Причины короткого замыкания
В чем заключается опасность короткого замыкания для электрической сети? В первую очередь – это риски повреждения электротехнического оборудования и, как следствие, обесточение потребителей электрической энергии. Результатом отключения потребителей является недоотпуск электроэнергии, т.е. фактически упущенная прибыль распределительной сетевой компании.
Для расчета режимов работы электрической сети и защиты электрооборудования от коротких замыканий выполняется расчет токов короткого замыкания. Данный расчет выполняется, как правило, с применением специализированных компьютерных программ, которые разрабатываются для электрических сетевых компаний, эксплуатирующих электрические сети, а также для Системного Оператора – структуры, осуществляющей единое диспетчерское управление электрическими сетями. Основным параметром короткого замыкания является сила тока короткого замыкания, которая определяется расчетным путем для различных видов короткого замыкания. Расчет токов короткого замыкания используется при выборе электрооборудования по условиям термической стойкости и электродинамической устойчивости, а также в целях определения уставок (характеристик) срабатывания защитных аппаратов (устройств), устанавливаемых на объектах электрической сети.
Одной из основных причин возникновения коротких замыканий является повреждение (нарушение) изоляции электрического оборудования. Условно все повреждения изоляции можно разделить на следующие группы:
- перенапряжения (природные и коммутационные, возникающие в электрической сети);
- неудовлетворительная организация технического обслуживания и ремонтов электрооборудования, в т.ч. ошибочные (неквалифицированные) действия обслуживающего персонала;
- воздействия сторонних лиц на электросетевые объекты.
В целях снижения (исключения) возможности повторения случаев коротких замыканий должна проводиться системная работа по предотвращению причин их возникновений.
Из за чего возникает короткое замыкание
Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и «—«) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.
Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.
Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.
Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.
При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.
Короткие замыкания бывают:
- трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы
- двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы
- двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями
- однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями
Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.
Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании
Причины возникновения коротких замыканий
Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.
Нарушения изоляции вызываются:
- Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
- Прямыми ударами молнии
- Старением изоляции
- Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
- Неудовлетворительным уходом за оборудованием
Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.
Преднамеренные короткие замыкания
При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты — короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.
Последствия коротких замыканий
В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.
При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.
При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.
В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.
При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.
Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.
Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.
Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.
Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).
Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.
При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.
Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.
Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:
- Механические и термические повреждения электрооборудования
- Возгорания в электроустановках
- Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
- Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
- Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п
Для чего нужен расчет токов короткого замыкания
Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.
Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.
Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).
Причины короткого замыкания электропроводки
Происходит с течением времени и вследствие даже незначительных, но регулярных перепадов температур. Обычно в таком случае изоляция постепенно из гибкой становится хрупкой – на ней появляются трещины в которых может скапливаться влага или пыль. В случае неблагоприятного стечения обстоятельств это может спровоцировать возникновение КЗ через микродугу, причем это самый тяжелый случай с точки зрения поиска неисправности.
Повреждение изоляции грызунами
Это достаточно частое явление в сельской местности, да и в промышленных условиях такие поломки далеко не редкость – мыши прогрызают наружную изоляцию кабелей, затем внутреннюю и замыкают собой фазу с нолем.
Сложность поиска такой неисправности может заключаться в том, что неизвестно где мышь могла облюбовать себе место для «трапезы». Но с другой стороны, обычно место повреждения хорошо заметно, поэтому достаточно поверхностного осмотра провода, хоть и по всей его длине.
Надо учитывать, что здесь не всегда происходит полноценное замыкание – иногда мышь может частично повредить изоляцию и замкнуть провода не напрямую, а через себя. В таком случае велика вероятность найти место повреждения провода по погибшему животному, которого судорога от электрического тока приковывает к перегрызенному проводу. Хотя иногда бывает и такое, что мышь отбрасывает от кабеля, особенно если у нее получается замкнуть провода напрямую и произойдет полноценное короткое замыкание погрызенной проводки.
Значительный перегрев изоляции кабелей
Это не всегда заметно глазу, но при подаче напряжения на провода, на них начинает действовать электромагнитное поле, которое стремится распрямить их металлическую часть. Пока провод работает в штатном режиме, это не имеет особого значения, но если к нему подключен слишком мощный потребитель, то жилы начнут нагреваться. Когда вследствие этого изоляция станет мягкой, то жилы под воздействием электромагнитного поля расшатают пластик изнутри, а со временем и полностью его прорвут. В итоге произойдет полноценное замыкание и выбьет автомат защиты, а если совсем не повезет, то загорится сама изоляция кабеля.
Прямое соединение фазного и нулевого проводов
Причины, по которым напрямую коротнуло силовую проводку могут быть самыми разнообразными – от банальной невнимательности, которую иногда допускают выполняя монтаж, до аварии вследствие бури или другого стихийного бедствия.
Главное здесь то, что при прямом соприкосновении фазы и ноля всегда происходит скачкообразное повышение силы тока и температуры на токоведущих жилах. В большинстве случаев провода не рассчитаны на то, чтобы выдерживать токи короткого замыкания, поэтому в месте соприкосновения происходит мини-взрыв, вследствие которого выгорает изоляция, а разлетающиеся расплавленные частицы токоведущих жил разносят ее пепел вокруг. В этом случае нет особой проблемы в том, как найти короткое замыкание в проводке – все видно невооруженным глазом – провода оплавлены и все вокруг в саже.
Здесь особо надо учитывать, что сажа, которая покрывает всю прилегающую поверхность, как и пыль, в определенных концентрациях способна проводить электрический ток, поэтому при ликвидации последствий замыкания ее надо тщательно вычищать.
Как предупредить короткое замыкание
Самый простой способ – это соблюдать рекомендации, прописанные в ПУЭ – практически всем записям в этой книге предшествует какая-либо авария либо как минимум нештатная ситуация. Ну а так как заучивать правила скорее всего никто не будет, то хотя бы надо руководствоваться здравым смыслом, который диктует следующее:
Если проводка старая, то настоятельно рекомендуется ее замена. Если по каким-либо причинам это невозможно, то, как минимум, надо осмотреть контакты розеток и оценить, требуется ли им дополнительная изоляция.
Если квартиру затопили соседи сверху, то, даже если ничего не замкнуло, это повод пересмотреть скрутки проводов в распределительных коробах – под воздействием влаги липкая сторона изоленты теряет свои свойства.
Нужна осторожность при вбивании гвоздей в стены – неудачно забитый гвоздь приносит с собой большое количество «головной боли» по замене перебитого провода.
Настоятельно рекомендуется при проведении капитального ремонта составить план электропроводки, а если в каком-либо месте есть скрутки проводов, то обязательно указывать её на схеме – это потенциальное «слабое звено».
В частном секторе обязательно надо применять дополнительные меры по защите проводки от крыс и мышей – есть достаточно большое количество найденных домашними электриками способов борьбы с грызунами – это могут быть металлические гофры, промазывание кабелей мастикой и прочие методы.
Если в розетку приходилось включать мощный прибор, то потом стоит перепроверить, не подгорели ли контакты и состояние изоляции.
Одним из самых опасных повреждений электропроводки являются короткие замыкания. Они могут привести к загораниям, поэтому требуют быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.
Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушение изоляции электрооборудования. Оно может быть вызвано: перегрузкой сети, старением изоляции, механическими повреждениями изоляции и др. Часто причиной повреждений электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.
Пожарная безопасность электропроводок обеспечивается соблюдением следующих основных требований:
Правильным выбором вида электропроводки и способа ее прокладки;
Соответствием вида электропроводки и характеристик используемых проводов;
Правильным выбором электрозащиты;
Удобная прокладка кабелей, способствует быстрой локализации очага пожара;
Монтаж электропроводки должен осуществляться специалистами.
Всегда помните, что прежде, чем производить работы с проводкой, ее необходимо обесточить.
ПОМНИТЕ: Единый телефон службы спасения — 01, 101, 112
Причины возникновения и последствия коротких замыканий
Когда происходит контакт нулевого (заземляющего) и фазового проводов, или двух фазовых – случается короткое замыкание. Коротким оно называется из-за того, что происходит без участия электроприбора. В результате распространяется огонь и если ситуация выйдет из-под контроля – это может угрожать не только здоровью человека, но и его безопасности…
Соблюдение мер безопасности, электрофизические измерения, модернизация оборудования — все это может нивелировать причины возникновения и смягчить последствия коротких замыканий, речь о которых пойдет ниже.
Причины возникновения короткого замыкания
Самой первой причиной чрезвычайного происшествия (короткого замыкания) может стать электрическая проводка – комплекс проводов и самого разного крепежа – зажимов и клемм, которые обеспечивают проходимость электричества, гарантируя таким образом бесперебойную работу электроприборов. Когда возраст проводки достигает предела – возрастает вероятность фатального исхода и полагаться на волю случая – самое неразумное.
В результате подключения сразу нескольких мощных электроприборов к сети нагрузка на проводку значительно увеличивается, сила тока возрастает на сотни тысяч ампер. В силу резко повысившейся температуры это может спровоцировать перегрев и даже – возгорание (плавление, искрение) изоляции, особенно если её состояние и без того оставляло желать лучшего. Даже новая проводка может не справиться с таким напряжением, не говоря уже о «повидавшей виды».
Поэтому недопустимо, чтобы проводка была старой или поврежденной, а нагрузка на сеть — распределена неравномерно (она не должна превышать расчётную мощность каждой линии электросети). Таким образом, причиной пожара (короткого замыкания) может стать как техническое состояние проводки и износ изоляции в электропроводах, так и её механические повреждения.
Но перегруженная сеть и низкое качество изоляции – не единственные причины возникновения короткого замыкания. Вызвать возгорание может также неправильный монтаж электропроводки. Например, плохой контакт в соединениях проводки и электроприборов. Поэтому главная задача электрика – обеспечить максимальную безопасность проводки, а любителям, не особенно хорошо разбирающимся в электрике – открыть пособия и руководства и изучить тему поглубже.
При осуществлении электромонтажных работ ни в коем случае нельзя сверлить стену там, где проложен сетевой кабель. Снимать изоляцию требуется крайне аккуратно, не используя нож и уж тем более – категорически запрещается разрезать провод вдоль жилы!
Если есть необходимость проложить провода – лучше всего это сделать в специальных коробках или просто – параллельно друг дружке. Но ни в коем случае не используя пучок!
Вот ещё одно условие безопасности. В норме важно поддерживать не только изоляцию, но и сами электроприборы. Они не должны быть старыми или неисправными. Ни в коем случае не должны искрить. Важно чтобы соответствовали всем условиям пожарной безопасности, да и уход за оборудованием важен соответствующий.
Говоря о причинах возникновения короткого замыкания — не стоит исключать фактор случайных обрывов на линии, а также – прямых ударов молнии и перенапряжений в результате грозовых явлений.
Последствия коротких замыканий
Аварийный режим, вызванный коротким замыканием на одной линии, может остаться проблемой локальной, а может привести к общему снижению напряжения (на всей системе электроснабжения), нарушая нормальное питание неповрежденных линий.
При этом опасные последствия замыкания наиболее вероятны в местах «непосредственного очага» — максимально близких к месту аварии. Так, резко упавшее напряжение не просто может вызвать перебои в электроснабжении потребителей, но и представлять большую опасность для бытовых приборов, так как может спровоцировать их механические или термические повреждения. Более того – привести к возгораниям в электроустановках и нарушению нормальной деятельности промышленных предприятий.
Именно по этим и многим другим причинам мы предлагаем проводить измерение параметров устройств защитного отключения.
Так, внезапное снижение напряжения может отразиться на работе двигателей – снизить их производительность или и вовсе притормозить, если не вывести из строя. Более того, неожиданная остановка оборудования может стать причиной брака продукции, не говоря о простое смены. В худшем случае может возникнуть ситуация опрокидывания двигателей.
Если короткое замыкание устраняется не сразу – на станциях, находящихся в непосредственной близости от замыкания, может произойти рассинхронизация электростанций и отдельных генераторов. И это – самое опасное, что может случиться в результате короткого замыкания.