Всім привіт. Я дуже радий, що ви зайшли на сайт. І сьогодні ми з вами поговоримо про те, що таке коротке замикання і які замикання бувають.
Коротке замикання – це з'єднання (дотик) двох або кількох точок (провідників) електричного кола з різними потенційними значеннями.
Різні потенціали – це коли фаза та нуль у мережі змінного струму, або плюс та мінус у мережі постійного струму.
Тепер давайте розглянемо, які види бувають короткого замикання.
У однофазної мережіможе бути лише два види короткого замикання:
1. фаза і нуль – це вид замикання дуже часто буває у простих побутових умовах. Наприклад з настанням зими стає холодно, і багато людей намагаються зігрітися за допомогою електричних обігрівачів.
Але мало хто звертає увагу на розетки, в які включають ці обігрівачі. Дуже часто буває, що розетки не розраховані на струми, які споживають обігрівачі, або часто в розетках може бути поганий контакт.
Через це розетки та вилочки починають грітися. Внаслідок тривалих нагрівань руйнується ізоляція проводів. І одного разу два, вже оголені, провідника можуть зіткнутися, і вийде коротке замикання.
2. фаза та заземлення – це коли фазний провід, якимось чином починає контактувати із заземленим корпусом будь-якого електричного обладнання. Будь то електричний водонагрівач, світильник, верстат і так далі.
Буває ще таке, що корпус може бути зануленим, тоді замикання можна віднести до першого випадку.
А ось у ситуацій, за яких виникає коротке замикання, може бути набагато більше:
1. однофазне замикання- Фаза і нуль. Цей вид я вже описував вище, тож переходимо до наступного.
2. двофазне - це коли з'єдналися між собою дві фази. Часто відбувається на повітряних лініях електропередач. Таке явище, напевно, бачила кожна людина у своєму житті. Коли на вулиці сильний вітері починає розхитувати дроти, і отримує невеликий салют. На промислових підприємствах таке замикання часто трапляється у силових ланцюгах.
3. двофазне і земля - таке, звичайно, рідше буває, але все одно трапляється. Приклад, коли дві фази можуть з'єднатися між собою і одночасно контактувати ще й із землею.
4. трифазне - це коли всі три фази якимось чином замкнулися між собою. Таке замикання вийде при падінні або дотику якогось струмопровідного предмета до всіх трьох фаз одночасно.
Які можуть бути наслідки від струмів короткого замикання.
При короткому замиканні миттєво зростає струм, що призводить до сильного нагрівання і розплавлення металів. Бризки цього металу розлітаються на всі боки, і все це супроводжується яскравим спалахом та вогнем. Що легко може призвести до пожежі та дуже серйозних наслідків.
У звичайних домашніх умовах, якщо не правильно підібрати захист від короткого замикання, реально можна втратити дуже багато. Починаючи від житла та меблів, і закінчую своїм і життям людей, що живуть з вами під одним дахом.
На підприємствах струми короткого замикання можуть призвести до аварійних ситуацій, пошкодження обладнання, та й від цього можуть постраждати люди. Але на підприємствах зазвичай використовують кілька захистів одразу, що практично виключає виникнення коротких замикань.
Ось і все, що хотів сказати. Якщо у вас є якісь питання, то ставте їх у коментарях. Якщо стаття була вам корисною, то поділіться нею зі своїми друзями соціальних мережахта підписуйтесь на оновлення. До нових зустрічей.
З повагою, Олександр!
Коротке замикання відбувається, коли струмопровідні частини різних потенціалів або фаз з'єднуються між собою. Замикання може утворитися і корпусі устаткування, що має зв'язок із землею. Дане явище характерне також для електричних мереж та електричних приймачів.
Причини та дія струму короткого замикання
Причини виникнення короткого замикання можуть бути різними. Цьому сприяє волога або агресивна середа, у якій значно погіршується. Замикання може стати результатом механічних впливівабо помилок персоналу під час ремонту та обслуговування.
Суть явища полягає в його назві і є укорочення шляху, яким проходить струм. В результаті, струм протікає повз навантаження, що має опір. Одночасно відбувається його збільшення до неприпустимих меж, якщо не спрацює захисне відключення.
Однак, відключення напруги може не статися навіть якщо присутні захисні засоби. Така ситуація складається, коли місце короткого замикання сильно видалено і значний опір робить струм недостатнім для спрацьовування. захисних пристроїв. Проте цього струму цілком вистачає для займання проводів та виникнення пожежі.
У таких ситуаціях велике значеннямають так звані часточні характеристики, властиві автоматичним вимикачам. Тут велику роль відіграє відсікання струму і теплові розчіплювачі, що захищають від перевантажень. У цих систем зовсім різний часспрацьовування, тому, повільна дія теплового захисту може призвести до утворення дуги, що горить, і пошкодження провідників, розташованих поруч.
Струми короткого замикання надають на апаратуру та електроустановки електродинамічний і термічний вплив, що в кінцевому підсумку призводить до їх значної деформації та перегріву. У зв'язку з цим необхідно заздалегідь проводити розрахунки струмів короткого замикання.
Як розрахувати струм короткого замикання за формулою
Розрахунок даних струмів, як правило, проводиться у разі необхідності перевірки роботи обладнання в екстремальних ситуаціях. Основною метою є визначення придатності захисних автоматичних пристроїв. Для того, щоб правильно розрахувати струм короткого замикання, насамперед необхідно точно знати метал, з якого виготовлений провідник. Для розрахунків також знадобиться довжина дроту та його перетин.
Для визначення питомого опорунеобхідно знати показник активного опору Rп, значення якого складається з питомого опору дроту, що множиться на його довжину. Значення індуктивного опору Хп розраховується за показником питомого індуктивного опору, що приймається як 0,6 Ом/км.
Показник Zt є повним опором фазної обмотки, встановленої у трансформаторі з боку низької напруги. Таким чином, своєчасні попередні розрахунки допоможуть уникнути серйозних пошкоджень електроустаткування, спричинених коротким замиканням.
Розрахунки дають можливість точно визначити, який автоматичний вимикач забезпечить найбільше. ефективний захиствід замикань. Однак, всі необхідні вимірювання можна зробити за допомогою спеціального приладу, який і призначений для визначення цих величин. Для проведення виміру прилад підключається до мережі і переводиться в необхідний режим.
Захист мережі від короткого замикання
При проектуванні будь-якої енергетичної системи спеціально підготовлені інженери електрики за допомогою технічних довідників, таблиць, графіків та комп'ютерних програмвиконують її аналіз на роботу схеми різних режимах, включаючи:
1. холостий перебіг;
2. номінальне навантаження;
3. аварійні ситуації.
Особливу небезпеку становить третій випадок, коли у мережі виникають несправності, які можуть пошкодити обладнання. Найчастіше вони пов'язані з «металевим» закорочуванням ланцюга живлення, коли між різними потенціалами підводиться напруги підключаються випадковим чином електричні опори розмірністю в частки Ома.
Такі режими називають струмами коротких замикань або скорочено КЗ. Вони виникають при:
збоях у роботі автоматики та захистів;
помилки обслуговуючого персоналу;
пошкодження обладнання через технічне старіння;
стихійних впливів природних явищ;
диверсії або дії вандалів.
Струми коротких замикань за своєю величиною значно перевищують номінальні навантаження, під які створюється електрична схема. Тому вони просто випалюють слабкі місця в обладнанні, руйнують його, спричиняють пожежі.
Крім термічного руйнування вони ще мають динамічну дію. Його прояв добре показує відеоролик:
Щоб при експлуатації виключити розвиток подібних аварій, з ними починають боротися ще на стадії створення проекту електричного обладнання. І тому теоретично обчислюють можливості виникнення струмів коротких замикань та його величини.
Ці дані використовуються для подальшого створення проекту та вибору силових елементів та захисних пристроїв схеми. З ними продовжують постійно працювати і при експлуатації обладнання.
Струми можливих коротких замикань розраховують теоретичними методами з різним ступенем точності, допустимою для надійного створення захисту.
Які електричні процеси закладено основою розрахунку струмів короткого замикання
Спочатку звернемо увагу на те, що будь-який вид прикладеної напруги, включаючи постійне, змінне синусоїдальне, імпульсне або будь-яке інше випадкове створює струми аварій, які повторюють образ цієї форми або змінюють її в залежності від прикладеного опору та дії побічних факторів. Все це доводиться передбачати проектувальникам та враховувати у своїх розрахунках.
Оцінку виникнення м дії струмів коротких замикань дозволяють виконати:
закон Ома;
величина силової характеристики потужності, прикладеної від джерела напруги;
структура використовуваної електричної схемиелектроустановки;
значення повного доданого опору джерелу.
Дія закону Ома
За основу розрахунку коротких замикань взято принцип, що визначає, що силу струму можна обчислити за величиною напруги, якщо поділити її на значення підключеного опору.
Він діє і при розрахунку номінальних навантажень. Різниця лише в тому, що:
під час оптимальної роботиелектричної схеми напруга та опір практично стабілізовані та змінюються незначно в межах робочих технічних нормативів;
при аваріях процес відбувається стихійно випадковим чином. Але його можна передбачити, прорахувати розробленими методиками.
Потужність джерела напруги
З її допомогою оцінюють силову енергетичну можливість здійснення руйнівної роботи струмами коротких замикань, аналізують тривалість їхнього протікання, величину.
Розглянемо приклад, коли той самий шматок мідного дротуперетином півтора квадратних мм і довжиною півметра спочатку підключили безпосередньо на клеми батарейки «Крона», а через деякий час вставили в контакти фази і нуля побутової розетки.
У першому випадку через провід та джерело напруги потече струм короткого замикання, який розігріє батарейку до такого стану, що зашкодить її працездатність. Потужності джерела не вистачить на те, щоб спалити підключену перемичку та розірвати ланцюг.
У другому випадку спрацюють автоматичні захисту. Припустимо, що всі вони несправні і заклинили. Тоді струм короткого замикання пройде через домашню проводку, досягне вступного щитка у квартиру, під'їзд, будівлю та по кабельній або повітряної лініїелектропередач дійде до трансформаторної підстанції, що живить.
У результаті до обмотки трансформатора підключається досить довгий ланцюг з великою кількістюпроводів, кабелів та місць їх з'єднання. Вони значно збільшать електричний опірнашої закороткі. Але навіть у цьому випадку висока ймовірність того, що вона не витримає прикладеної потужності та просто згорить.
Конфігурація електричної схеми
При харчуванні споживачів до них підводиться напруга різними способами, наприклад:
через потенціали плюсового та мінусового висновків джерела постійної напруги;
фазою та нулем однофазною побутової мережі 220 вольт;
трифазною схемою 0,4 кВ.
У кожному з цих випадків можуть відбутися порушення ізоляції у різних місцях, що призведе до протікання через них струмів короткого замикання. Тільки для трифазного ланцюгазмінного струму можливі короткі замикання між:
всіма трьома фазами одночасно називається трифазним;
двома будь-якими фазами між собою - міжфазна;
будь-якою фазою та нулем - однофазне;
фазою та землею - однофазне на землю;
двома фазами та землею - двофазне на землю;
трьома фазами та землею - трифазне на землю.
При створенні проекту електропостачання обладнання всі ці режими потрібно прорахувати та врахувати.
Вплив електричного опору ланцюга
Протяжність магістралі від джерела напруги до місця утворення короткого замикання має певний електричний опір. Його величина обмежує струми короткого замикання. Наявність обмоток трансформаторів, дроселів, котушок, обкладок конденсаторів додають індуктивні та ємнісні опори, що формують аперіодичні складові, що спотворюють симетричну форму основних гармонік.
Існуючі методики розрахунку струмів короткого замикання дозволяють їх обчислити з достатньою для практики точністю заздалегідь підготовленою інформацією. Реальний електричний опір вже зібраної схемиможна виміряти за методикою. Воно дозволяє уточнити розрахунок, внести корективи на вибір захисту.
Основні документи щодо розрахунку струмів коротких замикань
1. Методика виконання розрахунку струмів КЗ
Вона добре викладена у книзі А. В. Бєляєва "Вибір апаратури, захистів і кабелів у мережах 0,4 кВ", випущеної Енергоатоміздат у 1988 році. Інформація займає 171 сторінку.
Книга надає:
послідовність розрахунку струмів КЗ;
облік струмообмежувальної дії електричної дугина місці утворення ушкодження;
принципи вибору захисної апаратури за значеннями розрахованих струмів
У книзі публікується Довідкова інформаціяпо:
автоматичним вимикачам та запобіжникам з аналізом характеристик їх захисних властивостей;
вибору кабелів та апаратури, включаючи установки захисту електродвигунів, силових складання, вступних пристроївгенераторів та трансформаторів;
недоліків захисту окремих видівавтоматичних вимикачів;
особливості застосування виносних релейних захистів;
прикладів розв'язання проектних завдань.
2. Керівні вказівки РД 153-34.0-20.527-98
Цей документ визначає:
методики розрахунків струмів КЗ симетричних та несиметричних режимів в електроустановках з напругою до та вище 1 кВ;
способи перевірок електричних апаратів та провідників на термічну та електродинамічну стійкість;
методи випробування комутаційної спроможності електричних апаратів
Вказівки не охоплюють питання розрахунку струмів КЗ стосовно пристроїв РЗА зі специфічними умовами експлуатації.
3. ГОСТ 28249-93
Документ описує короткі замикання, що виникають в електроустановках змінного струму та методику їхнього розрахунку для систем з напругою до 1 кВ. Він діє з 1 січня 1995 року на теренах Білорусі, Киргизстану. Молдови, Росії, Таджикистану, Туркменістану та України.
Державний стандарт визначає загальні методирозрахунків струмів КЗ у початковий та будь-який довільний тимчасовий момент для електроустановок із синхронними та асинхронними машинами, реакторами та трансформаторами, повітряними та кабельними ЛЕП, шинопроводами, вузлами складного комплексного навантаження.
Технічні нормативи проектування електроустановок визначені чинними державними стандартами та погоджені Міждержавною Радою з питань стандартизації, метрології, сертифікації.
Черговість дій проектувальника для розрахунку струмів короткого замикання
Спочатку слід підготувати необхідні для аналізу відомості, а потім провести розрахунок. Після монтажу обладнання до процесу введення його в роботу та при експлуатації перевіряється правильність вибору та працездатність захисту.
Збір вихідних даних
Будь-яку схему можна привести до спрощеного вигляду, коли вона складається із двох частин:
1. джерело напруги. Для мережі 0,4 кВ його роль виконує вторинна обмотка силового трансформатора;
2. живильної лінії електропередачі.
Під них збираються потрібні властивості.
Дані трансформатора для розрахунку струмів КЗ
Необхідно з'ясувати:
величину напруги короткого замикання (%) - Uкз;
втрати короткого замикання (кВт) - Рк;
номінальні напруги на обмотках високої та низької сторони (кВ. В) - Uвн, Uнн;
фазна напруга на обмотці низької сторони (В) - Еф;
номінальну потужність (кВА) - Sнт;
повний опірструмом однофазного КЗ (мОм) - Zт.
Дані живильної лінії для розрахунку струмів КЗ
До них відносяться:
марки та кількість кабелів із зазначенням матеріалу та перерізу жил;
загальна довжина траси (м) - L;
індуктивний опір (мОм/м) - X0;
повний опір для петлі фаза-нуль (мОм/м) - Zпт.
Ці відомості для трансформатора та лінії зосереджені у довідниках. Там же беруть ударний коефіцієнт Куд.
Послідовність розрахунку
За знайденими характеристиками обчислюють для:
трансформатора - активний та індуктивний опір (мОм) - Rт, Хт;
лінії - активний, індуктивний та повний опір (мОм).
