Что такое межфазное короткое замыкание — понятие и причины

Обрыв одного линейного (фазного) провода в трехпроводной трехфазной цепи

Несимметричный режим работы трехпроводной трехфазной цепи

При неравенстве сопротивлений фаз z

A≠z B≠z Cфазные токи так же будут неравны между собойI A≠I B≠I C.

Напряжения на фазах распределяются прямо пропорционально сопротивлениям фаз (чем больше сопротивление, тем больше падение напряжения на нем).

Точка О может занять любое положение в треугольнике ABC (рис. 3.9),

U

A≠U B≠U Cт.е. возникает «перекос фаз».

нагрузки при соединении потребителей в звезду

При обрыве одного линейного провода, например, провода А (рис. 3.10, а), цепь превращается в однофазную, с последовательным соединением приемников. Если Z

B=Z C, тоU B=U С= 0,5U BC(рис. 3.10, б). Точка О смещается вниз и делит векторU ВСна две равные части. Если измерить напряжение между нейтралью приемника и линейным проводом А, то оно окажется равным 1,5U Ф.

Рис. 3.10. Схема (а

) и топографическая векторная диаграмма при обрыве линейного провода (б )

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Последствия

Межфазные КЗ могут не только отразиться на режимах работы электроустройств, ни и стать причиной их выхода из строя. Помимо этого токоведущие элементы подвергаются как термической, так и динамической нагрузке. Последняя характерна для мощных энергосистем, в которых наблюдается притягивание или отталкивание токопроводящих элементов. Это взаимодействие зависит от направления тока.

При аварии высоковольтных цепей динамическая нагрузка может привести к разрушению изоляторов, поддерживающих токопроводные магистрали, что только усугубляет ситуацию.

Термическая нагрузка проявляется в виде нагрева проводников при прохождении по ним тока замыкания. В результате токопроводы становятся, в буквальном смысле, нагревательными элементами.

Не менее опасным поражающим фактором при межфазном КЗ является образование электродуги, оказывающей негативное воздействие как на человека, так и оборудование. Она способна в течение микросекунд нагреть поверхность контакта до 4000°С — 10000°С, а в некоторых случаях и более. Соответственно, при такой высокой температуре плавится практически все металлические элементы. Нередко до срабатывания защиты дуга успевает пережечь токоведущие шины.

Образование электрической дуги на размыкателях

Электродуга не только нагревает как место контакта, так и окружающее ее пространство. Если рядом с ней расположены горючие материалы, то вероятность пожара существенно увеличивается.

Ожог, вызванный дугой, сложно поддается лечению. Это связано с тем, что мелкие брызги расплавленных металлов оседают на коже, образуя эффект металлизации. Характерно, что на практике случайно попасть под воздействие дуги практически нереально. Как правило, причина кроется в нарушении ТБ, технологических процессов, а также других ошибок, связанных с воздействием человеческого фактора.

К негативным последствиям КЗ также стоит отнести снижение уровня напряжения на аварийном участке. Это создает ряд дополнительных проблем, проявляющихся в виде сбоев в работе оборудования, подключенного к данной сети. Например, отключаются магнитные пускатели, срабатывает защита блоков питания электронных систем, повышается рабочий ток электродвигателей и т.д.

Что такое фаза и ноль в электричестве

Давайте же получим крупицу полезных знаний и разберемся, что такое фаза и ноль в электричестве. В первую очередь нас интересуют электрический ток и электрический заряд. Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений — на нашем телеграм-канале. Электрический заряд — это физическая скалярная величина, которая определяет способность тел быть источником электромагнитных полей. Носителем наименьшего или элементарного электрического заряда является электрон.

Его заряд равен примерно -1,6 на 10 в минус девятнадцатой степени Кулон. Заряды условно делятся на положительные и отрицательные. Например, если мы потрем эбонитовую палочку о шерсть, она приобретет отрицательный электрический заряд избыток электронов, которые были захвачены атомами палочки при контакте с шерстью. Такую же природу имеет статическое электричество на волосах, только в этом случае заряд является положительным волосы теряют электроны.

Кстати, о том, что такое ток, напряжение и сопротивление можно дополнительно почитать в нашей отдельной статье, посвященной закону Ома. Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц носителей заряда по проводнику.

Само движение заряженных частиц возникает под действием электромагнитного поля — одного из фундаментальных физических полей. Электрический ток может быть постоянным и переменным. При постоянном токе направление и величина тока не меняются. Переменный ток — это ток, изменяющийся во времени. Источником постоянного тока является, например, батарейка. Но именно переменный ток используется в бытовых розетках, которые стоят в наших домах. Причина в том, что переменные токи гораздо проще получать и передавать на большие расстояния.

