întrerupe circuitul fie manual, fie prin telecomandă, în condiții normale de funcționare.

Există mai multe tipuri de întreruptoare de circuit disponibile în funcție de tensiunea de funcționare, inclusiv întreruptoare cu frână pneumatică, cu ulei, cu vid și SF6. Pentru mai multe informații despre întrerupătoarele de circuit, urmați link-ul atașat.

Citește :Diferite tipuri de întrerupătoare de circuit

Relee de protecție

Acestea sunt dispozitivele de detectare a defecțiunilor. Aceste dispozitive detectează defectul și inițiază funcționarea întrerupătorului de circuit astfel încât să izoleze circuitul defect. Un releu este alcătuit dintr-o bobină magnetică și contacte (NC și NO). Curentul de defect alimentează bobina și acest lucru determină producerea unui câmp, astfel contactele sunt acționate.

Câteva dintre tipurile de relee de protecție includ

• Relee de mărime
• Relee de impedanță
• Relee direcționale
• Relee pilot
• Relee diferențiale

Citește :Clasificarea releelor

Descărcător de lumini

Surtensiuni în rețeaua de alimentare cu energie electrică provocate atunci când fulgerul lovește liniile și echipamentele de transport. Acest lucru provoacă tensiuni și curenți mari în sistem. Aceste defecte de iluminare sunt reduse prin plasarea de descărcătoare de lumină la echipamentele de transmisie.

Contribuții la imagine:

1)Defecte electrice: forschung-stromnetze.info

2)Siguranțe fuzibile : hayley-group.co.uk

3)Întrerupător de circuit : oez.com

4)Relee: epub1.rockwellautomation.com

.