انواع خطاهای الکتریکی
تعریف خطای الکتریکی
خطاهای الکتریکی به شرایطی گفته می‌شوند که در آن جریان از مسیر طراحی‌شده خارج شده یا ولتاژ و جریان در یک یا چند نقطه از شبکه از مقادیر مجاز فراتر می‌روند. این خطاها معمولاً به دلیل اتصال کوتاه، شکست عایق، یا ایجاد مسیر غیرمجاز برای جریان رخ می‌دهد.
دسته‌بندی خطاهای الکتریکی
۱. خطاهای متقارن (Symmetrical Faults)
خطاهای الکتریکی متقارن، خطایی است که در آن هر سه فاز به طور همزمان و به‌شکل متقارن تحت تأثیر قرار می‌گیرند، به گونه‌ای که تعادل بین فازها حفظ می‌شود. رایج‌ترین نوع این خطا، اتصال کوتاه سه‌فاز (Three Phase Fault – LLL) است که شدیدترین نوع خطا از نظر مقدار جریان به‌شمار می‌رود.
اگرچه احتمال وقوع چنین خطایی در عمل پایین (کمتر از ۵٪) است، اما از آنجایی که موجب ایجاد بیشترین جریان خطا می‌شود، معمولاً در طراحی تجهیزات حفاظتی به‌عنوان مبنای انتخاب جریان نامی کلیدهای قدرت و رله‌ها استفاده می‌شود.
۲. خطاهای نامتقارن (Asymmetrical Faults)
در مقابل، خطاهای الکتریکی نامتقارن خطاهایی هستند که موجب از بین رفتن تعادل بین فازها می‌شوند و سیستم وارد حالت ناپایدار و نامتقارن می‌شود. حدود ۹۵ درصد خطاهای واقعی شبکه از این نوع هستند.
انواع رایج خطاهای الکتریکی نامتقارن
1ـ2 خطای یک فاز به زمین:
این نوع خطاهای الکتریکی زمانی رخ می‌دهند که یکی از فازها با زمین تماس برقرار می‌کند. خطای LG رایج‌ترین نوع خطا در شبکه‌های قدرت است و حدود ۷۰ درصد از خطاها را تشکیل می‌دهد. علت این خطا معمولاً صاعقه، آلودگی عایقی یا شکست مکانیکی در عایق فاز است.
2ـ2 خطای دو فاز با یکدیگر:
در این حالت، دو فاز بدون تماس با زمین به هم متصل می‌شوند. این خطا نسبت به LG کمتر رایج است و اغلب در خطوط هوایی در اثر برخورد فازها با یکدیگر ایجاد می‌شود.
3ـ2 خطای دو فاز به زمین
در این نوع خطاهای الکتریکی، دو فاز به طور همزمان با زمین اتصال پیدا می‌کنند. این خطا می‌تواند ناشی از سقوط شاخه درخت یا برخورد هادی‌ها با سازه‌های فلزی باشد. LLG معمولاً پیچیده‌تر از LL و LG بوده و شامل هر سه مؤلفه (مثبت، منفی و صفر) در تحلیل است.
4ـ2 خطای سه‌فاز به زمین
هر سه فاز به زمین اتصال پیدا می‌کنند. این نوع خطا در شرایطی خاص ممکن است اتفاق بیفتد، ولی وقوع آن بسیار نادر است. تحلیل آن مشابه خطای LLL است، با این تفاوت که مسیر زمین نیز در مدار وارد می‌شود.
خطا اضافه جریان بیش از حد (Overcurrent)
جریان بیش از حد به معنای “جریان بیش از حد مجاز” است. هرگاه جریانی بیشتر از مقدار نامی یک تجهیز یا بیشتر از ظرفیت آمپری یک هادی خاص وجود داشته باشد، با وضعیت جریان بیش از حد مواجه هستیم.
این وضعیت می‌تواند معمولا از دو حالت مختلف ناشی شود و برخی از دستگاه‌ها برای محافظت در برابر هر دو، و برخی دیگر تنها برای محافظت در برابر یک جنبه از آن طراحی شده‌اند؛ گاهی نیز از چندین دستگاه به صورت ترکیبی برای تأمین حفاظت کامل استفاده می‌شود.
1. خطای اضافه بار (Overload)
اضافه بار به معنای “بار بیش از حد” یا “بارهای بیش از حد روی یک مدار” است. به عنوان مثال، اگر در یک مدار ۲۰ آمپر آشپزخانه، شش یا هفت توستر را به برق بزنید، این تعداد بار بیش از حد خواهد بود و پس از مدتی، قطع‌کننده مدار تریپ خواهد کرد.
همچنین، ممکن است یک تجهیز، جریان بیش از حدی را بکشد؛ مثلاً یک موتور که بیش از حد کار می‌کند. نوسانات ولتاژ (ولتاژ بیش از حد بالا یا بیش از حد پایین) نیز بستگی به نوع تجهیزات، می‌تواند منجر به جریان بیش از حد شود.
نکته مهم در مورد اضافه بار این است که جریان در مسیر صحیح خود جریان می‌یابد؛ فقط مقدار آن بیش از حد است. منظور از مسیر صحیح این است که جریان از فاز (یا هادی) عبور کرده، از بار (مصرف‌کننده) گذشته و از طریق نول (یا هادی‌های مناسب در سیستم‌های چندفاز) بازمی‌گردد. اگر جریان اضافی برای مدت زمان طولانی ادامه یابد، می‌تواند باعث آسیب یا گرمای بیش از حد خطرناک شود.
2. خطای اتصال کوتاه (Short Circuit)
اتصال کوتاه به حالتی اطلاق می‌شود که در آن بین دو نقطه از سیستم قدرت که دارای اختلاف ولتاژ هستند، یک مسیر مستقیم با مقاومت پایین برقرار می‌شود.
این مسیر باعث می‌شود جریان با شدت بالا از مسیری خارج از کنترل عبور کند و شرایط نرمال سیستم را به‌طور کامل به‌هم بزند. این جریان بالا، که به آن جریان اتصال کوتاه (Short Circuit Current) گفته می‌شود، ممکن است چندین برابر جریان نامی تجهیزات باشد.
تفاوت اصلی بین اضافه بار و خطاها (مانند اتصال کوتاه) این است که جریان‌های خطا در مسیر مورد نظر جریان نمی‌یابند، بلکه در یک مسیر نادرست حرکت می‌کنند. جریان در اینجا یک “میانبر” می‌گیرد.
این مانند رانندگی در جاده‌ای است که به جای رفتن تا چراغ راهنمایی و صبر کردن برای پیچیدن به راست، تصمیم می‌گیرید از پمپ بنزین یا پارکینگ کنار جاده میانبر بزنید. جریان نیز همین کار را می‌کند؛ به جای عبور از بار و برگشت، یک میانبر می‌زند.
اتصال کوتاه می‌تواند بین دو خط (فاز به فاز)، یا در سیستم‌های سه فاز، خط به خط به خط، یا خط به نول باشد. مقاومت در مسیر اتصال کوتاه معمولاً بسیار کم است و بنابراین، جریان بسیار زیادی از آن عبور می‌کند.
خطا زمین (Ground Fault)
خطای زمین زمانی رخ می‌دهد که “زمین دخیل باشد”. خطای زمین اغلب به عنوان یک زیرمجموعه از اتصال کوتاه در نظر گرفته می‌شود. در این حالت نیز جریان مسیر نادرستی را طی می‌کند و مقدار زیادی جریان می‌تواند از آن عبور کند و نیاز است که دستگاه محافظ بلافاصله مدار را قطع کند.
تعریف خطای زمین بیان می‌کند که این یک مسیر ناخواسته بین هادی فاز و زمین است. ممکن است در ابتدا این سوال پیش بیاید که چرا نول به زمین در این تعریف گنجانده نشده است.
پاسخ این است که اگرچه اتصال نول به زمین نیز باعث فعال شدن دستگاه خطای زمین می‌شود، اما تعریف بر مسیر بین فاز و زمین تأکید دارد. حتی اگر این نوع خطا باعث جریان اضافی زیادی نشود، جریان را در یک مسیر بالقوه خطرناک جاری می‌کند که باعث فعال شدن دستگاه خطای زمین و توقف عملکرد مدار خواهد شد.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
