Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».
Давно хотел написать статью про короткое замыкание. Но все как то не доходили руки.
Сегодня решился, потому как повлияли на меня последние события, произошедшие на распределительной подстанции нашего предприятия.
Ранее в статьях мы говорили, что вызывают короткие замыкания, или сокращенно, к.з.
Короткое замыкание — это одно из самых тяжелых и опасных видов повреждения.
Вы спросите почему? Читайте ниже.
Что же такое короткое замыкание?
Википедия на этот вопрос отвечает, что короткое замыкание — это:
Определение прочитали.
А теперь давайте рассмотрим подробно, что же происходит с параметрами электроустановки в момент короткого замыкания.
При возникновении короткого замыкания, напряжение на источнике питания, а правильнее назвать ЭДС, замыкается «накоротко» через небольшое (малой величины) сопротивление кабельных и воздушных линий, обмоток трансформаторов и генераторов. Отсюда и название «короткое замыкание».
В «накоротко» замкнутой цепи появляется ток очень большой величины, который и называется током короткого замыкания.
Рассмотрим классификацию коротких замыканий.
Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся фаз:
- трехфазные короткие замыкания
- двухфазные короткие замыкания
- однофазные короткие замыкания
Короткие замыкания разделяются по замыканию:
- с землей
- без земли
Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:
- в одной точке
- в двух точках
- в нескольких точках (более двух)
Пример
Рассмотрим пример.
Допустим, что наш потребитель питается с подстанции через воздушную линию (ВЛ) электропередач. Питающая линия является транзитной, поэтому питание потребителя осуществляется отпайкой от линии ВЛ в точке «О».
Пунктирной линией под номером 2 показан уровень напряжения на протяжении всей воздушной линии до возникновения короткого замыкания.
По рисунку видно, что напряжение в любой точке электрической сети равно разнице ЭДС источника питания и падения напряжения в электрической цепи до необходимой нам точки.
Например, напряжение в точке «О» можно рассчитать по формуле:
Uо = E — I*Zo, где
- E — ЭДС источника питания, в нашем случае генератора
- Zo — полное сопротивление воздушной линий от источника питания до точки «О» (состоит из активного и реактивного сопротивления)
- I — ток, протекающий по воздушной линии в данный момент времени.
Предположим, что по каким-либо причинам произошло короткое замыкание на воздушной линии, но за пределами нашей отпайки. Назовем эту точку короткого замыкания буквой «К».
Что же произойдет в момент короткого замыкания?
В момент короткого замыкания по воздушной линии проходит уже не номинальный ток, а ток короткого замыкания большой величины, поэтому возрастает падение напряжения на каждом элементе электрической цепи. А именно на сопротивлении Zo и Zк.
Самое наибольшее снижение напряжения будет в месте короткого замыкания, т.е. в точке «К». В остальных точках воздушной линии, удаленных от места к.з., напряжение снизится чуть меньше (это видно на рисунке — линия под номером 1).
В одной из своих статей я привел наглядный . Переходите по ссылочке и знакомьтесь с материалами.
Последствия от короткого замыкания
Мы уже выяснили, что в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения, что приводит к следующим последствиям.
1. Разрушения
Вспомним немного физику.
По закону известного физика Джоуля-Ленца, ток короткого замыкания, протекая по активному сопротивлению электрической цепи в течение некоторого времени, выделяет в нем тепло, которое рассчитывается по формуле:
В точке короткого замыкания это тепло, а также пламя электрической дуги, производят огромные разрушения. И чем больше ток короткого замыкания и время его прохождения по цепи, тем больше будут разрушения.
Чтобы было понятно Вам насколько эти разрушения масштабны, ниже приведу примеры из своей практики.
Привод переключающего устройства РПН. Короткое замыкание произошло в обмотке асинхронного двигателя
2. Повреждение изоляции
Во время прохождения тока короткого замыкания по неповрежденным линиям, происходит их нагрев выше предельной допустимой температуры, что приводит к повреждению их изоляции.
Активная часть трансформатора. Короткое замыкание произошло по причине повреждения изоляции
Короткое замыкание кабеля. Последствия
3. Потребители и электроприемники
Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников .
Например, асинхронный при снижении напряжения сети может вообще остановиться, т.к. момент его вращения может оказаться меньше момента сопротивления и трения механизмов.
Также нарушается нормальная работа и осветительных остановок. Здесь я думаю объяснять не требуется.
Смотрите наглядное видео про причины и последствия короткого замыкания в электроустановке 400 (В) на одной из наших подстанций:
А вот уже случай по-серьезнее — трехфазное короткое замыкание в сети 10 (кВ).
Вот еще фрагменты аварии, которая возникла по причине короткого замыкания в разделке кабеля 10 (кВ):
P.S. В завершении статьи на тему короткое замыкание, хочется подтвердить сказанное в начале своей статьи, что короткое замыкание является самым опасным и тяжелым видом повреждения, которое требует мгновенного и быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.
Любой человек, чья работа связана с обслуживанием электротехники, очень хорошо знает о тех неприятностях, которые таит в себе короткое замыкание (к.з.). Иногда считается, что оно представляет собой повреждение. Это не так. Короткое замыкание - это процесс, или, если угодно, аварийный режим работы какого-либо участка электроустановки. А вот последствия его действительно приводят к повреждениям. Общепринятое определение гласит: «Короткое замыкание - это непосредственное соединение двух или более точек электрической цепи, обладающих различным потенциалом. Является ненормальным (непредусмотренным) режимом работы».
Чтобы понять, что именно происходит в цепи в тот момент, когда там возникает короткое замыкание, необходимо вспомнить принципы функционирования элементов контура. Представим простейшую цепь, состоящую из двух проводников и нагрузки (например, лампочки). В обычных условиях в проводнике существует направленное движение заряженных элементарных частиц, обусловленное постоянным воздействием источника. Они перемещаются от одного полюса источника к другому через два участка провода и лампу. Соответственно, лампа излучает свет, так как частицы совершают в ней определенную работу.
При направление движения постоянно изменяется, но в данном случае это не принципиально. Количество электронов, проходящих по определенному участку цепи за единицу времени, ограничивается сопротивлением лампы, проводников, источника ЭДС. Другими словами, ток не растет бесконечно, а соответствует установившемуся режиму.
Но вот по какой-либо причине повреждается изоляция на участке цепи. К примеру, лампу залило водой. В этом случае ее уменьшается. В результате текущий по контуру ток ограничивается суммарным сопротивлением источника питания, проводов и водного «перешейка» на лампе. Обычно эта сумма настолько ничтожна, что в расчетах не учитывается (исключение составляют специализированные вычисления).
Итогом является практически бесконечный рост тока, определяемого по классическому закону Ома. В данном случае часто упоминают мощность короткого замыкания. Она определяется предельным значением электрического тока, который способен выдать источник питания до выхода из строя. Кстати, именно поэтому запрещается соединять проводком (закорачивать) противоположные контакты батареек.
Хотя в примере мы рассматриваем устранение из цепи сопротивления лампы вследствие попадания на нее воды, причин короткого замыкания множество. К примеру, если говорить об этой же схеме, то к.з. также может возникнуть, если будет нарушена изоляция хотя бы одного провода и он соприкоснется с землей. В этом случае ток от источника питания последует по пути наименьшего сопротивления, то есть в землю, обладающую огромной емкостью. Повреждение изоляции сразу двух проводов и их соприкосновение приведет к тому же самому результату.
Вышесказанное можно обобщить: к.з могут быть с землей и без нее. На происходящие процессы это не влияет.
О каких же повреждениях шла речь в начале статьи? Как известно, чем выше значение тока, протекающего по участкам цепи, тем больше их нагрев. При достаточной мощности источника при к.з. некоторые участки цепи попросту выгорают, превращаясь в медную пыль (для медных элементов).
Защита от короткого замыкания довольно проста и эффективна. Сообщения о разрушениях из-за замыкания возникают, прежде всего, по причине неправильно подобранных параметров аппаратов защиты, неверной селективности. Если речь идет о бытовой цепи 220 В, то применяют В них при чрезмерном возрастании тока электромагнитный расцепитель, находящийся внутри, разрывает цепь.
При прохождении электрического тока металлические проводники нагреваются и могут даже расплавиться. Сильный нагрев проводов может привести к возгоранию изоляции и к пожару.
Любой проводник во всех электрических устройствах, а также в бытовых электрических цепях рассчитан на какой-то определенный максимальный ток, превышение которого ведет к нарушению работоспособности электроаппаратуры и возгоранию.
Практически максимально возможный ток может быть превышен из-за короткого замыкания цепей по раличным причинам: нарушение изоляции проводов, попадания воды в устройство и т.д.
Короткое замыкание - это такое состояние электрической цепи, когда клеммы источника тока замыкаются накоротко без потребителя электроэнергии (без нагрузки).
Чтобы не возникали недопустимые токи, в электрическую цепь включается предохранитель, который автоматически размыкает цепь, если ток превысил допустимое значение.
Условное обозначение предохранителя на электрической схеме:
Существуют разные виды предохранителей.
1. Самый простой вид - плавкая вставка. Она применяется, например, в бытовой радиоаппаратуре.
Главная часть - проволчка из легкоплавкого металла, с толщина которой рассчитана на определенный ток. При коротком замыкании проволочка плавится и размыкает цепь.
2. В жилых домах стоят предохранители - пробки. Они более мощные и рассчитаны на большие токи. Есть такое выражение "перегорели пробки". Перегоревшую пробку меняют на новую.
.......................А СМОЖЕШЬ ЛИ ТЫ СООБРАЗИТЬ
В квартире погас электрический свет. При осмотре проволочки предохранителя мальчик обнаружил оплавленный конец ее обрыва.
На каком действии тока было основано применение этого предохранителя?
Знаете ли Вы?
Короткое замыкание и графитовая бомба
Графитовая бомба - это бомба, содержащая графитовые нити (графит хорошо проводит электрический ток). Она создана специально для атаки на линии электропередач противника. Бомба представляет собой цилиндр, оснащённый катушками с токопроводящими нитями из углеродного волокна. При взрыве бомбы выбрасываются катушки, с которых разматываются токопроводящие углеродные нити. Эти многочисленные нити, попадая на токонесущие элементы линий электропередач вызывают множественные короткие замыкания сети, приводят к выходу из строя подключенных приборов и параличу энергосистем.
Поражающий эффект боеприпасов данного типа заключается в создании облака площадью до 200 квадратных метров из электропроводимых тонких волокон углерода. При соприкосновении волокон с токонесущими элементами (изоляторы, провода и т. д.) происходит короткое замыкание и вывод из строя электроцепей. Если целью поражения окажутся высоковольтные устройства, то замыкания могут привести к образованию электрической дуги, вызывающей значительные повреждения оборудования и пожары, также пожары могут начаться из-за перегрева оборудования или проводников.
Осевшие на ЛЭП и трансформатор токопроводящие нити еще длительное время могут вызывать короткие замыкания при попытках дать напряжение по резервным сетям.
Кроме того после применения таких бомб требуется специальная очистка территории, иначе осевшие на землю углеродные волокна могут быть снова подняты порывами ветра и занесены на объекты энергетики.
Одним из средств борьбы с графитовой бомбой является временное отключение линий электропередач, электрических и тяговых подстанций на время действия снаряда, то есть пока не сядет на землю вся графитовая пыль, распылённая в воздухе.
Любознательным
Светящиеся организмы
Помимо светлячков свет испускают и многие другие живые организмы. У бразильского железнодорожного червя, например,
голова светится красным, а бока - зеленым. Некоторые фосфоресцирующие организмы, обитающие в море, если их потревожить,
скажем, движением лодки, «поджигают» море. Ночью эти организмы светятся голубоватым светом, а днем - красным.
Один из видов ракообразных, если его предварительно высушить, светится при увлажнении. Таким источником света во время второй мировой
войны пользовались японские солдаты, когда использовать более яркий свет было опасно: стоило поплевать на высушенную
креветку, и при ее свете можно было читать карту.
Можно привести множество других, более редких, примеров природной
люминесценции. Рассказывают, что нарезанный картофель светился настолько ярко, что в темной комнате можно было читать.
Чем во всех рассмотренных случаях вызвана люминесценция?
Оказывается...
Свечение обусловлено двумя типами веществ, объединенных общими названиями люциферина и люциферазы.
Однако конкретный состав этих веществ у разных организмов различен. Люцифераза - это фермент,
биологический катализатор реакций, при которых возникает свечение.
Люминесценция морских организмов
подразделяется на три типа. Некоторые организмы имеют специальные клетки, порой настолько совершенные, что они
напоминают светильники. Другие морские организмы могут выпускать светящиеся «облака». И наконец, они могут не
светиться сами, но содержать люминесцирующие бактерии. Динофлагеллаты днем окрашивают море в красный, желтый или
коричневый цвета - это их естественная окраска; ночью же они светятся голубым светом. Свет «включается» какими-то
внутренними «часами». Даже если постоянно освещать эти организмы неярким светом, наиболее ярко они все равно будут
светиться около часа ночи, и этот биологический ритм может сохраняться в течение нескольких недель.
КЗ образуется вследствие замыкания двух проводов цепи, которые подсоединены к разным контактам (это плюс и минус). В данном случае происходит это через маленькое сопротивление, которое можно сравнить с сопротивлением самого провода. При этом ток может превысить номинальное значение в несколько раз. Чтобы предотвратить возгорание, электрическая цепь должна быть разорвана до того, как провода нагреются до критической температуры.
Что такое короткое замыкание?
Ежедневно, где бы мы не находились, мы осуществляем замыкание электрической цепи. При этом ничего опасного не происходит, так как при подсоединении вилки электрооборудования в розетку электрическая энергия превращается в:
- механическую энергию;
- тепловую мощность.
Данные виды замыкания можно условно назвать «длинными». Короткое замыкание - это, говоря простым языком, такой вид энергии, которая выражается в виде искры, хлопка или возгорания. Это такое состояние, когда сопротивление самой нагрузки становится меньше сопротивления источника питания. При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла. Это - в свою очередь - может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию. Такое КЗ способно не только нарушить работоспособность элемента электрической цепи, но и привести к снижению входного напряжения у других потребителей.
В нормальном рабочем режиме ток между фазным и нулевым проводом протекает лишь в том случае, когда подсоединена нагрузка, которая и осуществляет его ограничение на безопасном уровне для электрической проводки. Как происходит короткое замыкание? В тех случаях, когда появляется нарушение изоляционного покрытия, приводящее к замыканию плюса и минуса, ток минует нагрузку и течёт между этими проводами. Данный вид контакта называется «коротким», в связи с тем, что минует электрические приборы.
Металлическое короткое замыкание - это такое замыкание, в котором не учитывается переходное сопротивление. Оно возможно только в случае его специальной подготовки при помощи болтового соединения токоведущих частей.
Ток короткого замыкания - это такой ток, который появляется вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, обладающих различным электрическим потенциалом. Возникнуть он может и просто при случайном соединении проводящих частей с теми же потенциалами.
Ударный ток короткого замыкания - это максимальная величина тока, которая возникает при трёхфазном КЗ.
Режим короткого замыкания - это такое состояние двухполюсника, когда его выходы соединены между собой при помощи проводника с нулевым сопротивлением. В данном режиме вторичная обмотка замыкается накоротко. При проведении такого опыта можно определить величину потерь в обмотках самого трансформатора.
Также стоит знать, что напряжение короткого замыкания трансформатора - это такое напряжение, которое необходимо подать на обмотку, когда вторая замкнута. И тогда в последней обмотке начнёт протекать номинальный ток.
Как его обнаружить и предотвратить?
Можно вспомнить всем известный закон Ома, который гласит: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». В случае с КЗ его величина - наоборот - очень велика, так как в замкнутой цепи начинает течь ток.
Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически производить замеры сопротивления проводки. Если вы самостоятельно не можете это делать, то стоит обратиться за помощью к специалистам. Они на профессиональном уровне проведут все измерения, касающиеся проводки, а также помогут провести испытание измерительных трансформаторов тока, что также убережет ваше оборудование и повысит пожарную безопасность.
Короткое замыкание - одна из опасностей техносферы
Даже человек, далекий от электричества, хоть раз в жизни, но сталкивался с явлением, которое получило название «короткое замыкание». Для того чтобы обезопасить себя, своих близких, а также свое жилье и электроприборы от этого процесса, следует тщательно разобраться в его природе, причинах возникновения и разновидностях.
Понятие и характеристика короткого замыкания
Короткое замыкание с точки зрения электротехники представляет собой явление, при котором сопротивление электрической цепи, состоящей из нескольких проводов, крайне незначительно, и его вполне можно сопоставить с сопротивлением самих проводов. В этом случае согласно закону Ома сила тока превысит свое номинальное значение сразу в несколько раз, причем произойдет это практически в одно мгновение. Это, в свою очередь, приведет к тому, что электрическая цепь разорвется намного раньше, чем произойдет критическое увеличение температуры проводов.
Основные причины короткого замыкания
Как показывает практика, короткое замыкание возникает чаще всего из-за того, что по каким-либо причинам оказывается нарушенной внешняя изоляция проводов или электрического оборудования. Это, в свою очередь, может быть связано и с постепенным старением основных элементов электрической цепи, и с ее механическими повреждениями, и даже с ударом молнии. Кроме того, в последние годы на предприятиях участились случаи, когда короткое замыкание становилось следствием недобросовестного обслуживания электрооборудования со стороны соответствующих служб.
Искусственное замыкание
Впрочем, в работе фабрик и заводов может наступить такой момент, когда возникнет потребность вызвать это явление искусственным путем. В частности, преднамеренное короткое замыкание достаточно часто используют в цепи трансформаторных подстанций, которые действуют на понижении тока. Для этого используется специальное оборудование - короткозамыкатели, выполняющие роль своеобразных контролеров. В том случае, если на линии или в самом трансформаторе возникнет какое-либо повреждение, то этот прибор искусственно вызовет короткое замыкание, цепь окажется разорванной и никаких тяжелых последствий (например пожара) не будет.
Последствия короткого замыкания
Данное явление приводит к весьма серьезным последствиям. Во-первых, достаточно часто оно сопровождается выходом из строя электроустановок и возникновением в них пожаров. Во-вторых, из-за резкого увеличения силы тока в цепи отдельные части кабеля могут быть подвергнуты механическому воздействию, в результате чего появятся механические и термические повреждения. В-третьих, достаточно часто короткое замыкание сопровождается значительным падением напряжения в цепи или на отдельных ее участках. Это, в свою очередь, ведет к ухудшению работы электрооборудования. Наконец, в-четвертых, это явление оказывает крайне негативное влияние на находящиеся поблизости приборы, провода и другое электрическое оборудование.
Способы защиты от короткого замыкания
Защита от короткого замыкания включает в себя целый комплекс мер, исходным пунктом в которых является профилактика повреждений линий электропередач и оборудования. Кроме того, чтобы предотвратить возникновение пожара, используют специальные приборы - плавкие ставки, которые при замыкании сгорают и размыкают электрическую цепь.
Выполнение правил техники безопасности как основной способ профилактики короткого замыкания
Мощность короткого замыкания зависит от множества факторов, главным из которых является сила тока в цепи. В то же время следует помнить, что любое подобное явление представляет собой потенциальную опасность для человека, поэтому при работе с электричеством следует четко придерживаться правил техники безопасности.
