Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую сеть, и по ней начинает течь электрический ток.
Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя электроэнергии
и выключателя, соединенных проводами.
Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии - механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (осветительные приборы) и т. д.
Сила тока в этой цепи равна
,то есть она прямо пропорциональна напряжению в сети, и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создает электроприбор (закон Ома).
А что произойдет, если цепь замкнется не так, как предусмотрено конструкцией цепи и электроприбора, а напрямую, минуя электроприбор?
Схематически это выглядит так:
В этом случае сопротивление сети сильно падает, и в результате сила тока в цепи резко возрастает. А, как известно, количество теплоты, выделяемое на участке цепи, пропорционально квадрату силы тока на этом участке (закон Джоуля-Ленца). Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то количество тепла, выделяющееся при этом, возрастет примерно в 400 раз! Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и, в конечном итоге, может привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания, и к пожару.
Короткое замыкание возникает и в том случае, если сопротивление нагрузки становится меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Из-за чего может возникнуть короткое замыкание? Чаще всего его причиной является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплутации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.
Как можно предотвратить короткое замыкание?
Для этого в цепях устанавливают специальные предохранители.
Самые простые предохранители делают из легкоплавкого материала. В случае сильного увеличения силы тока этот материал плавится или сгорает и размыкает цепь задолго до того, как цепи произойдут более серьезные последствия. Пожертвовавшего собой маленького героя заменяют новым.
Автоматические предохранители устроены так, что в случае появления высокого тока короткого замыкания мгновенно срабатывает электромагнитный расцепитель, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя. Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, нужно просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.
Любой человек, чья работа связана с обслуживанием электротехники, очень хорошо знает о тех неприятностях, которые таит в себе короткое замыкание (к.з.). Иногда считается, что оно представляет собой повреждение. Это не так. Короткое замыкание - это процесс, или, если угодно, аварийный режим работы какого-либо участка электроустановки. А вот последствия его действительно приводят к повреждениям. Общепринятое определение гласит: «Короткое замыкание - это непосредственное соединение двух или более точек обладающих различным потенциалом. Является ненормальным (непредусмотренным) режимом работы».
Чтобы понять, что именно происходит в цепи в тот момент, когда там возникает короткое замыкание, необходимо вспомнить принципы функционирования элементов контура. Представим простейшую цепь, состоящую из двух проводников и нагрузки (например, лампочки). В обычных условиях в проводнике существует направленное движение заряженных элементарных частиц, обусловленное постоянным воздействием источника. Они перемещаются от одного полюса источника к другому через два участка провода и лампу. Соответственно, лампа излучает свет, так как частицы совершают в ней определенную работу.
При направление движения постоянно изменяется, но в данном случае это не принципиально. Количество электронов, проходящих по определенному участку цепи за единицу времени, ограничивается сопротивлением лампы, проводников, источника ЭДС. Другими словами, ток не растет бесконечно, а соответствует установившемуся режиму.
Но вот по какой-либо причине повреждается изоляция на участке цепи. К примеру, лампу залило водой. В этом случае ее уменьшается. В результате текущий по контуру ток ограничивается суммарным сопротивлением источника питания, проводов и водного «перешейка» на лампе. Обычно эта сумма настолько ничтожна, что в расчетах не учитывается (исключение составляют специализированные вычисления).
Итогом является практически бесконечный рост тока, определяемого по классическому закону Ома. В данном случае часто упоминают мощность короткого замыкания. Она определяется предельным значением электрического тока, который способен выдать источник питания до выхода из строя. Кстати, именно поэтому запрещается соединять проводком (закорачивать) противоположные контакты батареек.
Хотя в примере мы рассматриваем устранение из цепи сопротивления лампы вследствие попадания на нее воды, причин короткого замыкания множество. К примеру, если говорить об этой же схеме, то к.з. также может возникнуть, если будет нарушена изоляция хотя бы одного провода и он соприкоснется с землей. В этом случае ток от источника питания последует по пути наименьшего сопротивления, то есть в землю, обладающую огромной емкостью. Повреждение изоляции сразу двух проводов и их соприкосновение приведет к тому же самому результату.
Вышесказанное можно обобщить: к.з могут быть с землей и без нее. На происходящие процессы это не влияет.
О каких же повреждениях шла речь в начале статьи? Как известно, чем выше значение тока, протекающего по участкам цепи, тем больше их нагрев. При достаточной мощности источника при к.з. некоторые участки цепи попросту выгорают, превращаясь в медную пыль (для медных элементов).
Защита от короткого замыкания довольно проста и эффективна. Сообщения о разрушениях из-за замыкания возникают, прежде всего, по причине неправильно подобранных параметров аппаратов защиты, неверной селективности. Если речь идет о бытовой цепи 220 В, то применяют В них при чрезмерном возрастании тока электромагнитный расцепитель, находящийся внутри, разрывает цепь.
Всем привет. Я очень рад, что вы зашли на мой сайт. И сегодня, мы с вами, поговорим о том, что такое короткое замыкание и какие замыкания бывают.
Короткое замыкание – это соединение (соприкосновение) двух или нескольких точек (проводников) электрической цепи с разными потенциальными значениями.
Разные потенциалы – это когда фаза и ноль в сети переменного тока, или плюс и минус в сети постоянного тока.
Теперь давайте рассмотрим, какие бывают виды короткого замыкания.
В однофазной сети может быть только два вида короткого замыкания:
1. фаза и ноль – это вид замыкания очень часто бывает в простых бытовых условиях. К примеру с наступление зимы становится холодно, и многие люди пытаются согреться с помощью электрических обогревателей.
Но мало кто обращает внимание на розетки, в которые включают эти самые обогреватели. Очень часто бывает, что розетки не рассчитаны на токи, которые потребляют обогреватели, или же часто в розетках может быть плохой контакт.
Из-за этого розетки и вилочки начинают греться. В следствии длительных нагревов разрушается изоляция проводов. И в один прекрасный момент два, уже оголевших, проводника могут соприкоснуться, и получится короткое замыкание.
2. фаза и заземление – это когда фазный провод, каким-то образом начинает контактировать с заземлённым корпусом любого электрического оборудования. Будь то электрический водонагреватель, светильник, станок и так далее.
Бывает ещё такое, что корпус может быть занулённым, тогда такое замыкание можно отнести к первому случаю.
А вот в ситуаций, при которых возникает короткое замыкание, может быть намного больше:
1. однофазное замыкание – фаза и ноль. Этот вид я уже описывал выше, так что переходим к следующему.
2. двухфазное – это когда соединились между собой две фазы. Часто случается на воздушных линиях электропередач. Такое явление, наверное, видел каждый человек в своей жизни. Когда на улице сильный ветер и начинает расшатывать провода, и получает не большой салют. На промышленных предприятиях такое замыкание часто случается в силовых цепях.
3. двухфазное и земля – такое, конечно, реже бывает, но всё равно случается. Пример, когда две фазы могут соединиться между собой, и одновременно контактировать ещё и с землёй.
4. трёхфазное – это когда все три фазы каким-то образом замкнулись между собой. Такое замыкание получится при падении или прикосновении, какого-то токопроводящего предмета ко всем трём фазам одновременно.
Какие могут быть последствия от токов короткого замыкания.
При коротком замыкании мгновенно возрастает ток, что приводит сильному нагреву и расплавлению металлов. Брызги этого металла разлетаются во все стороны, и всё это сопровождается яркой вспышкой и огнём. Что легко может привести к пожару и к очень серьёзным последствиям.
В обычных домашних условиях, если не правильно подобрать защиту от короткого замыкания, то реально можно потерять очень многое. Начиная от жилища и мебели, и заканчиваю своей и жизнью людей живущих с вами под одной крышей.
На предприятиях токи короткого замыкания могут привести к аварийным ситуациям, повреждению оборудования, ну и от этого так же могут пострадать люди. Но на предприятиях обычно используют несколько защит сразу, что практически исключает возникновению коротких замыканий.
Вот и всё что хотел сказать. Если у вас есть какие-то вопросы, то задавайте их в комментариях. Если статья была вам полезной, то поделитесь нею со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. До новых встреч.
С уважением Александр!
Короткое замыкание происходит, когда токоведущие части различных потенциалов или фаз, соединяются между собой. Замыкание может образоваться и на корпусе оборудования, имеющем связь с землей. Данное явление характерно также для электрических сетей и электрических приемников.
Причины и действие тока короткого замыкания
Причины возникновения короткого замыкания могут быть самыми различными. Этому способствует влажная или агрессивная среда, в которой значительно ухудшается . Замыкание может стать результатом механических воздействий или ошибок персонала во время ремонта и обслуживания.
Суть явления заключается в его названии и представляет собой укорачивание пути, по которому проходит ток. В результате, ток протекает мимо нагрузки, обладающей сопротивлением. Одновременно, происходит его увеличение до недопустимых пределов, если не сработает защитное отключение.
Однако, отключение напряжения может не случиться даже если присутствуют защитные средства. Такая ситуация складывается, когда место короткого замыкания сильно удалено и значительное сопротивление делает ток недостаточным для срабатывания защитных устройств. Тем не менее, этого тока вполне хватает для возгорания проводов и возникновения пожара.
В таких ситуациях большое значение имеют так называемые времятоковые характеристики, свойственные автоматическим выключателям. Здесь большую роль играет отсечка тока и тепловые расцепители, защищающие от перегрузок. У этих систем совершенно разное время срабатывания, поэтому, медленное действие тепловой защиты может привести к образованию горящей дуги и повреждению проводников, расположенных рядом.
Токи короткого замыкания оказывают на аппаратуру и электроустановки электродинамическое и термическое воздействие, что в конечном итоге, приводит к их значительной деформации и перегреву. В связи с этим, необходимо заранее производить расчеты токов короткого замыкания.
Как рассчитать ток короткого замыкания по формуле
Расчет данных токов, как правило, производится в случае необходимости проверки работы оборудования в экстремальных ситуациях. Основной целью является определение пригодности защитных автоматических устройств. Для того, чтобы правильно рассчитать ток короткого замыкания прежде всего, необходимо точно знать металл, из которого изготовлен проводник. Для расчетов также потребуется длина провода и его сечение.
Для определения удельного сопротивления необходимо знать показатель активного сопротивления Rп, значение которого состоит из удельного сопротивления провода, умножаемого на его длину. Значение индуктивного сопротивления Хп рассчитывается по показателю удельного индуктивного сопротивления, принимаемого, как 0,6 Ом/км.
Показатель Zt является полным сопротивлением фазной обмотки, установленной в трансформаторе со стороны низкого напряжения. Таким образом, своевременные предварительные расчеты помогут избежать серьезных повреждений электрооборудования, вызванных коротким замыканием.
Расчеты дают возможность точно определить, какой автоматический выключатель обеспечит наиболее эффективную защиту от замыканий. Однако, все необходимые измерения можно произвести с помощью специального прибора, который как раз и предназначен для определения этих величин. Для проведения замера, прибор подключается к сети и переводится в необходимый режим.
Защита сети от короткого замыкания
Коротким замыканием называют подключение к полюсам источника ЭДС сопротивления, соизмеримого с его внутренним сопротивлением. В большинстве случаев такой режим работы реализуется случайно и оказывается крайне вреден для источника ЭДС. Тем не менее, есть электрические аппараты ( , устройства дуговой плавки), специально рассчитанные на длительную работу в режиме короткого замыкания.
Опасность короткого замыкания
Для человека короткое замыкание опасно прежде всего брызгами расплавленного металла, которые образуются в местах случайного контакта проводников и ультрафиолетовым излучением от электрической дуги, возникающей при их разрыве. Кроме того, высокие температуры в месте контакта в большинстве случаев способны привести к возгоранию изоляции и стать причиной пожара.
В первом приближении максимально возможный ток короткого замыкания равен отношению ЭДС источника к его внутреннему сопротивлению. Чем большая мощность снимается с источника на расчетном режиме работы, тем меньше его внутреннее сопротивление и тем опаснее для него режим замыкания. Тем не менее специфика эффекта в разных источниках ЭДС разная.
Принцип действия короткого замыкания
Случайно замкнувшиеся не восстанавливаемые гальванические элементы (батарейки идр.), несмотря на малую ЭДС, не превышающую нескольких вольт, способны дать ток, разогревающий элемент до значительной температуры. Если оставить такую батарейку без присмотра, то она способна расплавить пластиковый корпус устройства, в которое вставлена. Поэтому при замене батареек, всегда надо примерно через минуту проверять их на нагрев. После такого процесса сопротивление элемента недопустимо повышается и его следует заменить.
Аккумуляторы, и тем более, обладают значительно большей ЭДС в 6 - 48 вольт, и при емкости в десятки и сотни ампер-часов ток их короткого замыкания может измеряться сотнями и тысячами ампер. Замкнувшийся аккумулятор, в цепи которого отсутствуют предохранители, легко может стать источником пожара, поэтому обращаться с ними надо очень внимательно.
Квартирная электропроводка в подавляющем большинстве случаев оборудована средствами защиты в виде автоматических входных выключателей, срабатывающих при превышении в ней тока сверх определенного значения. Это позволяет предотвратить расплавление проводов.
Схожие меры защиты используются и в промышленной электротехнике, где чрезмерный ток прерывается либо электромагнитным автоматом защиты, либо расплавлением плавкой вставки, сечения, гораздо меньшего, чем у основных проводников сети.