Elektrik arızası - Electrical fault

Bir elektrik güç sisteminde , bir arıza veya arıza akımı , herhangi bir anormal elektrik akımıdır . Örneğin, kısa devre , canlı bir kablonun nötr veya topraklama kablosuna temas ettiği bir arızadır. Bir devre, akım taşıyan bir telin (faz veya nötr) arızası veya atmış bir sigorta veya devre kesici nedeniyle kesintiye uğrarsa, bir açık devre arızası meydana gelir . Olarak üç fazlı sistemler, bir hata, bir ya da daha fazla faz ve yere kapsayabilir ya da sadece fazlar arasında oluşabilir. Bir "toprak arızasında" veya "toprak arızasında" akım toprağa akar. Muhtemel kısa devre akımı tahmin edilebilir bir arıza çoğu durum için hesaplanabilir. Güç sistemlerinde koruyucu cihazlar, arıza durumlarını algılayabilir ve bir arıza nedeniyle hizmet kaybını sınırlamak için devre kesicileri ve diğer cihazları çalıştırabilir .

Bir de fazlı sistemin , bir arıza "simetrik hatası" olan, aynı şekilde tüm aşamaları da etkileyebilir. Yalnızca bazı fazlar etkilenirse, ortaya çıkan "asimetrik arıza"nın analizi daha karmaşık hale gelir. Bu tip arızaların analizi genellikle simetrik bileşenler gibi yöntemler kullanılarak basitleştirilir .

Güç sistemi arızalarını tespit etmek ve kesmek için sistemlerin tasarımı, güç sistemi korumasının temel amacıdır .

Geçici arıza

Bir geçici arıza güç kısa bir süre için kesildi ve daha sonra restore eğer artık mevcut bir arıza olduğu; veya bir cihazın dielektrik özelliklerini yalnızca geçici olarak etkileyen ve kısa bir süre sonra geri yüklenen bir yalıtım hatası. Havai elektrik hatlarındaki birçok arıza , doğası gereği geçicidir. Bir arıza meydana geldiğinde, güç sistemi koruması için kullanılan ekipman arıza alanını izole etmek için çalışır. Geçici bir arıza daha sonra temizlenir ve güç hattı hizmete geri döndürülebilir. Geçici arızaların tipik örnekleri şunları içerir:

İletim ve dağıtım sistemleri, geçici bir arıza durumunda gücü yeniden sağlamaya çalışmak için havai hatlarda yaygın olarak kullanılan bir otomatik yeniden kapama işlevi kullanır. Bu işlevsellik, yeraltı sistemlerinde tipik olarak kalıcı nitelikteki arızalar kadar yaygın değildir . Geçici arızalar, arıza akımı üretildiğinden hem orijinal arızanın yerinde hem de ağda başka bir yerde hasara neden olabilir.

kalıcı hata

Uygulanan güçten bağımsız olarak kalıcı bir arıza mevcuttur. Yeraltı güç kablolarındaki arızalar , kablodaki mekanik hasar nedeniyle çoğunlukla kalıcıdır, ancak bazen yıldırım nedeniyle doğada geçicidir.

Arıza türleri

asimetrik fay

Bir asimetrik ya da simetrik olmayan hata fazların her biri eşit olarak etkilemez. Yaygın asimetrik arıza türleri ve nedenleri:

  • hattan hatta arıza - havanın iyonlaşmasından veya örneğin bozuk bir yalıtkan nedeniyle hatlar fiziksel temasa geçtiğinde hatlar arasında kısa devre . İletim hattı arızalarında kabaca %5 - %10 asimetrik hatlar arası arızalardır.
  • hat-toprak arızası - bir hat ile toprak arasında, genellikle fiziksel temastan, örneğin şimşek veya diğer fırtına hasarından kaynaklanan kısa devre . İletim hattı arızalarında kabaca %65 - %70'i asimetrik hat-toprak arızalarıdır.
  • çift ​​hat-toprak arızası - genellikle fırtına hasarı nedeniyle iki hat zeminle (ve birbirleriyle) temas eder. İletim hattı arızalarında kabaca %15 - %20 asimetrik çift hattan-toprak arızasıdır.

simetrik fay

Bir simetrik veya dengeli bir hata eşit fazların her biri etkiler. İletim hattı arızalarında kabaca %5 simetriktir. Bu faylar asimetrik faylara kıyasla nadirdir. İki tür simetrik arıza, hattan hatta (LLL) ve hattan hatta toprağa (LLLG) şeklindedir. Simetrik arızalar, tüm sistem arızalarının %2 ila %5'ini oluşturur. Ancak sistem dengede kalsa bile ekipmana çok ciddi zararlar verebilirler.

Cıvatalı hata

Bir uç nokta, arızanın sıfır empedansa sahip olduğu ve maksimum olası kısa devre akımını verdiği yerdir . Tahmini olarak, tüm iletkenler sanki metalik bir iletkenle toprağa bağlı olarak kabul edilir; buna "cıvatalı hata" denir. İyi tasarlanmış bir güç sisteminde toprağa metalik kısa devre olması olağandışı bir durum olabilir ancak bu tür arızalar tesadüfen meydana gelebilir. Bir tür iletim hattı korumasında, koruyucu cihazların çalışmasını hızlandırmak için kasıtlı olarak "cıvatalı bir hata" ortaya çıkar.

Toprak arızası (toprak arızası)

Bir toprak hatası (toprak hatası) toprakla güç devresi iletkenlerin istenmeyen bir bağlantı sağlayan herhangi bir başarısızlık. Bu tür arızalar sakıncalı sirkülasyon akımlarına neden olabilir veya tehlikeli bir voltajda ekipman muhafazalarına enerji verebilir. Bazı özel güç dağıtım sistemleri, tek bir toprak arızasını tolere edecek ve çalışmaya devam edecek şekilde tasarlanabilir. Kablolama kodları, böyle bir durumda alarm vermek için bir yalıtım izleme cihazı gerektirebilir , böylece toprak arızasının nedeni belirlenebilir ve giderilebilir. Böyle bir sistemde ikinci bir toprak arızası meydana gelirse, aşırı akıma veya bileşenlerin arızalanmasına neden olabilir . Aşırı gerilimleri sınırlamak için normalde toprağa bağlı sistemlerde bile , bazı uygulamalar , toprak arızalarını tespit etmek için bir Toprak Arızası Kesici veya benzeri bir cihaz gerektirir .

Gerçekçi hatalar

Gerçekçi olarak, bir arızadaki direnç, yük direncine göre sıfıra yakın ile oldukça yüksek arasında olabilir. Gücün sıfır olduğu sıfır empedans durumuyla karşılaştırıldığında, arızada büyük miktarda güç tüketilebilir. Ayrıca, yaylar oldukça doğrusal değildir, bu nedenle basit bir direnç iyi bir model değildir. İyi bir analiz için tüm olası durumlar dikkate alınmalıdır.

Ark hatası

Sistem voltajının yeterince yüksek olduğu durumlarda, güç sistemi iletkenleri ile toprak arasında bir elektrik arkı oluşabilir. Böyle bir ark nispeten yüksek bir empedansa sahip olabilir (sistemin normal çalışma seviyelerine kıyasla) ve basit aşırı akım koruması ile tespit edilmesi zor olabilir. Örneğin, normalde bin amperlik bir devrede birkaç yüz amperlik bir ark, aşırı akım devre kesicilerini açmayabilir, ancak tam bir kısa devre olmadan önce baralara veya kablolara büyük zarar verebilir. Kamu, endüstriyel ve ticari güç sistemlerinde, toprağa kaçan nispeten küçük fakat istenmeyen akımları tespit etmek için ek koruma cihazları bulunur. Konut kablolamasında, elektrik yönetmelikleri artık küçük arkları hasara veya yangına neden olmadan önce algılamak için bina kablolama devrelerinde ark hatası devre kesiciler gerektirebilir .

analiz

Simetrik arızalar, güç sistemlerindeki diğer olaylarla aynı yöntemlerle analiz edilebilir ve aslında bu tür analizleri otomatik olarak gerçekleştirmek için birçok yazılım aracı mevcuttur (bkz. güç akışı çalışması ). Ancak, bunun kadar doğru ve genellikle daha öğretici olan başka bir yöntem daha vardır.

İlk olarak, bazı basitleştirici varsayımlar yapılır. Sistemdeki tüm elektrik jeneratörlerinin aynı fazda olduğu ve sistemin nominal geriliminde çalıştığı varsayılır . Elektrik motorları da jeneratör olarak kabul edilebilir, çünkü bir arıza meydana geldiğinde genellikle güç çekmek yerine beslerler. Gerilimler ve akımlar daha sonra bu temel durum için hesaplanır .

Daha sonra, arıza yerinin, diğer tüm kaynaklar sıfıra ayarlanırken, temel durumda o konumdaki gerilime eşit bir negatif gerilim kaynağı ile beslendiği kabul edilir. Bu yöntem, süperpozisyon ilkesini kullanır .

Daha doğru bir sonuç elde etmek için bu hesaplamalar üç ayrı zaman aralığı için ayrı ayrı yapılmalıdır:

  • altgeçici birincidir ve en büyük akımlarla ilişkilidir
  • geçici , alt geçici ve kararlı durum arasında gelir
  • kararlı durum , tüm geçici olayların yerleşmek için zamanı olduktan sonra meydana gelir.

Asimetrik bir hata, üç fazlı güçte kullanılan temel varsayımları, yani yükün üç fazın hepsinde dengelendiğini bozar. Sonuç olarak, sadece bir fazın düşünüldüğü tek hat şeması gibi araçları doğrudan kullanmak mümkün değildir . Bununla birlikte, güç sistemlerinin doğrusallığı nedeniyle , ortaya çıkan gerilimleri ve akımları , üç fazlı analizin uygulanabileceği simetrik bileşenlerin bir süperpozisyonu olarak düşünmek olağandır .

Simetrik bileşenler yönteminde, güç sistemi üç bileşenin süperpozisyonu olarak görülür :

  • fazların orijinal sistemle aynı sırada olduğu bir pozitif sıra bileşeni, yani abc
  • fazların orijinal sistemle ters sırada olduğu bir negatif dizi bileşeni, yani acb
  • gerçekten üç fazlı bir sistem olmayan, bunun yerine üç fazın tümü birbiriyle aynı fazda olan bir sıfır bileşen bileşeni.

Asimetrik bir arızadan kaynaklanan akımları belirlemek için öncelikle ilgili iletim hatlarının, jeneratörlerin ve transformatörlerin birim başına sıfır, pozitif ve negatif dizi empedansları bilinmelidir. Daha sonra bu empedanslar kullanılarak üç ayrı devre oluşturulur. Bireysel devreler daha sonra incelenen arızanın tipine bağlı olarak belirli bir düzende birbirine bağlanır (bu, çoğu güç sistemi ders kitabında bulunabilir). Sıra devreleri uygun şekilde bağlandıktan sonra ağ, klasik devre analiz teknikleri kullanılarak analiz edilebilir. Çözüm, simetrik bileşenler olarak var olan gerilimler ve akımlarla sonuçlanır; bunlar A matrisi kullanılarak tekrar faz değerlerine dönüştürülmelidir .

Sigortalar ve devre kesiciler gibi koruyucu cihazların seçimi için olası kısa devre akımının analizi gereklidir . Bir devre uygun şekilde korunacaksa, arıza akımı, koruyucu cihazı mümkün olduğunca kısa bir süre içinde çalıştıracak kadar yüksek olmalıdır; ayrıca koruma tertibatı, arıza akımına dayanabilmelidir ve ortaya çıkan arkları, kendisi yok edilmeden veya arkı önemli bir süre boyunca sürdürmeden söndürebilmelidir.

Arıza akımlarının büyüklüğü, kullanılan topraklama sisteminin tipine, tesisatın besleme tipine ve topraklama sistemine ve beslemeye yakınlığına bağlı olarak büyük ölçüde farklılık gösterir. Örneğin, yerel bir UK 230 V, 60 A TN-S veya ABD 120 V/240 V beslemesi için arıza akımları birkaç bin amper olabilir. Birden fazla kaynağa sahip büyük düşük voltajlı ağlar, 300.000 amperlik arıza seviyelerine sahip olabilir. Yüksek dirençli topraklanmış bir sistem, hattan toprağa arıza akımını yalnızca 5 amper ile sınırlayabilir. Koruyucu cihazları seçmeden önce, olası arıza akımı kurulumun başlangıcında ve her devrenin en uzak noktasında güvenilir bir şekilde ölçülmeli ve bu bilgiler devrelerin uygulanmasına uygun şekilde uygulanmalıdır.

Arızaları tespit etme ve bulma

Sorun genellikle bariz olduğundan, örneğin bir ağaç hattan devrildiğinden veya bir elektrik direği kırıldığından ve iletkenler yerde yattığından, havai elektrik hatlarının teşhisi en kolay olanıdır.

Bir kablo sistemindeki arızaların tespiti, devrenin enerjisi kesildiğinde veya bazı durumlarda devre güç altındayken yapılabilir. Arıza yeri belirleme teknikleri, genel olarak, kablonun uçlarında ölçülen gerilim ve akımları kullanan terminal yöntemlerine ve kablonun uzunluğu boyunca inceleme gerektiren izleme yöntemlerine ayrılabilir. Arızanın genel alanını bulmak, uzun veya gömülü bir kablo üzerinde izlemeyi hızlandırmak için terminal yöntemleri kullanılabilir.

Çok basit kablolama sistemlerinde, arıza yeri genellikle kabloların incelenmesiyle bulunur. Kabloların gizlenebileceği karmaşık kablolama sistemlerinde (örneğin uçak kabloları), kablolama hataları bir Zaman alan reflektometresi ile bulunur . Zaman alanı reflektometresi kabloya bir darbe gönderir ve ardından elektrik kablosundaki arızaları belirlemek için geri dönen yansıyan darbeyi analiz eder.

Tarihi denizaltı telgraf kablolarında arıza akımlarını ölçmek için hassas galvanometreler kullanılmış; Arızalı bir kablonun her iki ucunda test yaparak, arıza yeri birkaç mil içinde izole edilebilir ve bu da kablonun kavranmasına ve onarılmasına olanak tanır. Murray döngü ve Varley'in döngü kabloları hataları bulmak için iki tür bağlantı vardı

Bazen bir güç kablosundaki yalıtım hatası daha düşük voltajlarda görünmez. Bir "thumper" test seti, kabloya yüksek enerjili, yüksek voltajlı bir darbe uygular. Arızanın bulunduğu yerde deşarjın sesi dinlenerek arıza yeri tespiti yapılır. Bu test kablo yerinde hasara katkıda bulunurken, pratiktir çünkü her durumda arızalı yer bulunduğunda yeniden yalıtılması gerekecektir.

Yüksek dirençli topraklanmış bir dağıtım sisteminde, bir fider topraklama hatası geliştirebilir ancak sistem çalışmaya devam eder. Arızalı ancak enerjili besleyici, devrenin tüm faz kablolarını toplayan halka tipi bir akım trafosu ile bulunabilir; sadece topraklama hatası içeren devre net dengesiz akım gösterecektir. Toprak arıza akımının tespit edilmesini kolaylaştırmak için, sistemin topraklama direnci, arıza akımının darbe alması için iki değer arasında değiştirilebilir.

Piller

Bağımsız güç sistemlerinde kullanılan derin döngülü piller gibi daha büyük pillerin olası arıza akımı genellikle üretici tarafından verilir.

Avustralya'da, bu bilgi verilmediğinde, amper cinsinden olası arıza akımı, AS 4086 bölüm 2'ye (Ek H) göre " C 120 A·h hızında nominal pil kapasitesinin 6 katı olarak kabul edilmelidir ".

Ayrıca bakınız

Referanslar

Genel

  • Glover, JD; Sarma, MS (2002). Güç Sistemi Analizi ve Tasarımı . Brooks/Cole. ISBN'si 0-534-95367-0.
  • Burton, GC Güç Analizi .