Что такое ток короткого замыкания

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы. Определение КЗ из “Элементарного учебника физики” Ландсберга

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Опыт и напряжение КЗ

Установить параметры трансформатора с достаточно высокой точностью позволяет опыт короткого замыкания. Для этой цели используется специальная методика, при которой обмотка-2 коротко замыкается с помощью токопроводящей перемычки или проводника. Сопротивление замыкающего элемента очень низкое и стремится к нулю. В обмотку-1 поступает напряжение (U_к), при котором сила тока (I_ном) будет номинальной. К выводам подключаются измерительные приборы – амперметр, вольтметр и ваттметр, необходимые для выявления требуемых показателей трансформатора.

В режиме КЗ напряжение короткого замыкания _uK будет слишком маленьким, что вызывает многократное снижение потерь холостого хода по сравнению с номиналом. Следовательно, можно условно принять мощность первичной обмотки равной нулю – Р_по = 0, а мощность, замеряемая ваттметром, будет потерянной мощностью короткого замыкания (Р_пк), вызванной под влиянием активного сопротивления трансформаторных обмоток.

При режиме с одинаковыми токами можно определить величину номинальных потерь мощности, связанных с нагревом обмоток, известные как потери короткого замыкания или электрические потери (Р_пк._ном).

Опасность КЗ

Думаю, если вы смотрели фильмы или сериалы про спасателей или полицию, то часто слышали, что в случае пожара сразу думают на короткое замыкание проводки в квартире – при повышении напряжения неправильно сконструированная проводка может не выдержать, случится замыкание и если ситуация критическая, может возникнуть огонь, что в последствии приводит к пожару.

Именно по этой причине нужно знать что такое КЗ, как этот процесс возникает и по каким причинам, дабы знать основав факторы и эффект, который возникает в данной ситуации.

И, что самое главное, предугадать возгорание или предвидеть в каком месте будет происходить возгорание достаточно сложно, для этого уже нужно иметь техническое образование и понимать как работает сеть, в каких местах есть слабые места и после этого уже решать проблему.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

где

Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.

I – сила тока в этой цепи, А

Rн – сопротивление нагрузки, Ом

t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , секунды

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.

Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

Что это такое?

Электрическая цепь – это, как правило, два проводника с разноименным потенциалом и подключенным потребителем тока. Каждый конечный потребитель имеет свое внутреннее сопротивление, которое сопротивляется току и ограничивает, тем самым дозируя его количество и плотность в проводнике, заставляя производить работу.

В момент, когда сопротивление резко уменьшается до статической погрешности сопротивления проводников, электрический ток, ничем практически не ограниченный, возрастает до такой величины, что сечение проводников становится малым и проходя через них, разогревает жилы до температуры разрушения и плавления. Поэтому частый спутник короткого замыкания – это огонь, расплавленный металл проводников и вспомогательных механизмов.

Признаками замыкания в проводке являются запах гари, искрение и возгорание проводов, а также отключение электричества на определенном участке или же во всей сети.

Как найти короткое замыкание в проводке

Определить место возникновения КЗ практически невозможно заранее, но после срабатывания автоматического выключателя нужно переходить к поиску и локализации места его появления.

Действовать нужно последовательно, по определенному алгоритму:

1. Тщательный визуальный осмотр. Если удалось обнаружить повреждение изоляции и оголенные жилы, которые соприкасаются, то вероятно причина находится здесь. Обычно повреждения появляются в местах соединения и перекрещивания проводов, в розетках, в распределительных коробках. Подгорелая изоляция оболочки проводов – это сигнал о возможном месте неисправности;
2. Отключаются все электрические приборы и лампы, затем мегаомметром измеряется сопротивление между фазой и нулем, а также между фазой и заземлением. В случае КЗ прибор покажет очень небольшую величину сопротивления.
3. Иногда КЗ возникает в подключенных электрических приборах. В таком случае его можно вычислить методом исключения. Отключаются все приборы, и включается автоматический выключатель. Затем по очереди подключаются приборы. Пока не сработает автомат.
4. Известны и народные методы определения КЗ по звуку, издаваемому в месте возникшего короткого замыкания. Другой способ – определение проблемной зоны по запаху плавящейся или горелой пластмассы. Конечно, специалисты не рекомендуют использовать дедовские способы, ведь сейчас существуют приборы, которые точно определяют место неисправности электросети.

Цепи переменного тока

В легковом автомобиле двигатель внутреннего сгорания через передаточный механизм вращает генератор. Второй источник тока – аккумуляторная батарея. В бортовой сети есть цепи с переменным и постоянным током. Для изменения питающего напряжения применяют специальный преобразователь.

Электрическая схема автомобильного преобразователя напряжения (12-220V) для подключения усилителя мощностью 750 Вт

Для оценки постоянных составляющих тока применяют представленные выше формулы. Переменные – анализируют с учетом реактивных составляющих нагрузок. Индуктивные и емкостные характеристики изменяют фазы токов и напряжений, обеспечивают накопление и возврат электроэнергии обратно в источник питания.

Причины возникновения

Считается, что короткое замыкание (КЗ) — явление случайное, которое может произойти в любое время. Существует ряд прямых и косвенных причин, приводящих к этому негативному событию. К ним относятся:

1. В процессе длительной эксплуатации большой износ энергетических систем или бытовой электрической сети. Провода со временем теряют качество изоляции, что приводит к непреднамеренным соединениям. Проверяется такая ситуация в местах соединения электрической проводки по степени ее нагрева. Если происходит большой нагрев проводников, значит, где-то произошло нарушение изоляции.
2. Часто причиной короткого замыкания считается удар молнии в высоковольтную линию. Происходит кратковременное перенапряжение сети с последующим замыканием. Если даже молния ударила рядом с линией, все равно это вызывает ионизацию воздуха, что приводит к увеличению электрической проводимости. Вследствие чего образуется дуга, соединяющая линии электрических передач.
3. В бытовых условиях происходит механическое повреждение изоляции. Особенно часто такая ситуация возникает во время проведения ремонта.
4. Возможно попадание на токоведущие элементы посторонних металлических предметов. Такая ситуация говорит о неудовлетворительном уходе за электрическим оборудованием.
5. Подключение к сети неисправных приборов, у которых низкое внутреннее сопротивление.

Вам это будет интересно Назначение, характеристики и принцип работы варистора

Причины короткого замыкания

Чаще всего такая авария случается зимой. При наступлении холодов все включают электроконвекторы, электронагреватели, «дуйчики» и прочее. В сети поднимается нагрузка и нагревается провод. В старых проводках из-за этого часто ослабевают контакты, греется и может даже оплавиться изоляция. В результате возникает КЗ.

В других случаях к замыканию приводят банальные повреждения кабеля. Со временем ухудшается прочность изоляции, защищающей проводник, теряются ее свойства. В итоге, она может осыпаться или пробиться напряжением с фазного провода. Далее фаза и нейтраль спаиваются, от чего и возникает авария.

Также изоляция может повредиться механически. Например, если передавить кабель стулом или зацепить электрокосой. Вскрывается внешняя оболочка и оголенная часть фазы соприкасается с нейтралью. Иногда аварии случаются во время ремонта. Например, если кто-то сверлит стену или забивает гвоздь и случайно попадает в провод.

Повредить проложенный в стене кабель могут не только люди, но и грызуны. Особенно, если это частный дом или какое-либо подсобное помещение. Мыши и крысы с легкостью выедают дыры в деревянных досках, потому полиэтиленовая или ПВХ изоляция им вообще не преграда. При прорезании оболочки, оголенные проводники могут соприкоснуться, не без помощи того же грызуна.

Иногда урон проводке наносят и домашние питомцы. Например, коты и собаки часто играют с проводами и могут прокусить изоляцию. В результате сомкнутся контакты, и пострадает, не только животное, но и квартира.

Неправильно выбранный уровень пылевлагозащиты также может стать причиной КЗ. Например, если в ванной поставить розетку с низким показателем IP (незащищенную от влаги), в ней со временем будет скапливаться конденсат, а как известно вода — прекрасный проводник. Замкнутся контакты, и резко начнет повышаться температура. В итоге возникнет оплавление и деформация, вследствие чего оголившаяся «фаза» может соприкоснуться с «нулем».

Иногда сырость скапливается под обивкой и облицовкой. От этого на кабеле появляется плесень. Со временем повреждается оболочка, и влага проникает внутрь. Влага соединяет контакты и «мокрое место» начинает коротить и искриться. От этого происходит нагревание, и оболочка уже начинает плавиться. Как только соприкасаются контакты, проводка горит по всей длине.

Тем не менее часто короткое замыкание возникает и от банального нарушения техники безопасности. Например, раскололась или выпала розетка, а Вы продолжаете ею пользоваться. При нагрузке в поврежденной розетке ослабевают контакты, и в один момент фаза «отвалится» и соприкоснется с нулем.

Наверное, каждый в своей жизни видел ситуацию, когда в одну розетку натыкана куча тройников и электроприборов. От этого увеличивается нагрузка, розетка греется и уменьшается прочность контактов. Под весом переходников розетка может «с мясом» вырваться со стены. В результате повреждения «фаза» соприкоснется с «нулем» и возникнет КЗ.

Иногда КЗ случается и не по вине пользователей. Например, если рядом с квартирой находится стройка, и при включении мощного строительного оборудования возникают скачки напряжения. Резкое падение ниже 200В в однофазной сети выводит из строя чувствительное электрооборудование, особенно электронику. При поломке контакт противоположных полюсов может случиться внутри корпуса или на плате, из-за чего начнет гореть вся проводка.

Как говорится, «лучшая защита — это нападение», а лучший способ защититься от короткого замыкания — найти и устранить потенциальные его причины.

Причины и устранение коротких замыканий в кабелях и соединениях

КЗ возникает по следующим причинам:

• физический износ изоляции;
• повреждение изоляции грызунами;
• значительный перегрев изоляции кабелей;
• прямое соединение фазного и нулевого проводов.

Физический износ изоляции

Скрытая проводка это удобно и экономно!

Изоляционные оболочки для проводов изготавливают в основном из поливинилхлорида. Виниловый материал может сохранять свои эксплуатационные качества на протяжении не одного десятка лет. Но агрессивная среда может значительно укоротить срок службы защитного слоя проводов. Этому же фактору подвержены все виды изоляционных лент.

Устранение короткого замыкания вследствие физического износа кабелей и проводов заключается в постоянном контроле состояния проводников и своевременной заменой на новую электротехническую продукцию.

Важно! Когда пропадает звук в правом или левом канале наушников или колонок, следует проверить состояние токоподводящих проводов. Плохая пайка, низкокачественная изоляция могут вызвать КЗ, и звуковоспроизводящие приборы выходят из строя

Это часто встречается в дешёвой китайской продукции, где используются тонкие быстроизнашиваемые проводки.

Повреждение изоляции грызунами

Мыши и крысы нередко становятся виновниками короткого замыкания. Кабели, проложенные в подвальных помещениях и под землёй, зачастую подвергаются риску повреждения грызунами. Прогрызая защитную оболочку силовых проводников, мелкие животные провоцируют замыкание оголённых проводов между собой и на землю.

Устранить такие негативные явления прокладки подземных коммуникаций можно, используя бронировку поверхностного слоя изоляции кабельной продукции. Бронированные кабели обладают повышенной защитой от внешнего физического воздействия, в том числе от грызунов. При этом необходимо сделать санацию в местах обитания мелких вредителей.

Обратите внимание! В гаражах нередко появляются грызуны. Питаясь запасами продовольствия в подвалах боксов, мыши и крысы не брезгуют изоляцией проводки автомобиля

Они могут повредить провода, идущие от аккумулятора, стартера или генератора. В результате происходит замыкание силовых проводов, что может садить АКБ и при движении привести к пожару в машине.

Значительный перегрев изоляции кабелей

В результате большого нагрева изоляция разрушается, что ещё хуже – она может загореться. Перегрев происходит в результате резкого возрастания количества ампер силы тока. Обычно причиной тому являются скачки напряжения в розетках централизованной электросети.

Какой делать защиту от резкого возрастания напряжения и силы тока, решает сам хозяин жилища. Иногда лучше обращаться к специалистам, чтобы они предложили наилучший вариант исключения перегрева кабелей и проводов. Эффективным средством предотвращения негативного фактора является установка автоматических предохранительных блоков.

Электрическую сеть дома или квартиры разделяют на отдельные ветви, которые запитывают от определённого автомата. Назначение каждого прибора маркируют.

Для того чтобы избежать перегрева материнской платы ПК, компьютер подключают к розетке через стабилизатор напряжения. Также подсоединяют стабилизаторы к другим электрическим и электронным приборам. В некоторых случаях устанавливают единый стабилизатор на входе сети электроснабжения.

Прямое соединение фазного и нулевого проводов

В результате прямого контакта между фазным и нулевым проводами мгновенно происходит короткое замыкание. Самое опасное – это то, что может возникнуть электрическая дуга, которая может привести к пожару и произвести значительные разрушения окружающего пространства.

Следствие замыкания в электрощитовой

Проверка времени срабатывания автомата в сетях 0,4кВ

В большинстве случаев защита кабельной линии выполняется автоматическими выключателями (или как их обычно называют, автоматами). Автоматический выключатель защищает кабельную линию двумя способами: от перегрузки (тепловая отсечка) и от короткого замыкания (электромагнитная отсечка).

И если перед вами стоит проблема правильного выбора автоматического выключателя, то выбрать его по перегрузке достаточно просто. Вы знаете (или можете посчитать) ток нагрузки. Номинал автоматического выключателя должен быть больше тока нагрузки. С этим всё просто.

С номиналом автомата разобрались, осталось выбрать его характеристику срабатывания. Всего бывает пять характеристик срабатывания автомата: B, C, D, K, Z. Автоматы с кривыми срабатывания K и Z очень редко используются, в основном применяются автоматы с характеристиками срабатывания B, C, D. Наиболее распространены автоматы с характеристикой C. Кривые срабатывания имеют схожую форму и отличаются только величиной электромагнитной отсечки или кратностью срабатывания. Кратность срабатывания — отношение величины аварийного тока, при котором происходит отключение автомата, к номинальному току автомата. Iк/Iном. Для автоматов с характеристикой B эта величина колеблется в пределах 3…5. Для автоматов с характеристикой C — 5…10. Для автоматов с характеристикой D — 10…20.

Рассмотрим автомат с характеристикой C. Производитель гарантирует, что автомат сработает, если ток короткого замыкания превысит номинальный ток автомата в 10 раз. Но может сработать и при превышении в 5 раз. Это зависит от внешних условий: температуры окружающей среды; был ли автомат под нагрузкой, когда произошло КЗ, или был отключен и его включили на КЗ из «холодного» состояния.

Что будет, если величина тока короткого замыкания меньше отсечки? Автомат всё равно может отключиться, т.к. уже сработает тепловая отсечка. Но это произойдёт не мгновенно, а спустя некоторое время. Допустимое время срабатывания автомата строго регламентировано Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ) и зависит от величины фазного напряжения. Согласно требованиям п.1.7.79 наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения при фазном напряжении 220/230 В для системы заземления TN не должно быть более 0,4 с.

Итак, необходимо проверить время срабатывания автоматического выключателя. Еще данный расчет называют «расчет петли фаза-нуль». Для примера выполним проверку автомата с номинальным током 16 А с характеристикой C. Автомат установлен в групповом щите. Щит питается от ГРЩ, а ГРЩ от трансформаторной подстанции.

Параметры трансформатора: Номинальная мощность трансформатора Sн = 630 кВА, Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк% = 5,5%, Потери короткого замыкания трансформатора Pк = 7,6 кВт.

Параметры питающей линии: Гр.27 от ЩО 1.2 – 60 м кабель 1х, ЩО 1.2 от ГРЩ3 – 80 м кабель 1х, ГРЩ3 от ТП 1126 – 217 м кабель АВВГнг 2x (4×185).

Параметры выключателя: Номинальный ток автоматического выключателя Iном = 16 А Кратность отсечки K = 10.

Реактивное сопротивление трансформатора: Xт = 13,628 мОм

Активное сопротивление трансформатора: Rт = 3,064 мОм

Активное сопротивление кабеля: Rк = 580,38 мОм

Реактивное сопротивление кабеля: Xк = 17,36 мОм

Суммарное реактивное сопротивление участка: XΣ=Xc+Xт+Xк=31,984 мОм

Суммарное активное сопротивление участка: RΣ=Rт+Rк=583,444 мОм

Полное суммарное сопротивление: RΣ=583,444 мОм

Ток однофазного короткого замыкания: IK1=190 А > IминК1 = 10×16 = 160 А Следовательно, автоматический выключатель отключится мгновенно (сработает электромагнитная отсечка, время отключения.

Чтобы расчета в Word, нажмите на кнопку:

Чтобы не считать каждый раз вручную на калькуляторе и переносить цифры в Microsoft Word, я реализовал эти расчет прямо в Word. Теперь надо только ответить на вопросы, которые он задаёт. Вот так это выглядит:

Весь расчет занял две с половиной минуты.

Понятие «короткое замыкание»

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, что не предусмотрено нормальным режимом работы цепи и приводит к критичному росту силы тока в месте соединения.

Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.

По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)

Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.

Электрическая схема нормального режима работы (a) и короткого замыкания (b)

Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.

Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе

А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.

Дополнительный проводник замыкает цепь

Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.

Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Схемы кз

Короткие замыкания в быту:

• однофазные – происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
• двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
• трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;

Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

• Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
• Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
• Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.

В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

где

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления – меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа – трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

• Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
• Автоматические выключатели.
• Стабилизаторы напряжения.
• Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

• Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
• Понижающими трансформаторами.
• Распараллеливанием цепей.
• Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Понятие «короткое замыкание»

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, что не предусмотрено нормальным режимом работы цепи и приводит к критичному росту силы тока в месте соединения.

Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.

По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)

Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.

Электрическая схема нормального режима работы (a) и короткого замыкания (b)

Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.

Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе

А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.

Дополнительный проводник замыкает цепь

Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.

Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Схемы кз

Короткие замыкания в быту:

• однофазные – происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
• двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
• трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;

Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

• Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
• Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
• Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.

В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.

Немного подробнее о причинах короткого замыкания

1. Неправильно заизолированные провода или физическое перемещение контактов в оконечных устройствах (сдвиг, поворот, иные действия способные соединить два провода).
2. Повреждение изоляции кабелей при прокладке (в том числе скрытых) силовых линий или при работах по ремонту и отделке помещений.
3. Использование в работе неисправных приборов (от патрона к лампе до клеммника и розетки), в которых есть прямая возможность возникновения короткого замыкания.
4. Игнорирование замыканий электропроводки при работах (самая частая ошибка начинающих электриков), поскольку эффект КЗ не повторяется.
5. «Плавающие», «спорадические» неисправности проводки, которым не уделено достаточно внимания из-за редких проявлений.

Это список наиболее частых причин коротких замыканий, выхода из строя квартирных и домашних электросетей, а также пожаров, которые сложно тушить по причине постоянной подпитки огня со стороны горящих кабелей. Очевидно, что такие неприятности не нужны никому.

Использование этого явления

Данное явление нашло свое применение в дуговой сварке, принцип работы которой построен на взаимодействии стержня с металлической поверхностью. Поверхность нагревается до температуры плавки, благодаря чему появляется новое прочное соединение, т.е. сварочный электрод замыкается с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют непродолжительный промежуток времени. В момент сварки в месте соединения стержня и поверхности возникает нестандартный заряд тока, из-за чего выделяется большое количество теплоты. Ее достаточно для плавки металла и создания сварочного шва.

Также короткое замыкание используется в сфере промышленной автоматики, с его помощью создаются информационные системы, которые отражают параметры передачи токового сигнала.

Полезное КЗ применяется в электродинамических датчиках. Например, в индукционных виброметрах, сейсмических приемниках. Короткое замыкание дает возможность дополнительно уменьшить количество колебаний подвижной системы.

Режим КЗ может использоваться при объединении каскадов в электронике, когда выход первого активного компонента работает в режиме КЗ.

Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Чем отличается УЗО от дифавтомата

Почему при включении или во время работы стиральной машины выбивает пробки, УЗО или дифавтомат

Что такое ЭДС индукции и когда возникает?

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Что такое петля фаза-ноль простым языком — методика проведения измерения