Короткі замикання та їх класифікація. Наслідки КЗ на реальних прикладах

Добрий день, шановні читачі сайту «Нотатки електрика».

Давно хотів написати статтю про коротке замикання. Але все якось не доходили руки.

Сьогодні зважився, бо як вплинули на мене останні події, що відбулися на розподільчій підстанції нашого підприємства.

Раніше в статтях ми говорили, що пошкодження в електроустановках викликають короткі замикання, або скорочено, к. з.

Коротке замикання — це одне з найбільш важких і небезпечних видів пошкодження.

Ви запитаєте чому? Читайте нижче.

Що ж таке коротке замикання?

Вікіпедія на це питання відповідає, що коротке замикання — це:

Визначення прочитали.

А тепер давайте розглянемо детально, що ж відбувається з параметрами електроустановки в момент короткого замикання.

При виникненні короткого замикання, напруга на джерелі живлення, а правильніше назвати ЕРС, замикається «накоротко» через невелике (малої величини) опір кабельних і повітряних ліній, обмоток трансформаторів і генераторів. Звідси й назва «коротке замикання».

У «накоротко» замкнутому ланцюзі з’являється струм дуже великий величини, який і називається струмом короткого замикання.

Класифікація коротких замикань

Розглянемо класифікацію коротких замикань.

Короткі замикання розділяються за кількістю замкнулися фаз:

• трифазні короткі замикання
• двофазні короткі замикання
• однофазні короткі замикання

Короткі замикання розділяються по замикання:

• з землею
• без землі

Короткі замикання розділяються за кількістю замкнулися точок у мережі:

• в одній точці
• в двох точках
• у декількох точках (більше двох)

Приклад

Розглянемо приклад.

Припустимо, що наш споживач живиться з підстанції через повітряну лінію (ПЛ) електропередач. Яка лінія є транзитною, тому харчування споживача здійснюється отпайкой від лінії ВЛ в точці «Про».

Пунктирною лінією під номером 2 показаний рівень напруги на протязі всієї повітряної лінії до виникнення короткого замикання.

З малюнку видно, що напруга в будь-якій точці електричної мережі дорівнює різниці ЕРС джерела живлення і падіння напруги в електричної ланцюга до необхідної точки.

Наприклад, напруга в точці «О» можна розрахувати за формулою:

Uо = E — I*Зо, де

• E — ЕРС джерела живлення, в нашому випадку генератора
• Zo — повне опір повітряної ліній від джерела живлення до точки «Про» (складається з активного і реактивного опору)
• I — струм, що протікає по повітряній лінії в даний момент часу.

Аналогічно, можна розрахувати напруження в будь-якій точці нашої повітряної ліній.

Припустимо, що з якихось причин сталося коротке замикання на повітряній лінії, але за межами нашої отпайки. Назвемо цю точку короткого замикання літерою «К».

Що ж станеться в момент короткого замикання?

У момент короткого замикання по повітряній лінії проходить вже не номінальний струм, а струм короткого замикання великої величини, тому зростає падіння напруги на кожному елементі електричного кола. А саме на опорі Zo і Zк.

Найбільше зниження напруги буде в місці короткого замикання, тобто в точці «До». В інших точках повітряної лінії, віддалених від місця к. з., напруга знизиться трохи менше (це видно на малюнку — лінія під номером 1).

В одній зі своїх статей я навів наочний приклад розрахунку струмів короткого замикання. Переходьте за ссилочку і знайомтеся з матеріалами.

Наслідки від короткого замикання

Ми вже з’ясували, що в момент короткого замикання відбувається різке збільшення величини струму і зниження напруги, що призводить до таких наслідків.

1. Руйнування

Згадаймо трохи фізику.

За законом відомого фізика Джоуля-Ленца, струм короткого замикання, протікаючи по активному опору електричної ланцюга протягом деякого часу, виділяє в ньому тепло, яке розраховується за формулою:

В точці короткого замикання це тепло, а також полум’я електричної дуги, виробляють величезні руйнування. І чим більше струм короткого замикання і час його проходження по ланцюжку, тим більше будуть руйнування.

Щоб було зрозуміло Вам наскільки ці масштабні руйнування, нижче наведу приклади зі своєї практики.

Коротке замикання в кабіні трансформаторів

Привід перемикаючого пристрою РПН. Коротке замикання сталося в обмотки асинхронного двигуна

2. Пошкодження ізоляції

Під час проходження струму короткого замикання за неушкодженим лініях, відбувається їх нагрівання вище граничної допустимої температури, що призводить до пошкодження їх ізоляції.

Активна частина трансформатора. Коротке замикання сталося через пошкодження ізоляції

Пошкодження ізоляції кабельної ліній призвело до короткого замикання

Коротке замикання кабелю. Наслідки

3. Споживачі і електроприймачі

Зниження напруги при короткому замиканні порушує нормальну роботу споживачів і електроприймачів електричної енергії.

Наприклад, асинхронний електродвигун при зниженні напруги мережі може взагалі зупинитися, т. к. момент його обертання може виявитися менше моменту опору і тертя механізмів.

Також порушується нормальна робота і освітлювальних зупинок. Тут я думаю пояснювати не потрібно.

Дивіться наочне відео про причини і наслідки короткого замикання в електроустановці 400 (В) на одній з наших підстанцій:

А ось вже випадок по-серйозніше — трифазне коротке замикання в мережі 10 (кВ).

Ось ще фрагменти аварії, яка виникла внаслідок короткого замикання в розбирання кабелю 10 (кВ):

P. S. На завершення статті на тему коротке замикання, хочеться підтвердити сказане на початку своєї статті, що коротке замикання є самим небезпечним і важким видом ушкодження, яке вимагає миттєвого і швидкого реагування і відключення пошкодженої ділянки ланцюга.