Definicja: Usterka w sprzęcie lub aparaturze elektrycznej jest definiowana jako niedoskonałość w obwodzie elektrycznym, z powodu której prąd jest odchylony od zamierzonej drogi. Innymi słowy, usterka jest nieprawidłowym stanem systemu elektrycznego, który uszkadza sprzęt elektryczny i zakłóca normalny przepływ prądu elektrycznego.

Usterka zmniejsza wytrzymałość izolacji pomiędzy przewodami fazowymi a ziemią lub jakimkolwiek uziemionym ekranem otaczającym przewody. Zmniejsza również impedancję (właściwość obwodu przeciwstawiająca się przepływowi prądu) między przewodnikami a ziemią, w wyniku czego przez system przepływa silny prąd zwarciowy, który uszkadza urządzenia systemu elektroenergetycznego.

Prawdopodobieństwo awarii lub wystąpienia nietypowych uszkodzeń jest większe w liniach przesyłowych. Około połowa usterek występujących w systemie elektroenergetycznym to usterki w liniach przesyłowych. Ponieważ linie przesyłowe są szeroko rozgałęzione, mają większą długość, pracują w zmiennych warunkach atmosferycznych i są narażone na działanie zakłóceń atmosferycznych o charakterze elektrycznym.

Według przyczyn występowania, przyczyny awarii można sklasyfikować, jak podano poniżej;

  • Przebicia spowodowane izolacją mogą wystąpić przy normalnym napięciu z powodu zaniku lub starzenia się izolacji, a uszkodzenia są spowodowane przez nieprzewidywalne zdarzenia, takie jak silne wiatry, drzewa spadające w poprzek linii, pojazdy zderzające się z wieżami lub słupami, ptaki powodujące zwarcie linii, samoloty zderzające się z linią, pęknięcia linii itp,
  • Awaria może wystąpić z powodu nieprawidłowych napięć spowodowanych przepięciami łączeniowymi lub wyładowaniami atmosferycznymi, które mogą być bezpośrednie lub indukowane.

Linia i aparatura izolacyjna mogą również ulec uszkodzeniu z powodu przejściowych przepięć, które powstają podczas operacji łączeniowych. Podczas operacji przełączania napięcie wzrasta w szybkim tempie i może osiągnąć wartość szczytową zbliżoną do trzykrotnej wartości napięcia międzyfazowego. Stąd wyższy poziom izolacji zapewnia ochronę sprzętu przed uszkodzeniem.

Usterki można zminimalizować poprzez poprawę projektu systemu, lepszą jakość sprzętu i konserwacji. Jednak usterki nie można całkowicie wyeliminować.

Typy usterek elektrycznych

Najczęstszą i najbardziej niebezpieczną usterką występującą w systemie elektroenergetycznym jest usterka zwarciowa lub bocznikowa. W przypadku wystąpienia usterki zwarciowej przez obwód przepływa prąd zwarciowy, który uszkadza izolację fazowych przewodów przewodzących prąd odpowiadających ziemi lub izolację między fazami. Różne rodzaje usterek elektrycznych są wyjaśnione poniżej:

  1. Usterka jednofazowa do ziemi – Jest również nazywana usterką liniowo-ziemną. Występuje głównie z powodu przerwania izolacji pomiędzy jedną z faz a ziemią. Usterka jednofazowa jest najczęściej spotykana w systemie elektroenergetycznym. Szanse na ich wystąpienie w systemie elektroenergetycznym wynoszą 70%.
  2. Usterka międzyfazowa – Ten typ usterki rzadko występuje w systemie elektroenergetycznym. Nazywana jest również uszkodzeniem typu linia-linia. Występuje w przypadku zwarcia dwóch przewodników. Szansa ich wystąpienia w systemie elektroenergetycznym wynosi zaledwie 15%.
  3. Usterka między dwiema fazami a ziemią – W tym typie usterki dochodzi do przerwania izolacji między dwiema fazami a ziemią. Jest to najpoważniejszy typ usterki, ale rzadko występuje w systemie elektroenergetycznym. Nazywane jest również zwarciem między linią a ziemią (L-L-G). Szansa ich wystąpienia wynosi zaledwie 10%.
  4. Usterka faza do fazy i trzecia faza do ziemi – jest to połączenie usterki faza do fazy i faza do ziemi. Tego typu usterki powstają w wyniku przebicia izolacji pomiędzy dwoma fazami i jednoczesnego przebicia izolacji pomiędzy trzecią fazą a ziemią. Szansa wystąpienia tego typu usterki wynosi zaledwie 2-3%.
  5. All the Three Phases to Ground Fault – Jest to najpoważniejszy typ usterki i bardzo rzadko występuje w systemie elektroenergetycznym. Występuje na skutek przebicia izolacji pomiędzy wszystkimi fazami oraz do ziemi. Występuje od 2% do 3% w systemie elektroenergetycznym.
  6. Zwarcie wszystkich trzech faz – Ten typ usterki występuje głównie z powodu przerwania izolacji pomiędzy wszystkimi trzema fazami. Pojawiają się one rzadko od 2% do 3% w systemie elektroenergetycznym.

Pierwsze cztery usterki mają charakter niesymetryczny i powodują powstawanie niesymetrycznych prądów, tzn. różnych prądów w trzech fazach. Ostatnie dwa uszkodzenia mają charakter symetryczny i powodują powstanie prądu symetrycznego, tj. jednakowego prądu uszkodzeniowego we wszystkich trzech fazach z przesunięciem 120º.

Szkodliwy wpływ uszkodzeń na system elektroenergetyczny

Po wystąpieniu uszkodzenia w obwodzie płynie silny prąd zwarciowy. Prąd ten ma następujące wady. Ich skutki wyjaśniono szczegółowo poniżej.

  1. Ciężki prąd spowodowany uszkodzeniem powoduje nadmierne nagrzewanie się, co może skutkować pożarem lub wybuchem.
  2. Niekiedy prąd zwarciowy przybiera postać łuku elektrycznego, który może spowodować znaczne uszkodzenie elementu systemu elektroenergetycznego.
  3. Stabilność systemu elektroenergetycznego może ulec pogorszeniu, a nawet może nastąpić całkowite wyłączenie systemu elektroenergetycznego.
  4. Uszkodzenia innych aparatów w systemie mogą powstać na skutek przegrzania oraz w wyniku zadziałania nietypowych sił mechanicznych.

Duża liczba uszkodzeń niesymetrycznych ma charakter przejściowy i może zniknąć w ciągu kilku cykli, tak jak byłoby to przyczyną, gdyby gałązka (łodyga) spadła w poprzek linii i spaliła się lub po prostu spadła. Usterki symetryczne trójfazowe, na ogół występują z powodu nieostrożności personelu obsługującego.

.