Сегодня поговорим о таком важном понятии как короткое замыкание в электроустановках . В принципе, короткое замыкание в электроустановках можно приравнять к обычному короткому замыканию в сети, ведь смысл один и тот же. Что бы было более понятнее о коротком замыкании, мы рассмотрим сразу несколько вопросов, например, что такое короткое замыкание, какие виды короткого замыкания существуют, чем опасно короткое замыкание и другие. Кстати чаще всего термин короткое замыкание употребляют как к.з. , это и удобно и понятно. К.з. может возникнуть везде, где есть электричество ( , на производстве, на подстанциях и даже в ).
это нарушение нормального режима работы электроустановки, которое вызвано замыканием фаз на землю, либо замыканием фаз между собой в сетях с глухозаземлёнными нейтралями. Главное запомнить, что к.з. возникает из-за замыкания фазы на землю (на ноль) или из-за замыкания фаз между собой.
Короткое замыкание характеризуется резким увеличением тока и резким падением напряжения. Ток возрастает в несколько раз по сравнению с его нормальным значением.
Из-за того, что у нас в момент к.з. токи возросли в несколько раз, то проводники (провода) начинают нагреваться, а это в свою очередь ведёт к разрушению изоляции и к потерям электроэнергии. А это очень плохо сказывается на любом электроприборе или электроустановке, особенно на работе . Теперь насчёт напряжения. Снижение напряжения при к.з. ведёт к нарушению параллельной работы трансформаторов или генераторов, что в свою очередь может привести к системной аварии (аварии на производстве).

Вот Мы уже дошли и до видов к.з. Всего существуют 2 вида короткого замыкания, их очень легко запомнить:

• Симметричное к.з. - это когда все 3 фазы электроустановки находятся в одинаковом положении (трёхфазное короткое замыкание). По-другому говоря, при трёхфазном коротком замыкании сопротивления всех фаз цепи одинаково.
• Несимметричное к.з. - к этому виду относятся такие короткие замыкания как двухфазное к.з., двухфазное к.з. на землю и однофазное к.з. В этих случаях сопротивления между фазами не равно друг другу.

Остаётся только добавить некоторые важные замечания. Итак, важным фактором является относительная частота возникновения различных видов к.з. То есть, какие виды короткого замыкания чаще всего встречаются. По усреднённым данным в процентах это составляет:

• Трёхфазное к.з. - 5%
• Двухфазное к.з. - 10%
• Однофазное к.з. - 65%
• Двухфазное к.з. на землю - 20%

Кстати, в месте появления короткого замыкания возникает электрическая дуга , которая приводит к повреждениям и создаёт переходное сопротивление. Теперь Вы знаете, чем опасно короткое замыкание как в электроустановках (двигатели, трансформаторы и т.д.) так и в обычной домашней проводке.

Защита от короткого замыкания очень важна, ведь если не остановить режим к.з., то пострадает большинство и проводка, а значит и Ваш кошелёк. Но если вовремя поставить надёжную защиту на дом или на всю сеть, то можно не бояться этого явления.
В настоящее время широко применяются автоматические выключатели , они защищают от короткого замыкания, и от перегрузок. Выбираются они по току, напряжению, по количеству фаз и времени срабатывания. Главное купить автоматический выключатель хорошего качества, чтобы он мог выдержать несколько к.з. подряд. Установить такое устройство может электрик. Это что касается проводки в доме.
Если говорить о подстанциях или о предприятиях по выработки электричества, то там используется

Надеюсь, что Вам было интересно узнать о коротком замыкании более подробно)))

При выборе аппаратуры управления, средств защиты, а также схем соединения и конструкций распределительных устройств учитывают ожидаемые значения токов короткого замыкания (т.к.з.), от которых могут возникнуть механические и тер­мические повреждения в установках.

Коротким замыканием (к.з.) называют всякое не предусмотренное нормальным режимом работы электроустановки за­мыкание между фазами, а в установках с заземленной нулевой точкой (нейт­ралью) - еще и замыкание между фазой и нулевым проводом или землей. В уста­новках с незаземленной нейтралью замы­кание одной фазы на землю не явля­ется коротким замыканием.

В цепях постоянного тока короткие замыкания бывают между полюсами или между полюсом и землей.

На рисунке 5.7 показаны виды коротких замыканий в трехфазной че-тырехпроводной сети напряжением до 1000 В.

Рис. 5.7. Виды коротких замыканий и векторные диаграммы токов и напряжений: а - трехфазное к.з.; б - двухфазное к.з.; в - однофазное к.з.;

R 3 - сопротивление растеканию заземляющего устройства

Короткие замыкания возникают из-за неправильных действий пер­сонала, а также из-за повреждения или естественного износа изоля­ции. Разрушение изоляции (пробой) могут вызвать перенапряжения, возникающие при разрядах молнии в линию или рядом с ней, а также при явлениях резонанса напряжений в электроустановках. Износ изоляции - это естественный процесс, происходящий в результате коле­бания температуры и перегрева при анормальных режимах. На старение изоляции отрицательно влияет также примесь паров химически активных соединений, таких, как аммиак, сернистые соединения, дымы от про­мышленных предприятий, морской воздух и т. д. На воздушных линиях короткие замыкания могут вызвать птицы, животные, а на подстанциях - крысы и другие грызуны и животные.

Токи коротких замыканий могут достигать больших значений и вызывать сильный перегрев генераторов, трансформаторов, двигателей, проводов и т. д. А через 0,01 с после момента короткого замыкания может возникнуть ударный мгновенный ток, который может вызвать значительные динамические усилия на элементах установки и привести к механическому разрушению обмоток трансформаторов, шин, а также изоляторов. И, конечно, при коротких замыканиях нарушается нормаль­ное электроснабжение.

Наиболее часто короткие замыкания происходят на воздушных линиях, а затем в кабельных сетях, реже - на трансформаторных под­станциях и в распределительных устройствах электростанций. При воз­никновении режима короткого замыкания и появлении больших токов короткого замыкания на одном из ответвлений (фидеров) от источника тока (трансформаторной подстанции или электростанции) на шинах источника тока снижается напряжение. Поэтому падает напряжение и у потребителей, подключенных к другим ответвлениям от ис­точника.

Для предотвращения опасных последствий коротких замыканий применяют релейную защиту, устанавливают плавкие предохранители, которые обеспечивают быстрое отключение участка с коротким замы­канием. А для поддержания у рядом находящихся потребителей ста­бильного напряжения на генераторах используют автоматическую регу­лировку возбуждения. Сила тока однофазного короткого замыкания всегда меньше, чем двух- или трехфазного, так как в этом случае цепь короткого замыкания питается фазным напряжением, а сопротив­ление этой цепи больше, так как при замыкании на землю в цепь может быть включено сопротивление растеканию заземляющего уст­ройства (рис. 5.7, в ).

Для правильного выбора и настройки защитной аппаратуры необ­ходимо уметь вычислять токи короткого замыкания. При этом следует учитывать, что в момент замыкания ток быстро нарастает и через 0,01 с достигает ударного значения, затем несколько снижается до так называемого установившегося значения, наступающего через 4…5 с . Хорошо отлаженная аппаратура управления должна отключить участок цепи с коротким замыканием не более чем через 0,2...0,3 с от на­чала замыкания. В противном случае могут наступить разрушительные последствия действия токов короткого замыкания.[ 3, 162-164].

Лекция 4. Короткие замыкания в энергосистемах

Основные сведения о коротких замыканиях . Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием, как по виду, так и по характеру повреждения. Короткие замыкания (КЗ) возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин. В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга, термическое действие которой приводит к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов. Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственные (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой, или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми. Основные виды КЗ показаны на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Основные виды коротких замыканий:

а – трехфазное; б – двухфазное; в – двухфазное на землю; г – однофазное

Междуфазные КЗ - двухфазные и трехфазные - возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью. Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывания и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия изоляции испражнениями птиц, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др. Трехфазное короткое замыкание . Симметричное трехфазное КЗ - наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рисунке 4.2. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток КЗ, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол (φ н), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыкания:

Для линий 110 кВ этот угол равен 60-78°; 220 кВ (один провод в фазе) - 73-82°; 330 кВ (два провода в фазе) - 80-85°; 500 кВ (три провода в фазе) - 84-87°; 750 кВ (четыре провода в фазе) - 86-88° (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов). Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рисунке 4.2,б. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, их уровни незначительны. Рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки.

Рисунок 4.2 - Трехфазное КЗ;

а – расчетная схема; б – диаграмма токов и напряжений в месте КЗ; в – векторная диаграмма для определения напряжений в промежуточных точках сети.

Двухфазное короткое замыкание . При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Двухфазное КЗ между фазами В и С.

а – векторная диаграмма токов и напряжений; б – схема сети

В поврежденных фазах и месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток КЗ отсутствует

Междуфазное напряжение (U bc) в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения

Так же как и при трехфазном КЗ токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС E bc или параллельного ему вектора U bc) на угол φ k , определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи. Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рисунке 4.3,а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения U B , U с и междуфазное напряжение U ac будут увеличиваться, как показано на рисунке 4.3,а штриховыми линиями для точки п. С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ. Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью . Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ. В сетях же с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рисунок 4.4). Соотношения токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид:

Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью . Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рисунке 4.5, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:

Однофазные КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.

Литература 1осн, 2 осн . Контрольные вопросы: 1.Назовите виды коротких замыканий. 2.Объясните однофазное короткое замыкание на землю. 3.Объясните двухфазное короткое замыкание на землю.

Лекция 5. Ненормальные режимы работы в энергосистемах Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью . В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3-35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ. При замыкании на землю одной фазы фазное напряжение поврежденной фазы (Uа на рисунке 5.1, а) относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз Uв и Uс увеличиваются в 1,73 раза и становятся равными междуфазным (Úв (1) и Úс (1) на рисунке 5.1, б)

Рисунок 5.1 - Однофазное замыкание на землю фазы А в сети с малым током замыкания на землю (изолированная нейтраль)

Под действием напряжений Úв и Úc через место повреждения проходит ток I зА, замыкающийся через емкости неповрежденных фаз В и С. Емкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит. Значение тока в месте замыкания на землю определяется следующим выражением:

где –Х ∑ суммарное сопротивление цепи замыкания на землю. Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь, тогда

где: f – частота сети, равная 50 Гц;

C – емкость одной фазы сети относительно земли.

Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжения фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60°, то

В результате

Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:

для линии 6 кВ

для линии 10 кВ ,

где S– сечение кабеля, мм 2 ; Uном– номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ. Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ - 0,015 А/км; 10 кВ - 0,025 А/км; 35 кВ - 0,1 А/км. Для сетей с изолированной нейтралью считается допустимой работа при емкостных токах замыкания на землю не превосходящих величины 20А,15А, 10А соответственно для сети 6кВ, 10кВ, 35кВ. Для линий с железобетонными опорами независимо от уровня напряжения ток замыкания на землю должен быть не более 10А. Это требуется для предотвращения повреждения железной арматуры опоры длительно протекающим током замыкания на землю. Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства - дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения. Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рисунок 5.1), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течение 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок. Пробой изоляции другой фазы может произойти в другом месте данной линии, или вообще на другой линии или шинах. Такое замыкание называется двойным замыканием на землю. Это короткое замыкание, ток проходит часть пути через места замыкания и через землю. В данном случае в принципе достаточно отключить только одно место замыкания на землю, после чего в сети останется другое. При заземлении нейтрали через активное сопротивление (чаще всего это резисторы общим сопротивлением 100 Ом), в месте КЗ протекает активный ток, величина которого определяется практически только сопротивлением этого резистора:

Для сети 10кВ этот ток равняется примерно 60 А, для сети 6 кВ – 36 А. Такое замыкание необходимо отключать для предотвращения развития повреждения. В сетях с изолированной нейтралью, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала, защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение. В настоящее время рассматривается вопрос об отключении замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью на линиях, проходящих в населенной местности, так как приближение к оборванному проводу может быть опасно для людей. Другие ненормальные режимы оборудования. Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Время tд, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов, приведен на рисунке 5.2. Величина выделяемого тепла определяется квадратом тока, и поэтому нагрев резко растет с увеличением кратности тока. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению в пределах времени t д.

Рисунок 5.2 - Зависимость допустимой длительности перегрузки от значения тока t д = f(I) (I ном – номинальный ток оборудования).

Повышение напряжения . Обычно возникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа РПН, влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев, величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: электронных устройств, бытовых приборов, двигателей и трансформаторов. Например, для ламп накаливания повышение напряжения на 5% свыше номинального сокращает срок их службы в два раза. Действующими нормами защита от таких режимов требуется для устройств емкостной компенсации (БСК). Понижение напряжения . Оно особенно опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины момента, увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке и выходу из строя. При понижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания. Защита от понижения напряжения обычно применяется в сетях промышленного назначения, питающих электродвигатели, в особенности синхронные, а также в сетях собственных нужд электростанций. Режим работы двумя фазами . Он происходит при обрыве фазы в питающей сети. Двигатели при этом могут остаться в работе, если момента развиваемого двигателями достаточно или остановиться. В обоих случаях ток резко растет, что приводит к перегрузке двигателя и выходу его из строя. Поэтому очень часто двигатели снабжаются специальной защитой от работы двумя фазами (обрыва фазы). Для предотвращения возникшей перегрузки может быть использована и защита от перегрузки, действующая на отключение, эта защита должна быть установлена хотя бы в двух фазах, чтобы защита не оказалась подключенной к оборванной фазе.

Литература 1осн , 2 осн .

Контрольные вопросы: 1.Поясните однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. 2.Что такое перегрузка оборудования? 3.Объясните повышение и понижение напряжения.

Замыкание – это всякое случайное или преднамеренное, непредусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей.

Короткое замыкание (КЗ) – это замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту замыкания, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Если при замыкании ток в ветвях, примыкающих к месту замыкания, не превышает длительно допустимых значений, то это замыкание не является коротким. Его следует называть «замыканием» без приставки «короткое». Иногда такое замыкание называют «простое замыкание». По числу замкнувшихся фаз КЗ бывают: трехфазные, двухфазные, двухфазные КЗ на землю и однофазные КЗ на землю.

Трехфазные КЗ обозначается К (3) или «АВС». При трехфазном КЗ все три фазы замкнуты между собой накоротко или через электрическую дугу. Обозначение на электрических схемах показано на рисунке 4.1: а) при трехфазном изображении и б) при однолинейном изображении

б)

Рисунок 4.1 – Изображение трехфазного КЗ на электрических схемах

Двухфазные КЗ обозначается К (2) .В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВ», «ВС» и «СА». Обозначение на схемах показано на рисунке 3.2.

А а)

Рисунок 4.2 – Изображение двухфазного КЗ на электрических схемах

Двухфазные КЗ на землю обозначается К (1,1) . В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВО», «ВСО» и «САО».

А

С или К (1,1)

Рисунок 4.3 – Изображение двухфазного КЗ на землю на электрических схемах

Однофазные КЗ на землю обозначается К (1) . . В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АО», «ВО» и «СО».

А

С или К (1)

Рисунок 4.4 – Изображение однофазного КЗ на землю на электрических схемах

В сложных схемах, а также на схемах замещения место КЗ указывают точкой. Например

или без указания вида КЗ

Трехфазное КЗ является симметричным. Все другие виды КЗ - несимметричные. Трехфазное КЗ на землю отдельно не рассматривается, так как оно не отличается от трехфазного без земли.

Однофазное и двухфазное КЗ на землю могут быть только в сетях с глухо заземленной или эффективно заземленной нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью однофазное замыкание на землю называют «простым замыканием».

Если в месте КЗ присутствует электрическая дуга или внешние предметы, например, ветки дерева, опора линии передач и т. д., то такое КЗ называется коротким замыканием через переходное сопротивление.

Если в месте замыкания нет переходного сопротивления, то КЗ называют металлическим.

Основные причины КЗ:

1. Повреждение изоляции (старение изоляции, повреждение внешними предметами, электрические пробои и т.д.).

2. Замыкание через посторонние (внешние) предметы (например, через дерево).

3. Ошибки персонала (например, не убрали за собой инструмент после ремонта, забыли убрать заземления и т. д.);

4. Влияние окружающей среды (схлестывание проводов при сильном ветре, дождь, обледенение и т.п.).