Wprowadzenie
Wszyscy znamy i spotkaliśmy się przynajmniej raz ze zjawiskiem występowania usterek w systemie elektrycznym. Awaria systemu energetycznego w całym mieście, która wydarzyła się z powodu burzy lub usterka sprzętu wewnętrznego, która przerwała lokalne zasilanie – to wszystko są zasadniczo przypadki usterek w systemach elektrycznych.
Poprzez ten artykuł spróbujmy zbadać to zjawisko nieco bardziej szczegółowo.
Co to jest usterka elektryczna?
Usterka systemu elektrycznego może być zdefiniowana jako stan w systemie elektrycznym, który powoduje awarię urządzeń elektrycznych w obwodzie, takich jak: Generatory, Transformatory, Szynoprzewody, Kable i wszystkie inne urządzenia w systemie, które działają na danym poziomie napięcia.
Podstawowe typy usterek
Z uwagi na naturę systemów elektrycznych, na poziomie podstawowym, usterki elektryczne można skategoryzować jako:
- Usterki obwodów zwarciowych: Jest to spowodowane, gdy nie ma awarii izolacji powodując stan zwarcia. Jest to zdecydowanie najczęstsza przyczyna awarii.
- Usterki obwodu otwartego: Ta usterka występuje, gdy uszkodzenie występuje w ścieżce przewodzenia energii elektrycznej
Poza tym, może wystąpić kombinacja (równoczesne) sytuacje usterek, jak również usterki uzwojenia na poziomie sprzętu. Nie będziemy ich tutaj szczegółowo analizować.
Ponieważ usterki zwarciowe są najczęstszymi przyczynami usterek w systemach dystrybucji energii elektrycznej, przeanalizujmy je szczegółowo:
Usterki zwarciowe
Usterka zwarciowa występuje w przypadku uszkodzenia izolacji pomiędzy przewodnikami fazowymi lub pomiędzy przewodnikiem(ami) fazowym(i) a ziemią lub obydwoma. Uszkodzenie izolacji powoduje powstanie ścieżki zwarcia, która wywołuje warunki zwarciowe w obwodzie (tj. nienormalnie wysokie natężenie prądu, po którym następują widoczne efekty, takie jak łuk elektryczny, miganie).
Rysunek 1.0 poniżej przedstawia stan zwarcia równowagi trzech faz z ziemią:
Rysunek 1.0: Usterka zrównoważona w układzie trójfazowym
Dwie inne najczęstsze usterki niezrównoważone występujące w zrównoważonym trójfazowym układzie elektrycznym to:
- Usterka faza-faza: W tym przypadku tylko dwie z trzech faz ulegają zwarciu, powodując usterkę niezrównoważoną w układzie. Rysunek 2.0 poniżej przedstawia ten stan uszkodzenia.
Rysunek 2.0: Usterka niezrównoważona między fazami
- Usterka pojedyncza między fazami a ziemią: W tym przypadku jedna z trzech faz ulega zwarciu z ziemią, powodując stan niezrównoważenia w systemie. Rysunek 3.0 poniżej przedstawia ten stan uszkodzenia.
Rysunek 3.0: Pojedyncza faza do ziemi niezrównoważona Stan uszkodzenia
Normalnie podczas eksploatacji, sytuacje uszkodzeń mogą być dynamiczne i szybko zmieniać typy uszkodzeń w oparciu o warunki lokalne. (np. usterka z jednej fazy do ziemi może zmienić się w usterkę z dwóch faz do ziemi)
Wnioski
Silność i wielkość usterki zależy od wielu czynników, takich jak lokalizacja usterki w systemie elektrycznym, uszkodzenia spowodowane przez usterkę. Podczas analizy ciężkości danego uszkodzenia zwykle odnosi się do standardowego stanu uszkodzenia (zwarcia trójfazowego) dla danego poziomu napięcia.
Zwarcie trójfazowe jest uważane za najpoważniejsze uszkodzenie, jakie może wystąpić w systemie i dlatego jego wartości znamionowe zwarcia są wykorzystywane podczas określania wymaganego systemu rozdzielczego. Oprócz tego w obliczeniach zwarciowych uwzględnia się również wartości znamionowe prądu zwarcia między jedną fazą a ziemią.