Виды коротких замыканий: Виды коротких замыканий в электроустановках

Виды коротких замыканий в электроустановках

Виды коротких замыканий в электроустановках

 

1. Трехфазное КЗ. Нарушение изоляции между всеми фазами. – К⁽³⁾. Составляют 3-5% от всех КЗ. Две трети всех трехфазных КЗ приходится на электрические сети, т.к. у них большая протяженность.
2. Двухфазной КЗ. Нарушение изоляции между двумя фазами. К⁽²⁾. Составляют 20-25% от всех КЗ.
3. Двойное замыкание на землю. Две фазы замыкаются на землю в разных точках. Возникает в сетях с изолированной нейтралью. Составляет 10-15%  от общего числа.
 

4. Однофазное замыкание на землю. Составляет 60-70% от общего числа. В сетях с глухоизолированной нейтралью замыкание на землю является КЗ и в этом случае должна быть защита.
В сетях с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью замыкание на землю не является КЗ.

Токи протекают небольшие. Междуфазные напряжения при этом не изменяются и работа системы электроснабжения не нарушается. Тем не менее это ненормальный режим работы, так как напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают и существует опасность перехода однофазного замыкания на землю в многофазные короткие замыкания. Однако, необходимости в быстром отключении поврежденного участка нет, поэтому устройства релейной защиты от замыканий на землю обычно действуют на сигнал, привлекая внимание персонала. В некоторых случаях возможны отключения. (Эти случаи определяются правилами по ТБ).

Величина тока КЗ зависит от следующих условий:
1.       Вида и характера КЗ;
2.       Мощности и схемы ЭС;
3.       Режима работы нейтрали трансформаторов;
4.       Удаленности КЗ от генерирующих источников;

5.       От продолжительности КЗ.
 

Токи КЗ оказывают термическое и динамическое воздействие на оборудование.
Основными особенностями системы электроснабжения являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера — коротких замыканий в электрических установках. Поэтому, для надежного и экономичного функционирование систем электроснабжения необходимо автоматическое управление. К устройствам автоматического управления относится релейная защиты, действующая при повреждении электрических установок.

Ток короткого замыкания. Виды и работа. Применение и особенности

Нормальным установившимся режимом работы электроустановки считается такой режим, параметры которого находятся в пределах нормы. Ток короткого замыкания (ток КЗ) возникает при аварии в работе электроустановки. Он чаще всего появляется из-за повреждения изоляции токоведущих частей.

В результате короткого замыкания нарушается бесперебойное питание потребителей, и влечет за собой неисправности и выход из строя оборудования. Вследствие этого при подборе токоведущих элементов и аппаратов необходимо производить их расчет не только для нормальной работы, но и производить проверку по условиям предполагаемого аварийного режима, который может быть вызван коротким замыканием.

Виды коротких замыканий

Понятие короткого замыкания подразумевает электрическое соединение, которое не предусмотрено условиями эксплуатации оборудования между точками различных фаз, либо нейтрального проводника с фазой или земли с фазой (при наличии контура заземления нейтрали источника питания).

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

• По схеме трехфазной сети 0,4 киловольта.
• Однофазной сетью (фазой и нолем) 220 В.
• Источником постоянного напряжения выводами положительного и отрицательного потенциала.

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

1. Трехфазное замыкание.
2.  Двухфазное замыкание.
3.  Однофазное замыкание на землю.
4.  Однофазное замыкание на землю (Изолированная нейтраль).
5.  Двухфазное замыкание на землю.
6.  Трехфазное замыкание на землю.

При выполнении проекта снабжения электрической энергией предприятия или оборудования подобные режимы требуют определенных расчетов.

Причины повреждения изоляции

• Воздействие на изоляцию механическим путем.
• Электрический пробой токоведущих частей вследствие чрезмерных нагрузок или перенапряжения.
• Подобно нарушению изоляции можно считать причиной повреждения схлестывание неизолированных проводов воздушных линий от сильного ветра.
• Наброс металлических предметов на линию.
• Воздействие животных на проводники, находящиеся под напряжением.
• Ошибки в работе обслуживающего персонала в электроустановках.
• Сбой в функционировании защит и автоматики.
• Техническое старение оборудования.
• Умышленное действие, направленное на повреждение изоляции.

Последствия короткого замыкания

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

• Перегрев токоведущих частей.
• Чрезмерные динамические нагрузки.
• Прекращение подачи электрической энергии потребителям.
• Нарушение нормального функционирования других взаимосвязанных приемников, которые подключены к исправным участкам цепи, из-за резкого снижения напряжения.
• Расстройство системы электроснабжения.

Принцип действия короткого замыкания

До начала возникновения короткого замыкания величина тока в электрической цепи имела установившееся значение i_п. При резком коротком замыкании в этой цепи из-за сильного уменьшения общего сопротивления цепи электрический ток значительно повышается до значения i_к. Вначале, когда время t равно нулю, электрический ток не может резко измениться до другого установившегося значения, так как в замкнутой цепи кроме активного сопротивления R, есть еще и индуктивное сопротивление L. Это увеличивает во времени процесс возрастания тока при переходе на новый режим.

В результате в начальный период короткого замыкания электрический ток сохраняет первоначальное значение iK = i_но. Чтобы ток изменился, необходимо некоторое время. В первые мгновения этого времени ток повышается до максимального значения, далее немного снижается, а затем через определенный период времени принимает установившийся режим.

Период времени от начала замыкания до установившегося режима считается переходным процессом. Ток короткого замыкания можно рассчитать для любого момента в течение переходного процесса.

Ток КЗ при режиме перехода лучше рассматривать в виде суммы составляющих: периодического тока i _пt с наибольшей периодической составляющей I _пт и апериодического тока i _аt (его наибольшее значение – I _am).

Апериодическая составляющая тока КЗ во время замыкания постепенно затухает до нулевого значения. При этом ее изменение происходит по экспоненциальной зависимости.

Возможный максимальный ток КЗ считают ударным током i_у. Когда нет затухания в начальный момент замыкания, ударный ток определяется:

I _у – i _пm + i _аt=0’, где i _пm является амплитудой периодической токовой составляющей.

Полезное короткое замыкание

Считается, что короткое замыкание является отрицательным и нежелательным явлением, от которого происходят разрушительные последствия в электроустановках. Оно может создать условия для пожара, отключения защитной аппаратуры, обесточиванию объектов и другим последствиям.

Однако ток короткого замыкания может принести реальную пользу на практике. Есть немало устройств, функционирующих в режиме повышенных значений тока. Для примера можно рассмотреть сварочный аппарат. Наиболее ярким примером для этого послужит электродуговая сварка, при работе которой накоротко замыкается сварочный электрод с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют кратковременно. Мощность сварочного трансформатора обеспечивает работу при таких значительных перегрузках. Во время сварки в точке соприкосновения электрода возникает очень большой ток. В итоге выделяется значительное количество теплоты, достаточное для расплавления металла в месте касания, и образования сварочного шва достаточной прочности.

Способы защиты

Еще в начале развития электротехники появилась проблема защиты электрических устройств от чрезмерных токовых нагрузок, в том числе и короткого замыкания. Наиболее простым решением стала установка плавких предохранителей, которые перегорали от их нагревания вследствие превышения тока определенной величины.

Такие плавкие вставки функционируют и в настоящее время. Их основным достоинством является надежность, простота и невысокая стоимость. Однако имеются и недостатки. Простая конструкция предохранителя побуждает человека после сгорания плавкого элемента заменить его самостоятельно подручными материалами в виде скрепок, проволочек и даже гвоздей.

Такая защита не способна обеспечить необходимой защиты от короткого замыкания, так как она не рассчитана на определенную нагрузку. На производстве для отключения цепей, в которых возникло замыкание, используют электрические автоматы. Они намного удобнее обычных плавких предохранителей, не требуют замены сгоревшего элемента. После устранения причины замыкания и остывания тепловых элементов, автомат можно просто включить, тем самым подав напряжение в цепь.

Существуют также более сложные системы защиты в виде дифференциальных автоматов. Они имеют высокую стоимость. Такие устройства отключают напряжение цепи в случае наименьшей утечки тока. Такая утечка может возникнуть при поражении работника током.

Другим способом защиты от короткого замыкания является токоограничивающий реактор. Он служит для защиты цепей в сетях высокого напряжения, где величина тока КЗ способна достичь такого размера, при котором невозможно подобрать защитные устройства, выдерживающие большие электродинамические силы.

Реактор представляет собой катушку с индуктивным сопротивлением. Он подключен в цепь по последовательной схеме. При нормальной работе на реакторе имеется падение напряжения около 4%. В случае возникновения КЗ основная часть напряжения приходится на реактор. Существует несколько видов реакторов: бетонные, масляные. Каждый из них имеет свои особенности.

Закон Ома при КЗ

В основе расчета замыканий цепи лежит принцип, который определяет вычисление силы тока по напряжению, путем его деления на подключенное сопротивление. Такой же принцип работает и при определении номинальных нагрузок. Отличие в следующем:

• При возникновении аварийного режима процесс протекает случайным образом, стихийно. Однако он поддается некоторым расчетам по разработанным специалистами методикам.
• В процессе нормальной работы электрической цепи сопротивление и напряжение находятся в уравновешенном режиме и могут незначительно изменяться в рабочих диапазонах в пределах нормы.

Мощность источника питания

По этой мощности выполняют оценку энергетической силовой возможности разрушительного действия, которое может осуществить ток короткого замыкания, проводят анализ времени протекания, размер.

Для примера рассмотрим, что отрезок медного проводника с площадью сечения 1,5 мм² длиной 50 см сначала подсоединили непосредственно к батарее «Крона». А в другом случае этот же кусок провода вставили в бытовую розетку.

В случае с «Кроной» по проводнику будет протекать ток КЗ, который нагреет эту батарею до выхода ее из строя, так как мощности батареи не достаточно для того, чтобы нагреть и расплавить подключенный проводник для разрыва цепи.

В случае с бытовой розеткой сработают защитные устройства. Представим, что эти защиты вышли из строя, и не сработали. В этом случае ток короткого замыкания будет протекать по бытовой проводке, затем по проводке всего подъезда, дома, и далее по воздушной линии или кабеля. Так он дойдет до трансформатора питания на подстанции.

В результате к трансформатору подсоединяется длинная цепь с множеством кабелей, проводов, различных соединений. Они намного повысят электрическое сопротивление нашего опытного отрезка провода. Однако даже в таком случае остается большая вероятность того, что этот кусок провода расплавится и сгорит.

Сопротивление цепи

Участок линии электропередач от источника питания до места короткого замыкания обладает некоторым электрическим сопротивлением. Его значение влияет на величину тока короткого замыкания. Обмотки трансформаторов, катушек, дросселей, пластин конденсаторов вносят свой вклад в суммарное сопротивление цепи в виде емкостных и индуктивных сопротивлений. При этом создаются апериодические составляющие, которые искажают симметричность основных форм гармонических колебаний.

Существует множество различных методик, с помощью которых производится расчет ток короткого замыкания. Они позволяют рассчитать с необходимой точностью ток короткого замыкания по имеющейся информации. Практически можно измерить сопротивление имеющейся схемы по методике «фаза-ноль». Это сопротивление делает расчет более точным, вносит соответствующие коррективы при подборе защиты от короткого замыкания.

Похожие темы:

Короткое замыкание — причины возникновения, виды и способы защиты от КЗ

Короткое замыкание – кратковременный контакт обратного и подающего контактов или соприкосновение проводов с различной полярностью. При таком контакте резко увеличивается температура провода, а изоляционная оболочка начинает гореть или плавиться. Такое явление часто является причиной пожара. Это может произойти по самым различным причинам, которые будут подробно рассмотрены в данной статье.

Также описаны в материале способы защиты и профилактики, виды предохранителей и советы, как минимизировать риски возникновения короткого замыкания. А также рекомендации, как снизить вероятные негативные последствия. В качестве бонуса, статья содержит несколько видеороликов по выбранной теме и дополнительный материал для скачивания.

Короткое замыкание.

Виды и причины

В быту короткие замыкания бывают:

• однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
• двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
• трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.

Например, утром в воскресенье ваш сосед за стенкой соединяет фазу и ноль в розетке, включив в нее перфоратор. Это значит, что цепь замыкается, и ток идет через нагрузку, то есть через включенный в розетку прибор. Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.

Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве. Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.

Электрическая цепь — это, как правило, два проводника с разноименным потенциалом и подключенным потребителем тока. Каждый конечный потребитель имеет свое внутреннее сопротивление, которое сопротивляется току и ограничивает, тем самым дозируя его количество и плотность в проводнике, заставляя производить работу.

Что такое короткое замыкание

Что называется коротким замыканием (КЗ)? Короткое замыкание – это соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой или на корпус оборудования, соединенный с землей, в сетях электроснабжения или в электроприемниках.

Почему происходит короткое замыкание (кз)?

• ухудшение сопротивления изоляции во влажной или химически активной среде;
• при недопустимом перегреве изоляции;

• механические воздействия;
• ошибочные воздействия персонала при обслуживании и ремонте и т. д.

В таблице ниже представлена предельно допустимая нагрузка на различные устройства и приборы:

Как видно из самого названия процесса, при КЗ путь тока укорачивается, т. е. он идет, минуя сопротивление нагрузки, поэтому он может увеличиться до недопустимых величин, если напряжение не отключится под действием электрической зашиты. Но напряжение может не отключиться и при наличии защиты, если КЗ случилось в удаленной точке, и из-за большого сопротивления до места КЗ ток недостаточен для срабатывания защиты. Но этот ток может быть достаточным для возгорания проводов, что может привести к пожару.

Короткое замыкание в городской троллейбусной сети

Токи короткого замыкания: необходим точный расчет

Отсюда возникает необходимость расчета тока короткого замыкания — тока КЗ. Величина токов КЗ может меняться, если к сети электроснабжения вашего дома присоединяются другие электроприемники в более удаленных местах. В таких случаях снова производится расчет тока КЗ в месте установки новых электроприемников. Токи КЗ производят также электродинамическое действие на аппараты и проводники, когда их детали могут деформироваться под действием механических сил, возникающих при больших токах.

При коротком замыкании происходит перегрев аппаратов и проводов. Термическое действие токов КЗ заключается в перегреве аппаратов и проводов. Поэтому при выборе аппаратов их нужно проверять по условиям КЗ, с тем чтобы они выдержали токи КЗ в месте их установки. Как известно, наряду с сетями с глухозаземленной нейтралью существуют сети с изолированной нейтралью. Рассмотрим характерные отличия этих сетей при КЗ.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Однофазные короткие замыкания

На практике в большинстве случаев происходят однофазные короткие замыкания. В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы с землей режим не является коротким замыканием и бесперебойность электроснабжения не нарушается, но он должен быть отключен, так как соответствует аварийному состоянию. При замыкании одной фазы на землю в данной сети напряжения на двух других фазах повышаются в 1,73 раза, а напряжение на нулевой точке становится равным фазному напряжению относительно земли.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении провода с землей сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при этом электроснабжение нарушается, а при сгорании предохранителя могут повредиться обмотки двигателей при работе на двух фазах.

Если в любой части электропроводки или электроприбора (лампочки, утюга и т. д.) нарушится изоляция и фазный провод коснется нулевого, произойдет короткое замыкание.

Поскольку между замкнувшимися проводами нет никакой нагрузки, иначе говоря, электрическое сопротивление места контакта практически равно нулю, ток через контакт начнет расти до тех пор, пока не расплавятся провода, что, в частности, может привести к пожару. Для защиты от короткого замыкания и служат предохранители.

Простой (в виде «пробки») предохранитель — это включенная в фазный провод легкоплавкая вставка, которая при росте тока сгорит и разомкнет цепь задолго до того, как произойдут более серьезные неприятности. Конструктивно предохранитель выполнен так, что эта микрокатастрофа не приводит к порче предохранительной колодки. Пожертвовавшую собой маленькую героиню выбрасывают и заменяют следующей.

Защита от токов короткого замыкания

Как мы выяснили, токи КЗ весьма опасны, прежде всего с точки зрения пожарной безопасности. Поэтому необходимо построить защиту от токов короткого замыкания, то есть установить в щите автоматические выключатели. Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока КЗ приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя.

Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, необходимо просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.

Правила монтажа электропроводки предусматривают расчет нагрузки и токов, идущих через автоматы защиты. Понятно, что предохранитель должен срабатывать при значениях тока, выбранных с солидным запасом. Иначе случайные небольшие колебания напряжения в сети (а следовательно, и тока) будут приводить к постоянному ложному срабатыванию защиты. С другой стороны, запас не должен быть и слишком велик, чтобы действия тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.

Возгорание изоляции кабеля.

Автоматический предохранитель защищает внутреннюю и внешнюю сеть

Заметим, что автоматические предохранители, установленные в начале каждой домовой линии (рабочей группы), защищают от короткого замыкания не только домовую сеть, но и наружную. В самом деле, если бы их не было, то аварийное короткое замыкание привело бы к выходу из строя трансформаторной подстанции, а вернее, электрического силового щита более высокого уровня, так что электричества лишилось бы значительное количество пользователей, да и без вызова аварийной службы было бы не обойтись. А при наличии «автомата» достаточно включить его после срабатывания (удалив, конечно, причину короткого замыкания).

Становится понятна и необходимость нескольких линий в доме: если одна линия вылетела, в запасе есть другие. Кстати, отсюда вывод: удобно, если от каждой рабочей группы питается лампочка аварийного освещения в районе счетчика или аварийная розетка, в которую можно включить переносную лампу.

Какие бывают виды

Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.

Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями – электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия.

Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение. Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток.

Возгорание розетки

Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, U_КЗ, измеряемое в процентах. Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение.

Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем U_КЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям. Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш. Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ.

Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.

Защита блока питания от короткого замыкания.

Чем КЗ отличается от перегрузки

Если фазу и ноль электрической сети соединить под напряжением друг с другом не через потребитель, а напрямую, то возникнет короткое замыкание, сокращенно КЗ. Коротким замыканием называется соединение проводников отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании.

Никакая сеть не предназначена для длительной работы в таком режиме. Однако данный аварийный режим иногда возникает. Так, короткое замыкание может случиться из-за нарушения изоляции электропроводки или из-за случайного замыкания разноименных проводников проводящими частями электрооборудования. Нормальная работа электрической сети будет нарушена. Чтобы это нежелательное явление предотвратить, электрики используют клеммники либо просто изолируют соединения.

Проблема режима КЗ заключается в том, что в момент его возникновения в сети многократно увеличивается ток (до 20 раз превышает номинал), что приводит к выделению огромного количества джоулева тепла (до 400 раз превышает норму), поскольку количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату тока и сопротивлению потребителя.

Теперь представьте: сопротивление потребителя здесь — доли ома проводки, а ток, как известно, тем выше, чем меньше сопротивление. В итоге, если мгновенно не сработает защитное устройство, произойдет чрезмерный перегрев проводки, провода расплавятся, изоляция воспламенится, и может случиться пожар в помещении. В соседних помещениях, питаемых этой же сетью, упадет напряжение, и некоторые электроприборы могут выйти из строя.

Важное по теме: Как прозвонить транзистор.

Типичный вид короткого замыкания для жилых квартир — однофазное короткое замыкание, когда фаза смыкается с нулем. Для сетей трехфазных, например в цеху или в гараже, возможно трехфазное или двухфазное короткое замыкание (две фазы между собой, три фазы между собой, или несколько фаз на ноль). Для трехфазного оборудования, такого как асинхронный двигатель или трехфазный трансформатор, характерно межвитковое замыкание, когда витки замыкаются накоротко внутри обмотки статора или внутри обмотки трансформатора, шунтируя остальные рабочие витки и выводя таким образом прибор из строя.

Или замыкание может случиться через проводящий корпус прибора. Вообще проводящие корпуса следует заземлять, дабы защитить персонал от случайного поражения током, а провода в квартирах использовать те, что в негорючей изоляции. Есть еще один вид аварийного режима нагрузки электрической сети, связанный с превышением нормального тока.

Это так называемая перегрузка. Перегрузки иногда возникают в квартирах, в домах, на предприятиях. Это опасный режим, порой более опасный, чем короткое замыкание. Ведь короткое замыкание в квартире может быть на корню остановлено мгновенно сработавшим автоматическим выключателем в щитке. А вот токовая перегрузка — случай более хитрый.

Выключатели для защиты от короткого замыкания.

Представьте себе, что в одну единственную розетку вы решили понавтыкать множество электроприборов через тройник да через удлинители. Что нежелательного может в этом случае произойти? Если жила проводки, подведенный к розетке, не рассчитана на ток более 16 ампер, то при включении в такую розетку нагрузки более 3500 ватт начнется перегрев электропроводки чреватый пожаром.

Вообще тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20°С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50°С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно.

И тепловое старение изоляции наиболее часто возникает именно из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Также нельзя в розетку, на которой указано 250 В 10 А, включать потребителей более чем на 2500 Вт, ибо может начаться перегрев контактов, ведущий к их ускоренному окислению. Для защиты от перегрузок в квартире, а также для мгновенного купирования режима КЗ, используйте автоматические выключатели.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробную информацию о том, что такое короткое замыкание и как обеспечить безопасность, можно узнать из материала Расчет токов короткого замыкания.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.elektrik-korolev.rul

www.tmr-power.com

www.electropara.ru

www.electrik.info

www.evrasgi.ru

www.orenburgelectro.ru

Предыдущая

ТеорияЭлектрическая цепь и ее элементы

Следующая

ТеорияВсе о законе Ома: простыми словами с примерами для «чайников»

Защита от короткого замыкания и что такое КЗ: виды и последствия

Одним из самых опасных моментов для работы электрических сетей является процесс короткого замыкания. Он связан с высокими токовыми перегрузками, выбросом большого количества тепловой энергии и, как следствие, нарушением надёжности электроснабжения потребителей и подключенного к источнику энергии оборудования.

В этом режиме неизбежно отключение повреждённого участка от сети, значит, перебои в электроснабжении при устранении аварии.

Что собой представляет КЗ

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (сокращённо КЗ) – это аварийный режим электрической цепи, который представляет собой соединение двух точек этой цепи с разницей потенциалов. Так как это аварийный режим работы, то он не предусматривается конструкцией устройства или линией электроснабжения, находящейся под напряжением. Возникновение процесса КЗ связано с резким увеличением силы тока, до максимально возможного значения, при этом масштабы повышения характеризуются мощностью источника питания. Также увеличение тока в режиме замыкания сопровождается снижением величины напряжения, так как происходит падение напряжения.

Важно! Увеличение силы тока вызывает повышенный резкий перегрев проводников. Соответственно, для надёжности электроснабжения в случае возникновения короткого замыкания любая (без исключения) цепь должна иметь надёжные инструменты и быстро реагирующую аппаратуру для аварийного отключения потенциально опасного участка от источника напряжения.

Почему короткое замыкание так называется

Почему короткое замыкание так называется? Этот процесс выхода устройства или электрической цепи из нормального режима работы получил своё название, благодаря низкому сопротивлению между точками соприкосновения цепи с разным потенциалом. Так как доказано, что электроны двигаются по самому короткому пути с минимальным электрическим сопротивлением, то во время соединения двух проводников в точке КЗ их путь будет кротчайшим, поэтому этот процесс получил соответствующее название.

Причины возникновения короткого замыкания

Несмотря на то, что этот нежелательный аварийный процесс считается случайным, на его создание могут влиять следующие причины, связанные с некачественным монтажом или неправильной эксплуатацией электрического оборудования (цепей).

Вот основные причины появления короткого замыкания:

1. Снижение качества изоляции токоведущих проводников. Это одна из самых распространенных причин перехода сети в режим КЗ, который возникает вследствие пересыхания, механического повреждения или разрушения изоляции между проводниками с разным потенциалом. Чаще всего все перечисленные причины снижения сопротивления изоляции и её разрушения связаны с воздействием на неё вредных факторов, на которые она не рассчитана. Например, при длительном воздействии солнечных лучей на изоляцию, которая боится ультрафиолетового излучения, происходят пересыхание, потрескивание и, как следствие, короткое замыкание.

Нужно отметить! У любой изоляции есть свой срок использования, старение её приводит к аварийным режимам.

2. Изменение физических параметров электрической сети, например, перенапряжение. Такое явление возможно во время грозы, а именно попадания молнии в проводник с током.
3. Неправильная коммутация, ошибки монтажа или укладки кабеля, с несоответствием техническим условиям, заявленным заводом производителем.

Любой электромонтажник или электромонтер не застрахован от ошибочных, неправильных действий при монтаже электропроводки или при выполнении оперативных переключений. В низковольтных цепях такие ошибки менее опасны, чем в высоковольтных цепях с мощными источниками энергии, например, на высоковольтных силовых подстанциях электроснабжения. Даже с современными элементами и устройствами защиты от превышения нагрузок процесс КЗ в силовых высоковольтных цепях опасен не только для оборудования, но и для обслуживающего персонала, из-за появления мощной электрической дуги.

4. Длительная эксплуатация электрического оборудования и линий в режиме перегрузок или в условиях с завышенными температурами окружающей среды. Это приводит к перегреву изоляции между обмотками электрооборудования, значит, происходит снижение сопротивления изоляции, которое в какой-то момент достигает критического значения.

Выполнение монтажа качественными материалами, правильная организация работ в электроустановках, а также своевременное обслуживание, с заменой повреждённых участков линии, снизят риск появления короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Рассматривая трёхфазные электрические сети и аварийные режимы в них, можно выделить следующие возможные виды короткого замыкания:

1. трёхфазное – три фазных провода замыкаются между собой;
2. однофазное – электрическое соединение фазного провода с земляным, нейтральным или токопроводящим элементом, которые присоединены к земле;
3. двухфазное – замыкание двухфазных проводов с разным потенциалом между собой;
4. двухфазное замыкание на землю – это два любых фазных провода с током замыкаются между собой и прикасаются к земле или заземлению.

Замыкание внутри электрических устройств и оборудования – это процесс, идентичный КЗ, но происходит он из-за ухудшения изоляции внутри электрических машин и чаще всего требует замены статорной или роторной обмотки. Внутри электрических машин короткое замыкание может быть двух типов:

1. межвитковое, снижающее сопротивление обмоток до критического значения;
2. замыкание обмотки на корпус, который изготовлен из токопроводящего материала.

Виды КЗ

Как предотвратить КЗ, защита от него

Так как КЗ – это аварийный режим, то существуют способы защиты от этого опасного процесса и его предотвращения:

• Быстродействующая электромагнитная или электронная защита от мгновенного увеличения тока в нагрузке или линии, которая максимально быстро отключит аварийный участок цепи от напряжения. Для этого используются автоматические выключатели, предохранители, дифференциальные автоматы. В домашних условиях для защиты от КЗ достаточно установить на группу приборов правильно рассчитанный автоматический выключатель (АВ).
• Для высоковольтных линий и силовых цепей подстанций используются масляные (вакуумные и другие) аппараты коммутации с настроенной и проверенной защитой от резкого увеличения тока на отходящих линиях.

Способ предотвращения короткого замыкания в тот момент, когда этот процесс уже произошел, простой: он заключается в немедленном автоматическом отключении участка цепи от напряжения. В принципе, любой автоматический выключатель имеет внутри конструкции электромагнитный разцепитель, который при превышении номинального тока разрывает цепь нагрузки достаточно эффективно и быстро.

Важно! Защита от КЗ должна быть надёжной и быстродействующей, это два основных правила безопасной эксплуатации электрических цепей.

Виды предохранителей и автоматических выключателей

Так как предохранители и автоматические выключатели – это самые распространённые элементы защиты участков цепей от коротких замыканий, то стоит рассмотреть основные виды этой токоограничивающей аппаратуры.

Предохранители делятся на три основные группы, которые отличаются по типу срабатывания:

• с плавкой вставкой;
• электромеханические с повторным взводом путём нажатия кнопки;
• электронные (редко применяемые в быту).

Автоматические выключатели делятся по количеству полюсов:

• однополюсные;
• двухполюсные;
• трёхполюсные.

Подбор данной аппаратуры для отключения напряжения вследствие короткого замыкания связан с величиной напряжения сети, номинальной силой тока и порога срабатывания защиты. В зависимости от назначения электроустановки, конструктивных особенностей, а также местных условий работы, проектировщики выбирают необходимую и максимально эффективную систему защиты от КЗ.

Автоматический выключатель считается более надёжным и быстродействующим элементом защиты от короткого замыкания, нежели предохранитель, даже если автомат включить повторно на цепь с коротким замыканием – это не так опасно для человека, нежели установка предохранителя под нагрузкой и напряжением.

Что такое УЗО

Появившиеся недавно на рынке защитного оборудования системы УЗО (внешне похожи на автоматические выключатели) – это надёжные устройства для защиты от токовой утечки из-за появления повреждений изоляции, которые выявляются за счёт токового перекоса цепи. Данная система отлично справляется с защитой от попадания человека под напряжение, но никак не от короткого замыкания. Таким образом, установка УЗО повышает безопасность участка цепи и обслуживаемого оборудования, но это не значит, что в этой цепи не требуется установка автоматических выключателей с токовым разцепителем.

Внимание! Существует ошибочное мнение, что устройство защитного отключения (УЗО) защитит цепь от короткого замыкания. УЗО выполняет защитную функцию при попадании человека под опасное напряжение сети (потенциал), а также реагирует на ухудшение сопротивления изоляции, которое в дальнейшем может привести к замыканию на землю или на нулевой проводник.

Последствия короткого замыкания

Согласно закону Ома, при снижении сопротивления в цепи, которое характерно при КЗ, происходит пропорциональное многократное увеличение силы тока. При этом увеличение тока сопровождается значительным выделением тепла, согласно закону Джоуля Ленца, что приводит к возгоранию, пожару, нагреву и расплавлению изоляции на проводах с током.

Что такое КЗ и его последствия, часто видят и знают пожарные службы, которым приходится устранять возгорания, а также электромонтёры с опытом работы в электроустановках. Короткое замыкание у одного из потребителей способно нарушить электроснабжение и привести к отключению целого участка энергосистемы, поэтому установка, обслуживание, а также проверка срабатывания токоограничивающей защиты являются очень важными и актуальными.

Чем опасно КЗ и его последствия

Преднамеренное использование

Короткое замыкание лишь в некоторых случаях оправдывает себя, а именно:

• Для обесточивания участка цепи, на которой человек попал под воздействие опасного напряжения. Если индивид попадает под опасный потенциал, а в цепи нет УЗО, и автоматический выключатель находится далеко от места происшествия, то для спасения человека выполняется искусственное КЗ, отключающее линию;
• При отключении цепей высоковольтных участков от источника напряжения с помощью короткозамыкателей. Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, имеющий мощную контактную часть, которая конструктивно рассчитана и предназначена для создания искусственного короткого замыкания в сетях электроснабжения;
• В сварочных аппаратах. Конструкция этих устройств рассчитана на технологическое создание электрической дуги. За счёт низкого напряжения (практически безопасного) и электрического соединения с землёй через сварочный электрод, который плавится, выполняется сваривание металлических поверхностей.

Преднамеренное короткое замыкание с помощью короткозамыкателя

Электрическая энергия и возникающее в сетях короткое замыкание – это опасный процесс, который может привести к ужасным последствиям с человеческими жертвами. Однако, если правильно рассчитать и установить токоограничивающие аппараты, а также своевременно проверять их работоспособность, то его можно контролировать. Быстрое реагирование качественной защитной аппаратуры на режим КЗ предотвратит крупные аварии.

Видео

Общие сведения о коротких замыканиях. Виды коротких замыканий

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Общие сведения о коротких замыканиях. Виды коротких замыканий

К о р о т к и м з а м ы к а н и е м называют всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями – также замыкание одной или несколько фаз на землю.

В системах с незаземленными нейтралями или с нейтралями, заземленными через специальные компенсирующие устройства, замыкание одной из фаз на землю называют простым замыканием. При этом виде повреждения прохождение тока обусловлено только емкостью фаз относительно земли.

При возникновении короткого замыкания (к.з.) в сети сопротивление короткозамкнутой цепи уменьшается, что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях сети по сравнению с их значениями в нормальном режиме.

В трехфазных системах с заземленной нейтралью различают следующие основные виды к.з. в одной точке: трехфазное; двухфазное; однофазное и двухфазное на землю, то есть замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю.

Трехфазное к.з. является симметричным, так как при нем все фазы остаются в одинаковых условиях. Напротив, все остальные виды к.з. являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся уже в неодинаковых условиях.

Аварийная статистика по электрическим системам России показывает, что при глухозаземленной нейтрали относительная вероятность различных видов к.з. (в процентах) характеризуется данными:

 

Трехфазное; ; 5%;

 

Двухфазное; ; 10%;

 

Однофазное; ; 65%;

 

Двухфазное на землю; ; 20%.

 

 

Причины возникновения и следствия

Основной причиной к.з. явл. нарушение изоляции электрического оборудования.

Ток к.з. обычно во много раз превышает номинальный ток самой аварийной ветви.

Последствия

1тепловое действие

2 токи к.з. вызывают между проводниками фаз большие механические усилия. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены при к.з

3 нарушение устойчивой работы электрической системы.

 

Назначение расчетов и требования, предъявляемые к ним

 

Под расчетом электромагнитного переходного процесса обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных исходных условиях.

Задачи :

а) сопоставление, оценка и выбор схемы электрических соединений б) выявление условий работы потребителей при аварийных режимах;

в) выбор аппаратов и проводников и их проверка

г) проектирование и настройка устройств релейной защиты;

д) Выявление условий работы потребителей

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТОВ

 

Допущения:

а) отсутствие насыщения магнитных систем. При этом все элементы схем обладают линейными характеристиками;

б) пренебрежение токами намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов;

в) сохранение симметрии трехфазной системы до места повреждения;

г) приближенный учет нагрузок;

д) неучет активных сопротивлений при определенных условиях;

е) отсутствие качаний роторов синхронных машин.

 

Понятие о расчетных условиях

 

При решении различных задач могут возникать противоречивые условия.

Например, для выбора высоковольтного выключателя должны быть определены наибольшие токи к.з. Для этого предполагают что все генераторы находятся в отключенном состоянии

Предполагая что к.з. произошло у самого вывода выкл. Необходимо ввести разрядник.

 

Основные понятия о системе относительных единиц

 

Представление любых физических величин в относительных (безразмерных) единицах позволяет существенно упростить некоторые теоретические выкладки и придать им общий характер. В практических расчетах такое представление величин , позволяет лучше ориентироваться в порядке определяемых значений.

Для применения системы относительных единиц необходимо принять какую-то физическую величину за единицу измерения и выбрать базисные условия.

Для расчета токов к.з. достаточно выбрать базисные условия для полной мощности ( ), линейного напряжения ( )

;

.

,

где — значение э.д.с. в относительных единицах, приведенное к базисным условиям; — заданное значение э.д.с. в кВ; — напряжение в кВ, принятое за основную базисную единицу.

;

;

.

 

Анализ трёхфазного к.з.

Простейшая трёхфазная цепь — это цепь с сосредоточенными активными сопротивлениями и индуктивностями, при отсутствии в ней трансформаторных связей.

Питание данной цепи осуществляется от источника с сопротивлением отличным от 0 и напряжение имеет незначительную амплитуду и постоянную частоту.

Рассмотрим схему замещения (рис.3.1.) Как видно, она является симмеричной, так как сопротивления всех трех фаз равны между собой.

Рис.3.1.

Предположим, что до к.з. в схеме протекал процесс, характеризуемый параметрами .

.

Допустим, что произошло металлическое трехфазное к.з. так, что схема распалась на две независимые части.

После этого в левой части схемы наступит новый установившийся режим, характеризуемый параметрами: , где —

установившиеся значения токов фаз.

Построим векторную диаграмму, характеризующую режим левой части схемы до к.з. и после к.з. (рис.3.2), где ось — есть ось времени.

Рис.3.2.

Следует отметить, что в новом режиме фаза и величина токов изменились в сторону увеличения. Увеличение фазы (углового сдвига тока относительно напряжения своей фазы) обусловлено увеличением доли реактивной составляющей сопротивления цепи к.з. по сравнению с ее активной составляющей (сказывается отсутствие сопротивления нагрузок, имеющего преимущественно активную составляющую сопротивления с целью получения высокого значения коэффициента мощности).

Общие сведения о коротких замыканиях. Виды коротких замыканий

К о р о т к и м з а м ы к а н и е м называют всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями – также замыкание одной или несколько фаз на землю.

В системах с незаземленными нейтралями или с нейтралями, заземленными через специальные компенсирующие устройства, замыкание одной из фаз на землю называют простым замыканием. При этом виде повреждения прохождение тока обусловлено только емкостью фаз относительно земли.

При возникновении короткого замыкания (к.з.) в сети сопротивление короткозамкнутой цепи уменьшается, что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях сети по сравнению с их значениями в нормальном режиме.

В трехфазных системах с заземленной нейтралью различают следующие основные виды к.з. в одной точке: трехфазное; двухфазное; однофазное и двухфазное на землю, то есть замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю.

Трехфазное к.з. является симметричным, так как при нем все фазы остаются в одинаковых условиях. Напротив, все остальные виды к.з. являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся уже в неодинаковых условиях.

Аварийная статистика по электрическим системам России показывает, что при глухозаземленной нейтрали относительная вероятность различных видов к.з. (в процентах) характеризуется данными:

 

Трехфазное; ; 5%;

 

Двухфазное; ; 10%;

 

Однофазное; ; 65%;

 

Двухфазное на землю; ; 20%.

 

 

Читайте также:

 

что это такое, определение, причины, виды КЗ.

Ток короткого замыкания — это возрастающий электрический импульс ударного типа. Из-за его появления могут расплавиться провода, выйти из строя некоторые электрические приборы.

Почему происходит короткое замыкание?

Ток КЗ возникает в следующих случаях:

1. При высоком уровне напряжения. Происходит резкий скачок, уровень напряжения начинает превышать допустимые нормы, возникает вероятность появления электрического пробоя изоляционного покрытия проводника или схемы электрического типа. Образуется утечка тока, повышается температура дуги. Напряжение короткого замыкания приводит к созданию кратковременного дугового разряда.
2. При старом изоляционном покрытии. Такое замыкание возникает в жилых и промышленных зданиях, в которых не проводилась замена проводки. У любого изоляционного покрытия есть свой ресурс, который со временем истощается под воздействием факторов внешней среды. Несвоевременная замена изоляции может стать причиной КЗ.
3. При внешнем воздействии механического типа. Перетирание защитной оболочки провода или снятие его изоляционного покрытия, а также повреждение проводки приводят к возгоранию и КЗ.
4. При попадании посторонних предметов на цепь. Попавшие на проводник пыль, мусор или другие мелкие предметы способны вызвать замыкание в цепи механизма.
5. Во время удара молнии. Повышается уровень напряжения, пробивается изоляционное покрытие провода или электрической схемы, из-за чего и возникает КЗ в электро цепи.

Почему КЗ так называется?

Рассмотрим определение КЗ, расшифровка — короткое замыкание. Это объединение 2 любых точек (обладающих различным потенциалом), которые находятся в электрической цепи. Соединение не предусмотрено нормальным режимом функционирования цепи, что приводит к критическим показателям силы тока на месте объединения этих точек.

Такое замыкание называется коротким, потому что образуется, минуя прибор, т.е. по короткому пути.

Простым языком: происходит соединение положительного и отрицательного проводника (короткий путь), что приводит к тому, что значение сопротивления становится равно 0. Для нормального функционирования механизма необходимо сопротивление, а его отсутствие вызывает сбой в работе источника напряжения, что приводит к замыканию.

КЗ — это любое соединение проводников с разным потенциалом между собой или с землей. КЗ возникает только в том случае, если такое объединение не запланировано конструкцией данного прибора или механизма. Например, соединение между любыми точками разных фаз или объединение фазы и 0, когда образуется разрушительный ток, превышающий все критические значения электрической схемы устройства.

В чем опасность?

Последствия короткого замыкания могут быть следующими:

1. Падает уровень напряжения в электро цепи. Это может привести к выходу из строя и обгоранию электрического прибора или сбоям в функционировании устройства.
2. Повреждения механического и термического типа: обрыв цепи, повреждение проводки или отдельных проводов, розеток и выключателей.
3. В зависимости от мощности короткого замыкания возможно возгорание проводки и расположенных рядом с ней материалов и предметов.
4. Деструктивное электромагнитное воздействие на телефонную линию связи, компьютер, телевизор и другие электроприборы.
5. Опасность для жизни. Если в момент возникновения замыкания человек находится рядом с источником КЗ, то он может получить ожоги.
6. Нарушается функционирование электропоставляющих систем.
7. В зависимости от параметров КЗ возможны сбои в работе подземных коммуникаций при электромагнитном воздействии.

Многих людей интересует вопрос о том, как посчитать, чему равна сила тока при коротком замыкании. Для этого необходимо воспользоваться законом Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на ее концах и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Вычисление КЗ осуществляется по формуле: I= U/R (I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление).

Виды короткого замыкания и их причины

Существуют такие виды КЗ, как:

1. Однофазное КЗ. Повреждение на линиях электропередачи, когда 1 из фаз электрической системы замыкается на землю или на элемент, который соединен с землей. Причиной замыкания может стать неправильное заземление.
2. Двухфазное КЗ. Тип замыкания, возникающий между 2 фазами с различным потенциалом в электроэнергетической цепочке. Причина — нарушение изоляции проводов. Также это может быть одновременное соединение 2 фаз не между собой, а на землю.
3. КЗ трехфазное (симметричное). Замыкание 3 фаз друг на друга. Причиной может стать механическое повреждение изоляционного покрытия, перегрев и пробой в изоляции или схлестывание проводов.
4. Межвитковое. Такой тип замыкания характерен для электрических машин. В этом случае происходит замыкание витков механизма обмотки статора, трансформатора или ротного устройства между собой.
5. Замыкание на металлический корпус прибора или системы. Такое короткое замыкание возникает при нарушении изоляции проводки на металлическом корпусе.

Варианты защиты от КЗ

В качестве защиты от возникновения короткого замыкания можно использовать:

• реакторы электрического типа, которые будут ограничивать ток;
• распараллеливание электрической цепи;
• отключение секционных выключателей;
• трансформаторы понижающего типа с расщепленной обмоткой с низким уровнем напряжения;
• быстродействующие коммутационные аппараты, в которых есть опция ограничения поступления тока;
• плавкие предохранительные элементы;
• установку автоматических выключателей;
• своевременную замену изоляционного покрытия проводов и регулярный осмотр проводки на наличие дефектов;
• устройства релейной защиты, которые будут отключать поврежденные участки цепи.

Автоматы можно устанавливать только на всю систему, а не на отдельные фазы и цепь нуля. В противном случае во время замыкания выйдет из строя нулевой автомат, а вся электросеть окажется под напряжением, т.к. фазный автомат будет включен. По этой же причине не рекомендуется устанавливать провод меньшего сечения, чем может позволить автомат.

Использование этого явления

Данное явление нашло свое применение в дуговой сварке, принцип работы которой построен на взаимодействии стержня с металлической поверхностью. Поверхность нагревается до температуры плавки, благодаря чему появляется новое прочное соединение, т.е. сварочный электрод замыкается с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют непродолжительный промежуток времени. В момент сварки в месте соединения стержня и поверхности возникает нестандартный заряд тока, из-за чего выделяется большое количество теплоты. Ее достаточно для плавки металла и создания сварочного шва.

Также короткое замыкание используется в сфере промышленной автоматики, с его помощью создаются информационные системы, которые отражают параметры передачи токового сигнала.

Полезное КЗ применяется в электродинамических датчиках. Например, в индукционных виброметрах, сейсмических приемниках. Короткое замыкание дает возможность дополнительно уменьшить количество колебаний подвижной системы.

Режим КЗ может использоваться при объединении каскадов в электронике, когда выход первого активного компонента работает в режиме КЗ.

пик сбоя и среднеквадратичное значение | Что такое короткое замыкание?

• Дом
• Кабельные вводы
  • Продукты
    • Промышленное / Общего назначения
    • Взрывоопасная атмосфера
    • Группа I Горное дело
    • Американский NEC и CEC
    • Аксессуары
    • Просмотреть все продукты по именам
    • Как заказать
  • Технический
    • NEC и CEC для Северной и Южной Америки
    • Каталог Загрузки
    • Скачать сертификат
    • Схемы сертификации
    • Взрывоопасные атмосферы
    • Загрузки продуктов
    • Что такое кабельный ввод?
    • Загрузки файлов STEP
  • Установка
    • Инструменты и руководства
    • Обучение и поддержка
    • Установка Загрузки
• Кабельные зажимы
  • Продукты
    • Металл
    • Полимерный
    • Одно / многоядерное приложение
    • Приложение «Трилистник»
    • Приложение Quad
    • Аксессуары
    • Посмотреть все
  • Технический
    • Скачать сертификат
    • Аксессуары для кабельных зажимов
    • Проставка гайки кабельной клеммы
    • Выбор кабельной планки
    • Кабельные образования
    • Рекомендуемые расстояния между шипами
    • Каталог Загрузки
    • Пакеты для фиксации шипов
    • Пожарная производительность
    • Гальваническая коррозия
    • Надлежащая практика установки
    • Как заказать
    • Промежуточные ограничения
    • Материалы
    • Загрузки продуктов
    • Обзор продукта
    • Классификация сопротивления
    • Двойные дуговые профили
    • Что такое кабельная скоба?
    • Что такое короткое замыкание?
    • Зачем использовать кабельную скобу?
  • Установка
    • инструкции по установке
  • Селектор шипа
• Преобразование резьбы и аксессуары
  • Заглушки
  • Переходники / переходники кабельного ввода
  • Заглушки сапуна / сливного отверстия
  • Профсоюзы и барьерные союзы
  • Как заказать аксессуары
  • Аксессуары для кабельных вводов
  • Аксессуары для кабельных зажимов
• Аксессуары
  • 717 | Универсальная нейлоновая заглушка
  • Кожухи для кабелей из LSF и ПВХ
  • 737 | Преобразования потоков | Адаптеры и редукторы
  • 787 | Адаптер 90 градусов
  • 797 | Переходник от мужчины к мужчине или от женщины к женщине
  • 777 | Изолированный адаптер
  • 781 | Заглушка сапуна / сливного отверстия
  • 783 | Двойной Y-адаптер

Типы короткого замыкания

Что такое короткое замыкание?

Короткое замыкание — это неисправность.Это означает, что от одной стороны компонента к другой существует путь с очень низким сопротивлением. Например, мог отсоединиться провод, соединяющий две стороны цепи вместе. Или, возможно, на поверхности компонента есть влага, что означает, что ток может его обойти.

Провод или влага замыкают цепь, потому что длина токопроводящего пути к батарее уменьшилась.

Короткое замыкание заставляет цепь вести себя так, как если бы компонента не было.Компонент перестает работать (в конце концов, его там нет), и ток повсюду в этой цепи увеличивается, что может повредить другие компоненты или, в крайних случаях, вызвать пожар.

Итак, как мы можем объяснить шорты? Очень вводящий в заблуждение способ объяснить их — сказать, что ток идет самым легким путем.

Замыкание одного компонента, который включен последовательно с другими

Когда вы подключаете провод к клеммам лампы, вы фактически создаете небольшую параллельную цепь.Проблема с параллельными цепями в том, что эффективное сопротивление меньше наименьшего сопротивления. В этом случае наименьшее сопротивление — это просто провод, а он действительно имеет очень низкое сопротивление.

Моделирование Полное объяснение того, что происходит при коротком замыкании лампы.

Теперь вы уменьшили сопротивление последовательной цепи, и ток повсюду увеличивается. Ток через неразорванную лампочку увеличивается, поэтому она становится ярче.

Но яркость зависит не только от силы тока.

У вас есть низкое сопротивление (закороченная лампа) последовательно с более высоким сопротивлением (не закороченная лампа), и это меняет способ распределения напряжения по цепи. На большее сопротивление приходится большая часть общего напряжения. Вторая лампочка горит по этим двум причинам: больший ток через нее И большее напряжение на ней. Помните, что напряжение и ток связаны. Ток через вторую лампочку может увеличиваться только потому, что напряжение на ней больше.

Точно так же закороченная лампа имеет очень низкое напряжение на ней, поэтому ток через нее очень мал, и поэтому она гаснет. Короткое замыкание на проводе имеет такое же напряжение, как и на лампе, но у него также очень низкое сопротивление, поэтому ток через провод большой. Ток через провод и ток через лампочку складываются с током через лампочку без короткого замыкания.

Замыкание всей цепи

Это то же самое, что сказать, что источник питания закорочен.В этом случае объяснение того, почему лампочка гаснет, несколько иное.

Анимация, показывающая различные способы короткого замыкания всей цепи, подключив одну клемму батареи напрямую к другой.

Опять же, мы ввели параллельную цепь, и параллельная цепь имеет эффективное сопротивление немного меньше, чем у провода. Это означает, что на самом деле нигде в цепи нет никакого сопротивления, и поэтому ток, подаваемый батареей, становится очень большим. Так что батарее приходится очень много работать.

Когда вы много работаете, вы сильно потеете, и это похоже на то, что делает аккумулятор. Химические реакции в батарее происходят очень быстро, и большая часть выделяемой энергии превращается прямо в тепло, а не передается зарядам в цепи. Это означает, что напряжение намного меньше, чем должно быть. Напряжение на компонентах очень низкое, поэтому ни один из них не работает.

Короткое замыкание такого типа может привести к сильному нагреву аккумулятора. Может даже взорваться!

назад к Уроку 4: Полные схемы

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

(Мануэль Болотинья)

Короткое замыкание и токи

Короткое замыкание фаза- может произойти фаза-земля , в основном из-за:

• Пробой диэлектрика изоляционных материалов (старение, сильный перегрев и перенапряжения, механическое напряжение и химическая коррозия являются основными факторами пробоя диэлектрика)
• Уменьшение пути утечки (кратчайший путь между двумя токопроводящими частями — или между токопроводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования — измеряется по поверхности изоляции)
• Уменьшение безопасного расстояния
• Неконтролируемые частичные разряды (корона)

Когда одна или чаще встречаются такие ситуации: « solid » или « incipien t» [1] c Может возникнуть контакт между проводниками различных фаз или между проводником и металлической токоведущей частью , что приведет к короткому замыканию , которое на диаграммах показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Схемы короткого замыкания

Междуфазное короткое замыкание и короткое замыкание между фазой и землей может развиться до трехфазного короткого замыкания (худшая ситуация ) из-за диэлектрика Пробой вызван высокой силой тока .

Короткое замыкание вызывает тепловую и электродинамическую нагрузку на оборудование и проводники.

Термическое напряжение возникает из-за перегрева проводников ( закон Джоуля ) и может вызвать пробой диэлектрика и плавление металлических материалов .

Электродинамическое напряжение вызывается электромагнитной силой , которая является одним из четырех основных взаимодействий в природе и описывается электромагнитными полями , которые определяются законом Лоренца .

Величина этой силы прямо пропорциональна величине электрического тока .

Расчет токов короткого замыкания используется для проектирования установки и для определения характеристик оборудования т, а именно отключающей способности автоматических выключателей и уставки реле защиты .

Согласно стандарту IEC 60865-1 e 2 для расчета токов короткого замыкания используются следующие уравнения:

I ” _к3 = 1,1xUn / (√3xZ _d ) — максимум

I ” _k3 = 0,95xUn / (√3xZ _d ) — минимум

I” _k2 = 1,1xUn / (2xZ _d — максимум 9025 9025 9025

I ” _k2 = 0,95xUn / (2xZ _d ) — минимум

I” _k1 = 1.1xUn / (2xZ _{d +} Z ₀ ) — максимум

I ” _k1 = 0,95xUn / (2xZ _d + Z ₀ ) — минимум

Симметричные компоненты

Все сети и оборудование имеют внутренний импеданс, который можно разделить на три симметричных компонента , связанных с вращением электромагнитного поля.

Система дисбаланса разделена на три отдельных симметричных системы :

• Положительная или синхронная последовательность ( X _d / Z _d ) — , где три поля вращаются на по часовой стрелке , со смещением фаз 120 °
• Обратная последовательность ( X _i / Z _i ) — , где три поля вращаются на против часовой стрелки , с фазовым смещением 120 °
• Нулевая последовательность ( X ₀ / Z ₀ ) — одно поле, которое не вращает , каждая фаза вместе ( 0 ° друг от друга

Рисунок 2 — Симметричные компоненты (токи)

Как только сети последовательности известны, определение величины повреждения становится относительно простым.

Система ac разбита на симметричных компонентов , как показано выше.

Каждая симметричная система затем решается индивидуально, и окончательное решение получается путем их наложения.

Данные полного сопротивления положительной, обратной и нулевой последовательности часто можно получить у производителей.

Распространенным предположением является то, что для невращающегося оборудования значения отрицательной последовательности принимаются как то же самое , что и положительное ( X _d = X _i / Z _d = Z _i )

Значения полного сопротивления нулевой последовательности тесно связаны с типом устройств заземления и меняются в зависимости от типа оборудования.

Хотя всегда лучше использовать фактические данные, если они недоступны (или на предварительных этапах), можно использовать следующие приближения, показанные в таблице 1.

Таблица 1 — Приближение полного сопротивления нулевой последовательности

Эквивалентный импеданс оборудования и сети эквивалент

Эквивалентные импедансы оборудования и вышестоящей сети составляют:

Z _N = R _N + jX _N

IZ _N I = 1.1xU _n / √3xI ”k ₃ или IZ _N I = 1.1xS” _k3 / √3xU _n ²

R _N = 0,1xX1 _{N эмпирический )}

Трансформаторы и реакторы

• Z _T = R _T + jX _T
• IZ _u % IZ _{u n} ² / 100xS _n
• R _T = P _cu / 3xI _n ²

902 Моторы2 = jX _M

X _M = U _n / ((I _start / I _n ) x√3xIn

I ” _kM = 1.1xU _n / √3xX _M

Кабели

• Z _C = ρ _{20 ° C} xl / s + j2πfxL 902
  1
  1 R 20 ° C xl / s
  • X _C = 2πfxL
    

  Воздушные линии

  Для расчетов диаграмма ВЛ может быть представлена ​​в виде « ”, Как показано на Рисунке 3.

  Рисунок 3 — π-схема воздушной линии

  В сверхвысокого напряжения ( EHV ) и высокого напряжения ( HV ) воздушной линии сопротивление линии обычно незначительно по сравнению с индуктивным реактивным сопротивлением , но в низкого напряжения ( LV ) и среднего напряжения ( MV ) воздушных линий , это сопротивление необходимо учитывать при расчете полного сопротивления линии .

  Для расчета токов короткого замыкания , который не вызывает замыкания на землю -й емкостное реактивное сопротивление не учитывается .

  Эквивалент положительного (и отрицательного) импеданса линии рассчитывается следующим образом:

  • R _OL = ρ _{20 ° C} xl / s
  • X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π ) x (ln (d / r _e ) + (1 / 4n)) — одинарный- Линия контура
  • X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π dx (l) x (l) e xd ”) + (1 / 4n)) — двухконтурная линия

  Общий эквивалентный импеданс

  Обозначения

  9302 930 k Мощность короткого замыкания
  • I ”k ₃ : Ток короткого замыкания
  • Z _d : Синхронный импеданс
  • Z ₀ : Импеданс нулевой последовательности
  • S _n : Номинальная мощность
  • U _n : Номинальное напряжение
  • I _n : Номинальный ток
  • Z:
  • Z: Полное сопротивление
  : Модуль Z
  • X: Индуктивность
  • X ”: Вспомогательное переходное реактивное сопротивление
  • R: Сопротивление
  • ρ: Удельное сопротивление
  • s: Сечение проводника
  • l: Длина кабеля
  • l ₁ : Длина воздушной линии
  • d, d ‘, d ”: Среднее геометрическое расстояние между тремя фазными проводниками линии (линий).
  • d _12, d ‘ ₁₂ : расстояние между проводниками фаз 1 и 2 (линия 1 и линия 2)
  • d ₂₃ , d’ ₂₃ : расстояние между проводниками фаз 2 и 3 ( линия 1 и линия 2)
  • d ₃₁ , d ‘ ₃₁ : расстояние между проводниками фаз 3 и 1 (линия 1 и линия 2)
  • d ” ₁₁ , d” ₂₂ , d ” ₃₃ : расстояние между проводниками фазы 1 (2 и 3) линии 1 и линии 2
  • r _e : Эквивалентный радиус для проводников пучка
  • n: Количество жил в проводнике пучка
  • μ ₀ : Пространственная проницаемость — 4πx10 ^-4 Гн / км
  • ln: натуральный логарифм
  • L: Индуктивность
  • u _k : Падение напряжения на импедансе трансформатора
  • P _cu : Резистивные потери в трансформаторе f

  [1] твердый отказ происходит, когда en имеется прямой контакт между токоведущими проводниками или между токоведущими проводниками и землей .