Что такое короткое замыкание?

Понятие и теория

Из учебника физики известно, что любое вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. На внешней орбите некоторых атомов есть электроны, которые имеют слабую связь с ядром.

Если приложить к этим электронам некоторую силу, они могут оторваться и переместиться. Таким свойством обладают металлы и некоторые другие элементы при особых условиях.

Самыми распространенными металлами, используемые в электротехнике, являются алюминий и медь. Именно из них делают провода для электропроводки.

Но, чтобы получить электрический ток, мало просто оторвать электроны, их еще необходимо сгруппировать и направить, придав им упорядоченное движение.

Для этого существуют различные генераторы постоянного и переменного тока, или источники тока в виде батарей и аккумуляторов.

Различие между батареей и аккумулятором заключается в способности аккумулятора снова заряжаться, пополняя растраченную энергию.

Ток бывает двух видов:

• переменный;
• постоянный.

На самом деле существует еще ряд других видов, но поскольку в быту мы сталкиваемся в основным с этими двумя, они и будут разобраны.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутому кругу. Для примера возьмем цепь постоянного тока, состоящую из батарейки, проводов, выключателя и лампочки. Провода служат для соединения всех используемых элементов.

Допустим, у нас получилась такая схема: плюс батареи соединен через провод с одним выводом выключателя, второй вывод выключателя через провод соединен с одним контактом лампочки, а второй контакт лампочки, опять же через провод соединен с минусом батареи. Если выключатель включен, то по собранной цепи будет течь ток, и лампочка загорится, если выключателем разорвать цепь, то лампочка потухнет.

В последнем случае хотя по цепи не идет ток, напряжение присутствует. Оно будет равно напряжению батарейки и определить его можно будет с помощью вольтметра. С одной стороны выключателя будет идти положительный потенциал, по другую его сторону – отрицательный. Положение изменится, если выключатель включить. Теперь плюс и минус будут располагаться по разным сторонам лампочки.

Почему произошло такое изменение? Когда выключатель выключен, то электроны от плюса батарейки, дойдя до выключателя остановились, потому что контакты у него разомкнуты. Следовательно, на другом контакте выключателя этих электрон нет.

Раньше считали, что переносчиками заряда служат положительно заряженные частицы, в некоторых случаях так и есть, но все же основными переносчиками являются электроны, а они имеют отрицательный заряд. Но чтобы не путаться в старых и новых схемах на батарейках ставят знак + на минусовом контакте, и приборы работают по такому же принципу.

Разность между количеством электронов на двух контактах и будет напряжением.

Теперь поговорим о лампочке. Основным ее элементом является нить накаливания. Нить изготавливается из тугоплавкого и имеющего большое сопротивление материала, обычно это вольфрам. Этот материал с трудом пропускает часть электронов поэтому, пройдя через нить лампы, электронов будет гораздо меньше, чем их накопилось до нити.

Кроме того, электроны, прошедшие через лампочку, быстро уносятся к минусу батареи, вот почему теперь напряжение будет наблюдаться на контактах лампочки, а не на выключателе. А что произойдет, если лампочку убрать из схемы?

Варианты защиты от КЗ

В качестве защиты от возникновения короткого замыкания можно использовать:

Автоматы можно устанавливать только на всю систему, а не на отдельные фазы и цепь нуля. В противном случае во время замыкания выйдет из строя нулевой автомат, а вся электросеть окажется под напряжением, т.к. фазный автомат будет включен. По этой же причине не рекомендуется устанавливать провод меньшего сечения, чем может позволить автомат.

Что происходит при возникновении короткого замыкания

Лампочка, в приведенной выше цепи, считается полезной нагрузкой для источника питания – батарейки. В чем польза лампочки? Она преобразует электрическую энергию в световую.

Если ее убрать, а выключатель напрямую соединить с минусом батарейки и включить его, то электроны мощным потоком устремятся к другой клемме батарейки. Результатом будет разряд батарейки. Вся ее энергия будет расходована напрасно. Возможно, она даже выйдет из строя. В любом случае больше ею воспользоваться не удастся.

Но, кроме напрасно истраченной энергии существует еще один большой минус. Как уже говорилось, лампочка имеет нить накала из вольфрама. Что происходит при прохождении через нее тока?

Так как сопротивление нити большое, то есть электронам, образно говоря, нужно протискиваться через узкие каналы, то они, ударяясь об атомы вольфрама, отдают часть энергии ему. Это приводит к тому, что вольфрам начинает нагреваться и нагревается до такой температуры, что от него начинает исходить свет.

Любой материал обладает сопротивлением электрическому току, будь то провода или выключатель. Поэтому когда лампочку убирают, то нагрузкой становятся провода и выключатель. Они хоть и не так быстро и горячо будут нагреваться, но все же нагрев будет происходить.

Важно. Из этого можно сделать вывод, чем опасно короткое замыкание: происходит ненужный нагрев проводников и напрасно тратится электрическая энергия.

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:

Почему короткое замыкание так называется

Так что такое короткое замыкание? В последней нашей схеме были использованы: батарейка, провода и выключатель. Поскольку выключатель во включенном положении представляет собой проводник, то его можно заменить куском провода.

В итоге схема приобретает следующий вид: плюс батареи соединен проводом с минусом батареи. Значит, что такое короткое замыкание по-простому? Это короткозамкнутая цепь в схеме питания.

Давайте дадим небольшое определение что такое короткое замыкание — это аварийный режим, при котором происходит контакт двух проводников с разными потенциалами (например, фаза с другой фазой или фаза и ноль). За счет того что нагрузка оказывается закороченной, сопротивление цепи уменьшается, а ток при этом резко возрастает до очень больших значений.

Для примера возьмем обычный утюг. Когда мы включаем его в розетку, создается путь для протекания электрического тока. Ток начинает протекать через нагревательный элемент утюга, сопротивление которого очень большое.

Если убрать это сопротивление из схемы, например, закоротить фазу и ноль до нагревательного элемента, то путь протекания тока уменьшится, то есть станет коротким. Ток будет протекать только по проводам без сопротивления (нагрузки).

В чем опасность короткого замыкания

Рассмотренный пример с батарейкой — это всего лишь миниатюра, показывающая наглядно, к чему приводит короткое замыкание. Емкость и напряжение батарейки невелико, поэтому и последствия от короткого замыкания незначительны – испорченная батарейка.

В быту же чаще всего говорят о коротком замыкании, связанном с домашней сетью, в которой напряжение составляет минимум 220 В. Мощность трансформатора, от которого подается питание на дом, составляет сотни тысяч или миллионы Ватт. Конечно, сопротивление проводов ограничивает этот ток, но не очень сильно.

В советское время линии электропередач состояли из натянутых на опорах проводов. При сильном ветре, если провода были недостаточно натянуты, их перехлестывало. Слышался сильный треск, гул, летели искры. Зрелище не для слабонервных. Иногда провода припаивались друг к другу, обгорали и падали на землю.

Если падал фазный провод, идущий от подстанции, то он создавал огромную опасность для окружающих. Гибли и люди, и животные. К счастью, сегодня все меньше остается таких линий, но в частном секторе, на дачах, в деревнях еще можно встретить такую опасность.

Что касается квартир и частных домов то здесь кроется другая опасность. Как уже было рассмотрено, короткое замыкание – это создание цепи без нагрузки.

При этом высвобождается огромная энергия, которая очень быстро разогревает провода. В месте замыкания могут возникать искры в виде раскаленного металла. Попадая на горючее вещество, они его воспламеняют.

При возникновении короткого замыкания главная опасность заключается в вероятности возгорания и пожара.

Опасно! При тушении водой такого пожара под напряжением приведет к поражению электрическим током.

Поэтому, чтобы защититься от таких неприятностей, в каждом доме обязательно должна быть защита от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

Для того чтобы понять, как защищаться от короткого замыкания, необходимо повторить, что такое короткое замыкание? Итак, короткое замыкание – это замкнутая цепь, по которой проходит ток большой мощности.

Поэтому защита должна реагировать именно на большой ток. В любом шкафу учета, кроме счетчика стоят автоматические выключатели. Вот они и реагируют на большой ток. Причем автомат реагирует на два разных тока:

• ток короткого замыкания;
• ток перегрузки.

Признаком короткого замыкания является лавинообразный скачек тока, именно на него должен реагировать первый защитник. Из чего состоит защита и как она работает? Известно, что если по проводу проходит ток, то вокруг него образуется электромагнитное поле. Это свойство используется в автомате.

Из толстого медного провода делается катушка – соленоид, внутри которой располагается сердечник. Сердечник, в свою очередь, соединен с расцепителем – устройством, которое разъединяет цепь.

Число витков рассчитывается так, чтобы при достижении определенного тока она смогла сдвинуть сердечник и через него расцепить цепь. После устранения неисправности механизм устанавливается в первоначальное положение с помощью рукоятки на автомате.

Провода, проведенные в помещении, способны пропускать ток определенной силы, при превышении этого значения они начнут нагреваться, так как обладают сопротивлением. Это может привести к их нагреву до такой степени, что изоляция, находящаяся на них, начнет плавиться. Это может вызвать пожар или короткое замыкание. Чтобы этого избежать, в автомате предусмотрена другая защита – тепловая.

Она представляет собой биметаллическую пластину, через которую проходит ток питания. Когда ток начинает нагревать провода, он также греет и эту пластину.

Пластина, в свою очередь, понемногу начинает менять свою форму до тех пор, пока не разомкнет расцепитель, прекратив подачу тока.

Биметалл – два соединенных разных металла, у которых скорость расширения при нагревании разная. Поэтому когда пластина нагревается, она меняет свою форму, изгибаясь в одну или другую сторону.

Включить автомат можно будет после того, как пластина остынет и вернется в первоначальное положение.

Причины возникновения короткого замыкания

Почему возникает короткое замыкание, рассмотрим некоторые, чаще всего встречаемые причины:

1. 1. Перегрузка в сети.
2. 2. Неисправный электроприбор.
3. 3. Порча грызунами.
4. 4. Случайное повреждение.

Перегрузка – одна из самых распространенных причин замыкания. Промышленность выпускает новые, более мощные электроприборы, а проводка остается старой.

Если вовремя не произвести перерасчет и не поменять провода, то рано или поздно произойдет замыкание. Сначала будет отключаться автомат перегрузки, изоляция с каждым разом будет стареть и терять свои защитные свойства пока, наконец, не выдержит такого испытания.

Если в электроприборе произойдет короткое замыкание, он либо отключится, либо сработают автоматы. Такой прибор легко обнаружить, повторно включив его в сеть. Иногда, особенно в сельской местности, порчу могут нанести грызуны. Им почему-то нравятся резиновые и пластмассовые предметы.

Погибая, они замыкают сеть, приводя к короткому замыканию.

Иногда сами жильцы создают себе проблему. Не убедившись в отсутствии электропроводки, начинают сверлить или забивать гвозди, вызывая не только замыкание, но и сильный стресс и болевые ощущения. Чтобы обезопасить себя от таких травм, необходимо точно убедиться в отсутствии проводов или, хотя бы поставить УЗО.

Устройство Защитного Отключения определяет утечку тока и отключает сеть. Оно предотвращает человека от поражения электрическим током.

Осталось ознакомиться с видами короткого замыкания (КЗ) и их особенностями.

Виды коротких замыканий в быту и в электроэнергетике

По сути можно разделить виды коротких замыканий на два типа: бытовые и промышленные.

В быту где чаще встречается сеть с глухозаземленной нейтралью (3 фазы, ноль и заземление), здесь можно отметить такие виды КЗ:

• однофазные;
• двухфазные;
• трехфазные.

В первом случае фазный провод замкнут на ноль или землю. Во втором, то же самое, или на другую фазу, или также на ноль. При трехфазном замыкаются все три фазы между собой.

Для ознакомления в энергетике согласно ГОСТ 52735-2007 можно встретить такие виды КЗ:

• — 3-х фазное, обозначается К(З): замыкание между всеми тремя фазами;
• — 2-х фазное, обозначаетсяК(2): замыкание между двух фаз;
• — 2-х фазное с землей, обозначается К(1,1): замыкание между двумя фазами и одновременно на землю;
• — 1-но фазное на землю, обозначается К(1): замыкание одной из фаз на землю или заземленные части оборудования;
• — двойное КЗ на землю, обозначается К(1+1): это такое КЗ когда две разные фазы замыкаются на землю при этом не замыкаясь между собой.

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.

Причины возникновения короткого замыкания

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

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.

Что делать, если человека ударило током. Первая необходимая помощь пострадавшему человеку.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. .

Зачем нужно знать значения тока КЗ и сопротивления петли “Фаза-ноль”?

Я уже много чего рассказал в статье. Но какой нам толк от знания этих параметров электросети?

Знание тока КЗ (или сопротивления петли “Фаза-ноль”) и мощности нагрузки позволяет нам правильно и оптимально (по соотношениям безопасность/функциональность/надежность/цена) выбрать основные элементы энергосистемы – аппараты защиты и сечение кабелей. Далее немного подробнее.

Безопасность

Об этом я уже говорил, но повторю. Электрические сети должны быть безопасными на всех участках и во всех режимах. Для этого, кроме изоляции, применяют автоматические выключатели и устройства, управляемые дифференциальным током (УЗО). Вкупе с защитным заземлением, эти устройства защищают оборудование от КЗ и перегрузок, а человека – от опасности прямого или косвенного прикосновения.

Функциональность

Зная ток КЗ, можно выдать заключение о необходимости установки стабилизатора, или замены кабельной линии на новую. Кроме того, можно сделать вывод о селективности – можно ли её обеспечить хотя бы частично?

Надежность

В случае высокого тока КЗ необходимо применить выключатели с высокой отключающей способностью для надежного функционирования в момент КЗ. Кроме того, должны быть предъявлены высокие требования к качеству монтажа и комплектующих.

Цена

Тут понятно – выполнение предыдущих пунктов значительно влияет на цену всей электросети.

Высокий ток КЗ – это хорошо или плохо?

Как я показал на графике ранее, чем дальше место замыкания от источника питания, тем меньше будет ток короткого замыкания, поскольку сопротивление линии будет больше. Высокий ток КЗ обычно бывает в тех местах электросети, которые расположены наиболее близко к подстанции, а кабельные линии имеют большое сечение проводов. В питающих сетях с напряжением 0,4 кВ относительно высокими считаются токи КЗ более 6кА, а токи КЗ выше 15 кА практически не встречаются. Итак, что мы имеем:

Минусы низкого тока КЗ

• большое падение напряжения при достаточно мощной нагрузке;
• как правило, низкое напряжение на электроприборах. При этом стабилизатор поможет не всегда;
• нестабильность напряжения на электроприборах в зависимости от времени суток или времени года. По нормам на напряжение и его допуски я провёл расследование;
• высокое (вплоть до бесконечности) время срабатывания автоматических выключателей при КЗ на землю (работает только тепловой расцепитель);
• необходимость установки автоматических выключателей с характеристикой отключения “В” с целью более вероятного срабатывания электромагнитного расцепителя при КЗ. Этот спорный вопрос обсуждается в моей статье на Дзене Зачем ставить автоматы с характеристикой “В”;
• обязательная установка УЗО – при этом, кроме своих “основных” обязанностей (отключение питания при высоком токе утечки, а также для защиты человека при прямом и косвенном прикосновении), УЗО выполняет функцию защиты от КЗ на землю (ПУЭ 1.7.59, 7.1.72).

