電力システムの障害の種類と影響

電力システムの障害の種類と影響

電力システムは、発電、送電、配電、負荷システムなどのすべてのセクターでサイズと複雑さが増しています。のような障害の種類 短絡状態 電力システムネットワークでは、深刻な経済的損失が発生し、電気システムの信頼性が低下します。電気的故障は、変圧器や回転機などの機器の故障、人為的ミス、環境条件によって引き起こされる異常な状態です。これらの障害は、電気の流れの中断、機器の損傷を引き起こし、さらには人間、鳥、動物の死を引き起こします。この記事では、電力システムで発生したさまざまなタイプの障害とその影響の概要について説明します。

電気的障害とは何ですか?

電気 障害 公称値または状態からの電圧と電流の偏差です。通常の動作条件下では、電力システムの機器またはラインは通常の電圧と電流を流し、システムのより安全な動作をもたらします。




電力システムの障害

電力システムの障害



しかし、故障が発生すると、過度に大きな電流が流れ、機器やデバイスに損傷を与えます。適切な開閉装置を選択または設計するには、障害の検出と分析が必要です。 電気機械式リレー 、回路ブレーカー、およびその他の保護装置。

電力システムの障害の種類

電力系統の故障は、主に開回路故障と短絡故障の2種類です。さらに、これらのタイプの障害は、対称と非対称に分類できます。これらのタイプの障害について詳しく説明します。これらの障害は2つのタイプに分類されます。



  • 対称故障
  • 非対称障害

対称的な障害

これらは非常に深刻な障害であり、電力システムではめったに発生しません。これらは平衡障害とも呼ばれ、ライン間(L-L-L-G)とライン間(L-L-L)の2つのタイプがあります。

対称的な障害

対称的な障害

システム障害の2〜5%のみが対称障害です。これらの障害が発生した場合、システムはバランスが保たれますが、電力システム機器に重大な損傷をもたらします。




上の図は、2種類の三相対称故障を示しています。この障害の分析は簡単で、通常は段階的に実行されます。三相故障解析または情報は、セットフェーズリレーの選択、回路ブレーカーの遮断容量、および保護開閉装置の定格に必要です。

対称故障は2つのタイプに分類されます

  • ライン–ライン–ライン障害
  • ライン–ライン–地絡

L – L –L障害

これらの種類の障害はバランスが取れています。つまり、障害が発生した後もシステムのバランスが保たれます。したがって、最大の電流を保持するのは過酷な種類の障害ですが、この障害はめったに発生しません。したがって、この電流はCBの定格を決定するために使用されます。

L – L – L –G障害

三相L– G障害は、主にシステムのすべての三相で構成されます。この障害は、主にシステムの3相および接地端子間で発生します。したがって、障害が発生する確率は2〜3%です。

非対称障害

これらは非常に一般的であり、対称的な障害ほど深刻ではありません。主に、線間(L-G)、線間(L-L)、および二重線間(LL-G)の3つのタイプがあります。

非対称障害

非対称障害

地絡(L-G)が最も一般的な障害であり、障害の65〜70%がこのタイプです。

導体がアースまたはアースに接触します。障害の15〜20%はアースへの二重線であり、2つの導体がアースに接触します。線間障害は、主に風による線の揺れ中に2つの導体が互いに接触したときに発生し、障害の5〜10%がこのタイプです。

これらは、発生するとシステムに不均衡が生じるため、不均衡障害とも呼ばれます。システムの不平衡は、インピーダンス値が各相で異なり、不平衡電流が相に流れることを意味します。これらは分析がより難しく、三相平衡断層と同様に相ごとに運ばれます。

非対称故障は2つのタイプに分類されます

  • 単一のL– G(地絡)障害
  • L – L(ライン間)障害
  • ダブルL– G(地絡)障害

単一のL–G障害

この単一のL– G障害は、主に単一の導体が接地端子に向かって落下すると発生します。したがって、電力システム内の障害の約70〜80%は、単一のL –G障害です。

L –L障害

このL– L障害は、主に2つの導体が短絡すると、また強風によって発生します。そのため、強風により線導体が移動する可能性があり、互いに接触して短絡する可能性があります。したがって、障害の15〜20%がおよそ発生する可能性があります。

ダブルL–Gフォールト

この種の断層では、2本の線の両方が地面を介して互いに接触します。したがって、障害の確率は10%です。

開回路障害

開回路障害は主に、電力システムで使用されている1つ以上の導体の誤動作が原因で発生します。開回路故障図を以下に示します。この回路は、1相、2相、および3相の開状態用です。

これらの障害は主に、架空送電線、ケーブルの接合部の故障、回路ブレーカーの相の故障、1つまたは複数の相内の導体またはヒューズの溶断などの一般的な問題が原因で発生します。
これらの障害は、不平衡型である直列障害としても知られています。それ以外の場合は、三相開放障害を除いて非対称型です。

たとえば、送電線は、開故障回路が発生する前に平衡負荷を介して動作します。送電線では、いずれかの相が溶解した場合、オルタネーターの実際の負荷を減らしてオルタネーターの加速度を上げることができるため、同期速度よりもいくらか速い速度で動作します。他の伝送ケーブルでは、この過速度により過電圧が発生する可能性があります。したがって、単相および二相の開放状態は、電力システムの電流および電圧を生成し、装置に大きな損傷を与える可能性があります。

これらの障害は、次の3つのタイプに分類されます。

  • オープンコンダクター障害
  • 2本の導体が障害を開く
  • 3つの導体が障害を開きます。

障害の種類の原因と影響

これらの障害は、回路の誤動作や1相以上の導体の破損が原因で発生する可能性があります。開回路障害の影響には、次のものがあります。

  • 電力系統の不規則な動作
  • これらの欠陥は、動物だけでなく人間にも危険を及ぼす可能性があります
  • 特に、ネットワークの一部では、電圧が通常の値を超えた場合、絶縁障害が発生し、短絡障害が発生します。
  • ただし、これらのタイプの回路障害は、高い損傷を減らすためにこれらの障害を切り離す必要があるため、短絡タイプの障害と比較して長期間受け入れることができます。

短絡故障

短絡故障は、主に相導体とアース間の絶縁内の故障が原因で発生します。絶縁不良は、回路内の短絡状態をアクティブにする短絡経路の形成を引き起こす可能性があります。

短絡の定義は、偶然または故意に完了したかどうかにかかわらず、異なる電位の2つのポイント間のインピーダンスが極端に低い異常な接続です。これらの障害は、送電線または機器全体に異常な大電流が流れる結果となる最も一般的なタイプです。

短絡故障が短時間でも続くと、装置に大きな害を及ぼします。短絡障害はシャント障害とも呼ばれます。これらの障害は主に、相導体間の絶縁不良、または相導体とアース間の絶縁障害が原因で発生するためです。

達成可能なさまざまな短絡故障状態は、主に、アースへの3相、アースからの3相、アースへの1相、相から相、2相からアース、相から相、および単相からアースで構成されます。

地球から離れた三相断層と地球に向かう三相断層の両方は、対称または平衡になりますが、他の断層は非対称の断層です。

短絡故障の原因と影響

以下の理由により、短絡故障が発生する場合があります。

  • これらの障害は、内部または外部の影響が原因で発生する可能性があります
  • 内部影響は、送電線の故障、機器の損傷、絶縁体の経年劣化、発電機内の絶縁体の腐食、電気機器、変圧器の不適切な設置、およびそれらの不適切な設計です。
  • これらの障害は、装置の外的影響、照明サージによる絶縁不良、および公衆による機械的損傷が原因で発生する可能性があります。

短絡障害の影響には次のものがあります。

  • アーク障害は、変圧器や回路ブレーカーなどの装置で火災や爆発を引き起こす可能性があります。
  • 電力の流れを厳しく制限することができます。そうしないと、短絡エラーが続く場合でも完全にブロックされます。
  • システムの動作電圧は、許容値を上回ったり下回ったりして、電力システムを通じて提供されるサービスに悪影響を与える可能性があります。
  • 異常電流により装置が加熱され、絶縁寿命が短くなります。

障害の種類の原因

電気的故障を引き起こす主な理由は次のとおりです。

気象条件

これには、落雷、大雨、強風、架空送電線や導体への塩の堆積、送電線への雪や氷の蓄積などが含まれます。これらの環境条件は、電力供給を中断し、電気設備にも損傷を与えます。

機器の故障

のような様々な電気機器 発電機 、モーター、変圧器、リアクトル、スイッチングデバイスなどは、誤動作、経年劣化、ケーブルの絶縁不良、および巻線による短絡障害を引き起こします。これらの障害により、デバイスまたは機器に大電流が流れ、デバイスまたは機器がさらに損傷します。

ヒューマンエラー

電気的障害は、機器またはデバイスの不適切な定格の選択、サービスまたはメンテナンス後の金属または導電性部品の忘れ、サービス中の回路の切り替えなどの人為的エラーによっても発生します。

火の煙

煙の粒子による空気のイオン化は、架空送電線を取り囲み、送電線間または絶縁体への導体間に火花を発生させます。このフラッシュオーバーにより、絶縁体の絶縁能力が失われます 高電圧による

障害の種類とその影響

漏電の影響は主に以下の理由で発生します。

過電流の流れ

障害が発生すると、電流が流れるための非常に低いインピーダンス経路が作成されます。これにより、電源から非常に高い電流が引き出され、リレーがトリップし、絶縁体や機器のコンポーネントが損傷します。

運用担当者への危険

障害の発生は、個人にショックを引き起こす可能性もあります。感電の程度は、故障箇所の電流と電圧によって異なり、死に至ることもあります。

機器の紛失

短絡故障による大電流により、コンポーネントが完全に焼損し、機器またはデバイスの不適切な動作につながります。時々、大火事は機器の完全な燃え尽き症候群を引き起こします。

相互接続されたアクティブ回路を妨害します

障害は、それらが発生する場所に影響を与えるだけでなく、障害が発生した回線へのアクティブな相互接続回路を妨害します。

電気火災

建物やショッピングセンターの火災などのニュースでよく見られるように、短絡は2つの導電経路間の空気のイオン化によりフラッシュオーバーと火花を引き起こし、さらに火災につながります。

障害制限デバイス

ヒューマンエラーなどの原因を最小限に抑えることは可能ですが、環境の変化を最小限に抑えることはできません。障害のクリアは、電力システムネットワークの重要なタスクです。障害が発生したときに回路を中断または遮断することができれば、機器や資産への重大な損害を減らすことができます。これらの障害制限デバイスの一部には、ヒューズが含まれます。 サーキットブレーカ 、リレーについては以下で説明します。

デバイスの保護

デバイスの保護

ヒューズ

それは主要な保護装置です。これは、2つの金属部品を接続するケーシングまたはガラスで囲まれた細いワイヤーです。このワイヤーは、回路に過剰な電流が流れると溶けます。ヒューズの種類は、動作する電圧によって異なります。ワイヤーが切れたら、手動でワイヤーを交換する必要があります。

サーキットブレーカー

それは正常な状態で回路を作り、異常な状態で壊れます。障害が発生すると、回路が自動的にトリップします。真空/オイルサーキットブレーカなどの電気機械式サーキットブレーカ、または 超高速電子回路ブレーカー

リレー

条件ベースの操作スイッチです。これは、磁気コイルと通常は開いている接点と閉じている接点で構成されています。故障が発生すると、リレーコイルに通電する電流が上昇し、接点が動作するため、回路に電流が流れなくなります。 保護リレー インピーダンスリレー、モーリレーなどのさまざまなタイプがあります。

照明電力保護装置

これらには、避雷器や、雷やサージ電圧からシステムを保護するための接地装置が含まれます。

アプリケーションベースの三相障害分析

私たちはできる 三相故障を分析する 以下に示すような簡単な回路を使用します。この一時的および永続的な障害は、障害スイッチによって作成されます。一時的な障害としてボタンを1回押すと、タイマーの配置によって負荷が作動し、電源が負荷に戻ります。恒久的な障害としてこのボタンを特定の時間オンにすると、このシステムはリレー構成によって負荷を完全にシャットダウンします。

三相故障解析

三相故障解析

障害を検出して特定する方法は?

送電線では、危機が一般的に目立つため、障害を特定するのは非常に簡単です。たとえば、樹木が送電線の上に倒れると、電柱が損傷したり、導体が地球上に横たわったりする可能性があります。

ケーブルシステムでは、回路が機能していないときに障害の特定を行うことができます。それ以外の場合は、回路が機能しているときに実行できます。故障箇所の特定にはさまざまな方法があり、ケーブルの端で測定された電流と電圧を処理する端子技術と、ケーブルを介した検査が必要なトレーサー方法に分けることができます。障害の通常の領域は、伝送ケーブルを介したトレースを高速化するための端末技術に配置できます。

配線システムでは、障害の場所は配線の検証全体で見つけることができます。難しい配線システムでは、ワイヤが埋まっている可能性がある場合は常に、これらの障害は、ワイヤにパルスを送信する時間領域反射率計を介して配置され、その後、反射信号を調べて電線の障害を認識します。

有名な水中電信ケーブルでは、応答性の検流計を使用して、障害ケーブルの端でのテストを通じて障害電流を計算していました。ケーブルでは、VarleyループとMurrayループのような障害を見つけるために2つの方法が使用されます。

電源ケーブルでは、低電圧で絶縁障害が発生することはありません。そのため、サンパーテストは、ケーブルに高電圧パルス、高エネルギーを適用することによって使用されます。故障箇所は、エラー時の放電音を聞くことで確認できます。このテストがケーブルの場所に害を及ぼす場合は、いずれにせよ設置後に障害のある場所を再絶縁する必要があるため、便利です。

高抵抗が接地された配電システムでは、フィーダーはエラーをアースに拡大できますが、システムは処理中です。障害が発生したフィーダーと通電されたフィーダーは、回路のすべての相線を収集するリング型変流器にあります。回路に障害が含まれているだけで、正味の妨害電流が示されます。接地抵抗は、地絡電流を打ち負かすために2つの値の中で地絡電流に気づきやすくするために使用されます。

三相故障の基本的な考え方を理解していただければ幸いです。記事に貴重な時間を割いていただきありがとうございます。さらに、電気および電子プロジェクトに関する質問がある場合は、以下のコメントセクションにフィードバックを書き込んでください。

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