Короткое замыкание — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать при нарушении изоляции токоведущих элементов или вследствие механического соприкосновения элементов, работающих без изоляции. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Короче говоря, защита от короткого замыкания является частью защиты от перегрузки по току. На рисунке 1 показана взаимосвязь между различными видами защиты по току. Защита от замыкания на землю, короткая защита рук и межфазная короткая защита относятся к защите от короткого замыкания.
Рисунок 1: Защита от перегрузки по току и защита от короткого замыкания. Рисунок 2: Пути тока короткого замыкания. Как установить текущий уровень защиты - это ключевой вопрос, независимо от типа чрезмерной ситуации. Чтобы ответить на этот вопрос, следует определить самую слабую часть системы. Это зависит от метода управления, принятого в системе. Высокий ток отключения может привести к размагничиванию двигателя. Три чувствительных излучателя связаны друг с другом, а ток канала протекает через внешний шунтирующий резистор, как показано на рисунке 4.
Виды коротких замыканий
В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:
- Однофазное (замыкание фазы на землю);
- Двухфазное (замыкание двух фаз между собой);
- Двухфазное на землю (2 фазы между собой и одновременно на землю);
- Трёхфазное (3 фазы между собой).
В электрических машинах возможны короткие замыкания:
Рисунок 4: Защита от короткого замыкания с помощью шунтирующего резистора. Он рассчитывает падение напряжения, распределение нагрузки и токи короткого замыкания для радиальных, а также сетчатых сетей и проводит последующую проверку пригодности используемых кабелей и защитного оборудования.
Программное обеспечение предназначено в первую очередь для дизайнеров и инженеров-вычислителей. Версия 3 - это новое поколение программного обеспечения. Он включает новое графическое и вычислительное ядро, новый пользовательский интерфейс. Функции, содержащиеся в версии 2, сохраняются и дополняются новыми функциями. Процедуры вычислений обновляются в соответствии с действующими стандартами.
- Межвитковые — замыкание между собой витков обмоток ротора или статора;
- Замыкание обмотки на металлический корпус.
Методы защиты
Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:
- Ограничивающие ток короткого замыкания:
- Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи
Причины возникновения коротких замыканий
Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.
Параметры сетевых компонентов, база данных компонентов
Языковая версия может быть настроена при первом запуске программы и может быть изменена в любое время позже. Параметры вставленных компонентов необходимо вводить сразу после вставки соответствующего компонента в схему электропроводки. Региональная версия может быть настроена при первом запуске программы и может быть изменена в любое время позже. База данных содержит статьи других производителей, необходимые для выполнения расчета, часто используемые в данном регионе. База данных построена как открытая, и пользователь может добавлять любые компоненты в базу данных, которую он использует в своих проектах. Продукты можно искать в дереве базы данных на основе технических параметров или таблицы данных на основе обозначения типа. После выполнения расчета рассчитанные значения будут отображаться для отдельных компонентов в схеме подключения к сети.
Работа с характеристиками срабатывания
Диалоговое окно с характеристиками отключения показано параллельно с электрической схемой. Выбор защитного устройства из базы данных и отображение его характеристики отключения. Выбор защитного оборудования с сетевой схемы и чертежа его характеристик отключения - возможна выборочная оценка. Если устройство защиты цепи оснащено регулируемыми выходами, можно изменить все доступные параметры.- Передача объектов между проектами через буфер обмена.
- Программное приложение доступно в различных языковых мутациях.
- Также должны быть указаны параметры других компонентов.
- Доступна база данных стандартных компонентов.
- Диапазон продуктов, отображаемых пользователю, зависит от региональной версии.
- Сеть среднего напряжения обеспечивает только питание от силового трансформатора.
- Падение напряжения в узловых точках сети.
- За подсчетом последует отображение списка несоответствующих элементов.
- Диаграмма, показывающая результаты, может быть распечатана.
- После расчета можно создать исчерпывающий отчет о расчете и распечатать его.
Нарушения изоляции вызываются:
1. Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями),
2. Прямыми ударами молнии,
3. Старением изоляции,
4. Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов,
5. Неудовлетворительным уходом за оборудованием.
Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.
Как проверить падение напряжения на длинной линии?
Демоны могут использоваться как исходный пункт для решения конкретной проблемы. Подходит для проверки падения напряжения на длинной линии аналогичным образом для расчета тока короткого замыкания или для проверки времени отключения защитных устройств. Функция настройки страницы позволяет пользователю установить размеры бумаги, на которой будет нарисована сетевая схема. Эта настройка определяет размеры области чертежа, которая будет использоваться для сетевой схемы подключения в окне проекта.
Преднамеренные короткие замыкания
При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты - короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.
Как выбрать символ и как отредактировать свойства символа
Представлены основные методы построения схемы проводки.
Как выбрать устройство из базы данных
Это видео демонстрирует, как выбрать устройство из базы данных и назначить его символу на схеме подключения. Как активировать графическое окно для простого масштабирования. Он защищает нагрузку от коротких замыканий и указывает на уровень соединения, перегрузки и выход. Контроллер панели показывает уровень выходного напряжения, но на самом деле он является необязательным.Тем не менее, дизайнеры должны знать о нескольких факторах, прежде чем использовать его. Во-вторых, автор говорит, что ток короткого замыкания ограничен 38 мА. Но так как отсутствует ток, трудно оценить ток короткого замыкания, поэтому текущий предел должен определяться косвенно.
Последствия коротких замыканий
При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.
Дисплей на передней панели указывает, что выходное напряжение может находиться в диапазоне от 0 В до 8 В, что невозможно. Чем выше выходное напряжение, тем ниже будет выходная мощность. При попытке встретить противоречивые стандарты инженеры могут фактически снизить уровень защиты цепи. Сложная терминология в самих стандартах не помогает.
К защите цепи в коробке панели. Как правило, эти защитные устройства имеют более низкую защиту от короткого замыкания, так как предполагается, что там есть защита ответвлений цепи вверх по течению. Большинство дополнительных защитных устройств с номинальным напряжением 20 А или менее используются в оборудовании, которое подключается к розетке. Тем не менее, когда номинальная мощность непрерывного тока превышает 20 А, или если оборудование имеет «удобную розетку», значение «защита ответвлений» становится размытым.
В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.
При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки. Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.
Несколько лет назад инспекторы не удостоверились в том, что дополнительные защитники промышленного или коммерческого оборудования будут адекватно защищать определенные нагрузки после коротких замыканий. В результате многие местные органы власти начали требовать «защиты ответвлений» в утилитарном оборудовании.
Это увеличивает защиту от короткого замыкания, но снижает защиту от перегрузки. Эта спецификация может привести к сбою двигателя, перегреву изоляции провода, пожарам и катастрофическим коротким замыканиям. Автоматический выключатель «подходит для дальнейшего использования» защищает оборудование во время коротких замыканий и общих перегрузок.
Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.
На самом деле стандарты защиты цепи не так уж трудны. Устройство должно выдерживать испытания на короткое замыкание и работать во время будущих операций перегрузки. В Национальном электрическом кодексе признается «дополнительная максимальная токовая защита», используемая с «устройством перегрузки по току перепада» перед оборудованием. Тестируемое устройство не обязательно должно выдерживать испытание несколько раз, чтобы пройти тест на короткое замыкание.
Проблема защиты цепи
Они могут быть подвергнуты перегрузке в 5 раз выше, чем для общего использования, или в шесть раз выше, чем для пуска двигателя. Применение правильного стандарта защиты не сложно, если у инженеров есть правильный словарный запас. Малый размер, надежность и низкое энергопотребление - это требования к компонентам, используемым для переключения сигнальных выходов в датчиках, блоках управления или измерительных картах. Важной функцией является гальваническая изоляция чувствительной электроники от возможных возмущений на выходной стороне, например. пиков напряжения или сверхтоков, которые могут возникнуть из-за короткого замыкания или неправильного использования.
Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.
Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.
Внутренняя схема а может быть легко проиллюстрирована: на входной стороне переключающего элемента расположен светоизлучающий диод. Этот свет преобразуется в фотонапряжение солнечными батареями, расположенными на расстоянии не менее 4 мм. Защитная цепь расположена на выходной стороне компонента и распознает недопустимо большие токи. Как только возникает опасный ток нагрузки, он распознается защитным блоком и вводится встречная мера. Текущий ограниченный тип распознает переходную сверхтоку и ограничивает ее менее критическим значением.
При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.
Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.
После подачи входного тока цепь нагрузки является проводящей и ток течет через нагрузку. В случае ошибки этот ток увеличивается и обнаруживается защитной схемой. Пример такого случая представлен на рисунке 1. Разграничивая пиковое значение напряжения на выходном сопротивлении реле до максимума 7 В и переменное изменение выходного сопротивления, ток нагрузки начинает колебаться.
Защита от чрезмерной энергии
Короткое значение квадратного значения тока нагрузки уменьшается за счет колебаний выходного сигнала. Это регулируется таким образом, что результирующая потеря мощности не превышает максимально допустимую диссипацию энергии компонента. Таким образом, реле предотвращает чрезмерное увеличение диссипации энергии и повышение температуры в компоненте. Это отличается от обычных устройств с ограничением тока, которые повышают их сопротивление, благодаря чему рассеиваемая мощность поднимается до уровня саморазрушения.
Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:
1. Механические и термические повреждения электрооборудования.
2. Возгорания в электроустановках.
3. Снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.
Устройство защиты от короткого замыкания
Защитная цепь воспринимает короткое замыкание с помощью схемы управления. Ключевым плюсом интегрированной защитной схемы является температурное поведение. С повышением температуры повышается электрическое сопротивление. Поэтому ток нагрузки вызывает более сильное рассеяние мощности в частях цепи и может привести к неисправности. Но из-за повышенных значений резисторов при более высоких температурах падение напряжения в цепи управления возрастает. Защитная цепь реагирует на более низкие токи и, следовательно, имеет отрицательный температурный коэффициент.
4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.
5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.
Электроснабжения зданий и сооружений этому просто недопустимо не уделять пристальное внимание. В настоящее время выход из ситуации ищут путем разработки новых типов , не распространяющих горение, с низким дымо- и газовыделением, не выделяющих коррозионно-активных газообразующих продуктов при горении и тлении и с низкой токсичностью продуктов горения.
Следовательно, он может более эффективно защищать схему нагрузки от увеличения рассеивания и разрушения мощности. Интегрируя защитный механизм в реле, затраты снижаются, развитие схемы ослабевает, а пространство сохраняется. Гальваническое разделение входной и выходной стороны Нет смещения напряжения и малой возможности переключения сигналов Управляемые с низкими входными токами Малые токи утечки Стабильное сопротивление при длительности жизни Небольшой размер, отсутствие предпочтительного положения Вибрация и ударопрочность Отсутствие шума переключения. Они могут использоваться для переключения малых двигателей или источников питания, для сигналов и выходов сигналов в промышленных приложениях или для мультиплексирования измеренных значений или сигналов в шинных системах.
Конечно, можно закатать все жилы кабеля в слюдосодержащие термостойкие ленты, но количество коротких замыканий от этого почти не уменьшится. И количество воспламенений в клеммных коробках и внутри электрощитов останется таким же.
Причины воспламенения изоляции кабелей и прилегающих к ним строительных конструкций, коробок, электрощитов и оборудования чаще всего заключаются в неспособности аппаратов защиты обесточить защищаемую электрическую цепь за короткий промежуток времени. Это происходит либо вследствие ошибок в проекте, либо из-за неправильной эксплуатации электроустановки.
Сейчас при проектировании электроустановок для защиты электрических сетей в основном используют автоматические выключатели. Основными причинами их неспособности защитить кабель являются:
Производственный брак;
Выход из строя в процессе работы;
Использование выключателя с более высоким номинальным током, чем предусмотрено проектом, либо неверно выполненные расчеты в проекте, либо выполнение электромонтажных работ без проекта электрической сети;
Замена типа автоматического выключателя на такой, у которого электромагнитный расцепитель рассчитан на большее значение тока;
Отсутствие защиты от сверхтока, когда вместо дифференциального автоматического выключателя в электрошкаф устанавливают обычное УЗО. Такое, к сожалению, тоже бывает, особенно когда электромонтажные работы выполняют мастера широкого профиля: штукатур-маляр-каменщик-сантехник и он же электрик. А про необходимость проектирования электрической сети и авторского надзора проектировщиков за выполнением работ заказчики забывают;
Использование переносок и удлинителей (как например, описано в статьях и ) , увеличивающих длину групповой линии, вследствие чего ток короткого замыкания становится меньше порога срабатывания электромагнитного расцепителя;
Использование контрафактных автоматических выключателей, произведенных в неустановленных местах из некачественных комплектующих. В конце 20 и в первые годы 21 века ими были переполнены строительные рынки, и сейчас они встречаются довольно часто.
С учетом вышеперечисленных причин автоматические выключатели уступают по надежности предохранителям с плавкой вставкой. Плавкая вставка слишком проста в изготовлении (по сравнению с автоматическим выключателем), что бы при ее производстве допустить такой брак, от которого вставка не расплавилась бы от тока короткого замыкания, а стоимость плавких вставок слишком мала, что бы их начали подделывать на каком нибудь доморощенном производстве. Но, вследствие необходимости замены предохранителя после каждой перегрузки или замыкания сети, их использование неустанно сокращается. Кроме того автоматический выключатель одновременно является и аппаратом управления, позволяя отключать электрическую цепь.
Существенно повысить надежность электропроводки можно за счет последовательного включения предохранителя с плавкой вставкой и автоматического выключателя. Основную защиту должен обеспечивать автоматический выключатель. Плавкую вставку надо подбирать так, что бы она разрывала электрическую цепь при возникновении короткого замыкания только в случае отказа автоматического выключателя. Во взрывоопасных помещениях и там, где используются строительные конструкции из легкосгораемых материалов, такое включение обеспечивает повышенную защиту от пожара.
Использование подобной совмещенной защиты кабелей показано на Рис. 1, на котором отображены время - токовые характеристики автоматического выключателя с номинальным током 16 Ампер с характеристикой отключения «С» по стандарту IEC-EN60898 (кривые 1 и 2) и предохранителя ППН с плавкой вставкой gG-gL на 20 А (кривые 3 и 4, по данным из каталога «Предохранители плавкие низковольтные» Кореневского завода низковольтной аппаратуры). Время отключения автоматического выключателя находится в зоне, ограниченной кривыми 1 и 2. Время отключения предохранителя находится в зоне, ограниченной кривыми 3 и 4.
Показанная совмещенная защита кабельной линии автоматическим выключателем и предохранителем с плавкой вставкой рассчитана на защиту кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм 2 . Как видно из приведенных графиков, плавкая вставка будет перегорать при токах более 30 А и менее порога срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. При проектировании электропроводки проектировщик всегда выбирает сечение кабеля так, что бы ток короткого замыкания был значительно больше порога срабатывания электромагнитного расцепителя. Но часто после стихийной модернизации электрической сети возникают рассмотренные здесь ситуации. Хотя по нормам эксплуатации электроустановок все изменения в электрической сети должны быть согласованы с проектировщиком и отражены в проекте электропроводки.
В первую очередь нас интересуют кривые 1 и 3, отображающие максимальное время срабатывания аппаратов защиты в пределах их технологического разброса. При защите кабеля только автоматическим выключателем при токе короткого замыкания 150 А температура медных жил сечением 2,5 мм 2 превысит температуру 140 градусов (Таблица 4 в работе ). В случае защиты кабеля с сечением жил 1,5 мм 2 температура жил достигнет 300 - 400 градусов (Таблицы 1 и 2 в работе ). На практике столь длительные короткие замыкания обычно прерываются выгоранием соединений в клеммных коробках и розетках и сопровождаются яркой искрящейся вспышкой, которая и является источником пожара. Но, при наличии предохранителя, плавкая вставка сгорит менее чем за 0,3 секунды, не допустив перегрев кабеля и выгорания контактных соединений.
Рассматриваемый случай, когда ток короткого замыкания равен 150 А при использовании автоматического выключателя С16, является аварийным и может быть вызван либо допущением ошибок в проекте электропроводки при расчете линии, либо удлинением кабельной линии в процессе модернизации электроустановки без предварительных расчетов. В результате чего величина тока короткого замыкания оказалась ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя.