Короткое замыкание: причины, классификация, защита. Короткое замыкание определение

простое определение, виды и причины короткого замыкания

Нередко при обсуждении каких-либо тем, связанных с электричеством, причиной поломки оборудования или возникновения пожара называют короткое замыкание (КЗ). Со школьных уроков физики люди знают, что оно несёт неприятности, но многие даже не догадываются о его пользе. Узнав, что такое КЗ, и разобравшись в природе его появления, можно понять, когда оно становится губительным, а в каких случаях помогает.

Физическое определение

В учебниках физики коротким замыканием принято называть возникновение электрического соединения между двумя точками в электрической цепи, находящимися под разными значениями потенциала в случаях, не предусмотренных конструкцией прибора и приводящих к нарушениям в его работе.

Для того чтобы разобраться в этом определении, следует понять, что такое потенциал. Но правильней будет говорить «электростатический потенциал», ведь он бывает биологическим, химическим и математическим. Заряд — это физическая величина, определяющая свойство тел или частиц взаимодействовать в электромагнитном поле. Понятие электрический заряд является первичным в электродинамике, на его основе составляются определения для других физических процессов и явлений, в том числе для потенциала.

Потенциал обозначает энергию, которой обладает заряд, помещённый в электрическое поле. За единицу его измерения принимается вольт, равный отношению джоуля к кулону. То есть электрический потенциал характеризуется отношением энергии взаимодействия заряда с окружающим его полем к значению его величины.

Работа, которую совершает электричество или энергия, определяется разностью потенциалов (напряжением). Чем она выше, тем больше работы необходимо выполнить электрической силе для перемещения заряда из одной точки в другую. Для движения необходима энергия, при этом во время перемещения выделяется мощность. Если передвижение заряда происходит упорядоченное, то возникает ток.

Полезной считается в этом случае та работа, когда потенциальная энергия из разных концов электрической цепи преодолевает определённое сопротивление. Но если его не будет, то из одной части схемы ток без потерь потечёт к другой, при этом выделится мощность, соответствующая силе тока.

Объяснить по-простому, что такое короткое замыкание, можно следующим образом: если в проводнике с током, находящимся под напряжением, сопротивление уменьшится до ничтожного значения, то вся энергия начнёт выделяться в месте электрического соединения двух значений потенциалов. Образование этой мощности и называется возникновением короткого замыкания или пробоем.

Виды явления

Процесс появления КЗ подразумевает образование электрического контакта между двумя потенциалами. В зависимости от площади замыкание может быть точечным и сплошным. Если оно возникает в электроустановках, то его разделяют на межвитковое или корпусное. Первый вид характерен для ротора или статора. При этом пробой может произойти через землю или воздух. В зависимости от типа проводки и количества замкнувших фаз явление делится на следующие виды:

трёхфазное — все фазовые провода соединяются в одну точку;
двухфазное — между двумя проводами, находящимися под разным потенциалом, возникает электрический контакт;
однофазное — замыкание фазы на нулевой провод или заземляющий контур.

Ток короткого замыкания

Для понимания определения короткого замыкания следует вспомнить основополагающий принцип в электричестве — закон Ома. Его формулировка заключается в следующем: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка. Формулой это можно выразить в виде I = U/R, где:

I — сила тока, А;
U — значение напряжения, В;
R — сопротивление (импеданс), Ом.

Таким образом, чем будет больше величина импеданса, тем меньше станет ток. Например, когда электрическая линия с напряжением 220 вольт перемыкается сопротивлением 1 кОм, то через элемент течёт ток, равный I = 220/1000 = 0,220 А.

Если резистор будет подходящей мощности, то ничего не произойдёт, на нём упадёт какое-то количество напряжения, однако схема будет продолжать работать. Но если вместо резистора использовать проводник с бесконечно малым внутренним сопротивлением, то сила тока начнёт стремительно расти, пока замкнутые части не перегорят и не разорвут электрический контакт. Ток, при котором происходит разрыв контакта, называется пробойным.

