В чем опасность короткого замыкания в электрической цепи

Что такое короткое замыкание? — Онлайн-журнал

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.

Короткое замыкание имеет отрицательный результат, то есть, энергия  позиционирует себя в виде искр, хлопка, часто возгорание проводки и легко возгораемых материалов — пожар.

Что же такое короткое замыкание?

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.

Именно СИЛА тока производит разрушение, при коротком замыкании ток увеличивается в 20 раз, количество тепла возрастает примерно в 400 раз.

Вот еще одно яркое объяснение, что такое короткое замыкание

Известно, что неисправная электропроводка приводит к короткому замыканию, от него чаще всего и возникает возгорание. Об этом частенько упоминается в пожарных отчетах. Что же такое короткое замыкание, чем оно опасно?

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.

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.

Источник: http://electric-tolk.ru/chto-takoe-korotkoe-zamykanie/

Шесть опасностей электричества | Статьи ЭлектроМИР

7 Декабря 2018

Причина: замыкание между оголенными жилами проводников или кабелей электросети. В результате появляются токи, которые могут достигать сотен и даже тысяч ампер.

Опасность: выход из строя или разрушение элементов сети, что может привести к пожару.

2. Перегрузка электрической сети

Причина: ток превышает уровень, допустимый для элементов электросети. Представьте: в доме не хватает розеток, и вы подключаете к одной из них удлинитель. Розетка не способна справиться с нагрузкой и в результате – нагревается и/или воспламеняется.

Опасность: эта авария более длительная, чем короткое замыкание. Она может привести к нагреву электрических конструкций и в конце концов – к пожару.

Использовать автоматические выключатели.

Их защитные свойства часто сочетаются с дополнительными функциями. Например, посредством автоматических выключателях серии Acti 9 компании Schneider Electric можно с помощью дополнительных контактов контролировать состояние «включено/отключено» и своевременно обнаруживать момент аварийного отключения.

3. Поражение электрическим током

Причина: опасный потенциал попадает на корпус устройства в результате повреждения. Представьте: стиральная машина бьёт вас током при прикосновении – в изоляции провода внутри неё появилась трещина, и небольшой электрический ток «утекает» на металлический корпус.

Опасность: смертельная угроза человеческой жизни.

Использовать автоматические выключатели.

Использовать устройства защитного отключения или УЗО с установкой срабатывания 10 или 30 мА.

УЗО – это, по сути, выключатель, который сравнивает ток на входе и выходе одной электрической цепи. Если разница между ними превышает заданное значение, УЗО отключается и «выключает» электричество.

4. Пожар

Причина: «утечка» тока около 300 мА, которая может спровоцировать возгорание.

Опасность: смертельная угроза человеческой жизни.

Использовать противопожарные УЗО – устройства с установкой срабатывания 100 и 300 мА. Они устанавливаются в начале электрической цепи и дополняют защиту от токов короткого замыкания и перегрузки, а также защиту от поражения током. Использовать их для защиты от поражения током нельзя.

5. Повышение напряжения выше допустимых значений

Причина: обрыв нулевого проводника, в результате чего фазное напряжение, используемое в электросети, может достигнуть 380 В.

Опасность: техника оказывается под напряжением, на которое не рассчитана, поэтому она может выйти из строя или воспламениться и стать причиной пожара.

Использовать реле напряжения.

Устройство устанавливается в щите и контролирует напряжение в сети. Как только оно превышает заданный порог, реле отключает участок сети, но само при этом остается включенным. Когда ситуация стабилизируется, реле напряжения снова включает питание, так что техника не пострадает.

Причина: Во время грозы разряд молнии распространяет вокруг себя электромагнитные колебания, которые наводят напряжение в проводниках воздушной линии электропередач. Далее по проводам напряжение попадает в сеть дома.

Опасность: В сети на тысячные доли секунды появляется напряжение, которое может достигать нескольких тысяч вольт. Это становится либо причиной сбоя в работе подключённой техники, либо выводит её из строя.

Устанавливать в электрическом щите устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), их еще называют ограничители перенапряжений (ОПН).

Они ограничивают импульс перенапряжения до безопасных значений и защищают оборудование. Современные УЗИП помогают даже в том случае, если разряд молнии ударит прямо в провод линии электропередач. Такие устройства есть в линейке УЗИП Acti 9 компании Schneider Electric.

Грамотно подобранные и качественные защитные устройства избавят вас от неприятностей, связанных с электричеством, сделают ваш дом безопасным и комфортным.

Источник: https://rubilnik.ru/info/articles/shest_opasnostey_elektrichestva/

Устранение короткого замыкания

Короткое замыкание проводки (КЗ) – это последствие неправильной ее эксплуатации, перегрева или форс-мажорных ситуаций вроде затопления квартиры или механического повреждения изоляции проводов. КЗ требует срочного тестирования и ремонта электропроводки.

Признаки короткого замыкания:

• запах гари;
• искры, возгорание;
• отключение электричества во всем помещении.

Без опыта электромонтажных работ не стоит браться за ремонт. Не прикасайтесь сами и запретите домашним трогать электрические устройства, которые предположительно стали причиной КЗ. Обесточьте помещение, если электричество пропало не во всех комнатах, и вызывайте специалистов. Опасность короткого замыкания серьезная. Человека и животных может поразить током, высока вероятность возникновения пожара.

Поиски и способы устранения короткого замыкания

Приехав по вызову, мастер осматривает помещения. Для того чтобы найти короткое замыкание он пробует разные способы:

• осматривает автоматические предохранители и пробки;
• ищет место повреждения проводов по запаху гари и подпалинам на стенах;
• последовательно подключает электрические устройства, выясняя какое из них вызвало КЗ;
• проверяет на обрыв провода фазовые, нулевые и заземления;
• последовательно, по участкам, проверяет проводку на обрывы;
• осматривает розетки и выключатели.

После проверки мастер приступает к ремонту короткого замыкания. Для этого используются разные способы, которые подбираются в зависимости от причины повреждения:

• замена проводов с подплавленной, нарушенной, сгоревшей изоляцией;
• замена фазового и нулевого провода или фазового и провода заземления – если проверка показала, что их электрические цепи неразрывны;
• замена пробок, неисправных розеток и выключателей.

Еще один способ, который может рекомендовать электромонтер – ремонт электроприборов, чья неисправность стала причиной КЗ.

Предупреждение короткого замыкания

Проблемы с электрической проводкой можно предупредить:

• Не перегружайте сеть одновременным включением мощных электроприборов.
• Оперативно вызывайте мастера для ремонта искрящихся розеток и выключателей.
• Не эксплуатируйте неисправные электроприборы, вовремя меняйте их или ремонтируйте.
• Установите устройство защитного отключения (УЗО) и автоматический выключатель. В аварийной ситуации они отключают электропитание, чем обеспечивают защиту от короткого замыкания и перегрузки.
• Не ремонтируйте проводку самостоятельно, кустарными методами.
• Два-три раза в год вызывайте мастеров для проверки состояния розеток, выключателей, силовых групп проводов.
• Перед сверлением отверстий для полок, навесных шкафов или картин стены нужно проверять на наличие проводов. Это можно сделать, проверив схему разведения проводов или воспользовавшись металлоискателем.
• Доверять монтаж и ремонт электропроводки опытным электромонтажникам, которые не повредят кабели и будут работать в соответствии с нормативами.

Мастера компании «Электрика Москвы» – это больше 10 лет профилактических, монтажных и ремонтных работ. Наш актив – это знания, опыт и доверие клиентов.

Источник: https://www.mos-elektrika.ru/ustranenie-korotkogo-zamyikaniya/

Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах

Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».

Давно хотел написать статью про короткое замыкание. Но все как то не доходили руки.

Сегодня решился, потому как повлияли на меня последние события, произошедшие на распределительной подстанции нашего предприятия.

Ранее в статьях мы говорили, что повреждения в электроустановках вызывают короткие замыкания, или сокращенно, к.з.

Короткое замыкание — это одно из самых тяжелых и опасных видов повреждения.

Вы спросите почему? Читайте ниже.

Что же такое короткое замыкание?

Википедия на этот вопрос отвечает, что  короткое замыкание — это:

Определение прочитали.

А теперь давайте рассмотрим подробно, что же происходит с параметрами электроустановки в момент короткого замыкания.

При возникновении короткого замыкания,  напряжение на источнике питания, а правильнее назвать ЭДС, замыкается «накоротко» через небольшое (малой величины) сопротивление кабельных и воздушных линий, обмоток трансформаторов и генераторов. Отсюда и название «короткое замыкание».

В «накоротко» замкнутой цепи появляется ток очень большой величины, который и называется током короткого замыкания.

Классификация коротких замыканий

Рассмотрим классификацию коротких замыканий.

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся фаз:

• трехфазные короткие замыкания
• двухфазные короткие замыкания
• однофазные короткие замыкания

Короткие замыкания разделяются по замыканию:

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:

• в одной точке
• в двух точках
• в нескольких точках (более двух)

Пример

Рассмотрим пример.

Допустим, что наш потребитель питается с подстанции через воздушную линию (ВЛ) электропередач. Питающая линия является транзитной, поэтому питание потребителя осуществляется отпайкой от линии ВЛ в точке «О».

Пунктирной линией под номером 2 показан уровень напряжения на протяжении всей воздушной линии до возникновения короткого замыкания. 

По рисунку видно, что напряжение в любой точке электрической сети равно разнице ЭДС источника питания и падения напряжения в электрической цепи до необходимой нам точки.

Например, напряжение в точке «О» можно рассчитать по формуле:

Uо = E — I*Zo, где

• E — ЭДС источника питания, в нашем случае генератора
• Zo — полное сопротивление воздушной линий от источника питания до точки «О» (состоит из активного и реактивного сопротивления)
• I — ток, протекающий по воздушной линии в данный момент времени.

Аналогично, можно рассчитать напряжение в любой точке нашей воздушной линий.

Предположим, что по каким-либо причинам произошло короткое замыкание на воздушной линии, но за пределами нашей отпайки. Назовем эту точку короткого замыкания буквой «К».

Что же произойдет в момент короткого замыкания?

В момент короткого замыкания по воздушной линии проходит уже не номинальный ток, а  ток короткого замыкания большой величины, поэтому возрастает падение напряжения на каждом элементе электрической цепи. А именно на сопротивлении Zo и Zк.

Самое наибольшее снижение напряжения будет в месте короткого замыкания, т.е. в точке «К». В остальных точках воздушной линии, удаленных от места к.з., напряжение снизится чуть меньше (это видно на рисунке — линия под номером 1).

В одной из своих статей я привел наглядный пример расчета токов короткого замыкания. Переходите по ссылочке и знакомьтесь с материалами.

Последствия от короткого замыкания

Мы уже выяснили, что в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения, что приводит к следующим последствиям.

1. Разрушения

Вспомним немного физику.

По закону известного физика Джоуля-Ленца, ток короткого замыкания, протекая по активному сопротивлению электрической цепи в течение некоторого времени, выделяет в нем тепло, которое рассчитывается по формуле:

В точке короткого замыкания это тепло, а также пламя электрической дуги, производят огромные разрушения. И чем больше ток короткого замыкания и время его прохождения по цепи, тем больше будут разрушения.

Чтобы было понятно Вам насколько эти разрушения масштабны, ниже приведу примеры из своей практики.  

Короткое замыкание в кабине трансформаторов

Привод переключающего устройства РПН. Короткое замыкание произошло в обмотке асинхронного двигателя

2. Повреждение изоляции

Во время прохождения тока короткого замыкания по неповрежденным линиям, происходит их нагрев выше предельной допустимой температуры, что приводит к повреждению их изоляции.

Активная часть трансформатора. Короткое замыкание произошло по причине повреждения изоляции

Повреждение изоляции кабельной линий привело к короткому замыканию

Короткое замыкание кабеля. Последствия

3. Потребители и электроприемники

Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников электрической энергии.

Например, асинхронный электродвигатель  при снижении напряжения сети может вообще остановиться, т.к. момент его вращения может оказаться меньше момента сопротивления и трения механизмов.

Также нарушается нормальная работа и осветительных остановок. Здесь я думаю объяснять не требуется.

Смотрите наглядное видео про причины и последствия короткого замыкания в электроустановке 400 (В) на одной из наших подстанций:

А вот уже случай по-серьезнее — трехфазное короткое замыкание в сети 10 (кВ).

Вот еще фрагменты аварии, которая возникла по причине короткого замыкания в разделке кабеля 10 (кВ):

Источник: http://zametkielectrika.ru/korotkoe-zamykanie/

Короткое замыкание в электрической цепи

В ходе подобного явления в зонах контакта происходит пиковое возрастание тока. Обычно короткое замыкание в электрической цепи приводит к превышению гранично допустимых параметров. В ходе подобного процесса образуются токи разрушительного вида.

Стоит подчеркнуть, что не зря указывается именно несанкционированная природа подобного явления. С замыканием, контролируемым нами, которое известно в среде электриков, как «длинное», приходится сталкиваться каждый раз при запуске различных приборов. Соединение в приборе фазного и нулевого провода в такой ситуации происходит при включении в розетку. Почему при этом не образуется короткое замыкание, узнаем из нашей статьи.

Причины возникновения

Лучше всего понять природу возникновения данного явления можно с помощью закона Ома. Основная формула I=U/R участка цепи обозначает, что в конкретной зоне сила тока прямо пропорциональна напряжению и, соответственно, обратно пропорциональна сопротивлению на данном участке.

Активное сопротивление представляет собой каждый прибор в квартире, который подключен к розетке. Параметры напряжения при этом обычно находятся в пределах 220-230 В. Из приведенной формулы однозначно делаем вывод, что увеличение этого показателя вызывает уменьшение величины тока.

Разберем гипотетическую вероятность подключения в сеть прибора с условной величиной R=),05 ОМ, то есть практически отсутствующим сопротивлением. Делаем расчет тока по закону Ома:

I=220В(U)/0,05(Ом)=4400А

В итоге обнаруживается ток очень большой величины. В нашем случае при существующих параметрах для стандартной розетки в 10-16А расчетный показатель составил 4,4А.

Применяемые в современных условиях провода из меди имеют практически идеальную проводимость, позволяющую на относительно коротких участках принимать их сопротивление за нулевое. Следовательно, выполняемое соединение нулевого и фазного провода можно представить в виде подключения прибора с очень низкими показателями сопротивления. Подобный тип короткого замыкания – наиболее частый случай в быту.

Все описанное носит весьма приближенный характер. Расчет силы тока в подобной ситуации производится с учетом еще и других показателей. В первую очередь берется во внимание сопротивление всей линии и образующейся дуги, неизменно возникающей при коротком замыкании. Следовательно, в реальности мы сталкиваемся с сопротивлением значительно большим, чем условные 0,05Ом. Однако, природа возникновения КЗ теперь достаточно понятна.

Почему возникло такое название?

Любое подключение бытовых приборов к сети способствует созданию сопротивления для предстоящего протекания тока. А вот случайное или обдуманное соединение нуля и фазы без нагрузки, напрямую, делает путь подобного протекания значительно короче, чем в обычном эксплуатационном режиме.

Вывод очевиден – название «короткое замыкание» обозначает отсутствие сопротивления при движении электронов по максимально короткому пути.

В чем опасность подобного явления

Потенциальная угроза пожара – самая главная опасность в результате КЗ. Выделение в проводниках значительного количества тепла при увеличение параметров тока обычно сопровождается повреждениями изоляционного слоя с последующим возгоранием.

Нередки варианты замыкания с образованием дуги, спровоцированной электрическим зарядом большой мощности, способным вызвать воспламенение окружающих объектов.

Потенциальная угроза резкого выброса тепла или поражения током человека всегда очень высока в такой форсмажорной ситуации.

Снижение напряжения в сети также остается одним из потенциальных последствий КЗ. Это самым негативным образом сказывается на работе электрооборудования. Многие приборы весьма чувствительны к образовавшемуся электромагнитному воздействию.

Вывод в данном случае однозначен – на стадии проектирования и монтажных работ одним из самых ответственных моментов является создание надежной защиты от возникновения коротких замыканий.

Как обезопасить вероятность возникновения КЗ

Принцип разрыва цепи положен в основу большинства способов защиты. К наиболее популярным устройствам относятся плавкие предохранители, имеющиеся во многих приборах.

Такие элементы выполнены, как проводники способные выдерживать только ток определенной величины. В ситуации с превышением предельных параметров такой проводник моментально разрушается и способствует разрыву цепи. Проще говоря, плавкий элемент остается наиболее слабым звеном, которое не выдерживает воздействия высокого тока, выходит из строя самым первым и таким образом выполняет функции защиты для всех остальных компонентов.

Выключатели автоматической конструкции АВ устанавливаются на каждую группу потребления и остаются наиболее востребованными для установки в домах и квартирах.

Разрыв цепи осуществляется при помощи теплового расцепителя. Этот процесс происходит посредством разъединения контактов при протекании тока, превышающего предельные значения. Применяются и электромагнитные модели защитных элементов.

Обращаю внимание на важный аспект – от КЗ не спасет УЗО, которое предназначено для других целей.

Правильный расчет потенциальных параметров тока короткого замыкания для отдельно выбранной электроустановки поможет при выборе автоматического выключателя. Это необходимо для своевременного реагирования на произошедшее КЗ.

Тяговые и трансформаторные подстанции — Виды, причины и последствия КЗ

ГЛАВА VI
ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ИХ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
Виды, причины и последствия КЗ

Виды и причины КЗ

 В каждой электрической системе различают нормальный (рабочий) и аварийный режимы. Под нормальным режимом понимают такой порядок работы электрической цепи, при котором электрическая энергия поступает от источников питания к потребителям с нормальными потерями в сети. Этот режим характеризуется токами, величины которых зависят от напряжений и сопротивлений сети и приемников.

Коротким замыканием (КЗ) называется режим, при котором цепь источника питания замыкается через относительно малое сопротивление. Токи КЗ возникают в электрической цепи в результате соединения разных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, которое в большинстве случаев почти равно нулю.

Сопротивлением электрической дуги, образующейся в некоторых случаях при КЗ, обычно пренебрегают и расчеты ведут на наибольшие токи КЗ, которые проходят при так называемом металлическом соединении. Различают следующие виды КЗ: трехфазное (рис.

102, а) или симметричное (К(3)), когда три фазы соединяются между собой; двухфазное (К(2)), когда две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное (К(1)), когда одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю (К1,1), когда две фазы замыкаются между собой через землю.

Если все виды КЗ принять за 100 %, то их относительная вероятность на основании статистики составляет: трехфазных — 5%; двухфазных— 10%; двойных замыканий на землю — 20%; однофазных — 65 %. Основными причинами возникновения КЗ являются нарушения изоляции как токоведущих частей, так и электрической аппаратуры. Причины, вызывающие нарушение изоляции, многообразны и могут иметь временный и постоянный характер.

Временное нарушение изоляции, которое устраняется после отключения поврежденного участка, возникает при прямых ударах молнии, схлестывании проводов воздушной сети во время ветра и гололеда, набросах проводников на токоведущие части, перекрытии изоляции при неправильных операциях разъединителями, перекрытии или уменьшении изолирующих промежутков птицами, насекомыми и т. п.

Постоянное нарушение изоляции, не исчезающее и после отключения аварийного участка, возникает при пробое изоляции вследствие ее старения или недоброкачественности, механических повреждениях кабелей при земляных работах и т. п. Независимо от того, временный или постоянный характер носит то или иное повреждение изоляции, все повреждения связаны с появлением значительных токов КЗ. При рассмотрении КЗ различают системы с заземленной и изолированной нейтралью.

В системах с глухозаземленной нейтралью (см. рис. 102, а) соединение фазы с землей представляет однофазное КЗ. Ток однофазного КЗ достигает больших значений и имеет преимущественно индуктивный характер. Величина этого тока в основном ограничена индуктивным сопротивлением источника тока, питающего цепь КЗ, линии и других устройств.

Установлено, что из трех видов КЗ на зажимах трехфазного синхронного генератора с заземленной нейтралью — трехфазного, двухфазного и однофазного — наибольшая величина установившегося тока получается при однофазном КЗ. В установившемся режиме величина тока трехфазного КЗ на зажимах генератора в 2,5 раза меньше тока однофазного КЗ и в 1,5 раза меньше тока двухфазного КЗ. Однако при КЗ в удаленных от генератора точках наиболее опасным КЗ является трехфазное, хотя оно и происходит наиболее редко. Это объясняется следующим. При КЗ на зажимах генератора величина тока КЗ зависит только от соотношения сопротивлений его обмоток при указанных видах КЗ. По мере удаления точки КЗ от генератора величину тока КЗ определяют сопротивления элементов цепи КЗ (линии, трансформаторы, реакторы), так как сопротивления обмоток генератора незначительны по сравнению с ними.

Рис. 102. Токи и напряжения в системе с заземленной (а) и изолированной (б, в) нейтралью при КЗ

В электрических системах с заземленной нейтралью для тока однофазного КЗ применяют искусственные ограничительные меры. В одних случаях нейтрали заземляют не на всех трансформаторах, а только на части трансформаторов, оставляя другие работать с изолированными нейтралями; в других случаях нейтрали заземляют либо через активное сопротивление R, либо через относительно большие индуктивные сопротивления XL (см. рис. 102, а).

В результате этого наибольший возможный ток однофазного КЗ в электрических системах обычно не превышает наибольшего возможного тока трехфазного КЗ. Прохождение однофазного тока КЗ обычно вызывает срабатывание релейной защиты линии и отключение потребителей от системы, что является существенным недостатком систем с заземленными нейтралями. В СССР с глухозаземленными нейтралями работает большинство сетей напряжения 110 и 220 кВ.

Заземление нейтралей через реакторы применяют для мощных систем напряжением 110; 220, 500 кВ и выше. В системе с изолированной нейтралью (рис. 102, б) соединение одной фазы с землей называется просто замыканием на землю. Токи в этом случае имеют преимущественно емкостный характер, достигая нескольких десятков ампер в крупных установках с развитыми сетями, и зависят от напряжения и длины линий.

Приближенно ток замыкания на землю I3, равный емкостному току Iс, можно определить по формуле Iз = Iс=U (35 lK + I в)/350,         (27) где U—линейное напряжение, кВ; Iв и I—длины электрически связанных воздушных и кабельных линий сети данного напряжения, км. Так как при однофазных замыканиях на землю в системе с изолированной нейтралью токи замыкания на землю незначительны, то нет необходимости мгновенного отключения линии от защиты.

К тому же работа приемников электроэнергии не нарушается, так как напряжения между фазами остаются неизменными и сдвинутыми по фазе на угол 120°. Защита от такого рода замыканий действует обычно на сигнал, по которому дежурный персонал должен принять меры для нахождения и устранения однофазного замыкания на землю.

Считается допустимым работа линии при однофазном замыкании в течение не более 2 ч, после чего питание потребителей должно быть переведено на другую линию (если она есть) или вообще отключено. При более длительной работе с однофазным замыканием возможно замыкание на землю другой фазы и какой-либо точке,  что может привести к тяжелой аварии. При однофазном замыкании па землю изменяется напряжение фаз по отношению к земле.

В нормальном режиме работы напряжения фаз симметричны и численно равны фазному напряжению установки относительно земли. Сумма емкостных токов фаз по отношению к земле равна нулю. При замыкании, например, фазы С на землю (см. рис. 102, б и в) напряжение Uc относительно земли становится равным нулю вследствие отсутствия разности потенциалов между землей и фазой с замыканием на землю; напряжение относительно земли неповрежденных фаз А и В увеличивается в √3 раз и становится равным междуфазному напряжению установки (ввиду наличия на земле потенциала U с)

Ua=Uac = √3Ua и U в =U вс ; √З U в.

Особенно опасно однофазное замыкание на землю через электрическую дугу. Эта дуга может периодически гаснуть и зажигаться (так называемая перемежающаяся дуга) и вызвать перенапряжение сети, так как последняя представляет собой колебательный контур.

Перенапряжения достигают (2,5-3,0) Uφ и распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции неповрежденных фаз (в частях установки с ослабленной изоляцией), т. е. переход однофазного замыкания на землю в двойное КЗ на землю.

Перемежающаяся дуга возникает вероятнее всего при емкостном токе более 5 А, а опасность дуговых перенапряжений возрастает с увеличением напряжения сети (наиболее опасны дуговые перенапряжения в установках 35 кВ и выше).
Электроустановки напряжением выше 1000 В подразделяют на установки с большим и малым током замыкания на землю.

К установкам с большим током замыкания на землю относятся установки с заземленными нейтралями и током замыкания на землю более 500 А (установки напряжением 110 кВ и выше). К установкам с малым током замыкания на землю относят обычно установки с изолированными нейтралями (до 35 кВ включительно) или нейтралями, заземленными через большие сопротивления, у которых ток замыкания на землю менее 500 А.

Меры по ограничению действий КЗ.

В современных электрических системах возникающие токи КЗ достигают огромных значений — десятков и сотен тысяч ампер. Проходя по элементам короткозамкнутой цепи, эти токи оказывают динамическое и термическое воздействие на электрическое оборудование, аппаратуру и токоведущие части.

Последствиями динамического и термического воздействия токов КЗ могут быть разрушения сборных шин, частей аппаратуры, токоведущих частей генераторов и трансформаторов, перегрев и расплавление проводов, оплавление контактов отключающих аппаратов и т. п.

Размеры и характер повреждения оборудования электроустановки могут вызвать различные по продолжительности перерывы электроснабжения отдельных потребителей. Короткое замыкание, вызывающее в системе значительное понижение напряжения сети, может нарушить устойчивую параллельную работу электростанций системы и выпадение их из синхронизма.

Для предотвращения возникновения КЗ, ограничения их развития и обеспечения надежности электроснабжения следует сделать правильный выбор: схемы электрических соединений электроустановки; оборудования, стойкого против динамических и термических действий токов КЗ; средств ограничения токов КЗ; надежной релейной защиты, предотвращающей развитие аварий или их возникновение; заземляющих устройств. Кроме того, должна быть обеспечена динамическая устойчивость параллельной работы электростанций.                                                                                                                                                                   

Чтобы реализовать эти мероприятия, необходимо знать возможные величины токов КЗ в различных точках системы и электроустановки. Полому при проектировании электроустановок после выбора принципиальных схем одним из первых этапов является расчет токов КЗ.
И настоящее прем я имеется несколько способов расчета токов КЗ с различной степенью точности. Применяют их в зависимости от назначения расчета. Наибольшая точность требуется при исследовании устойчивости параллельной работы электростанций и проектировании сложных видов релейной защиты. Правильный выбор аппаратуры и релейной защиты железнодорожных электроустановок обеспечивают приближенные методы расчета токов КЗ, которые нашли широкое применение и при расчете токов КЗ для электроустановок промышленных предприятий других ведомств.

Источник: https://forca.ru/knigi/arhivy/tyagovye-i-transformatornye-podstancii-31.html

Короткое замыкание: причины возникновения и основные виды, признаки и последствия негативного явления

Коротким замыканием называется нештатное соединение двух точек электрической сети, обладающих разными потенциалами. При этом явлении происходит нарушение нормальной работы цепи, не предусмотренное конструкцией оборудования. Такая ситуация может возникать при повреждении изоляции проводников или прикосновении оголенных их частей. Резкое падение сопротивления нагрузки при подключении к сети также относится к короткому замыканию.

Природа негативного явления

Чтобы лучше понять происхождение этого явления, следует сделать короткое замыкание своими руками. Для этого нужно собрать простейшую электрическую цепь из батарейки, лампочки и оголенных проводов. Как только будут соединены проводами источник питания и устройство, то по цепи пойдет ток, и лампочка загорится. Провода, идущие к лампочке, необходимо замкнуть любым металлическим отрезком. Ток начнет проходить по новому проводнику и через лампочку.

Но так как сопротивление провода очень мало, то весь ток будет протекать через него. Если говорить простым языком, короткое замыкание — это кратчайшее прохождение электрического тока по пути, где наименьшее сопротивление в цепи. Проводок сильно нагреется, так как, согласно Закону Ома из физики, по нему потечет ток большого значения. В результате сильного нагрева возможен обрыв проводов или их возгорание. В больших масштабах часто из-за этого явления возникают пожары.

Основные виды

Существует несколько видов КЗ. Все они описываются и подтверждаются документально национальным стандартом. В перечень входят:

1. Трехфазное — электрический контакт осуществляется между тремя фазами цепи. В отличие от других видов, этот процесс протекает симметрично, поэтому более точно можно рассчитать силу тока в этот период. Такой вид замыкания считается самым опасным по тепловым и электродинамическим воздействиям. Наличие контакта с землей никак не влияет на параметры процесса.
2. Двухфазное — это короткое замыкание в электрической цепи, как все последующие, вызывает неравномерное распределение напряжения в сети. Такой вид негативного явления в кабельных линиях может быстро перейти в трехфазное замыкание из-за разрушения изоляции проводников.
3. Двухфазное с землей — обычно такой процесс наблюдается в электрических магистралях с заземленной нейтралью.
4. Однофазное с землей — наиболее часто встречающаяся ситуация, которая происходит в бытовых или промышленных электросетях и подключенным к ним устройствам.
5. Двойное замыкание на землю — когда две фазы замыкаются через землю, не взаимодействуя напрямую друг с другом. Наблюдается в сетях с заземленной нейтралью.

Характерные признаки и последствия

Визуально такой процесс можно определить по ярким вспышкам, появлению дыма, обугленным проводам и перегоревшим плавким предохранителям. Кроме того, при этом происходит падение напряжения и рост силы тока в электрической магистрали. Все эти явления представляют большую опасность, а именно:

1. В месте соприкосновения проводников или элементов устройств появляется источник возгорания, который часто приводит к возникновению пожара.
2. Падение напряжения приводит к сбою в работе электрического оборудования и бытовой техники.
3. Возникают электромагнитные волны, которые оказывают влияние на линии связи и коммуникаций.
4. Происходит цепь различных аварий, приводящих к отключению потребителей от энергетической системы до устранения последствий.

Последствия негативного явления считаются очень серьезными, поэтому при проектировании и монтаже электрооборудования обязательно устанавливаются средства защиты от КЗ.

Методы защиты

Так как возникновение этого явления полностью нельзя исключить, поэтому все меры защиты основаны на профилактике и предупреждении КЗ. Основной задачей считается применение мероприятий, понижающих вероятность возникновения аварийной ситуации. К ним относятся:

1. Наблюдение за состоянием изолирующего материала на токоведущих элементах или линиях электрических передач. Раз в три года проводятся испытания изоляции электрических проводов в производственных помещениях, а в бытовых магистралях определение ее надежности осуществляется согласно сроку эксплуатации. Для медного провода он составляет 40 лет.
2. Перед проведением ремонтных работ, связанных со сверлением стен, необходимо с помощью специального прибора определить месторасположение скрытых проводов.
3. Отказаться или минимизировать использование электрического оборудования в ванной комнате и в других помещениях с повышенной влажностью.

Для обеспечения безопасности электрического оборудования проводится установка автоматических выключателей как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию. Выключатель срабатывает при протекании через него большого тока, который образуется в результате замыкания в электрической сети или бытовом приборе.

В некоторых распределительных устройствах используются плавкие предохранители, рассчитанные на определенную силу тока. На производстве для защиты электрических двигателей устанавливается специальное реле, которое разрывает цепь при замыкании якоря или обмотки статора устройства.

Применение короткого замыкания

Помимо негативных характеристик, это явление широко применяется в некотором электрическом оборудовании. По этому принципу работают короткозамыкатели, которые представляют собой быстродействующие приводы.

Используются они для создания преднамеренного замыкания с целью вызвать защитное отключение. Такие приборы применяются при аварийных ситуациях в высоковольтных линиях. При поломке силового трансформатора устройство вызывает замыкание между фазами в электрических магистралях до 35 кВ или фазой и землей при напряжении от 110 кВ.

Прибор включается как автоматически, так и вручную, если есть необходимость. На основе замыкания работает электродуговая сварка, которая позволяет получить крепкие металлические соединения. Чаще всего такое устройство используется для соединения кузовных деталей автомобилей.

Источник: https://rusenergetics.ru/praktika/prichiny-korotkogo-zamykaniya

Пожарная безопасность — Электроснабжение и пожарная опасность

Электрический ток может привести к пожару или взрыву не только из-за неисправности электрических сетей, оборудования, установок, предохранительных устройств, но и из-за неправильной эксплуатации их, а также от несоответствия электроустановок требованиям взрыво- и пожаробезопасности.

При прохождении электрического тока по проводам выделяется тепло, которое легко можно подсчитать по формуле, вытекающей из закона Джоуля — Ленца:

Q=0,24∙ I2∙R∙t,

Где Q — количество тепла, выделенного электрическим током, в кал; I — сила тока в А; R — сопротивление проводника в Ом; t — время, в течении которого пропускается по проводам ток, в сек.

Представим себе, что мы увеличили количество токоприемников настолько, что по проводнику пошел ток в два раза больший, чем первоначально. Тогда количество выделяющегося тепла увеличится в четыре раза. Проводник будет нагреваться. Кроме того, от повышения температуры проводника увеличится его сопротивление. Это, в свою очередь, приведет к еще большему выделению тепла и повышению температуры проводника.

Считают, что при повышении температуры проводника на 10 градусов сопротивление медных и алюминиевых проводов увеличивается на 4%, а стальных — на 5%.

В исправных и правильно рассчитанных электрических сетях и установках количество тепла, выделяющегося при прохождении тока в проводниках, не превышает количества тепла, отдаваемого в окружающую среду. Если это равновесие нарушено, и сила тока увеличена, проводник начинает нагреваться.

Для проводников, нагревающихся до сравнительно высоких температур, большое значение имеет теплопроводность изоляционных материалов и разность температур проводника и окружающей среды. Температура нагревшегося проводника может быть определена по формуле:

T=I∙ρ/S∙u∙K,

где I — сила тока в А; ρ — удельное электрическое сопротивление провода в Ом∙см; S — площадь поперечного сечения провода в мм2; u — периметр сечения провода в мм; K — коэффициент теплоотдачи в ккал/ м2∙ч∙град.

При прохождении большой силы тока, недопустимого для данного сечения проводника, его температура может достигать больших величин.

Были случаи, когда при значительных перегрузках электропроводов происходило загорание изоляции. Если даже не произойдет загорания изоляции, высокая температура проводов (перегрузка) приведет к старению изоляции, потере ее диэлектрических свойств, а это вызывает опасность короткого замыкания электропроводов.

Табл. 1. Показатели пожарной опасности электроизоляционных материалов

Материал	Температура, оС,
начала разложения	воспламенения
Резина	50	220
Полиэтилен	70	306
Поливинилхлорид	65	560
Полистирол	65	274

На рисунках ниже представлены некоторые виды современных проводов и кабелей:

Рис. 1. Плоский двухжильный медный провод ППВ: сечение от 0,75 до 4 мм2, номинальное напряжение 380 В, разделительное основание, поливинил-
хлоридная изоляция. Применяется для монтажа осветительных и силовых цепей при неподвижной открытой проводке 

Рис. 2. Силовой кабель АВВГ: алюминиевые жилы (1-4), сечение от 2,5 до 50 мм2, поливинил-хлоридная изоляция, поливинил-хлоридная оболочка. Предназначен для прокладки как в сухих, так и во влажных помещениях

Рис. 3. Кабель медный поливинил-хлорид по жиле, поливинил- хлоридная оболочка, броня из оцинкованных стальных полос, герметичный внешний шланг. Может применяться везде, где существует опасность механических повреждений проводки в процессе эксплуатации

Рис. 4. Кабель КГ: медные многопроволочные жилы, резиновая изоляция, резиновая оболочка. Применяется там, где требуется кабель повышенной гибкости

Под Коротким замыканием (КЗ) понимается не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малое сопротивление токопроводящих частей, имеющих различную полярность, подключенных к различным фазам (многофазный переменный ток) или имеющих различные потенциалы замыкания на землю (заземленные предметы и нулевые провода) (по Костарев Н.П., Черкасов В.Н. Методы оценки пожарной опасности электроустановок. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2002.).

При коротком замыкании опасность возникновения пожара во много раз увеличивается; сила тока в электрической цепи резко возрастает, в сотни раз увеличивается количество выделяемого тепла и в этом случае не только горит изоляция от места короткого замыканияплавятся провода и поджигают горючие материалы. до распределительного щита, но

Для предупреждения коротких замыканий на распределительном щите устанавливают предохранители (автоматы, плавкие вставки др.), которые сразу отключают те участки электросети, на которых произошло короткое замыкание.

Рис. 5. Автомат фирмы ABB

Рис. 6. Автомат фирмы ИЭК

Рис. 7. Плавкая вставка(предохранитель)10 А

От перегрузок электрических сетей  также имеются защитные устройства, которые отключают перегруженный участок. Из практики известно, что отдельные участки не имеют необходимой защиты, а иногда эта защита завышена или установлена неправильно.

Поэтому контроль за состоянием электропроводов и защиты электроустановок и участков должен быть тщательным и постоянным. Перегрев до опасных температур может быть не только от перегрузки, но и от плохого контакта в соединениях проводов, на зажимах, на шинах распределительных и групповых щитков и т.п.

Местных перегревов предохранителя защита не улавливает, и предотвратить опасность загорания не сможет. Мерой профилактики в этом случае является плотное соединение проводов пайкой, специальными наконечниками и др.

Для облегчения расчета электропроводов на токовые нагрузки в «Правилах устройства электроустановок» даны таблицы, определяющие, какие длительные токовые нагрузки можно пропускать по медным и алюминиевым жилам в зависимости от вида изоляции и способа прокладки.

Устройство защитного отключения (УЗО) — механический коммутационный аппарат (или совокупность элементов), который при достижении (превышении) током заданного значения вызывает размыкание контактов.

УЗО предназначены для того, чтобы избежать пожара или поражения человека электрическим током.

Входят в комплект вводно-распределительных устройств (ВРУ), вводных и распределительных щитов, устанавливаемых в общественных и жилых зданиях, производственных помещениях и т. д. (по Российская энциклопедия по охране труда).

Рис. 8. УЗО-Д40

Источник: http://www.firedata.ru/elektrosnabjenie_i_pojarnaya_opasnost.html

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

О таком нештатном режиме работы электрической цепи как короткое замыкание слышали практически все. Описание физики этого процесса входит в школьную программу 8-го класса. Предлагаем вспомнить, что представляет собой данное явление, какую опасность представляют токи КЗ и их вероятные причины возникновения. В статье мы рассмотрим виды короткого замыкания, а также способы защиты, позволяющие минимизировать негативные последствия.

Что такое короткое замыкание?

Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение.

Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.

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

При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489).

Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким.

Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r  — напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения.

Виды КЗ

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

Различные виды КЗ

Обозначения с кратким описанием:

1. 3-х фазное, принятое обозначение – К(З). То есть, происходит электрический контакт между тремя фазами. Это единственный вид замыкания не вызывающий «перекос» фаз, процесс протекает симметрично, что упрощает расчет силы тока КЗ. В тоже время 3-х фазное замыкание представляет наибольшую опасность по факторам тепловых и электродинамических воздействий. В связи с этим, когда производится расчет тока КЗ для трехфазной цепи, как правило, рассматривается данный вид замыкания.

Характерно, что при К(З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.

1. 2-х фазное (K(2)). Данный вид замыкания, как все последующие, относится к несимметричным процессам, вызывающим перекос напряжений в системе. В кабельных линиях электропередач довольно велика вероятность перехода процесса K(2) в К(З), поскольку температура в месте замыкания разрушает изоляцию токоведущих частей.
2. 2-х фазное с землей (K(1,1)). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.
3. 1-о фазное с землей (K(1)). Этот вид замыкания на практике встречается чаще всего. Характерно, что процесс может возникнуть как в бытовых или промышленных электросетях, так и в запитанном от них оборудовании.
4. Двойное на землю (K(1+1)). То есть, две фазы замыкаются через землю, не имея электрического контакта между собой. Такой вид замыкания возможен в системах с заземленной нейтралью.

Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85.

Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания.

Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.

Обозначение КЗ	Процентное соотношение к общему числу (%)
К(З)	5,0
K(2)	10,0
K(1)	65,0
K(1,1) и K(1+1)	20,0

Разобравшись с видами замыканий, рассмотрим, в каких ситуациях они могут возникнуть.

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.

Опасность и последствия

Чтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:

• Возникновение возгорания в месте механического соприкосновения неизолированных элементов оборудования или электрической сети часто становится причиной пожара.
• Понижение уровня напряжения электрического тока в зоне замыкания вызовет сбой в работе электрооборудования. О последствиях пониженного напряжения можно подробно узнать в одной из публикаций на нашем сайте.
• Как видно из приведенной выше таблицы 1, на долю симметричных замыканий (К(З)) приходится не более 5%, это означает, что во всех остальных случаях придется иметь дело с сетевой асимметрией, более известной под названием «перекос фаз». Последствия такого режима мы уже рассматривали в более ранней публикации.
• Возникновение различных системных аварий, вызывающих отключение потребителей энергосистемы до устранения короткого замыкания.

Как предотвратить КЗ и защита от него?

Нельзя полностью исключить вероятность КЗ, поскольку на природу его возникновения влияет случайная составляющая. Поэтому в данном случае может идти речь только о профилактике, понижающей вероятность возникновения аварийной ситуации. К таким мерам относятся:

• Контроль состояния изоляции токоведущих элементов оборудования или линий электропередач. В частности, испытание изоляции электропроводки в производственных помещениях положено проводить не реже одного раза в три года. Для бытовых сетей нормируется только срок максимальной эксплуатации. Например, для скрытой проводки, выполненной медным проводом, допустимая эксплуатация – 40 лет.
• Сверка с проектом бытовой электросети перед сверлением теоретически должна минимизировать вероятность механического повреждения скрытой проводки. Но, как показывает практика, в таких ситуациях надежней воспользоваться прибором, для поиска проводки. Обзор таких устройств и их принципиальные схемы, можно найти на нашем сайте.Детектор проводки
• Отключение электроприборов при выходе из дома или квартиры.
• В «сырых» помещениях (например, в ванной комнате) необходимо минимизировать количество электрооборудования. Если таковое нельзя исключить, оно должно иметь соответствующий класс защиты.
• В случае повреждения электроприбора, требуется исключить возможность его подсоединения к сети питания.
• Соблюдение норм потребления электроэнергии и т.д.

Не менее важным является организация защиты, она реализуется путем установки автоматических выключателей (или предохранителей) как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию проводки. Если произойдет короткое замыкание, электромагнитная защита автоматического выключателя сработает под воздействием высокого уровня тока КЗ. Как подобрать автоматический выключатель, в зависимости от номинального тока, Вы можете прочитать на нашем сайте.

Если в щитах РУ используются плавкие электрические предохранители, то после их «расплавления» (срабатывания), замена должна проводиться на однотипные устройства. Установка предохранителя с током меньше номинального приведет к ложным срабатываниям, превышение допустимого тока срабатывания может вызвать повреждение электрооборудования.

Преднамеренное КЗ

Завершая данную тему нельзя не упомянуть, что большие токи короткого замыкания могут успешно использоваться. Ярким примером этому являются электросварочные аппараты с ручным или автоматическим ограничением по току КЗ. Принцип работы и примеры электрических схем различных видов сварочного оборудования мы уже ранее рассматривали на нашем сайте.

Помимо сварочных аппаратов особенности КЗ используются в короткозамыкателях.

Внешний вид короткозамыкателя

Короткозамыкатели представляют собой специальные электромеханические устройства, вызывающие преднамеренное короткое замыкание для оперативного отключения системой защиты определенного участка цепи.

Таким образом, можно констатировать, что в приведенных примерах короткое замыкание вызывается принудительно для выполнения конструктивных действий.

Несколько видео по теме:

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-korotkoe-zamykanie.html

Защита от короткого замыкания

В электротехнике нередко возникают различные аварийные ситуации, из которых наибольшую опасность представляет короткое замыкание.

В таких случаях источники напряжения начинают работать в особом режиме, вызывающем разрушения всех составляющих электрической цепи, расположенных на данном участке.

Основном причиной этого явления считается прямое замыкание между собой выходных клемм генератора или аккумуляторной батареи. Вся мощь источника тока сосредотачивается в одном месте, сжигая оборудования и травмируя находящихся рядом людей.

Поэтому при работе с электрическими сетями большое значение приобретает надежная защита от короткого замыкания, осуществляемая разными способами. Ее основная функция заключается в предотвращении опасных ситуаций и локализации возможных негативных последствий.

Физические свойства данного явления

Опасность короткого замыкания напрямую связана с физическими законами, объясняющими природу этого явления. В первую очередь, это закон Ома, согласно которого ток в электрической цепи находится в прямой пропорции с напряжением и в обратной пропорции – с сопротивлением (I = U/R). То есть, при малом сопротивлении ток будет высокий, а при большом он пропорционально снижается. Кроме того, при росте напряжения одновременно возрастает и сила тока.

Сопротивление при коротком замыкании представляет собой сумму сопротивлений проводов и контактов вместе с внутренним сопротивлением источника питания. Как правило, в бытовых условиях их значения чрезвычайно малы и составляют всего лишь несколько долей Ом. Проводка домашней сети рассчитана на 16-40 ампер, тогда как в момент короткого замыкания ток может доходить до сотен, и даже тысяч ампер.

Явление КЗ тесным образом связано еще и с законом Джоуля-Ленца. Он касается количества теплоты, выделяемой на данном участке за единицу времени. Ее значение определяется квадратом силы тока умноженном на сопротивление этого участка цепи. Это означает рост выделяемого тепла проводником при повышении его сопротивления.

Каждый проводник обладает собственным сопротивлением, но греются они все без исключения, но выделяют при этом разное количество тепла.

Во избежание перегрева, сечение каждого из них подбирается под определенную силу тока.

В противном случае слишком тонкие проводники под высокими нагрузками становятся горячими, а провода с большим сечением практически не греются, поскольку успевают отдать тепло с большой площади в окружающую среду. Все эти физические законы и явления обязательно учитываются, когда оборудуется защита от токов короткого замыкания.

Как сделать хлопковый выключатель

Виды коротких замыканий

Данное явление нередко наблюдается под действием природных электрических аномалий. Как правило, это мощные грозовые разряды, сопровождаемые молниями. Их основным источником служит статическое электричество с огромным потенциалом, с различными знаками и величинами, накопленное облаками в процессе перемещения силой ветра с одного места на другое на большие расстояния.

Влажные пары, находящиеся в облаке, поднимаются на высоту, охлаждаются естественным путем. Образующийся конденсат проливается на землю в виде дождя. Из-за низкого сопротивления влажной среды воздушная прослойка подвергается пробою, по которому и проходит высокий электрический ток, представляющий собой молнию.

Для прохождения электрического разряда требуется два отдельных объекта с разными значениями потенциалов. Чаще всего, это два облака, идущие на сближение, или сама грозовая туча и поверхность земли. В первом случае опасность грозит в основном летательным аппаратам, а во втором под действие разряда могут попасть любое устройство или объект, в том числе и воздушные ЛЭП.

Защита обеспечивается путем установки молниеотводов, нейтрализующих грозовые разряды.

В других случаях коротким замыканиям подвергаются цепи постоянного тока. У всех аккумуляторов или выпрямителей на выходе установлены контакты с положительным и отрицательным потенциалом.

В обычных условиях они поддерживают рабочий режим схемы, обеспечивая нормальную работу потребителей.

Все процессы определяются математическим выражением закона Ома для полной цепи. Происходит равномерное распределение нагрузки в обоих контурах – внутреннем и внешнем.

При возникновении аварийной ситуации, между плюсовой и минусовой клеммами возникает непредвиденный контакт в виде короткой цепи, в которой чрезвычайно низкое электрическое сопротивление. Внешний контур выключается из работы, и циркуляция тока происходит лишь по внутреннему контуру с маленьким сопротивлением. ЭДС, при этом, остается неизменной, что приводит к резкому росту силы тока. Все это сопровождается большим тепловыделением и нарушениями целостности цепи.

Процессы в цепях переменного тока также попадают под действие закона Ома. В отличие от предыдущего варианта, эти схемы могут быть одно- или трехфазными, подключаться к заземляющему контуру.

Короткие замыкания в таких цепях возникают в самых разнообразных формах: «фаза-земля», «фаза-фаза», «фаза-фаза-земля», «фаза-фаза-фаза», «фаза-фаза-фаза-земля».

В воздушных ЛЭП применяются изолированная и глухозаземленная схемы подключения нейтрали.

В каждой из них ток короткого замыкания будет прокладывать собственный путь, который обязательно учитывается при создании защитной системы.

Расчет тока по мощности и напряжению

Иногда замыкания могут возникнуть внутри самой нагрузки, например, в электродвигателях. При одной фазе возможен пробой изоляции корпуса или нулевого проводника. У трехфазных потребителей возможны замыкания между фазами и другие аналогичные сочетания. В любом случае все это приводит к аварийному режиму с тяжелыми последствиями. Предотвратить подобные ситуации помогает автомат снимающий опасное напряжение с участка цепи и подключенного оборудования.

Правильный выбор сечения проводов и кабелей

Основным мероприятием по защите от коротких замыканий является выбор подходящего сечения для кабелей и проводников. Следует учитывать и условия будущей эксплуатации, а также оборудование, которое планируется к подключению.

Способность проводников к работе в условиях продолжительных нагрузок целиком зависит от площади сечения жил, измеряемой в мм2. Существуют специальные таблицы, облегчающие выбор, в которых подробно расписаны показатели проводников, в соответствии с нагрузкой, учитывая электрические параметры сети.

Все проводники выбираются с некоторым запасом, поэтому в большинстве домашних сетей на освещение используются проводники 1,5 мм2, а для розеточной группы – 2,5 мм2. При необходимости выполняются индивидуальные расчеты электропроводки, исключающие перегрев и другие негативные последствия.

Следует учитывать и материал проводников. Например, сопротивление алюминия примерно в 1,8 раза превышает этот показатель у меди. То есть, при одинаковой силе тока и сечении, алюминиевая жила нагреется в 2 раза быстрее. Поэтому в современных схемах проводки используется кабельно-проводниковая продукция только с медными жилами. Алюминиевые провода используются лишь в электроустановках высокой мощности и для передачи электроэнергии по ЛЭП.

Электротехнические средства защиты

Защитить электрическую цепь от КЗ помогают различные типы предохранителей. Наиболее простыми считаются плавкие предохранители одноразового действия, различающиеся по внешнему виду. Они выступают в качестве наиболее слабого звена и в случае аварии срабатывают, разрывая цепь и защищая вверенный участок. Жертвуя собой, эти компоненты предотвращают разрушение и выход из строя других, более важных приборов от действия высоких температур, образовавшихся из-за резкого увеличения силы тока.

Принцип работы аккумулятора

Плавкие предохранители для защиты от короткого замыкания выпускаются в широком ассортименте и могут работать с напряжением 600-35000В и силой тока от нескольких миллиампер до 1 тысячи ампер. Конструкция у всех одинаковая, состоит из плавкой вставки, контакта, дугогасящей среды или устройства для гашения дуги.

Все элементы размещаются в общем корпусе. Срабатывание предохранителя происходит следующим образом. Вначале вставка нагревается до температуры плавления, после чего она расплавляется и испаряется. Одновременно возникает электрическая дуга, которая быстро гасится в изоляционном промежутке.

После этого цепь в электроустановках оказывается полностью разорванной.

Обеспечить нормальную защиту можно лишь соблюдая определенные условия:

• Времятоковая характеристика предохранителя должна быть ниже этого показателя на защищаемом участке.
• Срабатывание происходит за минимальный промежуток времени.
• Защитный элемент должен обладать высокой отключающей способностью.
• Простая конструкция, позволяющая быстро заменить сгоревшую плавкую вставку.

Кроме одноразовых, существует автоматический предохранитель, проводящий ток в нормальном состоянии, и отключающий его в случае отклонений от нормы. Он устанавливается в начале линии и обеспечивает защиту электрооборудования от перегрузок, коротких замыканий и пониженного напряжения. Основным плюсом этих устройств считается их многоразовое использование в течение продолжительного времени.

Более серьезная защита от короткого замыкания, получившая широкое распространение, представлена автоматическим выключателем он же автомат. Все компоненты устройства помещены в корпус из диэлектрического материала. Для включения и выключения прибора предусмотрен выключатель-рычажок. Подключение проводов осуществляется через винтовые клеммы.

Автомат коммутирует электрическую цепь с помощью подвижного и неподвижного контактов.

К подвижному контакту подводится пружина, обеспечивающая быстрое расцепление. Сами контакты разъединяются за счет действия электромагнитного или теплового расцепителя.

Первое устройство срабатывает практически мгновенно, сердечник втягивается, когда ток превышает заданное значение. Тепловой расцепитель является биметаллической пластиной, нагревающейся под действием тока.

Далее, она сгибается и производит разъединение контактов. Величина тока срабатывания устанавливается с помощью регулировочного винта.

Источник: https://electric-220.ru/news/zashhita_ot_korotkogo_zamykanija/2019-07-16-1718

Что такое короткое замыкание — причины, чем опасно и что делать

Для того чтобы понять что такое короткое замыкание, необходимо рассматривать это явление не как физический процесс перемещения тока, а как работу конкретной электрической системы. Коротким замыкание может быть только в полностью сформированной электрической сети.

Что такое короткое замыкание

Проблема заключается не только в том, что при коротком замыкании потребители не получают энергию, но и в разрушении всей системы

Каждая электрическая цепь рассчитана на определённое количество потребителей, длину и состояние проводников, напряжение и другие специфические характеристики. До тех пор, пока в этой цепи всё соответствует системным признакам, потребители электроэнергии не знают проблем.

При соединении проводников там, где этого быть не должно, вся система меняется. Ток перемещается по короткому пути, в то время как вся электрическая сеть обесточивается.

Дело в том, что при соединении проводников сила тока в короткой системе резко увеличивается, это приводит к перегреву проводов и возгоранию. Часть проводников системы разрушается, в результате чего прохождение электроэнергии по цепи прекращается, а возгорание может перейти в пожар.

Чем опасно короткое замыкания и что делать, если оно возникло

Перед тем как тушить возгорание, необходимо обесточить сеть

опасность при укорачивании электрической цепи состоит в прохождении электричества через человека, а также в появлении очага возгорания. По сравнению с этим отсутствие электроэнергии у потребителей окажется мелочью, недостойной внимания.

Если произошло КЗ, необходимо следовать алгоритму:

1. Обесточить сеть.
2. Вытащить все вилки из розеток.
3. Вызвать экстренные службы — электриков, пожарных, врачей.

Если человек, получивший удар током, жив и находится в сознании, то его не стоит трогать до прибытия скорой помощи. При угрозе жизни следует провести комплекс реанимационных мероприятий.

Короткое замыкание — это чрезвычайная ситуация. Действовать в ней нужно грамотно и быстро, но без суеты и паники, стараясь свести к минимуму негативные последствия этого явления.

Источник: https://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/chto-takoe-korotkoe-zamyikanie.html