Чем опасен режим короткого замыкания
Перейти к содержимому

Чем опасен режим короткого замыкания

  • автор:

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.

Опасность короткого замыкания

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей…

Что такое короткое замыкание и из-за чего происходят короткие замыкания

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей. При возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, а количество выделяющейся теплоты, как известно, пропорционально квадрату тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличится в то выделяющееся при этом количество тепла возрастет примерно в

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, 50°С она увеличится в 4, соответственно. Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Например, для кабелей с бумажной изоляцией срок их службы может быть определен по известному «восьмиградусному правилу»: превышение температуры на каждые 8°С сокращает срок службы изоляции в Тепловому разрушению подвержены и полимерные изоляционные материалы.

Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию проводов существенно ухудшает ее состояние из-за появления поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла жидкость испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При неоднократном воздействии влаги процесс повторяется, но из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки не прекращается даже после окончания испарения. Кроме того, появляются мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, теряет прочность, что может привести к возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию.

Пожарная опасность коротких замыканий электропроводов характеризуется следующими возможными проявлениями электрического тока: воспламенением изоляции проводов и окружающих горючих предметов и веществ; способностью изоляции проводов распространять горение при поджигании ее от посторонних источников зажигания; образованием при коротком замыкании расплавленных частиц металла, поджигающих окружающие горючие материалы (скорость разлета расплавленных частиц металла может достигать а их температура — 2050—2700°С).

При перегрузке электропроводок также возникает аварийный режим. Из-за неправильного выбора, включения или повреждения потребителей суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение, т. е. происходит повышение плотности тока (перегрузка). Например, при прохождении тока в через последовательно соединенные три куска провода одинаковой длины, но различного сечения — 10; плотность его будет различна: 4, В последнем куске самая высокая плотность тока, и соответственно, самые высокие потери мощности. Провод сечением слегка нагреется, температура провода сечением достигнет допустимой, а изоляция провода сечением просто сгорит.

Чем ток короткого замыкания отличается от тока перегрузки

Основное отличие короткого замыкания от перегрузки заключается в том, что при коротком замыкании нарушение изоляции является причиной аварийного режима, а при перегрузке — его следствием. При определенных обстоятельствах перегрузка проводов и кабелей в связи с большей длительностью аварийного режима более пожароопасна, чем короткое замыкание.

Материал жилы проводов оказывает существенное влияние на зажигающую способность при перегрузках. Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АПВ и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, показывает, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых.

При коротком замыкании наблюдается та же закономерность. Прожигающая способность дуговых разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жилами из алюминия. Например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности) при сечении жилы из алюминия а с медной жилой — при сечении

Кратность тока определяется отношением тока короткого замыкания или перегрузки к длительно допустимому току для данного сечения проводника.

Наибольшей пожарной опасностью обладают провода и кабели с полиэтиленовой оболочкой, а также полиэтиленовые трубы при прокладке в них проводов и кабелей. Электропроводки в полиэтиленовых трубах в пожарном отношении представляют большую опасность, чем электропроводки в винипластовых трубах, поэтому область применения полиэтиленовых труб значительно уже. Особенно опасна перегрузка в частных жилых домах, где, как правило, от одной сети питаются все потребители, а аппараты защиты нередко отсутствуют или рассчитаны только на ток короткого замыкания. В многоэтажных жилых домах также ничто не препятствует жильцам пользоваться более мощными лампами или включать бытовые электроприборы общей мощностью большей, чем та, на которую рассчитана сеть.

На электроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах и т. д.) указаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, наибольшие сечения присоединяемых проводников. Для безопасного пользования этими устройствами необходимо уметь расшифровывать эти надписи.

Например, на выключателе нанесено «6,3 А; на патроне — «4 А; а на удлинителе-разветвителе — «250 В; 6,3 А», «220 В. «127 В, «6,3 А» предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись «250 В» указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше

Если умножить на то получится 1000, а не Как связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. При напряжении в сети допустимый ток: 1,3 А (300:220); при напряжении — 2,3 А (300—127). Току соответствует напряжение (300:4). Надпись «250 В; 6,3 А» указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на получаем (округленно Умножая 6,3 А на получаем (округленно Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. Если мощность меньше, то меньше нагреваются контакты.

При протекании через контактное соединение электрического тока из-за переходного сопротивления на контактном соединении падает напряжение, мощность и выделяется энергия, которая вызывает нагрев контактов. Чрезмерное увеличение тока в цепи или возрастание сопротивления ведет к дальнейшему повышению температуры контакта и подводящих проводов, что может вызвать пожар.

В электроустановках применяются неразъемные контактные соединения (пайка, сварка) и разъемные (на винтах, втычные, пружинящие и т. п.), а также контакты коммутационных устройств — магнитных пускателей, реле, выключателей и других аппаратов, специально предназначенных для замыкания и размыкания электрических цепей, т. е. для их коммутации. В сетях внутридомового электроснабжения от ввода до приемника электроэнергии электрический ток нагрузки протекает через большое количество контактных соединений.

Контактные соединения никогда, ни при каких обстоятельствах не должны нарушаться. Однако исследования проведенные некоторое время назад над оборудованием внутридомовых сетей, показали, что из всех обследованных контактов только удовлетворяют требованиям ГОСТа. При протекании тока нагрузки в некачественном контактном соединении за единицу времени выделяется значительное количество тепла, пропорциональное квадрату тока (плотности тока) и сопротивлению точек действительного соприкосновения контакта.

Если разогретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, то возможно их воспламенение или обугливание и загорание изоляции проводов.

Величина переходного сопротивления контактов зависит от плотности тока, силы сжатия контактов (величины площади сопротивления), от материала, из которого они изготовлены, степени окисления контактных поверхностей и т. д.

Для уменьшения плотности тока в контакте (а значит, и температуры) необходимо увеличить площадь действительного соприкосновения контактов. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания будут незначительно смяты. Из-за этого увеличатся размеры соприкасающихся элементарных площадок и появятся дополнительные площадки касания, а плотность тока, переходное сопротивление и нагрев контакта снизятся. Экспериментальные исследования показали, что между сопротивлением контакта и величиной крутящего момента (силой сжатия) существует обратно пропорциональная зависимость. С уменьшением крутящего момента в сопротивление контактного соединения провода АПВ сечением или двух проводов сечением 2,5 мм2 увеличивается в 4—5 раз.

Для отвода тепла от контактов и рассеивания его в окружающую среду изготавливают контакты определенной массы и поверхности охлаждения. Особое внимание уделяют местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах проводов применяют наконечники различной формы и специальные зажимы. Надежность контакта обеспечивается обычными шайбами, пружинящими и с бортиками. Через 3—3,5 года сопротивление контакта увеличивается примерно в Значительно увеличивается сопротивление контактов и при коротком замыкании в результате краткого периодического воздействия тока на контакт. Испытания показали, что наибольшую стабильность при воздействии неблагоприятных факторов имеют контактные соединения с упругими пружинящими шайбами.

К сожалению, «экономия на шайбах» — явление довольно распространенное. Шайба должна быть из цветного металла, например, из латуни. Стальную шайбу защищают антикоррозийным покрытием.

Чем опасен режим короткого замыкания

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 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *