Міжфазне замикання є аварійним режимом роботи електричної мережі. Воно виникає при електричному з'єднанні між різнойменними фазами при погіршенні ізоляції між ними, механічних пошкодженнях або помилки при експлуатації.
Крім міжфазних замикань розрізняють однофазні замикання, що відбуваються коли з'єднуються між собою нуль і фаза. З'єднання фазного провідника із землею називається замиканням на землю. Замикання відбуваються в електроустановках, мають як заземлену нейтраль, коли нульовий провідник пов'язаний з контуром заземлення, так і ізольовану, де він ізольований від землі на всьому протязі. Вони можуть виникнути між двома фазами, трьома фазами з нулем або без нього.
Замикання можуть виникати в будь-якому місці електричної мережі. Їм схильні: • опорні і прохідні ізолятори, на яких встановлюються струмопровідні шини; • обмотки електричних машин: силових трансформаторів, електродвигунів і генераторів; • силові кабельні лінії; • повітряні лінії електропередач; • ізолюючі елементи комутаційної апаратури: вимикачі, роз'єднувачі, рубильники, колодки запобіжників, автоматичні вимикачі; • споживачі електричної енергії, наприклад, електронагрівачі, конденсаторні установки.
У різних ситуаціях замикання протікають по-різному. розрізняють: • «металеві» замикання, при яких з'єднання провідників двох фаз має малий опір, який виключає утворення дуги та іскор; • замикання через дугу, що утворюється в разі наявності між замкнутими провідниками повітряного зазору; • «тліюче» замикання, характерне для кабельних ліній, забруднених ізоляційних поверхонь, коли струм між фазами йде через ділянку з невеликим опором, розігріваючи його; • замикання в напівпровідникових елементах при їх пробої.
Для захисту від міжфазних замикань в електроустановках 380/220 В застосовуються: • автоматичні вимикачі з електромагнітним расцепителем (автомати); • плавкі запобіжники.
Для захисту електроустановок з напругою понад 1000 В застосовується комплекс пристроїв, званий релейного захистом. Він включає в себе датчики струму (трансформатори струму), напруги (трансформатори напруги), реле захисту і керовані силові комутаційні елементи. Реле захисту бувають електромеханічними, напівпровідниковими або мікропроцесорними. Завдання комутаційного елемента (масляного, вакуумного або елегазового вимикача) - забезпечити відключення пошкодженої ділянки по команді від пристрою захисту. При цьому він повинен витримати відключення струму короткого замикання.
Токи межфазного замикання Важливою електричної характеристикою короткого замикання є його струм. При проектуванні електроустановок його обов'язково розраховують за певною методикою для декількох точок. Робиться це для того, щоб правильно вибрати параметри електрообладнання та установки захисних пристроїв: струми відсічення автоматичних вимикачів і характеристики спрацьовування релейного захисту.
На величину струму короткого замикання (КЗ) впливають такі чинники: 1. Відстань від точки замикання до джерел електроенергії. Чим ближче замикання від потужних трансформаторів, генераторів, тим струм замикання більше; 2. Форма, перетин і довжина сполучних кабельних і повітряних ліній, що з'єднують джерело живлення з точкою КЗ. Кількість і характеристики комутаційних апаратів в цьому ланцюзі і їх технічний стан. При розрахунку всі ці дані перетворять в еквівалентну опір мережі. Знаючи потужність джерела електроенергії, розраховують струм КЗ;
3. Вид межфазного замикання: при металевому замиканні струм найбільший, його і розраховують при проектуванні. При дуговому замиканні струм менше. Але якщо дуга нестійка і постійно то гасне, то спалахує знову, виникають перехідні процеси, що призводять до короткочасного перевищення розрахункових струмів. При «тліючому» замиканні струм набагато нижче розрахункового, що унеможливлює реакцію захисних пристроїв на його появу. Тліюче замикання може раптово перейти в дуговое або металеве, спрацює захист, але при повторному включенні струм знову опиниться за порогом чутливості. Пошук місця пошкодження електрообладнання в даному випадку утруднений і без вимірювання ізоляції або випробувань підвищеною напругою неможливий.
Отже, чим далі замикання походить від джерела живлення, тим менше величина його струму. Пояснюється це тим, що кожен кабель, розподільний щиток або повітряна лінія збільшують величину еквівалентного опору електричної мережі. Згідно із законом Ома при збільшенні опору навантаження струм в ланцюзі зменшується. Це дозволяє реалізувати селективне відключення пошкоджених ділянок електричної мережі. Автоматичний вимикач на вводі в квартиру при номінальному струмі 16 А і характеристикою «С» має струм спрацьовування електромагнітного розчеплювача 80 - 160 А. Струм замикання, що перевищує 160 А гарантовано призведе до його відключення. Але струму короткого замикання в квартирі навряд чи вистачить для відключення вимикача на трансформаторній підстанції, яка живить весь будинок, відключати при 500А. І його навіть не помітить захист кабельної лінії, яка живить підстанцію.
Вплив міжфазного замикання на електрообладнання і людей Коли виникають межфазовие замикання, вони руйнують електрообладнання або зривають режим його роботи. При проходженні струму замикання по струмоведучих частин вони одночасно відчувають динамічне і термічне впливу.
Динамічний вплив виникає при дуже великих токах, в основному це має значення на потужних підстанціях, електростанціях і лініях електропередач енергосистеми. Пов'язано це з тим, що провідники зі струмом, розташовані на деякій відстані один щодо одного, в залежності від напрямку цих струмів або притягуються, або відштовхуються. Сила цієї взаємодії прямо пропорційна величині струмів і обернено пропорційна відстані між ними.
При потужних аваріях шини розподільних пристроїв взаємодіють між собою з такою силою, що ламаються ізолятори, на яких вони встановлені. Обмотки електричних машин вириває з пазів, а кабелі звиваються, як змії. Поломки токопроводов можуть привести до виникнення додаткових замкнутих ділянок, що робить аварійну ситуацію глобально. При проектуванні все електрообладнання обов'язково перевіряють на те, щоб воно витримало ток КЗ без руйнування. У кожного Електроапарати є заявлений в паспорті виробником ток динамічної стійкості, який повинен бути більше розрахункового струму КЗ.
Термічний вплив полягає в нагріванні провідників в процесі проходження струмів КЗ. Вони перетворюються в нагрівальні елементи, на яких виділяється тепло. Потужність, що виділяється коротким замиканням на ділянці ланцюга пропорційна його опору, помноженому на квадрат струму.
Всі випускається електрообладнання має крім паспортної величини динамічної стійкості ще термічну стійкість. Вона теж повинна перевірятися за розрахунковими параметрами КЗ, в які додатково входить ще й час впливу. Коли в квартирі виникає міжфазне замикання, побутові автоматичні вимикачі спрацьовують майже миттєво. А ось час відключення захисних апаратів в розподільних пристроях не може дорівнювати нулю. Тоді вони можуть спрацьовувати групами, що призведе до масових відключень і утруднення пошуків пошкоджених ділянок. Чим ближче до споживача захисний апарат, тим менше час його спрацьовування. Вищий апарат є його резервом, він спрацює при струмі КЗ, якщо нижчий його не відключить. Але час роботи у нього трішки більше.
На ділянках, що захищаються апаратами з витримкою часу існує більше шансів, що шини або проводу при КЗ будуть розплавлені. Але і при миттєвому відключенні розігрітися обладнання встигає дуже сильно. Ще одним фактором впливу міжфазного замикання на електрообладнання і людей є електрична дуга. Вона розігріває поверхні, з якими стикається, до декількох тисяч градусів. При таких температурах плавляться все використовуються в електротехніці метали. За час спрацьовування захистів часом вигорає кілька метрів шин, перепалювати навпіл кабельні лінії.
Електрична дуга виділяє тепло і в навколишній простір. При наявності поруч горючих матеріалів може статися пожежа. Спалахнути може іізоляція кабелів і трансформаторне масло, яке використовується в Електроапарати для охолодження або гасіння дуги при комутації. Якщо поруч знаходяться люди, вони можуть постраждати або від опіків сітківки ока через сліпучого впливу дуги, або отримати інші опіки. Такі опіки важко вилікувати, так як вони супроводжуються металізацією: в усі боки летять бризки розплавленого металу. Ускладнення виникають при загорянні одягу на потерпілому, яка спалахує миттєво.
Тому при роботі в діючих електроустановках безпеки приділяється особлива увага. Потрапити під дію електричної дуги можна тільки при помилках при виконанні переключень, підготовці робочого місця або порушення технології виробництва робіт. Опинитися в місці, де замикання виникла сама по собі через пробою ізоляції, на практиці нереально.
При КЗ напруга в точці його виникнення істотно знижується. Відбувається це в силу того ж закону Ома: напруга на ділянці кола пропорційно току через нього і його опору. Оскільки опір в місці КЗ набагато нижче, ніж у всій решті ланцюга до джерела живлення, то яким би великим не був струм, напруга все одно різко зменшиться. Це призводить до додаткових проблем: в решті частини електроустановки відпадають пускачі електродвигунів, збоять електронні пристрої, системи комп'ютерного управління. Тому на важливих енергетичних об'єктах системи управління і контролю за роботою електрообладнання живляться від незалежного джерела електроенергії (акумуляторної батареї), а комп'ютерні системи обов'язково мають ДБЖ.
Профілактика міжфазних замикань Частота виникнення КЗ в будь-яких електроустановках залежить від наступних факторів: • віку експлуатованого електрообладнання; • своєчасності і якості виконання планово-попереджувальних ремонтів (ППР); • дотримання режимів роботи електрообладнання; • кваліфікації обслуговуючого персоналу.
На підприємствах завжди ведеться статистичний аналіз усіх аварійних відключень. На підставі його робляться висновки, що дозволяють запобігти виникненню подібних інцидентів. Крім того, кожне підприємство має власний план модернізації електроустаткування, який передбачає заміну старих, фізично і морально застарілих пристроїв на нові, сучасні.