Плюсы низкого тока КЗ

• можно устанавливать дешевые автоматические выключатели с низкой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 4500 А);
• сравнительно легко можно обеспечить селективность между вводным и нижестоящим автоматами. Но нужен расчет и измерение точного значения тока КЗ,
• низкий пусковой ток электродвигателей и другой инерционной нагрузки. Статья Что такое пусковой ток, как его измерить и посчитать.

Минусы высокого тока КЗ

• невозможность обеспечить селективность между вышестоящими и нижестоящими автоматами. Выход – установка рубильника либо селективного по времени автоматического выключателя;
• необходимость установки АВ с высокой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 6000, 10000 А и т.д.). Отключающая способность должна быть выше, чем ток КЗ в начале защищаемого участка (ПУЭ п. 3.1.3);
• большие негативные последствия при возникновении КЗ.

Плюсы высокого тока КЗ

• легко гарантировать стабильное напряжение на нагрузке и вообще качество электроэнергии;
• имеется перспектива подключения новых потребителей и увеличения нагрузки;
• гарантированное отключение линии при КЗ.

Селективность автоматических выключателей и УЗО – отдельная большая тема, в планах есть.

Резюмируя плюсы и минусы, можно сказать, что значение тока КЗ – палка о двух концах. В бытовом секторе ток КЗ часто бывает низким, и его стараются увеличить, прокладывая новые линии с высоким сечением проводов и устанавливая новые трансформаторные подстанции. В серьезной энергетике наоборот, применяют методы по уменьшению тока КЗ.

В цепи постоянного тока

В домашних условиях постоянный ток для бытовых нужд не используется. В основном это относится к электрооборудованию. Для защиты могут быть использованы плавкие предохранители, автоматы или схемы защиты.

Без специальной подготовки и знаний в такие устройства лучше самому не лезть, а отвезти в мастерскую или вызвать специалиста. Но стоит отметить, что принцип замыкания в постоянной цепи ничем не отличается от замыкания в переменном токе.

Последствия могут быть похожими: возникновение пожара или в редких случаях и неблагоприятных условиях — поражение человека постоянным током.

В каких случаях КЗ работает на благо?

На высоковольтных подстанция к силовым трансформаторам подключают устройство под названием короткозамыкатель. По конструкции это заземляющий нож который в любой момент готов намеренно «закоротить» одну из фаз на землю.

При повреждении внутри трансформатора или на его ошиновке происходит срабатывание короткозамыкателя. Когда он включается происходит короткое замыкание, что приводит к появлению больших токов и отключению питающей линии с противоположного конца.

Еще один из примеров в энергетике «плавка гололеда на линиях электропередач». На воздушных линиях электропередач для защиты линии от гололедообразования во обледенений применяют плавку гололеда. Подключаются они одним концом к самому проводу, а другим к земле.

По принципу КЗ работает электросварка, но в отличие от обычного короткого замыкания, ток в сварке регулируется.

Преднамеренное КЗ

В электротехнике есть прибор, называется варистор. Он часто используется в электрооборудовании для защиты аппаратуры от перенапряжения.

Действует по принципу рассмотренного выше короткозамыкателя. Некоторые специально устанавливают его в осветительную цепь для предотвращения перегорания ламп во время больших скачков напряжения или аварий в сети. При их срабатывании домашняя сеть переходит в режим КЗ и автоматы отключают защищаемую цепь.

Все рассмотренные примеры использования короткого замыкания – это вынужденная мера, указывающая на аварийную ситуацию. Поэтому прежде чем включать автоматы после их срабатывания, необходимо убедиться в нормализации питающей сети.

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.

Таблица для выбора сечения кабеля по мощности и силе тока

Используйте подходящие автоматические предохранители

Рекомендация в первую очередь касается бытовых потребителей: владельцев квартир, домов, дач. Использование вместо предохранителей так называемых «жучков», а также установка неподходящих автоматических выключателей повышает риск нагрева кабеля и короткого замыкания.

Пример: поставщик электроэнергии согласовал установку «автомата» 16А. Этот предохранитель рассчитан на разрешенную потребляемую мощность и силу тока. Он срабатывает, когда сила тока превышает 16 ампер и защищает сеть от аварии. Если установить в эту сеть «автомат» 40А или «жучок», потребитель не будет страдать от частых срабатываний предохранителя. Но сеть останется незащищенной от ненормативных нагрузок. Это повышает риск повреждения кабеля и короткого замыкания.

«Жучком» называют самодельный или самостоятельно модифицированный предохранитель. Обычно это предохранитель, в котором вместо плавкой вставки используется толстая проволока.

Предохранитель с «жучком»

Проверяйте работоспособность кабеля

Перед монтажом проводки проверяйте кабель на целостность изоляции и отсутствие короткого замыкания. Кабель с ленточной броней надо проверять на замыкание на броню. Это проще всего сделать с помощью мегаомметра.

Мегаомметр поможет выявить короткое замыкание

Не эксплуатируйте электросети без заземления или зануления

Заземление и зануление само по себе не предупреждает короткое замыкание. Но благодаря этой защите при коротком замыкании сила тока мгновенно уменьшается до безопасного для человека и оборудования уровня.

В многоквартирных и частных домах заземление реализовано так, чтобы при коротком замыкании срабатывали автоматы защиты. Поэтому бытовым потребителям достаточно использовать надежные предохранители, как описано выше.

Учитывайте схему электропроводки в здании и на участке во время ремонта

Во время ремонта или земляных работ на участке важно не повредить проводку. Поэтому при сверлении или штроблении стен важно проверить участок с помощью тестера скрытой проводки. А перед выполнением земляных работ важно изучить схему проводки на участке.

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.

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.

Что такое УЗО

Появившиеся недавно на рынке защитного оборудования системы УЗО (внешне похожи на автоматические выключатели) – это надёжные устройства для защиты от токовой утечки из-за появления повреждений изоляции, которые выявляются за счёт токового перекоса цепи. Данная система отлично справляется с защитой от попадания человека под напряжение, но никак не от короткого замыкания. Таким образом, установка УЗО повышает безопасность участка цепи и обслуживаемого оборудования, но это не значит, что в этой цепи не требуется установка автоматических выключателей с токовым разцепителем.

Внимание! Существует ошибочное мнение, что устройство защитного отключения (УЗО) защитит цепь от короткого замыкания. УЗО выполняет защитную функцию при попадании человека под опасное напряжение сети (потенциал), а также реагирует на ухудшение сопротивления изоляции, которое в дальнейшем может привести к замыканию на землю или на нулевой проводник.

Преднамеренное использование

Короткое замыкание лишь в некоторых случаях оправдывает себя, а именно:

• Для обесточивания участка цепи, на которой человек попал под воздействие опасного напряжения. Если индивид попадает под опасный потенциал, а в цепи нет УЗО, и автоматический выключатель находится далеко от места происшествия, то для спасения человека выполняется искусственное КЗ, отключающее линию;
• При отключении цепей высоковольтных участков от источника напряжения с помощью короткозамыкателей. Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, имеющий мощную контактную часть, которая конструктивно рассчитана и предназначена для создания искусственного короткого замыкания в сетях электроснабжения;
• В сварочных аппаратах. Конструкция этих устройств рассчитана на технологическое создание электрической дуги. За счёт низкого напряжения (практически безопасного) и электрического соединения с землёй через сварочный электрод, который плавится, выполняется сваривание металлических поверхностей.

Преднамеренное короткое замыкание с помощью короткозамыкателя.

Электрическая энергия и возникающее в сетях короткое замыкание – это опасный процесс, который может привести к ужасным последствиям с человеческими жертвами. Однако, если правильно рассчитать и установить токоограничивающие аппараты, а также своевременно проверять их работоспособность, то его можно контролировать. Быстрое реагирование качественной защитной аппаратуры на режим КЗ предотвратит крупные аварии.

Почему короткое замыкание так называется

Основные понятия о релейной защите

Почему короткое замыкание так называется? Этот процесс выхода устройства или электрической цепи из нормального режима работы получил своё название, благодаря низкому сопротивлению между точками соприкосновения цепи с разным потенциалом. Так как доказано, что электроны двигаются по самому короткому пути с минимальным электрическим сопротивлением, то во время соединения двух проводников в точке КЗ их путь будет кротчайшим, поэтому этот процесс получил соответствующее название.

Как измерить ток короткого замыкания?

Для измерения тока КЗ в продаже есть много профессиональных приборов различных производителей, по цене от 10 тыс. рублей. Все они прекрасно справляются со своей задачей.

Замечательно, что есть и бытовое исполнение на ДИН-рейку – например, ВРТ-М02 от фирмы Меандр. Прибор имеет размеры автоматического выключателя, имеет необходимые настройки и индикацию напряжения. При понижении тока КЗ ниже порога срабатывает индикация. Хочу себе такой.

Что делать, если измеренный ток КЗ слишком низкий?

Допустим, мы измерили прибором и получили значение тока КЗ в розетке (как правило, измерение проводят в самой удалённой точке). Как понять, что этот ток – слишком низкий? Это оценивается по критерию гарантированного срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя в измеренной цепи. Логично, что для этого ток КЗ должен быть больше, чем верхний предел диапазона расцепления. Напоминаю, для характеристики “В” разброс 3…5 In, для “С” – 5…10 In, для “D” – 10…20 In. Чтобы сказать точнее, обратимся в ПУЭ (п.7.3.139):

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.

Как я понял, в первой части 7.3.139 говорится только о тепловом расцепителе – его номинальный ток должен быть по крайней мере в 6 раз меньше тока КЗ. Во второй части этого пункта, а также в п.1.7.79 говорится о максимальном времени отключения при КЗ (0,4 с), которое должно быть обеспечено только электромагнитным расцепителем. При этом четко не указано о выборе АВ с учетом его характеристики отключения.

Из-за этой расплывчатости формулировки пользуются правилом, изложенным в ПТЭЭП (проверка срабатывания защиты при системе питания с заземленной нейтралью, п.28.4), где говорится о том, что при замыкании на нулевой защитный проводник ток КЗ должен быть не менее “1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя”.

То есть, для автомата В10 ток КЗ  в конце линии, которую он защищает, должен быть не менее 10х5х1,1 = 55 А. Если же установлен автомат С25, ток КЗ должен быть не менее 25х10х1,1 = 275 А.

Если же ток КЗ меньше, допустимое время срабатывания отнюдь не гарантируется. Что же делать? Тут два выхода:

1. увеличивать ток КЗ, для этого нужны затраты на прокладку новой питающей линии (по крайней мере, её самого слабого звена),
2. уменьшать номинал автомата (например, 25 А на 16) и букву характеристики отключения (с “С” на “В”) в ущерб максимальной мощности нагрузки.

Чем определяется напряжение и ток при коротком замыкании?

Выше я сказал, что КЗ может произойти в любой точке линии. Давайте разбираться, как будет зависеть ток и напряжение в зависимости от места КЗ.

Короткое замыкание – это физическое явление. Ток короткого замыкания – это параметр питающей электросети, измеряемый в амперах или килоамперах (кА).

Немецкий физик Ом со школьных лет учит нас, что напряжение и ток определяются через сопротивление цепи:

Ток короткого замыкания, как и любой ток, тоже рассчитывается по закону Ома и зависит от напряжения и сопротивления на данном участке цепи. Поскольку сопротивление проводов в реальной жизни – это не только то, что показывает мультиметр, но и индуктивная составляющая, закон Ома для тока КЗ запишем в более общем виде:

В числителе U – номинальное напряжение в сети (напряжение холостого хода на выходе трансформатора на ТП). Число, которое получается при расчетах в знаменателе – полное сопротивление цепи Z, от которого и зависит ток КЗ. Рассмотрим схему однофазного питания квартиры и реальный случай КЗ с замкнувшим феном:

Замыкание в конце питающей линии (ток КЗ минимальный)

В схеме обозначены полные сопротивления различных участков питающей сети:

• Z1 – внутреннее сопротивление трансформатора на подстанции с учетом пересчитанного сопротивления высоковольтной части,
• Z2 – кабельная линия от ТП к распределительному пункту (РП) многоквартирного дома,
• Z3 – кабельная линия от РП до квартирного щитка,
• Z4 – кабель от щитка до розетки в одной из комнат,
• Z5 – переноска от розетки до замкнувшего фена.

Фен сгорел и устроил короткое замыкание

Вот как может выглядеть график уровня напряжения на разных участках – от клемм трансформатора на подстанции до замкнувшей вилки фена:

Понижение напряжения до нуля в результате КЗ в конце линии

Падение напряжения сопровождается выделением тепла на всех участках питающей линии. На мощных участках с большим сечением проводов доля “квартирного” тока КЗ ничтожна, поэтому там падение небольшое (участки с сопротивлением Z1, Z2).

Статья про падение напряжения. Расчет в низковольтных цепях и в цепях постоянного тока, без учета реактивной составляющей.

В связи с понижением напряжения в результате КЗ можно отметить, что это будет заметно на параллельных нагрузках, подключенных например к тому же РП. При КЗ или сильной перегрузке у одного из потребителей лампочки в соседних домах и подъездах станут гореть тусклее. Бывало?

А вот как может выглядеть изменение тока КЗ от источника до места замыкания:

Уменьшение тока при удалении от источника электроэнергии

Типичное значение тока КЗ на клеммах трансформатора мощностью до 1000 кВА, которые применяются для питания городских потребителей – порядка 10 кА. А вот в розетках наших квартир ток КЗ может составлять значение порядка 1000 А. В частном секторе и сельских районах значение тока КЗ может быть гораздо меньше – до 100 А.

Трансформатор на подстанции 10000/0,4 кВ мощностью 1000 кВА с глухозаземленной нейтралью вторичной обмотки. Примерно от таких питаются наши “районы, кварталы, жилые массивы”.

Что такое петля “Фаза-ноль” и как она связана с током КЗ?

Петля “Фаза-ноль” (или Фаза-нУль, можно и так) – это цепь, или контур, по которому проходит ток от источника напряжения через нагрузку обратно в источник. Сопротивление петли “Фаза-ноль” обратно пропорционально току КЗ, измеряется в Омах:

Иными словами, два этих понятия связаны так же, как ток и сопротивление в законе Ома – одно можно рассчитать из другого, зная напряжение (в данном случае это номинальное напряжение 230 В).

Что такое короткое замыкание по-простому?

Ток короткого замыкания — это возрастающий электрический импульс ударного типа. Из-за его появления могут расплавиться провода, выйти из строя некоторые электрические приборы.

Почему КЗ так называется?

Рассмотрим определение КЗ, расшифровка — короткое замыкание. Это объединение 2 любых точек (обладающих различным потенциалом), которые находятся в электрической цепи. Соединение не предусмотрено нормальным режимом функционирования цепи, что приводит к критическим показателям силы тока на месте объединения этих точек.

Такое замыкание называется коротким, потому что образуется, минуя прибор, т.е. по короткому пути.

Простым языком: происходит соединение положительного и отрицательного проводника (короткий путь), что приводит к тому, что значение сопротивления становится равно 0. Для нормального функционирования механизма необходимо сопротивление, а его отсутствие вызывает сбой в работе источника напряжения, что приводит к замыканию.

КЗ — это любое соединение проводников с разным потенциалом между собой или с землей. КЗ возникает только в том случае, если такое объединение не запланировано конструкцией данного прибора или механизма. Например, соединение между любыми точками разных фаз или объединение фазы и 0, когда образуется разрушительный ток, превышающий все критические значения электрической схемы устройства.

В чем опасность?

Последствия короткого замыкания могут быть следующими:

Многих людей интересует вопрос о том, как посчитать, чему равна сила тока при коротком замыкании. Для этого необходимо воспользоваться законом Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на ее концах и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Вычисление КЗ осуществляется по формуле: I= U/R (I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление).