Суть короткого замыкания электрической цепи. Напряжение (ЭДС) и ток при КЗ. При коротком замыкании

Суть короткого замыкания электрической цепи. Напряжение (ЭДС) и ток при КЗ.

Тема: что такое короткое замыкание в электроцепи, каковы последствия КЗ.

Про электрическое короткое замыкание слышали многие, но далеко не всем известна суть этого явления. Давайте же с этим разберемся. Итак, если вникнуть в само словосочетание «короткое замыкание», то можно понять, что происходит какой-то процесс, при котором замыкается нечто по короткому, а именно самому короткому пути протекания электрического тока (электрических зарядов в проводнике). Проще говоря, есть путь, по которому течет электричество, его ток зарядов. Это различные электрические цепи, проводники электроэнергии. Чем длиннее этот путь, тем больше преград нужно преодолеть зарядам, тем больше электрическое сопротивление этого пути. А из закона ома известно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока будет в нем (при определенном значении напряжения). Следовательно, на самом коротком пути, будет максимально возможный ток, а это путь будет коротким в случае замыкания концов самого источника питания.

В общем, у нас есть, к примеру, обычный автомобильный аккумулятор (в заряженном состоянии). Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на напряжение аккумулятора (12 вольт), то в результате прохождения тока определенной величины через эту лампу мы получим излучение света и тепла. Лампа имеет определенное электрическое сопротивление, которое и ограничивает силу тока, идущего по этой цепи. Чтобы намеренно сделать короткое замыкание нам просто нужно взять кусок провода и подсоединить его к концам выводов аккумулятора (параллельно лампе). У этого провода сопротивление очень мало, по сравнению с лампой. Следовательно и нет особого ограничения, которое бы препятствовало движению заряженных частиц. И как только мы замкнем такую вот цепь, получим наше КЗ. По проводу потечет сразу большое ток, который может просто раскалить и расплавить этот кусок провода.

В результате такого вот короткого замыкания будет возгорание проводника (его изоляции), вплоть до пожара, если этот проводник своим воспламенением переносит огонь на легковоспламеняющиеся вещи, что находятся поблизости. Кроме этого такое вот резкое, скачкообразное течение тока может быть вредным для самого аккумулятора. Он также в это время начинает нагреваться. А как известно аккумуляторы очень сильно не любят чрезмерного нагрева. Как минимум у них значительно после этого сокращается срок службы, а как максимум — выходят из строя и даже загораются и взрываются. Если такое короткое замыкание происходит, к примеру, с литиевым аккумулятором в телефоне (у которого нет электронной защиты внутри), в течении нескольких секунд происходит сильный нагрев, далее образуется пламя и взрыв.

Есть некоторые аккумуляторы, которые изначально рассчитаны на отдачу больших токов (тяговые аккумуляторы), но и у них полное короткое замыкание может привести к большим неприятностям. Ну, а что же происходит с напряжением во время короткого замыкания? Из школьной физики должно быть известно, что чем больше сила тока, тем большее падение напряжения на этом участке цепи. Следовательно, когда к источнику электропитания не подсоединено никакой нагрузки, на нем можно увидеть максимальное значение напряжения (это и есть ЭДС источника питания, его электродвижущая сила). Как только мы нагрузили этот источник питания, тут же появляется некое падение напряжения. И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Это мы рассмотрели вариант полного короткого замыкания, который происходит непосредственно на выводах источника питания. Да, вот, что еще стоит добавить про это. В случае аккумулятора будет происходит большая токовая нагрузка на внутренние части и химические вещества самого аккумулятора (электролит, пластины, выводы). В случае короткого замыкания на таких источниках питания как электрогенераторы токовая нагрузка ложится на обмотки этих генераторов, что приводит к ее чрезмерному нагреву и испорченности (ну и те цепи, что работают в генераторе после этой обмотки). Короткое замыкание на выводах различных блоков питания приводит к перегреву и выходу из строя самих электрических схем источников тока и вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание может случаться в самой электрической цепи проводки, схемы. В этом случае последствия также имеют крайне негативный характер. Но при этом сила тока уже будет, как правило, чуть меньше, чем в случае замыкания на выходе источника питания. К примеру, есть схема усилителя звука. Вдруг из-за плохой изоляции самих динамиков происходит короткое замыкание на звуковом выходе этого усилителя. В итоге, скорее всего выгорят выходные транзисторы, микросхемы, стоящей в последних каскадах усиления звука. Сам источник питания в этом случае может даже не пострадать, так как до него чрезмерная токовая нагрузка может не дойти. Думаю вы суть короткого замыкания уловили.

P.S. В любом случае явление электрического короткого замыкания приводит к плачевным последствиям. Для защиты от этого как правило применять обычные плавкие предохранители, автоматические выключатели, защитные схемы и т.д. Их задача заключается в быстром разрыве электрической цепи при резком увеличении силы тока. То есть, обычный предохранитель как бы является самым слабым звеном во всех электрической цепи. Как только сила тока резко возросла плавкая вставка просто плавится и разрывает цепь. Это в большинстве случаев приводит к тому, что прочие другие цепи в схеме остаются не поврежденными.

electrohobby.ru

Что делать при коротком замыкании. Устранение последствий

Немалая часть пожаров в жилых домах происходит именно вследствие короткого замыкания и других неисправностей электропроводки. Узнайте, как устранить последствия аварии.

Устранение последствий короткого замыкания

После того как произошло замыкание, важная задача – поиск места аварии. Для этого можно выбрать один из нескольких методов или использовать все их поочередно. Наиболее очевидный способ – визуальный осмотр наружных элементов электрической системы, в ходе которого ищут поврежденную или обгорелую оболочку проводов и розеток. Разумеется, о проблемах «расскажут» дым и запахи опаленной пластмассы. Также при осмотре стоит прислушиваться. Звуки легкого потрескивания могут означать появление разрывов. Они, кстати, помогут в выявлении проблем и для скрытой проводки.

Читайте также: Основы дел электрических: в помощь начинающим электрикам

Измеряем сопротивление

Если же все наружные и видимые визуально элементы системы целы, понадобится применение электроизмерительных приборов. Например, можно использовать мультиметр (устройство для определения силы тока, напряжения и сопротивления). Его надо вставить в розетку и проверить значение сопротивления на участке. В нормально работающей сети оно должно быть равным нулю. Превышение показателя свидетельствует о соединении контактов. Также есть возможность выявить проблему методом исключения. Для этого применяют индикатор напряжения (отвертку-тестер), поочередно включая ее в розетки. В месте разрыва устройство работать не будет. Вместо индикатора можно использовать электроприбор небольшого размера (например, бритву).

Проверяем автоматический выключатель

Правда, почти все варианты проверки действенны только в том случае, когда в доме по-прежнему есть электричество. Чаще всего после короткого замыкания срабатывает автоматический выключатель или автомат защиты (а в старых системах «выбьет» пробки). Тогда придется полагаться только на визуальную проверку. Возобновлять подачу энергии до выполнения ремонта нельзя. Более того, если автоматического отключения не произошло, то после выявления места аварии нужно обесточить дом самостоятельно. И лишь потом проводить ремонтные работы.

Читайте также: Электроснабжение коттеджа. Защитное оборудование

Замена проводки

Результирующая мера по устранению последствий короткого замыкания – удаление поврежденных участков проводов, розеток и выключателей, их замена, косметический ремонт окружающих участков стен или потолка. При этом старую проводку лучше обновить полностью во всем контуре, а вот розетки и выключатели можно заменять лишь частично (те, что были повреждены).

Важно! Воду использовать нельзя

Если произошло возгорание, то тушить пожар надо при отключенной системе энергоснабжения и только из огнетушителя. Воду для этой цели применять не следует. А вот песок использовать можно, причем даже в том случае, если проводку не получается обесточить.

superdom.ua

При коротком замыкании сила тока

Энергетика При коротком замыкании сила тока
просмотров - 1176

Короткое замыкание.

Коротким замыканием (к.з.) называют такой режим работы источника электрической энергии, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Короткое замыкание возникает при соединении между собой проводов, связывающих источник электрической энергии с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю. Короткое замыкание может происходить и при повреждении изоляции проводов.

Возможные схемы к.з.

Или

I =

Ввиду того, что внутреннее сопротивление источника r 0 обычно очень мало, и сопротивление амперметра почти равно 0, сила тока в цепи возрастает до весьма больших значений.

Короткое замыкание является аварийным режимом, т.к. возникающий при этом большой ток может привести в негодность, как сам источник, так и включённые в цепь приборы, аппараты и провода. Лишь для некоторых специальных типов генераторов, к примеру сварочных, к.з. не представляет опасности и является нормальным рабочим режимом. Это делается в тех случаях, когда крайне важно получить от генератора возможно больший ток. Высокое внутреннее сопротивление генератора ограничивает ток, и он не достигает значений, опасных для генератора

Пример:

В цепь с напряжением 220В включён электрический приёмник сопротивлением 109 Ом. Электрическое сопротивление проводов 1 Ом. Найти силу тока в этой цепи при рабочем режиме и при режиме к.з.

Короткое замыкание

Более половины всех коротких замыканий, заканчивающихся пожаром, происходит в жилых домах, а наиболее подвержены коротким замыканиям внутридомовая электропроводка и воздушные электровводы в здания.

Короткое замыкание - это непредусмотренное нормальным режимом работы замыкание между фазами.

Короткие замыкания в электропроводах чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механических повреждений, старения изоляции, воздействия на нее влаги и агрессивных сред. При возникновении короткого замыкания общее сопротивление в электрической сети уменьшается, это приводит к увеличению тока по сравнению с нормальными условиями работы. Токи короткого замыкания могут достигать сотен ампер, при этом в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла, температура резко повышается.

Количество выделяющейся теплоты пропорционально квадрату силы тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличивается в 20 раз, то выделяющееся при этом количество тепла возрастает в 400 раз: Если режим короткого замыкания продолжается несколько секунд (10-20), может загореться изоляция проводив. Причем воспламенение изоляции происходит одновременно на всем протяжении аварийного участка. От воспламенившейся изоляции проводов загораются расположенные рядом горючие предметы и вещества.

При коротком замыкании образуются разлетающиеся расплавленные частицы металла, температура которых составляет 2050°-2700°С, и которые способны поджечь практически любой сгораемый материал. Профилактикой КЗ служит правильный выбор, монтаж и эксплуатация электроустановок. Все электрооборудование должно соответствовать особенностям окружающей среды, величине тока и напряжению, мощности нагрузки. Эксплуатация электрооборудования требует регулярных планово-предупредительных ремонтов и замера сопротивления изоляции проводов.

Для предохранения от КЗ служат аппараты защиты. Это быстродействующие автоматы и плавкие предохранители. Они отключают от электропитания неисправный участок до наступления опасных последствий короткого замыкания.

Термические ожоги второй-третьей степени получила молодая женщина, ее двухлетний сын и. маленький племянник при пожаре, происшедшем в их квартире 12 декабря 2000 года. От короткого замыкания электропроводки в прихожей загорелась одежда на вешалке. Женщина, испугавшись, схватила детей в охапку и выскочила на улицу через горящий коридор. По мнению врачей, они могли пострадать еще больше, замешкайся молодая мама хоть немного.

Последствия короткого замыкания электропроводки

ohrana-bgd.ru

Понятия, причины воникновения короткого электро замыкания и перегрузки

Короткое замыкание (сокращено КЗ) — это электрическое соединение между собой двух проводов фазы и ноля для 220 В или разноименных фаз между собой или с нулем не предусмотренные конструкцией электрической цепи или электроприборов, которое нарушает нормальную работу электросети.

Короткое замыкание возникает по причине нарушения изоляции электрических проводов, кабелей или токоведущих элементов в электроприборах, а также при механическом касании не изолированных элементов, поэтому важно всегда оголенные концы электропроводки изолировать отдельно друг от друга с использованием изоленты или электрических сжимов с электроизоляционным корпусом, т.е не проводящим электрический ток .

При возникновении короткого замыкания в электрической цепи мгновенно и многократно вырастает значение сила тока, приводящее к высокому тепловыделению, в результате которого происходит плавление электрических проводов с возникновением возгорания электропроводки и распространением пожара в помещении, где произошло КЗ.В результате короткого замыкания нарушается нормальное функционирование не только в вашей квартире, но и у соседей- из-за падения питающего напряжения, что часто приводит к поломке электроприборов и бытовых техники.

В квартирах с 220 В возникает только однофазное замыкание (замыкание фазы на нулевой проводник или на землю), а в некоторых частных домах или гаражах с трехфазным вводом на 380 Вольт- могут возникнуть гораздо более опасное двухфазное (замыкание двух фаз между собой+ на «Землю») или трёхфазное (замыкание трех фаз между собой + на «Землю»)

В электрических двигателях и аппаратах в случае поломки также возможны внутренние короткие замыкания:Например межвитковые , которые возникают при замыкании между собой витков обмоток в статоре или ротора электродвигателя или между витками в обмотке трансформатора.

А если электроприбор имеет металлический корпус, то возможен пробой изоляции и замыкании на металлический корпус. В этом случае человека защитит от удара электрическим током только «Заземление» корпуса.

Внимание провода в полиэтиленовой и, особенно в резиновой оболочке больше склоны к возгоранию. Поэтому Я как профессиональный электрик много лет, занимающийся электромонтажом в Минске настоятельно рекомендую использовать в квартирах, домах, гаражах и т. для прокладки скрыто под штукатуркой кабель марки ВВГ Нг, с не горючей изоляцией, а открыто по несгораемому основанию более дорогой кабель- ВВГ Нг Ls, который даже не дымит при КЗ.

Перегрузка электросети в доме гараже или квартире нередко встречается в быту и также очень опасна и является аварийным случаем. И как показала практика более опасна, чем токи КЗ. Потому что электропроводка надежно защищена автоматом или откалиброванной пробкой.

токи перегрузки

Причиной возникновения перегрузки служит подключение, включение большого количества электроприборов на одну группу электрических розеток или повреждения потребителей электричества, при и котором суммарный ток, проходящий по электрическому кабелю или проводам превышает номинальное значение, на которое они рассчитаны. Для дома или квартиры, где в основном проложены кабеля или провода сечением 1.5 квадратных миллиметров номинальный ток должен быть не выше 16 Ампер или не более 3.5 Киловатт.

Важно знать и применять в практике только выключатели или розетки для подключения электроосвещения или электрооборудования с не менее значениями напряжения и тока, указанными на корпусе электрической розетки или выключателя. Например, на розетке написано «10 А; 250 В», что означает она рассчитана на однофазную сеть 220 Вольт, а максимальное значение тока, проходящего через розетку, не должно быть выше 10 Ампер или, примерно по мощности не более 2 Киловатт. В такую розетку нельзя включать мощный электроприбор например с мощностью 2.5-3 Киловатта, что приведет к выгоранию контактов розетки.

Помните! От короткого замыкания и, особенно токов перегрузок, а значит и возникновения возгорания- надежно защищает правильно подобранный и исправный автомат или пробка.

Нередко в домашней электропроводке встречаются утечки тока из электрического кабеля или проводов на «Землю». Подробно о них и о том, как надежно защититься от них читайте в нашей статье: Что такое УЗО?

jelektro.ru

Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора

В условиях эксплуатации короткие замыкания обычно возникают внезапно в результате различного рода аварий в электрических сетях. При этом в трансформаторе происходит переходный процесс, сопровождающийся большими значениями токов в обмотках. Анализ переходного процесса позволяет при внезапном коротком замыкании оценить уровень этих токов в зависимости от различных влияющих факторов.

Ограничимся рассмотрением процесса короткого замыкания однофазного трансформатора, работавшего до этого в режиме холостого хода (рис. 2.50). Примем допущение, что напряжение сети не зависит от режима работы трансформатора, а также будем полагать, что магнитопровод трансформатора во время короткого замыкания не насыщен, поскольку поток взаимоиндукции Ф при коротком замыкании снижается почти вдвое из-за сильного размагничивающего действия токов вторичной обмотки (см. п. 2.5.2). Это допущение позволяет пренебречь током намагничивания и положить в основу расчета тока внезапного короткого замыкания упрощенную схему замещения (рис. 2.51). Процессы в этой схеме описываются линейным дифференциальным уравнением

. (2.31)

Решение данного уравнения имеет вид

. (2.32)

Установившаяся составляющая представляет собой частное решение уравнения (2.31):

а свободная составляющая определяется из однородного дифференциального уравнения

Для нахождения постоянной интегрирования С зададим начальные условия в момент возникновения короткого замыкания: . Подставляя это условие в (2.32), получим

Отсюда . С учетом полученных соотношений выражение для тока короткого замыкания можно представить в виде

. (2.33)

Выражение (2.33) показывает, что свободная составляющая тока короткого замыкания имеет максимальное значение при и . При этих условиях ударное значение тока короткого замыкания почти в два раза превышает его установившееся значение.

Изменение тока для случая показано на рис. 2.52. Ток короткого замыкания достигает максимального значения через полпериода после начала аварии,

Ток можно выразить через напряжение короткого замыкания трансформатора,

а коэффициент затухания через его составляющие,

Для силовых трансформаторов ; . При этих параметрах максимальный ток короткого замыкания может достигать значений

Действие этого тока выражается в увеличении нагрева обмоток и в значительном возрастании электромагнитных сил, действующих на обмотки. В современных энергосистемах применяют быстродействующую релейную защиту, отключающую аварийный участок за . За это время трансформатор не успеет нагреться до предельно допустимой температуры.

Более опасным является действие электромагнитных сил. Происхождение этих сил обусловлено взаимодействием поля рассеяния обмоток трансформатора с током, протекающим по этим обмоткам. Сила, приходящаяся на единицу длины проводника, определяется произведением индукции поля рассеяния на ток:

В нормальных режимах эта сила невелика. Например, при токе и индукции сила . Такая сила не представляет опасности для проводника. Во время короткого замыкания произведение возрастает пропорционально квадрату тока, поэтому электромагнитные силы превышают их значения в рабочих режимах в сотни раз. Эти силы пульсируют с частотой 100 Гц, вызывая вибрацию и деформацию обмоток. При механических напряжениях, превышающих , деформации становятся необратимыми и обмотка разрушается.

Короткое замыкание - «Энциклопедия»

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ, соединение точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией электроустановки и нарушающее её нормальную работу. Короткое замыкание возникает при повреждениях электрической изоляции (вследствие износа, электрического пробоя и т.п.) и соединения токопроводящих частей установок друг с другом или с заземлёнными поверхностями либо при механическом соприкосновении неизолированных элементов цепи (например, электрических проводов). Коротким замыканием называют также состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания. В трёхфазных системах различают короткое замыкание однофазное (фазы на землю), двухфазное (2 фазы между собой), двухфазное на землю (2 фазы между собой и одновременно на землю), трёхфазное (3 фазы между собой). В электрических машинах и аппаратах возможны короткие замыкания между витками обмоток (межвитковое короткое замыкание), замыкание обмоток на металлический корпус и др.

Короткое замыкание представляет опасность для электрических установок, так как вызывает резкое увеличение силы тока (до сотен тысяч А), что нередко приводит к механическим и термическим повреждениям. Кроме того, в месте короткого замыкания часто возникает электрическая дуга, причиняющая разрушения. Процесс изменения тока при замыкании имеет сложный характер. С момента возникновения короткого замыкания ток быстро растёт и приблизительно через полпериода (0,01 с при частоте 50 Гц) достигает максимальной величины (так называемый ударный ток), после чего постепенно (в течение 4-5 с) переходит в синусоидальный ток установившегося режима, который значительно меньше ударного. Затухание тока короткого замыкания во времени происходит главным образом благодаря рассеянию электромагнитной энергии в виде теплоты, выделяющейся в элементах цепи. В электрической системе при коротком замыкании понижается напряжение у потребителей электроэнергии; в трёхфазных системах появляется асимметрия напряжений, частично или полностью нарушающая нормальное электроснабжение. Короткое замыкание может вызвать нарушение динамической устойчивости электрической системы и, как следствие этого, тяжёлые системные аварии. При коротком замыкании на землю проводов воздушных ЛЭП в окружающем пространстве возникает сильное электромагнитное поле, наводящее в близко расположенных линиях связи эдс, опасную для обслуживающего персонала и аппаратуры. При растекании тока от точки короткого замыкания на поверхности земли могут возникать опасные для жизни человека разности потенциалов (шаговое напряжение).

Для предотвращения опасных последствий короткого замыкания принимаются специальные меры, направленные на уменьшение силы тока короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение повреждённых участков электрической сети (установка токоограничивающих электрических реакторов, секционирование сети, применение автоматических выключателей, устройств релейной защиты и др.).

Лит.: Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М., 1970; Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. 4-е изд. М., 1985.

В. П. Васин.

knowledge.su

Суть короткого замыкания электрической цепи. Напряжение (ЭДС) и ток при КЗ. При коротком замыкании