трифазного замикання та ударний (кА);
однофазного КЗ (ка).
За величинами останніх обчислених струмів та підбирають автоматичні вимикачіта інші захисні пристрої для споживачів.
Розрахунок струмів короткого замикання проектувальники можуть виконувати вручну за формулами, довідковими таблицями та графіками або за допомогою спеціальних комп'ютерних програм.
На реальному енергетичне обладнання, введеному в експлуатацію, всі струми, включаючи номінальні та короткі замикання, записуються автоматичними осцилографами.
Такі осцилограми дозволяють аналізувати перебіг перебігу. аварійних режимів, правильність роботи силового обладнання та захисних пристроїв. За ними приймають дієві заходипідвищення надійності роботи споживачів електричної схеми.
Електричним ланцюгом називають зазвичай електричний контур яким тече струм. Ланцюг може складатися, наприклад, з батарейки, що живить лампочку, або з безлічі елементів, з'єднаних між собою, наприклад, у вашому комп'ютері. Ланцюг може складатися з необмеженої кількості елементів і струм завжди входить по одному контакту початку ланцюга і виходить по одному контакту в кінці ланцюга.
Для довідки:
Багато людей називають обрив ланцюга – коротким замиканням. Потрібно чітко розуміти, що коротке замикання це по суті місток (перемичка) для проходження струму по найкоротшому шляху в місці замикання, в обхід частини елементів усієї електричної ланцюга.
Зазвичай коротке замикання має дуже маленький опір - це призводить до протікання великого струму від джерела живлення (може вивести його з ладу). Якщо провід живлення безпосередньо з'єднується з масою (можливий варіант замикання плюса та мінуса джерела живлення) зазвичай перегорає запобіжник, а якщо його немає, то може згоріти джерело живлення. Це коротке замикання.
Якщо щось вмикається і знову перестає працювати, коли ви рухаєте елементи ланцюга, це називається обрив ланцюга і обрив відбувається саме в той момент, коли прилад не працює. Тобто, струм не тече і ланцюг не працює.
Рух струму та рух електрона в ланцюгах постійного струму
На зображенні вище ви можете побачити як протікає електричний струмі як рухаються електрони. Як ви можете помітити електрони рухаються від мінусу (негативного контакту джерела живлення) до плюса (позитивний контакт). Так насправді рухається електричний струм. Більшість часу люди вважали що носіями заряду були позитивно заряджені частинки, отже вони мали рухатися від позитивного до негативного контакту. Так зазвичай уявляють собі нормальний рух струму. Якщо вам простіше уявляти, що струм тече від плюса до мінуса, то в цьому немає нічого страшного, це не змінює суті процесу.
У ланцюгах з змінним струмом, Полярність джерела струму постійно змінюється, тому в такому ланцюзі електрони рухаються як у прямому так і у зворотному напрямку. В інших статтях на нашому сайті ми ще поговоримо про постійний та змінний струм.
Доброго дня, шановні читачі сайту «Нотатки електрика».
Давно хотів написати статтю про коротке замикання. Але всі якось не доходили руки.
Сьогодні зважився, тому що вплинули на мене останні події, що відбулися на розподільчої підстанціїнашого підприємства.
Раніше у статтях ми говорили, що викликають короткі замикання, або скорочено, к.з.
Коротке замикання - це одне з найважчих і небезпечних видівушкодження.
Ви запитаєте чому? Читайте нижче.
Що таке коротке замикання?
Вікіпедія на це запитання відповідає, що коротке замикання це:
Визначення прочитали.
А тепер давайте розглянемо докладно, що відбувається з параметрами електроустановки в момент короткого замикання.
При виникненні короткого замикання, напруга на джерелі живлення, а правильніше назвати ЕРС, замикається «на коротко» через невеликий (малої величини) опір кабельних та повітряних ліній, обмоток трансформаторів та генераторів. Звідси і назва "коротке замикання".
У «коротко» замкнутого ланцюга утворюється струм дуже великої величини, який і називається струмом короткого замикання.
Розглянемо класифікацію коротких замикань.
Короткі замикання поділяються за кількістю фаз, що замкнулися:
- трифазні короткі замикання
- двофазні короткі замикання
- однофазні короткі замикання
Короткі замикання поділяються по замиканню:
- із землею
- без землі
Короткі замикання поділяються за кількістю точок, що замкнулися в мережі:
- в одній точці
- у двох точках
- у кількох точках (більше двох)
приклад
Розглянемо приклад.
Припустимо, що наш споживач живиться з підстанції через повітряну лінію (ПЛ) електропередач. Живильна лінія є транзитною, тому харчування споживача здійснюється відпаюванням від лінії ПЛ у точці «О».
Пунктирною лінією під номером 2 показаний рівень напруги протягом повітряної лінії до виникнення короткого замикання.
На малюнку видно, що напруга в будь-якій точці електричної мережіодно різниці ЕРС джерелаживлення та падіння напруги в електричному ланцюзі до необхідної нам точки.
Наприклад, напруга у точці «Про» можна розрахувати за формулою :
Uо = E - I * Zo, де
- E - ЕРС джерела живлення, у нашому випадку генератора
- Zo - повний опір повітряної ліній від джерела живлення до точки "О" (складається з активного та реактивного опору)
- I - струм, що протікає по повітряній лінії Наразічасу.
Припустимо, що з якихось причин сталося коротке замикання на повітряній лінії, але за межами нашого відпаювання. Назвемо цю точку короткого замикання літерою "К".
Що ж станеться у момент короткого замикання?
У момент короткого замикання повітряною лінією проходить вже не номінальний струма струм короткого замикання великої величини, тому зростає падіння напруги на кожному елементі електричного ланцюга. А саме на опорі Zo та Zк.
Саме найбільше зниженнянапруги буде у місці короткого замикання, тобто. у точці «К». В інших точках повітряної лінії, віддалених від місця к.з., напруга знизиться трохи менше (це видно на малюнку лінія під номером 1).
В одній зі своїх статей я навів наочний. Переходьте по посиланню та знайомтеся з матеріалами.
Наслідки від короткого замикання
Ми вже з'ясували, що в момент короткого замикання відбувається різке збільшення величини струму та зниження напруги, що призводить до наступних наслідків.
1. Руйнування
Згадаймо трохи фізику.
За законом відомого фізика Джоуля-Ленца, струм короткого замикання, протікаючи по активному опору електричного ланцюга протягом деякого часу, виділяє в ньому тепло, яке розраховується за формулою:
У точці короткого замикання це тепло, і навіть полум'я електричної дуги, роблять величезні руйнації. І чим більше струм короткого замикання і час його проходження ланцюгом, тим більше будуть руйнування.
Щоб було зрозуміло Вам наскільки ці руйнування масштабні, наведу нижче приклади зі своєї практики.
Привід перемикаючого пристрою РПН. Коротке замикання сталося в обмотці асинхронного двигуна
2. Пошкодження ізоляції
Під час проходження струму короткого замикання по неушкоджених лініях відбувається їх нагрівання вище за граничну. допустимої температурищо призводить до пошкодження їх ізоляції.
Активна частина трансформатора. Коротке замикання сталося через пошкодження ізоляції
Коротке замикання кабелю. Наслідки
3. Споживачі та електроприймачі
Зниження напруги при короткому замиканні порушує нормальну роботу споживачів та електроприймачів.
Наприклад, асинхронний при зниженні напруги може взагалі зупинитися, т.к. момент його обертання може виявитися меншим за момент опору та тертя механізмів.
Також порушується нормальна роботата освітлювальних зупинок. Тут я думаю пояснювати не потрібно.
Дивіться наочне відеопро причини та наслідки короткого замикання в електроустановці 400 (В) на одній із наших підстанцій:
P.S. На завершення статті на тему коротке замикання, хочеться підтвердити сказане на початку своєї статті, що коротке замикання є найнебезпечнішим і важким виглядомпошкодження, яке потребує миттєвого та швидкого реагування та відключення пошкодженої ділянки ланцюга.