Всем привет. Я очень рад, что вы зашли на мой сайт. И сегодня, мы с вами, поговорим о том, что такое короткое замыкание и какие замыкания бывают.
Короткое замыкание – это соединение (соприкосновение) двух или нескольких точек (проводников) электрической цепи с разными потенциальными значениями.
Разные потенциалы – это когда фаза и ноль в сети переменного тока, или плюс и минус в сети постоянного тока.
Теперь давайте рассмотрим, какие бывают виды короткого замыкания.
В однофазной сети может быть только два вида короткого замыкания:
1. фаза и ноль – это вид замыкания очень часто бывает в простых бытовых условиях. К примеру с наступление зимы становится холодно, и многие люди пытаются согреться с помощью электрических обогревателей.
Но мало кто обращает внимание на розетки, в которые включают эти самые обогреватели. Очень часто бывает, что розетки не рассчитаны на токи, которые потребляют обогреватели, или же часто в розетках может быть плохой контакт.
Из-за этого розетки и вилочки начинают греться. В следствии длительных нагревов разрушается изоляция проводов. И в один прекрасный момент два, уже оголевших, проводника могут соприкоснуться, и получится короткое замыкание.
2. фаза и заземление – это когда фазный провод, каким-то образом начинает контактировать с заземлённым корпусом любого электрического оборудования. Будь то электрический водонагреватель, светильник, станок и так далее.
Бывает ещё такое, что корпус может быть занулённым, тогда такое замыкание можно отнести к первому случаю.
А вот в ситуаций, при которых возникает короткое замыкание, может быть намного больше:
1. однофазное замыкание – фаза и ноль. Этот вид я уже описывал выше, так что переходим к следующему.
2. двухфазное – это когда соединились между собой две фазы. Часто случается на воздушных линиях электропередач. Такое явление, наверное, видел каждый человек в своей жизни. Когда на улице сильный ветер и начинает расшатывать провода, и получает не большой салют. На промышленных предприятиях такое замыкание часто случается в силовых цепях.
3. двухфазное и земля – такое, конечно, реже бывает, но всё равно случается. Пример, когда две фазы могут соединиться между собой, и одновременно контактировать ещё и с землёй.
4. трёхфазное – это когда все три фазы каким-то образом замкнулись между собой. Такое замыкание получится при падении или прикосновении, какого-то токопроводящего предмета ко всем трём фазам одновременно.
Какие могут быть последствия от токов короткого замыкания.
При коротком замыкании мгновенно возрастает ток, что приводит сильному нагреву и расплавлению металлов. Брызги этого металла разлетаются во все стороны, и всё это сопровождается яркой вспышкой и огнём. Что легко может привести к пожару и к очень серьёзным последствиям.
В обычных домашних условиях, если не правильно подобрать защиту от короткого замыкания, то реально можно потерять очень многое. Начиная от жилища и мебели, и заканчиваю своей и жизнью людей живущих с вами под одной крышей.
На предприятиях токи короткого замыкания могут привести к аварийным ситуациям, повреждению оборудования, ну и от этого так же могут пострадать люди. Но на предприятиях обычно используют несколько защит сразу, что практически исключает возникновению коротких замыканий.
Вот и всё что хотел сказать. Если у вас есть какие-то вопросы, то задавайте их в комментариях. Если статья была вам полезной, то поделитесь нею со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. До новых встреч.
С уважением Александр!
Короткое замыкание происходит, когда токоведущие части различных потенциалов или фаз, соединяются между собой. Замыкание может образоваться и на корпусе оборудования, имеющем связь с землей. Данное явление характерно также для электрических сетей и электрических приемников.
Причины и действие тока короткого замыкания
Причины возникновения короткого замыкания могут быть самыми различными. Этому способствует влажная или агрессивная среда, в которой значительно ухудшается . Замыкание может стать результатом механических воздействий или ошибок персонала во время ремонта и обслуживания.
Суть явления заключается в его названии и представляет собой укорачивание пути, по которому проходит ток. В результате, ток протекает мимо нагрузки, обладающей сопротивлением. Одновременно, происходит его увеличение до недопустимых пределов, если не сработает защитное отключение.
Однако, отключение напряжения может не случиться даже если присутствуют защитные средства. Такая ситуация складывается, когда место короткого замыкания сильно удалено и значительное сопротивление делает ток недостаточным для срабатывания защитных устройств. Тем не менее, этого тока вполне хватает для возгорания проводов и возникновения пожара.
