Esittely
Me kaikki tunnemme ja olemme ainakin kerran kohdanneet sähköjärjestelmän vikojen esiintymisen ilmiön. Sähköjärjestelmän vika koko kaupungissa, joka tapahtui myrskyn purkautumisen vuoksi, tai sisäinen laitevika, joka katkaisi paikallisen sähkönsyötön – nämä kaikki ovat pohjimmiltaan tapauksia, joissa sähköjärjestelmissä esiintyy vikoja.
Tässä artikkelissa yritetään tarkastella tätä ilmiötä hieman yksityiskohtaisemmin.
Mikä on sähköjärjestelmän vika?
Sähköjärjestelmän vika voidaan määritellä sähköjärjestelmässä esiintyväksi olosuhteeksi, joka aiheuttaa virtapiirin sähkölaitteiston vikaantumisen, kuten esimerkiksi: Generaattorit, muuntajat, virtakiskot, kaapelit ja kaikki muut järjestelmän laitteet, jotka toimivat tietyllä jännitetasolla.
Periaatteelliset vikatyypit
Sähköjärjestelmien luonteen vuoksi perustasolla sähköiset viat voidaan luokitella seuraavasti:
- Lyhytaikaiset viat: Tämä aiheutuu, kun eristyksessä on vika, joka aiheuttaa oikosulkutilanteen. Tämä on ylivoimaisesti yleisin vian aiheuttaja.
- Open Circuit Faults:
Tämän lisäksi voi esiintyä myös yhdistelmävikatilanteita (samanaikaisia vikatilanteita) ja laitetason käämivikoja. Emme tarkastele niitä yksityiskohtaisesti tässä.
Koska oikosulkuviat ovat yleisimpiä vikojen aiheuttajia sähkönjakelujärjestelmissä, tarkastellaan niitä yksityiskohtaisesti:
Oikosulkuviat
Oikosulkuvika syntyy, kun vaihejohtimien tai vaihejohtimen (-johtimien) ja maan tai molempien välillä on eristysvika. Eristysvika johtaa oikosulkupolun muodostumiseen, joka laukaisee oikosulkuolosuhteet virtapiirissä (ts. epätavallisen suuret virrat, joita seuraavat näkyvät vaikutukset, kuten valokaari, vilkkuminen).
Kuvassa 1.0 on esitetty kolmivaiheisen ja maan välinen tasapainotettu vikatilanne:
Kuva 1.0: Kolmen vaiheen ja maan välinen tasapainotettu vikatilanne
Kaksi muuta yleisintä tasapainotetussa kolmivaiheisessa sähköjärjestelmässä esiintyvää epätasapainotettua vikatilannetta ovat:
- Vaiheesta vaiheeseen -vika: Tässä vain kaksi kolmesta vaiheesta joutuu oikosulkuun aiheuttaen epätasapainoisen vikatilanteen järjestelmään. Alla olevassa kuvassa 2.0 on esitetty tämä vikatilanne.
Kuva 2.0: Vaiheiden välinen epätasapainoinen vikatilanne
- Yksivaiheinen vika maasta: Tässä yksi kolmesta vaiheesta joutuu oikosulkuun maan kanssa, mikä aiheuttaa järjestelmään epätasapainoisen vikatilanteen. Alla olevassa kuvassa 3.0 on esitetty tämä vikatilanne.
Kuva 3.0: Yhden vaiheen ja maan välinen epätasapainoinen vikatilanne
Normaalisti käytön aikana vikatilanteet voivat olla dynaamisia ja muuttaa vikatyyppejä nopeasti paikallisten olosuhteiden perusteella. (esim. yksivaiheinen vika maasta maahan voi puolestaan muuttua kaksivaiheiseksi vikaksi maasta maahan)
Johtopäätös
Vian vakavuus ja suuruus riippuu monista eri tekijöistä, kuten vian sijainnista sähköjärjestelmässä, vian aiheuttamista vaurioista. Tietyn vian vakavuutta analysoitaessa on tavallista viitata vakiovikatilanteeseen (kolmivaihevika) tietyllä jännitetasolla.
Kolmivaihevikaa pidetään vakavimpana vikana, joka järjestelmässä voi esiintyä, ja siksi sen oikosulkunopeuksia käytetään, kun määritetään tarvittava kytkinlaitejärjestelmä. Tämän lisäksi oikosulkulaskelmissa otetaan huomioon myös yksivaiheisen maasulkuvian nimellisvirta.