Как обезопасить квартиру от короткого замыкания?

Причины возникновения короткого замыкания

Коротит проводка — причины и способы устранения проблемы

Несмотря на то, что этот нежелательный аварийный процесс считается случайным, на его создание могут влиять следующие причины, связанные с некачественным монтажом или неправильной эксплуатацией электрического оборудования (цепей). Вот основные причины появления короткого замыкания:

Снижение качества изоляции токоведущих проводников. Это одна из самых распространенных причин перехода сети в режим КЗ, который возникает вследствие пересыхания, механического повреждения или разрушения изоляции между проводниками с разным потенциалом. Чаще всего все перечисленные причины снижения сопротивления изоляции и её разрушения связаны с воздействием на неё вредных факторов, на которые она не рассчитана. Например, при длительном воздействии солнечных лучей на изоляцию, которая боится ультрафиолетового излучения, происходят пересыхание, потрескивание и, как следствие, короткое замыкание.

Нужно отметить! У любой изоляции есть свой срок использования, старение её приводит к аварийным режимам.

Изменение физических параметров электрической сети, например, перенапряжение. Такое явление возможно во время грозы, а именно попадания молнии в проводник с током.
Неправильная коммутация, ошибки монтажа или укладки кабеля, с несоответствием техническим условиям, заявленным заводом производителем.

Любой электромонтажник или электромонтер не застрахован от ошибочных, неправильных действий при монтаже электропроводки или при выполнении оперативных переключений. В низковольтных цепях такие ошибки менее опасны, чем в высоковольтных цепях с мощными источниками энергии, например, на высоковольтных силовых подстанциях электроснабжения. Даже с современными элементами и устройствами защиты от превышения нагрузок процесс КЗ в силовых высоковольтных цепях опасен не только для оборудования, но и для обслуживающего персонала, из-за появления мощной электрической дуги.

Длительная эксплуатация электрического оборудования и линий в режиме перегрузок или в условиях с завышенными температурами окружающей среды. Это приводит к перегреву изоляции между обмотками электрооборудования, значит, происходит снижение сопротивления изоляции, которое в какой-то момент достигает критического значения.

Выполнение монтажа качественными материалами, правильная организация работ в электроустановках, а также своевременное обслуживание, с заменой повреждённых участков линии, снизят риск появления короткого замыкания.

Виды коротких замыканий и их характеристики.

Выше было отмечено, что для выработки и потребления электрической энергии наибольшее распространение нашли трехфазные системы переменного тока с изолированной и заземленной нейтралью. В общем случае в таких системах могут возникнуть трехфазные, двухфазные и однофазные короткие замыкания, а также замыкания между фазными проводами и землей. Разберем более подробно виды коротких замыканий, возникающих в различных системах (рис. 28).
В системах, работающих с изолированной (незаземленной) нейтралью, короткие замыкания могут быть трехфазные в одной точке (рис. 28, а); двухфазные в одной точке (рис. 28, б); двухфазные в двух точках при замыкании фаз на землю (рис. 28, в). В системах с заземленной нейтралью встречаются следующие короткие замыкания: трехфазные в одной точке (рис. 28, г); двухфазные в одной точке (рис. 28, д); двухфазные на землю в одной и в двух точках (рис. 28, е); однофазные на землю (рис. 28, ж) или на заземленный нулевой провод (в четырехпроводных системах).

В системах с изолированной нейтралью большинство аварий (около 90%) приходится на двухфазные короткие замыкания и лишь небольшая часть приходится на трехфазные короткие замыкания. В системах, работающих с заземленной нейтралью, наиболее часто встречаются однофазные короткие замыкания (65%), затем двухфазные на землю (20%), двухфазные (10%) и трехфазные (5%). Таким образом, подавляющее большинство коротких замыканий является несимметричным (к симметричным коротким замыканиям относятся лишь трехфазные).
Рассмотрим, как меняются в общих чертах токи и напряжения при различных видах коротких замыканий. При трехфазных коротких замыканиях (рис. 28, а и г) все три фазы А, В и С замыкаются между собой. В точке короткого замыкания К(3) все линейные и фазные напряжения равны нулю, а токи во всех трех фазах равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на угол 120° (имеем случай симметричного короткого замыкания).
При двухфазном коротком замыкании между фазами В и С (рис. 28, б и д’) линейное напряжение между поврежденными фазами в точке короткого замыкания К(2) будет равно нулю, а фазные напряжения не равны нулю, так же как не равно нулю и напряжение неповрежденной фазы А. Токи короткого замыкания в поврежденных фазах равны по величине и направлены в разные стороны (несимметричное короткое замыкание). Таким образом, условия для этого вида короткого замыкания могут быть записаны так: ток короткого замыкания в фазе А отсутствует (она не повреждена), следовательно Iка == 0; в поврежденных фазах В и С токи IКв = —Iκc, а напряжения UКв=Uкс. При двухфазном замыкании на землю в одной точке в системе с заземленной нейтралью (рис. 28, е) фазные напряжения в поврежденных сказах В и С в точке R(2) равны нулю, а в неповрежденной фазе А оно остается почти неизменным. Токи короткого замыкания в поврежденных фазах равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на некоторый угол.
В случае однофазного короткого замыкания на землю (рис. 28, ж) фазное напряжение поврежденной фазы А в точке К(1) будет равно или почти равно нулю, а напряжение в неповрежденных фазах В и С имеет почти нормальную величину. Сумма фазных напряжений не равна нулю. Ток замыкания на землю протекает только в поврежденной фазе А (случай несимметричного короткого замыкания). В сокращенном виде условия режима однофазного короткого замыкания можно записать следующим образом: Iкв = 0; Iкс =0, Iка =0· Остальные векторы напряжений и тока показаны на векторной диаграмме рис. 28, ж. Таким образом, большинство из рассмотренных видов коротких замыканий характеризуется несимметричной системой векторов тока и напряжения в точке короткого замыкания. Наибольшую величину имеет ток однофазного короткого замыкания, однако путем принятия специальных мер (например, заземлением не всех нейтралей установки) добиваются, чтобы его величина не превышала тока трехфазного короткого замыкания. При возникновении аварии несимметричные короткие замыкания переходят в симметричные короткие замыкания всех трех фаз (при развитии аварии) и это приводит к особо тяжелым последствиям. Поэтому при эксплуатации электроустановки следует предотвращать всякую возможность появления коротких замыканий. Для отключения токов короткого замыкания на станциях и подстанциях устанавливаются масляные выключатели, отделяющие поврежденные участки сети.

Назад
Вперёд

Причины возникновения короткого замыкания

Логическая защита шин

Снижение качества изоляции токоведущих проводников. Это одна из самых распространенных причин перехода сети в режим КЗ, который возникает вследствие пересыхания, механического повреждения или разрушения изоляции между проводниками с разным потенциалом. Чаще всего все перечисленные причины снижения сопротивления изоляции и её разрушения связаны с воздействием на неё вредных факторов, на которые она не рассчитана. Например, при длительном воздействии солнечных лучей на изоляцию, которая боится ультрафиолетового излучения, происходят пересыхание, потрескивание и, как следствие, короткое замыкание.

Нужно отметить! У любой изоляции есть свой срок использования, старение её приводит к аварийным режимам.

Изменение физических параметров электрической сети, например, перенапряжение. Такое явление возможно во время грозы, а именно попадания молнии в проводник с током.
Неправильная коммутация, ошибки монтажа или укладки кабеля, с несоответствием техническим условиям, заявленным заводом производителем.

Длительная эксплуатация электрического оборудования и линий в режиме перегрузок или в условиях с завышенными температурами окружающей среды. Это приводит к перегреву изоляции между обмотками электрооборудования, значит, происходит снижение сопротивления изоляции, которое в какой-то момент достигает критического значения.

Что такое короткое замыкание простыми словами?

Каждый день, будь то дома или на работе мы замыкаем электрическую цепь, и ничего взрывоопасного не происходит. Замыкая цепь с помощью штепсельной вилки электроприбора, электроэнергия превращается:

в механическую энергию — двигатели насосов, пылесосов и различных электрических приспособлений.
в тепловую энергию — горячий воздух фена, кипяток электрического чайника, тепловое излучение электрического конвектора.

Это хорошее замыкание, назовем ее условно в противопоставлении короткому, “длинное” замыкание электрической цепи. В чём же заключается пожарная опасность и от чего зависит сила ударного тока короткого замыкания?

Что называется коротким замыканием?

Пример: Локомотив должен доставить груз, допустим из города Нижний Новгород в такой мегаполис как Москва. Путь состава должен быть длинным. Локомотив, таща за собой 50 вагонов угля, набирает большую скорость. Но вдруг, в городе Владимир диспетчер совершает роковую ошибку, переключив стрелку на путь, где находится другой состав — аварии не миновать.

Состав набравший большую скорость быстро не остановить. Наглядный пример может показаться примитивным, но хочется показать принцип лежащий в основе – это сила, мощь, использованная не по назначению, несущая разрушение. Путь следования локомотива с множеством вагонов оказался коротким, не завершенным, не достиг цели.

Причины возникновения режима короткого замыкания

В нормальном режиме работы ток в проводке между фазным и нулевым проводами протекает через нагрузку, которая этот ток ограничивает на безопасном для проводки уровне. При разрушении изоляции ток протекает, минуя нагрузку, сразу между проводами. Такой контакт, называется коротким, поскольку происходит помимо электроприбора.

Вспомним закон Ома: I = U/R, что словами, обычно, произносится так: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению, и обратно пропорционален СОПРОТИВЛЕНИЮ»

Именно на СОПРОТИВЛЕНИЕ здесь и стоит обратить внимание.. Сопротивление ТПЖ электропроводки, как правило, невелико, поэтому им можно пренебречь, считать его равным нулю

Согласно законам математики деление на ноль невозможно, а результат будет стремиться к бесконечности. В случае короткого замыкания к этой самой бесконечности будет стремиться ток в цепи

Сопротивление ТПЖ электропроводки, как правило, невелико, поэтому им можно пренебречь, считать его равным нулю. Согласно законам математики деление на ноль невозможно, а результат будет стремиться к бесконечности. В случае короткого замыкания к этой самой бесконечности будет стремиться ток в цепи.

Конечно, это не совсем так, провода имеют какое-то конечное сопротивление, поэтому до бесконечности ток, конечно же, не дойдет, но будет достаточной силы, чтобы произвести разрушительное действие, достаточно мощный взрыв. Возникает вольтова дуга, температура которой достигает 5000 градусов по Цельсию.

Причины короткого замыкания

Ошибки персонала обслуживающего электрические сети.
Из-за износа (устаревшей) электропроводки.
Неправильный монтаж электропроводки.
Плохой контакт в соединениях проводки и электроприборов
Из-за перегрузки электрической цепи.
Может возникнуть по причине механического повреждения проводов.
КЗ могут спровоцировать грызуны.

Как не допустить короткое замыкание?

Для предупреждения короткого замыкания необходимо.

Грамотно монтировать и эксплуатировать электроустановки.
Подбирать электропроводку в соответствии с величиной тока.
Регулярно проводить плановые осмотры и измерения сопротивления изоляции;
Правильно выбирать автоматику защиты, которые предназначены отключать поврежденный участок.
Прежде чем производить работы с проводкой ее необходимо обесточить.

Польза короткого замыкания

На основе короткого замыкания зародилась дуговая сварка, которая используется на производстве. Точка контакта стержня и металлическая поверхность нагревается до температуры плавления, металлическая конструкция соединяется в единое целое. Например, современные кузова автомобилей скреплены именно посредством короткого замыкания – дуговой сварки.

Как мы увидели, короткое замыкание может приносить разрушения, если сила тока используется не по назначению. Если правильно управлять энергией, можно достичь отличных технических достижений.

Как предупредить короткое замыкание

Самый простой способ – это соблюдать рекомендации, прописанные в ПУЭ – практически всем записям в этой книге предшествует какая-либо авария либо как минимум нештатная ситуация. Ну а так как заучивать правила скорее всего никто не будет, то хотя бы надо руководствоваться здравым смыслом, который диктует следующее:

Если проводка старая, то настоятельно рекомендуется ее замена

Если по каким-либо причинам это невозможно, то, как минимум, надо осмотреть контакты розеток и оценить, требуется ли им дополнительная изоляция.
Если квартиру затопили соседи сверху, то, даже если ничего не замкнуло, это повод пересмотреть скрутки проводов в распределительных коробах – под воздействием влаги липкая сторона изоленты теряет свои свойства.
Нужна осторожность при вбивании гвоздей в стены – неудачно забитый гвоздь приносит с собой большое количество «головной боли» по замене перебитого провода.. Также можно просто сделать фото проводов до того, как они будут спрятаны в стену

Также можно просто сделать фото проводов до того, как они будут спрятаны в стену.

В частном секторе обязательно надо применять дополнительные меры по защите проводки от крыс и мышей – есть достаточно большое количество найденных домашними электриками способов борьбы с грызунами – это могут быть металлические гофры, промазывание кабелей мастикой и прочие методы.
Если в розетку приходилось включать мощный прибор, то потом стоит перепроверить, не подгорели ли контакты и состояние изоляции.

Пример поиска короткого замыкания специальным прибором — на видео:

Польза короткого замыкания

Рассмотрим особый случай параллельного соединения проводников — так называемое короткое замыкание.

Им называется параллельное включение в цепь проводника с очень маленьким сопротивлением. Рассмотрим пример. Пусть лампы и выключатель соединены так, как показано на схемах

Обратите внимание, что выключатель и вторая лампа соединены параллельно, кроме того, замкнутый выключатель на правой схеме — проводник с очень маленьким сопротивлением. Следовательно, согласно определению,на правой схеме существует короткое замыкание лампы

Пусть, например, напряжение источника тока подобрано так, что при разомкнутом выключателе обе лампы светятся не очень ярко — в полнакала (поэтому на первой схеме они наполовину закрашены). Если же выключатель замкнуть, то левая лампа будет гореть ярко, а правая лампа вообще погаснет. Таким образом, увеличение яркости левой лампы указывает нам, что при существовании в цепи короткого замыкания сила тока резко возрастает.

Согласно закону Джоуля-Ленца, возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению пожара. Объясним, почему левая лампа загорается ярче. Вспомним, что при параллельном соединении проводников их общее сопротивление становится меньше меньшего из них, то есть даже меньше, чем сопротивление выключателя (у которого оно и так почти равно нулю). Согласно закону Ома, уменьшение сопротивления приводит к возрастанию силы тока. А возрастание тока, согласно закону Джоуля-Ленца, приводит к более сильному накалу спирали левой лампы. Объясним теперь, почему гаснет правая лампа. Поскольку при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково, то напряжения на правой лампе и на выключателе одинаковы. По закону Ома U=I·R. Как мы выяснили в предыдущем абзаце, сопротивление этого соединения почти равно нулю, то есть R»0. Подставляя ноль в формулу, получим: U=I·0=0. То есть, напряжение на выключателе и лампе равно нулю (точнее, очень маленькое). Такого напряжения явно недостаточно, чтобы поддерживать свечение лампы, поэтому она гаснет.

Для защиты электроприборов от короткого замыкания применяют предохранители.

Их назначение — отключать электроэнергию в случае, если ток возрастает больше допустимой величины. На рисунке справа вы видитеавтоматический предохранитель с винтовым цоколем как у лампы. Такие предохранители (в просторечии «пробки») вворачивают в специальные патроны, которые укрепляют на стене. Существуют такжеплавкие предохранители. В них основной деталью является тонкая (диаметром около 0,1 мм) проволочка из олова или свинца (см. рисунок ниже). В случае сильного возрастания тока она практически мгновенно плавится, и цепь размыкается, прерывая ток. В отличие от «многоразовых» автоматических предохранителей, плавкие предохранители являются одноразовыми электроприборами.

Если предположить, что провода, подводящие ток к квартирной проводке, сделаны из алюминия и имеют диаметр 1 мм, то площадь сечения свинцовой проволочки окажется в 100 раз меньше. Кроме того, заглянув в таблицу, мы увидим, что удельное сопротивление свинца примерно в 10 раз больше, чем у алюминия. Следовательно, сопротивление проволочки примерно в 1000 раз больше сопротивления алюминиевого провода такой же длины. Поскольку провод и предохранитель (то есть проволочка внутри него) соединены последовательно, то сила тока в них одинакова. Так как по закону Джоуля-Ленца Q=I2Rt, следовательно, количество теплоты, выделяющееся в проволочке, в каждый момент времени в 1000 раз больше, чем в проводе. Именно поэтому проволочка плавится, а электропроводка остаётся в сохранности. В настоящее время плавкие предохранители практически не применяются в технике, уступив место автоматическим.

Способы устранения и профилактика

Прежде избавляются от причин, вызвавших КЗ. Сгоревшую проводку меняют на новые провода. Пришедшие в негодность радиодетали и катушки заменяют аналогичными новыми комплектующими.

Профилактика короткого замыкания заключается в установке предохранительной автоматики, стабилизаторов напряжения, замене старого оборудования и изношенной проводки.

Блок предохранительных автоматов

Вовремя предпринятые меры, исключающие возникновение КЗ, сохранят дорогое оборудование, электронные приборы, бытовую технику. Надо помнить о том, что короткое замыкание может погубить не только имущество, но и жизни людей.

Защита от короткого замыкания

Сначала о том, какие последствия может вызвать КЗ:

Поражение человека электрическим током и выделяющимся теплом.
Пожар.
Выход из строя приборов.
Отключение электричества и отсутствие интернета дома. Как следствие — вынужденная необходимость читать книги и ужинать при свечах.

Как видите, короткое замыкание – враг и вредитель, с которым нужно бороться. Какие есть способы защиты от короткого замыкания?

Почти все они основаны на том, чтобы быстро разомкнуть цепь при обнаружении КЗ. Это можно сделать с помощью разных аппаратов защиты от короткого замыкания.

Почти во всех современных электроприборах есть плавкие предохранители. Большой ток просто расплавляет предохранитель, и цепь разрывается.

В квартирах используются автоматы защиты от короткого замыкания. Это автоматические выключатели, рассчитанные на определенный рабочий ток. При повышении силы тока автомат срабатывает, разрывая цепь.

Для защиты промышленных электродвигателей от коротких замыканий используются специальные реле.

Теперь вы можете легко дать определение короткому замыканию, заодно знаете про закон Ома, а также фазу и ноль в электричестве. Желаем всем не устраивать коротких замыканий! А если у вас в голове «замкнуло» и совершенно нет сил на какую-то работу, наш студенческий сервис всегда поможет с ней справиться.

А напоследок видео о том, как НЕ НУЖНО обращаться с электрическим током.

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.

Измерение тока КЗ

Расчёт КЗ необходим для правильного подбора устройств, способных защищать цепи от этого явления, поэтому крайне важно знать, до какой величины может подняться ток при замыкании в определённой точке. Выполнение работ предполагает определение сопротивления линии от места измерений до трансформаторной подстанции

Затем по результатам выполняется расчёт токов трёхфазного КЗ или однофазного, в зависимости от типа используемой электролинии.

При возникновении аварийной ситуации замыкания фазы на фазу или на корпус фактически появляется новая электрическая цепь — «петля» короткого замыкания. Есть несколько способов, с помощью которых можно определить величину сопротивления линии КЗ:

метод вычисления напряжения в обесточенной цепи;
способ определения падения разности потенциалов на нагрузочном импедансе;
измерение полного сопротивления цепи.

Посчитать импеданс петли можно, создав искусственное короткое замыкание. Для этого используют специальные приборы. Они позволяют сначала измерить напряжение без подключённой нагрузки, а затем при включении малоомного резистора (до 10 Ом) в течение короткого времени (порядка 10 миллисекунд).

Полное сопротивление линии состоит из активной и реактивной составляющей. Расчёт выполняют по формуле: Z = √ (R2 + (Xl + Xc)2). Чтобы рассчитать импеданс линии, состоящей из множества элементов, используют эквивалентную схему, состоящую из резисторов. Все данные трансформаторов, линий, различных электрических компонентов, необходимые для расчётов, приведены в справочных таблицах. Выполняя приведение, получают простую схему, состоящую из двух сопротивлений — активного и реактивного.

Выполнять можно расчёт токов КЗ в именованных единицах и относительных. Для нахождения номинальных параметров системы применяют стандартные формулы: Zn = U / P и I = P / √ (3 * U). Связь между единицами можно установить, выразив параметры через базисные значения. Z = Zn * (Un 2/Sn). При упрощённых вычислениях принято делать расчёт токов КЗ в относительных единицах.

Причины опасной ситуации

Аварийная ситуация и короткое замыкание цепи не может возникнуть просто так.

В каждом конкретном случае имеются определенные причины и негативные факторы:

Высокий уровень напряжения при замыкании. Обычно возникает в результате резкого скачка, при котором наблюдается превышение всех допустимых норм. Вероятность пробоя изоляции или всей схемы становится очень высокой. Повышаются токовые утечки с одновременным повышением температуры дуги. При коротком замыкании большое напряжение всегда создает кратковременный дуговой разряд.
Старые изношенные слои изоляционного покрытия. Подобные ситуации чаще всего встречаются, когда замена проводки не проводилась в течение длительного времени. Слабая изоляция оказывается наиболее подверженной электрическому пробою, чему причина – выработка своего ресурса.
Внешние механические воздействия. Защитная оболочка проводников постепенно перетирается, а изоляционное покрытие оказывается нарушенным. Жилы проводов также подвержены повреждениям, вызывающим не только КЗ, но и возгорания.
В электрическую цепь иногда попадают посторонние предметы – пыль, мусор и т.д. Попадая на проводник, они создают собственную дополнительную цепочку, способную вызвать ток короткого замыкания источника.
Удары молний, создающие высокое напряжение, легко пробивающее всю электрическую схему или изоляцию проводников.