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.
Википедия на этот вопрос отвечает, что короткое замыкание — это:
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
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
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.
51 комментариев к записи “Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах”
Где стоял асинхронник, если РПН так разворатило?
Асинхронный двигатель переключающего устройства стоял в приводе в правом нижнем углу. Там видно оставшиеся секции обмоток. При коротком замыкании произошел пожар внутри привода и сгорело абсолютно все.
Чёткая и понятная инструкция, что делать если случается короткое замыкание. Спасибо! Берём вместе с мужем в заметки!
Приехал только что из командировки, здание ТП осело примерно на 30 см, в результате сильных дождей перезамыкало всё что могло (ввод с земли был). Если интересует, могу фото в коллекцию прислать.
Присылайте. С удовольствием размещу их в данной статье.
Одно маленькое короткое замыкание — и такие последствия! Как Вы разбираетесь потом в этих руинах.
Ничего сложного. Все сгоревшее электрооборудование демонтируется, а на его месте монтируется все заново.
Мда… Я в 2007 году видел последствия короткого замыкания в одном студенческом общежитии. Это было полностью выгоревшее крыло здания — чёрные стены, чёрный потолок и покорёженный расплавленный электрощиток. Зрелище жуткое.
На фоне этого меня поразило отсутствие какой-либо пожарной безопасности в том общежитии — я не знаю, что там стояли за автоматы, но при коротком замыкании они по прежнему не срабатывали.
Ещё больше меня поразило то, что у большинства иностранных студентов из Индии, которые учились на 1-м курсе ДГУ, всё понятие об электричестве сводилось к вставлению вилки в розетку и нажатию на кнопки аппаратуры. Всё! И если на шнуре питания будут выглядывать оголённые провода, которые будут ещё и коротить друг с другом, им абсолютно по барабану, на такие вещи они никогда не обращают внимания, даже если прямо на глазах у них бахнет в момент включения прибора в розетку, они не знают, что нужно делать.
И вот однажды прямо на моих глазах так и произошло — один студент из Индии захотел включить электрокипятильник, на котором у рукоятки провод был повреждён, и вставил вилку в розетку. Тут как бахнет с яркой вспышкой, смотрю на студента, тот сидит перепуганный, не знает что делать, я ему кричу «выдёргивай из розетки. » Вилку он выдернул, ну а свет в комнате конечно же не погас, т.е. никакой защиты от короткого замыкания не было либо она не сработала.
Студент из Индии смотрит на меня перепуганным взглядом и спрашивает, что произошло ? Я показываю ему на чёрную от сажи розетку, вилку и на чёрный обугленный провод в месте короткого замыкания. Тут и выяснилось, что он ничего не знал на эту тему, попытался ему объяснить, что такое короткое замыкание, чем оно грозит, и почему нужно всегда обращать внимание на отсутствие повреждений проводов всего того, что включается в розетку.
М-да, жесть…и не только из Индии, половина Азии в том числе.
Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (Zн = 0), при этом вторичное напряжение U2 = 0. В условияхэксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткоезамыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.
При опыте к.з. обмотки низшего напряжения трехфазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 6.1.), а к обмоткам высшего напряжения, подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения до некоторого значения Uк.ном, при
котором токи к.з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I1к = I1ном) и вторичной (I2к = I2ном) обмотках.
При этом снимают показания приборов и строят характеристики к.з., представляющие собой зависимость тока к.з. I1к:
Мощность к.з. Pk, коэффициента мощности cosφк:
от напряжения к.з. Uк:
при этом активная мощность трехфазного трансформатора измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к.з.:
где 
и 
— показания однофазных ваттметров, (Вт).
Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением к.з. и обычно выражают его в процентах от номинального:
Для силовых трансформаторов uк = 5 — 10% от U1ном.
Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора пропорционален первичному напряжению U1, так как это напряжение при опыте к.з. составляет не более 10 % от U1ном, то
такую же небольшую величину составляет поток. Для создания такого магнитного потока требуется настолько малый намагничивающий ток, что значением его можно пренебречь. В этом случае уравнение токов принимает вид:
а схема замещения трансформаторов для опыта к.з. не содержит ветви намагничивания. Для этой схемы замещения можно записать уравнения напряжений:
Полное сопротивление трансформатора при опыте к.з..
где: 
и 
— активная и индуктивная составляющие сопротивления к.з. 
 |
Рисунок 6.1 — Схема опыта к.з. трехфазного трансформатора
| б) |
Рисунок 6.2 — Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора в режиме к.з.
Воспользовавшись уравнениями токов и напряжений, для опыта к.з. построим векторную диаграмму трансформатора (рисунок 6.2. б). Построение этой диаграммы начинают с вектора напряжения к.з. 
. Затем под углом φkк вектор 
проводят вектор тока к.з. 
. Построив векторы падений напряжений в первичной обмотке 
, и 
и векторы падения напряжения во вторичной обмотке 
и 
получают прямоугольный треугольник АОВ, называемый треугольником короткого замыкания. Стороны этого треугольника будут:
где: 
и 
— активная и реактивная составляющие напряжения к.з., В
Рисунок 6.3 — Характеристика короткого замыкания
Вид характеристики короткого замыкания зависит от напряжения короткого замыкания UK (рисунок 6.3).
Полное, активное и индуктивное сопротивления схемы замещения при опыте к.з.:
Рисунок 6.4.- Схема исследования трехфазного трансформатора в опыте короткого замыкания
Перечень аппаратуры
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| А6 | Трехфазная трансформаторная группа | 347.3 | 3´80 Вт |
| А20 | Трехфазный регулируемый автотрансформатор |
3×0…240 В / 2 А
220 В / 6 А
400 В / 6 А
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9762 — 
| 7380 — 
или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
О таком нештатном режиме работы электрической цепи как короткое замыкание слышали практически все. Описание физики этого процесса входит в школьную программу 8-го класса. Предлагаем вспомнить, что представляет собой данное явление, какую опасность представляют токи КЗ и их вероятные причины возникновения. В статье мы рассмотрим виды короткого замыкания, а также способы защиты, позволяющие минимизировать негативные последствия.
Что такое короткое замыкание?
Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение.
Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.
Электрическая схема нормального режима работы (а) и короткого замыкания (b)
При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489).
Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким.
Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r – напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения.
Виды КЗ
Согласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.
 . То есть, происходит электрический контакт между тремя фазами. Это единственный вид замыкания не вызывающий «перекос» фаз, процесс протекает симметрично, что упрощает расчет силы тока КЗ. В тоже время 3-х фазное замыкание представляет наибольшую опасность по факторам тепловых и электродинамических воздействий. В связи с этим, когда производится расчет тока КЗ для трехфазной цепи, как правило, рассматривается данный вид замыкания.</li>
</ol>
<p>Характерно, что при К (З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.</p>
<ol>
<li>2-х фазное (K (2) ). Данный вид замыкания, как все последующие, относится к несимметричным процессам, вызывающим перекос напряжений в системе. В кабельных линиях электропередач довольно велика вероятность перехода процесса K (2) в К (З) , поскольку температура в месте замыкания разрушает изоляцию токоведущих частей.</li>
<li>2-х фазное с землей (K (1,1) ). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.</li>
<li>1-о фазное с землей (K (1) ). Этот вид замыкания на практике встречается чаще всего. Характерно, что процесс может возникнуть как в бытовых или промышленных электросетях, так и в запитанном от них оборудовании.</li>
<li>Двойное на землю (K (1+1) ). То есть, две фазы замыкаются через землю, не имея электрического контакта между собой. Такой вид замыкания возможен в системах с заземленной нейтралью.</li>
</ol>
<p>Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85.</p>
<p>Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания.</p>
<p><strong>Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.</strong></p>
<table>
<tbody>
<tr>
<td w >Обозначение КЗ</td>
<td w >Процентное соотношение к общему числу (%)</td>
</tr>
<tr>
<td w >К (З)</td>
<td w >5,0</td>
</tr>
<tr>
<td w >K (2)</td>
<td w >10,0</td>
</tr>
<tr>
<td w >K (1)</td>
<td w >65,0</td>
</tr>
<tr>
<td w >K (1,1) и K (1+1)</td>
<td w >20,0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<div style=)
Старение изоляции заметно на отводах к электрическим точкам
Перегрузка электросети может стать причиной короткого замыкания
Детектор проводки
