Последствия замыкания
Растекание тока в сетях с изолированной нейтралью возможно лишь через провод, находящийся в прямом контакте с грунтом. Самый близкий пример такой ситуации – искусственный заземлитель.
Стекание тока
Аварийное замыкание фазы на грунт приводит к тому же эффекту, в результате которого происходит резкое уменьшение потенциала проводника относительно земли.
В указанной ситуации такой провод формально превращается в одиночный заземлитель.
Напряжение в точке контакта понижается до значения, соответствующего произведению протекающего через неё тока на величину сопротивления почвы его растеканию.
Это явление очень полезно с точки зрения уменьшения опасности при случайном повреждении линии. Одновременно с этим понижение потенциала фазы приводит к ряду нежелательных последствий.
Одно из негативных последствий – эффект распределения потенциала по поверхности земли вблизи от зоны контакта. Вследствие этого в точках, по-разному удалённых от заземляющей конструкции, появляются различные по величине потенциалы, образующие перепады напряжения, опасные для попавших в эту зону людей.
Это обстоятельство послужило причиной введения такого показателя, как «напряжение шага», определяемого разностью потенциалов между его ступнями при передвижении в границах опасной зоны.
В связи с тем, что снижение потенциала по мере удаления от точки контакта происходит по экспоненте – максимальное напряжение шага наблюдается вблизи от неё. Минимум этой величины проявляется на участках, достаточно удаленных от эпицентра аварии.
Характер распределения тока замыкания на землю, величина сопротивления растеканию и распределение потенциалов на опасном участке – все эти показатели зависят от геометрических параметров образовавшегося соединения. Существенное влияние на них оказывает и состояние грунта в момент аварии (повышенная влажность, сухость или другие факторы).
Возникновение дуги
Ещё одним последствием замыкания фазного проводника на землю является образование электрической дуги, в процессе горения которой выделяется большое количество тепла и наблюдается ионизация воздуха. Это создаёт условия, способствующие появлению в линейных межфазных цепях короткого замыкания.
Прерывистый характер дуги, образующейся при замыкании на землю, приводит к появлению значительных перенапряжений величиной до 3,2 Uф.. С целью снижения амплитуды ёмкостных токов, увеличения времени восстановления напряжения на аварийной фазе, а также ограничения перенапряжений при последующих зажиганиях дуги в цепях устанавливается специальный дугогасящий реактор.
Последствия двойного замыкания на землю
При возникновении какого-либо замыкания на землю велика вероятность повышения фазных напряжений до линейных, что чревато выходом из строя огромного количества потребителей. Но, как показала практика, аварийные ситуации возникают всегда, это могут быть как природные катаклизмы, так и человеческий фактор, например, при строительстве или автокатастрофе.
Предугадать момент всплеска энергии в сети из-за замыкания невозможно, точно также как невозможно и не допустить прохождения импульса высокого напряжения к потребителям. Только индивидуальная защита поможет избежать неприятностей, связанной с поломкой техники из-за высоких скачков напряжения.
Замыкания в высоковольтных сетях
В сетях с высоким уровнем напряжения, например, на 6-30 кВ, может происходить как минимум два типа замыкания:
- Металлическое, приводящее к увеличению напряжения в остальных фазах на корень из 3;
- Дуговое, повышает напряжение в других фазах на ¾ и при этом может повредить сразу несколько кабелей, если они проложены рядом.
В обоих случаях в результате резкого повышения температуры до 1000 и более градусов прогорает изоляция на всех рядом расположенных кабелях, что может привести к дополнительным аварийным ситуациям
Поэтому важно соблюдать технологию прокладки высоковольтных линий
Способы защиты сетей
Для исключения возможности возникновения однофазного замыкания контролируют данные с трансформаторов тока нулевой последовательности. А для защиты от двойных и тройных замыканий на землю применят двухступенчатые токовые системы защиты. Первая представляет собой токовую отсечку, обычно не имеет задержки по времени и является мгновенной. Вторая ступень – это максимальная токовая защита с некоторой задержкой, которая зависит от тока в сети.
В более сложных линиях электропередач с двухсторонним питанием дополнительно в качестве защиты применяют специальное реле направления мощности.
Элементы защиты от замыкания
Основным элементом защиты от короткого замыкания на землю являются токовые трансформаторы нулевой последовательности, обозначаемые аббревиатурой ТНП. С ним в паре применяются токовые реле, например, типа РТ3-50.
Трансформатор может быть общий на три фазы, выполненный на одном магнитопроводе, а могут использоваться и раздельные элементы контроля тока, связанные между собой контролирующими схемами.
Сигнал с ТНП, исходящий со вторичной обмотки, представляет собой утроенное значение величин тока в каждой из фаз в отдельности и равное соотношению 310/К1, где К1 – это коэффициент трансформации.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Замыкание обмотки якоря на корпус
Такого рода замыкание происходит из-за механических повреждений изоляции. Причинами механических повреждений являются: наличие в пазах выступающих листов активной стали и заусенцев, тугое заполнение паза, неплотная укладка обмотки в пазы, отчего провода под действием центробежных сил при вращении перемещаются в пазу, ослабление бандажей и другое.
Кроме механических повреждений изоляции, причинами замыкания на корпус могут явиться увлажнение изоляции, попадание в пазы и лобовые части припоя, сильный и длительный перегрев машины, распайка соединений и другое.
Замыкание обмотки якоря на корпус можно обнаружить контрольной лампой (рисунок 1, а
). При проверке лампу присоединяют одним концом к сети, а другим к коллектору. Второй (свободный) конец сети присоединяют к валу якоря. Загорание лампочки свидетельствует о замыкании обмотки на корпус. Для такой проверки можно пользоваться также мегомметром.
Рисунок 1. Проверка замыкания обмоток на корпус.а
— контрольной лампой; б
— мегомметром: 1
— мегомметр; 2
— коллектор; 3
— вал; 4
— подставка
Место замыкания обмотки на корпус можно определить по схеме, приведенной на рисунке 2.
|
Рисунок 2. Определение места замыкания обмотки на корпус.а |
В схеме, приведенной на рисунке 2, а
, питание от источника постоянного тока подключают к щеткам через предохранитель П
. Ток регулируют реостатом R
. Щуп одного из проводов от милливольтметра mV
присоединяют к сердечнику или валу якоря, а другим касаются любой пластины коллектора. Источником тока может служить аккумуляторная батарея или сеть постоянного тока напряжением 220 или 110 В. При отыскании повреждения достаточен ток 6 — 8 А. Милливольтметр берут со шкалой до 50 мВ.
При петлевой обмотке присоединение к коллектору производят в двух диаметрально противоположных точках. При волновой обмотке соединение к пластинам производят на расстоянии половины шага по коллектору.
При замыкании на корпус в петлевой обмотке стрелка прибора покажет отклонение, равное сумме падений напряжений в секциях, оказавшихся между секцией, замкнутой на корпус, и той, к которой присоединен щуп (рисунок 2, б
, положение I
— сплошная стрелка). Щуп, присоединенный к коллектору, передвигают в одну и другую стороны. При его приближении к замкнутой на корпус секции показания прибора будут уменьшаться (положение II
— пунктирная стрелка), так как будет уменьшаться число секций, на которых измеряется падение напряжения. Когда щуп будет соединен с секцией, которая замкнута на корпус, стрелка милливольтметра станет на нуль (положение III
). Если двигать щуп дальше, то стрелка прибора отклонится в обратную сторону (положение IV
).
При проверке волновой обмотки наименьшие показания будут давать пластины коллектора, либо непосредственно замкнутые на корпус, либо замкнутые на корпус через секции обмотки.
Место замыкания определяют также «прослушиванием» обмотки (рисунок 2, в
). Для этого аккумуляторную батарею и зуммер 3
присоединяют к валу якоря и любой коллекторной пластине. К валу присоединяют также один вывод телефона 1
; другой вывод его перемещают по коллектору 2
. Чем ближе перемещаемый проводник к замкнутой пластине или секции, тем слабее шум в телефоне. При касании проводником замкнутой на корпус секции шум исчезает.
Если указанные выше способы не дают положительных результатов, то приходится путем распайки делить обмотку на части и проверять мегомметром каждую часть в отдельности. При обнаружении замыкания в одной из частей обмотки ее продолжают делить на части до тех пор, пока не будет обнаружена секция, замкнутая на корпус.
Замыкания на корпус устраняют следующим образом:
- если замыкание произошло в местах выхода секций из пазов, то вгоняют под секцию небольшие клинья из фибры, бука или другого изоляционного материала;
- если замыкание произошло в пазовой части секции, то секцию переизолируют или заменяют новой;
- при отсыревании обмотки ее прослушивают;
- если обнаружено замыкание пластин на корпус, то следует произвести ремонт коллектора с разборкой.
Средства защиты
По регламенту «Охраны труда» рабочие должны соблюдать меры защиты и передвигаться по зоне в диэлектрических ботах, иметь при себе диэлектрические перчатки, изолирующие штанги, измерители напряжения, монтажные инструменты с изолирующими рукоятками.
Что касается работников электрических профессий самым основным риском является работа без наряда допуска. Когда вы знаете, что должно быть отключено и где заземлено, вы можете работать безопасно.
Помимо наряд-допуска существует оценка риска, которая поможет вам сориентироваться на объекте и избежать опасности. Оценка риска — это документ, в котором указан предполагаемый ущерб здоровью и жизни работника, связанный с производством работ на объекте.
Похожие материалы:
В завершении жизненная мудрость. Будьте осторожны и соблюдайте технику безопасности, это поможет вам спасти вашу жизнь. Всегда смотрите не только по сторонам, но и под ноги, тем более, если находитесь в знакомой вам местности, порой за ночь может все измениться.
Источник
Понятие «короткое замыкание»
Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, что не предусмотрено нормальным режимом работы цепи и приводит к критичному росту силы тока в месте соединения.
Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.
По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)
Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.
Электрическая схема нормального режима работы (a) и короткого замыкания (b)
Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.
Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе
А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.
Дополнительный проводник замыкает цепь
Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.
Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.
При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.
Виды коротких замыканий
Схемы кз
Короткие замыкания в быту:
- однофазные – происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
- двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
- трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;
Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.
Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома
В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:
- Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
- Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
- Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.
В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.
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.
Методики обнаружения короткого замыкания
Если автоматический выключатель сработал, то самого худшего удалось избежать. Затем возникает вопрос, как найти короткое замыкание в проводке квартиры. Не следует паниковать. Есть шанс, что обнаружить неисправность удастся самому без вызова специалиста. Поиск короткого замыкания в квартире делится на четыре простых шага:
- Визуальный осмотр.
- Метод исключения.
- Обнаружение по звуку и запаху.
- Применение специальных измерительных приборов.
Визуальный осмотр
Не факт, что точка КЗ находится в стене. Обычно неисправность лежит на поверхности. Ее возможно заметить невооруженным глазом и оперативно устранить.
Необходимо осмотреть удлинители. Особенно в местах, где кабель изгибается и подключена штепсельная вилка. Часто один провод отрывается от положенного места и болтается в воздухе. Ничем не закрепленный фазный контакт способен коснуться нулевого, и привести к замыканию. Далее — розетки. Провода могут так же отвалиться и попасть в неположенное место.
Визуальный осмотр электропроводки в частном доме
Метод исключения
Если простой осмотр не помог, придется перейти к методу исключения. Главное — понять, из-за чего происходит срабатывание автомата. Следует вспомнить, при каких обстоятельствах произошло короткое замыкание. Если конфуз случился в момент, когда включали утюг в розетку, то проблема в нем. Если нет, следует поочередно отключать бытовые приборы, пока срабатывание автоматического выключателя не прекратится.
Если абсолютно все приборы отключены от сети и везде выключен свет, то придется перейти к следующему этапу
Важно не забыть проверить устройства, которые всегда подключены к розетке (холодильники, телевизоры)
Дополнительная информация. Вы никогда не найдете короткое замыкание, которого нет. Старые автоматические выключатели подвержены ложным срабатываниям. То есть, в проводке нет КЗ, а автомат живет своей жизнью и отключает квартиру без ведомых на то причин. Перед поиском замыкания не помешает убедиться в адекватности работы устройств защиты, узнать наверняка, почему срабатывает автоматический выключатель.
Обнаружение по звуку и запаху
В момент короткого замыкания высвобождается много энергии. Она не уходит бесследно. Часто на проблемном участке греются провода, плавится изоляции, образуется дым и пахнет гарью. Если замыкание неустойчивое, то при подаче напряжения в точке КЗ будет происходить яркая вспышка с искрами и хлопок. Ее интенсивность такова, что не заметить это явление практически невозможно даже в скрытой проводке.
Этот и предыдущий способы требуют периодического повторного включения напряжения. Оно, в свою очередь, снова приведет к замыканию. Проводить такие эксперименты желательно минимальное количество раз и хотя бы с какими-то знаниями и опытом подобных работ. Если есть возможность, то разумнее вызвать профессионального электрика. Он, скорее всего, придет с мультиметром или мегомметром.
Применение специальных измерительных приборов
Метод требует электротехнического образования. Точка замыкания ищется с помощью измерительных приборов:
- мультиметра;
- мегомметра;
- индикаторной отвертки;
Проверка электропроводки с помощью мультиметра Эти устройства позволяют прозвонить электрическую сеть квартиры и определить, на каком именно участке имеется точка с ненормально низким сопротивлением между фазным и нулевым (заземляющим) проводником. Наиболее эффективным для поиска КЗ является мегомметр. Но гораздо безопаснее применять мультиметр в режиме диодной прозвонки. Если на его выводы подключен участок проводки с коротким замыканием, то прибор пищит.
Закон Джоуля-Ленца
Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи
где
Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.
I – сила тока в этой цепи, А
Rн – сопротивление нагрузки, Ом
t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , секунды
Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.
То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.
Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.
