Определение короткого замыкания. Короткое замыкание: причины, последствия и методы защиты

Что такое короткое замыкание в электрических цепях. Каковы основные причины возникновения КЗ. Какие бывают виды коротких замыканий. Как рассчитать ток короткого замыкания. Какие существуют способы защиты от КЗ.

Что такое короткое замыкание и почему оно опасно

Короткое замыкание (КЗ) — это нештатный режим работы электрической цепи, при котором происходит соединение разноименных проводников, находящихся под напряжением, через очень малое сопротивление. При этом в цепи возникает ток, многократно превышающий номинальные значения.

Основная опасность короткого замыкания заключается в следующем:

• Резкое увеличение силы тока приводит к перегреву проводников и может вызвать их возгорание
• Возникает электрическая дуга, способная стать причиной пожара
• Происходит падение напряжения в сети, что может повредить электроприборы
• При мощном КЗ возможен взрыв электрооборудования

Поэтому защита от короткого замыкания является обязательной для любых электрических сетей и устройств.

Основные причины возникновения коротких замыканий

Какие факторы могут привести к возникновению короткого замыкания в электрической цепи? Основными причинами КЗ являются:

• Нарушение или старение изоляции проводов и кабелей
• Механические повреждения проводки
• Попадание влаги на токоведущие части
• Ошибки при монтаже электропроводки
• Неисправности в электроприборах и оборудовании

Чаще всего короткие замыкания происходят из-за нарушения целостности изоляции. Со временем изоляционные материалы теряют свои свойства, в них образуются трещины и разрывы. Это создает условия для соприкосновения оголенных проводников.

Виды коротких замыканий в электрических сетях

В зависимости от характера повреждения и схемы соединения проводников различают следующие виды КЗ:

Однофазное короткое замыкание

Происходит при соединении одного из фазных проводов с нулевым проводником или заземленным корпусом оборудования. Это наиболее распространенный вид КЗ в бытовых электросетях.

Двухфазное короткое замыкание

Возникает при соединении двух фазных проводников между собой. Такой вид КЗ характерен для трехфазных систем электроснабжения.

Трехфазное короткое замыкание

Происходит при одновременном соединении всех трех фаз между собой. Это самый опасный вид КЗ, сопровождающийся максимальными токами.

Двухфазное КЗ на землю

Возникает при замыкании двух фаз между собой и на землю. Часто является развитием двухфазного КЗ.

Как рассчитать ток короткого замыкания

Для расчета тока КЗ используется закон Ома. В общем виде формула выглядит следующим образом:

I_кз = U / Z_кз

Где:

• I_кз — ток короткого замыкания
• U — напряжение в сети
• Z_кз — полное сопротивление цепи короткого замыкания

При этом сопротивление Z

кз складывается из активного и реактивного сопротивлений всех элементов цепи КЗ — трансформаторов, кабелей, шин и т.д.

В упрощенном виде для однофазной сети 220 В можно использовать формулу:

I_кз = 220 / R_кз

Где R_кз — активное сопротивление цепи короткого замыкания.

Способы и устройства защиты от короткого замыкания

Для предотвращения негативных последствий КЗ применяются различные методы защиты электрических сетей и оборудования:

Автоматические выключатели

Это основное средство защиты от токов КЗ в бытовых и промышленных электросетях. При превышении номинального тока автомат мгновенно разрывает цепь.

Плавкие предохранители

Простое и надежное устройство защиты. При возникновении сверхтока плавкая вставка разрушается и размыкает цепь.

УЗО (устройства защитного отключения)

Реагируют на утечки тока на землю, которые часто сопровождают КЗ. Обеспечивают дополнительную защиту.

Дифференциальные автоматы

Сочетают функции автоматического выключателя и УЗО. Обеспечивают комплексную защиту от КЗ и утечек.

Токоограничивающие реакторы

Применяются в мощных промышленных сетях для снижения токов КЗ.

Действия при коротком замыкании в домашней электросети

Если в доме или квартире произошло короткое замыкание, необходимо действовать быстро и грамотно:

1. Немедленно обесточить электросеть, отключив главный автомат
2. Определить и устранить причину КЗ (поврежденный прибор, оголенный провод и т.п.)
3. Проверить состояние автоматических выключателей
4. Включить электричество и проконтролировать работу сети
5. При повторном КЗ вызвать квалифицированного электрика

Важно помнить, что самостоятельный ремонт электропроводки может быть опасен. Сложные работы лучше доверить специалистам.

Профилактика коротких замыканий

Чтобы снизить риск возникновения КЗ, рекомендуется соблюдать следующие правила:

• Регулярно проверять состояние проводки и электроприборов
• Не перегружать розетки большим количеством мощных устройств
• Использовать качественные электротехнические изделия
• Своевременно заменять устаревшую электропроводку
• Не допускать механических повреждений кабелей
• Защищать проводку от воздействия влаги

Соблюдение этих простых рекомендаций поможет значительно снизить вероятность короткого замыкания и связанных с ним проблем.

что это такое, виды, причины возникновения

Определение и особенности.

Короткое замыкание (short-circuit) — это случайный или преднамеренно созданный проводящий путь между двумя или более проводящими частями, вызывающий уменьшение разности электрических потенциалов между этими проводящими частями до нуля или значения, близкого к нулю (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).

Харечко Ю.В. в своей книге [2] дополняет:

« Короткое замыкание характеризуется током короткого замыкания, который может многократно превышать значение номинального тока электрической цепи и допустимые длительные токи ее проводников. Даже кратковременное воздействие тока короткого замыкания на элементы электроустановки здания может вызвать их возгорание и явиться причиной пожара в здании. Поэтому в электроустановках зданий всегда проводят мероприятия, направленные на снижение вероятности возникновения короткого замыкания, а также выполняют защиту от короткого замыкания с помощью устройств защиты от сверхтока – автоматических выключателей и плавких предохранителей. »

Причины возникновения короткого замыкания.

Харечко Ю.В. в своей книге [2] описывает причины возникновения короткого замыкания следующим образом:

« Короткое замыкание обычно возникает в условиях единичного или множественных повреждений изоляции каких-то проводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. Эти проводящие части замыкаются друг на друга, образуя между собой электрические контакты с ничтожно малыми переходными сопротивлениями. Такие короткие замыкания обычно возникают из-за случайных повреждений изоляции проводящих частей. »

« В электроустановках зданий могут происходить однофазные короткие замыкания, когда замыкаются фазный и нейтральный проводники, двух- и трехфазные короткие замыкания, когда замыкаются два или три фазных проводника. В условиях повреждений возможно также короткое замыкание на землю, когда части, находящиеся под напряжением, замыкаются на открытые и сторонние проводящие части, а также защитные проводники. Если подобное короткое замыкание на землю происходит в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN‑S, TN‑C или TN‑C‑S, ток замыкания на землю может быть равен току однофазного короткого замыкания. »

В качестве примера, на рисунке 1 показан путь протекания тока замыкания на землю Iз для распространенной системы TN-C-S, который возник при коротком замыкании между фазным и нейтральным проводниками в электроустановке здания. При этом, максимальное значение тока замыкания на землю в системе TN-C-S равно току однофазного короткого замыкания между фазным и нейтральным проводниками.

Рис. 1. Путь протекания тока замыкания на землю в системе TN-C-S (на основе рисунка 2 из [4] автора Харечко Ю.В и Харечко В.Н)

Короткое замыкание также может быть результатом действий, совершаемых персоналом при монтаже и эксплуатации электроустановки здания, когда по ошибке соединяют между собой проводящие части, которые в нормальных условиях находятся под разными электрическими потенциалами. Например, ошибочное электрическое соединение между собой фазного и нейтрального проводников или двух фазных проводников разных фаз какой-то электрической цепи переменного тока, полюсного и среднего проводников или двух полюсных проводников электрической цепи постоянного тока неминуемо приводит к короткому замыканию.

Частные виды коротких замыканий.

В стандарте МЭК 60909‑0 [3] также определены следующие термины, характеризующие частные виды короткого замыкания:

1. короткое замыкание между линиями – случайный или преднамеренный проводящий путь между двумя или более линейными проводниками с присоединением к земле или без него;
2. короткое замыкание линии на землю – случайный или преднамеренный проводящий путь в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с нейтралью, заземленной через полное сопротивление, между линейным проводником и локальной землей.

В электрических системах переменного тока первому термину соответствует термин «двухфазное короткое замыкание», посредством которого идентифицируют замыкание между двумя фазными проводниками разных фаз. Применительно к электрическим системам постоянного тока применяют термин «двухполюсное короткое замыкание», с помощью которого определяют замыкание между двумя полюсными проводниками. Аналогом второго термина является термин «короткое замыкание на землю».

Короткое замыкание с точки зрения физики

Электрические цепи всегда рассчитаны на определённую силу тока. Если по этой или иной причине сила тока в электрической цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция – воспламениться.

Причиной значительного увеличения силы тока в электрических цепях может быть или одновременное включение мощных потребителей электрического тока, например, электрических плиток, или короткое замыкание.

« Коротким замыканием называют соединение концов участка электрической цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка электрической цепи. »

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте электропроводки под электрическим током или при случайном соприкосновении с открытыми контактами.

Электрическое сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в электрической цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в электрические цепи включают предохранители.

Назначение предохранителей – сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Они защищают электроприборы от выхода из строя при перегрузках в электрической цепи.

Предохранители устанавливают на входе электроприборов, радиоприборов и электроустановок.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 30331.1-2013
2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2015. – № 6. – 160.
3. МЭК 60909‑0
4. Харечко В.Н., Харечко Ю.В. О токе замыкания на землю, токе утечки и дифференциальном токе// Главный энергетик. – 2007. – № 7.

определение КЗ / Справочник :: Бингоскул

Что такое короткое замыкание по-простому: определение КЗ

добавить в закладки удалить из закладок

Содержание:

Многие наслышаны о проблемах с электросетями и устройствами, возникающих вследствие короткого замыкания (КЗ). Для предотвращения печальных последствий электрические сети в домах, производственных цехах, офисах и прочих электрифицированных зданиях защищены от нештатных ситуаций. Разберёмся, что называется коротким замыканием, как оно происходит, чем характеризуется. Поговорим о способах его предотвращения, расчёте тока в момент КЗ.

Что такое короткое замыкание по-простому

Короткое замыкание – это процесс прямого взаимодействия проводников с противоположными потенциалами, проход электрического тока по непредназначенному для него пути, маршруту, где отсутствуют потребители, например, сопротивление. Часто возникает вследствие повреждения изоляции жилы внутри кабеля, контакта неизолированных компонентов схемы.

Короткое замыкание — это, простым языком, состояние электрической сети, при котором сопротивление источника электропитания выше сопротивления нагрузки.

Что такое КЗ в электрике: виды явлений

Классификация коротких замыканий:

1. 1-фазное: соприкосновение фазы – провод с потенциалом 220 В соприкасается с «землей» либо нейтральным проводником – имеющим нулевой потенциал.


2. Двухфазные:
   • Соприкосновение проводов обеих фаз.
   • Двухфазное на землю – предыдущее плюс контакт фаз с землёй.


3. Трёхфазное – взаимодействие трёх контактов.

Режим короткого замыкания в цепи электрических устройств возникает, когда:

• Между собой контактируют обмотки статора либо ротора электрического двигателя.
• Обмотка замыкается на металлический корпус.  

Формула силы тока при КЗ

Из определения короткого замыкания понятно: это явление сопровождается снижением напряжения (падением разницы потенциалов) на зажимах источника питания. Параллельно ему растёт сила электрического тока в цепи. Когда сопротивление внешней цепи снижается (из неё убирается потребитель электрической энергии, например, резистор), напряжение на зажимах источника питания падает до нуля – происходит короткое замыкание, ток при этом растёт до максимума.

Ток КЗ вычисляется по закону Ома. Мизерным внешним сопротивлением R пренебрегают. 

Формула силы тока короткого замыкания имеет вид:

I_max = E : r, где:

• E – значение ЭДС (электродвижущая сила) в замкнутой цепи;
• R – сопротивление источника электрического питания.

Значение ЭДС для замкнутой цепи всегда меньше напряжения на зажимах источника электропитания. E равно U только в случае, когда ток цепи падает до нуля I = 0 А.

Задача

Вычислить ток КЗ бытовой сети, сопротивление которой упало до 0,05 Ом.

I_max = E : r = 220 : 0,05 = 4,4 кА.

Получается огромное значение, ведь бытовые розетки рассчитаны на 10, максимум 16 А.

Методы защиты

Для гальванических элементов КЗ угрозы не несут: из-за малой ЭДС компонентов они обладают высоким сопротивлением, поэтому токи короткого замыкания в них малы, не вызывают заметных повреждений в цепи, разрушений её компонентов. 

Элементы силовых и осветительных цепей с напряжением от 100 В с малым сопротивлением могут плавиться, выгорать, даже вызывать пожары. К их изоляции предъявляют особые требования; в цепи встраиваются автоматические выключатели, предохранители. В промышленности для предотвращения КЗ применяют понижающие трансформаторы, шиносоединительные выключатели, релейную защиту.

Поделитесь в социальных сетях:

18 октября 2021, 18:27

Физика

Could not load xLike class!

Детектор короткого замыкания

By Dimpal Kumar Kalita

Описанный здесь детектор короткого замыкания может использоваться для обнаружения условий короткого замыкания в НАГРУЗКЕ, работающей при максимальном напряжении 12 В. Это применимо к любым портативным устройствам, работающим ниже 12 В. В схеме используется PNP-транзистор и таймер 555.

КОМПОНЕНТЫ:

1.      Таймер 555

2.      PNP-транзистор (2N3906)

3.      Реле

Транзистор PNP:

Транзистор PNP имеет три рабочие области на графике характеристик.

1. Область отсечки

2. Линейная область

3. Область насыщения

Чтобы транзистор заработал, нам нужно использовать любую из этих трех областей. Транзистор можно заставить работать как усилитель или как переключатель. Здесь в этом проекте предполагаемая цель — ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ. Поэтому я использовал область отсечки и область насыщения транзистора, чтобы транзистор вел себя как ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ. А если транзистор нам нужен в качестве усилителя, то его нужно настроить в линейной области.

 

Теперь PNP-транзистор активируется (переходит в область насыщения), когда напряжение база-эмиттер меньше 0,7 В для кремниевого транзистора и 0,3 В для германиевого транзистора. Примем во внимание 0,7 В, так как оно больше двух. Таким образом, если мы подаем на базу транзистора менее 0,7 В, эмиттер и коллектор транзистора соединяются внутри, а если мы подаем более 0,7 В, две клеммы отключаются, и к тому времени, когда транзистор переходит в область отсечки . Вот и все про транзистор.

 

Давайте поговорим о таймере 555.

Таймер 555 имеет в основном два режима работы.

1. Нестабильный режим

2. Моностабильный режим

 

В нестабильном режиме работы выход таймера 555 меняет свое собственное состояние (неоднократно низкий и высокий). Частота зависит от подключенных к нему внешних компонентов. В этом режиме нет фиксированного состояния.

 

В моностабильном режиме имеется одно фиксированное (устойчивое) состояние и одно квазиустойчивое, которое не является фиксированным. В моностабильном режиме работы выходной сигнал таймера 555 обычно остается низким, и это известно как стабильное состояние. Когда он срабатывает от запускающего напряжения, выход становится высоким в течение заранее определенного периода времени, и это называется квазистабильным состоянием. Затем выход автоматически возвращается в стабильное или низкое состояние.

 

 

555 Схемы таймеров обычно проектируются с использованием любого из вышеупомянутых режимов. Но этот проект был разработан без использования какого-либо из режимов.

 

Третьим компонентом, используемым в этой схеме, является переключатель реле. Он использовался здесь для отключения входного напряжения на подключенную НАГРУЗКУ при возникновении короткого замыкания. Реле имеет два типа соединения: одно НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТО, а другое НОРМАЛЬНО РАЗОМКНУТО. При подключении релейного переключателя следует помнить, предназначена ли цепь для НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТОГО или НОРМАЛЬНО РАЗОМКНУТОГО положения, и, соответственно, подключение должно выполняться к реле.

 

Этот проект был разработан для НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТОЙ (НЗ) работы реле, и реле СЛЕДУЕТ подключать к клемме НЗ.

 

Операция

 

ОПЕРАЦИЯ:

Для определения состояния короткого замыкания можно сказать, что это состояние электрического соединения через НАГРУЗКУ, при котором положительный и отрицательный полюсы источника питания подключены непосредственно к каждому другие без каких-либо электрических или электронных компонентов между ними. В таком состоянии ток, протекающий по цепи, становится максимальным, а напряжение на НАГРУЗКЕ становится минимальным. Описанная здесь схема использует это явление для обнаружения условий короткого замыкания.

Цепи, как правило, предназначены для автоматического отключения напряжения питания НАГРУЗКИ во избежание дальнейшего повреждения цепи в случае короткого замыкания. Схема, разработанная здесь, может обнаруживать состояние короткого замыкания, а также может автоматически отключать напряжение питания НАГРУЗКИ. Состояние короткого замыкания означает, что как плюс, так и минус питающего напряжения соединены напрямую без какого-либо сопротивления, индуктивности или емкости между ними где-то внутри цепи.

 

Итак, как показано в ПРИМЕРЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ, вход транзистора берется с положительной клеммы НАГРУЗКИ. Итак, как я уже говорил, если на базе транзистора будет больше 0,7 В, он не будет активирован. Теперь, если транзистор не активирован, клеммы эмиттера и коллектора не соединены внутри, а триггерная клемма таймера 555 подключена к VCC, а не к земле, поэтому таймер 555 не срабатывает, и, следовательно, выход таймера 555 НИЗКИЙ. и поэтому реле не активировано, и, таким образом, НАГРУЗКА будет продолжать получать питание от источника питания.

 

Теперь предположим, что короткое замыкание произошло из-за какой-либо ручной или автоматической операции внутри НАГРУЗКИ. В этом состоянии ток через НАГРУЗКУ будет максимальным, а напряжение (разность потенциалов) будет почти нулевым (что меньше 0,7 В). Это напряжение активирует транзистор, который, в свою очередь, соединит триггерную клемму таймера 555 с землей, запуская таймер 555. Следовательно, на выходе таймера 555 появится высокий уровень, и светодиод, подключенный к контакту № 7 таймера 555, загорится. Между тем, переключатель реле будет активирован и отключит питание НАГРУЗКИ, и, таким образом, НАГРУЗКА СОХРАНЯЕТСЯ для необратимого повреждения.

Проектный исходный код

Схема схемы

---

Подано в: 555 таймеры, электронные проекты
Tagged с: 555 Timer Curry, Relay, Short Corcre, Transist

---

.

Search Engineers Garage

mosfet — Очень быстрое обнаружение короткого замыкания

спросил 1 год, 10 месяцев назад

Изменено 2 месяца назад

Просмотрено 357 раз

\$\начало группы\$

Я работаю над проектом сильноточного переключателя MOSFET.

Я хотел бы реализовать защиту от короткого замыкания / перегрузки по току, которая была бы достаточно быстрой, чтобы предотвратить взрыв полевых МОП-транзисторов.

В реальном приложении я использую датчик HAL для измерения тока, но он не позволяет мне быстро выполнять какие-либо действия из-за его задержки.

Как реализовать эту защиту? Должен ли я сделать это, используя шунт и высококачественный операционный усилитель, или есть лучшее решение?

• мосфет
• ток
• защита
• короткое замыкание
• шунт

\$\конечная группа\$

11

\$\начало группы\$

Использование обнаружения Vds с минимальным временем простоя; Драйверы с защитой от короткого замыкания используют этот метод.

EG для высокого напряжения
https://gate-driver.power.com/products/scale-idriver-ic-family/sid11x2k/

Если у вас есть индуктивные нагрузки или длинные кабели, определение тока с помощью шунта происходит слишком медленно и когда вы запускаете отключение, ток может занять много времени, чтобы изменить направление. В частности, с 5 параллельными МОП-транзисторами у вас могут возникнуть проблемы с обработкой энергии в цепи.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Одним из дешевых вариантов является встроенный в печатную плату трансформатор тока: проведите выходную дорожку во внутреннем слое печатной платы и используйте переходные отверстия и перпендикулярные дорожки на верхнем и нижнем слоях, чтобы сформировать вокруг нее соленоид. Нагрузите вторичную обмотку резистором и используйте быстродействующий компаратор для обнаружения перегрузки по току.

Учитывая задействованные токи, выходная дорожка может закончиться двумя параллельными довольно широкими дорожками на слоях 2 и 3, с трансформатором тока, обернутым вокруг них на слоях 1, 4 и переходных отверстиях.

Конечно, это будет обнаруживать только кратковременные короткие замыкания, а не медленное увеличение тока, но этого должно быть достаточно для такой цели.