Основным видом переменного тока является синусоидальный ток. Это такой ток, который сначала нарастает в одном направлении, достигая максимума амплитуды начинает спадать, в какой-то момент становится равным нулю и снова нарастает, но уже в другом направлении. Простейший случай электрической цепи — однофазная цепь. В ней всего три провода. По одному из проводов ток течет к потребителю пусть это будет утюг или фен , а по другому — возвращается обратно.

Третий провод в однофазной сети — земля или заземление. Провод заземления не несет нагрузки, но служит как бы предохранителем. В случае, когда что-то выходит из-под контроля, заземление помогает предотвратить удар электрическим током. По этому проводу избыток электричества отводится или «стекает» в землю. Провод, по которому ток идет к прибору, называется фазой , а провод, по которому ток возвращается — нулем.

Итак, зачем нужен ноль в электричестве? Да за тем же, что и фаза! По фазному проводу ток поступает к потребителю, а по нулевому — отводится в обратном направлении. Сеть, по которой распространяется переменный ток, является трехфазной. Она состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Именно по такой сети ток идет до наших квартир.

Подходя непосредственно к потребителю квартирам , ток разделяется на фазы, и каждой из фаз дается по нулю. Частота изменения направления тока в странах СНГ — 50 Гц. Провода фазы и нуля нельзя путать. Иначе можно устроить короткое замыкание в цепи.

Чтобы этого не произошло и Вы ничего не перепутали, провода приобрели разную окраску. Каким цветом фаза и ноль обозначены в электричестве? Ноль, как правило, синего или голубого цвета, а фаза — белого, черного или коричневого.

Провод заземления также имеет свой окрас — желто-зеленый. Будем просто счастливы, если для кого-то эта информация была новой и интересной. Теперь, когда вы услышите что-то про электричество, фазу, ноль и землю, вы уже будете знать, о чем идет речь. Напоследок напоминаем, если вам вдруг понадобится произвести расчет трехфазной цепи переменного тока, вы можете смело обращаться в студенческий сервис.

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.

Вариант 5. Неисправности питающей сети

Все рассмотренные до этого случаи подразумевали наличие одной и той же фазы на проводах питания. Вольтметр, подключенный к розетке, при этом показывает отсутствие напряжения. Но почему может произойти ситуация, когда он покажет 380 В? Такое возможно и, к сожалению, не так уж и редко. Нулевой проводник может оборваться где угодно: на питающей подстанции или групповом этажном щитке, распределительном устройстве на вводе многоквартирного дома. При этом электроснабжение потребителей не прекращается, но напряжения по фазам перераспределяются следующим образом: на самой ненагруженной фазе напряжение будет наибольшим. На максимально нагруженной – наименьшим. При самом неблагоприятном случае на фазе с очень маленькой или полностью отсутствующей нагрузкой напряжение увеличится до 380 В. Все электроприборы, подключенные в этот момент к сети, выйдут из строя. Еще один из вариантов появления двух различных фаз в розетке – замыкания фазного и нулевого провода ЛЭП между собой. Если на участке от источника питания до места замыкания одно из соединений не выдержит и отгорит, появление двух фаз станет устойчивым. Последствия для потребителей – те же самые. Случай характерен тем, что вы не успеете полюбоваться показаниями индикатора, вам это не понадобится. Все произойдет очень быстро. Как показала печальная практика, не все защитные устройства бытовой техники успевают отработать должным образом. Некоторые электроприборы загораются, и возникает пожар. Искать причину и место обрыва или замыкания – дело электриков из сетевой компании. На долю потребителя остается подсчитывать убытки и подавать на эту компанию в суд. Чтобы уберечь свои электроприборы от подобных неприятностей, на вводе в дом (квартиру) нужно установить реле контроля напряжения. Основная его задача: при выходе контролируемой величины за заданные пределы отключить всю нагрузку, а при восстановлении номинального значения – с выдержкой по времени включить ее обратно.

Реле контроля напряжения спасет вас от появления в сети 380 вольт

Устранение перекоса фаз

Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.

• На этапе проектирования следует равномерно распределить нагрузку по фазам. Приборы, имеющие однофазное питание не должны сосредотачиваться на одном проводнике, оставляя незагруженными другие. Кроме количественного распределения по фазам следует учитывать мощностные характеристики электрических устройств.
• В ранее введенных в эксплуатацию трехфазных сетях, где каждая фаза не рассчитывалась на перегрузку при возможности следует поменять схему потребления энергии. В условиях кризисной ситуации необходимо поменять мощность потребителя.
• Недостаточно эффективный способ обеспечить необходимое напряжение на каждой фазе трехфазной цепи это применение стабилизаторов напряжения.

  Трехфазные стабилизаторы напряжения конструктивно включают в себя однофазные, которые реагируют на изменение параметров конкретно на своей фазе. Поднятие, опускание напряжения вызывает ответную реакцию на других. Это может в некоторых случаях вызвать вторичный перекос с уже другими параметрами. Невозможность 100 % гарантии защиты от последствий перекоса фаз основной недостаток стабилизаторов напряжения.

• Использование в трехфазной системе питания симметрирующего трансформатора позволяет выравнивать напряжение не только на отдельной конкретной фазе, а обеспечивать симметричность напряжений на всех трех согласно требуемых норм.

  Кроме этого прибор сглаживает напряжение переходного процесса при подключении в сеть мощных асинхронных двигателей, дросселей, трансформаторов и другого подобного оборудования.Устройство способно устранить фазный перекос в большом диапазоне значений напряжения.

• Стабилизатор напряжения, симметрирующий трансформатор это дорогие устройства, не всегда есть возможность их применить. Существует достаточно простой и эффективный способ не допустить критического перекоса фаз — применение специального реле.

Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.

Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.

Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты

В цепях свыше 1000 Вольт не используют автоматических разъединителей, поскольку при размыкании коммутационной аппаратуры под нагрузкой образуется сильная дуга, для этого используют, например, масляные, вакуумные или элегазовые выключатели.

Для защиты высоковольтных сетей используются релейные схемы. Они не так сложны, как может показаться, но очень логичны. Жила высоковольтного кабеля или шина проходит через трансформатор тока, который измеряет значение тока через магнитное поле вокруг проводника. В зависимости от величины протекающего тока на выводах трансформатора тока появляется вторичный ток небольшого значения (как правило, до 5 А), который прямо пропорционален силе тока в измеряемой цепи. При междуфазном замыкании ток сильно возрастает, после чего входит в работу релейная часть схемы, подавая отключающий импульс на привод высоковольтного выключателя, вернее на обмотку электромагнита, который отключает выключатель.

В заключение хотелось бы отметить, что КЗ – это крайне опасное явление, возникшая дуга может стать причиной пожара, как и раскаленные соединители, поэтому не стоит пренебрегать средствами защиты (предохранителями и автоматами). В лучшем случае кабеля просто отгорят, если устройства защиты не сработали, в худшем это приведет к пожару и поражению электрическим током находящихся рядом людей. Надеемся, теперь вы знаете, что такое межфазное замыкание, какие причины его возникновения и последствия.

Полезные материалы:

• Как определить короткое замыкание в сети
• Какие огнетушители используют для тушения электропроводки
• Для чего нужен воздушный автоматический выключатель

Профилактические меры

Силовой трехжильный кабель ВВГнг Самый действенный и надежный способ предупреждения коротких замыканий – профессиональный подход к решению следующих технических и организационных вопросов:

• Выбор подходящего силового кабеля, способного выдерживать большие перегрузки по току.
• Строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации электрических сетей, а также подключаемых к ним машин и аппаратов.
• Наличие актов приемки системы электроснабжения при сдаче ее в эксплуатацию.
• Использование современных видов защитного оборудования, гарантирующего моментальное отключение линии при возникновении аварийной ситуации.

Особое внимание уделяется профилактическим мероприятиям, проводимым в строгом соответствии с требованиями действующих нормативов. Согласно положениям, касающимся обслуживания электрических сетей, профилактика проводится по заранее составленному плану, утвержденному руководителем конкретного подразделения

При его реализации необходимо различать следующие виды профилактического обслуживания:

• Визуальные осмотры.
• Текущие и планово-предупредительные ремонты.
• Тестовые испытания электрооборудования при его приемке и в ходе эксплуатации.

Межфазное замыкание: способы защиты и предотвращения, места возникновения

При эксплуатации высоковольтных электрических цепей нередко явление, определяемое нормативными документами как межфазное замыкание. Такое отклонение от нормального режима работы систем электроснабжения связано с неисправностями питающих линий, последствия которых бывают непредсказуемыми. Особо опасный характер возможных повреждений вынуждает разобраться с рядом вопросов, касающихся того, что собой представляет это явление, к каким неприятностям оно приводит и как их избежать.

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.

Виды аварийных замыканий

По типу электропитания все короткие замыкания делятся на повреждения, произошедшие в однофазных или в трехфазных цепях, а по их количеству – на одиночные и двойные КЗ. Самый простой случай – однофазные линии, в которых возможно только одиночное замыкание фазы на нейтраль или землю. Трехфазное короткое замыкание отличается большим вариантом возможностей, поскольку число проводов в кабеле увеличивается до 3-х. При этом возможны следующие варианты повреждений:

• Замыкание двух высоковольтных проводов между собой.
• КЗ одного провода на нейтраль или землю (однофазные короткие замыкания).
• Контакт сразу двух проводников с поверхностью грунта.

В каждом из этих случаев, включая двухфазные КЗ на землю, рассматриваемая неисправность проявляется особым образом, характеризуясь токами растекания и распределениями аварийных потенциалов. Помимо этих факторов, текущий процесс описывается таким показателем, как напряжение прикосновения. Указанный параметр представляет собой напряжение, прикладываемое к телу человека между двумя точками прикосновения к оголенному проводу.

К тому же типу опасных воздействий относят разность потенциалов, появляющуюся между частями тела, соприкасающимися с оголенным проводом, замкнутым на землю. При однофазных КЗ особый интерес представляет вопрос, какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы. Согласно положениям ПУЭ этот показатель зависит от расстояния между контактными зонами и увеличивается с его повышением.

В отдельных случаях, когда сопротивление растеканию тока на землю в слишком высоко, напряжение соприкосновения достигает опасной для человека величины.

Последствия КЗ

К опасным проявлениям межфазного замыкания трехфазной цепи (как и однофазного) относят последствия, связанные с протеканием в линии токов предельно больших значений. Они закономерно становятся причиной следующих аварийных ситуаций:

• Возникновение пожара из-за расплавления и сильного нагрева изоляции фазных проводников.
• Выход из строя подключенного к поврежденной линии силового оборудования.
• Электрический удар током человека, случайно оказавшегося на участке аварийного замыкания.

При перемещении в этой зоне важно учитывать так называемое «напряжение шага», образующееся из-за растекания тока утечки в почву между ногами человека. Этот показатель отсчитывается между его ступнями при перемещении около упавшего на землю кабеля

Он также может достигать опасного значения, особенно при авариях в высоковольтных воздушных линиях 6,3-10 кВт. Поэтому ПУЭ предписывают передвигаться в этих зонах характерным гусиным шажком: ступня вплотную приставляется к ступне.

Междуфазные замыкание высоковольтной линии: способы защиты

В цепях свыше 1000 Вольт не используют автоматических разъединителей, поскольку при размыкании коммутационной аппаратуры под нагрузкой образуется сильная дуга, для этого используют, например, масляные, вакуумные или элегазовые разъединители.

Для защиты высоковольтных сетей используются релейные схемы. Они не так сложны, как может показаться, но очень логичны. Жила высоковольтного кабеля или шина проходит через трансформатор тока, который измеряет значение тока через магнитное поле вокруг проводника. В зависимости от величины протекающего тока на выводах трансформатора тока появляется напряжение, которое прямопропорционально силе тока в измеряемой цепи. При междуфазном замыкании ток сильно возрастает, после чего входит в работу релейная часть схемы, подавая сигнал на высоковольтные ячейки, вернее на обмотки контакторов и их силовые контакты размыкаются.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Последствия КЗ

К опасным проявлениям межфазного замыкания трехфазной цепи (как и однофазного) относят последствия, связанные с протеканием в линии токов предельно больших значений. Они закономерно становятся причиной следующих аварийных ситуаций:

• Возникновение пожара из-за расплавления и сильного нагрева изоляции фазных проводников.
• Выход из строя подключенного к поврежденной линии силового оборудования.
• Электрический удар током человека, случайно оказавшегося на участке аварийного замыкания.

При перемещении в этой зоне важно учитывать так называемое «напряжение шага», образующееся из-за растекания тока утечки в почву между ногами человека. Этот показатель отсчитывается между его ступнями при перемещении около упавшего на землю кабеля

Он также может достигать опасного значения, особенно при авариях в высоковольтных воздушных линиях 6,3-10 кВт. Поэтому ПУЭ предписывают передвигаться в этих зонах характерным гусиным шажком: ступня вплотную приставляется к ступне.

Основным условием надежной защиты от однофазных и двухфазных замыканий в силовых линиях 220/380 Вольт является качественная изоляция, способная выдерживать тестовые напряжения до 1000 Вольт. Величина ее сопротивления, согласно ПУЭ, должна составлять не менее 0,5 Мом для каждой из фаз. Для предотвращения пожаров и поломок оборудования в цепях питания устанавливаются специальные защитные устройства, обеспечивающие мгновенное отключение линии при появлении КЗ. К таким приборам относят:

• Предохранители линейные автоматические.
• Токовые пробойники и высоковольтные реле.
• Автоматы токовой защиты и другие.

С их помощью удается предотвратить разрушительные последствия фазных замыканий, которые порой происходят по независящим от человека причинам.