Меню

Защита проводников от токов короткого замыкания

Что такое короткое замыкание. Какие у него причины и как его не допустить

Что такое короткое замыкание

  1. Понятие «короткое замыкание»
  2. Виды коротких замыканий
  3. Причины короткого замыкания и как его предотвратить
  4. Защита от короткого замыкания
  5. Следите за состоянием проводки
  6. Использование подходящих автоматических предохранителей
  7. Проверка работоспособности кабеля
  8. Электросети без заземления или зануления — нет эксплуатации
  9. Схема электропроводки в здании и на участке под час ремонта
  10. Последствия КЗ
  11. Заключение

Само словосочетание «короткое замыкание» предполагает что-то чрезвычайно нехорошее и опасное. Оно может спровоцировать сильнейший пожар. Что же такое короткое замыкание, что это за явление с точки зрения физики? И что делать, чтобы его не допустить рассмотрим в этой статье.

Понятие «короткое замыкание»

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

Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.

Что такое короткое замыкание

По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)

Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.

Что такое короткое замыкание

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

Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.

Что такое короткое замыкание

Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе

А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.

Как не допустить кз

Дополнительный проводник замыкает цепь

Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.

Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Как не допустить кз

Схемы кз

Короткие замыкания в быту:

  • однофазные– происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
  • двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
  • трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;

Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Как не допустить кз

Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

  • Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
  • Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
  • Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.

В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.

Причины короткого замыкания и как его предотвратить

Причин может быть сколько угодно, остановимся на тех, что по данным аварийной статистики случаются чаще всего.

  1. Износ электрохозяйства энергетических систем либо бытовой электросети. Случается, когда изоляция проводов теряет диэлектрические свойства. Тогда на таком участке в цепи возникает непредусмотренное электрическое соединение.

Как не допустить кз

Причины возникновения короткого замыкания

2. Превышение допустимой нагрузки на цепь питания. Вызывает нагрев токонесущих элементов, что приводит к повреждению изоляции.

Как не допустить кз

Возникновение короткого замыкания из-за перегрузки электросети

3. Удар молнии в ВЛ. В данном случае короткое замыкание вызывает перенапряжение электросети. молнии не обязательно попадать непосредственно в ЛЭП, если разряд был близко, он вызывает ионизацию воздуха, что увеличивает его электропроводимость. В результате чего образовывается электрическая дуга между линиями электропередач.

4. Физическое воздействие на провода, которое вызывает механическое повреждение изоляции, а так же попадание металлических предметов на токопроводимые элементы. К этому нарушению может привести неосторожность в ведении хозяйства.

5. Подключение к сети неисправного оборудования. К примеру может быть вызвано снижением внутреннего сопротивления.

6. Человеческий фактор. Довольно обширное определение под которое попадает огромное количество случаев неосторожного или неправильного действия человека: ошибки при монтаже электропроводки, неудачный ремонт электрооборудования, неправильная работа персонала подстанции.

Защита от короткого замыкания

Соблюдайте правила эксплуатации электрических приборов. Наши рекомендации помогут предупредить короткое замыкание, чтобы дело не дошло до серьезных последствий.

Следите за состоянием проводки

В основном это касается старых зданий, в которых проводка прокладывалась десятки лет назад. Дело в том, что сечение кабеля старой проводки часто не соответствует мощности и силе тока, необходимым для работы современных электроприборов: кондиционеров, стиральных машин, микроволновых печей, электрочайников и прочей техники. Это приводит к нагреву кабеля и риску короткого замыкания.

Следовательно обезопасить себя можно своевременной заменой старой проводки на новую. У новой проводки сечение кабеля должно соответствовать потребляемой мощности и силе тока в сети. Эти данные находятся в договоре на подключение здания к электросети. Выбрать нужное сечение кабеля поможет таблица.

Что такое короткое замыкание

У новой проводки сечение кабеля должно соответствовать потребляемой мощности и силе тока в сети

Использование подходящих автоматических предохранителей

Часто вместо предохранителей используются так называемые «жучки», а также неподходящие автоматические выключатели. Это повышает риск нагрева кабеля и короткого замыкания.

Вот пример: поставщик электроэнергии согласовал установку «автомата» 16А. Этот предохранитель рассчитан на определенную потребляемую мощность и силу тока. Он срабатывает, когда сила тока превышает 16 ампер и защищает сеть от аварии. А если установить в эту сеть «автомат» 40А или «жучок», сеть становится незащищенной от чрезмерных нагрузок. От чего возрастает риск повреждения кабеля и короткого замыкания.

Как не допустить кз

Жучок — предохранитель

Проверка работоспособности кабеля

Перед монтажом проводки всегда проверяйте кабель на целостность изоляции и отсутствие короткого замыкания. Кабель с ленточной броней надо проверять на замыкание на броню. Мегаометр — прибор, с помощью которого проще всего это сделать.

Как не допустить кз

Мегаомметр

Электросети без заземления или зануления — нет эксплуатации

Наличие заземления и зануления само по себе не предупреждает короткое замыкание. Однако оно защищает любое оборудование в ситуации, когда происходит короткое замыкание. Сила тока мгновенно уменьшается до безопасного для человека уровня.

например в многоквартирных и частных домах заземление реализовано таким образом, чтобы при коротком замыкании срабатывали автоматы защиты. Надежные предохранители в бытовом потреблении значительно снижают риск КЗ.

Схема электропроводки в здании и на участке под час ремонта

Если в вашей квартире проводится ремонт, или земельные работы в частном доме, то крайне важно не повредить проводку. Чтобы этого не случилось, при сверлении или штроблении стен, необходимо проверить этот участок с помощью тестера скрытой проводки. А перед выполнением земляных работ важно изучить схему проводки на участке.

Читайте также:  Как найти силу сварочного тока для полуавтомата

Последствия КЗ

Даже зная причины короткого замыкания и того, как его не допустить, бывают внештатные ситуации, когда всё же они случаются. И тогда, в зависимости от тяжести КЗ, возникают последствия:

  1. Поражение электрическим током и выделяющимся теплом человека.
  2. Пожар.
  3. Выход из строя приборов.
  4. Отключение электричества с невозможностью доступа ни к интернету, ни к телевизору. Дальнейшее времяпровождение без света при свечах может затянутся надолго, пока не закончатся ремонтные работы.

Как не допустить кз

Часто причиной пожара является короткое замыкание

Такое явление, как короткое замыкание – возмутитель спокойствия и комфорта. От него нужно защищаться доступным каждому обывателю способами защиты.

Основным действием при борьбе с КЗ и защите от него является своевременное размыкание цепи. Делается это с помощью разных аппаратов защиты от короткого замыкания.

Практически во всех современных электроприборах есть плавкие предохранители. Силой тока предохранитель расплавляется и цепь разрывается.

Во многоэтажных домах, в каждой квартире есть автоматы защиты от короткого замыкания. Это автоматические выключатели, которые рассчитаны на конкретный рабочий ток. При повышении силы тока автомат срабатывает, разрывая цепь.

В промышленной сфере, для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяется специальные реле.

Что такое короткое замыкание

Автоматы для защиты от короткого замыкания

Теперь, зная что такое короткое замыкание, его его причины, заодно вспомнив закон Ома, вы можете легко предотвратить это неприятное ЧП. .

Заключение

Короткое замыкание возникает в результате повреждения проводников или электрических приборов, их некорректного подключения или перегрузке сети. Последствия в данной ситуации могут быть самые разнообразные: от простой поломки прибора до возникновения пожара или поражения людей током. В профилактических целях, предупредить замыкание можно, используя правильные предохранители, а так же кабели с подходящим сечением. Будьте внимательны при выполнении ремонтных работ. Не допускайте механического повреждения проводки, тщательно изучайте необходимые схемы энергетических систем в вашем жилище. Если ко всему подходить с умом — проблем с коротким замыканием не возникнет и тогда не потребуется его устранять.