Кстати, короткое замыкание поэтому и получило такое своё название, ведь ток стремится пойти по направлению с наименьшим сопротивлением для его протекания. Такая линия оказывается самой короткой на его пути.

При точном расчёте пробоя используется формула, учитывающая внутреннее сопротивление источника питания: Iкз = E/(R+r). В этом случае появляющаяся тепловая мощность будет определяться с помощью выражения P = E2*R/(R+r).

Расчёт тока КЗ важен, поскольку он используется при выборе электрооборудования, защиты, устройств автоматики и ограничителей тока. Явление пробоя происходит чаще всего из-за появления переходных сопротивлений, через которые начинает протекать ток. К ним относятся электрические дуги, посторонние предметы в месте повреждения изоляций, опор и их заземлений, а также контакт с землёй или между фазовыми проводами. Но для упрощения вычислений эти сопротивления принимаются равными нулю и не учитываются.

Причины появления

При образовании контакта между двумя потоками зарядов возникает огромная сила тока, которой характеризуется КЗ. Так как это резкое возрастание энергии происходит из-за появления ударного электрического импульса, то, согласно закону Джоуля — Ленца, появившаяся мощность имеет высокую степень выделения тепла.

Причина такого явления заключается в нарушении изоляционных свойств проводников. Это может произойти из-за естественного износа или возникновения аварийных ситуаций в работе электрооборудования. На практике это обозначает непосредственный контакт между нулевым и фазовым проводом.

Но провода необязательно должны соприкоснуться между собой. Мгновенный рост силы тока также возникает, если между ними появляется проводящее тело или среда с ничтожно малым сопротивлением, например, проводящий предмет, вода или влажный воздух. Такую ситуацию называют пробоем. Можно выделить следующие причины возникновения КЗ:

Перенапряжение. При превышении физических параметров электролинии, когда по проводнику проходит большая сила тока, его сопротивление оказывается для неё большим, поэтому происходит интенсивное выделение тепла. Проводник греется, передавая тепло изоляционному слою, который растрескивается и разрушается. Появление высокого напряжения может быть вызвано как природными явлениями (ударом молнии), так и ошибками в работе электроприборов или источников энергии.
Естественное старение изоляции. Любая изоляция имеет свой ресурс, который сокращается при нахождении в агрессивной окружающей среде, например, при перепадах температуры.
Механическое повреждение: перетирание, повреждение при выполнении строительных работ, результат действия грызунов.
Ошибка монтажа. Неосторожное обращение с токоведущими частями оборудования, нарушения в укладке кабеля (сгибание под острым углом, пересечение проводов).
Неправильная коммутация электрооборудования или кабелей. Происходит из-за действий человека. Это может быть связано с неудачным ремонтом, ошибкой соединения проводов или электролиний, использованием сломанных устройств.

Последствия и защита

Самая большая неприятность, которая может возникнуть во время КЗ, — это возникновение пожара. Образовавшийся избыток тепла вызывает возгорание изоляции и близко расположенных горючих веществ. Кроме того, при пробое возникает электрическая дуга, представляющая собой открытый источник огня. При этом она может воспламенить рядом находящиеся предметы.

Если в зону действия замыкания попадает человек, то он подвергается удару большой силы тока. Это приводит к выделению организмом тепла и последующему сгоранию тела.

К менее значимым последствиям можно отнести возникновение электрического поля большой величины и электромагнитного удара, которые негативно воздействуют на электронные узлы и блоки радиоаппаратуры, а также электродвигатели. Появление КЗ приводит к перекосу фаз в электросети, что вызывает в ней всплеск напряжения, а это ведёт к поломкам блоков питания электрических устройств, подключённых к ней.

Для предотвращения последствий при конструировании электрических систем используются специальные устройства и мероприятия по защите. К таким мерам относят:

периодическое испытание изоляции оборудования и линий электропередач;
использование техники или электропроводки с повышенным классом защиты в потенциально опасных местах, например, применение высококачественных диэлектриков или не поддерживающей горение двойной изоляции;
установка предохранителей, перегорающих при достижении тока опасной величины;
использование громозащиты, автоматических и дифференциальных выключателей, устройств контроля напряжения.

Очень важно при построении системы электропередачи использовать правильные материалы и защитное оборудование. В большей мере это касается сечения токопроводящего кабеля, расчёта параметров используемых защитных модулей и грамотного построения заземляющего контура.

Преднамеренное использование

Непреднамеренное возникновение КЗ несёт в себе опасности и неприятности, но контролируя его, можно извлечь выгоду. Благодаря этому появилась электродуговая сварка. Одна обмотка трансформатора подключается к свариваемой детали, образуя с ней постоянный контакт, а вторая соединяется с электродом. При его прикосновении к детали возникает КЗ с образованием дуги и выделением тепла. Именно эта дуга и применяется для расплавления металлов. Но если электрод «прилипнет» к металлу, то вся используемая мощность начнёт выделяться на преобразователе, что приведёт к его межвитковому замыканию.

Другое применение явления используется в короткозамыкателях — устройствах, оборудованных автоматическими выключателями. При возникновении необходимости быстро отключить линию электропередачи происходит её замыкание, на которую реагирует электромеханическое устройство, отключающее участок.

Индукционные виброметры и сейсмоприёмники в основе своей работы используют КЗ, что позволяет демпфировать механические колебания. Часто режим пробоя используется при соединении усилительных каскадов в электронике, например, каскодных усилителей. Цепи питания электронных плат тоже работают в режиме КЗ для переменного тока. На их линиях питания устанавливаются шунтирующие блокировочные конденсаторы. Предназначены они для снижения самовозбуждения усилительных каскадов, помех и сбоев кодов в цифровых устройствах.

Подводя итоги, можно отметить важные аспекты электрических процессов. Для того чтобы возник ток, должна появиться разность потенциалов, а затем физическое их соединение. Тогда заряд начнёт передаваться из одной точки в другую, встречая на своём пути сопротивление. На нём будет выделяться энергия, которая используется для каких-либо процессов. Образованная мощность характеризуется полезной работой. Но если на своём пути ток не встретит препятствия, то при соединении двух потенциалов вся мощность выделится на этом пути. В результате она преобразуется в тепловую энергию и частично в световую.

Это и есть принцип возникновения КЗ, а также явлений, сопровождающих его, — чрезмерного нагрева и световой вспышки. При возникновении такого режима ток в цепи намного превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления), что и приводит к выходу из строя источника энергии и её приёмника в электрической цепи.

220v.guru

Короткое замыкание | Заметки электрика

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:

с землей
без земли

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).

P.S. В завершении статьи на тему короткое замыкание, хочется подтвердить сказанное в начале своей статьи, что короткое замыкание является самым опасным и тяжелым видом повреждения, которое требует мгновенного и быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

zametkielectrika.ru

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:

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.

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-х фазное с землей (K(1,1)). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.
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.
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:

www.asutpp.ru

Короткое замыкание | Практическая электроника

Что такое короткое замыкание? Чаще всего эту фразу можно услышать от электриков, а также людей, которые вообще не понимают в электронике и электрике. На любой вопрос, почему пошел дым с какого-либо прибора либо устройства, все как один глаголят:» Произошло короткое замыкание». Очень универсальный отмаз для тех, кто желает показаться умным незнайкой).

Природа короткого замыкания

Давайте рассмотрим простейшую цепь, состоящую из лампочки и автомобильного аккумулятора:

В данном случае, по цепи потечет ток и лампочка будет светиться.

Предположим, что наши провода, которые ведут к лампочке, абсолютно голые. Вдруг каким-то чудом на эти проводки падет еще один такой же голый провод. Этот проводок замыкает наши два оголенных провода и начинается самое интересное — в схеме возникает короткое замыкание (КЗ). Короткое замыкание — это короткий путь для прохождения электрического тока по цепи, где наименьшее сопротивление.

Теперь ток течет и по лампочке, и по проводку. Но у нас сопротивление проводка намного меньше, чем сопротивление лампочки, и почти весь ток потечет туда, где меньшее сопротивление — то есть по проводку. А так как сопротивление у нашего провода очень мало, то и ток, следовательно, потечет очень большой, согласно Закону Ома. А если потечет большой ток, следовательно, и количество теплоты, выделяемое проводком, будет очень большим, согласно Закону Джоуля-Ленца. В конце концов, по цепи, которая выделена красным цветом, будет течь большая сила тока и эта цепь будет очень сильно нагреваться. Нагрев проводов может привести к их выгоранию или даже к возгоранию. Этот случай как раз носит название короткого замыкания.

Вы, наверное, не раз слышали в сводке новостей, что пожар произошел из-за короткого замыкания. В этом случае оголенный провод фазы в каком-то месте задевал оголенный провод нуля, либо фаза задевала землю. Возникало короткое замыкание, и провода стали нагреваться до такой степени, что своим нагревом воспламенили близлежащие предметы. Отсюда пожар.

В основном короткое замыкание происходит в старых домах от старого кабеля, который трещит по швам и может замкнуть между собой. Поэтому, первое, что надо сделать, покупая квартиру либо дом на вторичном рынке — это посмотреть состояние проводки.

Типичные признаки короткого замыкания

сгоревшие предохранители в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА)
нагрев цепи, в которой течет ток короткого замыкания
низкое напряжение источника напряжения
большой ток
дым
обугленные провода
выгоревшие дорожки печатной платы
черный нагар в месте, где произошло КЗ

Как же бороться с коротким замыканием? Это, конечно же, устанавливать предохранители, автоматические выключатели и стараться делать аккуратный монтаж проводки.

www.ruselectronic.com

Что такое короткое замыкание? / Школа электрика / Коллективный блог

Короткое замыкание (КЗ) – электросоединение двух точек в электрической цепи, у которых разные значения потенциалов, сразу же после возникновения нарушает нормальную работу цепи. Короткое замыкание может произойти из-за нарушения непосредственной изоляции токоведущих элементов цепи либо из-за механического соприкосновения друг с другом неизолированных элементов.

Основные виды коротких замыканий:

В электромашинах могут происходить следующие короткие замыкания:

Замыкание обмотки на металлическом корпусе.
Замыкание между витками обмоток на статоре или роторе, также между собой могут замыкаться витки обмотки трансформатора.

В трехфазных электросетях могут происходить следующие виды коротких замыканий:

Однофазное замыкание (фаза замыкается на нейтральный провод либо на землю).
Двухфазное замыкание (две фазы замыкаются между собой).
Двухфазное замыкание на землю (две фазы замыкаются между собой и землей, одновременно).
Трехфазное замыкание (три фазы замыкаются между собой одновременно).

Основные причины в связи, с которыми может возникнуть короткое замыкание:

Главной причиной из-за которой может произойти КЗ является нарушение изоляций электрического оборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

Ударами молний.
Временным старением изоляций.
Плохим уходом за электрическим оборудованием.
Механическими повреждениями изоляций.

Также действия неквалифицированного обслуживающего персонала, могут привести к повреждениям в электрочасти электрического оборудования.

Последствия коротких замыканий (КЗ).

При возникновении КЗ в системах электроснабжения, их сопротивление значительно уменьшается. И такое уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока в ветвях, что вызывает понижение напряжений в некоторых точках систем электроснабжения.

В зависимости от места, где возникло короткое замыкание и от его продолжительности, последствия могут быть местного характера либо отразиться на всей системе электроснабжения в целом.

Большое снижение напряжений происходит только возле непосредственного места короткого замыкания, в других точках системы электрического снабжения оно практически всегда менее заметно. Получается, что опасные последствия КЗ проявятся лишь в самых близких к месту происшествия частях системы.

Ток короткого замыкания можно назвать малым, если сравнивать его с номинальным электротоком на генераторах, который в несколько раз превышает ток на ветвях, где случилось короткое замыкание. Поэтому, даже если короткое замыкание было не длительным, оно все равно вызовет дополнительный нагрев на токоведущих элементах и проводниках выше допустимой нормы.

Электрические токи коротких замыканий вызывают на проводниках огромные механические усилия, которые в самом начале КР особенно велики, именно в начале ток достигает своего максимального значения. Короткие замыкания могут привести к механическим разрушениям систем.

Сильное снижение напряжений при КЗ чаще всего сказывается на работе потребителей. В самую первую очередь это касается электродвигателей, ведь даже при кратковременном понижении напряжений они останавливаются. Остановка двигателей негативно сказывается на работе всего предприятия, так как для их починки и запуска нужно немалое время.

При коротких замыканиях, возникают неуравновешенные системы токов, которые могут создавать магнитные потоки. Которых будет достаточно для вызова в соседних электросетях ЭДС, которые будут опасны для аппаратуры цепей и обслуживающего персонала.

Получается, можно выделить следующие основные последствия от коротких замыканий:

Термические и механические повреждения электрического оборудования.
Возможны возгорания в электрических установках.
Понижение уровня напряжения в электросети, которое приводит к снижению вращающего момента электрических двигателей, понижению производительности, а иногда даже к их остановке и поломке.
Выпадение из синхронизма некоторых электростанций, генераторов, частей электросистемы, что приводит к возникновению аварий и чрезвычайных ситуаций.
Непосредственное электромагнитное влияние на различные коммуникации и линии связи.

Методы защиты от коротких замыканий:

Меры по ограничению тока КЗ:

Устанавливают электрические реакторы, которые должны ограничивать подачу электротока.
Используют распараллеливание электроцепей, то есть отключают шиносоединительные и секционные выключатели.
Применяют отключающее оборудование – автоматические выключатели и плавкие предохранители.
Применяют различные понижающие трансформаторы, в которых используется расщепленная обмотка низкого напряжения.

Используют различные устройства релейной защиты, чтобы отключать поврежденные участки электрических цепей.

Также в электротехнике существует такое понятие, как режим короткого замыкания – это состояние двухполюсника, при котором его выводы соединены проводником, на котором сопротивление близкое к нулевому. То есть по-другому, они соединены коротким соединением.

Опасность короткого замыкания.

Для электрических приборов и устройств короткое замыкание может быть очень опасным, оно может привести к катастрофическим последствиям. Также короткое замыкание опасно для людей.

ВложениеРазмер

1.jpg	78.67 КБ
2.jpg	4.85 КБ
3.jpg	10.29 КБ
4.jpg	12.79 КБ
5.jpg	96.84 КБ

44kw.com

Короткое замыкание - термины, определения.

Коротким замыканием принято называть непреднамеренное (аварийное) или преднамеренное (испытательное) соединение проводников разных потенциалов или разных фаз, а также фазного проводника с нулевым (однофазное короткое замыкание). Сюда же относят замыкание фазного проводника на заземленные (зануленные) проводящие части оборудования и сторонние проводящие части. К основным причинам КЗ можно отнести повреждение изоляции вследствие износа, механического или химического повреждения, а также ошибочных действий обслуживающего персонала. При этом, в месте короткого замыкания, возникают, как правило, значительные термические повреждения изоляции и металла. Режим короткого замыкания всегда сопровождается аварийным превышением тока, поэтому основной характеристикой данного режима является ток короткого замыкания.

УДАРНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ — самое большое мгновенное значение тока в электроцепи при КЗ. Переменный ток в сети приобретает это значение приблизительно через полпериода после начала процесса короткого замыкания. В течение этого процесса возникает наибольшее взаимодействие между проводниками, находящимися рядом друг с другом. По характеристикам возникающим при ударном токе короткого замыкания испытывают электродинамическую устойчивость электрооборудования, проводов, кабелей и шинопроводов.

Другой важной характеристикой режима короткого замыкания является напряжение КЗ. Этот термин применяется, в основном к трансформаторам.

НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ - это величина трансформатора по его характеристикам, которая представляет собой величину требуемого напряжения поданного на первичную обмотку, при замкнутой накоротко вторичной обмотке при условии протекания в ней номинального тока. Обычно напряжение короткого замыкания составляет от пяти до двенадцати процентов от номинального U тр-ра. При режиме короткого замыкания трансформатора мощность уходит на компенсацию потерь, возникающих в обмотках.

Расчетной точкой короткого замыкания называется место электросистемы, при коротком замыкании в которой для рассматриваемого компонента электросистемы рассчитываются и имеют значение условия КЗ.

electroenerg-info.narod.ru

причины, классификация, защита :: SYL.ru

Короткое замыкание - одна из опасностей техносферы

Даже человек, далекий от электричества, хоть раз в жизни, но сталкивался с явлением, которое получило название «короткое замыкание». Для того чтобы обезопасить себя, своих близких, а также свое жилье и электроприборы от этого процесса, следует тщательно разобраться в его природе, причинах возникновения и разновидностях.

Понятие и характеристика короткого замыкания

Короткое замыкание с точки зрения электротехники представляет собой явление, при котором сопротивление электрической цепи, состоящей из нескольких проводов, крайне незначительно, и его вполне можно сопоставить с сопротивлением самих проводов. В этом случае согласно закону Ома сила тока превысит свое номинальное значение сразу в несколько раз, причем произойдет это практически в одно мгновение. Это, в свою очередь, приведет к тому, что электрическая цепь разорвется намного раньше, чем произойдет критическое увеличение температуры проводов.

Основные причины короткого замыкания

Как показывает практика, короткое замыкание возникает чаще всего из-за того, что по каким-либо причинам оказывается нарушенной внешняя изоляция проводов или электрического оборудования. Это, в свою очередь, может быть связано и с постепенным старением основных элементов электрической цепи, и с ее механическими повреждениями, и даже с ударом молнии. Кроме того, в последние годы на предприятиях участились случаи, когда короткое замыкание становилось следствием недобросовестного обслуживания электрооборудования со стороны соответствующих служб.

Искусственное замыкание

Впрочем, в работе фабрик и заводов может наступить такой момент, когда возникнет потребность вызвать это явление искусственным путем. В частности, преднамеренное короткое замыкание достаточно часто используют в цепи трансформаторных подстанций, которые действуют на понижении тока. Для этого используется специальное оборудование – короткозамыкатели, выполняющие роль своеобразных контролеров. В том случае, если на линии или в самом трансформаторе возникнет какое-либо повреждение, то этот прибор искусственно вызовет короткое замыкание, цепь окажется разорванной и никаких тяжелых последствий (например пожара) не будет.

Последствия короткого замыкания

Данное явление приводит к весьма серьезным последствиям. Во-первых, достаточно часто оно сопровождается выходом из строя электроустановок и возникновением в них пожаров. Во-вторых, из-за резкого увеличения силы тока в цепи отдельные части кабеля могут быть подвергнуты механическому воздействию, в результате чего появятся механические и термические повреждения. В-третьих, достаточно часто короткое замыкание сопровождается значительным падением напряжения в цепи или на отдельных ее участках. Это, в свою очередь, ведет к ухудшению работы электрооборудования. Наконец, в-четвертых, это явление оказывает крайне негативное влияние на находящиеся поблизости приборы, провода и другое электрическое оборудование.

Способы защиты от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания включает в себя целый комплекс мер, исходным пунктом в которых является профилактика повреждений линий электропередач и оборудования. Кроме того, чтобы предотвратить возникновение пожара, используют специальные приборы – плавкие ставки, которые при замыкании сгорают и размыкают электрическую цепь.

Выполнение правил техники безопасности как основной способ профилактики короткого замыкания

Мощность короткого замыкания зависит от множества факторов, главным из которых является сила тока в цепи. В то же время следует помнить, что любое подобное явление представляет собой потенциальную опасность для человека, поэтому при работе с электричеством следует четко придерживаться правил техники безопасности.

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30