Меню

Токи при межфазном замыкании

Где возникает межфазное замыкание и его причины

Понятие и причины замыканий


Причиной замыкания, как правило, становится нарушение изоляции проводов

Межфазным замыканием электричества в многофазных цепях называют непреднамеренное соединение между собой изолированных проводников с поврежденным защитным покрытием.

В отдельных случаях оно проявляется как однофазное замыкание на землю или корпус работающего электрооборудования.

Такое состояние электрической сети является нарушением нормального режима работы системы и трактуется как аварийное. В этом случае в местах замыкания двух проводников или в точках их контакта с землей величина тока существенно возрастает. Максимальное его значение достигает порой нескольких тысяч Ампер. Неуправляемые потоки электричества способны привести к разрушительным последствиям.

Причинами возникновения аварийных ситуаций в высоковольтных электрических сетях являются:

  • Повреждение защитной изоляции каждого из фазных проводников из-за нарушений правил эксплуатации кабельных линий.
  • Случайный обрыв одной из жил воздушного кабеля и его замыкание на другой провод или землю.
  • Замыкание провода с поврежденной изоляцией на корпус действующей электроустановки.

Каждый из случаев возникновения короткого замыкания является следствием грубейшего нарушения правил эксплуатации электрооборудования и в соответствии с требованиями нормативных документов нуждается в тщательном расследовании.

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Короткие замыкания в электроустановках переменного тока 2.1 Виды коротких замыканий в электроустановках переменного тока 2.1.1 Симметричные короткие замыкания
  • 2.1.2 Несимметричные короткие замыкания
  • 2.2 Обозначения на схемах
  • 2.3 Расчёт токов короткого замыкания в электроустановках переменного тока

    Короткое замыкание в электроустановке (КЗ)

    — всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек (фаз) электроустановки между собой или с зёмлей, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

    Короткое замыкание на землю в электроустановке (КЗ на землю)

    — короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землей какого-либо ее токоведущего элемента. КЗ могут происходить в электроустановках переменного и постоянного тока.

    Виды аварийных замыканий


    По типу электропитания все короткие замыкания делятся на повреждения, произошедшие в однофазных или в трехфазных цепях, а по их количеству – на одиночные и двойные КЗ. Самый простой случай – однофазные линии, в которых возможно только одиночное замыкание фазы на нейтраль или землю. Трехфазное короткое замыкание отличается большим вариантом возможностей, поскольку число проводов в кабеле увеличивается до 3-х. При этом возможны следующие варианты повреждений:

    • Замыкание двух высоковольтных проводов между собой.
    • КЗ одного провода на нейтраль или землю (однофазные короткие замыкания).
    • Контакт сразу двух проводников с поверхностью грунта.

    В каждом из этих случаев, включая двухфазные КЗ на землю, рассматриваемая неисправность проявляется особым образом, характеризуясь токами растекания и распределениями аварийных потенциалов. Помимо этих факторов, текущий процесс описывается таким показателем, как напряжение прикосновения. Указанный параметр представляет собой напряжение, прикладываемое к телу человека между двумя точками прикосновения к оголенному проводу.

    К тому же типу опасных воздействий относят разность потенциалов, появляющуюся между частями тела, соприкасающимися с оголенным проводом, замкнутым на землю. При однофазных КЗ особый интерес представляет вопрос, какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы. Согласно положениям ПУЭ этот показатель зависит от расстояния между контактными зонами и увеличивается с его повышением.

    В отдельных случаях, когда сопротивление растеканию тока на землю в слишком высоко, напряжение соприкосновения достигает опасной для человека величины.

    Виды коротких замыканий

    В цепи постоянного тока

    В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как “+”, и общим проводом схемы, который соединяют с “-“. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока. Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с “минусом” аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит “жучок” – самопальный предохранитель. Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.

    короткое замыкание сгорел автомобиль

    В цепи переменного тока

    Трехфазное замыкание

    Это когда три фазных провода коротнули между собой.

    Трехфазное на землю

    Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

    Двухфазное

    В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

    Двухфазное на землю

    Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

    Однофазное на землю

    Однофазное на ноль

    Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

    В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю – 60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

    В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

    Последствия КЗ


    К опасным проявлениям межфазного замыкания трехфазной цепи (как и однофазного) относят последствия, связанные с протеканием в линии токов предельно больших значений. Они закономерно становятся причиной следующих аварийных ситуаций:

    • Возникновение пожара из-за расплавления и сильного нагрева изоляции фазных проводников.
    • Выход из строя подключенного к поврежденной линии силового оборудования.
    • Электрический удар током человека, случайно оказавшегося на участке аварийного замыкания.

    При перемещении в этой зоне важно учитывать так называемое «напряжение шага», образующееся из-за растекания тока утечки в почву между ногами человека. Этот показатель отсчитывается между его ступнями при перемещении около упавшего на землю кабеля. Он также может достигать опасного значения, особенно при авариях в высоковольтных воздушных линиях 6,3-10 кВт. Поэтому ПУЭ предписывают передвигаться в этих зонах характерным гусиным шажком: ступня вплотную приставляется к ступне.

    Основным условием надежной защиты от однофазных и двухфазных замыканий в силовых линиях 220/380 Вольт является качественная изоляция, способная выдерживать тестовые напряжения до 1000 Вольт. Величина ее сопротивления, согласно ПУЭ, должна составлять не менее 0,5 Мом для каждой из фаз. Для предотвращения пожаров и поломок оборудования в цепях питания устанавливаются специальные защитные устройства, обеспечивающие мгновенное отключение линии при появлении КЗ. К таким приборам относят:

    • Предохранители линейные автоматические.
    • Токовые пробойники и высоковольтные реле.
    • Автоматы токовой защиты и другие.

    С их помощью удается предотвратить разрушительные последствия фазных замыканий, которые порой происходят по независящим от человека причинам.

    Благодаря своевременному принятию соответствующих мер удается сохранить в целостности материальные ресурсы, а также защитить от поражения электрическим током обслуживающий оборудование персонал.

    Виды коротких замыканий в электроустановках переменного тока[править]

    Виды КЗ можно разделить на две группы – симметричные

    и
    несимметричные
    КЗ.

    Симметричные короткие замыкания[править]

    Симметричное короткое замыкание

    — КЗ в электроустановке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях.

    К симметричным КЗ относится только трёхфазное короткое замыкание.

    Трехфазное короткое замыкание

    — КЗ между трёмя фазами в трёхфазной электроэнергетической системе. Примечание: При трёхфазном КЗ наличие или отсутствие замыкания на землю не влияет на параметры КЗ.

    Несимметричные короткие замыкания[править]

    Несимметричное короткое замыкание

    — КЗ в электроустановке, при котором одна из её фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.

    К несимметричным КЗ относятся:

    • Однофазное короткое замыкание на землю
      — КЗ на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземлёнными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.

    Примечание: Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью коротким не является.

    • Двухфазное короткое замыкание
      — КЗ между двумя фазами в трёхфазной электроэнергетической системе.
    • Двухфазное короткое замыкание на землю
      – КЗ на землю в трёхфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземлёнными нейтралями силовых элементов, при котором с землёй соединяются две фазы.
    • Двойное короткое замыкание на землю в электроустановке
      — КЗ на землю двух разных фаз в трёхфазной электроэнергетической системе в разных, но электрически связанных между собой точках.

    Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты


    В питающих цепях с рабочим напряжением свыше 1000 Вольт не допускается применять автоматические разъединители, так как при размыкании их силовых контактов образуется дуга большой мощности. В этом случае для коммутации линий используются масляные, вакуумные или газовые выключатели.

    Читайте также:  Диапазон сварочного тока мма

    Для защиты высоковольтных сетей применяются также релейные схемы. Они отличаются простой исполнения и представляют собой преобразовательные устройства, работающие по закону индукции Фарадея – наведения э/м поля. В основе релейной аппаратуры, обеспечивающей защиту высоковольтных линий от перенапряжений, лежит токовый трансформатор. С его помощью удается контролировать величину тока в аварийной линии и при достижении им предельного значения вырабатывать сигнал, поступающий на обмотку мощного электромагнита. Этот защитный прибор после своего срабатывания отключает всю питающую цепь от источника энергоснабжения.

    Независимо от наличия коммутационной аппаратуры основным способом защиты от междуфазных и трехфазных КЗ является использование кабельной продукции с качественной изоляцией. При соблюдении этого условия любая высоковольтная линия способна выдерживать токи КЗ, многократно превышающие допустимую норму.

    Профилактические меры


    Силовой трехжильный кабель ВВГнг

    Самый действенный и надежный способ предупреждения коротких замыканий – профессиональный подход к решению следующих технических и организационных вопросов:

    • Выбор подходящего силового кабеля, способного выдерживать большие перегрузки по току.
    • Строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации электрических сетей, а также подключаемых к ним машин и аппаратов.
    • Наличие актов приемки системы электроснабжения при сдаче ее в эксплуатацию.
    • Использование современных видов защитного оборудования, гарантирующего моментальное отключение линии при возникновении аварийной ситуации.

    Особое внимание уделяется профилактическим мероприятиям, проводимым в строгом соответствии с требованиями действующих нормативов. Согласно положениям, касающимся обслуживания электрических сетей, профилактика проводится по заранее составленному плану, утвержденному руководителем конкретного подразделения. При его реализации необходимо различать следующие виды профилактического обслуживания:

    • Визуальные осмотры.
    • Текущие и планово-предупредительные ремонты.
    • Тестовые испытания электрооборудования при его приемке и в ходе эксплуатации.

    Замыкание электрических проводов на землю – очень опасное явление, способное привести к возгоранию и последующему за ним пожару. Кроме того, оно чревато возможностью поражения обслуживающих установки людей высоковольтным напряжением. Все это в конечном итоге вынуждает принимать специальные меры защиты, обеспечивающие нормальную эксплуатацию сетей в отсутствии критических режимов.

    Источник

    

    Где возникает межфазное замыкание и его причины

    Не будет сильным преувеличением утверждение о том, что такой нештатный режим работы электросети, как короткое замыкание известен даже тем, кто не изучал основы электротехники. Сегодня мы предлагаем рассмотреть частный случай этого явления – межфазное замыкание. Из материалов нашей статьи Вы узнаете, особенности данного вида КЗ и вызванные им последствия. В завершении мы рассмотрим способы защиты электросети от различных видов замыканий.

    Что такое межфазное замыкание?

    Это аварийный режим работы электросети, вызванный электроконтактом разноименных фаз. В качестве примера приведем типовые виды замыканий.

    Виды коротких замыканий

    Виды коротких замыканий

    Обозначения:

    1. Трехфазные КЗ.
    2. Замыкание двух фазных проводов.
    3. КЗ на землю при двухфазном замыкании.
    4. Фазное (однофазное) КЗ. Замыкание может происходить с землей или нулевым проводом в системах с изолированной или заземленной нейтралью.

    Как видно из рисунка, под определение межфазного замыкание подходит пункт 2. Заметим, что при определенных условиях 1 и 3 также можно рассматривать как частный случай межфазного КЗ.

    Где возникает и почему?

    Теоретически КЗ может образоваться в любой точке сети. Этот процесс носит случайный характер, за исключением тех случаев, когда короткое замыкание вызывается принудительно, при помощи короткозамыкателя для оперативного отключения высоковольтных линий электропередач.

    Короткозамыкатель КЗ-110

    Короткозамыкатель КЗ-110

    Непреднамеренное КЗ может возникнуть в следующих местах:

    • На изоляторах, как проходных, так и опорных, используемых для токоведущих частей.
    • Между фазными обмотками электрических машин и электромагнитных устройств, например, трансформаторов тока, двигателей или генераторов.
    • В воздушных и кабельных линиях электропередач.
    • В коммутаторах электрических цепей, например, разъединителях, рубильниках, автоматических выключателях и т.д.
    • В цепях оборудования или других потребителей электроэнергии.

    Причины КЗ могут быть вызваны различными условиями, перечислим наиболее распространенные электрические соединения:

    • Металлический контакт межфазных напряжений с минимальным переходным сопротивлением и исключением электрической дуги.
    • Дуговые замыкания. Между фазными проводниками протекают сильные токи нагрузки даже при воздушном зазоре.
    • Тлеющие КЗ, как правило, возникают в силовых КЛ при разрушении или повреждении изоляции токопроводящих линий. В результате на участке сети между фазными проводниками может образоваться зона с малым сопротивлением, что приводит к перегреву изоляции.
    • Пробой силовых полупроводниковых элементов, например, тиристоров.

    Ток межфазного КЗ

    При любом виде замыкания ток является основной характеристикой аварийного режима работы трехфазной сети. Это необходимо принимать во внимание при разработке электрооборудования, для чего применяется специальная методика, описание которой можно найти на нашем сайте.

    Расчет тока КЗ помимо электроустройств также необходим для выбора характеристик аппаратов, производящих защитное (аварийное) отключение, например автоматические выключатели или системы релейной защиты.

    Перечислим факторы, от которых зависит ток КЗ:

    • Удаление аварийного участка от источника питания. Чем больше расстояние между ними, тем меньшим будет уровень тока КЗ.
    • Тип, сечение токоведущих элементов и длина силовых магистралей между аварийным участком и источником электроэнергии. При этом немаловажное влияние оказывают параметры и состояние коммутаторов, расположенных в данной цепи. Перечисленные выше характеристики цепи позволяют рассчитать эквивалентное сопротивление нагрузки, необходимое для определения тока замыкания.

    Обратим внимание, что вид электрического соединения при КЗ влияет на величину тока замыкания. Наблюдается следующая зависимость:

    Проверка изоляции с помощью мегаомметра

    • Металлический контакт фазных напряжений образует наибольшую величину тока. Именно поэтому при проектировании электрооборудования производятся расчеты для данного электрического соединения.
    • Дуговое КЗ образует меньший ток. Но на практике можно часто наблюдать неустойчивую дугу, то есть, периодически зажигающуюся и затухающую, что приводит к образованию переходных процессов. Они, в свою очередь, могут вызвать превышение расчетных характеристик тока КЗ.
    • Тлеющее КЗ образует уровень тока существенно меньше расчетного, что может негативно отразиться срабатывании автоматов защиты. На практике наблюдались случаи, когда данный вид замыкания становился дуговым или образовывал металлический контакт, вызывая срабатывание АВ. Но после включения линии электрическое соединение вновь возвращалось к состоянию тлеющего замыкания, нее распознаваемое АВ. В таких случаях для распознавания аварийного участка необходимо подать на линию повышенное напряжение или провести измерение сопротивления изоляции.

    Проверка изоляции с помощью мегаомметра

    Последствия

    Межфазные КЗ могут не только отразиться на режимах работы электроустройств, ни и стать причиной их выхода из строя. Помимо этого токоведущие элементы подвергаются как термической, так и динамической нагрузке. Последняя характерна для мощных энергосистем, в которых наблюдается притягивание или отталкивание токопроводящих элементов. Это взаимодействие зависит от направления тока.

    При аварии высоковольтных цепей динамическая нагрузка может привести к разрушению изоляторов, поддерживающих токопроводные магистрали, что только усугубляет ситуацию.

    Термическая нагрузка проявляется в виде нагрева проводников при прохождении по ним тока замыкания. В результате токопроводы становятся, в буквальном смысле, нагревательными элементами.

    Не менее опасным поражающим фактором при межфазном КЗ является образование электродуги, оказывающей негативное воздействие как на человека, так и оборудование. Она способна в течение микросекунд нагреть поверхность контакта до 4000°С — 10000°С, а в некоторых случаях и более. Соответственно, при такой высокой температуре плавится практически все металлические элементы. Нередко до срабатывания защиты дуга успевает пережечь токоведущие шины.

    Образование электрической дуги на размыкателях

    Образование электрической дуги на размыкателях

    Электродуга не только нагревает как место контакта, так и окружающее ее пространство. Если рядом с ней расположены горючие материалы, то вероятность пожара существенно увеличивается.

    Ожог, вызванный дугой, сложно поддается лечению. Это связано с тем, что мелкие брызги расплавленных металлов оседают на коже, образуя эффект металлизации. Характерно, что на практике случайно попасть под воздействие дуги практически нереально. Как правило, причина кроется в нарушении ТБ, технологических процессов, а также других ошибок, связанных с воздействием человеческого фактора.

    К негативным последствиям КЗ также стоит отнести снижение уровня напряжения на аварийном участке. Это создает ряд дополнительных проблем, проявляющихся в виде сбоев в работе оборудования, подключенного к данной сети. Например, отключаются магнитные пускатели, срабатывает защита блоков питания электронных систем, повышается рабочий ток электродвигателей и т.д.

    Способы защиты

    Мы уже рассматривали ранее способы защиты от КЗ, но учитывая актуальность данной темы, будет полезным напомнить о них. В быту для этих целей используются автоматические выключатели, встроенная в них электромагнитная защита реагирует на токи замыкания, и снимает нагрузку при межфазных, однофазных и других замыканиях.

    Селективность устройств защиты в бытовых и распределительных сетях позволяет локализовать аварийный участок, оставив подключенными потребителей, запитанных от неповрежденных фаз.

    Для защиты электроцепей с классом напряжения более 1-го киловольта не применяются АВ или аналогичная коммутационная аппаратура. Это связано с тем, что даже при нормальных режимах работы величина нагрузки может привести к образованию дуги, с которой не справятся дугогасящие катушки. Именно поэтому в высоковольтном оборудовании применяется релейная защита, управляющая вакуумными, масляными и элегазовыми разъединителями.

    Профилактика

    Несмотря на то, что образование замыкания носит случайный характер, применяя ряд профилактических мер, можно несколько снизить вероятность его возникновения. К таковым мерам относятся:

    • Своевременная замена электрооборудования, у которого закончился срок эксплуатации.
    • Регулярное проведение планово-предупредительных ремонтов. При таких процедурах можно своевременно обнаружить и устранить повреждение изоляции токоведущих линий, межвитковые замыкания первичных или вторичных обмоток трансформатора и другие неисправности.
    • Электрооборудование необходимо эксплуатировать в штатном режиме, перегрузка существенно снижает его ресурс.
    • Соответствующая подготовка и регулярный инструктаж обслуживающего и электротехнического персонала.
    Читайте также:  Сила тока 2а напряжение 220в как определить мощность

    Видео по теме

    Источник

    Межфазное замыкание и способы борьбы с ним

    Межфазное замыкание является аварийным режимом работы электрической сети. Оно возникает при электрическом соединении между разноименными фазами при ухудшении изоляции между ними, механических повреждениях или ошибках при эксплуатации.
    Кроме межфазных замыканий различают однофазные замыкания, происходящие когда соединяются между собой ноль и фаза. Соединение фазного проводника с землей называется замыканием на землю.
    Замыкания происходят в электроустановках, имеющих как заземленную нейтраль, когда нулевой проводник связан с контуром заземления, так и изолированную, где он изолирован от земли на всем протяжении. Они могут возникнуть между двумя фазами, тремя фазами с нулем или без него.
    Замыкания могут возникать в любом месте электрической сети. Им подвержены:

    • опорные и проходные изоляторы, на которых устанавливаются токопроводящие шины;
    • обмотки электрических машин: силовых трансформаторов, электродвигателей и генераторов;
    • силовые кабельные линии;
    • воздушные линии электропередач;
    • изолирующие элементы коммутационной аппаратуры: выключатели, разъединители, рубильники, колодки предохранителей, автоматические выключатели;
    • потребители электрической энергии, например, электронагреватели, конденсаторные установки.

    В различных ситуациях замыкания протекают по-разному. Различают:

    • «металлические» замыкания, при которых соединение проводников двух фаз имеет малое сопротивление, исключающее образование дуги и искр;
    • замыкание через дугу, образующееся в случае наличия между замкнутыми проводниками воздушного зазора;
    • «тлеющее» замыкание, характерное для кабельных линий, загрязненных изоляционных поверхностей, когда ток между фазами идет через участок с небольшим сопротивлением, разогревая его;
    • замыкание в полупроводниковых элементах при их пробое.

    Для защиты от междуфазных замыканий в электроустановках 380/220 В применяются:

    • автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем (автоматы);
    • плавкие предохранители.

    Для защиты электроустановок с напряжением более 1000 В применяется комплекс устройств, называемый релейной защитой. Он включает в себя датчики тока (трансформаторы тока), напряжения (трансформаторы напряжения), реле защиты и управляемые силовые коммутационные элементы.
    Реле защиты бывают электромеханическими, полупроводниковыми или микропроцессорными. Задача коммутационного элемента (масляного, вакуумного или элегазового выключателя) – обеспечить отключение поврежденного участка по команде от устройства защиты. При этом он должен выдержать отключение тока короткого замыкания.

    Токи межфазного замыкания

    Важной электрической характеристикой короткого замыкания является его ток. При проектировании электроустановок его обязательно рассчитывают по определенной методике для нескольких точек. Делается это для того, чтобы правильно выбрать параметры электрооборудования и установки защитных устройств: токи отсечки автоматических выключателей и характеристики срабатывания релейной защиты.
    На величину тока короткого замыкания (КЗ) оказывают влияние следующие факторы:

    1. Расстояние от точки замыкания до источников электроэнергии. Чем ближе замыкание от мощных трансформаторов, генераторов, тем ток замыкания больше;
    2. Вид, сечение и протяженность соединительных кабельных и воздушных линий, соединяющих источник питания с точкой КЗ. Количество и характеристики коммутационных аппаратов в этой цепи и их техническое состояние. При расчете все эти данные преобразуют в эквивалентное сопротивление сети. Зная мощность источника электроэнергии, рассчитывают ток КЗ;
    3. Вид межфазного замыкания: при металлическом замыкании ток наибольший, его и рассчитывают при проектировании. При дуговом замыкании ток меньше. Но если дуга неустойчива и постоянно то гаснет, то загорается вновь, возникают переходные процессы, приводящие к кратковременному превышению расчетных токов.

    При «тлеющем» замыкании ток намного ниже расчетного, что делает невозможным реакцию защитных устройств на его появление. Тлеющее замыкание может внезапно перейти в дуговое или металлическое, сработает защита, но при повторном включении ток снова окажется за порогом чувствительности. Поиск места повреждения электрооборудования в данном случае затруднен и без измерения изоляции или испытаний повышенным напряжением невозможен.

    Итак, чем дальше замыкание происходит от источника питания, тем меньше величина его тока. Объясняется это тем, что каждый кабель, распределительный щиток или воздушная линия увеличивают величину эквивалентного сопротивления электрической сети. По закону Ома при увеличении сопротивления нагрузки ток в цепи уменьшается.

    Это позволяет реализовать селективное отключение поврежденных участков электрической сети. Автоматический выключатель на вводе в квартиру при номинальном токе 16 А и характеристикой «С» имеет ток срабатывания электромагнитного расцепителя 80 – 160 А. Ток замыкания, превышающий 160 А гарантированно приведет к его отключению. Но тока короткого замыкания в квартире вряд ли хватит для отключения выключателя на трансформаторной подстанции, питающей весь дом, отключающегося при 500А. И его даже не заметит защита кабельной линии, питающей подстанцию.

    Воздействие межфазного замыкания на электрооборудование и людей

    Когда возникают межфазовые замыкания, они разрушают электрооборудование или срывают режим его работы. При прохождении тока замыкания по токоведущим частям они одновременно испытывают динамическое и термическое воздействия.

    Динамическое воздействие возникает при очень больших токах, в основном это имеет значение на мощных подстанциях, электростанциях и линиях электропередач энергосистемы. Связано это с тем, что проводники с током, расположенные на некотором расстоянии друг относительно друга, в зависимости от направления этих токов либо притягиваются, либо отталкиваются. Сила этого взаимодействия прямо пропорциональна величине токов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

    При мощных авариях шины распределительных устройств взаимодействуют между собой с такой силой, что ломаются изоляторы, на которых они установлены. Обмотки электрических машин вырывает из пазов, а кабели извиваются, как змеи. Поломки токопроводов могут привести к возникновению дополнительных замкнутых участков, что делает аварийную ситуацию глобальней.

    При проектировании все электрооборудование обязательно проверяют на то, чтобы оно выдержало ток КЗ без разрушения. У каждого электроаппарата есть заявленный в паспорте производителем ток динамической устойчивости, который должен быть больше расчетного тока КЗ.

    Термическое воздействие заключается в нагреве проводников в процессе прохождения токов КЗ. Они превращаются в нагревательные элементы, на которых выделяется тепло. Мощность, выделяемая коротким замыканием на участке цепи пропорциональна его сопротивлению, помноженному на квадрат тока.

    Все выпускаемое электрооборудование имеет помимо паспортной величины динамической устойчивости еще термическую устойчивость. Она тоже должна проверяться по расчетным параметрам КЗ, в которые дополнительно входит еще и время воздействия.

    Когда в квартире возникает межфазное замыкание, бытовые автоматические выключатели срабатывают почти мгновенно. А вот время отключения защитных аппаратов в распределительных устройствах не может быть равно нулю. Тогда они могут срабатывать группами, что приведет к массовым отключениям и затруднению поисков поврежденных участков. Чем ближе к потребителю защитный аппарат, тем меньше время его срабатывания. Вышестоящий аппарат является его резервом, он сработает при токе КЗ, если нижестоящий его не отключит. Но время работы у него чуточку больше.

    На участках, защищаемых аппаратами с выдержкой времени существует больше шансов, что шины или провода при КЗ будут расплавлены. Но и при мгновенном отключении разогреться оборудование успевает очень сильно.

    Еще одним фактором воздействия межфазного замыкания на электрооборудование и людей является электрическая дуга. Она разогревает поверхности, с которыми соприкасается, до нескольких тысяч градусов. При таких температурах плавятся все использующиеся в электротехнике металлы. За время срабатывания защит порой выгорает несколько метров шин, пережигаются пополам кабельные линии.

    Электрическая дуга выделяет тепло и в окружающее пространство. При наличии рядом горючих материалов может произойти пожар. Загореться может иизоляция кабелей и трансформаторное масло, использующееся в электроаппаратах для охлаждения или гашения дуги при коммутации.

    Если рядом находятся люди, они могут пострадать или от ожогов сетчатки глаза из-за ослепляющего воздействия дуги, или получить другие ожоги. Такие ожоги трудно вылечить, так как они сопровождаются металлизацией: во все стороны летят брызги расплавленного металла. Осложнения возникают при загорании одежды на пострадавшем, которая вспыхивает мгновенно.

    Поэтому при работе в действующих электроустановках безопасности уделяется особое внимание. Попасть под действие электрической дуги можно только при ошибках при выполнении переключений, подготовке рабочего места или нарушении технологии производства работ. Оказаться в месте, где замыкание возникло само по себе из-за пробоя изоляции, на практике нереально.

    Читайте также:  Защита тиристоров по току схема

    При КЗ напряжение в точке его возникновения существенно снижается. Происходит это в силу того же закона Ома: напряжение на участке цепи пропорционально току через него и его сопротивлению. Поскольку сопротивление в месте КЗ намного ниже, чем во всей остальной цепи до источника питания, то каким бы большим не был ток, напряжение все равно резко уменьшится. Это приводит к дополнительным проблемам: в остальной части электроустановки отпадают пускатели электродвигателей, сбоят электронные устройства, системы компьютерного управления. Поэтому на важных энергетических объектах системы управления и контроля за работой электрооборудования питаются от независимого источника электроэнергии (аккумуляторной батареи), а компьютерные системы обязательно имеют ИБП.

    Профилактика межфазных замыканий

    Частота возникновения КЗ в любых электроустановках зависит от следующих факторов:

    • возраста эксплуатируемого электрооборудования;
    • своевременности и качества выполнения планово-предупредительных ремонтов (ППР);
    • соблюдения режимов работы электрооборудования;
    • квалификации обслуживающего персонала.

    На предприятиях всегда ведется статистический анализ всех аварийных отключений. На основании его делаются выводы, позволяющие предотвратить возникновение похожих инцидентов. Кроме того, каждое предприятие имеет собственный план модернизации электрооборудования, предусматривающий замену старых, физически и морально устаревших устройств на новые, современные.

    Источник

    Что такое межфазное короткое замыкание — понятие и причины

    При эксплуатации высоковольтных электрических цепей нередко явление, определяемое нормативными документами как межфазное замыкание. Такое отклонение от нормального режима работы систем электроснабжения связано с неисправностями питающих линий, последствия которых бывают непредсказуемыми. Особо опасный характер возможных повреждений вынуждает разобраться с рядом вопросов, касающихся того, что собой представляет это явление, к каким неприятностям оно приводит и как их избежать.

    1. Понятие и причины замыканий
    2. Виды аварийных замыканий
    3. Последствия КЗ
    4. Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты
    5. Профилактические меры

    Понятие и причины замыканий

    Причиной замыкания, как правило, становится нарушение изоляции проводов

    Межфазным замыканием электричества в многофазных цепях называют непреднамеренное соединение между собой изолированных проводников с поврежденным защитным покрытием.

    В отдельных случаях оно проявляется как однофазное замыкание на землю или корпус работающего электрооборудования.

    Такое состояние электрической сети является нарушением нормального режима работы системы и трактуется как аварийное. В этом случае в местах замыкания двух проводников или в точках их контакта с землей величина тока существенно возрастает. Максимальное его значение достигает порой нескольких тысяч Ампер. Неуправляемые потоки электричества способны привести к разрушительным последствиям.

    Причинами возникновения аварийных ситуаций в высоковольтных электрических сетях являются:

    • Повреждение защитной изоляции каждого из фазных проводников из-за нарушений правил эксплуатации кабельных линий.
    • Случайный обрыв одной из жил воздушного кабеля и его замыкание на другой провод или землю.
    • Замыкание провода с поврежденной изоляцией на корпус действующей электроустановки.

    Каждый из случаев возникновения короткого замыкания является следствием грубейшего нарушения правил эксплуатации электрооборудования и в соответствии с требованиями нормативных документов нуждается в тщательном расследовании.

    Виды аварийных замыканий

    По типу электропитания все короткие замыкания делятся на повреждения, произошедшие в однофазных или в трехфазных цепях, а по их количеству – на одиночные и двойные КЗ. Самый простой случай – однофазные линии, в которых возможно только одиночное замыкание фазы на нейтраль или землю. Трехфазное короткое замыкание отличается большим вариантом возможностей, поскольку число проводов в кабеле увеличивается до 3-х. При этом возможны следующие варианты повреждений:

    • Замыкание двух высоковольтных проводов между собой.
    • КЗ одного провода на нейтраль или землю (однофазные короткие замыкания).
    • Контакт сразу двух проводников с поверхностью грунта.

    В каждом из этих случаев, включая двухфазные КЗ на землю, рассматриваемая неисправность проявляется особым образом, характеризуясь токами растекания и распределениями аварийных потенциалов. Помимо этих факторов, текущий процесс описывается таким показателем, как напряжение прикосновения. Указанный параметр представляет собой напряжение, прикладываемое к телу человека между двумя точками прикосновения к оголенному проводу.

    К тому же типу опасных воздействий относят разность потенциалов, появляющуюся между частями тела, соприкасающимися с оголенным проводом, замкнутым на землю. При однофазных КЗ особый интерес представляет вопрос, какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы. Согласно положениям ПУЭ этот показатель зависит от расстояния между контактными зонами и увеличивается с его повышением.

    В отдельных случаях, когда сопротивление растеканию тока на землю в слишком высоко, напряжение соприкосновения достигает опасной для человека величины.

    Последствия КЗ

    К опасным проявлениям межфазного замыкания трехфазной цепи (как и однофазного) относят последствия, связанные с протеканием в линии токов предельно больших значений. Они закономерно становятся причиной следующих аварийных ситуаций:

    • Возникновение пожара из-за расплавления и сильного нагрева изоляции фазных проводников.
    • Выход из строя подключенного к поврежденной линии силового оборудования.
    • Электрический удар током человека, случайно оказавшегося на участке аварийного замыкания.

    При перемещении в этой зоне важно учитывать так называемое «напряжение шага», образующееся из-за растекания тока утечки в почву между ногами человека. Этот показатель отсчитывается между его ступнями при перемещении около упавшего на землю кабеля. Он также может достигать опасного значения, особенно при авариях в высоковольтных воздушных линиях 6,3-10 кВт. Поэтому ПУЭ предписывают передвигаться в этих зонах характерным гусиным шажком: ступня вплотную приставляется к ступне.

    Основным условием надежной защиты от однофазных и двухфазных замыканий в силовых линиях 220/380 Вольт является качественная изоляция, способная выдерживать тестовые напряжения до 1000 Вольт. Величина ее сопротивления, согласно ПУЭ, должна составлять не менее 0,5 Мом для каждой из фаз. Для предотвращения пожаров и поломок оборудования в цепях питания устанавливаются специальные защитные устройства, обеспечивающие мгновенное отключение линии при появлении КЗ. К таким приборам относят:

    • Предохранители линейные автоматические.
    • Токовые пробойники и высоковольтные реле.
    • Автоматы токовой защиты и другие.

    С их помощью удается предотвратить разрушительные последствия фазных замыканий, которые порой происходят по независящим от человека причинам.

    Благодаря своевременному принятию соответствующих мер удается сохранить в целостности материальные ресурсы, а также защитить от поражения электрическим током обслуживающий оборудование персонал.

    Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты

    В питающих цепях с рабочим напряжением свыше 1000 Вольт не допускается применять автоматические разъединители, так как при размыкании их силовых контактов образуется дуга большой мощности. В этом случае для коммутации линий используются масляные, вакуумные или газовые выключатели.

    Для защиты высоковольтных сетей применяются также релейные схемы. Они отличаются простой исполнения и представляют собой преобразовательные устройства, работающие по закону индукции Фарадея — наведения э/м поля. В основе релейной аппаратуры, обеспечивающей защиту высоковольтных линий от перенапряжений, лежит токовый трансформатор. С его помощью удается контролировать величину тока в аварийной линии и при достижении им предельного значения вырабатывать сигнал, поступающий на обмотку мощного электромагнита. Этот защитный прибор после своего срабатывания отключает всю питающую цепь от источника энергоснабжения.

    Независимо от наличия коммутационной аппаратуры основным способом защиты от междуфазных и трехфазных КЗ является использование кабельной продукции с качественной изоляцией. При соблюдении этого условия любая высоковольтная линия способна выдерживать токи КЗ, многократно превышающие допустимую норму.

    Профилактические меры

    Силовой трехжильный кабель ВВГнг

    Самый действенный и надежный способ предупреждения коротких замыканий – профессиональный подход к решению следующих технических и организационных вопросов:

    • Выбор подходящего силового кабеля, способного выдерживать большие перегрузки по току.
    • Строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации электрических сетей, а также подключаемых к ним машин и аппаратов.
    • Наличие актов приемки системы электроснабжения при сдаче ее в эксплуатацию.
    • Использование современных видов защитного оборудования, гарантирующего моментальное отключение линии при возникновении аварийной ситуации.

    Особое внимание уделяется профилактическим мероприятиям, проводимым в строгом соответствии с требованиями действующих нормативов. Согласно положениям, касающимся обслуживания электрических сетей, профилактика проводится по заранее составленному плану, утвержденному руководителем конкретного подразделения. При его реализации необходимо различать следующие виды профилактического обслуживания:

    • Визуальные осмотры.
    • Текущие и планово-предупредительные ремонты.
    • Тестовые испытания электрооборудования при его приемке и в ходе эксплуатации.

    Замыкание электрических проводов на землю – очень опасное явление, способное привести к возгоранию и последующему за ним пожару. Кроме того, оно чревато возможностью поражения обслуживающих установки людей высоковольтным напряжением. Все это в конечном итоге вынуждает принимать специальные меры защиты, обеспечивающие нормальную эксплуатацию сетей в отсутствии критических режимов.

    Источник