Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах

korotkoe_zamykanie_короткое_замыкание

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.

Что же такое короткое замыкание?

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

korotkoe_zamykanie_короткое_замыкание

Определение прочитали.

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.

korotkoe_zamykanie_короткое_замыкание

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:

  • с землей
  • без земли

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:

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

Пример

Рассмотрим 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».

korotkoe_zamykanie_короткое_замыкание

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

Вспомним немного физику.

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:

korotkoe_zamykanie_короткое_замыкание

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:

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.  

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


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

  1. Алексей:

    Где стоял асинхронник, если РПН так разворатило?

  2. Админ:

    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.

  3. Татьяна:

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

  4. Алексей:

    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.

  5. Админ:

    Присылайте. С удовольствием размещу их в данной статье.

  6. Елена Метелева:

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

  7. Админ:

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

  8. Александр:

    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.

  9. Админ:

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

  10. edals:

    У Вас небольшая описка —

    Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем.

  11. Oyma:

    Кады кз произошло и видны его следы,это еще хорошо,а вот когда сработала защита и фидер погас,попробуй найти место КЗ,на многокилометровой линии с подстанциями,и трансами…

  12. Алексей:

    Электролаборатории, нет?

  13. Oyma:

    Re Алексей:
    Электролаборатории есть,для поиска повреждения кабеля еще есть чето,прожиг,акустика полуработающая..а для ВЛ ничего нет:)че хошь то и делай….

  14. Ирина:

    Дмитрий, я немного отойду от темы сайта. Просто хочу поздравить с сегодняшним событием. Сайту год — это надо отметить!!! Успехи налицо… Так что только дальнейшего продвижения и без замыканий…

  15. Админ:

    Ирина, большое спасибо за поздравления!!! Буду и дальше радовать своих читателей полезными статьями.

  16. Алексей:

    Присоединяюсь к поздравлениям!

  17. Админ:

    Спасибо, Алексей.

  18. Владимир:

    Скажите, пожалуйста, в каком нормативном документе можно найти значение коээфициента С для формулы S=P*L/c*∆U (расчет проводов по заданной потере напряжения). В программе «Электрик» это значение равно «44″, в интернете по различным курсовым работам, и в имеющиеся литературе — С равно 50.

  19. Админ:

    Владимир, последний раз с этим коэффициентом сталкивался в университете. При расчете проводов по заданной потере напряжения — коэффициент С я брал из справочников (вроде Федеров А.А.). Точно не помню — сейчас поищу. Он у меня дома в 2 томах имеется.

    А вот нашел данные из своих же курсовых, коэффициент С: 72,4 — трехфазные сети 380/220 (В) медными проводами, 44 — трехфазные сети 380/220 (В) алюминиевыми проводами, 12,1 — однофазная сеть 220 (В) медными проводами, 7,4 — однофазная сеть 220 (В) алюминиевыми проводами.

  20. Владимир:

    большое спасибо

  21. Антон:

    А что же все-таки произходит на атомарном уровне при коротком замыкании??? Вразумительных ответов Яндекс и Гугл ответ не дают.

  22. Админ:

    Антон, интересный вопрос. Но на него я правильно ответить не смогу. Его лучше переадресовать физикам-химикам.

  23. Сантёр-электромонтёр:

    Ай да красивые бывают шаровые молнии!…

  24. Иван:

    Сайт оч,хороший много полезной инфы,грамотно всё описанно !!! Спасибо вам!!!!!

  25. ?рск:

    Касаясь вопроса «что происходит на «атомарном» уровне во время КЗ», хочу пояснить. При КЗ происходит все так же как и в обычном, нормальном режиме, отличие лишь в величине протекающего тока в проводниках, последствия этого — высокая температура токоведущих частей эл. аппаратов, возможное расплавление, возникновение термоэлектронной эмиссии и переход ОКЗ в ДКЗ или ТКЗ — в следствии возникновения эл. дуги и динамических нагрузок, ну а процессы эл.дуги на атомарном уровне прекрасно описаны учеными изучающими природу молнии и эл. разрядов (частичных разрядов), прочитав данный материал Вы обязательно сложите для себя всю мозаику процесса.

  26. Антон:

    Спасибо! Постараюсь разобраться.

  27. Иван:

    Сам помню, когда в 2007-ом летом в пристройке с трансформаторами пожар возник. Валил густой чёрным дым. Без света сидели полсутки. И это в Москве!

  28. Аноним:

    Из данной статьи можно сделать определенный вывод.

    При замыкании фазного провода на нулевой — напряжение просаживается, а не исчезает вовсе, и навряд ли оно будет просаживаться до безопасного значения для человека, и соответственно при любой системе заземления безопасность
    человека от прикосновения к зануленному корпусу электрооборудования,- с пробоем фазы на корпус,- может обеспечить только срабатывание реле тока (соответствующего номинала).

    Не значит ли это, что человека может обезопасить от травмы только связка
    заземление-реле тока?

    Если я в чём-то ошибаюсь, то поправьте меня.

  29. Бейбит:

    В детстве захотелось получить хлор из раствора поваренной соли. Нашел кусок провода с двух сторон оголенными концами, засунул пару проводов в раствор соли, а другую в розетку — вспыхнул зеленое пламя в растворе соли и что-то вроде хлопка, но я успел вытащить концы провода с розетки. Дома не сработали предохранители. А что было бы если у меня смелости хватило бы дальше держать?

  30. Бейбит:

    Еще один вопрос: если по каким-то причинам случится короткое замыкание между проводами в воздушной линии в виде дугового разряда- провода оплавятся?

  31. Админ:

    Бейбит, у Вас просто были завышены номиналы автоматов, либо стояли «жучки» в предохранителях, поэтому при коротком замыкании они и не сработали своевременно. Если бы провода держали дальше, то здесь три варианта развития событий, либо аппараты защиты в Вашем щитке сработали, но с чуть большим временем, либо сработал вводной автомат защиты (по селективности), либо выгорели и оплавились провода от длительно-протекающего по ней тока КЗ и возможно случился пожар.

  32. наталия:

    спасибо!очень интересно,еще бы узнать как выглядят первичная и вторичная обмотки тра_ра.

  33. Админ:

    Наталия, будет время — разберу какой-нибудь старый ТТ и покажу Вам.

  34. Мария:

    Добрый день! У меня подозрения на КЗ. На работающую электроплитку попал шнур от блендера, который был включён в розетку, шнур расправился и произошло взрывной хлопок маленький. Автомат сразу включился, есть ли надежда что если изолентой замотать этот провод, то блендер будет работать?

  35. Алексей:

    Мария, даже если внутри блендера ничего не сгорело, то шнур обязательно надо заменить.

  36. Андрей:

    нет надежды нет надо вскрыть оболочку в месте где расплавилось и посмотреть изоляцию проводов, развести по отдельности и заизолировать так чтобы оголенные участки друг с другом не соприкасались, после должен работать

  37. Мария:

    Спасибо, посмотрели провода, «развести по отдельности и заизолировать», это я понимаю по отдельности красный и синий провода, а не их маленькие жилки))) если да, то тогда всё хорошо, автоматы быстро сработали и сами проводки еле задело даже черного нет ничего только точечка маленькая. и так как провод плавился он опять заплавил их пораздельности, и я просто замотала это место изолентой чтобы наверняка, попробовала включить всё работает

  38. виталий:

    Здрасте подскажите пожалуйста.У меня вчера на счетчике сгорел питающий кабель со стояка я его когда менял я не чайно докоснулся до нуля))) на счетчике.Ну и канечно жи была короткое.Но когда я все по своим местам прикрутил счетчик заработал.и даже моргает лампочка вычисления нагрузки.А про это Я хочу узнать может ли после короткого замыкания он правильно вычислять употребления тока?. Спасибо заранее

  39. Админ:

    Виталий, счетчики и прочие электротехнические устройства проходят испытания на стойкость к коротким замыканиям. Если после Вашего КЗ счетчик исправно работает (считает электроэнергию без погрешности), то значит Вам повезло — можете дальше его эксплуатировать. Если не знаете, как самостоятельно проверить счетчик, то можете вызвать инспектора — он безвозмездно проверит его.

  40. Юра:

    Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, если возникает кз между тремя фазами или между тремя фазами и землей, что будет происходить с автоматами. Они сразу сгорают или просто сработают ??? спасибо.

  41. Админ:

    Юра, если автомат выбран правильно, то при коротком замыкании он сработает и отключит поврежденный участок цепи.

  42. Александр:

    Здравствуйте. На втором изображении, последнем рисунке неточность в описании- это система с глухозаземлённой нейтралью.

  43. Денис:

    Доброго времени суток.

    Про КЗ кстати:

    Сферический конь в вакууме:

    Напряжение сети -220 вольт , однофазная, 1 кабель марки ВВГнг/LS (плоский) качественного производителя, не старый 1,5 квадрата, нагрузка: 1 кВТ, защита: автомат класса С Шнайдер на 10А, кабель проложен в ПВХ гофре (серой, НГ) диаметром 16мм, поверх надета металлическая гофра чуть большего диаметра.

    Вариант прокладки:
    1). По негорючему основанию , до сгораемого материала: примерно 10см
    2). По сгораемому основанию , но под гофру дополнительно подложена металлическая полоса толщиной 0,2-0,3мм выступающая на 0,5см с каждой стороны гофры.

    Вопросы:

    При КЗ при 1-ом варианте прокладки может ли дуга от КЗ прожечь насквозь обе гофры , перескочить 10см воздуха и воспламенить сгораемый материал ?

    При КЗ во 2-ом вариант прокладки, дуга может прожечь обе гофры и металлическую полосу под ними и зажечь сгораемое основание ?

    При повышении температуре кабеля может ли кабель раскалить металлическую гофру, а потом уже стальную пластину до красного каления и поджечь сгораемое основание или раскалить гофру и металл. пластину не до красна , но существенно и в течение длительного времени и тем самым вызвать пиролиз сгораемого основания под пластиной с последущим возгоранием ?

  44. ПАВ:

    Денис, возможны все варианты, в т.ч. и невозможные, все зависит от степени наполнения стакана электрика и рассказчика.

  45. Алена:

    Добрый день! Видела вопрос про коэффициент С для расчета S=P*L/c*∆U, вопрос следующий если однофазная нагрузка несимметрично питается от трехфазной сети 380/220, проложенной шлейфом медным проводом, то какой коэффициент С брать?

  46. Луиза:

    Здравствуйте! Подскажите пожалуйста кто-нибудь встречал или слышал о коротком замыкании при помощи лезвия, которую подложили в розетку? Были ли случаи пожара при таком коротком замыкании?

  47. Админ:

    Луиза, это что за террор такой при помощи лезвия? Предположим, что подложить лезвие, то будет КЗ. Если номинал защитного автомата выбран правильно, то он сработает и отключит эту линию — до пожара дело и не дойдет. А вот если номинал у автомата не правильный или он неисправен, то при КЗ начнет греться весь кабель, пока не отгорит в слабом месте — вот в таком случае и есть большая вероятность возникновения пожара.

  48. Игорь:

    Добрый день. Дмитрий, восполните пожалуйста мне пробелы в знаниях, если это возможно, я не могу разобраться: при коротком замыкании идут токи большой величины. Допустим, при напряжении 220 вольт сопротивление проводов один ом. Тогда сила тока будет I = U / R, то есть 220 ампер. Но если в эту сеть поставить лампочку сто ватт, она же потребит всего I = P / U, то есть 0,45 ампер, правильно? Чем лампочка принципиально отличается от металлической проволоки?

  49. Алексей:

    Игорь, у вольфрама при нагревании сильно увеличивается удельное сопротивление

  50. ПАВ:

    Оно не только увеличивается, у меди это тоже происходит, оно изначально больше- у меди 0,017 мкОм*м, у вольфрама 0,055 мкОм*м при 20 С, а вот с нагревом медь увеличивает сопротивление на 0,4% на градус С, вольфрам в разы- 0,904 мкОм*м при 2700 гр.С

  51. Мдщь:

    Вне зависимости от толщины проводов и нагрузки, «правильные» строители ставят все автоматы на 40 ампер! (А шоб не выбивало)

Оставить комментарий