Защита от токов короткого замыкания

Как автоматы спасают от короткого замыкания

Принцип их работы построен на тепловом и электромагнитном расцепителях. Тепловой сделан в виде биметаллической пластины, которая при перегрузках на линии деформируется и приводит в действие механизм расцепления.

Электромагнитный — построен на работе магнитного поля, возникающего при прохождении тока в разы превышающего номинальный и срабатывает за доли секунды. Таким образом мгновенный разрыв контактов спасает от серьезных последствий короткого замыкания. Выбирают автоматы по двум параметрам:

• Номинальному току, который безопасно пропускает тепловой расцепитель;
• Времятоковой характеристике — задержке перед срабатыванием.

Сделать это не сложно, и можно даже самостоятельно. Так например, многие интернет магазины предлагают хорошие каталоги с детальными характеристиками автоматических вылючателей.

Расчет номинала

Прежде необходимо рассчитать максимальную нагрузку на линии. Например, если нужно защитить розеточную группу с нагрузкой не более 3 кВт нужен номинал 16А. Расчет делается по простой формуле:

• для однофазной сети I = P/ U;
• для трехфазной I = P / (U×cosφ),

где I — сила тока (А), P — максимальная нагрузка (Вт), U — сетевое напряжение (В), cosφ — коэффициент мощности, по умолчанию равняется √3 или 1,7.

Расчет времятоковой характеристики

Характеристика расцепления выбирается исходя из набора потребителей. Например, все электрооборудование, работающее на электромоторах издает пусковые токи, в несколько раз превышающие номинальный. Чтобы расцепитель на них не реагировал, ему нужна небольшая задержка перед срабатыванием. Автоматические выключатели делятся на три типа:

• B — с наименьшей задержкой перед срабатыванием. Ставятся на линии без пусковых токов (освещение, нагревательные приборы и пр.);
• C — со средней задержкой, для розеток, куда время от времени могут подключаться потребители с электромоторами;
• D — с наибольшей задержкой, предназначены для линий с высокими пусковыми токами (водяные насосы, холодильники и пр.).

В быту часто ставят автомат по селективному методу, когда самый мощный стоит на вводе, чуть слабее — на розетках и еще слабее — на отдельных потребителях. В таком случае при возникновении КЗ первым сработает АВ наименьшего номинала на линии, а остальные сетевые ветки продолжат работать.

Например, если стоит хоть один автомат типа D, на вводе должен стоять такой же, не ниже, иначе при аварии вводной АВ сработает первым и вся сеть останется обесточенной. По такому же принципу ставят и УЗО.

Методы поиска короткого замыкания

Заранее найти место возникновения этого явления довольно сложно. В большинстве случаев до него нет дела ни специалистам, ни обычным пользователям. Однако это поможет вовремя нейтрализовать его, что приведет к невозможности появления пагубных последствий. Благодаря своевременному реагированию, экономятся финансовые средства и время. Методов как определить короткое замыкание существует несколько:

• визуальный осмотр проводки (на не должно быть разрывов и оголенных проводов);
• использование мультиметра или мегаомметра;
• по звуку;
• исключение.

Провода, являющиеся составной частью токоведущего кабеля, могут соприкасаться между собой. Если они оголены, то именно это и является явной причиной КЗ. Подобные повреждения, как правило, находятся в распределительных коробках и других узлах электроснабжения (розетки, выключателях и так далее). Подгорелая изоляция кабеля — явное место, где потенциально может образоваться КЗ.

Применение специальных приборов помогает измерить значение сопротивления цепи. В их составе имеется 2 провода: один из них подключается к фазе, а другой — к нолю (далее к заземлению). Если на дисплее прибора отображается 0, значит целостность проводки в норме, если какое-либо другое значение — контакты соприкасаются

Обратите внимание, что напряжение мультиметра довольно маленькое. Им можно измерять цепи, протяженностью не более 3 метров. Поиск места возникновения короткого замыкания по звуку — народный метод определения этого явления

Для этого необходимо тщательно прислушиваться у всех соединений. В месте контакта будет слышно характерное потрескивание. Иногда возникает запах горелой пластмассы и изоляции. Пользоваться таким способом нахождения КЗ следует пользоваться только в крайнем случае при недоступности других методов

Поиск места возникновения короткого замыкания по звуку — народный метод определения этого явления. Для этого необходимо тщательно прислушиваться у всех соединений. В месте контакта будет слышно характерное потрескивание. Иногда возникает запах горелой пластмассы и изоляции. Пользоваться таким способом нахождения КЗ следует пользоваться только в крайнем случае при недоступности других методов.

Очень часто бывает, что виновником является подключенный электроприбор. Его включение сразу приведет к срабатыванию предохранителя. Это приведет к моментальному отключению электроснабжения участка. Найти такой прибор можно методом исключения, поочередно включая все устройства.

Специалисты настоятельно рекомендуют не применять устаревшие способы поиска КЗ. В большинстве случаев они не показывают должной точности и эффективности. Если возникла необходимость найти место КЗ, необходимо пригласить профессионалов, которые будут использовать качественное и точное оборудование.

Какими бывают защитные устройства

Классификация устройств, которые делают безопасными электрические сети, довольно сложна. По той причине, что одно и то же устройство применяется в различных областях и с разными целями. А алгоритм их работы нередко состоит из нескольких этапов, каждый из которых может быть использован для защиты как единственный метод. Основными критериями классификации являются:

• По сфере применения – для защиты людей или технических устройств.
• По способу реакции – пассивные и активные.

В подавляющем большинстве случаев принцип их работы основан на физическом проявлении действия электрического тока – нагреве или притягивании металлических деталей в поле действия магнитного поля, им порожденного.

Правильная эксплуатация розеток

Но конечно лучше просто не доводить розетку до возгорания. Ведь в большинстве случаев мы своими руками практически поджигаем розетку своим неправильным обращением с ней. Поэтому мы приведем всего несколько простейших правил которые позволят вам не попадать в такую «горячую» ситуацию.

• Мы не будем советовать не вставлять в розетку посторонние вещи, не поливать ее и не выполнять других целиком очевидных вещей. При приведем правила, о которых наверняка все слышали, но почему-то забыли.
• Прежде всего не забывайте, что каждая розетка имеет свой номинальный ток. Этот параметр устанавливается исходя из мощности контактной части розетки. Обычно розетки изготавливаются на ток в 6А, что примерно соответствует приборам мощностью в 1,3кВт. Есть розетки на 10, 16 и 25А, цена которых естественно несколько выше. К ним можно подключать более мощные приборы. Но их мощность все равно не должна превышать номинального тока розетки.

На фото вы можете видеть где посмотреть номинальный ток розетки

• Розетка должна быть жестко закреплена в посадочном месте. При вытягивании вилки не должно быть люфта. В противном случае при каждом использовании розетки провода будут подвергаться деформации, что в конечном итоге приведет к их переламыванию и плохому контакту.
• Не вставляйте в розетки вилки большего диаметра. Это ведет к деформации контактной части вилки и как следствие плохому контакту. Тот в свою очередь ведет к нагреву.

Помните! Чем выше сопротивление проводника, тем больше он выделяет тепла при протекании тока. В то же время чем выше температура любого проводника, тем больше его сопротивление. Получается, что чем больше нагрет провод, тем меньший ток он может нормально пропускать. Поэтому перегретый провод при дальнейшей эксплуатации обязательно перегорит.

Если на вилке или розетки видны следы подгара как на видео, то обязательно снимите с нее напряжение и почистите. В противном случае это неизбежно приведет к возгоранию.

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.

Опасность КЗ и его последствия

Негативные последствия короткого замыкания во многом зависят от места расположения аварии и продолжительности воздействия высоких токов. В связи с этим данное явление характеризуется как местное или общее.

В первом случае последствия наступают более серьезные, вплоть до открытого возгорания проводов и дальнейшего распространения пожара. Помимо проводки, загораются расположенные рядом отделочные материалы и предметы мебели.

Дополнительно, короткое замыкание вызывает следующие повреждения:

• Термические и механические воздействия полностью разрушают розетки и выключатели.
• Уровень сетевого напряжения существенно понижается, в результате чего электроприборы и оборудование могут выйти из строя. Это же подтверждает эксперимент с аккумуляторами.
• Компьютеры, средства телекоммуникации и другие чувствительные электронные приборы подвергаются разрушительному воздействию электромагнитных волн.
• Каждый человек, находящийся в непосредственной близости от места аварии, может получить ожоги, механические травмы и другие увечья, опасные для жизни и здоровья.
• При попадании влаги нередко замыкает скрытая проводка. В этом случае человек может получить удар током нечаянно коснувшись стены.

Чем определяется напряжение и ток при коротком замыкании?

Выше я сказал, что КЗ может произойти в любой точке линии. Давайте разбираться, как будет зависеть ток и напряжение в зависимости от места КЗ.

Немецкий физик Ом со школьных лет учит нас, что напряжение и ток определяются через сопротивление цепи:

Ток короткого замыкания, как и любой ток, тоже рассчитывается по закону Ома и зависит от напряжения и сопротивления на данном участке цепи. Поскольку сопротивление проводов в реальной жизни – это не только то, что показывает мультиметр, но и индуктивная составляющая, закон Ома для тока КЗ запишем в более общем виде:

В числителе U – номинальное напряжение в сети. Число, которое получается при расчетах в знаменателе – полное сопротивление цепи Z, от которого и зависит ток КЗ. Рассмотрим схему однофазного питания квартиры и реальный случай КЗ:

Замыкание в конце питающей линии – ток КЗ минимальный

В схеме обозначены полные сопротивления различных участков питающей сети:

• Z1 – внутреннее сопротивление трансформатора на подстанции с учетом пересчитанного сопротивления высоковольтной части,
• Z2 – кабельная линия от ТП к распределительному пункту (РП) многоквартирного дома,
• Z3 – кабельная линия от РП до квартирного щитка,
• Z4 – кабель от щитка до розетки в одной из комнат,
• Z5 – переноска от розетки до замкнувшего фена.

Фен сгорел и устроил короткое замыкание

Вот как может выглядеть график уровня напряжения на разных участках – от клемм трансформатора на подстанции до замкнувшей вилки фена:

Падение напряжения сопровождается выделением тепла на всех участках питающей линии. На мощных участках с большим сечением проводов доля “квартирного” тока КЗ ничтожна, поэтому там падение небольшое (участки с сопротивлением Z1, Z2).

В связи с понижением напряжения в результате КЗ можно отметить, что это будет заметно на параллельных нагрузках, подключенных например к тому же РП. При КЗ или сильной перегрузке у одного из потребителей лампочки в соседних домах и подъездах станут гореть тусклее. Бывало?

А вот как может выглядеть изменение тока КЗ от источника до места замыкания:

Трансформатор на подстанции 10000/0,4 кВ мощностью 1000 кВА с глухозаземленной нейтралью вторичной обмотки. Примерно от таких питались наши “районы, кварталы, жилые массивы”.

Как же узнать ток КЗ? Казалось бы – что трудного? Подставляем значения в формулу и считаем!

Однако, полный расчет тока КЗ весьма сложен, и ему можно посвятить курсовой, а то и дипломный проект. При этом нужно знать много исходных данных (например, мощность трансформатора на ТП и индуктивное сопротивление кабельной линии), и всё равно результат будет теоретическим, не учитывающим реальность – например, переходные сопротивления контактов

Важно учитывать и то, что при КЗ действуют две составляющие тока: апериодическая (ударная часть, наиболее мощная и непредсказуемая), действующая только в начальный момент во время переходного процесса, и периодическая, которая практически не меняет своего значения от начала до конца инцидента

Поэтому расчеты обычно оставляют дипломникам и проектировщикам, а на практике измеряют фактический ток КЗ при помощи специальных приборов. Для более точного расчета можно воспользоваться книгами, выложенными в конце статьи, либо программами для расчета.

