12 kV vienfazis perkroviklis, DNP3.0 komunikacijos perkroviklis, 11 kV stulpelyje montuojamas aukštos įtampos perkroviklis

Vienfazis perkrovimas (Single phase reclosing) yra automatinio perkrovimo būdas, naudojamas elektros inžinerijoje perdavimo linijų apsaugai. Jo veikimo principas yra toks: esant vienfazei gedimui, tik nutraukiamas gedimo fazė ir atliekama perkrovimas; esant tarpfazei gedimui, nutraukiamos visos trys fazės ir pagal situaciją sprendžiama, ar atlikti trifazį perkrovimą; jei perkrovimas atliekamas ant nuolatinio gedimo, nutraukiamos visos trys fazės. Šis būdas daugiausia naudojamas didelės įžeminimo srovės sistemose, kurių įtampa yra 220 kV ar aukštesnė, ir jis padidina tiek tiekimo patikimumą, tiek sistemos tranzicinį stabilumą. Kadangi nesugadintos fazės sukuria latentinę tiekimo srovę per talpą ir tarpusavio induktyvumo sujungimą, kuri trukdo gedimo vietos lankui užgesti, reikia taikyti tokias priemones kaip aukšto įtampos reaktoriaus neutraliosios dalies įžeminimas arba trumpalaikis įžeminimo jungiklio įjungimas, kad būtų panaikintas lankas. Jo fazės atrankos elementai apima atstumo fazės atranką, fazės srovės skirtumo pokyčio fazės atranką ir fazės srovės greitąją apsaugą. Tarptautiniu mastu itin aukštos įtampos linijos, kurių įtampa viršija 1000 kV, dažniausiai naudoja vienfazį perkrovimą, o dviejų linijų, einančių tomis pačiomis stulpais, atveju taikoma fazinė perkrovimo schema.

Elektros sistemų veikimo patirtis įrodo, kad didžioji dalis oro linijų gedimų yra laikini, pavyzdžiui: izoliatorių paviršiaus išlydis dėl žaibinės viršįtampos, trumpalaikis linijų kontaktas dėl stipraus vėjo, iškrovimas per paukščio kūną ir trumpasis jungimas dėl šakų ar kitų daiktų, nukritusių ant laidų. Kai gedimo linija greitai nutraukiama, lankas užgęsta ir gedimo vietos izoliacijos stipris atkuriamas. Todėl atlikus perkrovimą po linijos nutraukimo, galima žymiai padidinti tiekimo patikimumą. Linijos, kurių įtampa yra 110 kV ar žemesnė, dažniausiai naudoja trifazį vienkartinį perkrovimą. Pagal veikimo patirtį, didelės įžeminimo srovės sistemų aukšto įtampos oro linijose, kurių įtampa viršija 110 kV, daugiau nei 70% trumpojo jungimo gedimų yra vienfaziai įžeminimo trumpieji jungimai. Ypač oro linijose, kurių įtampa yra 220 kV ar aukštesnė, dėl didelio atstumo tarp fazių, vienfazių įžeminimo gedimų skaičius siekia net apie 90%. Tokiu atveju, jei nutraukiama tik gedimo fazė, o po to atliekamas vienfazis perkrovimas, o nesugadintos dvi fazės veikia toliau perkrovimo ciklo metu, galima žymiai padidinti tiekimo patikimumą ir sistemos sinchroninio veikimo stabilumą. Todėl didelės įžeminimo srovės sistemose, kurių įtampa yra 220 kV ar aukštesnė, vienfazis perkrovimas yra plačiai naudojamas. Kai linijos laikino vienfazio įžeminimo apsauga nutraukia vieną fazę, nesugadintos fazės tiekia talpinę srovę į gedimo vietą per tarpfazę ir fazės bei žemės talpas. Tuo pačiu metu nesugadintų fazių apkrovos srovė sukuria indukuotą potencialą gedimo fazėje per tarpfazinius transformatorius ir tiekia indukcinę srovę į gedimo vietą per tarpfazę ir žemės talpas. Šios dvi srovės kartu sudaro latentinę tiekimo srovę. Latentinės tiekimo srovės dydis priklauso nuo linijos parametrų. Paprastai, kuo aukštesnė linijos įtampa ir kuo didesnė apkrovos srovė, tuo didesnė latentinė tiekimo srovė. Dėl latentinės tiekimo srovės gedimo vietos lankas sunkiai užgęsta, todėl vienfazis perkrovimas turi būti atidėtas. Taikant greitą vienfazį perkrovimą, gali nepavykti atlikti vienfazio perkrovimo ir teks nutraukti visas tris fazes.

Vienfazio perkrovimo laikas (laikas nuo maitinimo šaltinio nutraukimo gedimo vietoje iki darbinės įtampos įjungimo iš naujo) turi būti ilgesnis už laiką, reikalingą gedimo vietos lankui užgesti ir linijos izoliacijai atkurti. Skirtingai nuo trifazio perkrovimo, vienfazio perkrovimo proceso metu, kai tik nutraukta tik gedimo fazė, kol gedimo vietos lankas neužgeso, gedimo vieta vis tiek sujungta per tarpfazę talpą, o srovę palaiko iš dviejų kitų fazių, veikiančių maitinimo šaltinių. Kai lankas nutraukiamas, gedimo vietoje daugiausia veikia paskirstytoji įtampa, susidariusi iš dviejų veikiančių fazių maitinimo šaltinių per gedimo fazės ir žemės talpas. Kai lankas išsitempia ir nutrūksta dėl srovės perėjimo per nulį, jei gedimo vietos izoliacijos atkūrimo greitis yra mažesnis už sujungtos įtampos bangos kilimo greitį, arti šios įtampos bangos viršūnės gedimo vietos izoliacija vėl gali būti pažeista. Tada, be to, kad nesugadintos dvi fazės tiekia lanko srovę, gedimo talpoje sukaupta energija taip pat išsiskiria į gedimo vietą, sukurdama pakartotinio lanko užsidegimo srovę, kurios viršūnė yra daug didesnė už ankstesnę stacionarios būsenos lanko srovę. Šis reiškinys kartojasi kas pusę maitinimo dažnio periodo, todėl jis daro įtaką galutiniam lanko užgesimo laikui. Kuo aukštesnė linijos darbinė įtampa ir ilgesnė linijos ilgis, tuo ilgesnis galutinis lanko užgesimo laikas. Tai patvirtinta dirbtinių trumpųjų jungimų bandymais ir realios veiklos įrašais. Siekiant sutrumpinti vienfazio perkrovimo laiką iki pagrįstos vertės, pavyzdžiui, ne daugiau kaip 1 s, kad būtų patenkinti sistemos stabilumo (perkrovimo laiko) ir relinės apsaugos derinimo reikalavimai, tuo pačiu nesumažinant perkrovimo sėkmės procento, vidutinėse ir ilgosiose linijose, kurių įtampa yra 500 kV ar aukštesnė, plačiai naudojamos papildomos lanko panaikinimo priemonės. Jos yra dviejų tipų: ① Aukšto įtampos reaktoriaus, naudojamo linijos talpos kompensacijai, neutralioje dalyje, per atitinkamos vertės reaktorių įžeminimas. Jo veikimas yra lygus su rezonansine induktyvumu sujungta lygiagrečiai, todėl žymiai sumažėja srovė, tekanti per gedimo vietą, ir atkuriamoji įtampa, einanti per gedimo vietą, sudarant sąlygas greitam ir sėkmingam gedimo lanko užgesimui. Šis metodas buvo sėkmingai ir plačiai pritaikytas elektros sistemose. ② Vienfazio perkrovimo proceso metu, trumpalaikis įžeminimo jungiklio įjungimas abiejose nutrauktos gedimo fazės linijos pusėse, kad gedimo vieta būtų arti nulio potencialo, pasiekiant greito lanko užgesimo tikslą. Specialiai svarbioms didelės apkrovos linijoms (dviejų linijų, einančių tomis pačiomis stulpais), jei reikia atsižvelgti į skirtingų fazių gedimus (pvz., A fazės gedimas pirmojoje linijoje ir B fazės gedimas antrojoje linijoje), kad būtų galima sėkmingai atlikti fazinį perkrovimą, įžeminimo jungiklis yra vienas iš įmanomų sprendimų.