Що таке міжфазне коротке замикання і як захиститися від нього?

Чи не буде великим перебільшенням твердження про те, що такий нештатний режим роботи електромережі, як коротке замикання відомий навіть тим, хто не вивчав основи електротехніки. Сьогодні ми пропонуємо розглянути окремий випадок цього явища – міжфазне замикання. З матеріалів нашої статті Ви дізнаєтеся, особливості даного виду КЗ і викликані ним наслідки. На завершення ми розглянемо способи захисту електромережі від різних видів замикань.

Що таке міжфазне замикання?

Це аварійний режим роботи електромережі, викликаний електроконтактом різнойменних фаз. Як приклад наведемо типові види замикань.

позначення:

  1. Трифазні КЗ.
  2. Замикання двох фазних проводів.
  3. КЗ на землю при двофазному замиканні.
  4. Фазна (однофазне) КЗ. Замикання може відбуватися з землею або нульовим проводом в системах з ізольованою або заземленою нейтраллю.

Як видно з малюнка, під визначення міжфазного замикання підходить пункт 2. Зауважимо, що при певних умовах 1 і 3 також можна розглядати як окремий випадок межфазного КЗ.

Де виникає і чому?

Теоретично КЗ може утворитися в будь-якій точці мережі. Цей процес носить випадковий характер, за винятком тих випадків, коли коротке замикання викликається примусово, за допомогою короткозамикача для оперативного відключення високовольтних ліній електропередач.

Ненавмисне КЗ може виникнути в наступних місцях:

  • На ізоляторах, як прохідних, так і опорних, використовуваних для струмоведучих частин.
  • Між фазними обмотками електричних машин і електромагнітних пристроїв, наприклад, трансформаторів струму, двигунів або генераторів.
  • У повітряних і кабельних лініях електропередач.
  • У комутаторах електричних ланцюгів, наприклад, роз’єднувачах, рубильниках, автоматичних вимикачах і т.д.
  • У ланцюгах обладнання або інших споживачів електроенергії.

Причини КЗ можуть бути викликані різними умовами, перерахуємо найбільш поширені електричні з’єднання:

  • Металевий контакт міжфазних напруг з мінімальним перехідним опором і винятком електричної дуги.
  • Дугові замикання. Між фазними провідниками протікають сильні струми навантаження навіть при повітряному зазорі.
  • Тліючі КЗ, як правило, виникають в силових КЛ при руйнуванні або пошкодженні ізоляції струмопровідних ліній. В результаті на ділянці мережі між фазними провідниками може утворитися зона з малим опором, що призводить до перегріву ізоляції.
  • Пробій силових напівпровідникових елементів, наприклад, тиристорів.

Струм межфазного КЗ

При будь-якому вигляді замикання струм є основною характеристикою аварійного режиму роботи трифазної мережі. Его необхідно брати до уваги при розробці електрообладнання, для чого застосовується спеціальна методика, опис якої можна знайти на нашому сайті.

Розрахунок струму КЗ крім електропристроїв також необхідний для вибору характеристик апаратів, які виробляють захисне (аварійне) відключення, наприклад автоматичні вимикачі або системи релейного захисту.

Перерахуємо фактори, від яких залежить струм КЗ:

  • Видалення аварійної ділянки від джерела живлення. Чим більше відстань між ними, тим меншим буде рівень струму КЗ.
  • Тип, перетин струмоведучих елементів і довжина силових магістралей між аварійною ділянкою і джерелом електроенергії. При цьому важливе вплив надають параметри і стан комутаторів, розташованих в даному колі. Перераховані вище характеристики ланцюга дозволяють розрахувати еквівалентний опір навантаження, необхідне для визначення струму замикання.

Звернемо увагу, що вид електричного з’єднання при КЗ впливає на величину струму замикання. Спостерігається наступна залежність:

  • Металевий контакт фазних напруг утворює найбільшу величину струму. Саме тому при проектуванні електрообладнання проводяться розрахунки для даного електричного з’єднання.
  • Дугове КЗ утворює менший струм. Але на практиці можна часто спостерігати нестійку дугу, тобто, періодично запалювати і загасаючу, що призводить до утворення перехідних процесів. Вони, в свою чергу, можуть спричинитися до перевищення розрахункових характеристик струму КЗ.
  • Тліюче КЗ утворює рівень струму істотно менше розрахункового, що може негативно відбитися спрацьовуванні автоматів захисту. На практиці спостерігалися випадки, коли даний вид замикання ставав дуговим або утворював металевий контакт, викликаючи спрацьовування АВ. Але після включення лінії електричне з’єднання знову поверталося до стану тліючого замикання, неї распознаваемое АВ. У таких випадках для розпізнавання аварійної ділянки необхідно подати на лінію підвищена напруга або провести вимір опір ізоляції.

наслідки

Міжфазні КЗ можуть не тільки відбитися на режимах роботи електропристроїв, ні і стати причиною їх виходу з ладу. Крім цього струмопровідні елементи піддаються як термічної, так і динамічному навантаженні. Остання характерна для потужних енергосистем, в яких спостерігається притягання або відштовхування струмопровідних елементів. Ця взаємодія залежить від напрямку струму.

При аварії високовольтних ланцюгів динамічне навантаження може привести до руйнування ізоляторів, що підтримують токопроводной магістралі, що тільки погіршує ситуацію.

Термічна навантаження проявляється у вигляді нагріву провідників при проходженні по ній струму замикання. В результаті струмопроводи стають, в буквальному сенсі, нагрівальними елементами.

Не менш небезпечним вражаючим чинником при міжфазному КЗ є утворення електродуги, що надає негативний вплив як на людину, так і обладнання. Вона здатна протягом мікросекунд нагріти поверхню контакту до 4000 ° С – 10000 ° С, а в деяких випадках і більше. Відповідно, при такій високій температурі плавиться практично всі металеві елементи. Нерідко до спрацьовування захисту дуга встигає перепалити струмопровідні шини.

Електродуги не тільки нагріває як місце контакту, так і навколишній її простір. Якщо поруч з нею розташовані горючі матеріали, то ймовірність пожежі істотно збільшується.

Опік, викликаний дугою, складно піддається лікуванню. Це пов’язано з тим, що дрібні бризки розплавлених металів осідають на шкірі, утворюючи ефект металізації. Характерно, що на практиці випадково потрапити під вплив дуги практично нереально. Як правило, причина криється в порушенні ТБ, технологічних процесів, а також інших помилок, пов’язаних з впливом людського фактора.

До негативних наслідків КЗ також варто віднести зниження рівня напруги на аварійній ділянці. Це створює ряд додаткових проблем, що виявляються у вигляді збоїв в роботі обладнання, підключеного до даної мережі. Наприклад, відключаються магнітні пускачі, спрацьовує захист блоків живлення електронних систем, підвищується робочий струм електродвигунів і т.д.

способи захисту

Ми вже розглядали раніше способи захисту від КЗ, але з огляду на актуальність даної теми, буде корисним нагадати про них. У побуті для цих цілей використовуються автоматичні вимикачі, вбудована в них електромагнітний захист реагує на струми замикання, і знімає навантаження при міжфазних, однофазних і інших замиканнях.

Селективність пристроїв захисту в побутових і розподільних мережах дозволяє локалізувати аварійну ділянку, залишивши підключеними споживачів, які живляться від непошкоджених фаз.

Для захисту електроланок з класом напруги понад 1-го кіловольта не застосовуються АВ або аналогічна комутаційна апаратура. Це пов’язано з тим, що навіть при нормальних режимах роботи величина навантаження може привести до утворення дуги, з якої не впораються дугогасящие котушки. Саме тому в високовольтному обладнанні застосовується релейний захист, керуюча вакуумними, олійними та елегазовими роз’єднувачами.

профілактика

Незважаючи на те, що освіта замикання носить випадковий характер, застосовуючи ряд профілактичних заходів, можна трохи знизити ймовірність його виникнення. До таких заходів належать:

  • Своєчасна заміна електрообладнання, у якого закінчився термін експлуатації.
  • Регулярне проведення планово-попереджувальних ремонтів. При таких процедурах можна своєчасно виявити і усунути пошкодження ізоляції струмоведучих ліній, міжвиткові замикання первинних або вторинних обмоток трансформатора та інші несправності.
  • Електрообладнання необхідно експлуатувати в штатному режимі, перевантаження істотно знижує його ресурс.
  • Відповідна підготовка і регулярний інструктаж обслуговуючого і електротехнічного персоналу.