Источник

Защита от короткого замыкания: требования, особенности

Защита от короткого замыкания — это защита, отключающая электрическую цепь при возникновении в ней короткого замыкания.

Требования.

Обратимся к книге [1] автора Харечко Ю.В., который, проведя анализ нормативной документации, заключил следующее:

« Требования к защите электрических цепей от короткого замыкания приведены в разделе 434 «Защита от тока короткого замыкания» стандарта МЭК 60364‑4‑43 и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.4.43-2012 [2]. Стандартами предусмотрено обязательное выполнение в электроустановках зданий защиты от короткого замыкания проводников ее электрических цепей, как правило, посредством их отключения устройствами защиты от сверхтока, к которым, прежде всего, относятся автоматические выключатели и плавкие предохранители.

внешний вид автоматических выключателей

Автоматические выключатели — устройства, которые применяются для защиты от короткого замыкания (в качестве примера: А — однополюсные, Б — трехполюсные)

В соответствии с требованиями международного и национального стандартов устройства защиты от короткого замыкания должны отключать любые токи короткого замыкания вплоть до их номинальной коммутационной способности при коротком замыкании раньше, чем эти токи вызовут опасные повышения температуры проводников и контактов в местах их соединений или опасные механические воздействия на проводники. Эти устройства могут быть установлены в местах, где защита от токов перегрузки не требуется или ее выполняют другими защитными устройствами. »

Любое устройство защиты от короткого замыкания должно отвечать двум следующим условиям:

  1. его номинальная коммутационная способность при коротком замыкании устройства должна быть не менее значения ожидаемого тока короткого замыкания в том месте, где оно установлено;
  2. время отключения короткого замыкания в любой точке электрической цепи не должно превышать промежуток времени, в течение которого температура проводников достигнет предельно допустимого значения.

Для короткого замыкания продолжительностью до 5 с время отключения короткого замыкания можно приблизительно рассчитать по формуле: [2]

где t – продолжительность, с;
S – площадь поперечного сечения проводника, мм 2 ;
I – действующее значение тока короткого замыкания, А;
k – коэффициент, зависящий от материала проводника и его изоляции, начальной и конечной температур проводника и других условий. Значения этого коэффициента приведены в таблицах 43A обоих стандартов.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] приводит пример подбора коэффициента k:

« Например, для медных проводников с поливинилхлоридной изоляцией и для соединений медных проводников, выполняемых пайкой, при начальной и конечной температурах, соответственно равных 70 °С и 160 °С, k = 115 1 . Для алюминиевых проводников с поливинилхлоридной изоляцией при указанных условиях k = 76 2 . Для медных проводников с резиновой изоляцией при начальной и конечной температурах, соответственно равных 60 °С и 200 °С, k = 141, а для алюминиевых проводников k = 93. »

Также Харечко Ю.В. заостряет внимание на ошибках в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 [1]:

« Примечание 1: Эти данные в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указаны неправильно. Для материала проводника «медь» коэффициент установлен равным 1, «паянные оловом» – 76. Кроме того, в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указан коэффициент, равный 115, для материала проводника «соединения меди», которого нет в стандарте МЭК 60364‑4‑43. »

« Примечание 2: Эти данные в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указаны неправильно. Для материала проводника «алюминий» коэффициент установлен равным 15. »

Харечко Ю.В. продолжает [1]:

« В стандарте МЭК 60364‑4‑43 указано, что для времени оперирования защитных устройств меньше 0,1 с, когда существенна асимметрия электрического тока, а также для токоограничивающих устройств защиты от сверхтока значение k 2 S 2 должно быть больше значения пропускаемой энергии I 2 t, заявленного производителем защитного устройства. Посредством характеристики I 2 t устройства защиты от сверхтока устанавливают его способность ограничивать ожидаемый сверхток в защищаемых им электрических цепях. Поэтому необходимо обеспечить следующее соотношение между характеристиками устройства защиты от сверхтока и защищаемых им проводников: I 2 t 2 S 2 . »

« В ГОСТ Р 50571.4.43 рассматриваемое требование искажено относительно требования международного стандарта: «Для защитных устройств с времени срабатывания меньше 0,1 с и при значительной асимметрии тока токоограничение устройства защиты k 2 S 2 должно быть больше чем значение I 2 t, указанное производителем». В национальном стандарте характеристика проводников k 2 S 2 неправомерно упомянута в качестве характеристики защитного устройства, посредством которой оценивают его способность ограничивать сверхток. Однако такой характеристикой является характеристика I 2 t.

Если характеристики устройства защиты от перегрузки соответствует требованиям, предъявляемым к характеристикам устройства защиты от короткого замыкания, оно может быть использовано в качестве единого устройства, которое применяют и для защиты от перегрузки, и для защиты от короткого замыкания.

В противном случае следует применять два защитных устройства, согласовав их характеристики так, чтобы мощность короткого замыкания не превышала значения, которое может выдержать устройство защиты от перегрузки.

Особенности.

Об особенностях использования устройств для защиты от короткого замыкания хорошо, на мой взгляд, написал Харечко Ю.В. в своей книге [1]:

« В электроустановках зданий для защиты электрических цепей от коротких замыканий обычно применяют автоматические выключатели, соответствующие ГОСТ IEC 60898-1-2020 [3] и АВДТ, соответствующие ГОСТ IEC 61009‑1. По нормативным требованиям эти автоматические выключатели должны отключать короткие замыкания за промежуток времени менее, чем за 0,1 с.

Фактически они могут отключать короткие замыкания еще быстрее – менее чем за 0,01 с. Такое срабатывание автоматического выключателя происходит при сверхтоках, превышающих верхнюю границу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления. Поэтому целесообразно обеспечивать следующее соотношение характеристик автоматического выключателя и короткозамкнутой электрической цепи:

где k – коэффициент, равный 5, 10 или 20 соответственно для автоматического выключателя, имеющего тип мгновенного расцепления B, C или D;
In – номинальный ток автоматического выключателя, А;
IКЗ min – минимальный ток однофазного короткого замыкания в наиболее удаленной точке электрической цепи, защищаемой автоматическим выключателем, А.

Иными словами, минимальный ток однофазного короткого замыкания в наиболее удаленной точке электрической цепи должен быть больше или равен верхней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления автоматического выключателя, который защищает эту электрическую цепь. Выполнение рассматриваемого условия позволит автоматическим выключателям наиболее быстро отключать токи короткого замыкания во всех электрических цепях, минимизировав их негативное воздействие на проводники и другое электрооборудование.

Читайте также:  Поражение электрическим током что при этом нужно делать

Указанное согласование характеристик автоматического выключателя и короткозамкнутой электрической цепи предопределяет следующие предпочтительные области применения автоматических выключателей с разными типами мгновенного расцепления.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления В, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 3 до 5 In, целесообразно применять для защиты от сверхтока большинства конечных электрических цепей в электроустановках индивидуальных жилых домов, в электроустановках квартир и других, им подобных, электроустановках. Например, с помощью таких автоматических выключателей можно выполнять защиту конечных электрических цепей освещения и штепсельных розеток. Препятствием, ограничивающим использование этих автоматических выключателей, является наличие больших пусковых токов электрооборудования.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления С, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 5 до 10 In, обычно используют для защиты от сверхтока электрических цепей, в которых возможны большие пусковые токи при включении электрооборудования, например, конечных электрических цепей освещения, в которых предусмотрено одновременное включение большого числа светильников, конечных электрических цепей, в состав которых входит электрооборудование с электродвигателями, и др.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления D, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 10 до 20 In, применяют для защиты от сверхтока тех электрических цепей, в которых имеются большие импульсные пусковые токи, появляющиеся, например, при включении трансформаторов, электромагнитных клапанов, больших емкостных нагрузок и др.

Автоматические выключатели, мгновенно срабатывающие при меньшей кратности номинального тока, чем автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления В, используют для защиты от сверхтока электрических цепей с полупроводниковыми приборами, измерительных цепей с преобразователями, а также электропроводок большой протяженности. Однако диапазоны токов мгновенного расцепления для таких автоматических выключателей производители устанавливают по своему усмотрению, поскольку они не стандартизированы.

Для защиты от короткого замыкания конечных электрических цепей целесообразно использовать токоограничивающие автоматические выключатели, которые имеют класс ограничения электроэнергии 3 (см. табл. 3 в статье «Технические характеристики автоматических выключателей»), и токоограничивающие плавкие предохранители, поскольку токоограничивающие устройства защиты от сверхтока обеспечивают наиболее сильное снижение негативного воздействия токов короткого замыкания на проводники и другое электрооборудование. »

Источник

Короткое замыкание сети или других источников питания

Под коротким замыканием (КЗ) понимают особый случай, когда соединены 2 проводника электрического тока разных потенциалов или фаз электрического прибора между собой или землей. В месте соединения проводников происходит резкое увеличение значения силы электрического тока с превышением максимально допустимого параметра. Это приводит к остановке нормального функционирование прибора и смежных элементов.

Короткое замыкание 1

По упрощенной формулировке представленный тип замыкания является любым нештатным и незапланированным соединением проводников электричества, имеющих разное значение потенциала. Это могут быть, к примеру, фаза и ноль, что приводит к образованию токов разрушительного действия.

Явление опасно для здоровья человека и его имущества. КЗ вызывает не только сбой оборудования, остановку работы электроприборов. Если пренебрегать правилами безопасности, то это потенциально может обернуться полным выходом из строя аппаратов или их отдельных частей с невозможностью восстановления. Также может возникнуть возгорание, приводящее к пагубным последствиям для жизни людей, их имущества и окружающей среды.

Расчет тока короткого замыкания

Чтобы понимать, почему возникает этот процесс, необходимо провести расчет значений токов короткого замыкания. Для этого надо знать закон Ома: «Значение силы тока в некотором промежутке электрической цепи является прямо пропорциональным значению напряжения и обратно пропорциональным сопротивлению тока на этом промежутке». Это основополагающий закон электрики, который изучается даже в школьной программе. Для большей наглядности, следует обозначить его формулой: I=U/R, где:

  • I — сила тока;
  • U — напряжение на участке цепи;
  • R — сопротивление.

Любое электрооборудование, подключенное к бытовой или промышленной электрической цепи, является активным сопротивлением. Параметр напряжения сети бытового назначения — 220 В (в некоторых случаях 230 В). Представленное значение неизменно. Чем выше значение сопротивления прибора (проводника или некоторого материала), подключенного к электропитанию, тем меньшей будет величина электрического тока.

Для расчёта тока короткого замыкания лучше воспользоваться более «продвинутой» формой закона Ома, называемой законом Ома для полной цепи.

Эта форма закона Ома также изучается в школьной программе, однако мало кто о ней помнит. А ведь именно она применяется для расчёта тока КЗ. Дело в том, что если сопротивление внешних элементов цепи равно 0, то странного деления на ноль не появится, а вместо этого ток будет вполне конкретно и точно вычисляем как результат деления ЭДС источника на внутреннее сопротивление источника напряжения:

Iкз=ε / r

Конечно в случае, если КЗ возникает в доме или квартире — от места замыкания до точки возникновения ЭДС ток проходит через проводку. И неважно, медные это провода или изготовленные из алюминия — они обладают сопротивлением. И в таком случае R не равно нулю. Чему же оно равно — читаем дальше.

Пример 1. Сеть с напряжением 220–230В

Давайте возьмем для конкретного примера: длину проводки 100 м и площадь сечения проводов 2,5 мм² и затем посмотрим каково же будет их сопротивление в случае, если они сделаны из меди.

Формула, также известная из учебника физики любой самой средней школы, гласит:

R=ρ·L/S,

ρ — удельное сопротивление меди, равное приблизительно 0,017–0,018 Ом·мм²/м;

L — длина проводника, выраженная в метрах;

S — площадь проводника, выраженная в мм².

Учтем, что подводящих электроэнергию провода не один, а два (ток приходит по одному проводу и уходит по второму), поэтому длина провода L при расчёте удваивается:

R=0.018·2·100/2,5=1,44 Ом

Итак, теперь видно, что провода имеют достаточно большое сопротивление. Чтобы теперь прикинуть ток КЗ можно воспользоваться законом Ома. Внутреннее сопротивление источника питания нам не известно, но как видно из формулы закона Ома для полной цепи, что чем оно больше, тем меньше будет ток КЗ. Следовательно, приняв r=0 мы найдем максимально возможный ток КЗ при вычисленном R=1,44 Ом.

Также примем, что напряжение питания в сети также максимально возможное, и составляет 230+10%=253 В. В таком случае ток короткого замыкания будет равен:

Iкз=253/1,44 = 175,7 А

Итак, мы провели расчет для конкретного питающего проводника. Для проводки с другими параметрами вычисление может быть произведено аналогичным образом.

Пример 2. Аккумуляторная батарея

Если КЗ возникает непосредственно у источника ЭДС (с таким явлением мы можем встретиться в случае «коротыша» бытового или автомобильного аккумулятора или батареи питания), то в таком случае внешнее сопротивление R≈0. Следовательно, для расчета понадобится знать внутреннее сопротивление r максимально точно (иначе опять возникнет деление на ноль и ничего стоящего мы не насчитаем). Вычислить его не составит труда, если у вас имеется сопротивление (резистор) и мультиметр.

Теперь давайте рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется автомобильный аккумулятор на 12В. Как необходимо действовать, чтобы определить его ток КЗ.

Нам понадобится резистор номиналом 10 Ом на 15Вт, который поможет выполнить необходимый эксперимент:

  1. Измеряем напряжение питания аккумулятора в режиме холостого хода (без нагрузки) мультиметром, допустим мы получили значение 11,85 В.
  2. Далее подключаем в качестве нагрузки резистор 10 Ом 15Вт и замеряем мультиметром ток. Получили 1,07 А.
  3. Не отключая резистор на 100 Ом измеряем падение напряжения на клеммах аккумулятора. Пусть будет 10,8 В.
  4. Теперь можно вычислить внутреннее сопротивление: r=11,85–1,07·10,8=0,3 Ом.
  5. Теперь можно определить ток КЗ: Iкз=11,85/0,3 = 39,5 А

Если вы ещё не догадались что за формулы были применены, то вот подсказки:

r=Uхх–Iн·Uн,

Iкз=Uхх/r,

Uхх — напряжение холостого хода источника питания;

— ток, отдаваемый источником питания под нагрузкой;

— напряжение источника питания под нагрузкой.

Как видно из формул, само значение нагрузки знать не нужно, тем не менее оно подбирается таким образом, чтобы погрешность измерения прибора не давала слишком большой разброс результата (если нагрузка будет незначительно «просаживать» напряжение источника питания, то есть Uхх, то точность результата будет крайне низкой).

Читайте также:  Аккумулятор автомобильный пусковой ток 950

Причины возникновения КЗ

Теперь кратко пробежимся по возможным причинам возникновения КЗ.

Короткое замыкание 3

Распространенные причины появления КЗ следующие:

  • устаревшая проводка;
  • механические повреждения внутри цепи;
  • неправильная организация электрических проводов;
  • нарушение правил эксплуатации электроприбора;
  • бесконтрольное увеличение показателя мощности приборов;
  • несоблюдение норм строительства.

Отрицательное воздействие КЗ для человека и его имущества

КЗ, в зависимости от места возникновения, приводит к пагубным последствиям для имущества и безопасности жизни человека. К таковым относят:

Короткое замыкание 4

  • обгорание и выход из строя электрических приборов;
  • воспламенение электрической проводки;
  • снижение напряжения электросети (в промышленных условиях приводит к остановке работы предприятий);
  • падение эффективности работы систем электроснабжения;
  • возникновение электромагнитного воздействия приводит к нарушению функционирования коммуникаций, расположенных под землей.

Виды КЗ

Электричество используется повсеместно и бытовой и промышленной сфере. Чтобы свести риск появления короткого замыкания к минимуму, разработан ряд мероприятий и устройств по обеспечению защиты от КЗ. Однако, чтобы точно понимать в каком случае и какой прибор использовать, нужно знать виды замыкания. Основными из них являются:

  • в цепях постоянного тока;
  • в цепях переменного тока (между: фазой и землей, двумя разными фазами, тремя фазами, двумя разными фазами и землей, тремя фазами и землей).

Доля однофазных КЗ составляет 65% повреждений, 2 фазы с землей — 20%, двухфазных — 10%, трехфазных — 5%. Часто случаются сложные виды повреждений, сопровождающиеся многократной несимметрией. Это означает тип замыкания различных фаз, происходящего в нескольких точках единовременно.

Методы поиска короткого замыкания

Заранее найти место возникновения этого явления довольно сложно. В большинстве случаев до него нет дела ни специалистам, ни обычным пользователям. Однако это поможет вовремя нейтрализовать его, что приведет к невозможности появления пагубных последствий. Благодаря своевременному реагированию, экономятся финансовые средства и время. Методов как определить короткое замыкание существует несколько:

  • визуальный осмотр проводки (на не должно быть разрывов и оголенных проводов);
  • использование мультиметра или мегаомметра;
  • по звуку;
  • исключение.

Короткое замыкание 5

Провода, являющиеся составной частью токоведущего кабеля, могут соприкасаться между собой. Если они оголены, то именно это и является явной причиной КЗ. Подобные повреждения, как правило, находятся в распределительных коробках и других узлах электроснабжения (розетки, выключателях и так далее). Подгорелая изоляция кабеля — явное место, где потенциально может образоваться КЗ.

Применение специальных приборов помогает измерить значение сопротивления цепи. В их составе имеется 2 провода: один из них подключается к фазе, а другой — к нолю (далее к заземлению). Если на дисплее прибора отображается 0, значит целостность проводки в норме, если какое-либо другое значение — контакты соприкасаются. Обратите внимание, что напряжение мультиметра довольно маленькое. Им можно измерять цепи, протяженностью не более 3 метров.

Поиск места возникновения короткого замыкания по звуку — народный метод определения этого явления. Для этого необходимо тщательно прислушиваться у всех соединений. В месте контакта будет слышно характерное потрескивание. Иногда возникает запах горелой пластмассы и изоляции. Пользоваться таким способом нахождения КЗ следует пользоваться только в крайнем случае при недоступности других методов.

Очень часто бывает, что виновником является подключенный электроприбор. Его включение сразу приведет к срабатыванию предохранителя. Это приведет к моментальному отключению электроснабжения участка. Найти такой прибор можно методом исключения, поочередно включая все устройства.

Специалисты настоятельно рекомендуют не применять устаревшие способы поиска КЗ. В большинстве случаев они не показывают должной точности и эффективности. Если возникла необходимость найти место КЗ, необходимо пригласить профессионалов, которые будут использовать качественное и точное оборудование.

Защита от КЗ

Для защиты от КЗ существуют различные устройства:

  • автоматические выключатели;
  • автоматические выключатели с автоматическим возвратом во включенное состояние;
  • УЗО;
  • плавкие предохранители;
  • «пробки»;
  • самовосстанавливающиеся предохранители.

В представленной схеме участвуют стабилитрон и диоды, защищающие светодиоды от воздействия обратных токов. За ограничение тока в системе защиты отвечают 2 резистора. Предохранитель должен быть самовосстанавливающегося типа, номиналы элементов должны подбираться индивидуально в зависимости от условий.

Эффективный способ защиты от представленного явления — применение реактора, ограничивающего ток. Он применяется в системе защиты электрических цепей, где величина КЗ может быть такой силы, с которой обычное оборудование не справится.

Ректор имеет вид катушки с сопротивлением индуктивного типа, подключенной к сети по последовательной схеме. Приемлемое функционирование цепи позволяет соблюдать уровень падения напряжения реактора около 4%. При образовании КЗ основная часть напряжения поступает на это устройство. Такое оборудование бывает масляного и бетонного типов. Каждый из них применяется в зависимости от типа электропроводки и питаемого ею оборудования.

Полезное КЗ

Ток, возникающий по причине подобного явления, может принести не только разрушение, но и пользу. Существует ряд оборудования, функционирующего в условиях повышенного значения тока. Классическим примером таких устройств является электродуговая сварка. Ее работа обусловлена соединением сварочного электрода и контура заземления.

Короткое замыкание 7

При существенных перегрузках функционирование таких аппаратов кратковременно. Его обеспечивает сварочный трансформатор большой мощности. В месте, где происходит соприкосновение 2 электродов происходит выработка тока довольно значительной силы. Это приводит к выделению большого количества тепловой энергии, которой достаточно для плавления металла в области соприкосновения. Таким процессом обеспечена работа сварки. Шов получается аккуратным, долговечным и прочным.

Видео по теме

Источник



Защита от короткого замыкания

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

В процессе эксплуатации электрических сетей и электрооборудования часто возникают аварийные (нештатные) режимы работы, при которых могут значительно меняться показатели качества (параметры) электроэнергии в распределительной сети. Время ликвидации аварийного режима напрямую влияет на тяжесть его последствий. С целью снижения последствий развития аварии необходимо обеспечить быстрое отключение поврежденного участка при помощи специальных автоматических защитных устройств. Назначение этих устройств – выявление места повреждения и быстрое отделение поврежденного участка электрической сети от неповрежденной части.

Рассмотрим наиболее распространенные аварийные ситуации, с которыми сталкиваются бытовые потребители электроэнергии. В бытовой сети 220 В переменного тока можно выделить два основных аварийных режима: короткое замыкание (К.З.) и перегрузка. Коротким замыканием в данном случае называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фазного и нулевого проводников между собой, либо замыканием фазного и защитного проводника (замыкание на землю). При возникновении КЗ ток в фазном проводе увеличиваются по сравнению с нормальным значением, а напряжение короткого замыкания наоборот – снижается. В режиме перегрузки ток, протекающий по проводам, превышает допустимую (расчетную) величину для данной электрической сети, а напряжение практически не меняется. В обоих случаях длительное протекание тока короткого замыкания (перегрузки) вызывает нагрев проводников, вплоть до расплавления и возможности дальнейшего возникновения очага возгорания (пожара).

Для реализации защиты от перегрузки и токов короткого замыкания в бытовой сети 220 В, как правило, применяются автоматические выключатели (АВ) или, за редким исключением, предохранители. Эти защитные аппараты отключают от питающей электрической сети поврежденный участок (элемент), который послужил причиной возникновения аварийного режима работы, с целью исключения развития аварии и снижения негативных последствий. В настоящее время для бытовой сети 220 В применяются только автоматические выключатели, которые оснащены, как правило, двумя расцепителями: электромагнитным (реагирует на КЗ) и тепловым (реагирует на перегрузку по току). В сравнении с автоматическими выключателями предохранители имеют существенные недостатки и практически исключены из бытового применения, за исключением зданий и помещений старого фонда. Одним из основных условий для выбора автоматических выключателей является мощность подключаемых электроприборов.

Пример изображений автоматического выключателя и предохранителя:

автоматический выключатель

Одним из основных условий надежного функционирования электрической сети и защиты электрооборудования в аварийных режимах на производстве и в промышленности является определение и расчет токов короткого замыкания. Данный вопрос не актуален для бытового потребителя и подробно изучается электротехническим персоналом, эксплуатирующим энергетические объекты и электрические распределительные сети.

Источник