Ток короткого замыкания - определение, методики расчёта, формула

Как избежать КЗ?

Понятно, что полностью избежать этого неприятного явления невозможно – тут велик элемент случайности. Однако, в наших силах существенно снизить риск возникновения КЗ. И тут колоссальное значение приобретает регулярный осмотр и техническое обслуживание электросетей.

Примеры превентивных мер:

чистка токоведущих частей, контактов и изоляторов от пыли и грязи,
проверка защиты от влажности,
проверка целостности укладки и монтажа,
ограждение и дополнительная защита опасных участков,
вывешивание и наклеивание предупреждающих табличек и надписей,
проверка и протяжка контактов,
обрезка деревьев и устранение других опасных факторов.

Как думаете, какие нужны превентивные меры защиты от КЗ на фото ниже?

Водосточная труба, электрощиты и гофра, уходящая под плитку. Инсталляция в старой части Батуми

В серьезных организациях регулярно проводят проверку кабелей и контактов тепловизором, а также измерение сопротивления изоляции и испытания изоляции высоковольтным напряжением.

Меры профилактики по предотвращению КЗ

Предотвратить возникновение коротких замыканий в значительной степени помогают меры предосторожности и профилактические мероприятия

Наиболее важными из них являются следующие:

Перед тем как найти короткое замыкание в проводке, следует обращать внимание на заметное искрение или треск в розетке и выключателях, сопровождающиеся запахом горелой пластмассы. Именно эти факторы чаще всего приводят к аварийному режиму

В таких случаях нужно обязательно заменить неисправные установочные изделия.
Перед прокладкой новых проводов нужно заранее рассчитать мощность потребителей, которые будут использованы в данной сети. Правильно выбранное сечение предохраняет кабели от излишних перегрузок. В процессе монтажа проводка не должна быть перекручена. Кабели укладываются параллельно, а между ними оставляется свободное пространство.
При выполнении ремонтных работ, связанных со сверлением стен, необходимо заранее уточнить места прокладки кабельных линий.
Установка средств автоматической защиты позволит избежать негативных последствий, за счет отключения линии в момент КЗ.
Не реже 2-3 раз в год проводить плановые осмотры, выключателей, розеток, распределительных коробок, откуда расходятся провода и мощного оборудования. Проводку с алюминиевыми жилами по возможности лучше устраняем и меняем, поскольку этот материал при нагревании увеличивает сопротивление цепи, вызывая увеличенный нагрев, замыкание и расплавление кабельных линий.
При поиске короткого замыкания все действия с проводкой и электрическими приборами следует выполнять при строгом соблюдении техники безопасности. Выполняя рекомендации специалистов и точно соблюдая порядок действий, вполне возможно не только самостоятельно обнаружить аварию, но также исправить все ее последствия.

Неполадки в электросети являются частой причиной поломки электроприборов. Одно из распространенных негативных явлений – короткое замыкание. Оно опасно не только для техники, но и для самого дома, так как может привести к возгоранию. Бороться с КЗ можно с помощью предохранителей и автоматов защиты в активной цепи. Но в случае обесточенного провода или прибора поиск замыкания усложняется. Есть разные способы обнаружения и устранения дефекта сети.

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.

Как защитить ВЛ от однофазных токов к.з.?

Посещение выставки Energy Expo 2021 не прошло бесследно. Как только у меня появляется свободное время, я разбираю информацию (каталоги, диски), которую привез с выставки. Кое с чем делюсь на своем канале youtube.

Меня давно интересовал вопрос, а как защитить ВЛ-0,4кВ или ВЛИ-0,4кВ от однофазных токов короткого замыкания? К сожалению, я ВЛ практически не проектирую. Пару раз сталкивался с этим и тогда я понял, что обычным автоматическим выключателем сделать хорошую защиту очень трудно, поэтому для таких целей используют специальные изделия.

Мне приятно, что изделие, о котором сейчас буду рассказывать – сделано в Республике Беларусь

Если вы проектируете ВЛ, то наверняка вам известно такое изделие, как РЭ-13 или аналоги. Но, сегодня хочу вам рассказать про другое изделие, которое полностью заменяет данные изделия.

Для защиты воздушных ЛЭП от однофазных токов к.з., а также для защиты трансформаторных подстанций можно использовать такое изделие как УНЗ.

Принцип работы: УНЗ фиксирует наличие тока в нулевом проводе ВЛ с помощью трансформатора тока и подает сигнал на независимый расцепитель автоматического выключателя. Аварийный участок ВЛ – отключается.

В зависимости от контролируемого тока имеются 2 исполнения:

— со встроенным датчиком тока (УНЗ-10-80, УНЗ-80-150, УНЗ-130-200);

УНЗ-10-80, УНЗ-80-150, УНЗ-130-200

— с внешним датчиком тока (УНЗ-140-800, УНЗ-Т).

УНЗ-140-800, УНЗ-Т

Преимущества УНЗ:

1 Бесконтактное включение в нулевой провод и бесконтактное управление независимым расцепителем автоматического выключателя.

Нулевой провод проходит через трансформатор тока и не требует его разрыва.

2 УНЗ позволяет производить настройку тока срабатывания с учетом расчетного тока однофазного к.з.

3 Обеспечивается выдержка времени на отключение – 4 с (для УНЗ-Т 2-5 с).

Этим самым снижаются ложные срабатывания, уменьшается количество отключений потребителей, что напрямую влияет на эксплуатационные расходы.

Схема включения УНЗ-10-80, УНЗ-80-150, УНЗ-130-200:

Схема включения УНЗ-10-80, УНЗ-80-150, УНЗ-130-200

Схема включения УНЗ-140-800, УНЗ-Т:

Схема включения УНЗ-140-800, УНЗ-Т

Таблица характеристик УНЗ:

№ п/п	Обозначение устройства нулевой защиты	Диапазон уставки тока срабатывания, А	Дискретность уставки тока срабатывания	Примечание
1	УНЗ-0,4-У3-2003-10-80	10 ÷ 80	10; 20; 24; 27; 30; 33; 38; 42; 46; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80	Встроенный датчик тока, отв. Ø 24
2	УНЗ-0,4-У3-2003-80-150	80 ÷ 150	80; 83; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 115; 120; 125; 130; 135; 140; 145; 150
3	УНЗ-0,4-У3-2003-130-200	130 ÷ 200	130; 133; 135; 140; 145; 150; 155; 160; 165; 170; 175; 180; 185; 190; 195; 200
4	УНЗ-0,4-У3-2003-140-800	140 ÷ 800	140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800	Выносной датчик тока, отв. Ø 40 мм
5	УНЗ-0,4-У3-2003-Т	1,5 ÷ 5 (100 ÷ 2000*)	1,5; 1,8; 2; 2,3; 2,5; 2,8; 3; 3,3; 3,5; 4; 4,5; 5	*Стандартный трансформатор тока ХХХХ/5

Для защиты воздушных ЛЭП от токов к.з. применяйте специальные изделия. Правильный выбор уставок тока срабатывания УНЗ позволит исключить возникновение пожара и выход из строя силового транформатора, а также защитит электроприборы потребителей при высоких (низких) напряжениях, которые возникают при перекосе фаз.

Советую почитать:

Как выбрать коэффициент мощности?

Сравнительная таблица аналогов арматуры СИП

Однофазный АВР на переключателе фаз PF-431

Трехфазный дифференциальный автомат на 20А

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.

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).

Потеря напряжения в трансформаторе

Электромашины > Трансформаторы

Потеря напряжения в трансформаторе

Потеря напряжения в обмотках двухобмоточного трансформаторе определяется по формулам:
где Р — активная нагрузка трансформатора, Мвт;Q — реактивная нагрузка трансформатора, Мвар;S — полная нагрузка трансформатора, Мва; U — напряжение на зажимах трансформатора, кв;Uн — номинальное напряжение сети, кв;cosj — коэффициент мощности нагрузки трансформатора;R — активное сопротивление обмоток трансформатора;
X — реактивное сопротивление обмоток трансформатора:
В формулах (5-26) и (5-27): Sн — номинальная мощность трансформатора, Мва;Uн.т. — номинальное напряжение обмоток трансформатора, кв;DРк.з — потери короткого замыкания в трансформаторе, Мвт;Ux — падение напряжения, %, в реактивном сопротивлении трансформатора, определяемое по формуле (9-7).

В формулах (5-24), (5-25), (5-26) и (5-27) все величины должны быть отнесены или к стороне высшего (ВН), или к стороне низшего (НН) напряжения.В табл. 9-2 приведены значения активных и реактивных сопротивлений трансформаторов по отношению к стороне ВН. Пересчет этих сопротивлений по отношению к стороне НН производится по формулам:
где n — коэффициент трансформации трансформатора:
где — относительная величина напряжения, соответствующая данному ответвлению обмотки ВН; — номинальный коэффициент трансформации трансформатора.Величины потерь напряжения в трансформаторах при номинальной нагрузке и номинальном напряжении на зажимах для различных коэффициентов мощности приведены в табл. 5-29.

Таблица 5-29
Потеря напряжения, % в понижающих трансформаторах 6-35/0,4/0,23 кв при номинальной нагрузке


Номинальнаямощностьтрансформатора, ква	Номинальноенапряжениеобмотки ВН, кв	При коэффициенте мощности
,7	0,75	0,8	0,85	0,88	0,9	0,92	0,94	0,96	0,98	1,0
254063631001001601602502504004006306301 0001 0001 6001 600	6-106-106-10206-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-35	4,394,344,294,684,275,804,165,654,075,554,025,514,675,404,685,414,625,36	4,314,244,184,544,155,574,025,403,925,293,865,244,455,124,465,134,395,07	4,204,114,044,364,015,293,855,103,734,983,674,924,184,794,194,804,124,74	4,043,943,844,133,814,943,624,723,504,593,424,523,854,393,864,403,784,33	3,923,803,703,963,664,673,464,443,324,313,244,233,614,093,624,103,544,03	3,823,693,583,823,544,473,324,233,184,093,104,013,423,873,443,883,353,80	3,703,563,443,663,404,243,173,993,033,842,943,763,213,613,223,623,143,54	3,553,413,283,473,233,962,993,702,843,552,753,462,963,312,973,322,893,24	3,373,213,083,233,023,622,773,352,613,192,523,102,662,942,672,962,582,87	3,112,942,802,902,743,162,462,882,302,712,202,612,252,452,262,462,172,38	2,402,202,032,031,971,971,661,661,481,481,381,371,201,211,221,221,121,12

Таблица для трансформаторов ГОСТ 12022-66 и 11920-66

Пример 5-7

Определить потери напряжения в трансформаторе 10/0,4 кв мощностью 630 ква со схемой соединений обмоток У/Ун-0, если нагрузка трансформатора S=500 ква при cosj=0,85, ответвление обмотки трансформатора -5% и величина напряжения на вторичной стороне трансформатора U=0,39 кв.Решение
Из табл. 9-2 для трансформатора 630 ква, 10/0,4 кв находим активное и реактивное сопротивления обмоток трансформатора по отношению к стороне ВН:
Номинальный коэффициент трансформации трансформатора равен:
Фактический коэффициент трансформации с учетом выбранного ответвления обмоток определяется по формуле (5-30):

Пересчитываем сопротивления трансформатора по отношению к стороне НН по формулам (5-28) и (5-29):
Номинальное напряжение сети на стороне НН трансформатора Uн=0,38 кв.Для cosj=0,85 sinj=0,527.Потерю напряжения в трансформаторе определяем по формуле (5-25):

Все страницы раздела на websorТрансформаторы силовые Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор) Идеальный трансформатор Простейшие приближенные эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом Расчеты электрических цепей с трансформаторами Потеря напряжения в трансформаторе