Как происходит короткое замыкание: Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и ««) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

  • трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы

  • двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы

  • двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями

  • однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

  • Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
  • Прямыми ударами молнии
  • Старением изоляции
  • Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
  • Неудовлетворительным уходом за оборудованием

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты — короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения.

При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

  • Механические и термические повреждения электрооборудования
  • Возгорания в электроустановках
  • Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
  • Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
  • Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).

Причины короткого замыкания электропроводки | г. Алатырь Чувашской Республики

Физический износ изоляции

Происходит с течением времени и вследствие даже незначительных, но регулярных перепадов температур. Обычно в таком случае изоляция постепенно из гибкой становится хрупкой – на ней появляются трещины в которых может скапливаться влага или пыль. В случае неблагоприятного стечения обстоятельств это может спровоцировать возникновение КЗ через микродугу, причем это самый тяжелый случай с точки зрения поиска неисправности.

Повреждение изоляции грызунами

Это достаточно частое явление в сельской местности, да и в промышленных условиях такие поломки далеко не редкость – мыши прогрызают наружную изоляцию кабелей, затем внутреннюю и замыкают собой фазу с нолем.

Сложность поиска такой неисправности может заключаться в том, что неизвестно где мышь могла облюбовать себе место для «трапезы». Но с другой стороны, обычно место повреждения хорошо заметно, поэтому достаточно поверхностного осмотра провода, хоть и по всей его длине.

Надо учитывать, что здесь не всегда происходит полноценное замыкание – иногда мышь может частично повредить изоляцию и замкнуть провода не напрямую, а через себя. В таком случае велика вероятность найти место повреждения провода по погибшему животному, которого судорога от электрического тока приковывает к перегрызенному проводу. Хотя иногда бывает и такое, что мышь отбрасывает от кабеля, особенно если у нее получается замкнуть провода напрямую и произойдет полноценное короткое замыкание погрызенной проводки.

Значительный перегрев изоляции кабелей

Это не всегда заметно глазу, но при подаче напряжения на провода, на них начинает действовать электромагнитное поле, которое стремится распрямить их металлическую часть. Пока провод работает в штатном режиме, это не имеет особого значения, но если к нему подключен слишком мощный потребитель, то жилы начнут нагреваться. Когда вследствие этого изоляция станет мягкой, то жилы под воздействием электромагнитного поля расшатают пластик изнутри, а со временем и полностью его прорвут. В итоге произойдет полноценное замыкание и выбьет автомат защиты, а если совсем не повезет, то загорится сама изоляция кабеля.

 Прямое соединение фазного и нулевого проводов

Причины, по которым напрямую коротнуло силовую проводку могут быть самыми разнообразными – от банальной невнимательности, которую иногда допускают выполняя монтаж, до аварии вследствие бури или другого стихийного бедствия.

Главное здесь то, что при прямом соприкосновении фазы и ноля всегда происходит скачкообразное повышение силы тока и температуры на токоведущих жилах. В большинстве случаев провода не рассчитаны на то, чтобы выдерживать токи короткого замыкания, поэтому в месте соприкосновения происходит мини-взрыв, вследствие которого выгорает изоляция, а разлетающиеся расплавленные частицы токоведущих жил разносят ее пепел вокруг. В этом случае нет особой проблемы в том, как найти короткое замыкание в проводке – все видно невооруженным глазом – провода оплавлены и все вокруг в саже.

Здесь особо надо учитывать, что сажа, которая покрывает всю прилегающую поверхность, как и пыль, в определенных концентрациях способна проводить электрический ток, поэтому при ликвидации последствий замыкания ее надо тщательно вычищать.

Как предупредить короткое замыкание

Самый простой способ – это соблюдать рекомендации, прописанные в ПУЭ – практически всем записям в этой книге предшествует какая-либо авария либо как минимум нештатная ситуация. Ну а так как заучивать правила скорее всего никто не будет, то хотя бы надо руководствоваться здравым смыслом, который диктует следующее:

Если проводка старая, то настоятельно рекомендуется ее замена. Если по каким-либо причинам это невозможно, то, как минимум, надо осмотреть контакты розеток и оценить, требуется ли им дополнительная изоляция.

Если квартиру затопили соседи сверху, то, даже если ничего не замкнуло, это повод пересмотреть скрутки проводов в распределительных коробах – под воздействием влаги липкая сторона изоленты теряет свои свойства.

Нужна осторожность при вбивании гвоздей в стены – неудачно забитый гвоздь приносит с собой большое количество «головной боли» по замене перебитого провода.

Настоятельно рекомендуется при проведении капитального ремонта составить план электропроводки, а если в каком-либо месте есть скрутки проводов, то обязательно указывать её на схеме – это потенциальное «слабое звено».

В частном секторе обязательно надо применять дополнительные меры по защите проводки от крыс и мышей – есть достаточно большое количество найденных домашними электриками способов борьбы с грызунами – это могут быть металлические гофры, промазывание кабелей мастикой и прочие методы.

Если в розетку приходилось включать мощный прибор, то потом стоит перепроверить, не подгорели ли контакты и состояние изоляции.

Одним из самых опасных повреждений электропроводки являются короткие замыкания. Они могут привести к загораниям, поэтому требуют быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушение изоляции электрооборудования. Оно может быть вызвано: перегрузкой сети, старением изоляции, механическими повреждениями изоляции и др. Часто причиной повреждений электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

 Пожарная безопасность электропроводок обеспечивается соблюдением следующих основных требований:

Правильным выбором вида электропроводки и способа ее прокладки;

Соответствием вида электропроводки и характеристик используемых проводов;

Правильным выбором электрозащиты;

Удобная прокладка кабелей, способствует быстрой локализации очага пожара;

Монтаж электропроводки должен осуществляться специалистами.

Всегда помните, что прежде, чем производить работы с проводкой, ее необходимо обесточить.

ПОМНИТЕ: Единый телефон службы спасения — 01, 101, 112

Короткое замыкание: научная деятельность в области физики и электричества

Ток, протекающий по проводу, нагревает провод. Длина провода влияет на его сопротивление, которое определяет, какой ток протекает по проводу и насколько он нагревается.

Примечание. Электричество может сильно нагреть! Провода в этой закуске могут сильно нагреться, так что будьте осторожны.


Тема: 

Инженерия и технологии

Реальные проблемы и решения

Physics

Electricity & Magnetism

Heat & Temperature

Keywords: 

circuit

current

NGSS and EP&Cs: 

PS

PS1

PS3

ETS

ETS1

CCCs

Cause and Эффект

Энергия и материя

Структура и функция




Инструменты и материалы

Примечание о материалах для этой закуски: плетеная медная проволока и алюминиевая проволока здесь не подойдут. Железная проволока может работать, но обычно недоступна. Обязательно держитесь подальше от проволоки с пластиковым покрытием, которая может обжечься, если нагреется.

  • Отрезок медного провода с зажимами типа «крокодил», прикрепленными к каждому концу (или тестовый провод) из любого магазина электроники.
  • Свежий аккумулятор для фонаря на 6 или 12 вольт.
  • Очень тонкая стальная проволока длиной от 5 до 6 дюймов (от 13 до 15 см), полученная путем отделения одной жилы от обычной плетеной оцинкованной проволоки для подвешивания картин.

Сборка

  1. Присоедините один конец зажима к одной из клемм аккумулятора.
  2. Присоедините один конец тонкой стальной проволоки к другой клемме.
  3. Присоедините другой конец зажима к другому концу стальной проволоки, поместив зажим как можно дальше от клеммы. (Нажмите на схему ниже, чтобы увеличить ее.)

Действия и уведомления

Понаблюдайте, что происходит со стальной проволокой после того, как вы подсоедините зажим. Переместите зажим на стальной проволоке немного ближе к аккумулятору и посмотрите, что произойдет. Продолжайте приближать поводок, пока не увидите окончательный драматический результат. (Будьте осторожны! Стальная проволока сильно нагревается!)


Что происходит?

Тонкая стальная проволока является хорошим проводником электричества, но не таким хорошим, как медная проволока, которая намеренно выбрана так, чтобы иметь очень низкое сопротивление. Таким образом, большая часть сопротивления цепи находится в стальной проволоке.

Когда вы подсоединяете зажим к стальной проволоке, напряжение батареи выталкивает электроны через цепь, преодолевая сопротивление стальной проволоки, в результате чего стальная проволока нагревается. По мере приближения зажима к аккумулятору сопротивление стальной проволоки уменьшается. Поскольку одно и то же напряжение прикладывается к меньшему сопротивлению, течет больший ток, и провод сильнее нагревается. В конце концов, когда вы делаете стальную проволоку достаточно короткой, по ней течет такой сильный ток, что он расплавляет проволоку. Даже медный провод нагревается.

