Какое короткое замыкание классифицируется как однофазное. Однофазные замыкания на землю. Воздействие межфазного замыкания на электрооборудование и людей

Однофазные замыкания на землю - это такое повреждение на линиях электропередачи , при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ являются очень распространенным видом повреждения, на однофазные замыкания на землю приходится 70- 90% электрических повреждений. .

Сценарии ошибок и влияние защитных мер

Возможности транзита на практике не совсем справедливы, но это довольно проблема с очень крупными установками, а в сфере собственности на жилье это играет незначительную роль. Класс защиты 1: фазу и нейтральный провод нельзя трогать снаружи. Только защитный проводник зажимается на электропроводящем корпусе и поэтому может быть затронут.

Существуют разные типы ошибок, но не каждая ошибка опасна для людей. Лестница должна различать активные и пассивные лестницы. Активные проводники токоведущие и используются для работы электрического оборудования для транспортировки энергии. В случае тостера, фазные и нейтральные проводники являются активными проводниками. Пассивные проводники являются защитными проводниками. В случае с тостером это защитный проводник, который соединен с электропроводящим корпусом.

Сама по себе передача электроэнергии производится по специальным трехфазным электрическим цепям высокого напряжения. Одна из особенностей транспорта электроэнергии заключается в наличии нейтрального провода в схеме, который представляет из себя общую точку источников питания трехфазной электрической системы, также называемой нейтралью. Процессы, протекающие в сети при возникновении такого замыкания, значительным образом зависят от режима работы нейтрали данной сети.

Неисправность заземления: короткое замыкание между активным и пассивным проводником. Поэтому можно сказать, что активные проводники необходимы только для работы устройства или электрической системы, а также для пассивных проводников для защиты здоровья и жизни.

Например, в заключении между двумя этапами, неинтересно для здоровья человека, срабатывает ли защитное устройство в течение 10 мс или 10 секунд. Эта ошибка называется блокировкой фазы. Кроме того, заключение между фазой и нейтральным проводником, также известное как классическое короткое замыкание, неинтересно для здоровья.

В сетях с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания на землю замыкается через емкости неповрежденных фаз. Его значение невелико и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. Это позволяет эксплуатировать сеть, не отключая повреждения данного вида незамедлительно. Но в таком случае изоляция оборудования будет стареть намного быстрее, и это может привести к более опасному явлению - короткому замыканию, которое требует немедленного отключения поврежденного участка сети.

Единственное заземление - это трансформатор. Если происходит замыкание на землю, как показано на рисунке, Например, если зажим фаз ослаблен в моем тостере, и провод может выскользнуть, а затем подключиться непосредственно к корпусу, ток течет следующим образом.

Каждая из этих точек представляет собой резистор, который соединен последовательно, за исключением заземляющего проводника. Они также называются петлевыми резисторами. Только сопротивление контура ограничивает ток в случае неисправности. Поскольку трансформатор и предохранители имеют незначительное сопротивление линиям, мы рассматриваем только сопротивление линии. В этом случае считается, что участок дефекта идеален, то есть практически нет сопротивления. Таким образом, линии представляют собой единственную нагрузку через ошибку.

В сетях с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием . Ток повреждения в данном случае замыкается через заземленные нейтрали первичного оборудования и имеет значительную величину. Такое повреждение требует немедленного обесточивания поврежденного участка. Учитывая данную особенность, то выбор оптимального типа нейтрали является сложной технико-экономической задачей. В России данная задача нашла решение в таком виде, что распределительные сети уровнем 6-35 кВ эксплуатируются в изолированном от земли режиме нейтрали источников питания, а сети более высокого уровня напряжения эксплуатируются в режиме, когда нейтраль напрямую связана с землей – глухозаземленный и эффективный режим нейтрали. Причины однофазных замыканий на землю Износ или повреждение изоляции оборудования - основная причина возникновения ОЗЗ. Изоляция может быть нарушена по разным обстоятельствам. Это может произойти как вследствие внешнего механического повреждения, так и по причине старения.

Факторы, влияющие на работу защит

Таким образом, два линейных резистора приводят к делителю напряжения, состоящему из двух идентичных резисторов. Одно и то же напряжение падает на два резистора. Это явно выше предела контактного напряжения, 50 В, как уже было описано выше. То есть, когда человек прикоснется к этому корпусу, пока возникает эта ошибка, это может серьезно пострадать, так как предохранитель также требует нескольких миллисекунд. Вот почему в каждом доме требуется отдельная система заземления.

Теперь два земных трансформатора и моя земля подключены параллельно дома и, таким образом, представляют собой гораздо меньшее сопротивление в делителе напряжения, чем у фазы. Меньшее сопротивление означает также меньшее падение напряжения, и поэтому у меня на моем корпусе нет 115 В больше.

Последствия ОЗЗ

1. Опасность для жизни

Единственным путем протекания тока однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью является емкостная связь между фазными проводами линий и землей. В зависимости от разветвленности сети емкостной ток может находиться в пределах от 0,1 до 500 ампер. Что достаточно, чтобы представлять опасность для животных и людей, находящихся рядом с местом замыкания, по этой причине данные замыкания нужно выявлять и отключать, так же, как это делается и в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Замыкания на землю и заземления

К сожалению, на практике это редко бывает. Проблема заключается в том, что высокий ток, который должен протекать, для быстрого запуска предохранителя, также должен протекать через это место повреждения. Также провод, который разрывается, видит это время.

На следующем рисунке показано приложение. В нормальном случае - без ошибок в устройстве - этот ток почти такой же. Этот небольшой ток может быть достигнут без проблем в случае неисправности, и риск того, что человек будет значительно уменьшен снова из-за возможных возникающих высоких сопротивлений на участке дефекта, так как контактное напряжение продолжает падать. Таким образом, вы можете сказать, что если произошла ошибка, весь поток должен течь по моей земле дома. У заземляющего электрода также есть сопротивление между фактической землей и землей.

2. Риск двойного короткого замыкания

В большинстве случаев возникает дуговое замыкание на землю, которое может носить прерывистый характер. В таком случае, в процессе дугового замыкания возникают перенапряжения между элементами подключенными к фазам сети и землей, превышающие в 2-4 раза номинальное фазное напряжение. Оборудование в сети с изолированной нейтралью рассчитано, на длительную работу максимум только на линейное напряжение. Изоляция в процессе замыкания может не выдержать таких перенапряжений и возможны возникновения пробоя изоляции в любой другой точке сети и тогда замыкание развивается в двойное короткое замыкание на землю.

То, что это сопротивление не должно быть бесконечно высоким, должно быть ясным. Можно также вычислить это сопротивление, которое должно иметь не менее земли. Это простое применение закона Ома. Максимальное контактное напряжение 50 В делится на наибольший ток в электрической системе. Поставщик энергии гарантирует сопротивление заземления менее 1 Ом на трансформаторной станции. Предположим поэтому, что сопротивление заземления трансформатора составляет 0, 6 Ом, а сопротивление заземления дома составляет 5 Ом, получается полное сопротивление 0, 54 Ом.

3. Преждевременный износ оборудования

В процессе развития и ликвидации ОЗЗ в трансформаторах напряжения возникает эффект феррорезонанса, что с высокой вероятностью приводит к их преждевременному выходу из строя.

Учитывая все вышеизложенные факторы, данные замыкания должны идентифицироваться релейной защитой, и поврежденная линия должна селективно отключаться.

Поэтому дома также достаточно высокое сопротивление заземления, чтобы обеспечить надлежащее и безопасное выключение в случае неисправности. Здесь два излучателя не подключены параллельно. Однако это низкое сопротивление заземлению достигается только с очень большими усилиями. В основном также несколько, потому что в противном случае существует проблема, которая всегда равна полному дому без всякой необходимости, если возникает ошибка.

Проблемными являются те области, где имеется очень плохая почва в отношении потенциала земли. Таким образом, большее напряжение падает на это высокоимпедансное соединение, и остается меньше напряжения контакта. Расстояние также играет роль в импедансе петли. Техника безопасности не имеет каких-либо сетевых недостатков или преимуществ над другой.

Защита от ОЗЗ

Факторы, влияющие на работу защит

Вид замыкания (металлическая связь, замыкание через переходное сопротивление, замыкание через дугу);
Устойчивость замыкания (устойчивые и неустойчивые: прерывистое замыкание и замыкание через перемежающуюся дугу);
Наличие небалансов в сети;
Переходные процессы схожие с процессами при ОЗЗ (включение линии, наводка от других ЛЭП при ОЗЗ на них и т.д.).

Виды защит от ОЗЗ

Виды защит от ОЗЗ подразделяются на два больших класса - это индивидуальные и централизованные защиты.

Индивидуальные защиты

Такой вид защиты считается достаточно простым, но при этом часто дает ложное срабатывание.

Подвиды индивидуальных защит:

токовая защита нулевой последовательности;
токовая направленная защита нулевой последовательности;
защита по активной мощности нулевой последовательности;
защита нулевой последовательности на токах высших гармоник;
защита, реагирующая на наложенный ток.

Среди прочих недостатков индивидуальных защит выделяют вероятность отказа в срабатывании при ОЗЗ через переходные сопротивления, нестабильность состава и уровня высших гармоник в токе НП, снижение чувствительности РЗА, отказ в срабатывании при перемежающихся дуговых ОЗЗ.

Централизованные защиты

Защиты на централизованном принципе лишены недостатков индивидуальных защит, таких как ложные срабатывания, связанные с переходными процессами на неповрежденных линиях. В централизованных защитах в основном применяют сравнение амплитудных или действующих значений токов нулевой последовательности. Для расширения области применения на подстанциях с большим числом присоединений, возможно введение в такие защиты дополнительной информации, которая позволяет произвести отстройку от действия в некоторых сложных режимах, например, получение информации о напряжении нулевой последовательности с другой секции шин подстанции может повысить чувствительность. Представителем таких защит являются защиты типа Геум, которые используют в своей работе несколько алгоритмов: штатный алгоритм, алгоритм суммарного тока, фазный и логические алгоритмы.

Подвиды централизованных защит:

централизованная защита с поочередным опросом каналов;
централизованная защита с параллельным опросом каналов;
централизованная защита с параллельным синхронизированным опросом каналов.

Межфазное замыкание является аварийным режимом работы электрической сети. Оно возникает при электрическом соединении между разноименными фазами при ухудшении изоляции между ними, механических повреждениях или ошибках при эксплуатации.
Кроме межфазных замыканий различают однофазные замыкания, происходящие когда соединяются между собой ноль и фаза. Соединение фазного проводника с землей называется замыканием на землю.
Замыкания происходят в электроустановках, имеющих как заземленную нейтраль, когда нулевой проводник связан с контуром заземления, так и изолированную, где он изолирован от земли на всем протяжении. Они могут возникнуть между двумя фазами, тремя фазами с нулем или без него.
Замыкания могут возникать в любом месте электрической сети. Им подвержены:

опорные и проходные изоляторы, на которых устанавливаются токопроводящие шины;
обмотки электрических машин: силовых трансформаторов, электродвигателей и генераторов;
силовые кабельные линии;
воздушные линии электропередач;
изолирующие элементы коммутационной аппаратуры: выключатели, разъединители, рубильники, колодки предохранителей, ;
потребители электрической энергии, например, электронагреватели, конденсаторные установки.

В различных ситуациях замыкания протекают по-разному. Различают:

«металлические» замыкания, при которых соединение проводников двух фаз имеет малое сопротивление, исключающее образование дуги и искр;
замыкание через дугу , образующееся в случае наличия между замкнутыми проводниками воздушного зазора;
«тлеющее» замыкание, характерное для кабельных линий, загрязненных изоляционных поверхностей, когда ток между фазами идет через участок с небольшим сопротивлением, разогревая его;
замыкание в полупроводниковых элементах при их пробое.

Для защиты от междуфазных замыканий в электроустановках 380/220 В применяются:

автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем (автоматы);
плавкие предохранители.

Для защиты электроустановок с напряжением более 1000 В применяется комплекс устройств, называемый релейной защитой. Он включает в себя датчики тока (трансформаторы тока), напряжения (трансформаторы напряжения), реле защиты и управляемые силовые коммутационные элементы.
Реле защиты бывают электромеханическими, полупроводниковыми или микропроцессорными. Задача коммутационного элемента (масляного, вакуумного или элегазового выключателя) – обеспечить отключение поврежденного участка по команде от устройства защиты. При этом он должен выдержать отключение тока короткого замыкания.

Токи межфазного замыкания

Важной электрической характеристикой короткого замыкания является его ток. При проектировании электроустановок его обязательно рассчитывают по определенной методике для нескольких точек. Делается это для того, чтобы правильно выбрать параметры электрооборудования и установки защитных устройств: токи отсечки автоматических выключателей и характеристики срабатывания релейной защиты.
На величину тока короткого замыкания (КЗ) оказывают влияние следующие факторы:

Расстояние от точки замыкания до источников электроэнергии. Чем ближе замыкание от мощных трансформаторов, генераторов, тем ток замыкания больше;
Вид, сечение и протяженность соединительных кабельных и воздушных линий, соединяющих источник питания с точкой КЗ. Количество и характеристики коммутационных аппаратов в этой цепи и их техническое состояние. При расчете все эти данные преобразуют в эквивалентное сопротивление сети. Зная мощность источника электроэнергии, рассчитывают ток КЗ;
Вид межфазного замыкания: при металлическом замыкании ток наибольший, его и рассчитывают при проектировании. При дуговом замыкании ток меньше. Но если дуга неустойчива и постоянно то гаснет, то загорается вновь, возникают переходные процессы, приводящие к кратковременному превышению расчетных токов.

При «тлеющем» замыкании ток намного ниже расчетного, что делает невозможным реакцию защитных устройств на его появление. Тлеющее замыкание может внезапно перейти в дуговое или металлическое, сработает защита, но при повторном включении ток снова окажется за порогом чувствительности. Поиск места повреждения электрооборудования в данном случае затруднен и без измерения изоляции или испытаний повышенным напряжением невозможен.

Итак, чем дальше замыкание происходит от источника питания, тем меньше величина его тока. Объясняется это тем, что каждый кабель, распределительный щиток или воздушная линия увеличивают величину эквивалентного сопротивления электрической сети. По закону Ома при увеличении сопротивления нагрузки ток в цепи уменьшается.

Это позволяет реализовать селективное отключение поврежденных участков электрической сети. Автоматический выключатель на вводе в квартиру при номинальном токе 16 А и характеристикой «С» имеет ток срабатывания электромагнитного расцепителя 80 – 160 А. Ток замыкания, превышающий 160 А гарантированно приведет к его отключению. Но тока короткого замыкания в квартире вряд ли хватит для отключения выключателя на трансформаторной подстанции, питающей весь дом, отключающегося при 500А. И его даже не заметит защита кабельной линии, питающей подстанцию.

Воздействие межфазного замыкания на электрооборудование и людей

Когда возникают межфазовые замыкания, они разрушают электрооборудование или срывают режим его работы. При прохождении тока замыкания по токоведущим частям они одновременно испытывают динамическое и термическое воздействия.

Динамическое воздействие возникает при очень больших токах, в основном это имеет значение на мощных подстанциях, электростанциях и линиях электропередач энергосистемы. Связано это с тем, что проводники с током, расположенные на некотором расстоянии друг относительно друга, в зависимости от направления этих токов либо притягиваются, либо отталкиваются. Сила этого взаимодействия прямо пропорциональна величине токов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

При мощных авариях шины распределительных устройств взаимодействуют между собой с такой силой, что ломаются изоляторы, на которых они установлены. Обмотки электрических машин вырывает из пазов, а кабели извиваются, как змеи. Поломки токопроводов могут привести к возникновению дополнительных замкнутых участков, что делает аварийную ситуацию глобальней.

При проектировании все электрооборудование обязательно проверяют на то, чтобы оно выдержало ток КЗ без разрушения. У каждого электроаппарата есть заявленный в паспорте производителем ток динамической устойчивости, который должен быть больше расчетного тока КЗ.

Термическое воздействие заключается в нагреве проводников в процессе прохождения токов КЗ. Они превращаются в нагревательные элементы, на которых выделяется тепло. Мощность, выделяемая коротким замыканием на участке цепи пропорциональна его сопротивлению, помноженному на квадрат тока.

Все выпускаемое электрооборудование имеет помимо паспортной величины динамической устойчивости еще термическую устойчивость. Она тоже должна проверяться по расчетным параметрам КЗ, в которые дополнительно входит еще и время воздействия.

Когда в квартире возникает межфазное замыкание, бытовые автоматические выключатели срабатывают почти мгновенно. А вот время отключения защитных аппаратов в распределительных устройствах не может быть равно нулю. Тогда они могут срабатывать группами, что приведет к массовым отключениям и затруднению поисков поврежденных участков. Чем ближе к потребителю защитный аппарат, тем меньше время его срабатывания. Вышестоящий аппарат является его резервом, он сработает при токе КЗ, если нижестоящий его не отключит. Но время работы у него чуточку больше.

На участках, защищаемых аппаратами с выдержкой времени существует больше шансов, что шины или провода при КЗ будут расплавлены. Но и при мгновенном отключении разогреться оборудование успевает очень сильно.

Еще одним фактором воздействия межфазного замыкания на электрооборудование и людей является электрическая дуга. Она разогревает поверхности, с которыми соприкасается, до нескольких тысяч градусов. При таких температурах плавятся все использующиеся в электротехнике металлы. За время срабатывания защит порой выгорает несколько метров шин, пережигаются пополам кабельные линии.

Электрическая дуга выделяет тепло и в окружающее пространство. При наличии рядом горючих материалов может произойти пожар. Загореться может иизоляция кабелей и трансформаторное масло, использующееся в электроаппаратах для охлаждения или гашения дуги при коммутации.

Если рядом находятся люди, они могут пострадать или от ожогов сетчатки глаза из-за ослепляющего воздействия дуги, или получить другие ожоги. Такие ожоги трудно вылечить, так как они сопровождаются металлизацией: во все стороны летят брызги расплавленного металла. Осложнения возникают при загорании одежды на пострадавшем, которая вспыхивает мгновенно.

Поэтому при работе в действующих электроустановках безопасности уделяется особое внимание. Попасть под действие электрической дуги можно только при ошибках при выполнении переключений, подготовке рабочего места или нарушении технологии производства работ. Оказаться в месте, где замыкание возникло само по себе из-за пробоя изоляции, на практике нереально.

При КЗ напряжение в точке его возникновения существенно снижается. Происходит это в силу того же закона Ома: напряжение на участке цепи пропорционально току через него и его сопротивлению. Поскольку сопротивление в месте КЗ намного ниже, чем во всей остальной цепи до источника питания, то каким бы большим не был ток, напряжение все равно резко уменьшится. Это приводит к дополнительным проблемам: в остальной части электроустановки отпадают пускатели электродвигателей, сбоят электронные устройства, системы компьютерного управления. Поэтому на важных энергетических объектах системы управления и контроля за работой электрооборудования питаются от независимого источника электроэнергии (аккумуляторной батареи), а компьютерные системы обязательно имеют ИБП.

Профилактика межфазных замыканий

Частота возникновения КЗ в любых электроустановках зависит от следующих факторов:

возраста эксплуатируемого электрооборудования;
своевременности и качества выполнения планово-предупредительных ремонтов (ППР);
соблюдения режимов работы электрооборудования;
квалификации обслуживающего персонала.

На предприятиях всегда ведется статистический анализ всех аварийных отключений. На основании его делаются выводы, позволяющие предотвратить возникновение похожих инцидентов. Кроме того, каждое предприятие имеет собственный план модернизации электрооборудования, предусматривающий замену старых, физически и морально устаревших устройств на новые, современные.