Как найти короткое замыкание в проводке автомобиля

Короткое замыкание — это недопустимое соединение части цепи с «массой» или другой частью цепи. Часто причиной короткого замыкания бывает сильное окисление контактов в колодке, либо повреждение изоляции проводов. Если после замены неисправного предохранителя он снова перегорает, вероятно, в электропроводке есть короткое замыкание.

Чтобы найти короткое замыкание следует отсоединить проверяемый участок электропроводки от остальной проводки автомобиля. Мультиметр устанавливаем в режим прозвонки. Один щуп прибора подсоединяем к участку цепи, а другой — к кузову («массе»).

• Если короткого замыкания на участке цепи нет — прибор не будет подавать звуковых сигналов.
• Если есть короткое замыкание — мультиметр подаст звуковой сигнал (цепь окажется замкнутой).

Осматриваем весь участок цепи на наличие повреждений.

Напомним, выполнять диагностику проводки удобней тогда, когда под рукой есть схемы электрооборудования автомобиля (для Lada XRAY, Vesta, Largus, Granta, Kalina, Priora, Niva 4×4).

Ключевые слова: универсальная статья

Короткое замыкание, уже само по себе явление не из приятных, а когда оно касается электропроводки вашего автомобиля, это может стать просто катастрофой. Причины его возникновения как правило заключаются в старости проводки, когда со временем оплётка становится хрупкой и теряет свою эластичность. Изгибы проводки, соприкосновения её с трущимися поверхностями в следствии чего проводящая часть оголяется и соприкасается между собой.

Практически все электрические цепи автомобиля защищены плавкими предохранителями. Которые выполняют функцию слабого места, которое в случае возникновения замыкания перегорает, тем самым прекращая ток на этом участке цепи. Проблема не решится, но добраться до гаража или в ремонтную мастерскую у вас будет возможность.

Разберёмся теперь по подробнее с причинами возникновения короткого замыкания, определим наиболее тонкие и уязвимые места в автомобиле, где возникновение замыкания наиболее вероятней встретить и рассмотрим методику устранения и поиска этих неисправностей.

Короткое замыкание, что это такое и как с этим бороться? Бортовая система электропитания автомобиля питается от аккумуляторной батареи номинальным напряжением 12 вольт. Емкость определяется величиной выраженной в Ач что это означает — если мы подключим к нашему аккумулятору устройство, которое будет потреблять силу тока равную 1А, то до полной разрядки это устройство проработает (Емкость батареи)/(Силу потребляемого тока) = … часов, как правило на легковых автомобилях установлена батарея емкостью 55Ач. Восстановление аккумулятора автомобиля нужно проводить только с учётом накопленных знаний.

Я специально начал статью с небольшой физической предыстории, что бы вы поняли механизм разряда и тот момент, что чем больший ток протекает в проводнике, тем сильнее он нагревается. А от чего зависит величина тока? От сопротивления. Из курса физики I=U/R. Короткое замыкание — это встреча «голого плюса» с «голым минусом» конечно это утрированное название, но смысл именно такой. Любой проводник имеет своё собственное сопротивление, хоть и очень маленькое, но имеет, но оно на столько не значительно по сравнению с сопротивлением даже самой маленькой лампочки в автомобиле, что мы условно считаем сопротивление проводника равным нулю.

К сожалению не все участки цепи электропитания засрахованы. но на это есть свои причины. При установке самостоятельно противоугонных систем и многих других электрических аксесуаров могут возникнуть сложности.

Чем КЗ отличается от перегрузки

Если фазу и ноль электрической сети соединить под напряжением друг с другом не через потребитель, а напрямую, то возникнет короткое замыкание, сокращенно КЗ. Коротким замыканием называется соединение проводников отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании.

Никакая сеть не предназначена для длительной работы в таком режиме. Однако данный аварийный режим иногда возникает. Так, короткое замыкание может случиться из-за нарушения изоляции электропроводки или из-за случайного замыкания разноименных проводников проводящими частями электрооборудования. Нормальная работа электрической сети будет нарушена. Чтобы это нежелательное явление предотвратить, электрики используют клеммники либо просто изолируют соединения.

Будет интересно Что такое мощность электрического тока и как ее рассчитать

Проблема режима КЗ заключается в том, что в момент его возникновения в сети многократно увеличивается ток (до 20 раз превышает номинал), что приводит к выделению огромного количества джоулева тепла (до 400 раз превышает норму), поскольку количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату тока и сопротивлению потребителя.

Теперь представьте: сопротивление потребителя здесь — доли ома проводки, а ток, как известно, тем выше, чем меньше сопротивление. В итоге, если мгновенно не сработает защитное устройство, произойдет чрезмерный перегрев проводки, провода расплавятся, изоляция воспламенится, и может случиться пожар в помещении. В соседних помещениях, питаемых этой же сетью, упадет напряжение, и некоторые электроприборы могут выйти из строя.

Типичный вид короткого замыкания для жилых квартир — однофазное короткое замыкание, когда фаза смыкается с нулем. Для сетей трехфазных, например в цеху или в гараже, возможно трехфазное или двухфазное короткое замыкание (две фазы между собой, три фазы между собой, или несколько фаз на ноль). Для трехфазного оборудования, такого как асинхронный двигатель или трехфазный трансформатор, характерно межвитковое замыкание, когда витки замыкаются накоротко внутри обмотки статора или внутри обмотки трансформатора, шунтируя остальные рабочие витки и выводя таким образом прибор из строя.

Или замыкание может случиться через проводящий корпус прибора. Вообще проводящие корпуса следует заземлять, дабы защитить персонал от случайного поражения током, а провода в квартирах использовать те, что в негорючей изоляции. Есть еще один вид аварийного режима нагрузки электрической сети, связанный с превышением нормального тока.

Это так называемая перегрузка. Перегрузки иногда возникают в квартирах, в домах, на предприятиях. Это опасный режим, порой более опасный, чем короткое замыкание. Ведь короткое замыкание в квартире может быть на корню остановлено мгновенно сработавшим автоматическим выключателем в щитке. А вот токовая перегрузка — случай более хитрый.

Выключатели для защиты от короткого замыкания.

Представьте себе, что в одну единственную розетку вы решили понавтыкать множество электроприборов через тройник да через удлинители. Что нежелательного может в этом случае произойти? Если жила проводки, подведенный к розетке, не рассчитана на ток более 16 ампер, то при включении в такую розетку нагрузки более 3500 ватт начнется перегрев электропроводки чреватый пожаром.

Вообще тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20°С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50°С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно.

И тепловое старение изоляции наиболее часто возникает именно из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Также нельзя в розетку, на которой указано 250 В 10 А, включать потребителей более чем на 2500 Вт, ибо может начаться перегрев контактов, ведущий к их ускоренному окислению. Для защиты от перегрузок в квартире, а также для мгновенного купирования режима КЗ, используйте автоматические выключатели.

Какие могут быть последствия?

Во время замыканий наблюдается резкое увеличение силы тока, что приводит к расплавлению металлов. «Брызги» могут разноситься во все стороны, приводя к воспламенению предметов вокруг и пожарам. Это особенно опасно для домашних условий, так как КЗ может стать причиной потери имущества и жилья. Последствиями на предприятиях является аварийная ситуация, повреждение техники и риск того, что могут пострадать люди.

Замыкание, в зависимости от места его образования, может привести к системой аварии, последствиями которой станет экономический и технический урон. Оборудование, которое находилось под действием усиленной силы тока, выходит из стоя или получает серьезные повреждения.

Еще одним последствием замыкания является ухудшение условий работы персонала и потребителей – резкое понижение давления приводит к остановке производственных мощностей и экономическому ущербу. Наибольший урон наносится тому месту, в котором непосредственно возникло замыкание.

Способы защиты

Наиболее надежным и действенным способом предотвращения КЗ является установка автоматических выключателей. Альтернативой служат плавкие предохранители. Автомат своевременно улавливает возникновение замыкания и отключает питание, благодаря чему возникновение аварийной ситуации является невозможным.

Прочие меры предосторожности:

• регулярная ревизия электропроводных каналов – визуальное определение слабых мест кабеля, где изнашивается изоляция и своевременное устранение проблемы;
• использование электрических реакторов, которые регулируют подачу тока;
• использование специальных электроцепей, которые в случае необходимости отключают секционные выключатели;
• использование понижающих трансформаторов, которые оснащены расщепляемой обмоткой низкого напряжения.

Совет:

для домашнего использования рекомендуется устанавливать автоматические выключатели. Они рассчитаны на определенный ток, после превышения величины которого, разрывается цепь. Прочие меры в основном указаны для промышленного использования.

В чем заключается угроза КЗ?

Замыкание в первую очередь представляет угрозу здоровью и жизни человека. Это связано с пожарной опасностью: возгорание изоляции проводов, воспламенение окружающих предметов, способность изоляции распространять горение. Так же изменение силы тока может быть губительным для используемых устройств и приборов, приводя к катастрофическим последствиям

КЗ может стать причиной экономического убытка Поэтому важно использовать меры профилактики возникновения явления и прибегать к установке методов защиты

Какие бывают виды

Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.

Будет интересно Как устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется

Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.

Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями – электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия.

Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение

Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток

Возгорание розетки

Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, UКЗ, измеряемое в процентах. Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение.

Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем UКЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям. Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш. Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ.

Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.

Защита блока питания от короткого замыкания.

Виды КЗ

Согласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.

Причины возникновения короткого замыкания

Несмотря на случайность данного процесса, существует много причин, имеющих косвенное или прямое отношение к его происхождению. Перечислим наиболее распространенные причины, по данным аварийной статистики:

Износ электрохозяйства энергетических систем или бытовой электросети. Со временем изоляция проводов или токоведущих элементов теряет диэлектрические свойства, в результате на участке цепи возникает непредусмотренное электрическое соединение. Определить общее состояние проводки можно по проводам в электрических точках. Старение изоляции заметно на отводах к электрическим точкам

Превышение допустимой нагрузки на цепь питания. Это вызывает нагрев токоведущих элементов, что приводит к повреждению изоляции. Подробно о перегрузке электросети можно прочитать на нашем сайте. Перегрузка электросети может стать причиной короткого замыкания

Удар молнии в ВЛ. В этом случае происходит перенапряжение электросети, которое может вызвать КЗ

Обратим внимание, что молнии не обязательно попадать непосредственно в ЛЭП, близкий разряд может вызвать ионизацию воздуха, увеличивающую его электропроводимость. В результате увеличивается вероятность образования электрической дуги между линиями электропередач.

Физическое воздействие на провода, вызывающее механическое повреждение изоляции

В качестве примера достаточно вспомнить шутку, где перфоратор называют электрическим прибором для поиска скрытой проводки.
Попадание металлических предметов на токоведущие элементы. Собственно, это следствие, поскольку причина кроется в неудовлетворительном уходе за электрохозяйством.

Подключение к сети неисправного оборудования, например вызванного существенным снижением внутреннего сопротивления.

Человеческий фактор. Под это определение можно подвести практически все случаи так или иначе связанные с неправильными действиями человека. Например, ошибки при монтаже электропроводки, неудачные попытки ремонта электрооборудования, неправильные действия оперативного персонала подстанции и т.д.

https://youtube.com/watch?v=6cyiEfkrMsw