Co to jest zwarcie międzyfazowe – koncepcja i przyczyny

Podczas pracy obwodów elektrycznych wysokiego napięcia często występuje zjawisko określane przez dokumenty regulacyjne jako zwarcie międzyfazowe. Takie odchylenie od normalnej pracy systemów zasilania wiąże się z awariami linii zasilających, których konsekwencje są nieprzewidywalne. Szczególnie niebezpieczny charakter możliwych szkód zmusza do zmierzenia się z szeregiem pytań dotyczących tego, czym jest to zjawisko, do jakich problemów prowadzi i jak ich uniknąć.

Pojęcie i powody zamknięć

Zwarcie międzyfazowe prądu w obwodach wielofazowych to niezamierzone połączenie izolowanych przewodów z uszkodzoną powłoką ochronną.

W niektórych przypadkach objawia się to jednofazowym zwarciem doziemnym lub korpusem działającego sprzętu elektrycznego.

Ten stan sieci elektrycznej stanowi naruszenie normalnej pracy systemu i jest interpretowany jako stan awaryjny. W tym przypadku w miejscach zwarć dwóch przewodów lub w miejscach ich styku z ziemią wartość prądu znacznie wzrasta. Jego maksymalna wartość sięga czasami kilku tysięcy amperów. Niekontrolowane przepływy energii elektrycznej mogą prowadzić do katastrofalnych konsekwencji.

Przyczynami awarii w sieciach elektrycznych wysokiego napięcia są:

• Uszkodzenie izolacji ochronnej każdego z przewodów fazowych z powodu naruszenia zasad eksploatacji linii kablowych.
• Przypadkowe zerwanie jednego z rdzeni kabla powietrznego i jego zwarcie do innego przewodu lub uziemienia.
• Zwarcie przewodu z uszkodzoną izolacją do korpusu istniejącej instalacji elektrycznej.

Każdy z przypadków zwarcia jest wynikiem rażącego naruszenia zasad działania sprzętu elektrycznego i, zgodnie z wymogami dokumentów regulacyjnych, wymaga dokładnego zbadania.

Rodzaje zamknięć awaryjnych

W zależności od rodzaju zasilania wszystkie zwarcia dzieli się na uszkodzenia, które wystąpiły w obwodach jednofazowych lub trójfazowych, a według ich liczby na zwarcia pojedyncze i podwójne. Najprostszym przypadkiem są linie jednofazowe, w których możliwe jest tylko jednofazowe zwarcie do przewodu neutralnego lub uziemienia. Zwarcie trójfazowe wyróżnia się dużą różnorodnością możliwości, ponieważ liczba żył w kablu wzrasta do 3. W takim przypadku możliwe są następujące opcje uszkodzenia:

• Zwarcie ze sobą dwóch przewodów wysokiego napięcia.
• Zwarcie jednego przewodu do neutralnego lub do masy (zwarcie jednofazowe).
• Kontakt dwóch przewodów jednocześnie z powierzchnią ziemi.

W każdym z tych przypadków, w tym dwufazowych zwarć doziemnych, rozpatrywane zwarcie przejawia się w szczególny sposób, charakteryzując się rozpływem prądów i rozkładami potencjałów awaryjnych. Oprócz tych czynników bieżący proces jest opisywany przez taki wskaźnik, jak napięcie dotykowe. Podanym parametrem jest napięcie przyłożone do ludzkiego ciała między dwoma punktami styku na gołym przewodzie.

Ten sam rodzaj niebezpiecznych skutków obejmuje potencjalną różnicę, która pojawia się między częściami ciała stykającymi się z nieizolowanym przewodem zwartym do uziemienia. W przypadku zwarć jednofazowych szczególnie interesujące jest pytanie, jaką wartość osiąga napięcie dotykowe, gdy faza jest zamknięta.Zgodnie z przepisami PUE wskaźnik ten zależy od odległości między strefami kontaktu i wzrasta wraz z jego wzrostem.

W niektórych przypadkach, gdy odporność na rozchodzenie się prądu do ziemi jest zbyt duża, napięcie dotykowe osiąga wartość niebezpieczną dla człowieka.

Konsekwencje zwarcia

Niebezpieczne przejawy zwarcia międzyfazowego w obwodzie trójfazowym (a także jednofazowym) obejmują konsekwencje związane z przepływem prądów w linii o skrajnie wysokich wartościach. W naturalny sposób powodują następujące sytuacje awaryjne:

• Wybuch pożaru w wyniku topnienia i silnego nagrzewania izolacji przewodów fazowych.
• Awaria urządzeń elektroenergetycznych podłączonych do uszkodzonej linii.
• Porażenie prądem osoby, która przypadkowo znajdzie się w obwodzie awaryjnym.

Podczas poruszania się w tym obszarze ważne jest, aby wziąć pod uwagę tak zwane „napięcie krokowe”, które powstaje w wyniku rozprzestrzeniania się prądu upływowego w glebie między nogami osoby. Ten wskaźnik jest mierzony między jego stopami podczas poruszania się po kablu, który spadł na ziemię. Może również osiągnąć niebezpieczną wartość, zwłaszcza w przypadku awarii w liniach napowietrznych wysokiego napięcia o mocy 6,3-10 kW. Dlatego zaleca się PUE poruszanie się w tych strefach z charakterystycznym gęsim krokiem: stopa jest blisko stopy.

Głównym warunkiem niezawodnej ochrony przed zwarciami jednofazowymi i dwufazowymi w liniach 220/380 woltów jest wysokiej jakości izolacja wytrzymująca napięcia testowe do 1000 woltów. Wartość jego rezystancji, zgodnie z PUE, musi wynosić co najmniej 0,5 MΩ dla każdej z faz. Aby zapobiec pożarom i awariom sprzętu, w obwodach energetycznych instalowane są specjalne urządzenia ochronne, które zapewniają natychmiastowe odłączenie linii w przypadku zwarcia. Takie urządzenia obejmują:

• Liniowe bezpieczniki automatyczne.
• Wyłączniki prądowe i przekaźniki wysokiego napięcia.
• Aktualne urządzenia zabezpieczające i inne.

Z ich pomocą można zapobiegać destrukcyjnym skutkom zamknięć fazowych, które czasami występują z przyczyn niezależnych od człowieka.

Dzięki terminowemu podjęciu odpowiednich środków możliwe jest zachowanie integralności zasobów materialnych, a także ochrona personelu przed porażeniem elektrycznym.

Zamknięcie międzyfazowe linii wysokiego napięcia: metody ochrony

Nie wolno używać automatycznych odłączników w obwodach zasilających o napięciu roboczym większym niż 1000 woltów, ponieważ po otwarciu ich styków mocy powstaje łuk o dużej mocy. W takim przypadku do przełączania linii stosuje się przełączniki olejowe, próżniowe lub gazowe.

Obwody przekaźnikowe są również wykorzystywane do ochrony sieci wysokiego napięcia. Różnią się prostą konstrukcją i są urządzeniami konwertującymi działającymi zgodnie z prawem indukcji Faradaya - prowadzeniem pola e/m. Wyposażenie przekaźnikowe, które zapewnia ochronę linii wysokiego napięcia przed przepięciami, oparte jest na przekładniku prądowym. Za jego pomocą można kontrolować ilość prądu w linii alarmowej, a gdy osiągnie wartość graniczną, generować sygnał, który trafia do uzwojenia silnego elektromagnesu. To urządzenie ochronne, po uruchomieniu, odłącza cały obwód zasilający od zasilania.

Niezależnie od dostępności aparatury łączeniowej, główną metodą ochrony przed zwarciami międzyfazowymi i trójfazowymi jest stosowanie produktów kablowych o wysokiej jakości izolacji. Jeśli ten warunek jest spełniony, każda linia wysokiego napięcia jest w stanie wytrzymać prądy zwarciowe wielokrotnie wyższe niż dopuszczalna wartość.

Środki zapobiegawcze

Najbardziej skutecznym i niezawodnym sposobem zapobiegania zwarciom jest profesjonalne podejście do rozwiązywania następujących problemów technicznych i organizacyjnych:

• Wybór odpowiedniego kabla zasilającego odpornego na wysokie przetężenia.
• Ścisłe przestrzeganie zasad instalacji i eksploatacji sieci elektrycznych oraz podłączonych do nich maszyn i urządzeń.
• Dostępność aktów odbioru systemu zasilania w momencie jego uruchomienia.
• Zastosowanie nowoczesnych typów sprzętu ochronnego, który gwarantuje natychmiastowe wyłączenie linii w przypadku awarii.

Szczególną uwagę zwraca się na działania zapobiegawcze prowadzone w ścisłej zgodności z wymogami obowiązujących przepisów. Zgodnie z przepisami dotyczącymi utrzymania sieci elektrycznych, profilaktyka prowadzona jest zgodnie z wcześniej opracowanym planem zatwierdzonym przez kierownika danego wydziału. Przy jej wdrażaniu należy rozróżnić następujące rodzaje konserwacji zapobiegawczej:

• Inspekcje wizualne.
• Konserwacja rutynowa i zapobiegawcza.
• Testy testowe urządzeń elektrycznych podczas odbioru i eksploatacji.

Zwarcie przewodów elektrycznych do ziemi jest bardzo niebezpiecznym zjawiskiem, które może prowadzić do pożaru, a następnie pożaru. Dodatkowo obarczona jest możliwością uderzenia osób obsługujących instalacje pod wysokim napięciem. Wszystko to ostatecznie zmusza nas do podjęcia specjalnych środków ochronnych, aby zapewnić normalne działanie sieci w przypadku braku trybów krytycznych.