В обычной электрической цепи электрический ток питает такие устройства, как холодильник или телевизор. Каждый такой прибор имеет определенное сопротивление протеканию тока, которое не позволяет току достигать очень больших значений. Короткое замыкание происходит, когда ток находит способ обойти устройство по пути с небольшим сопротивлением или вообще без сопротивления, например, когда изношенная изоляция оголяет провод и позволяет ему касаться корпуса устройства, поэтому ток может течь прямо. на землю. В этой ситуации может возникнуть очень большой ток, производящий много тепла и опасность пожара.

Хотя сегодня в домах вместо предохранителей часто стоят автоматические выключатели, предохранители все еще есть. Плавкий предохранитель содержит тонкую полоску проволоки, чем-то напоминающую тонкую стальную проволоку в нашем эксперименте. Ток, который идет к приборам, также должен проходить через эту полоску провода. Если происходит короткое замыкание или даже если к одному проводу подключается слишком много приборов, так что течет слишком большой ток, провод в предохранителе быстро нагревается и плавится, разрывая цепь и предотвращая возгорание.


Дальше

Попробуйте эту закуску с кусочками алюминиевой фольги шириной 1/4 дюйма (6 мм) и длиной 6 дюймов (15 см) вместо тонкой стальной проволоки. Обратите внимание на яркие цвета слоев оксида алюминия, образующихся при нагревании алюминия.



Похожие закуски

Пункт Кюри

Когда кусок железа становится слишком горячим, он теряет притяжение к магниту.

Схемный верстак

Узнайте о простых схемах на плате, которую вы сами сделаете.




Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Атрибуция: Педагогический институт Exploratorium

Как именно происходит «короткое замыкание»?

Опубликовано от 4-Star Electric

Если вы читали наши статьи, то знаете, что короткое замыкание обычно считается плохим явлением в вашей электрической системе. Вот почему мы делаем все возможное, чтобы ваша проводка, розетки и автоматические выключатели были в отличном состоянии, чтобы предотвратить короткое замыкание, среди других проблем с электричеством. Когда вы читаете об электробезопасности или оцениваете потенциальные опасности в вашей собственной системе, может быть полезно знать, что вызывает эти проблемы. На этой неделе мы рассмотрим короткие замыкания и способы их предотвращения.

Именно то, что написано на банке.

Короткие замыкания — это именно то, что следует из названия; когда электрический поток завершает свое путешествие на более короткое расстояние, чем предполагалось изначально. Это может произойти в системах электропроводки, где провода повреждены или даже просто ослаблены. Электричество всегда стремится двигаться по пути наименьшего сопротивления как можно быстрее. Провода с неисправным соединением создают прекрасную возможность для электрического тока пойти в обход. К сожалению, этот альтернативный маршрут может проходить через легковоспламеняющиеся материалы или даже через вас! Короткое замыкание может привести к электрическим ожогам, возгоранию и поражению электрическим током. Даже если вы не поранитесь, ваши приборы и электрическая система могут серьезно пострадать от блуждающего электрического тока.

The Pièce de Résistance

Наиболее опасным аспектом короткого замыкания является то, что оно вызывает внезапное изменение электрического сопротивления. Думайте об этом, как о распахнутой двери, к которой прислонен диван. Этот диван вызывает большое сопротивление, из-за чего вам труднее толкнуть дверь. Теперь представьте, что кто-то внезапно убирает диван без вашего ведома, и вы толкаете его с той же силой, что и при сильном сопротивлении. Ты вылетишь через эту дверь! То же самое происходит и в случае короткого замыкания, теперь, когда сопротивление внезапно и резко падает, электрический поток будет всплескиваться, беспрепятственно перенося большой объем тока по своему новому неожиданному пути.

Эффективные профилактические меры

К счастью, современные дома построены таким образом, чтобы снизить риск короткого замыкания. Вот некоторые ключевые элементы, которые должны быть в любом доме, чтобы обеспечить наилучшую защиту:

  • Автоматический выключатель. Эти выключатели в вашем подвале отключают цепь всякий раз, когда обнаруживают изменение электрического тока.
  • Защита GFCI. Более чувствительные, чем ваш автоматический выключатель, эти устройства обычно используются в розетках рядом с водой для защиты от замыканий на землю — особого типа короткого замыкания.
  • Защита AFCI. Дугообразование — это еще один тип короткого замыкания, который возникает, когда из-за ослабленных проводов электричество переходит от провода к проводу. Они могут создавать большое количество тепла и риск возгорания, поэтому защита AFCI является обязательной!
  • Регулярное техническое обслуживание электрооборудования. Износ является наиболее распространенной причиной короткого замыкания, что делает техническое обслуживание ключевым элементом электробезопасности. Ежегодные плановые проверки гарантируют, что ваша система не выйдет из строя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *