Що таке коротке замикання, його види та причини виникнення

1. Що таке коротке замикання?
2. види КЗ
3. Причини виникнення короткого замикання
4. Небезпека і наслідки
5. Як запобігти КЗ і захист від нього?
6. навмисне КЗ

Про таке позаштатних режимів роботи електричного кола як коротке замикання чули практично всі. Опис фізики цього процесу входить до шкільної програми 8-го класу. Пропонуємо згадати, що представляє собою дане явище, яку небезпеку становлять струми КЗ і їх ймовірні причини виникнення. У статті ми розглянемо види короткого замикання, а також способи захисту, що дозволяють мінімізувати негативні наслідки.

Що таке коротке замикання?

Під даним терміном прийнято називати стан мережі, в якій має місце непередбачений нормальної експлуатацією електричний контакт між точками електричного кола з різними потенціалами. Низький опір в зоні контакту викликає різке збільшення сили струму, що перевищує допустиме значення.

Для розуміння процесу наведемо наочний приклад. Припустимо, є лампа розжарювання потужністю 100 Вт, підключена до побутової мережі 220 В. Застосувавши Закон Ома, розрахуємо величину струму для нормального режиму і короткого замикання, ігноруючи опір джерела і електричної проводки.

Електрична схема нормального режиму роботи (а) і короткого замикання (b)

При нормальному режимі роботи наведеної вище ланцюга, електричний струм буде дорівнює 0,45 А (I = P / U = 100/220 ≈ 0,45), а опір навантаження складе 489 Ом (R = U / A = 220 / 0,45 ≈ 489).

Тепер розглянемо зміна параметрів ланцюга при виникненні КЗ. Для цього замкнемо ланцюг між точками А і В виконаємо з'єднання за допомогою дроту з опором 0,01 Ом. З огляду на властивості електричного струму, він вибере шлях з найменшим опором, відповідно, Iкз збільшиться до 22000 А (I = U / R). Власне, з цієї причини замикання називається коротким.

Даний приклад сильно спрощений, в реальності струм замикання не підніметься до 2,2 кА, оскільки відбудеться падіння напруги на споживача, згідно з другим законом Кіргофа: E = I * r + I * R, де I * r - напруга на джерелі живлення, а I * R, відповідно, на споживача. Оскільки R при замиканні прагне до нуля, то вольтметр в зображеної вище схемою покаже падіння напруги.

види КЗ

Згідно ГОСТ 52735-2007, в енергомережах короткі замикання прийнято розділяти на кілька видів. Для наочності нижче представлені схеми різних видів КЗ.

Різні види КЗ

Позначення з коротким описом:

1. 3-х фазна, прийняте позначення - К (З). Тобто, відбувається електричний контакт між трьома фазами. Це єдиний вид замикання що не викликає «перекіс» фаз, процес протікає симетрично, що спрощує розрахунок сили струму КЗ. У той же час 3-х фазну замикання становить найбільшу небезпеку за такими чинниками теплових і електродинамічних впливів. У зв'язку з цим, коли проводиться розрахунок струму КЗ для трифазного ланцюга, як правило, розглядається даний вид замикання.

Характерно, що при К (З) наявність контакту з землею не відбивається на параметрах процесу.

1. 2-х фазна (K (2)). Даний вид замикання, як всі наступні, відноситься до несиметричним процесам, що викликають перекіс напруг в системі. У кабельних лініях електропередач досить велика ймовірність переходу процесу K (2) в К (З), оскільки температура в місці замикання руйнує ізоляцію струмоведучих частин.
2. 2-х фазну з землею (K (1,1)). Даний процес можна спостерігати в системах з заземленою нейтраллю.
3. 1-о фазное з землею (K (1)). Цей вид замикання на практиці зустрічається найчастіше. Характерно, що процес може виникнути як в побутових або промислових електромережах, так і в живити від них обладнанні.
4. Подвійне на землю (K (1 + 1)). Тобто, дві фази замикаються через землю, не маючи електричного контакту між собою. Такий вид замикання можливий в системах з заземленою нейтраллю.

Ми навели лише п'ять видів замикань, які найчастіше зустрічаються на практиці. З повним списком можливих варіантів і пояснюють схемами можна ознайомитися в додатку 2 до ГОСТу 26522 85.

Імовірність виникнення кожного з розглянутих вище варіантів приведена в таблиці. Як видно з неї найчастіше спостерігаються однофазні короткі замикання.

Таблиця 1. Розподіл, складене по аварійній статистикою.

Позначення КЗ Процентне співвідношення до загальної кількості (%) К (З) 5,0 K (2) 10,0 K (1) 65,0 K (1,1) і K (1 + 1) 20,0

Розібравшись з видами замикань, розглянемо, в яких ситуаціях вони можуть виникнути.

Причини виникнення короткого замикання

Незважаючи на випадковість даного процесу, існує багато причин, що мають непряме або пряме відношення до його походженням. Перелічимо найбільш поширені причини, за даними аварійної статистики:

• Знос електрогосподарства енергетичних систем або побутової електромережі. Згодом ізоляція проводів або струмопровідних елементів втрачає діелектричні властивості, в результаті на ділянці ланцюга виникає непередбачене електричне з'єднання. Визначити загальний стан проводки можна по дротах в електричних точках. Старіння ізоляції помітно на відводах до електричних точкам
• Перевищення допустимого навантаження на ланцюг харчування. Це викликає нагрів струмоведучих елементів, що призводить до пошкодження ізоляції. Детально про перевантаження електромережі можна прочитати на нашому сайті. Перевантаження електромережі може стати причиною короткого замикання
• Удар блискавки в ПЛ. В цьому випадку відбувається перенапруження електромережі , Яке може викликати КЗ. Звернемо увагу, що блискавки не обов'язково потрапляти безпосередньо в ЛЕП, близький розряд може викликати іонізацію повітря, що збільшує його електропровідність. В результаті збільшується ймовірність утворення електричної дуги між лініями електропередач.
• Фізичний вплив на дроти, що викликає механічне пошкодження ізоляції. Як приклад достатньо згадати жарт, де перфоратор називають електричним приладом для пошуку прихованої проводки.
• Знаходження металевих предметів на струмопровідні елементи. Власне, це слідство, оскільки причина криється в незадовільному догляді за електрогосподарством.
• Підключення до мережі несправного обладнання, наприклад викликаного істотним зниженням внутрішнього опору.
• Людський фактор. Під це визначення можна підвести практично всі випадки так чи інакше пов'язані з неправильними діями людини. Наприклад, помилки при монтажі електропроводки, невдалі спроби ремонту електроустаткування, неправильні дії оперативного персоналу підстанції і т.д.

Небезпека і наслідки

Щоб зрозуміти, яку небезпеку становить КЗ, досить дізнатися про можливі наслідки короткого замикання. Для цього перейдемо до короткого переліку, складеному за статистичними даними Ростехнагляду:

• Виникнення пожежі в місці механічного дотику неізольованих елементів обладнання або електричної мережі часто стає причиною пожежі.
• Зниження рівня напруги електричного струму в зоні замикання викличе збій в роботі електрообладнання. Про наслідки зниженої напруги можна детально дізнатися в одній з публікацій на нашому сайті.
• Як видно з наведеної вище таблиці 1, на частку симетричних замикань (К (З)) припадає не більше 5%, це означає, що у всіх інших випадках доведеться мати справу з мережевою асиметрією, більш відомої під назвою «перекіс фаз». Наслідки такого режиму ми вже розглядали в більш ранній публікації.
• Виникнення різних системних аварій, що викликають відключення споживачів енергосистеми до усунення короткого замикання.

Як запобігти КЗ і захист від нього?

Не можна повністю виключити ймовірність КЗ, оскільки на природу його виникнення впливає випадкова складова. Тому в даному випадку може йти мова тільки про профілактику, що знижує ймовірність виникнення аварійної ситуації. До таких заходів належать:

• Контроль стану ізоляції струмоведучих елементів обладнання або ліній електропередач. Зокрема, випробування ізоляції електропроводки в виробничих приміщеннях належить проводити не рідше одного разу на три роки. Для побутових мереж нормується тільки термін максимальної експлуатації. Наприклад, для прихованої проводки, виконаної мідним дротом, допустима експлуатація - 40 років.
• Звірка з проектом побутової електромережі перед свердлінням теоретично повинна мінімізувати ймовірність механічного пошкодження прихованої проводки. Але, як показує практика, в таких ситуаціях надійніше скористатися приладом, для пошуку проводки. Огляд таких пристроїв і їх принципові схеми, можна знайти на нашому сайті. детектор проводки
• Відключення електроприладів при виході з будинку або квартири.
• У «сирих» приміщеннях (наприклад, у ванній кімнаті) необхідно мінімізувати кількість електроустаткування. Якщо таке не можна виключити, воно повинно мати відповідний клас захисту.
• У разі пошкодження електроприладу, потрібно виключити можливість його приєднання до мережі живлення.
• Дотримання норм споживання електроенергії і т.д.

Не менш важливим є організація захисту, вона реалізується шляхом установки автоматичних вимикачів (Або запобіжників) як на введення, так і на кожну внутрішню лінію проводки. Якщо станеться коротке замикання, електромагнітний захист автоматичного вимикача спрацює під впливом високого рівня струму КЗ. Як підібрати автоматичний вимикач, в залежності від номінального струму , Ви можете прочитати на нашому сайті.

Якщо в щитах РУ використовуються плавкі електричні запобіжники, то після їх «розплавлення» (спрацьовування), заміна повинна проводитися на однотипні пристрої. Установка запобіжника з струмом менше номінального призведе до помилкових спрацьовувань, перевищення допустимого струму спрацьовування може викликати пошкодження електрообладнання.

навмисне КЗ

Завершуючи цю тему не можна не згадати, що великі струми короткого замикання можуть успішно використовуватися. Яскравим прикладом цього є електрозварювальні апарати з ручним або автоматичним обмеженням по струму КЗ. Принцип роботи та приклади електричних схем різних видів зварювального обладнання ми вже раніше розглядали на нашому сайті.

Крім зварювальних апаратів особливості КЗ використовуються в короткозамикачами .

Зовнішній вигляд короткозамикача

Короткозамикачі представляють собою спеціальні електромеханічні пристрої, що викликають навмисне коротке замикання для оперативного відключення системою захисту певної ділянки ланцюга.

Таким чином, можна констатувати, що в наведених прикладах коротке замикання викликається примусово для виконання конструктивних дій.

Кілька відео по темі: