Ненормальным, аварийным режимом работы электросети является замыкание электрических проводников или как его еще называют - короткое замыкание (КЗ). Это опасное явление может произойти как в сетях постоянного тока, так и переменного. Рассмотрим, какие бывают режимы короткого замыкания переменной сети, чем они опасны и из-за чего возникают.
Виды коротких замыканий
Итак:
- Межфазное замыкание происходит при участии двух фаз или всех трех проводников, в трехфазных цепях.
- Однофазное замыкание возникает между фазным и нулевым проводником, или же на землю, металлический корпус устройства. В системах с глухозаземленной нейтралью понятие КЗ на землю и выражение замыкание на ноль, обозначает одно и тоже.
Также рассмотрим, где возникают замыкания в электроустановках:
- При повреждении изоляции проводников, изолирующих прокладок и контакте с корпусом.
- При попадании влаги между проводами и изоляцией. В этом случае создаются условия для прохождения тока и возникновения мостика для пробоя на корпус или между фазами.
- В электрических машинах. КЗ может произойти как на корпус (при потере изоляции обмотки «пробой на землю»), так и внутреннее замыкание, замыкание между витками. Витковое замыкание трудно обнаружить обычными приборами. Только во время работы одна из фаз более нагружена, в результате чего происходит перегрев обмотки, двигатель начинает греться сверх нормы. Перегрев электродвигателя приводит к повреждению изолирующего лака, далее происходит пробой на корпус или межфазное замыкание и возгорание электрической машины.
- Электрические трансформаторы. Процесс происходит аналогично электродвигателям.
- В распределительных устройствах ВРУ. В разъединительных и автоматических устройствах. Выключатели, пускатели, контакторы и прочее электрооборудование.
- На линиях высокого напряжения.
Причины возникновения КЗ
Также важно рассмотреть причины, вызывающие межфазное замыкание. Это в первую очередь загрязнение устройства, попадание посторонних металлических предметов, инструменты, образование токопроводящей пыли на поверхности изоляторов. Из этого следует, что нахождение посторонних предметов внутри устройства приведет к КЗ, межфазному замыканию или пробою на корпус устройства.
В случае, если корпус не имеет защитного соединения с землей, опасный потенциал окажется на корпусе, что может привести к электротравматизму, при прикосновении человека к поверхности устройства.
Замыкание через металл возникает, когда разноименные токопроводы соединяются между собой через металлический предмет. Это может быть инструмент, часть металлоконструкций, обрушившихся на проводники, и прочие металлические предметы. В этом случае не возникает электрической дуги, и весь ток проходит по металлическим проводникам. Его сила ограничивается только внутренним сопротивлением кабеля и трансформатора, а также частей, к ним примыкающих.
Если между токопроводами есть воздушный зазор, но между ними произошло КЗ, такое явление называют дуговым замыканием. Оно может произойти при неосторожном измерении напряжения или касанием шин, и перемыканием пространства с образованием устойчивой электродуги.
Ток при таком замыкании намного меньше, чем в металлическом, обусловлен переходными процессами в плазме дуги.
Тлеющее замыкание возникает на изоляторах. При загрязнении, проходящий ток разогревает участок КЗ, и в дальнейшем может самоустраниться высушив участок, либо же развиться до дугового пробоя.
При полупроводниковом КЗ, пробое диодного моста или тиристора, симистора, замыкание развивается как металлическое. Величина тока ограничена только элементами схемы и цепи в ней.
Во время короткого замыкания ток через участок соприкосновения и проводники стремиться к бесконечности, к максимально высоким значениям. Это в свою очередь приводит к разогреву места контакта и разрушению изоляции и самих проводников. Как правило, короткое замыкание происходит хаотично, и нарастает лавинообразно, вплоть до возгорания и пожара на участке.
Способы защиты от КЗ
Для ограничения и предотвращения КЗ в цепях 220/380 вольт устанавливаются плавкие вставки, предохранители или автоматические выключатели.
При превышении установленного тока в цепи, перегорает плавкая вставка предохранителя и участок сети обесточиваться. Автоматический выключатель размыкает контакты, предотвращая возрастание тока в цепи и аварийное развитие ситуации. Автоматические выключатели реагируют не только на большой ток короткого замыкания, но и на ток перегрузки, который вызывает нагрев проводников и в перспективе разрушение изоляции и дальнейшем КЗ. Данный элемент автомата называют тепловым расцепителем.
Для ограничения величины ударного тока короткого замыкания между фазами, в кабельных и воздушных линиях устанавливают реакторы. По своей сути это дроссель или катушка, которая своим индуктивным сопротивлением ограничивает величину тока.
В сетях выше 1000 вольт используются масляные, вакуумные или элегазовые выключатели. Эти устройства предотвращают появление дуги при разъединении контактов под нагрузкой.
В высоковольтных сетях для защиты используются релейные схемы. Жила кабеля или шинопровод проходят через трансформатор тока, который измеряет ток в проводнике и в зависимости от значения дает сигнал на релейную схему. Она в свою очередь управляет приводом выключателя. При КЗ ток через трансформатор возрастает многократно, защитное реле реагирует на этот импульс и отключает высоковольтную нагрузку.
В заключение хочется отметить, что короткое замыкание - это опасное явление и пренебрегать средствами защиты не стоит. Поскольку основная причина пожаров по статистике, является короткое замыкание в сети. При этом электротравматизм по причине не соблюдения правил безопасности и эксплуатация устройств и электропроводки стоит на первом месте. Поэтому не стоит экономить на безопасности и пренебрегать элементарными правилами безопасности.