Короткое замыкание частичный пробой изоляции между жилами замыкание кабеля

Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах

Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».

Давно хотел написать статью про короткое замыкание. Но все как то не доходили руки.

Сегодня решился, потому как повлияли на меня последние события, произошедшие на распределительной подстанции нашего предприятия.

Ранее в статьях мы говорили, что повреждения в электроустановках вызывают короткие замыкания, или сокращенно, к.з.

Короткое замыкание — это одно из самых тяжелых и опасных видов повреждения.

Вы спросите почему? Читайте ниже.

Википедия на этот вопрос отвечает, что короткое замыкание — это:

А теперь давайте рассмотрим подробно, что же происходит с параметрами электроустановки в момент короткого замыкания.

При возникновении короткого замыкания, напряжение на источнике питания, а правильнее назвать ЭДС, замыкается «накоротко» через небольшое (малой величины) сопротивление кабельных и воздушных линий, обмоток трансформаторов и генераторов. Отсюда и название «короткое замыкание».

В «накоротко» замкнутой цепи появляется ток очень большой величины, который и называется током короткого замыкания.

Классификация коротких замыканий

Рассмотрим классификацию коротких замыканий.

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся фаз:

• трехфазные короткие замыкания
• двухфазные короткие замыкания
• однофазные короткие замыкания

Короткие замыкания разделяются по замыканию:

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:

• в одной точке
• в двух точках
• в нескольких точках (более двух)

Пример

Допустим, что наш потребитель питается с подстанции через воздушную линию (ВЛ) электропередач. Питающая линия является транзитной, поэтому питание потребителя осуществляется отпайкой от линии ВЛ в точке «О».

Пунктирной линией под номером 2 показан уровень напряжения на протяжении всей воздушной линии до возникновения короткого замыкания.

По рисунку видно, что напряжение в любой точке электрической сети равно разнице ЭДС источника питания и падения напряжения в электрической цепи до необходимой нам точки.

Например, напряжение в точке «О» можно рассчитать по формуле:

Uо = E — I*Zo, где

• E — ЭДС источника питания, в нашем случае генератора
• Zo — полное сопротивление воздушной линий от источника питания до точки «О» (состоит из активного и реактивного сопротивления)
• I — ток, протекающий по воздушной линии в данный момент времени.

Аналогично, можно рассчитать напряжение в любой точке нашей воздушной линий.

Предположим, что по каким-либо причинам произошло короткое замыкание на воздушной линии, но за пределами нашей отпайки. Назовем эту точку короткого замыкания буквой «К».

Что же произойдет в момент короткого замыкания?

В момент короткого замыкания по воздушной линии проходит уже не номинальный ток, а ток короткого замыкания большой величины, поэтому возрастает падение напряжения на каждом элементе электрической цепи. А именно на сопротивлении Zo и Zк.

Самое наибольшее снижение напряжения будет в месте короткого замыкания, т.е. в точке «К». В остальных точках воздушной линии, удаленных от места к.з., напряжение снизится чуть меньше (это видно на рисунке — линия под номером 1).

В одной из своих статей я привел наглядный пример расчета токов короткого замыкания. Переходите по ссылочке и знакомьтесь с материалами.

Последствия от короткого замыкания

Мы уже выяснили, что в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения, что приводит к следующим последствиям.

1. Разрушения

По закону известного физика Джоуля-Ленца, ток короткого замыкания, протекая по активному сопротивлению электрической цепи в течение некоторого времени, выделяет в нем тепло, которое рассчитывается по формуле:

В точке короткого замыкания это тепло, а также пламя электрической дуги, производят огромные разрушения. И чем больше ток короткого замыкания и время его прохождения по цепи, тем больше будут разрушения.

Чтобы было понятно Вам насколько эти разрушения масштабны, ниже приведу примеры из своей практики.

Короткое замыкание в кабине трансформаторов

Привод переключающего устройства РПН. Короткое замыкание произошло в обмотке асинхронного двигателя

2. Повреждение изоляции

Во время прохождения тока короткого замыкания по неповрежденным линиям, происходит их нагрев выше предельной допустимой температуры, что приводит к повреждению их изоляции.

Активная часть трансформатора. Короткое замыкание произошло по причине повреждения изоляции

Повреждение изоляции кабельной линий привело к короткому замыканию

Короткое замыкание кабеля. Последствия

3. Потребители и электроприемники

Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников электрической энергии.

Например, асинхронный электродвигатель при снижении напряжения сети может вообще остановиться, т.к. момент его вращения может оказаться меньше момента сопротивления и трения механизмов.

Также нарушается нормальная работа и осветительных остановок. Здесь я думаю объяснять не требуется.

Смотрите наглядное видео про причины и последствия короткого замыкания в электроустановке 400 (В) на одной из наших подстанций:

А вот уже случай по-серьезнее — трехфазное короткое замыкание в сети 10 (кВ).

Вот еще фрагменты аварии, которая возникла по причине короткого замыкания в разделке кабеля 10 (кВ):

P.S. В завершении статьи на тему короткое замыкание, хочется подтвердить сказанное в начале своей статьи, что короткое замыкание является самым опасным и тяжелым видом повреждения, которое требует мгновенного и быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.

57 комментариев к записи “Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах”

Где стоял асинхронник, если РПН так разворатило?

Асинхронный двигатель переключающего устройства стоял в приводе в правом нижнем углу. Там видно оставшиеся секции обмоток. При коротком замыкании произошел пожар внутри привода и сгорело абсолютно все.

Чёткая и понятная инструкция, что делать если случается короткое замыкание. Спасибо! Берём вместе с мужем в заметки!

Приехал только что из командировки, здание ТП осело примерно на 30 см, в результате сильных дождей перезамыкало всё что могло (ввод с земли был). Если интересует, могу фото в коллекцию прислать.

Присылайте. С удовольствием размещу их в данной статье.

Одно маленькое короткое замыкание — и такие последствия! Как Вы разбираетесь потом в этих руинах.

Ничего сложного. Все сгоревшее электрооборудование демонтируется, а на его месте монтируется все заново.

Мда… Я в 2007 году видел последствия короткого замыкания в одном студенческом общежитии. Это было полностью выгоревшее крыло здания — чёрные стены, чёрный потолок и покорёженный расплавленный электрощиток. Зрелище жуткое.

На фоне этого меня поразило отсутствие какой-либо пожарной безопасности в том общежитии — я не знаю, что там стояли за автоматы, но при коротком замыкании они по прежнему не срабатывали.

Ещё больше меня поразило то, что у большинства иностранных студентов из Индии, которые учились на 1-м курсе ДГУ, всё понятие об электричестве сводилось к вставлению вилки в розетку и нажатию на кнопки аппаратуры. Всё! И если на шнуре питания будут выглядывать оголённые провода, которые будут ещё и коротить друг с другом, им абсолютно по барабану, на такие вещи они никогда не обращают внимания, даже если прямо на глазах у них бахнет в момент включения прибора в розетку, они не знают, что нужно делать.

И вот однажды прямо на моих глазах так и произошло — один студент из Индии захотел включить электрокипятильник, на котором у рукоятки провод был повреждён, и вставил вилку в розетку. Тут как бахнет с яркой вспышкой, смотрю на студента, тот сидит перепуганный, не знает что делать, я ему кричу «выдёргивай из розетки. » Вилку он выдернул, ну а свет в комнате конечно же не погас, т.е. никакой защиты от короткого замыкания не было либо она не сработала.

Студент из Индии смотрит на меня перепуганным взглядом и спрашивает, что произошло ? Я показываю ему на чёрную от сажи розетку, вилку и на чёрный обугленный провод в месте короткого замыкания. Тут и выяснилось, что он ничего не знал на эту тему, попытался ему объяснить, что такое короткое замыкание, чем оно грозит, и почему нужно всегда обращать внимание на отсутствие повреждений проводов всего того, что включается в розетку.

М-да, жесть…и не только из Индии, половина Азии в том числе.

Источник

Основные методы определения мест повреждения (ОМП)

Неизбежные материальные и финансовые потери, к которым приводит выход из строя кабельной линии (КЛ), заставляют искать наиболее эффективные, минимизирующие эти потери, способы устранения повреждений. Правильный выбор метода и оборудования для поиска мест повреждений определяют эффективность решения поставленной задачи, т.е. максимальную вероятность правильного определения места повреждения и минимальное время, затрачиваемое на это. Причины появления дефектов в кабелях весьма разнообразны. Основные из них: механические или коррозионные повреждения, заводские дефекты, дефекты монтажа соединительных и концевых муфт, осушение изоляции вследствие местных перегревов кабеля и старение изоляции.

Основные виды повреждений силовых кабелей

• однофазное замыкание на «землю»;
• межфазное замыкание; межфазное замыкание на «землю»;
• обрыв жил кабеля без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
• заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий (заплывающий) при номинальном напряжении.

Классификация методов ОМП

Виды повреждений и основные методы поиска

Виды повреждений	Схема повреждения	Переходное сопротивление, Ом	Дистанционный метод	Топографический метод	Оборудование для определения мест повреждений
Замыкание фаз на оболочку кабеля		Rп 4	Мостовой	Акустический, накладная рамка	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
			Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-105М1, КП-500К
	100 4		Петлевой (мостовой)	Акустический	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
		Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический	РЕЙС-105М1, КП-500К
		100 4	Мостовой	Акустический, индукционный	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
	Замыкания между фазами		Rп 10 6	Импульсный, колебательного разряда	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» ,ПА-1000А, КП-500К
	Rп > 10 6	Импульсный, колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70 , ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
	0 Rп 3	Импульсный	Акустический, индукционный	РЕЙС-105М1, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А, КП-500К
Заплывающий пробой		Rп > 10 6	Колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А

Дистанционные (относительные) методы

• Импульсный метод заключается в том, что в кабельную ли­нию посылаются электрические импульсы (зондирующие импуль­сы), которые, распространяясь по линии, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда были посланы. По времени прохождения импульса до неоднородности и обратно, которое пропорционально рассто­янию до него вычисляют расстояние. Можно определить рассто­яние до места повреждения, обрыва жилы, длину кабеля, Можно определять расстояния до неоднородностей, муфт, однофазных и междуфазных повреждений кабеля.
• Емкостный метод возможно использовать при обрывах жил кабеля. Расстояние до места обрыва определяется по значе­нию измеренной емкости жил КЛ. Измерение проводится с помо­щью мостов переменного тока. Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в ме­сте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения падает ниже допустимого значения.
• Метод колебательного разряда используется при опре­делении расстояния до мест однофазных повреждений с переход­ным сопротивлением в месте повреждения порядка 10-100 килоом. С помощью высоковольтной испытательной установки на поврежденной жиле кабеля поднимается напряжение до пробоя. Короткое замыкание в заряженной жиле кабеля приводит к по­явлению электромагнитных волн, которые распространяются от места пробоя в месте дефекта к началу и к концу кабельной линии. Анализируя эпюры напряжения колебательного процесса можно вычислить расстояние до дефекта.
• Волновой метод используется, в том случае, если сопро­тивление в месте повреждения составляет от нуля до сотен килоом. Осуществляется метод следующим образом. При пробое разрядника высоковольтной выпрямительной установки в линию посылается высоковольтная электромагнитная волна от заряжен­ного конденсатора, которая создает пробой в месте повреждения кабельной линии, что вызывает волновой колебательный процесс в цепи конденсатор-линия. При достижении электромагнитной волной, посланной от конденсатора, места повреждения произой­дет пробой в случае, если сопротивление в месте повреждения не равно нулю Ом, после чего отраженный от повреждения фронт волны вернется к месту посылки — конденсатору, отразится от него и вернется к месту повреждения. Если сопротивление в месте повреждения близко к нулю, разряда не произойдет и волна отраз­ится от короткого замыкания. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не затухнет. С помощью измерений времен­ной зависимости напряжения на зажимах кабеля во время коле­бательного процесса, можно установить время, за которое волна достигнет места пробоя, и рассчитать расстояние до него.
• Петлевой метод основан на измерении сопротивления току жил кабеля (как правило, с помощью моста). Используется при определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции. Точность определения расстояния до места поврежде­ния невелика и составляет около 15% измеряемой длины.

Топографические (абсолютные) методы

• Акустический метод поиска основан на прослуши­вании над местом повреждения звуковых колебаний, возни­кающих в месте повреждения в момент искрового разряда от электрических импульсов, посылаемых в кабельную линию.
• Потенциальный метод поиска основан на фиксации на поверхности грунта вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ в земле токами.
• Индукционный метод поиска основан на контроле магнитного поля вокруг кабеля, которое создается протекающим по нему током от специализированного генератора. Оценивая уровень магнитного поля, определяют наличие КЛ и глубину ее залегания, а по характеру изменения и уровню поля определяют место повреждения. Этот метод применяется для непосредственного отыскания на кабеле мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на «землю», обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на «землю», для определения трассы кабеля и глубины его залегания, для определения местоположения соединительных муфт.

Рассмотрим основные свойства и характеристики предъявляемые к поисковой аппаратуре

• Высокая избирательность приемника. Этот параметр обеспечит электрическую помехозащищенность, позволяющую успешно проводить поиск при наличии мощных источников регулярных помех.
• Высокая чувствительность приемника. В совокупности с высокой избирательностью обеспечит поиск коммуникаций со слабым сигналом на большой глубине.
• Качество и временная стабильность выходного сигнала генератора. Это обеспечит и необходимую избирательность, и достаточную помехозащищенность. Кроме того, сигнал генератора не будет влиять на работу другой электронной аппаратуры.
• Достаточно большая выходная мощность генератора, позволяющая работать на глубоко (до 10 метров) залегающих и протяженных (до нескольких десятков километров) КЛ. Это требование является совершенно необходимым для российских условий. Также мощный и надежный генератор с большим выходным током допустимо использовать в качестве устройства дожига кабеля.
• Высокая надежность генератора, обеспечивающая неограниченное время работы на активную и реактивную нагрузку в диапазоне от короткого замыкания до холостого хода с возможными резкими изменениями по величине.
• Высокие эксплуатационные характеристики. Минимальный диапазон рабочих температур эксплуатации: от -30 °С до +40 °С.
• Достаточный набор рабочих частот генератора и частотных каналов приемника, обеспечивающий гарантированное выполнение функций трассопоиска и определения мест повреждений.
• Универсальность, т.е. возможность работать индукционным, акустическим и потенциальным методами. Желательное свойство, позволяющее минимизировать необходимый комплект оборудования.

Все вышеуказанные свойства и характеристики позволяют с максимальной эффективностью, т.е. с минимальными затратами времени, средств и гарантированным результатом проводить поиск мест повреждений КЛ.

В наши дни поиск места повреждения кабеля осуществляется с помощью современных поисковых комплектов. Профессиональные поисковые комплекты, такие как, например, КП-500К, КП-250К и КП-100К позволяют в кратчайшие сроки выполнять поиск места дефекта и определить глубину залегания кабеля.

Источник