Что такое межфазное короткое замыкание и как защититься от него?

Что такое межфазное замыкание и какие причины его возникновения. Способы защиты от междуфазного замыкания на высоковольтной линии электропередач.

Где возникают и почему

КЗ могут возникать во всех узлах электроустановки:

  • В потребителях, при повреждении изолирующих прокладок и частей корпуса, а также при попадании воды.
  • В электродвигателе. Может происходить как пробой изоляции обмоток двигателя на корпус (на землю). Иногда говорят «двигатель сгорел» собственно просто так он сгореть не может, обычно к перегоранию обмоток приводят повышенные значения токов протекающих через них, а это вызывается межвитковым замыканием. Сопротивление обмотки снижается, ток начинает расти, обмотка греется. Из-за этого разрушается изоляция. После этого очаг поражения может достичь обмоток соседних фаз, произойдет межфазное замыкание, а если часть проводников с поврежденной изоляцией касается корпуса, то это КЗ на землю (ноль).
  • Обмотки трансформаторов. Происходит аналогично электродвигателям.
  • Во ВРУ, в частях разъединительных устройств, автоматических выключателей, пускателей, контакторов и прочего.
  • На высоковольтных линиях.

Повреждение двигателя

Причин возникновения межфазных замыканий очень много, начиная от загрязнения, попадания металлических деталей, инструментов, токопроводящей пыли. Отсюда следует, что попадание в распределительный шкаф посторонних предметов ведет к межфазному замыканию или на корпус. Если он заземлен, то на землю, а если не заземлен – корпус окажется под опасным потенциалом. Касание такого шкафа человеком приведет к поражению электричеством.

Сила тока междуфазного замыкания зависит от его типа и условий, давайте рассмотрим их:

  • Металлическое возникает, когда две токоведущие части разноименных фаз соединяются металлическим предметом, это могут быть части обрушившихся металлоконструкций, металлический инструмент, упущенный в кабельную сборку и прочее. Дуга в таком случае не возникает, металлические детали начинают привариваться к шинам, ток протекает крайне большой, он ограничен сопротивлением кабелей, обмоток трансформатора и части, перемыкающей их.
  • Дуговое возникает даже когда между токоведущими частями есть воздушный зазор. Может произойти даже при неосторожном измерении напряжения высоковольтным индикатором или при кратковременном перемыкании межфазного пространства. Его ток меньше, чем у металлического.
  • Тлеющее возникает в кабельных линиях, например при загрязнении изоляторов. Протекающий ток разогревает участок с КЗ, вариантов развития два: либо КЗ самоустранится, либо будет прогрессировать так, как описано выше.
  • При пробое полупроводниковых элементов, например диодного моста. Ток очень большой, как при металлическом.

Для ограничения тока межфазного КЗ используются реакторы – электрические аппараты для ограничения ударного тока КЗ. По сути, это катушка или дроссель, который ограничивает ток КЗ своим реактивным сопротивлением. Также влияют характеристики линии: чем больше протяженность линии и чем меньше её сечение, тем меньше ток межфазного КЗ.

Реактор

Что такое межфазное замыкание?

Это аварийный режим работы электросети, вызванный электроконтактом разноименных фаз. В качестве примера приведем типовые виды замыканий.

Обозначения:

  1. Трехфазные КЗ.
  2. Замыкание двух фазных проводов.
  3. КЗ на землю при двухфазном замыкании.
  4. Фазное (однофазное) КЗ. Замыкание может происходить с землей или нулевым проводом в системах с изолированной или заземленной нейтралью.

Как видно из рисунка, под определение межфазного замыкание подходит пункт 2. Заметим, что при определенных условиях 1 и 3 также можно рассматривать как частный случай межфазного КЗ.

Понятие и причины замыканий

Причиной замыкания, как правило, становится нарушение изоляции проводов

Межфазным замыканием электричества в многофазных цепях называют непреднамеренное соединение между собой изолированных проводников с поврежденным защитным покрытием.

В отдельных случаях оно проявляется как однофазное замыкание на землю или корпус работающего электрооборудования.

Такое состояние электрической сети является нарушением нормального режима работы системы и трактуется как аварийное. В этом случае в местах замыкания двух проводников или в точках их контакта с землей величина тока существенно возрастает. Максимальное его значение достигает порой нескольких тысяч Ампер. Неуправляемые потоки электричества способны привести к разрушительным последствиям.

Причинами возникновения аварийных ситуаций в высоковольтных электрических сетях являются:

  • Повреждение защитной изоляции каждого из фазных проводников из-за нарушений правил эксплуатации кабельных линий.
  • Случайный обрыв одной из жил воздушного кабеля и его замыкание на другой провод или землю.
  • Замыкание провода с поврежденной изоляцией на корпус действующей электроустановки.

Каждый из случаев возникновения короткого замыкания является следствием грубейшего нарушения правил эксплуатации электрооборудования и в соответствии с требованиями нормативных документов нуждается в тщательном расследовании.

1. Основные характеристики ОЗЗ

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) – это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.

Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.

Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.

Shema seti s izolirovannoj nejtralyu
Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.

На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.

Vektornye diagrammy napryazhenij
Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

Вариант 4. Аппараты защиты

Цивилизация докатилась еще не до всех домов и квартир, и этот случай вполне еще возможен. Раньше на вводе устанавливались два предохранителя типа «пробка». Не всегда они перегорали при замыкании одновременно. Если перегорел предохранитель в нулевом проводе, то через нагрузку по всем розеткам тоже пойдет фаза. Локализация дефекта представляет собой процесс поиска места возможного замыкания. Нужно узнать, почему перегорел предохранитель. Для этого надо отключить от сети все без исключения электроприборы, освещение, ввернуть новый предохранитель. Если он вновь выйдет из строя – искать короткое замыкание в электропроводке, если нет – искать поврежденный электроприбор. В современных сетях такое теоретически возможно, если на вводе установлены два автоматических выключателя, заменившие некогда стоявшие на этом месте пробки. Такая схема питания сама по себе является нарушением ПУЭ – в цепях нулевых проводников двухпроводных сетей не должно быть коммутационных аппаратов. А если он есть, то ноль должен отключаться одновременно с фазным проводом, то есть автомат должен быть двухполюсным. При использовании двухполюсного автоматического выключателя появление «двух фаз» в розетке возможно, если у него «оборвется» полюс, через который проходит ноль. Это может произойти из-за бракованного выключателя или недостаточной затяжки контактной колодки.

Что происходит от короткого замыкания и как их предотвратить

КЗ можно охарактеризовать прохождением достаточно высоких показателей тока. Его высокие показатели небезопасны для всех видов объединений и электропроводов. Такое типично для лавинных накоплений результатов разъединения.

Провод может отгореть от объединений, которые самостоятельно нагреваются, впоследствии чего их распадение происходит быстрее. Как результат может загореться электрическая проводка и случится пожар.

С целью предотвратить плохие результаты между фазовых разъединений в цепочках 220/380 можно использовать топкие вставления, электропредохранители и механические переключатели.

Если в электропредохранителях будет течь ток со значениями выше обозначенных, то они перегорят и разомкнут цепочку. Но в случае если вы не избавились от разрывания, оно может повторяться ещё и ещё.

Если вы хотите увеличить срок эксплуатации и условия действия, то необходимо использовать механические переключатели. Они будут отвечать на любые повышения тока как на сильные, так и на небольшие.

При межфазном разъединении либо между периодом и грунтом механический переключатель расцепится и это называют «выбил автомат». Чтобы опять восстановить подключение напряжения нужно повторно поднять ручку механизма.

Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах

Межфазное замыкание трехфазной цепи

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 повреждения в электроустановках 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.

Классификация коротких замыканий

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:

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.

Аналогично, можно рассчитать напряжение в любой точке нашей воздушной линий.

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 пример расчета токов короткого замыкания. 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.  

Короткое замыкание в кабине трансформаторов

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

Повреждение изоляции кабельной линий привело к короткому замыканию

Короткое замыкание кабеля. Последствия

3. Потребители и электроприемники

Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников электрической энергии.

Например, асинхронный электродвигатель  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.  

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Источник: http://zametkielectrika.ru/korotkoe-zamykanie/

Как избежать?

Самое простое, а значит – идеальное решение, это установка трёхфазного автоматического выключателя, который не только защитит линию при КЗ, но и сохранит целостность проводников при их длительном нагреве в результате увеличения нагрузки.

Рисунок 2: Трёхфазный автоматический выключательРисунок 2: Трёхфазный автоматический выключатель

Рисунок 2: Трёхфазный автоматический выключатель

Совет! Не устанавливайте 3 однофазных автоматических выключателя, лучше монтировать один трёхфазный, рассчитанный и сконструированный специально для сетей напряжением 380 В.

Если это распределительное устройство на трансформаторной подстанции, то автоматы там устанавливают редко, чаще всего это плавкие вставки в керамическом корпусе, наполненные песком. Их отличие от обычных в специальной конструкции и номинальной проводимости больших токов.

Рисунок 3: Предохранители для распределительных устройствРисунок 3: Предохранители для распределительных устройств

Рисунок 3: Предохранители для распределительных устройств

Особенности и характеристики фаз цикла

Каждой стадии цикла соответствуют определенные изменения, происходящие в придатках и маточном слое – эндометрии. Характеристики и описание фаз менструационного женского цикла отражены в таблице.

Название циклической фазы и ее продолжительность Эндометриоидная фаза Характеристики
Фолликулярная фаза (в среднем длится 14 суток, колеблется от 7 до 21 суток) Менструальная/ пролиферативная В придатках матки созревают и растут фолликулы благодаря усиленной выработке фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). Высокая концентрация эстрогена, растет толщина слоя эндометрия
Овуляторная фаза (24–48 часов) ———- Яйцеклетка покидает фолликул под воздействием лютеинизирующего гормона (ЛГ) и движется по фаллопиевой трубе.
Лютеиновая фаза (две недели, возможны отклонения на 1–2 суток) Секреторная Фолликул превращается в желтое тело, продуцирующее прогестерон. Максимальная выработка гормона отмечается спустя неделю после формирования желтого тела.

Первая циклическая фаза начинается с прихода критических дней, которые длятся в среднем 3–7 суток, в зависимости от индивидуальных особенностей организма.

Какая фаза соответствует 3-му или 4-му дню цикла? Это фолликулярная фаза.

В таблице отражена толщина эндометриального слоя, в зависимости от суток менструации.

День цикла Значение (мм)
1–2-й день 5–9
3–4-й день 3–5
5-й день 6
7-й день 9

Во время менструации внутри матки происходит отторжение эндометриального слоя и запускается кровотечение.

Месячные сопровождаются следующей симптоматикой:

  • активный выход кровянистого содержимого из влагалища красно-коричневого цвета, содержащего сгустки (частицы отторженного эндометриоидного слоя);
  • нагрубание молочных желез, их болезненность, повышенная чувствительность сосков;
  • перепады настроения, возможные приступы агрессии, склонность к депрессии, нежелание общаться с близкими.

Если во время месячных женщину не беспокоят сильные боли внизу живота и выраженный дискомфорт, беспокоиться не о чем.

Врачи говорят, что только 25% переносят критические дни безболезненно, остальные дамы страдают от болевого синдрома, вынуждены принимать спазмолитические препараты и иногда делать прохладные компрессы на низ живота. Это явление в медицине называют альгодисменореей.

Профилактика

Несмотря на то, что образование замыкания носит случайный характер, применяя ряд профилактических мер, можно несколько снизить вероятность его возникновения. К таковым мерам относятся:

  • Своевременная замена электрооборудования, у которого закончился срок эксплуатации.
  • Регулярное проведение планово-предупредительных ремонтов. При таких процедурах можно своевременно обнаружить и устранить повреждение изоляции токоведущих линий, межвитковые замыкания первичных или вторичных обмоток трансформатора и другие неисправности.
  • Электрооборудование необходимо эксплуатировать в штатном режиме, перегрузка существенно снижает его ресурс.
  • Соответствующая подготовка и регулярный инструктаж обслуживающего и электротехнического персонала.

7. Конструкция ДГР

Конструктивно ДГР близка к масляным трансформаторам: бак, заполненный трансформаторным маслом, в который помещена магнитная система с обмоткой. Сама магнитная система представляет собой регулируемую катушку индуктивности.

В настоящее время эксплуатируются различные виды ДГР, которые могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек или изготавливаться с возможностью регулировки. В связи с этим различаются следующие конструкции магнитопровода:

  • с распределенным воздушным зазором;
  • плунжерного типа;
  • с подмагничиванием.

В ДГР имеющих магнитопровод с распределенным воздушным зазором, регулирование может отсутствовать вовсе или осуществляется за счет переключения ответвления для ступенчатого регулирования сопротивления.

В ДГР плунжерного типа имеет магнитную систему с перемещающимися стержнями, которые плавно регулируют воздушный зазор внутри обмотки. Стержни перемещаются с помощью электропривода, что обеспечивает плавное регулирование сопротивления реактора. ДГР с подмагничиванием магнитопровода постоянным током работает по принципу магнитного усилителя. При подмагничивании магнитопровода изменяются его магнитное сопротивление и, соответственно, индуктивное сопротивление реактора.

Для отстройки индуктивности ДГР оснащаются системами управления. По конструкции систем регулирования их можно разделить на:

  1. ДГР с ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;
  2. ДГР с приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;
  3. ДГР не имеющие возможности регулирования индуктивности системой управления не оснащаются.

Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...