Закон который характеризует короткое замыкание: Закон который характеризует короткое замыкание. Что такое короткое замыкание

Что такое короткое замыкание. Защита от короткого замыкания. Схема

Содержание

1. Понятие «короткое замыкание»
2. Виды коротких замыканий
3. Причины короткого замыкания и как его предотвратить
4. Защита от короткого замыкания
5. Следите за состоянием проводки
6. Использование подходящих автоматических предохранителей
7. Проверка работоспособности кабеля
8. Электросети без заземления или зануления — нет эксплуатации
9. Схема электропроводки в здании и на участке под час ремонта
10. Последствия КЗ
11. Заключение

Само словосочетание «короткое замыкание» предполагает что-то чрезвычайно нехорошее и опасное. Оно может спровоцировать сильнейший пожар. Что же такое короткое замыкание, что это за явление с точки зрения физики? И что делать, чтобы его не допустить рассмотрим в этой статье.

Понятие «короткое замыкание»

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, что не предусмотрено нормальным режимом работы цепи и приводит к критичному росту силы тока в месте соединения.

Виды электрических розеток

Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.

По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)

Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.

Электрическая схема нормального режима работы (a) и короткого замыкания (b)

Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.

Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе

А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.

Дополнительный проводник замыкает цепь

Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.

Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Схемы кз

Короткие замыкания в быту:

• однофазные – происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
• двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
• трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;

Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Типы светодиодных лент для квартиры и дома

Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

• Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
• Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
• Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.

В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.

Рекомендуемое размещение розеток на кухне

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. .

Заключение

Короткое замыкание возникает в результате повреждения проводников или электрических приборов, их некорректного подключения или перегрузке сети. Последствия в данной ситуации могут быть самые разнообразные: от простой поломки прибора до возникновения пожара или поражения людей током. В профилактических целях, предупредить замыкание можно, используя правильные предохранители, а так же кабели с подходящим сечением. Будьте внимательны при выполнении ремонтных работ. Не допускайте механического повреждения проводки, тщательно изучайте необходимые схемы энергетических систем в вашем жилище. Если ко всему подходить с умом — проблем с коротким замыканием не возникнет и тогда не потребуется его устранять.

.

Короткое замыкание. Что это такое и какие они бывают

Рейтинг:  5 / 540Короткое замыкание. Что это такое и какие они бывают

Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.

Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.

Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями — электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия. Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение. Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток.  

Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, U_КЗ, измеряемое в процентах.

Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение. Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем U_КЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям.

Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш.

Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ. Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.

Главное же средство от повреждающих коротких замыканий – грамотное проектирование, эксплуатация, и своевременная проверка средств защиты от КЗ.

 

Социальные кнопки для Joomla

TechTopics № 44 | Технические темы

Анатомия короткого замыкания

В этом выпуске TechTopics обсуждается форма волны тока короткого замыкания и, в частности, асимметричное короткое замыкание с полным смещением.

 

Это наихудший случай короткого замыкания, рассматриваемый в стандартах для распределительных устройств в металлическом корпусе (ANSI/IEEE C37.20.2) и автоматических выключателей (ANSI/IEEE C37.04), поскольку оно создает самые высокие механические нагрузки на проводники и их опоры.

 

Полностью смещенная асимметричная волна тока короткого замыкания показана ниже.

 

Рисунок построен с использованием симметричного среднеквадратичного значения тока 1,00 А в качестве базы, чтобы можно было провести прямое сравнение с коэффициентами, указанными в стандартах для других переменных, таких как замыкающий и фиксирующий ток.

Первоначально мы предполагаем, что предаварийный ток равен нулю. Когда происходит короткое замыкание, ток со временем изменяется от начального значения до значения, которое существовало бы в установившихся условиях короткого замыкания. Это значение является «симметричным током» на рисунке, также называемым «переменной составляющей» тока короткого замыкания. В идеальном случае, когда сопротивление цепи равно нулю, а ток ограничен только индуктивностью цепи, ток короткого замыкания и напряжение системы будут противофазны на 90°. Таким образом, наихудшим моментом возникновения тока короткого замыкания будет момент, когда напряжение в системе равно нулю.

 

В реальном мире сопротивление цепи не равно нулю. Таким образом, наихудший случай не возникает, когда напряжение системы равно нулю. Скорее, это происходит в нескольких градусах от нулевого напряжения, но в данном обсуждении эта тонкость будет проигнорирована.

 

По определению ток короткого замыкания ограничен только индуктивностью цепи. Ток в катушке индуктивности не может мгновенно измениться от начального значения (нуля) до установившегося значения (на рисунке -1,414 А, пиковое значение симметричного тока 1,00 А). Чтобы достичь баланса токов в момент возникновения короткого замыкания, примите во внимание, что ток короткого замыкания состоит из составляющей переменного тока (симметричная составляющая) и составляющей постоянного тока, которая объясняет разницу между стационарным током короткого замыкания. ток в момент возникновения неисправности и начальное нулевое значение.

 

На рисунке постоянная составляющая должна быть равна по величине мгновенному значению симметричного установившегося тока в нулевое время. Таким образом, постоянная составляющая в нулевое время должна быть 1,414 А и противоположна по знаку мгновенному значению симметричного тока короткого замыкания в нулевое время.

Постоянная составляющая короткого замыкания экспоненциально уменьшается от начального значения с постоянной времени, которая определяется значениями индуктивности цепи (X) и сопротивления (R). Как в стандартах ANSI/IEEE, так и в стандартах IEC постоянная времени затухания постоянного тока стандартизирована на уровне 45 мс, что соответствует отношению X/R, равному 17, для системы с частотой 60 Гц.

 

Постоянная составляющая выражается как %dc-составляющая и рассчитывается по следующей формуле: Фактическая постоянная составляющая полностью смещенной асимметричной волны тока короткого замыкания показана на рисунке и составляет 1,414 А в нулевое время, уменьшаясь экспоненциально, приближаясь к нулю примерно через 10 циклов.

 

Также показана постоянная составляющая в десятичной форме, и данные на рисунке необходимо умножить на 100, чтобы преобразовать ее в %постоянную составляющую. Компонент %dc также упоминается как % асимметрии в старых стандартах.

 

Полный ток короткого замыкания, обозначенный на диаграмме как мгновенный (общий) ток, представляет собой сумму симметричного тока (переменной составляющей) и фактической постоянной составляющей.

 

Концепция компонента %dc лежит в основе требований, содержащихся в редакциях 1999 г. основных стандартов на автоматические выключатели, включая ANSI/IEEE C37.04, C37.06, C37.09 и C37.010. В версиях этих стандартов 1979 г. постоянная составляющая учитывалась S-фактором, отношением асимметричного (полного) тока (выраженного в среднеквадратичных значениях тока) и симметричного среднеквадратичного тока. Понятия S-фактора и компонента %dc математически эквивалентны, хотя и выражают это понятие по-разному. S-фактор в любой момент времени показан на диаграмме для сравнения с современным параметром компонента %dc.

Коэффициент S и составляющая %dc связаны выражением:

Кривая коэффициента S позволяет нам наблюдать за асимметричным (полным) током. Обратите внимание, что S-фактор снижается от своего максимального значения, 1,732 в нулевое время, приближаясь к 1,00 всего после пяти циклов. Поскольку S-фактор, равный 1,00, эквивалентен симметричному току, S-фактор указывает на то, что асимметричный ток с полным смещением снижается до симметричного тока всего за несколько циклов.

 

TechTopics № 21, «Распорки шин в распределительных устройствах с металлическим покрытием», обсуждается концепция «раскосов шин» и перечислены различные значения тока, соответствующие параметрам, указанным в стандартах. Чтобы связать анатомию короткого замыкания с факторами, обсуждаемыми в TechTopics № 21, давайте рассмотрим факторы в TechTopics № 21 и прочитаем, откуда они берутся на форме волны полностью смещенного асимметричного тока короткого замыкания.

 

Факторы, перечисленные в таблице, относятся к обсуждению «фиксации шины» в TechTopics № 21 и, таким образом, относятся к механической способности оборудования выдерживать нагрузки при коротких замыканиях.

 

Другая проблема связана с фактическим током, который должен быть отключен автоматическим выключателем, когда возникает полностью смещенный асимметричный ток короткого замыкания.

 

Чтобы оценить это, необходимо знать время контактной части, поскольку оно определяет величину смещения постоянного тока, с которым должен работать выключатель. Время размыкания автоматического выключателя типа GMSG с трехтактным временем отключения составляет 29 мс номинально, с диапазоном от 25 мс до 33 мс для серийных автоматических выключателей.

 

К этому времени добавьте поправку на время срабатывания реле, которое в стандартах принято равным 1/2 периода (8,3 мс). Это дает номинальное время контакта 37,3 мс в диапазоне от 33,3 мс до 41,3 мс.

 

Тестирование продукта касается наихудшего случая. Наихудшим случаем является минимально возможное время неполного контакта, которое составляет 33,3 мс (два цикла или 720 электрических градусов) для автоматического выключателя типа GMSG. Изучив диаграмму, представляющие интерес значения в контактной части:

 

Компонент %dc         47,6 процента

S-фактор                        1,206.

 

Поскольку диаграмма относится к симметричному току со среднеквадратичным значением 1,000 А, среднеквадратичное значение асимметричного (полного) тока определяется коэффициентом S, равным 1,206 А.

 

к симметричному току 1000 А действ. Это позволяет легко рассчитать различные токи для «реального» номинального тока короткого замыкания. Для этого примера рассмотрим номинальный ток отключения при коротком замыкании 50 кА, что дает следующие «реальные» значения для различных параметров:

Цель этого выпуска TechTopics — попытаться объяснить простыми словами характеристики тока короткого замыкания и то, как эти характеристики соотносятся с параметрами, установленными в соответствующих стандартах. К сожалению, стандарты могут быть трудными для понимания, так как они не предназначены для обучения. В результате в стандартах используется жаргон, который затемняет основную физику.

 

Если у вас есть какие-либо вопросы по этому выпуску TechTopics или любому из наших продуктов, решений или услуг, обратитесь к местному торговому представителю Siemens для получения дополнительной информации.

IV Кривая | PVEducation

ВАХ солнечного элемента представляет собой суперпозицию ВАХ диода солнечного элемента в темноте с током, генерируемым светом.1 Свет вызывает сдвиг ВАХ вниз в четвертый квадрант, где мощность можно извлечь из диода. Освещение ячейки добавляется к нормальным «темновым» токам в диоде, так что закон диода становится следующим:

$$I=I_{0}\left[\exp \left(\frac{q V}{n k T}\ вправо)-1\вправо]-I_{L}$$

, где I _L = световой ток.

Идеальный поток короткого замыкания электронов и дырок в p-n переходе. Неосновные носители не могут пересекать границу полупроводник-металл, и для предотвращения рекомбинации они должны собираться переходом, если они должны способствовать протеканию тока.

Влияние света на вольт-амперные характеристики р-перехода.

 

Уравнение для ВАХ в первом квадранте:

I=IL−I0[exp(qVnkT)-1]

Членом -1 в приведенном выше уравнении обычно можно пренебречь. Экспоненциальный член обычно >> 1, за исключением напряжений ниже 100 мВ. Кроме того, при низком напряжении генерируемый светом ток I _L доминирует над членом I _{0 (…), поэтому член -1 не нужен при освещении.}

I=IL-I0[exp(qVnkT)]

Построение приведенного выше уравнения дает приведенную ниже кривую ВАХ с соответствующими точками на кривой, помеченными и обсуждаемыми более подробно на следующих страницах. Кривая мощности имеет максимум, обозначенный как P _MP  где солнечная батарея должна работать для получения максимальной выходной мощности. Он также обозначается как P _MAX  или точка максимальной мощности (MPP) и возникает при напряжении V _MP и токе I _MP .

Текущее напряжение (IV) лечение солнечной батареи.