انواع خطا در سیستم قدرت

انواع خطا در سیستم قدرت:
شبکه ها، ماشین ها و تجهیزات الکتریکی اغلب در معرض خطاهای مختلفی قرار می گیرند. وقتی خطا رخ دهد، مقادیر مشخصه (مانند امپدانس) ماشین ها ممکن است تغییر کرده و تا زمان رفع خطا با مقادیر اصلی تفاوت داشته باشند.

دلایل متفاوتی وجود دارند که موجب وقوع خطا در سیستم قدرت می شوند؛ از جمله: صاعقه، باد، افتادن درخت روی خط، خرابی دستگاه ها و…. در این آموزش، انواع خطا در سیستم قدرت را معرفی می کنیم.

خطا در سیستم قدرت الکتریکی را می توان این گونه تعریف کرد: هرگونه شرایط غیرعادی سیستم که با خطای الکتریکی تجهیزات، مانند ترانسفورماتورها، ژنراتورها و… رخ می دهد. وقوع خطا، همچنین با خطای عایق و ایجاد مسیر خطایی همراه است که منجر به اتصال کوتاه و مدار باز شدن هادی ها می شود.

در شرایط عملکرد عادی یا ایمن، تجهیزات الکتریکی در یک شبکه سیستم قدرت در ولتاژ و جریان نامی کار می کنند.

وقتی خطا در یک مدار یا دستگاه رخ دهد، ولتاژ و جریان از مقادیر نامی شان انحراف پیدا می کنند. خطا در سیستم قدرت سبب اضافه جریان، افت ولتاژ، نامتعادلی فازها، عدم توازن توان و ضربه های ولتاژ ناگهانی می شود. این موارد سبب وقفه در عملکرد عادی شبکه، خطای تجهیزات، آتش سوزی و… خواهند شوند.

معمولاً شبکه های قدرت الکتریکی به وسیله تجهیزات حفاظتی پست ها (مانند مدارشکن ها و رله ها برای محدود کردن خطا و جلوگیری از دست رفتن خدمات به دلیل خطای الکتریکی) مورد حفاظت قرار می گیرند.

خطاهای الکتریکی در سیستم قدرت سه فاز، در دو نوع اصلی طبقه بندی می شوند: خطای مدار باز و خطای اتصال کوتاه. علاوه بر این، این خطاها خود به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسیم می شوند. در ادامه، درباره این خطا ها توضیح خواهیم داد.

خطای مدار باز:
این نوع خطا به دلیل وقوع خطا در یک یا چند هادی رخ می دهد. شکل زیر خطای مدار باز را برای خطوط تکفاز، دوفاز و سه فاز نشان می دهد.

رایج ترین عوامل این نوع خطاها، خطاهای کابل ها و خطوط هوایی، و خطای یک یا چند فاز از مدارشکن ها و نیز ذوب شدن یک فیوز یا هادی در یک یا چند فاز است. خطاهای مدار باز، خطای سری نیز نامیده می شوند. این نوع خطاها، جز خطای سه فاز، نامتقارن یا نامتعادل هستند.

یک خط انتقال را قبل از وقوع خطای مدار باز در نظر بگیرید که با یک بار متعادل کار می کند. اگر یکی از فازها ذوب شود، بار واقعی روی ژنراتور کاهش یافته و سبب بالا رفتن شتاب و در نتیجه، چرخیدن آن در کمی بالاتر از سرعت سنکرون می شود.

این اضافه سرعت سبب اضافه ولتاژ در سایر خطوط انتقال می شود. بنابراین، شرایط مدار باز تکفاز و دو فاز می توانند منجر به عدم تعادل ولتاژها و جریان های سیستم قدرت شوند که سبب وقوع آسیب های بزرگی در تجهیزات خواهد شد.

از علل ایجاد خطای مدار باز، می توان به هادی های شکسته و عملکرد نادرست مدارشکن در یک فاز یا بیشتر از آن اشاره کرد. این نوع خطا، اثرات زیر را در پی خواهد داشت:

• عملکرد غیرعادی سیستم.
• خطر برای اشخاص و حیوانات.

فرا رفتن ولتاژ از مقادیر نامی در بخش هایی از شبکه، که خود موجب خطای عایق و وقوع خطای اتصال کوتاه می شود.

اگرچه خطاهای مدار باز ممکن است نسبت به خطاهای اتصال کوتاه زمان بیشتری طول بکشند، اما باید آن ها را در سریع ترین زمان ممکن حذف کرد تا از آسیب های بزرگ تر جلوگیری شود.

خطای اتصال کوتاه:
اتصال کوتاه را می توان به عنوان یک اتصال غیرعادی با امپدانس بسیار پایین بین دو نقطه با ولتاژهای مختلف (چه عمدی و چه سهوی) تعریف کرد. این نوع خطا، شایع ترین و شدیدترین نوع خطا است، که سبب عبور یک جریان ناگهانی بسیار بزرگ از تجهیزات یا خطوط انتقال می شود. اگر این خطاها، حتی در یک دوره کوتاه، برقرار بمانند، منجر به خسارات بزرگی به تجهیزات خواهند شد.

خطاهای اتصال کوتاه، خطای شنت یا موازی نیز نامیده می شوند. این خطاها به دلیل از بین رفتن خاصیت عایقی بین هادی های فاز یا بین هادی های فاز و زمین یا هر دو به وجود می آیند.

خطاهای اتصال کوتاه مختلف، شامل سه فاز به زمین، سه فاز با هم و جدا از زمین، فاز به فاز، یک فاز به زمین، دو فاز به زمین و فاز به فاز به علاوه یک فاز به زمین در شکل زیر نشان داده شده اند.

خطای سه فاز به هم و جدا از زمین، و سه فاز، خطاهای اتصال کوتاه متعادل یا متقارن هستند، در حالی که سایر خطاها نامتقارن هستند. عوامل داخلی و خارجی می توانند سبب ایجاد خطاهای اتصال کوتاه شوند:

• عوامل داخلی، شامل خرابی خطوط انتقال یا تجهیزات، استهلاک عایق، خرابی عایق ژنراتور، ترانسفورماتور و سایر تجهیزات الکتریکی است.
• عوامل خارجی، شامل اضافه بار تجهیزات، خرابی عایق ها در اثر صاعقه های ناگهانی و در حالت کلی، آسیب دیدگی مکانیکی است.

این نوع خطا، اثرات زیر را در پی خواهد داشت:

• آرک زدن، که می تواند منجر به آتش سوزی و انفجار در تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورها و مدارشکن ها شود.
• جریان های غیرعادی که سبب می شوند تجهیزات گرم شوند و در نتیجه از طول عمر عایق آن ها کاسته شود.
• ولتاژهای کاری سیستم ممکن است نسبت به مقدار مطلوب خود بالاتر یا پایین تر روند، که این موضوع منجر به اثرات مخرب در سرویس دهی سیستم قدرت به مشترکان می شود.
• تا زمانی که خطای اتصال کوتاه باقی بماند، پخش توان شدیداً محدود یا متوقف می شود.