В таких ситуациях большое значение имеют так называемые времятоковые характеристики, свойственные автоматическим выключателям. Здесь большую роль играет отсечка тока и тепловые расцепители, защищающие от перегрузок. У этих систем совершенно разное время срабатывания, поэтому, медленное действие тепловой защиты может привести к образованию горящей дуги и повреждению проводников, расположенных рядом.
Токи короткого замыкания оказывают на аппаратуру и электроустановки электродинамическое и термическое воздействие, что в конечном итоге, приводит к их значительной деформации и перегреву. В связи с этим, необходимо заранее производить расчеты токов короткого замыкания.
Как рассчитать ток короткого замыкания по формуле
Расчет данных токов, как правило, производится в случае необходимости проверки работы оборудования в экстремальных ситуациях. Основной целью является определение пригодности защитных автоматических устройств. Для того, чтобы правильно рассчитать ток короткого замыкания прежде всего, необходимо точно знать металл, из которого изготовлен проводник. Для расчетов также потребуется длина провода и его сечение.
Для определения удельного сопротивления необходимо знать показатель активного сопротивления Rп, значение которого состоит из удельного сопротивления провода, умножаемого на его длину. Значение индуктивного сопротивления Хп рассчитывается по показателю удельного индуктивного сопротивления, принимаемого, как 0,6 Ом/км.
Показатель Zt является полным сопротивлением фазной обмотки, установленной в трансформаторе со стороны низкого напряжения. Таким образом, своевременные предварительные расчеты помогут избежать серьезных повреждений электрооборудования, вызванных коротким замыканием.
Расчеты дают возможность точно определить, какой автоматический выключатель обеспечит наиболее эффективную защиту от замыканий. Однако, все необходимые измерения можно произвести с помощью специального прибора, который как раз и предназначен для определения этих величин. Для проведения замера, прибор подключается к сети и переводится в необходимый режим.
Защита сети от короткого замыкания
При проектировании любой энергетической системы специально подготовленные инженеры электрики с помощью технических справочников, таблиц, графиков и компьютерных программ выполняют ее анализ на работу схемы в различных режимах, включая:
1. холостой ход;
2. номинальную нагрузку;
3. аварийные ситуации.
Особую опасность представляет третий случай, когда в сети возникают неисправности, способные повредить оборудование. Чаще всего они связаны с «металлическим» закорачиванием питающей цепи, когда между разными потенциалами подводимого напряжения подключаются случайным образом электрические сопротивления размерностью в доли Ома.
Такие режимы называют токами коротких замыканий или сокращенно «КЗ». Они возникают при:
сбоях в работе автоматики и защит;
ошибках обслуживающего персонала;
повреждениях оборудования из-за технического старения;
стихийных воздействиях природных явлений;
диверсиях или действиях вандалов.
Токи коротких замыканий по своей величине значительно превышают номинальные нагрузки, под которые создается электрическая схема. Поэтому они просто выжигают слабые места в оборудовании, разрушают его, вызывают пожары.
Кроме термического разрушения они еще обладают динамическим действием. Его проявление хорошо показывает видеоролик:
Чтобы при эксплуатации исключить развитие подобных аварий с ними начинают бороться еще на стадии создания проекта электрического оборудования. Для этого теоретически вычисляют возможности возникновения токов коротких замыканий и их величины.
Эти данные используются для дальнейшего создания проекта и выбора силовых элементов и защитных устройств схемы. С ними же продолжают постоянно работать и при эксплуатации оборудования.
Токи возможных коротких замыканий рассчитывают теоретическими методами с разной степенью точности, допустимой для надежного создания защит.
Какие электрические процессы заложены в основу расчета токов короткого замыкания
Первоначально заострим внимание на том, что любой вид приложенного напряжения, включая постоянное, переменное синусоидальное, импульсное или любое другое случайное создает токи аварий, которые повторяют образ этой формы или изменяют ее в зависимости от приложенного сопротивления и действия побочных факторов. Все это приходится предусматривать проектировщикам и учитывать в своих расчетах.
Оценку возникновения м действия токов коротких замыканий позволяют выполнить:
закон Ома;
величина силовой характеристики мощности, приложенной от источника напряжения;
структура используемой электрической схемы электроустановки;
значение полного приложенного сопротивления к источнику.
Действие закона Ома
За основу расчета коротких замыканий взят принцип, определяющий, что силу тока можно вычислить по величине приложенного напряжения, если поделить ее на значение подключенного сопротивления.
Он же действует и при расчете номинальных нагрузок. Разница лишь в том, что:
во время оптимальной работы электрической схемы напряжение и сопротивление практически стабилизированы и изменяются незначительно в пределах рабочих технических нормативов;
при авариях процесс происходит стихийно случайным образом. Но его можно предусмотреть, просчитать разработанными методиками.
Мощность источника напряжения
С ее помощью оценивают силовую энергетическую возможность совершения разрушительной работы токами коротких замыканий, анализируют длительность их протекания, величину.
Рассмотрим пример, когда один и тот же кусок медного провода сечением полтора квадратных мм и длиной в полметра вначале подключили напрямую на клеммы батарейки «Крона», а через некоторое время вставили в контакты фазы и нуля бытовой розетки.
В первом случае через провод и источник напряжения потечет ток короткого замыкания, который разогреет батарейку до такого состояния, что повредит ее работоспособность. Мощности источника не хватит на то, чтобы сжечь подключенную перемычку и разорвать цепь.
Во втором случае сработают автоматические защиты. Допустим, что они все неисправны и заклинили. Тогда ток короткого замыкания пройдет через домашнюю проводку, достигнет вводного щитка в квартиру, подъезд, здание и по кабельной или воздушной линии электропередач дойдет до питающей трансформаторной подстанции.
В итоге к обмотке трансформатора подключается довольно протяженная цепь с большим количеством проводов, кабелей и мест их соединения. Они значительно увеличат электрическое сопротивление нашей закоротки. Но даже в этом случае высока вероятность того, что она не выдержит приложенной мощности и просто сгорит.
Конфигурация электрической схемы
При питании потребителей к ним подводится напряжение разными способами, например:
через потенциалы плюсового и минусового выводов источника постоянного напряжения;
фазой и нулем однофазной бытовой сети 220 вольт;
трехфазной схемой 0,4 кВ.
В каждом из этих случаев могут произойти нарушения изоляции в различных местах, что приведет к протеканию через них токов короткого замыкания. Только для трехфазной цепи переменного тока возможны короткие замыкания между:
всеми тремя фазами одновременно — называется трехфазным;
двумя любыми фазами между собой — междуфазное;
любой фазой и нулем — однофазное;
фазой и землей — однофазное на землю;
двумя фазами и землей — двухфазное на землю;
тремя фазами и землей — трехфазное на землю.
При создании проекта электроснабжения оборудования все эти режимы требуется просчитать и учесть.
Влияние электрического сопротивления цепи
Протяженность магистрали от источника напряжения до места образования короткого замыкания имеет определенное электрическое сопротивление. Его величина ограничивает токи короткого замыкания. Наличие обмоток трансформаторов, дросселей, катушек, обкладок конденсаторов добавляют индуктивные и емкостные сопротивления, формирующие апериодические составляющие, искажающие симметричную форму основных гармоник.
Существующие методики расчета токов короткого замыкания позволяют их вычислить с достаточной для практики точностью по заранее подготовленной информации. Реальное электрическое сопротивление уже собранной схемы можно измерить по методике . Оно позволяет уточнить расчет, внести коррективы в выбор защит.
Основные документы по расчету токов коротких замыканий
1. Методика выполнения расчета токов КЗ
Она хорошо изложена в книге А. В. Беляева “Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ”, выпущенной Энергоатомиздат в 1988 году. Информация занимает 171 страницу.
Книга предоставляет:
последовательность расчета токов КЗ;
учет токоограничивающего действия электрической дуги на месте образования повреждения;
принципы выбора защитной аппаратуры по значениям рассчитанных токов.
В книге публикуется справочная информация по:
автоматическим выключателям и предохранителям с анализом характеристик их защитных свойств;
выбору кабелей и аппаратуры, включая установки защиты электродвигателей, силовых сборок, вводных устройств генераторов и трансформаторов;
недостаткам защит отдельных видов автоматических выключателей;
особенностям применения выносных релейных защит;
примерам решения проектных задач.
2. Руководящие указания РД 153—34.0—20.527—98
Этот документ определяет:
методики расчетов токов КЗ симметричных и несимметричных режимов в электроустановках с напряжением до и выше 1 кВ;
способы проверок электрических аппаратов и проводников на термическую и электродинамическую стойкость;
методы испытания коммутационной способности электрических аппаратов.
Указания не охватывают вопросы расчета токов КЗ применительно к устройствам РЗА со специфическими условиями эксплуатации.
3. ГОСТ 28249-93
Документ описывает короткие замыкания, возникающие в электроустановках переменного тока и методику их расчета для систем с напряжением до 1 кВ. Он действует с 1 января 1995 года на территориях Беларуси, Кыргызстана. Молдовы, России, Таджикистана, Туркменистана и Украины.
Государственный стандарт определяет общие методы расчетов токов КЗ в начальный и любой произвольный временной момент для электроустановок с синхронными и асинхронными машинами, реакторами и трансформаторами, воздушными и кабельными ЛЭП, шинопроводами, узлами сложной комплексной нагрузки.
Технические нормативы проектирования электроустановок определены действующими государственными стандартами и согласованы Межгосударственным Советом по вопросам стандартизации, метрологии, сертификации.
Очередность действий проектировщика для расчета токов короткого замыкания
Первоначально следует подготовить необходимые для анализа сведения, а затем провести из расчет. После монтажа оборудования к процессе ввода его в работу и при эксплуатации проверяется правильность выбора и работоспособность защит.
Сбор исходных данных
Любую схему можно привести к упрощенному виду, когда она состоит из двух частей:
1. источника напряжения. Для сети 0,4 кВ его роль исполняет вторичная обмотка силового трансформатора;
2. питающей линии электропередачи.
Под них собираются необходимые характеристики.
Данные трансформатора для расчета токов КЗ
Необходимо выяснить:
величину напряжения короткого замыкания (%) — Uкз;
потери короткого замыкания (кВт) — Рк;
номинальные напряжения на обмотках высокой и низкой стороны (кВ. В) — Uвн, Uнн;
фазное напряжение на обмотке низкой стороны (В) — Еф;
номинальную мощность (кВА) — Sнт;
полное сопротивление током однофазного КЗ (мОм) — Zт.
Данные питающей линии для расчета токов КЗ
К ним относятся:
марки и количество кабелей с указанием материала и сечения жил;
общая протяженность трассы (м) — L;
индуктивное сопротивление (мОм/м) — X0;
полное сопротивление для петли фаза-ноль (мОм/м) — Zпт.
Эти сведения для трансформатора и линии сосредоточены в справочниках. Там же берут ударный коэффициент Куд.
Последовательность расчета
По найденным характеристикам вычисляют для:
трансформатора — активное и индуктивное сопротивление (мОм) — Rт, Хт;
линии — активное, индуктивное и полное сопротивление (мОм).
трехфазного замыкания и ударный (кА);
однофазного КЗ (кА).
По величинам последних вычисленных токов и подбирают автоматические выключатели и другие защитные устройства для потребителей.
Расчет токов короткого замыкания проектировщики могут выполнять вручную по формулам, справочным таблицам и графикам или с помощью специальных компьютерных программ.
На реальном энергетическом оборудовании, введенном в эксплуатацию, все токи, включая номинальные и коротких замыканий, записываются автоматическими осциллографами.
Такие осциллограммы позволяют анализировать ход протекания аварийных режимов, правильность работы силового оборудования и защитных устройств. По ним принимают действенные меры для повышения надежности работы потребителей электрической схемы.
Электрической цепью называют обычно электрический контур по которому течет ток. Цепь может состоять к примеру из батарейки питающей лампочку, или из множества элементов соединенных между собой к примеру в вашем компьютере. Цепь может состоять из неограниченного количества элементов и ток всегда входит по одному контакту в начале цепи и выходит по одному контакту в конце цепи.
Для справки:
Многие люди называют обрыв цепи - коротким замыканием. Нужно четко понимать что короткое замыкание это по сути мостик (перемычка) для прохождения тока по кратчайшему пути в месте замыкания, в обход части элементов всей электрической цепи.
Обычно короткое замыкание имеет очень маленькое сопротивление - это приводит к протеканию большого по величине тока от источника питания (может вывести его из строя). Если провод питания напрямую соединяется с массой (возможен вариант замыкания плюса и минуса источника питания) обычно перегорает предохранитель, а если его нет, то может сгореть источник питания. Это и есть короткое замыкание.
Если что то включается и снова перестает работать когда вы двигаете элементы цепи, это называется обрыв цепи и обрыв происходит именно в тот момент когда прибор не работает. То есть ток не течёт и цепь не работает.
Движение тока и движение электрона в цепях постоянного тока
На картинке выше вы можете увидеть как протекает электрический ток и как движутся электроны. Как вы можете заметить электроны движутся от минуса (отрицательного контакта источника питания) к плюсу (положительный контакт). Так в действительности движется электрический ток. Большую часть времени люди считали что носителями заряда были положительно заряженные частицы, а значит они должны были двигаться от положительного к отрицательному контакту. Так обычно представляют себе обычное движение тока. Если вам проще представлять что ток течет от плюса к минусу, то в этом нет ничего страшного, это не меняет сути процесса.
В цепях с переменным током, полярность источника тока постоянно меняется, поэтому в такой цепи электроны движутся как в прямом так и в обратном направлении. В других статьях на нашем сайте мы еще поговорим о постоянном и переменном токе.
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:
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.