Gsadryer.ru

Промышленное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое короткое замыкание по-простому

Что такое короткое замыкание по-простому

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ – это электрическое соединение разных фаз или потенциалов электроустановки между собой или с землей, не предусмотренное в нормальном режиме работы, при котором в проводниках, в месте контакта, резко возрастает сила тока, превышая максимально допустимые величины.

Если же говорить простым языком, короткое замыкание – это любое незапланированное, нештатное соединение электрических проводников с разным потенциалом, например, фазы и ноля, при котором образуются разрушительные токи.

Как вы заметили, акцент на том, что короткое замыкание в электрической цепи – это именно незапланированный, не предусмотренный процесс, сделан не зря, ведь, по большому счету, контролируемое замыкание (некоторые еще назывыают его по-аналогии длинным) запускает электроприборы. Все они включаются в розетку, и, так или иначе, фазный провод, посредством электроприбора соединяется с нулевым, но короткого замыкания при этом не происходит, давайте разберемся почему.

Как правильно рассчитать ток КЗ

Проектирование любой электрической цепи подразумевает расчет нагрузки, возможностей и вероятность возникновения аварийных ситуаций. В большинстве случаев проблемы возникают в цепях с «металлическим» закорачиванием.

Причины возникновения КЗ.

  • Сбой работы автоматов, защитных систем;
  • «Человеческий фактор» (ошибки в работе обслуживающего персонала);
  • Повреждения, возникающие в результате износа элементов;
  • Стихийные бедствия (природные явления);
  • Диверсии, неправомерные действия третьих лиц.

Важно! Ток КЗ трансформатора соединяется с достаточно протяженной электрической цепью с большим количеством точек соединения (кабелей, проводов, розеток, других), которые серьезно увеличивают значение сопротивления в цепи, в результате чего возрастает риск аварии.

Формулы

Трехфазный

Предварительный расчет основывается на Законе Ома. Общий принцип заключается в том, что сила тока определяется отношением напряжения к сопротивлению. Действие справедливо также при подсчете нагрузок номинального уровня.

Замыкание на три фазы означает одновременное взаимодействие всех типов (ноль, плюс и минус). Для расчета тока короткого замыкания обмотки трансформатора используется определенный порядок действий:

  • Составление схемы расчета – упрощенный вариант с перечислением и корректным расположением элементов всей электрической системы (выключатели, приборы, розетки, свойства материалов);
  • Дополнительные параметры сети – номинальные значения напряжения, сопротивления и мощности сети;
  • Отмечают точки возможного возникновения КЗ;
  • Составляется схема замещения для намеченного участка;
  • Выполняется поэтапное преобразование схемы.

Важно! После определения итогового сопротивления электрической цепи, можно рассчитать значение токов короткого замыкания.

Однофазный

Расчет однофазного тока короткого замыкания производится в рамках специальной формулы:

в которой х – суммированное (общее) значение сопротивления на участке до места короткого замыкания (максимум – 1,181Ом, минимум – 6,038Ом); U – базовое напряжение. Основная сложность – определить значение величины Х (высчитывается по отдельной формуле). Этапы работ:

  • Определить характеристики источника питания;
  • Установить параметры проводников;
  • Если схема разветвленная, потребуется ее упрощение (снятие нескольких элементов на расчетной схеме);
  • Определить сопротивления на участке фаза/ноль;
  • Если отсутствует техническая документация к электросети, высчитывают полное сопротивление.
Читайте так же:
Ремонт диммера выключателя света

Схема электроцепи.

Полученные значения необходимо подставить в формулу. Для небольших помещений (квартира, частный дом) подобного расчета будет достаточно.

Виды коротких замыканий

Понятие короткого замыкания подразумевает электрическое соединение, которое не предусмотрено условиями эксплуатации оборудования между точками различных фаз, либо нейтрального проводника с фазой или земли с фазой (при наличии контура заземления нейтрали источника питания).

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

  • По схеме трехфазной сети 0,4 киловольта.
  • Однофазной сетью (фазой и нолем) 220 В.
  • Источником постоянного напряжения выводами положительного и отрицательного потенциала.

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

  1. Трехфазное замыкание.
  2. Двухфазное замыкание.
  3. Однофазное замыкание на землю.
  4. Однофазное замыкание на землю (Изолированная нейтраль).
  5. Двухфазное замыкание на землю.
  6. Трехфазное замыкание на землю.

Tok korotkogo zamykaniia vidy

При выполнении проекта снабжения электрической энергией предприятия или оборудования подобные режимы требуют определенных расчетов.

Причины повреждения изоляции
  • Воздействие на изоляцию механическим путем.
  • Электрический пробой токоведущих частей вследствие чрезмерных нагрузок или перенапряжения.
  • Подобно нарушению изоляции можно считать причиной повреждения схлестывание неизолированных проводов воздушных линий от сильного ветра.
  • Наброс металлических предметов на линию.
  • Воздействие животных на проводники, находящиеся под напряжением.
  • Ошибки в работе обслуживающего персонала в электроустановках.
  • Сбой в функционировании защит и автоматики.
  • Техническое старение оборудования.
  • Умышленное действие, направленное на повреждение изоляции.
Последствия короткого замыкания

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

  • Перегрев токоведущих частей.
  • Чрезмерные динамические нагрузки.
  • Прекращение подачи электрической энергии потребителям.
  • Нарушение нормального функционирования других взаимосвязанных приемников, которые подключены к исправным участкам цепи, из-за резкого снижения напряжения.
  • Расстройство системы электроснабжения.

Принцип действия короткого замыкания

До начала возникновения короткого замыкания величина тока в электрической цепи имела установившееся значение iп. При резком коротком замыкании в этой цепи из-за сильного уменьшения общего сопротивления цепи электрический ток значительно повышается до значения iк. Вначале, когда время t равно нулю, электрический ток не может резко измениться до другого установившегося значения, так как в замкнутой цепи кроме активного сопротивления R, есть еще и индуктивное сопротивление L. Это увеличивает во времени процесс возрастания тока при переходе на новый режим.

В результате в начальный период короткого замыкания электрический ток сохраняет первоначальное значение iK = iно. Чтобы ток изменился, необходимо некоторое время. В первые мгновения этого времени ток повышается до максимального значения, далее немного снижается, а затем через определенный период времени принимает установившийся режим.

Период времени от начала замыкания до установившегося режима считается переходным процессом. Ток короткого замыкания можно рассчитать для любого момента в течение переходного процесса.

Читайте так же:
Электрический ток как светить

Ток КЗ при режиме перехода лучше рассматривать в виде суммы составляющих: периодического тока i пt с наибольшей периодической составляющей I пт и апериодического тока i аt (его наибольшее значение – I am).

Апериодическая составляющая тока КЗ во время замыкания постепенно затухает до нулевого значения. При этом ее изменение происходит по экспоненциальной зависимости.

Возможный максимальный ток КЗ считают ударным током iу. Когда нет затухания в начальный момент замыкания, ударный ток определяется:

I у i пm + i аt=0’, где i пm является амплитудой периодической токовой составляющей.

Полезное короткое замыкание

Считается, что короткое замыкание является отрицательным и нежелательным явлением, от которого происходят разрушительные последствия в электроустановках. Оно может создать условия для пожара, отключения защитной аппаратуры, обесточиванию объектов и другим последствиям.

Tok korotkogo zamykaniia skhema

Однако ток короткого замыкания может принести реальную пользу на практике. Есть немало устройств, функционирующих в режиме повышенных значений тока. Для примера можно рассмотреть сварочный аппарат. Наиболее ярким примером для этого послужит электродуговая сварка, при работе которой накоротко замыкается сварочный электрод с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют кратковременно. Мощность сварочного трансформатора обеспечивает работу при таких значительных перегрузках. Во время сварки в точке соприкосновения электрода возникает очень большой ток. В итоге выделяется значительное количество теплоты, достаточное для расплавления металла в месте касания, и образования сварочного шва достаточной прочности.

Tok korotkogo zamykaniia foto

Способы защиты

Еще в начале развития электротехники появилась проблема защиты электрических устройств от чрезмерных токовых нагрузок, в том числе и короткого замыкания. Наиболее простым решением стала установка плавких предохранителей, которые перегорали от их нагревания вследствие превышения тока определенной величины.

Такие плавкие вставки функционируют и в настоящее время. Их основным достоинством является надежность, простота и невысокая стоимость. Однако имеются и недостатки. Простая конструкция предохранителя побуждает человека после сгорания плавкого элемента заменить его самостоятельно подручными материалами в виде скрепок, проволочек и даже гвоздей.

Такая защита не способна обеспечить необходимой защиты от короткого замыкания, так как она не рассчитана на определенную нагрузку. На производстве для отключения цепей, в которых возникло замыкание, используют электрические автоматы. Они намного удобнее обычных плавких предохранителей, не требуют замены сгоревшего элемента. После устранения причины замыкания и остывания тепловых элементов, автомат можно просто включить, тем самым подав напряжение в цепь.

Существуют также более сложные системы защиты в виде дифференциальных автоматов. Они имеют высокую стоимость. Такие устройства отключают напряжение цепи в случае наименьшей утечки тока. Такая утечка может возникнуть при поражении работника током.

Другим способом защиты от короткого замыкания является токоограничивающий реактор. Он служит для защиты цепей в сетях высокого напряжения, где величина тока КЗ способна достичь такого размера, при котором невозможно подобрать защитные устройства, выдерживающие большие электродинамические силы.

Читайте так же:
Настенный выключатель света схема

Реактор представляет собой катушку с индуктивным сопротивлением. Он подключен в цепь по последовательной схеме. При нормальной работе на реакторе имеется падение напряжения около 4%. В случае возникновения КЗ основная часть напряжения приходится на реактор. Существует несколько видов реакторов: бетонные, масляные. Каждый из них имеет свои особенности.

Закон Ома при КЗ

В основе расчета замыканий цепи лежит принцип, который определяет вычисление силы тока по напряжению, путем его деления на подключенное сопротивление. Такой же принцип работает и при определении номинальных нагрузок. Отличие в следующем:

  • При возникновении аварийного режима процесс протекает случайным образом, стихийно. Однако он поддается некоторым расчетам по разработанным специалистами методикам.
  • В процессе нормальной работы электрической цепи сопротивление и напряжение находятся в уравновешенном режиме и могут незначительно изменяться в рабочих диапазонах в пределах нормы.
Мощность источника питания

По этой мощности выполняют оценку энергетической силовой возможности разрушительного действия, которое может осуществить ток короткого замыкания, проводят анализ времени протекания, размер.

Для примера рассмотрим, что отрезок медного проводника с площадью сечения 1,5 мм 2 длиной 50 см сначала подсоединили непосредственно к батарее «Крона». А в другом случае этот же кусок провода вставили в бытовую розетку.

В случае с «Кроной» по проводнику будет протекать ток КЗ, который нагреет эту батарею до выхода ее из строя, так как мощности батареи не достаточно для того, чтобы нагреть и расплавить подключенный проводник для разрыва цепи.

В случае с бытовой розеткой сработают защитные устройства. Представим, что эти защиты вышли из строя, и не сработали. В этом случае ток короткого замыкания будет протекать по бытовой проводке, затем по проводке всего подъезда, дома, и далее по воздушной линии или кабеля. Так он дойдет до трансформатора питания на подстанции.

В результате к трансформатору подсоединяется длинная цепь с множеством кабелей, проводов, различных соединений. Они намного повысят электрическое сопротивление нашего опытного отрезка провода. Однако даже в таком случае остается большая вероятность того, что этот кусок провода расплавится и сгорит.

Сопротивление цепи

Участок линии электропередач от источника питания до места короткого замыкания обладает некоторым электрическим сопротивлением. Его значение влияет на величину тока короткого замыкания. Обмотки трансформаторов, катушек, дросселей, пластин конденсаторов вносят свой вклад в суммарное сопротивление цепи в виде емкостных и индуктивных сопротивлений. При этом создаются апериодические составляющие, которые искажают симметричность основных форм гармонических колебаний.

Существует множество различных методик, с помощью которых производится расчет ток короткого замыкания. Они позволяют рассчитать с необходимой точностью ток короткого замыкания по имеющейся информации. Практически можно измерить сопротивление имеющейся схемы по методике «фаза-ноль». Это сопротивление делает расчет более точным, вносит соответствующие коррективы при подборе защиты от короткого замыкания.

Читайте так же:
Shuko розетка с подсветкой

Последовательность действий проектировщика

Собираются необходимые характеристики под источник напряжения и питающую линию.

Для трансформатора выясняют:

  • величину напряжения короткого замыкания (%) — Uкз;
  • потери короткого замыкания (кВт) — Рк;
  • номинальные напряжения на обмотках высокой и низкой стороны (кВ. В) — Uвн, Uнн;
  • фазное напряжение на обмотке низкой стороны (В) — Еф;
  • номинальную мощность (кВА) — Sнт;
  • полное сопротивление током однофазного КЗ (мОм) — Zт.

Для линии электропередач уточняются все сведения о кабелях, L– длина трассы, XD– индуктивное сопротивление и параметры сопротивления для петли «фаза-ноль» – Znt.

Общее понятие короткого замыкания и его связь с силой тока

Любое подключение устройства потребления электроэнергии можно считать коротким замыканием. При этом само изделие является сопротивлением и всю нагрузку принимает на себя. Таким образом осуществляется штатная работа электроприбора. Но если сопротивление по какой-либо причине будет уменьшаться (стремиться к нулю), то сила тока будет возрастать. Из школьной программы всем известен закон Ома, который определяет взаимосвязь ЭДС (электродвижущей силы или напряжения), величиной тока и сопротивлением.

Сила тока при коротком замыкании участка цепи

Формула, по которой можно вычислить силу тока при коротком замыкании имеет следующий вид:

I=U/R,

  • -I – величина тока (его сила);
  • U – разность потенциалов (напряжение сети);
  • R – электрическое сопротивление.

Это упрощенная формула и она верна для участка цепи. При этом подразумевается, что проводники однородные, а в цепи присутствует резистор (сопротивление), но не принимается во внимание сам источник тока.

Формула для измерения силы тока короткого замыкания:

Iкз = E/r.

найти силу тока короткого замыкания

Для полной сети формула будет иметь несколько усложненный вид, но в нашем случае для понимания сущности короткого замыкания в электрической цепи и его влияния на нее, это не принципиально.

Возвращаясь к формуле можно заметить, что при уменьшении сопротивления, сила тока будет возрастать. Казалось бы, что в этом нет ни чего страшного, если б в свое время Джоуль и Ленц не вывели закон, названный их именем. На основе своих опытов они пришли к заключению что при протекании электрического тока по проводнику выделяется тепло. Причем эта связь имеет не только количественную, но и временную характеристику. Кратко суть закона состоит в следующем – чем выше сила тока, тем большее количество тепла будет выделяться за единицу времени.

Сила тока при коротком замыкании источника питания

Любой источник тока, такой как батарея или аккумулятор состоит из отрицательного (анода) и положительного (катода) контакта разделенных жидким или твердым электролитом. Под действием химической реакции происходит формирование электрического заряда, который при замыкании на устройство потребления обеспечивает его функционирование. В упрощенном варианте батарею можно рассматривать как участок цепи для которого будут действовать вышеприведенные правила.

Читайте так же:
Сенсорные выключатели света livolo производство

сила тока короткого замыкания

Причиной замыкания электродов по короткому пути, как правило, является нарушение изоляционного слоя. При этом сила тока многократно возрастает с выделением тепла, что приводит к перегреву и разрушению источника электроэнергии. При использовании жидкого электролита, как например, в большинстве автомобильных аккумуляторов. Это может привести к закипанию жидкости и разрушению корпуса.

Последствия и защита

Как прозвонить провода

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:

Проверка провода на короткое замыкание

  • 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.

Защита от короткого замыкания

Режим короткого замыкания практически всегда является аварийным режимом работы электрической цепи, чреватым пожарами. Поэтому при проектировании электрооборудования в нём обязательно применяются специальные элементы защиты.

Такие элементы могут иметь разную конструкцию, но по принципу работы они делятся на два типа: токоограничение и полное отключение.

Токоограничивающие элементы служат для того, чтобы ток короткого замыкания возрастал в пределах допустимых значений. Такие элементы чаще всего позволяют сохранить частичную работу цепи.

Отключающие элементы предназначены для полного отключения электричества от цепи с коротким замыканием. Это более безопасно по сравнению с токоограничением, однако цепь после отключения полностью прекращает работу.

Автоматические предохранители

Рис. 3. Автоматический предохранитель

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector