Способы предупреждения коротких замыканий в электрических сетях конспект

Обновлено: 06.07.2024

Что такое короткое замыкание (КЗ)

Электрический скат плавает в океане и не устраивает КЗ, вполне обходясь без знания закона Ома. Нам же для понимания природы и причин короткого замыкания этот закон просто необходим. Так что, если вы еще не успели, читаем про закон Ома, силу тока, напряжение, сопротивление и прочие прекрасные физические понятия.

Теперь, когда вы все это знаете, можно привести определение короткого замыкания из физики и электротехники:

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

КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины, выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Почему это происходит? Детально разберем, что творится в цепи при коротком замыкании.

Возьмем самую простую цепь. В ней есть источник тока, сопротивление и провода. Причем, сопротивлением проводов можно пренебречь. Такой схемы вполне достаточно для понимания сути КЗ.

В замкнутой цепи действует закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Иначе говоря, чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.

Точнее, для нашей цепи закон Ома запишется в следующем виде:

Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока, а греческая буква эпсилон обозначает ЭДС источника.

Что понимают под силой тока короткого замыкания? Если сопротивления R в нашей цепи не будет, или оно будет очень маленьким, то сила тока увеличится, и в цепи потечет ток короткого замыкания:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Виды коротких замыканий и их причины

В быту короткие замыкания бывают:

однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.

Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.

Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.

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.

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

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Причиной возникновения коротких замыканий является резкий рост в показателях силы тока, которые постепенно увеличиваются параллельно понижению сопротивления в электрических проводах. Высокий электрический ток является основой для создания критических температурных значений. В результате все легковоспламеняемые материалы разгораются, приводя к пожарам. Кроме того, повреждается и изоляция токопроводящих жил в кабелях и проводах.

Основные причины возникновения короткого замыкания в сети:

устаревшая электросеть (изношенный изоляционный материал, разрывы в области перегибов, оголенные контакты);
повышенная влажность помещения (пример: затопление соседями и т.п.), которая разрушает изоляцию скруток и соединений проводов;
механическое вмешательство в целостность изоляционного материала ТПЖ (пример – ввинченный в место нахождения провода шуруп или вбитый гвоздь). Следовательно, перед любыми строительными работами необходимо проверить стены и обнаружить траекторию пролегания кабеля;
нарушение целостности кабеля грызунами;
перегрузка электрической сети в течение долгого промежутка времени;
нарушение функционирования какого-либо электрического оборудования, что негативно влияет на работу цепи.

Иными словами, при соприкосновении двух оголенных ТПЖ с разными полюсами (фаза+ноль) происходит мгновенное повышение температуры, что и является причиной всех негативных последствий, которые могут быть из-за КЗ.

К каким последствиям приводят КЗ?

Без лишних пояснений и так очевидно, к чему могут привести короткие замыкания, возникающие в электрической сети. К самым серьезным и распространенным относятся: расплавление ТПЖ и их последующее искрение, возгорание изоляции, повреждение электрического оборудования (нередко без возможности восстановления).

Каким образом можно обнаружить предпосылки КЗ?

Предварительно стоит отметить, что поиск причин возникновения коротких замыканий – процесс довольно сложный и трудоемкий. Более того, практически никто не осознает всю важность и целесообразность данных мероприятий. Безусловно, безразличие держится до тех пор, пока ситуация прямым образом не коснется человека. В основном, главной причиной анализа электросети на поиск КЗ является перебой в автоматическом выключателе.

Способы поиска КЗ:

визуально осмотреть кабели и провода на повреждение изоляции, где оголены две ТПЖ. В основном обнаружить данное повреждение можно в монтажной коробке, а также в области соединения провода внутри розетки или в выключателе. Главный признак – обгоревший и расплавленный материал;

применение мегаомметра

Таким образом можно выявить помехи в ситуации, где причина – электрический прибор. Как только возникает короткое замыкание, автоматический выключатель выбивает. Постепенно выключаются устройства, включенные в розетки, следом включается автомат, а после по очереди возобновляется работа каждого прибора. И здесь при помощи исключения становится возможным выявить участок электропроводки с повреждением.

Народные способы никто не отменял. Более того, именно они очень часто спасают ситуацию. Нужно быть очень внимательным и бдительным человеком, чтобы вовремя заметить звук-потрескивание или же запах гари. Безусловно, следовать только данным способам, пренебрегая вышеперечисленными современными методами, опасно и неразумно в наши дни.

Методы исправления КЗ и профилактика электросети

вышедший из строя участок электроцепи необходимо устранить, после чего произвести новое соединение контактов с герметичной изоляцией области соединения;
в ситуации с подгоревшей розеткой (выключателем) не нужно заниматься восстановлением изделия. Разумнее и даже дешевле приобрести новое целое надежное электроустановочное устройство;
устаревшая электрическая проводка должна быть полностью заменена;
если причина кроется в неполадках в электрооборудовании, его срочно нужно отремонтировать.

Профилактика

искрение розетки – сигнал о ее срочной замене или ремонте;
один раз в течение пары-тройки месяцев нужно проводить проверку сети и силовой группы, ведь короткие замыкания появляются во времени. Обнаружить возможное замыкание можно по пожелтевшему корпусу с подплавленными участками. Именно это говорит о том, что КЗ протекает сквозь линию;
необходимо в обязательном порядке установить УЗО и АВ. Эти устройства быстро и надежно обеспечивают защиту от вероятных проблем в сети;
в процессе прокладки электрической проводки важно правильно произвести расчет сечения кабельно-проводниковых изделий. Это поможет обойти возникновение перегрузов из-за приборов высокой мощности;
кабели при установке проводки не должны плотно прилегать друг к другу, чтобы не провоцировать повреждение защитного покрытия;
перед тем, как приступить к просверливанию или штробированию стен проверьте их на траекторию прохождения кабеля и провода.

По сути, найти причину короткого замыкания и предотвратить его появление не титанический труд, хоть и требуются затраты сил и времени. Но ради своей безопасности и безопасности близких людей, можно и нужно потратить некоторое время на устранение возможных чрезвычайных ситуаций.

Современный рынок электрооборудования обладает огромным выбором различных защитных устройств, которые помогут предотвратить возникновение помех и неполадок в электрической сети. В торговой сети "Планета Электрика" Вы можете найти реле различного предназначения, а также контрольно-измерительные приборы .

Короткое замыкание – кратковременный контакт обратного и подающего контактов или соприкосновение проводов с различной полярностью. При таком контакте резко увеличивается температура провода, а изоляционная оболочка начинает гореть или плавиться. Такое явление часто является причиной пожара. Это может произойти по самым различным причинам, которые будут подробно рассмотрены в данной статье.

Также описаны в материале способы защиты и профилактики, виды предохранителей и советы, как минимизировать риски возникновения короткого замыкания. А также рекомендации, как снизить вероятные негативные последствия. В качестве бонуса, статья содержит несколько видеороликов по выбранной теме и дополнительный материал для скачивания.

Виды и причины

В быту короткие замыкания бывают:

однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.

Например, утром в воскресенье ваш сосед за стенкой соединяет фазу и ноль в розетке, включив в нее перфоратор. Это значит, что цепь замыкается, и ток идет через нагрузку, то есть через включенный в розетку прибор. Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.

Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве. Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.

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

Что такое короткое замыкание

Что называется коротким замыканием (КЗ)? Короткое замыкание – это соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой или на корпус оборудования, соединенный с землей, в сетях электроснабжения или в электроприемниках.

Почему происходит короткое замыкание (кз)?

ухудшение сопротивления изоляции во влажной или химически активной среде;
при недопустимом перегреве изоляции;

механические воздействия;
ошибочные воздействия персонала при обслуживании и ремонте и т. д.

В таблице ниже представлена предельно допустимая нагрузка на различные устройства и приборы:

Как видно из самого названия процесса, при КЗ путь тока укорачивается, т. е. он идет, минуя сопротивление нагрузки, поэтому он может увеличиться до недопустимых величин, если напряжение не отключится под действием электрической зашиты. Но напряжение может не отключиться и при наличии защиты, если КЗ случилось в удаленной точке, и из-за большого сопротивления до места КЗ ток недостаточен для срабатывания защиты. Но этот ток может быть достаточным для возгорания проводов, что может привести к пожару.

Токи короткого замыкания: необходим точный расчет

Отсюда возникает необходимость расчета тока короткого замыкания — тока КЗ. Величина токов КЗ может меняться, если к сети электроснабжения вашего дома присоединяются другие электроприемники в более удаленных местах. В таких случаях снова производится расчет тока КЗ в месте установки новых электроприемников. Токи КЗ производят также электродинамическое действие на аппараты и проводники, когда их детали могут деформироваться под действием механических сил, возникающих при больших токах.

При коротком замыкании происходит перегрев аппаратов и проводов. Термическое действие токов КЗ заключается в перегреве аппаратов и проводов. Поэтому при выборе аппаратов их нужно проверять по условиям КЗ, с тем чтобы они выдержали токи КЗ в месте их установки. Как известно, наряду с сетями с глухозаземленной нейтралью существуют сети с изолированной нейтралью. Рассмотрим характерные отличия этих сетей при КЗ.

Однофазные короткие замыкания

На практике в большинстве случаев происходят однофазные короткие замыкания. В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы с землей режим не является коротким замыканием и бесперебойность электроснабжения не нарушается, но он должен быть отключен, так как соответствует аварийному состоянию. При замыкании одной фазы на землю в данной сети напряжения на двух других фазах повышаются в 1,73 раза, а напряжение на нулевой точке становится равным фазному напряжению относительно земли.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении провода с землей сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при этом электроснабжение нарушается, а при сгорании предохранителя могут повредиться обмотки двигателей при работе на двух фазах.

Если в любой части электропроводки или электроприбора (лампочки, утюга и т. д.) нарушится изоляция и фазный провод коснется нулевого, произойдет короткое замыкание.

Поскольку между замкнувшимися проводами нет никакой нагрузки, иначе говоря, электрическое сопротивление места контакта практически равно нулю, ток через контакт начнет расти до тех пор, пока не расплавятся провода, что, в частности, может привести к пожару. Для защиты от короткого замыкания и служат предохранители.

Защита от токов короткого замыкания

Как мы выяснили, токи КЗ весьма опасны, прежде всего с точки зрения пожарной безопасности. Поэтому необходимо построить защиту от токов короткого замыкания, то есть установить в щите автоматические выключатели. Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока КЗ приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя.

Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, необходимо просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.

Правила монтажа электропроводки предусматривают расчет нагрузки и токов, идущих через автоматы защиты. Понятно, что предохранитель должен срабатывать при значениях тока, выбранных с солидным запасом. Иначе случайные небольшие колебания напряжения в сети (а следовательно, и тока) будут приводить к постоянному ложному срабатыванию защиты. С другой стороны, запас не должен быть и слишком велик, чтобы действия тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.

Автоматический предохранитель защищает внутреннюю и внешнюю сеть

Становится понятна и необходимость нескольких линий в доме: если одна линия вылетела, в запасе есть другие. Кстати, отсюда вывод: удобно, если от каждой рабочей группы питается лампочка аварийного освещения в районе счетчика или аварийная розетка, в которую можно включить переносную лампу.

Какие бывают виды

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

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

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

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение. Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток.

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

Чем КЗ отличается от перегрузки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Из-за короткого замыкания часто происходят пожары. Из этой статьи вы узнаете, что такое короткое замыкание, в каких ситуациях оно происходит и как его предупредить.

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание – искажение маршрута тока в сети, вызванное неисправностью или недопустимым вмешательством в цепь, в результате которого резко падает электрическое сопротивление. По закону Ома это приводит к росту силы тока на много порядков по сравнению с расчетной.

Рассмотрим короткое замыкание на наглядном примере. На иллюстрации ниже изображена цепь, по которой ток от источника течет к лампе накаливания.

Представьте, что в результате поломки в цепь попал дополнительный проводник.

Сопротивление проводников стремится к нулю. Поэтому большая часть электрического тока после замыкания будет течь через дополнительный проводник, словно избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. В результате лампа или другой электрический прибор на ее месте не получит достаточно тока и будет работать некорректно. Но это не самое опасное.

Как сказано выше, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. То есть при падении сопротивления в цепи в результате короткого замыкания на несколько порядков растет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

Многократный рост силы тока заставляет проводники мгновенно нагреваться. Если в цепи нет предохранителей или они не срабатывают достаточно быстро, проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Именно так возникают пожары в результате короткого замыкания.

В каких ситуациях происходит короткое замыкание

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

Повреждение изоляции проводников. Из-за изношенности или механического воздействия изоляция повреждается, а жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
Некорректное подключение электроприборов к сети. В данном случае короткое замыкание возникает из-за ошибки монтера или владельца электрооборудования.
Попадание в электрический прибор воды. Она выступает проводником и замыкает контакты.

На практике в быту короткое замыкание происходит во время ремонта стен, когда рабочий повреждает проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой, которая повреждается из-за нагревания, в результате воздействия воды, грызунов.

Последствия короткого замыкания можно определить по типичной картине: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Как предотвратить короткое замыкание

На этот вопрос есть короткий ответ: чтобы не произошло короткое замыкание, соблюдайте правила эксплуатации электрических приборов. Конкретные рекомендации ниже помогут предупредить короткое замыкание.

Следите за состоянием проводки

Аварии обычно происходят в старых зданиях, проводка которых прокладывалась десятки лет назад. Сечение кабеля старой проводки часто не соответствует мощности и силе тока, необходимым для работы современных электроприборов: кондиционеров, стиральных машин, микроволновых печей, электрочайников и так далее. Это приводит к нагреву кабеля и риску короткого замыкания.

Старую проводку нужно своевременно менять. Сечение кабеля новой проводки должно соответствовать потребляемой мощности и силе тока в сети. Эти параметры устанавливаются поставщиком электроэнергии, а посмотреть их можно в договоре на подключение здания к электросети. Выбрать нужное сечение кабеля поможет таблица.

Используйте подходящие автоматические предохранители

Читайте также: