Электротехника короткое замыкание: Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Что такое короткое замыкание по простому

Содержание

Что такое короткое замыкание?

Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение.

Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.

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

При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489).

Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким.

Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r  — напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения.

Почему короткое замыкание так называется

Подключая какую-то нагрузку к сети, например, утюг, телевизор или любой другой электроприбор, мы создаём сопротивление для протекания электрического тока.
Если же мы умышленно или случайно соединим, например, фазу и ноль напрямую, без нагрузки, мы, в каком-то смысле, укорачиваем путь, делаем его коротким.

Поэтому, короткое замыкание и называют коротким, подразумевая движение электронов по кротчайшему пути, без сопротивления.

Виды КЗ

Согласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.

Различные виды КЗ

Обозначения с кратким описанием:

1. 3-х фазное, принятое обозначение – К(З). То есть, происходит электрический контакт между тремя фазами. Это единственный вид замыкания не вызывающий «перекос» фаз, процесс протекает симметрично, что упрощает расчет силы тока КЗ. В тоже время 3-х фазное замыкание представляет наибольшую опасность по факторам тепловых и электродинамических воздействий. В связи с этим, когда производится расчет тока КЗ для трехфазной цепи, как правило, рассматривается данный вид замыкания.

Характерно, что при К(З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.

2. 2-х фазное (K(2)). Данный вид замыкания, как все последующие, относится к несимметричным процессам, вызывающим перекос напряжений в системе. В кабельных линиях электропередач довольно велика вероятность перехода процесса K(2) в К(З), поскольку температура в месте замыкания разрушает изоляцию токоведущих частей.
3. 2-х фазное с землей (K(1,1)). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.
4. 1-о фазное с землей (K(1)). Этот вид замыкания на практике встречается чаще всего. Характерно, что процесс может возникнуть как в бытовых или промышленных электросетях, так и в запитанном от них оборудовании.
5. Двойное на землю (K(1+1)). То есть, две фазы замыкаются через землю, не имея электрического контакта между собой. Такой вид замыкания возможен в системах с заземленной нейтралью.

Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85.

Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания.

Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.

Обозначение КЗ	Процентное соотношение к общему числу (%)
К(З)	5,0
K(2)	10,0
K(1)	65,0
K(1,1) и K(1+1)	20,0

Разобравшись с видами замыканий, рассмотрим, в каких ситуациях они могут возникнуть.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

где

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления – меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Причины возникновения короткого замыкания

Коротит проводка — причины и способы устранения проблемы

Несмотря на то, что этот нежелательный аварийный процесс считается случайным, на его создание могут влиять следующие причины, связанные с некачественным монтажом или неправильной эксплуатацией электрического оборудования (цепей). Вот основные причины появления короткого замыкания:

1. Снижение качества изоляции токоведущих проводников. Это одна из самых распространенных причин перехода сети в режим КЗ, который возникает вследствие пересыхания, механического повреждения или разрушения изоляции между проводниками с разным потенциалом. Чаще всего все перечисленные причины снижения сопротивления изоляции и её разрушения связаны с воздействием на неё вредных факторов, на которые она не рассчитана. Например, при длительном воздействии солнечных лучей на изоляцию, которая боится ультрафиолетового излучения, происходят пересыхание, потрескивание и, как следствие, короткое замыкание.

Нужно отметить! У любой изоляции есть свой срок использования, старение её приводит к аварийным режимам.

2. Изменение физических параметров электрической сети, например, перенапряжение. Такое явление возможно во время грозы, а именно попадания молнии в проводник с током.
3. Неправильная коммутация, ошибки монтажа или укладки кабеля, с несоответствием техническим условиям, заявленным заводом производителем.

Любой электромонтажник или электромонтер не застрахован от ошибочных, неправильных действий при монтаже электропроводки или при выполнении оперативных переключений. В низковольтных цепях такие ошибки менее опасны, чем в высоковольтных цепях с мощными источниками энергии, например, на высоковольтных силовых подстанциях электроснабжения. Даже с современными элементами и устройствами защиты от превышения нагрузок процесс КЗ в силовых высоковольтных цепях опасен не только для оборудования, но и для обслуживающего персонала, из-за появления мощной электрической дуги.

4. Длительная эксплуатация электрического оборудования и линий в режиме перегрузок или в условиях с завышенными температурами окружающей среды. Это приводит к перегреву изоляции между обмотками электрооборудования, значит, происходит снижение сопротивления изоляции, которое в какой-то момент достигает критического значения.

Выполнение монтажа качественными материалами, правильная организация работ в электроустановках, а также своевременное обслуживание, с заменой повреждённых участков линии, снизят риск появления короткого замыкания.

Скачок сетевого напряжения

Стандартное сетевое напряжение для стран СНГ составляет 220-230 вольт. Редко эта норма превышается. В розетке оказывается напряжение 380 вольт и выше. В этом случае должны сработать устройства защиты на подстанции или непосредственно у потребителя. Однако не всегда они находятся в исправном состоянии и по проводам «гуляет» перенапряжение.

Большая разность потенциалов приводит к электрическому пробою изоляции. Процесс начинается с небольшого тока утечки. Впоследствии он возрастает. Место пробоя греется. Затем изоляция в точке повреждения окончательно теряет диэлектрические свойства и происходит полноценное короткое замыкание с образованием электрической дуги.

Перегрев и 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.

При этом внешне вся проводка выглядит целой, но когда на нее подается напряжение, то со временем выбивает автомат защиты.

Поиск подавляющего большинства неисправностей в электроцепи происходит по принципу проверки «слабых звеньев» — это любые контакты, переходы – все те места, где при монтаже вскрывается наружная изоляция кабеля. Поэтому в скрытой проводке поиск неисправности всегда надо начинать в розетках, коробах и щитках.

Как итог – в этом случае проводится внимательный осмотр проводки – если уже выбивает автомат защиты, то возможно место повреждения изоляции будет подгоревшим и его станет видно. В некоторых случаях приходится устаивать проводке «стресс-тест» – подавая на нее повышенное напряжение. Это достаточно экстремальный способ, ведь по сути приходится провоцировать полноценное короткое замыкание электропроводки, после которого место неисправности видно «невооруженным глазом.

Для скрытой проводки и нахождения микротрещин в изоляции также можно воспользоваться и мегаомметром, но он только покажет наличие КЗ на локализованном участке электроцепи, а место его возникновения определить не сможет.

После того, как находим неисправность, то уже в зависимости от общего состояния проводки надо решать, менять кабель или обойтись восстановлением изоляции посредством изоленты.

Пример работы мегаомметра – на видео:

Проникновение пыли, грязи и влаги из воздуха

Такой вид короткого замыкания распространен в квартирных щитках и распределительных устройствах. На этих участках сети проводка имеет открытые неизолированные части. С течением времени на них осаждается пыль из воздуха. В сухом виде она плохо проводит ток. Однако в воздухе имеется некоторый процент влаги.

Пыль осаживается на клеммные колодки, вводные автоматы и прочие узлы электрического щита. Когда слой грязи становится достаточно толстым, его сопротивление резко снижается и происходит электрический пробой. Многократно усугубить ситуацию способно попадание в электрощиток воды. Например, в случае прорыва трубы или если щит находится под открытым небом, и подвержен влиянию осадков.

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.

Молнии и атмосферное электричество

Высокие здания, инженерные сооружения, опоры ЛЭП в обязательном порядке оснащаются заземлением. Одна из его задач — притянуть удар молнии и заряды из атмосферы для дальнейшего их отвода в землю.

Простая система молниезащиты представляет собой железную проволоку или ленту, подключенную между крышей здания, арматурой и землей. Обычно это делается для каждого подъезда в отдельности. Если исключить грозозащиту, то разряд способен попасть в бытовую электросеть. Она не рассчитана на высокие токи и напряжения молнии. При ударе повсеместно будет происходить электрический пробой изоляции. Есть большой риск повреждения защитного слоя высоким напряжением и дальнейшего развития замыкания.

Ошибка человека

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.

Опасность и последствия

Чтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:

• Возникновение возгорания в месте механического соприкосновения неизолированных элементов оборудования или электрической сети часто становится причиной пожара.
• Понижение уровня напряжения электрического тока в зоне замыкания вызовет сбой в работе электрооборудования. О последствиях пониженного напряжения можно подробно узнать в одной из публикаций на нашем сайте.
• Как видно из приведенной выше таблицы 1, на долю симметричных замыканий (К(З)) приходится не более 5%, это означает, что во всех остальных случаях придется иметь дело с сетевой асимметрией, более известной под названием «перекос фаз». Последствия такого режима мы уже рассматривали в более ранней публикации.
• Возникновение различных системных аварий, вызывающих отключение потребителей энергосистемы до устранения короткого замыкания.

Как найти короткое замыкание в проводке

Как правило, поиск замыкания происходит уже после того, как выбило пробки или автоматический выключатель.

Тут есть несколько вариантов:

• внешний осмотр;
• использование специальных приборов;
• исключением;
• по звуку;
• по запаху.

Внешний осмотр при коротком замыкании

Если вы обнаружили, что повреждена изоляция или соприкосновение двух оголенных жил – можете считать, что причина найдена.

Обычно, такие повреждения можно найти в распределительных коробках, выключателях или розетках, где соединяются провода.

Заметили обгорелую оболочку – это и есть неисправность.

Как найти короткое замыкания, используя приборы

Использовать для этого лучше мегаомметр или мультимерт. Они быстро проверят сопротивление в цепи.

Подключите один провод прибора к фазе, а другой к заземлению (к нулю).

Если прибор показывает ноль – проводка в норме. Все, что выше нуля свидетельствует о соприкосновении контактов.

Стоит учесть, что мультиметр имеет маленькое сопротивление, поэтому определить короткое замыкание с его помощью не всегда возможно.

Как найти замыкание методом исключения

Тут все просто, но способ эффективен в случае вины электроприбора.

Когда у вас выбило выключатель, выключите всю технику от электричества.

Затем включите автомат и начинайте подключать каждый из приборов.

Как найти короткое замыкание по звуку и запаху

При замыкании контактов можно услышать потрескивание. Главное иметь хороший слух. По запаху гари пластмассы и легкого дымка вы легко найдете обрыв проводки в доме.

Виды предохранителей и автоматических выключателей

Так как предохранители и автоматические выключатели – это самые распространённые элементы защиты участков цепей от коротких замыканий, то стоит рассмотреть основные виды этой токоограничивающей аппаратуры.

Предохранители делятся на три основные группы, которые отличаются по типу срабатывания:

• с плавкой вставкой;
• электромеханические с повторным взводом путём нажатия кнопки;
• электронные (редко применяемые в быту).

Автоматические выключатели делятся по количеству полюсов:

• однополюсные;
• двухполюсные;
• трёхполюсные.

Подбор данной аппаратуры для отключения напряжения вследствие короткого замыкания связан с величиной напряжения сети, номинальной силой тока и порога срабатывания защиты. В зависимости от назначения электроустановки, конструктивных особенностей, а также местных условий работы, проектировщики выбирают необходимую и максимально эффективную систему защиты от КЗ.

Автоматический выключатель считается более надёжным и быстродействующим элементом защиты от короткого замыкания, нежели предохранитель, даже если автомат включить повторно на цепь с коротким замыканием – это не так опасно для человека, нежели установка предохранителя под нагрузкой и напряжением.

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».

Также можно просто сделать фото проводов до того, как они будут спрятаны в стену.

• 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.

Пример поиска короткого замыкания специальным прибором — на видео:

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа – трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

• Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
• Автоматические выключатели.
• Стабилизаторы напряжения.
• Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

• Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
• Понижающими трансформаторами.
• Распараллеливанием цепей.
• Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Профилактика КЗ

Выполнить профилактические действия безопаснее, надежнее и дешевле, чем восстанавливать проводку после КЗ. Периодически нужно проверять розетки. Если они начинают искрить, нужно их ремонтировать или менять. Если производилась частичная замена проводки, следует проверять надежность мест соединения, целостность изоляционного слоя.

Раз в несколько месяцев следует проверять источники света, осветительную сеть и силовые провода. Короткое замыкание может возникать со временем. Выявить его можно по изменению цвета устройств или их плавлению. В квартире обязательно должны стоять автоматические выключатели. На мощные электроприборы ставятся отдельные средства защиты, которые должны сработать при аварийной ситуации.

При самостоятельном проведении монтажа электропроводки важно правильно рассчитывать сечение кабеля. Если оно не способно выдержать мощность всех подключаемых приборов, будет происходить перегрузка, приводящая к короткому замыканию. Кабели не должны укладываться тесно друг с другом – это может привести к повреждению защитного слоя. Также при соединении надо правильно выбрать способ создания контакта и приобрести заранее необходимое оборудование. Нельзя соединять провода методом скрутки.

Если надо сверлить стену, следует проверить место самодельным металлоискателем или изучить схему электропроводки. Таким образом можно обнаружить кабель скрытой проводки, который мастер мог бы случайно повредить.

Видео по теме

Источники

• https://www.asutpp.ru/chto-takoe-korotkoe-zamykanie.html
• https://RozetkaOnline.ru/poleznie-stati-o-rozetkah-i-vikluchateliah/item/163-chto-takoe-korotkoe-zamykanie-po-prostomu
• https://www.RusElectronic.com/korotkoje-zamykanije/
• https://amperof.ru/teoriya/korotkoe-zamykanie. html
• https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/korotkoe-zamykanie.html
• https://YaElectrik.ru/elektroprovodka/zamykanie-elektroprovodki
• http://dom-dacha-svoimi-rukami.ru/elektrichestvo/korotkoe-zamykanie-v-dome.html
• https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kak-proverit-elektroprovodku-v-kvartire-na-korotkoe-zamykanie/
• https://www.asutpp.ru/kak-nayti-korotkoe-zamykanie.html

Что такое короткое замыкание (КЗ): определение, виды, причины возникновения

О коротком замыкании слышат не только в специализированных кругах, но и широких массах. Что такое короткое замыкание, что этому способствует, можно ли защититься от короткого замыкания (КЗ).

Это непраздное любопытство, поскольку именно оно часто является причиной пожара и гибели людей. Зная и соблюдая элементарные правила можно защитить себя и других от многих проблем.

Но прежде чем говорить об этом явлении, следует поближе познакомиться с электричеством и способом его передачи, поскольку это является фундаментальным понятием.

Понятие и теория

Из учебника физики известно, что любое вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. На внешней орбите некоторых атомов есть электроны, которые имеют слабую связь с ядром.

Если приложить к этим электронам некоторую силу, они могут оторваться и переместиться. Таким свойством обладают металлы и некоторые другие элементы при особых условиях.

Самыми распространенными металлами, используемые в электротехнике, являются алюминий и медь. Именно из них делают провода для электропроводки.

Но, чтобы получить электрический ток, мало просто оторвать электроны, их еще необходимо сгруппировать и направить, придав им упорядоченное движение.

Для этого существуют различные генераторы постоянного и переменного тока, или источники тока в виде батарей и аккумуляторов.

Различие между батареей и аккумулятором заключается в способности аккумулятора снова заряжаться, пополняя растраченную энергию.

Ток бывает двух видов:

• переменный;
• постоянный.

На самом деле существует еще ряд других видов, но поскольку в быту мы сталкиваемся в основным с этими двумя, они и будут разобраны.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутому кругу. Для примера возьмем цепь постоянного тока, состоящую из батарейки, проводов, выключателя и лампочки. Провода служат для соединения всех используемых элементов.

Допустим, у нас получилась такая схема: плюс батареи соединен через провод с одним выводом выключателя, второй вывод выключателя через провод соединен с одним контактом лампочки, а второй контакт лампочки, опять же через провод соединен с минусом батареи. Если выключатель включен, то по собранной цепи будет течь ток, и лампочка загорится, если выключателем разорвать цепь, то лампочка потухнет.

В последнем случае хотя по цепи не идет ток, напряжение присутствует. Оно будет равно напряжению батарейки и определить его можно будет с помощью вольтметра. С одной стороны выключателя будет идти положительный потенциал, по другую его сторону – отрицательный. Положение изменится, если выключатель включить. Теперь плюс и минус будут располагаться по разным сторонам лампочки.

Почему произошло такое изменение? Когда выключатель выключен, то электроны от плюса батарейки, дойдя до выключателя остановились, потому что контакты у него разомкнуты. Следовательно, на другом контакте выключателя этих электрон нет.

Раньше считали, что переносчиками заряда служат положительно заряженные частицы, в некоторых случаях так и есть, но все же основными переносчиками являются электроны, а они имеют отрицательный заряд. Но чтобы не путаться в старых и новых схемах на батарейках ставят знак + на минусовом контакте, и приборы работают по такому же принципу.

Разность между количеством электронов на двух контактах и будет напряжением.

Теперь поговорим о лампочке. Основным ее элементом является нить накаливания. Нить изготавливается из тугоплавкого и имеющего большое сопротивление материала, обычно это вольфрам. Этот материал с трудом пропускает часть электронов поэтому, пройдя через нить лампы, электронов будет гораздо меньше, чем их накопилось до нити.

Кроме того, электроны, прошедшие через лампочку, быстро уносятся к минусу батареи, вот почему теперь напряжение будет наблюдаться на контактах лампочки, а не на выключателе. А что произойдет, если лампочку убрать из схемы?

Что происходит при возникновении короткого замыкания

Лампочка, в приведенной выше цепи, считается полезной нагрузкой для источника питания – батарейки. В чем польза лампочки? Она преобразует электрическую энергию в световую.

Если ее убрать, а выключатель напрямую соединить с минусом батарейки и включить его, то электроны мощным потоком устремятся к другой клемме батарейки. Результатом будет разряд батарейки. Вся ее энергия будет расходована напрасно. Возможно, она даже выйдет из строя. В любом случае больше ею воспользоваться не удастся.

Но, кроме напрасно истраченной энергии существует еще один большой минус. Как уже говорилось, лампочка имеет нить накала из вольфрама. Что происходит при прохождении через нее тока?

Так как сопротивление нити большое, то есть электронам, образно говоря, нужно протискиваться через узкие каналы, то они, ударяясь об атомы вольфрама, отдают часть энергии ему. Это приводит к тому, что вольфрам начинает нагреваться и нагревается до такой температуры, что от него начинает исходить свет.

Любой материал обладает сопротивлением электрическому току, будь то провода или выключатель. Поэтому когда лампочку убирают, то нагрузкой становятся провода и выключатель. Они хоть и не так быстро и горячо будут нагреваться, но все же нагрев будет происходить.

Важно. Из этого можно сделать вывод, чем опасно короткое замыкание: происходит ненужный нагрев проводников и напрасно тратится электрическая энергия.

Почему короткое замыкание так называется

Так что такое короткое замыкание? В последней нашей схеме были использованы: батарейка, провода и выключатель. Поскольку выключатель во включенном положении представляет собой проводник, то его можно заменить куском провода.

В итоге схема приобретает следующий вид: плюс батареи соединен проводом с минусом батареи. Значит, что такое короткое замыкание по-простому? Это короткозамкнутая цепь в схеме питания.

Давайте дадим небольшое определение что такое короткое замыкание — это аварийный режим, при котором происходит контакт двух проводников с разными потенциалами (например, фаза с другой фазой или фаза и ноль). За счет того что нагрузка оказывается закороченной, сопротивление цепи уменьшается, а ток при этом резко возрастает до очень больших значений.

Для примера возьмем обычный утюг. Когда мы включаем его в розетку, создается путь для протекания электрического тока. Ток начинает протекать через нагревательный элемент утюга, сопротивление которого очень большое.

Если убрать это сопротивление из схемы, например, закоротить фазу и ноль до нагревательного элемента, то путь протекания тока уменьшится, то есть станет коротким. Ток будет протекать только по проводам без сопротивления (нагрузки).

В чем опасность короткого замыкания

Рассмотренный пример с батарейкой — это всего лишь миниатюра, показывающая наглядно, к чему приводит короткое замыкание. Емкость и напряжение батарейки невелико, поэтому и последствия от короткого замыкания незначительны – испорченная батарейка.

В быту же чаще всего говорят о коротком замыкании, связанном с домашней сетью, в которой напряжение составляет минимум 220 В. Мощность трансформатора, от которого подается питание на дом, составляет сотни тысяч или миллионы Ватт. Конечно, сопротивление проводов ограничивает этот ток, но не очень сильно.

В советское время линии электропередач состояли из натянутых на опорах проводов. При сильном ветре, если провода были недостаточно натянуты, их перехлестывало. Слышался сильный треск, гул, летели искры. Зрелище не для слабонервных. Иногда провода припаивались друг к другу, обгорали и падали на землю.

Если падал фазный провод, идущий от подстанции, то он создавал огромную опасность для окружающих. Гибли и люди, и животные. К счастью, сегодня все меньше остается таких линий, но в частном секторе, на дачах, в деревнях еще можно встретить такую опасность.

Что касается квартир и частных домов то здесь кроется другая опасность. Как уже было рассмотрено, короткое замыкание – это создание цепи без нагрузки.

При этом высвобождается огромная энергия, которая очень быстро разогревает провода. В месте замыкания могут возникать искры в виде раскаленного металла. Попадая на горючее вещество, они его воспламеняют.

При возникновении короткого замыкания главная опасность заключается в вероятности возгорания и пожара.

Опасно! При тушении водой такого пожара под напряжением приведет к поражению электрическим током.

Поэтому, чтобы защититься от таких неприятностей, в каждом доме обязательно должна быть защита от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

Для того чтобы понять, как защищаться от короткого замыкания, необходимо повторить, что такое короткое замыкание? Итак, короткое замыкание – это замкнутая цепь, по которой проходит ток большой мощности.

Поэтому защита должна реагировать именно на большой ток. В любом шкафу учета, кроме счетчика стоят автоматические выключатели. Вот они и реагируют на большой ток. Причем автомат реагирует на два разных тока:

• ток короткого замыкания;
• ток перегрузки.

Признаком короткого замыкания является лавинообразный скачек тока, именно на него должен реагировать первый защитник. Из чего состоит защита и как она работает? Известно, что если по проводу проходит ток, то вокруг него образуется электромагнитное поле. Это свойство используется в автомате.

Из толстого медного провода делается катушка – соленоид, внутри которой располагается сердечник. Сердечник, в свою очередь, соединен с расцепителем – устройством, которое разъединяет цепь.

Число витков рассчитывается так, чтобы при достижении определенного тока она смогла сдвинуть сердечник и через него расцепить цепь. После устранения неисправности механизм устанавливается в первоначальное положение с помощью рукоятки на автомате.

Провода, проведенные в помещении, способны пропускать ток определенной силы, при превышении этого значения они начнут нагреваться, так как обладают сопротивлением. Это может привести к их нагреву до такой степени, что изоляция, находящаяся на них, начнет плавиться. Это может вызвать пожар или короткое замыкание. Чтобы этого избежать, в автомате предусмотрена другая защита – тепловая.

Она представляет собой биметаллическую пластину, через которую проходит ток питания. Когда ток начинает нагревать провода, он также греет и эту пластину.

Пластина, в свою очередь, понемногу начинает менять свою форму до тех пор, пока не разомкнет расцепитель, прекратив подачу тока.

Биметалл – два соединенных разных металла, у которых скорость расширения при нагревании разная. Поэтому когда пластина нагревается, она меняет свою форму, изгибаясь в одну или другую сторону.

Включить автомат можно будет после того, как пластина остынет и вернется в первоначальное положение.

Причины возникновения короткого замыкания

Почему возникает короткое замыкание, рассмотрим некоторые, чаще всего встречаемые причины:

1. 1. Перегрузка в сети.
2. 2. Неисправный электроприбор.
3. 3. Порча грызунами.
4. 4. Случайное повреждение.

Перегрузка – одна из самых распространенных причин замыкания. Промышленность выпускает новые, более мощные электроприборы, а проводка остается старой.

Если вовремя не произвести перерасчет и не поменять провода, то рано или поздно произойдет замыкание. Сначала будет отключаться автомат перегрузки, изоляция с каждым разом будет стареть и терять свои защитные свойства пока, наконец, не выдержит такого испытания.

Если в электроприборе произойдет короткое замыкание, он либо отключится, либо сработают автоматы. Такой прибор легко обнаружить, повторно включив его в сеть. Иногда, особенно в сельской местности, порчу могут нанести грызуны. Им почему-то нравятся резиновые и пластмассовые предметы.

Погибая, они замыкают сеть, приводя к короткому замыканию.

Иногда сами жильцы создают себе проблему. Не убедившись в отсутствии электропроводки, начинают сверлить или забивать гвозди, вызывая не только замыкание, но и сильный стресс и болевые ощущения. Чтобы обезопасить себя от таких травм, необходимо точно убедиться в отсутствии проводов или, хотя бы поставить УЗО.

Устройство Защитного Отключения определяет утечку тока и отключает сеть. Оно предотвращает человека от поражения электрическим током.

Осталось ознакомиться с видами короткого замыкания (КЗ) и их особенностями.

Виды коротких замыканий в быту и в электроэнергетике

По сути можно разделить виды коротких замыканий на два типа: бытовые и промышленные.

В быту где чаще встречается сеть с глухозаземленной нейтралью (3 фазы, ноль и заземление), здесь можно отметить такие виды КЗ:

• однофазные;
• двухфазные;
• трехфазные.

В первом случае фазный провод замкнут на ноль или землю. Во втором, то же самое, или на другую фазу, или также на ноль. При трехфазном замыкаются все три фазы между собой.

Для ознакомления в энергетике согласно ГОСТ 52735-2007 можно встретить такие виды КЗ:

• — 3-х фазное, обозначается К^(З): замыкание между всеми тремя фазами;
• — 2-х фазное, обозначаетсяК⁽²⁾: замыкание между двух фаз;
• — 2-х фазное с землей, обозначается К^(1,1): замыкание между двумя фазами и одновременно на землю;
• — 1-но фазное на землю, обозначается К⁽¹⁾: замыкание одной из фаз на землю или заземленные части оборудования;
• — двойное КЗ на землю, обозначается К⁽¹⁺¹⁾: это такое КЗ когда две разные фазы замыкаются на землю при этом не замыкаясь между собой.

В цепи постоянного тока

В домашних условиях постоянный ток для бытовых нужд не используется. В основном это относится к электрооборудованию. Для защиты могут быть использованы плавкие предохранители, автоматы или схемы защиты.

Без специальной подготовки и знаний в такие устройства лучше самому не лезть, а отвезти в мастерскую или вызвать специалиста. Но стоит отметить, что принцип замыкания в постоянной цепи ничем не отличается от замыкания в переменном токе.

Последствия могут быть похожими: возникновение пожара или в редких случаях и неблагоприятных условиях — поражение человека постоянным током.

В каких случаях КЗ работает на благо?

На высоковольтных подстанция к силовым трансформаторам подключают устройство под названием короткозамыкатель. По конструкции это заземляющий нож который в любой момент готов намеренно «закоротить» одну из фаз на землю.

При повреждении внутри трансформатора или на его ошиновке происходит срабатывание короткозамыкателя. Когда он включается происходит короткое замыкание, что приводит к появлению больших токов и отключению питающей линии с противоположного конца.

Еще один из примеров в энергетике «плавка гололеда на линиях электропередач». На воздушных линиях электропередач для защиты линии от гололедообразования во обледенений применяют плавку гололеда. Подключаются они одним концом к самому проводу, а другим к земле.

По принципу КЗ работает электросварка, но в отличие от обычного короткого замыкания, ток в сварке регулируется.

Преднамеренное КЗ

В электротехнике есть прибор, называется варистор. Он часто используется в электрооборудовании для защиты аппаратуры от перенапряжения.

Действует по принципу рассмотренного выше короткозамыкателя. Некоторые специально устанавливают его в осветительную цепь для предотвращения перегорания ламп во время больших скачков напряжения или аварий в сети. При их срабатывании домашняя сеть переходит в режим КЗ и автоматы отключают защищаемую цепь.

Все рассмотренные примеры использования короткого замыкания – это вынужденная мера, указывающая на аварийную ситуацию. Поэтому прежде чем включать автоматы после их срабатывания, необходимо убедиться в нормализации питающей сети.

Похожие материалы на сайте:

• Чем отличается УЗО от автомата
• Как подключается выключатель: на фазу или ноль?
• Чем отличается ноль от заземления

Объясните короткое замыкание делением тока

\$\начало группы\$

Как показано на странице учебника выше, почему мы заключаем, что \$i_1 = 0\$, просто учитывая, что \$R_2 = 0\$, не учитывая, что \$i\$ является функцией \$R_2\$, где :

$$i = {V\over R_{eq}} = V\cdot{{R_1+R_2}\over{R_1\cdot R_2}}$$

\$V\$ — поперечное напряжение \ $R_1\$ и \$R_2\$, \$R_{eq}\$ — эквивалентное сопротивление между двумя клеммами.

Обновлений:

1. Если эти параллельные резисторы возбуждаются от источника постоянного напряжения, отличного от 0, \$V\$, а \$R_2\$ бесконечно мало (0+). Поскольку \$i_1 = {V\over R_1}\$, где \$i_1\$ — постоянная функция от \$R_2\$. Будет ли \$i_1\$ по-прежнему равно 0 в этом случае или \$i_1={V\over R_1}\$ (определенное значение, отличное от 0)?

   Обратите внимание, что R2 является бесконечно малым (0+), а не 0, так что V на R2 может быть отличным от 0. Правдоподобно ли это предположение? Может быть, я ошибаюсь, потому что \$V=0\$ по определению короткого замыкания, следовательно, не может быть смоделировано условием бесконечности.

Я тайванец, и мне очень жаль, если у меня есть грамматические ошибки.
Спасибо за ответы на все вопросы.

• анализ цепи
• ток
• короткое замыкание

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Если R2=0, то напряжение на R2 равно нулю, независимо от протекающего через него тока, V = I*R.

Ток, протекающий через любое конечное сопротивление R1 с тем же нулевым напряжением на нем, будет равен нулю, I=V/R.

Это идеальная схема . Если вам неудобно, что реальная схема не ведет себя так, то вы правы, но ваша схема слишком упрощена, чтобы показать «не совсем нулевое» сопротивление реального «короткого замыкания». Если вы замените идеализированное короткое замыкание с нулевым сопротивлением на 1 мОм или 1 мкОм, то на нем будет напряжение, и через R1 будет течь некоторый ток. FWIW, медный провод длиной 1 м с поперечным сечением 1 мм ² будет иметь сопротивление около 17 мОм при комнатной температуре. Конечно, если у вас есть возможность поиграть со сверхпроводниками, вы можете испытать реальное поведение R=0.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Проблема с уравнением $$i = \frac{V}{R_eq}$$ заключается в том, что оно является неопределенной формой, поскольку и \$V\$, и \$R_eq\$ имеют/стремятся к \$0\$.

\$V\$ равен \$0\$, потому что, поскольку резисторы подключены параллельно, \$V\$ на \$R_1\$ совпадает с \$V\$ на \$R_2\$. Применяя закон Ома к \$R_2\$:

$$V = i_2R_2$$

можно увидеть, что когда мы делаем \$R_2 = 0\$, \$V\$ становится \$0\$ (независимо от \ $i_2\$)

В случае \$R_{eq}\$ следует, что:

$$\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{ R_2}$$

Итак, вы можете видеть, что когда \$R_2\$ стремится к 0, \$\frac{1}{R_2}\$ стремится к бесконечности. Это означает, что \$\frac{1}{R_{eq}}\$ стремится к бесконечности, а значит, \$R_{eq}\$ стремится к \$0\$.

В качестве альтернативы, если вы возьмете:

$$R_{eq} = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$$

, вы также можете увидеть, что чем ближе \$R_2\$ к 0, тем ближе \$R_{экв}\$.

Из-за этого при попытке применить:

$$i = \frac{V}{R_{eq}}$$
Вы получаете неопределенное состояние, \$\frac{0}{0}\$, и поэтому вы не можете использовать это уравнение для определения \$i\$.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Между двумя вашими уравнениями нет разногласий. Первый утверждает, что ток через R1 равен нулю. Все хорошо и хорошо. Второй указывает, что ток через параллельную комбинацию R1 и короткого замыкания будет бесконечным. Это тоже хорошо, и включает ситуацию, в которой ток через R1 равен нулю, а ток через R2 бесконечен.

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Короткое замыкание в ленточном кабеле

\$\начало группы\$

Мои ленточные кабели создают периодические короткие замыкания, которые вызывают самопроизвольную перезагрузку моего микропроцессора Atmega328p.

Установка: 60-жильный ленточный кабель 0,05 производства 3M (давно, когда цены были более разумными, чем сегодня), разделенный для использования 34 проводников и обрезанный по длине острыми ножницами. 34-контактные соединители IDC производства Marvic International, предназначенные для концевой заделки ленточного кабеля диаметром .05. Разъемы обжимаются на концах кабелей с помощью обжимного инструмента типа Hilitand (включая желтую лодочку, удерживающую разъем). Кабель сложен над разъемом и применен компенсатор натяжения. Вставлен в 34-позиционный разъем для печатной платы, изготовленный On Shore Technology, вручную припаян к печатной плате, изготовленной ExpressPCB. Я не могу думать ни о чем другом, что могло бы иметь отношение к проблеме.

Проблема возникает даже при незначительном перемещении кабеля. Это происходит даже тогда, когда только один конец кабеля подключен к заголовку и даже когда только этот конец терминирован. Проблема НЕ возникает, когда я вынимаю кабель из разъема и покачиваю разъем или сгибаю плату. Я сделал все, что мог, чтобы убедиться, что проводники на концах кабеля не замкнуты (прижигал зажигалкой, очищал лезвием бритвы, делал конец кабеля на одном уровне с разъемом IDC). Я делал и переделывал кабельную сборку несколько раз. Я не вижу каких-либо сбоев в подаче питания на плату, которые видны на моем осциллографе, но я думаю, что микропроцессор должен обнаруживать состояние пониженного напряжения, потому что я не знаю, почему еще он мог бы перезагружаться.

1. Фото прилагается

2. Короткое замыкание не измерял. Я сделал вывод, что это должно быть проблемой, потому что простое сгибание кабеля провоцирует проблему. У меня нет способа измерить емкость, но сигналы, подаваемые на линии, находятся в диапазоне килогерц. Как я уже сказал, я закрыл разъем IDC стандартным инструментом и (о чем я не упомянул) проверил целостность всех проводников.

3. Плавающая булавка сброса была вдохновенной догадкой. Я жестко подключил его к контакту 10 на Arduino Uno, чтобы облегчить запись оборудования. Однако к нему также подключен подтягивающий резистор на 10 кОм. Так что, вероятно, не в этом причина. Проблема возникает с кабелями длиной около 15 дюймов и 36 дюймов. Я не знаю, что делать, чтобы проверить наличие электромагнитных помех.

4. Проблема возникает, даже если другой конец кабеля ни к чему не подключен. Сигналы на линиях представляют собой прямоугольные волны в диапазоне низких килогерц.

5. Для припайки компонентов к плате я использовал канифольный припой без отдельного флюса.

6. Я не знаю причину сброса. Предохранители запрограммированы так, что напряжение отключения составляет около 2 В; напряжение питания 5 В при коммерческом (NAEMATEK?) блоке питания и выключенном сторожевом таймере. Я думаю, что могу исключить таймер в любом случае, потому что иногда сбросы происходят очень быстро. Один из таймеров используется операционной системой Arduino для управления последовательным портом; Я не знаю, может ли другой таймер работать без моего ведома.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ: Вместо ленточного кабеля я прикрепил к разъему 34 перемычки. Вот, и вот, я могу спровоцировать перезагрузку, шевеля этими перемычками. Это говорит о том, что моя проблема заключается в том, как разъем подключен к плате. Вместо того, чтобы привязывать некоторые из выводов заголовка к внутренним слоям для питания и земли, возможно, мне следовало использовать поверхностные дорожки?

ЕЩЕ ДАЛЬНЕЙШЕЕ ОБНОВЛЕНИЕ: я замедлил сигналы до 1 Гц, надеясь устранить радиочастотные помехи. Нет радости.

• короткое замыкание
• ленточный кабель

\$\конечная группа\$

12

\$\начало группы\$

Возможно, вы захотите снять верхнюю часть ленточного разъема и проверить, как штырьки проткнули ленточный кабель.