Короткое замыкание (short-circuit) — это случайный или преднамеренно созданный проводящий путь между двумя или более проводящими частями, вызывающий уменьшение разности электрических потенциалов между этими проводящими частями до нуля или значения, близкого к нулю (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).
Харечко Ю.В. в своей книге [2] дополняет:
« Короткое замыкание характеризуется током короткого замыкания, который может многократно превышать значение номинального тока электрической цепи и допустимые длительные токи ее проводников. Даже кратковременное воздействие тока короткого замыкания на элементы электроустановки здания может вызвать их возгорание и явиться причиной пожара в здании. Поэтому в электроустановках зданий всегда проводят мероприятия, направленные на снижение вероятности возникновения короткого замыкания, а также выполняют защиту от короткого замыкания с помощью устройств защиты от сверхтока – автоматических выключателей и плавких предохранителей. »
Причины возникновения короткого замыкания.
Харечко Ю.В. в своей книге [2] описывает причины возникновения короткого замыкания следующим образом:
« Короткое замыкание обычно возникает в условиях единичного или множественных повреждений изоляции каких-то проводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. Эти проводящие части замыкаются друг на друга, образуя между собой электрические контакты с ничтожно малыми переходными сопротивлениями. Такие короткие замыкания обычно возникают из-за случайных повреждений изоляции проводящих частей. »
« В электроустановках зданий могут происходить однофазные короткие замыкания, когда замыкаются фазный и нейтральный проводники, двух- и трехфазные короткие замыкания, когда замыкаются два или три фазных проводника. В условиях повреждений возможно также короткое замыкание на землю, когда части, находящиеся под напряжением, замыкаются на открытые и сторонние проводящие части, а также защитные проводники. Если подобное короткое замыкание на землю происходит в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN‑S, TN‑C или TN‑C‑S, ток замыкания на землю может быть равен току однофазного короткого замыкания. »
В качестве примера, на рисунке 1 показан путь протекания тока замыкания на землю Iз для распространенной системы TN-C-S, который возник при коротком замыкании между фазным и нейтральным проводниками в электроустановке здания. При этом, максимальное значение тока замыкания на землю в системе TN-C-S равно току однофазного короткого замыкания между фазным и нейтральным проводниками.
Короткое замыкание также может быть результатом действий, совершаемых персоналом при монтаже и эксплуатации электроустановки здания, когда по ошибке соединяют между собой проводящие части, которые в нормальных условиях находятся под разными электрическими потенциалами. Например, ошибочное электрическое соединение между собой фазного и нейтрального проводников или двух фазных проводников разных фаз какой-то электрической цепи переменного тока, полюсного и среднего проводников или двух полюсных проводников электрической цепи постоянного тока неминуемо приводит к короткому замыканию.
ФИЗИКА 8 класс : Короткое замыкание | Видеоурок
Частные виды коротких замыканий.
В стандарте МЭК 60909‑0 [3] также определены следующие термины, характеризующие частные виды короткого замыкания:
- короткое замыкание между линиями – случайный или преднамеренный проводящий путь между двумя или более линейными проводниками с присоединением к земле или без него;
- короткое замыкание линии на землю – случайный или преднамеренный проводящий путь в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с нейтралью, заземленной через полное сопротивление, между линейным проводником и локальной землей.
В электрических системах переменного тока первому термину соответствует термин «двухфазное короткое замыкание», посредством которого идентифицируют замыкание между двумя фазными проводниками разных фаз. Применительно к электрическим системам постоянного тока применяют термин «двухполюсное короткое замыкание», с помощью которого определяют замыкание между двумя полюсными проводниками. Аналогом второго термина является термин «короткое замыкание на землю».
Короткое замыкание с точки зрения физики
Электрические цепи всегда рассчитаны на определённую силу тока. Если по этой или иной причине сила тока в электрической цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться.
Причиной значительного увеличения силы тока в электрических цепях может быть или одновременное включение мощных потребителей электрического тока, например, электрических плиток, или короткое замыкание.
« Коротким замыканием называют соединение концов участка электрической цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка электрической цепи. »
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте электропроводки под электрическим током или при случайном соприкосновении с открытыми контактами.
Электрическое сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в электрической цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в электрические цепи включают предохранители.
Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Они защищают электроприборы от выхода из строя при перегрузках в электрической цепи.
Предохранители устанавливают на входе электроприборов, радиоприборов и электроустановок.
Что такое короткое замыкание (КЗ)
Электрический скат плавает в океане и не устраивает КЗ, вполне обходясь без знания закона Ома. Нам же для понимания природы и причин короткого замыкания этот закон просто необходим. Так что, если вы еще не успели, читаем про закон Ома, силу тока, напряжение, сопротивление и прочие прекрасные физические понятия.
Теперь, когда вы все это знаете, можно привести определение короткого замыкания из физики и электротехники:
Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, не предусмотренное нормальным режимом работы цепи и приводящее к критичному росту силы тока в месте соединения.
КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины, выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Почему это происходит? Детально разберем, что творится в цепи при коротком замыкании.
Возьмем самую простую цепь. В ней есть источник тока, сопротивление и провода. Причем, сопротивлением проводов можно пренебречь. Такой схемы вполне достаточно для понимания сути КЗ.
В замкнутой цепи действует закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Иначе говоря, чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.
Точнее, для нашей цепи закон Ома запишется в следующем виде:
Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока, а греческая буква эпсилон обозначает ЭДС источника.
Что понимают под силой тока короткого замыкания? Если сопротивления R в нашей цепи не будет, или оно будет очень маленьким, то сила тока увеличится, и в цепи потечет ток короткого замыкания:
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Виды коротких замыканий и их причины
В быту короткие замыкания бывают:
- однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
- двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
- трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.
Например, утром в воскресенье ваш сосед за стенкой соединяет фазу и ноль в розетке, включив в нее перфоратор. Это значит, что цепь замыкается, и ток идет через нагрузку, то есть через включенный в розетку прибор.
Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.
Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.
Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.
Короткое замыкание
При работе реальной электрической цепи иногда происходит так, что указанные условия не выполняются. В этом случае говорят о режиме короткого замыкания.
Короткое замыкание означает, что в цепи возникает непосредственное соединение точек с разными (в нормальных условиях) потенциалами. Либо сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Какие особенности имеет режим короткого замыкания?
Во-первых, замыкание двух точек цепи означает, что в таком режиме обе точки имеют один и тот же потенциал. Следовательно, по закону Ома на всём участке цепи между этими точками сила тока принимает нулевое значение.
Получается, что весь этот участок цепи «исчезает» и прекращает работу. Такая ситуация в абсолютном большинстве случаев является аварийной для цепи.
Во-вторых, если при коротком замыкании сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника (которое также очень невелико), это приводит к резкому возрастанию потребляемого тока до очень больших значений.
В самом деле, закон Ома для полной цепи гласит:
В обычных условиях в этой формуле величина $r$ очень мала и составляет доли ома. Если сопротивление цепи $R$ становится ещё меньше, то ток через цепь $I$ многократно увеличится. Для идеального источника ЭДС $r rightarrow 0$, и при коротком замыкании $Rrightarrow 0$, следовательно, $I rightarrow ∞$, ток короткого замыкания стремится к бесконечности.
При этом вся максимальная мощность источника ЭДС начинает выделяться на малом сопротивлении проводника, создавшего короткое замыкание, и на внутреннем сопротивлении источника, а это может привести к пожару.
Защита от короткого замыкания
Режим короткого замыкания практически всегда является аварийным режимом работы электрической цепи, чреватым пожарами. Поэтому при проектировании электрооборудования в нём обязательно применяются специальные элементы защиты.
Такие элементы могут иметь разную конструкцию, но по принципу работы они делятся на два типа: токоограничение и полное отключение.
Токоограничивающие элементы служат для того, чтобы ток короткого замыкания возрастал в пределах допустимых значений. Такие элементы чаще всего позволяют сохранить частичную работу цепи.
Отключающие элементы предназначены для полного отключения электричества от цепи с коротким замыканием. Это более безопасно по сравнению с токоограничением, однако цепь после отключения полностью прекращает работу.
Как можно предотвратить короткое замыкание?
Для этого в цепях устанавливают специальные предохранители.
Самые простые предохранители делают из легкоплавкого материала. В случае сильного увеличения силы тока этот материал плавится или сгорает и размыкает цепь задолго до того, как цепи произойдут более серьезные последствия. Пожертвовавшего собой маленького героя заменяют новым.
Автоматические предохранители устроены так, что в случае появления высокого тока короткого замыкания мгновенно срабатывает электромагнитный расцепитель, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя. Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, нужно просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.
Ваши комментарии:
2017-06-11 11:29:15
Металлика, а почему ты считаешь, что напряжение вообще меняется? Оно как подается постоянным 220 В, так продолжает таким оставаться. Поэтому если падает сопротивление, увеличивается сила тока. Нет?
2017-06-08 18:42:42
Не могу въехать, что происходит с напряжением в цепи в этот момент. Говорят что оно становится минимальным, но почему? Я нигде не могу найти объяснения этому.
2016-04-28 17:15:07
Непонятное,так и осталось непонятным.Кон можно избежать короткого замыканиятпри пробитии цепи током намного(на два порядка более высокого и более)напряжен он,тем более,происход в микросекунды .Конечно,при условии,что такие предохранители вообще существуют.
Однофазные короткие замыкания
На практике в большинстве случаев происходят однофазные короткие замыкания. В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы с землей режим не является коротким замыканием и бесперебойность электроснабжения не нарушается, но он должен быть отключен, так как соответствует аварийному состоянию. При замыкании одной фазы на землю в данной сети напряжения на двух других фазах повышаются в 1,73 раза, а напряжение на нулевой точке становится равным фазному напряжению относительно земли.
Будет интересно➡ Акселерометр: что это и зачем нужен?
В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении провода с землей сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при этом электроснабжение нарушается, а при сгорании предохранителя могут повредиться обмотки двигателей при работе на двух фазах.
[stextbox в любой части электропроводки или электроприбора (лампочки, утюга и т. д.) нарушится изоляция и фазный провод коснется нулевого, произойдет короткое замыкание. [/stextbox]
Поскольку между замкнувшимися проводами нет никакой нагрузки, иначе говоря, электрическое сопротивление места контакта практически равно нулю, ток через контакт начнет расти до тех пор, пока не расплавятся провода, что, в частности, может привести к пожару. Для защиты от короткого замыкания и служат предохранители.
Простой (в виде «пробки») предохранитель — это включенная в фазный провод легкоплавкая вставка, которая при росте тока сгорит и разомкнет цепь задолго до того, как произойдут более серьезные неприятности. Конструктивно предохранитель выполнен так, что эта микрокатастрофа не приводит к порче предохранительной колодки. Пожертвовавшую собой маленькую героиню выбрасывают и заменяют следующей.
Защита от токов короткого замыкания
Как мы выяснили, токи КЗ весьма опасны, прежде всего с точки зрения пожарной безопасности. Поэтому необходимо построить защиту от токов короткого замыкания, то есть установить в щите автоматические выключатели. Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока КЗ приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя.
[stextbox того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, необходимо просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.[/stextbox]
Правила монтажа электропроводки предусматривают расчет нагрузки и токов, идущих через автоматы защиты. Понятно, что предохранитель должен срабатывать при значениях тока, выбранных с солидным запасом. Иначе случайные небольшие колебания напряжения в сети (а следовательно, и тока) будут приводить к постоянному ложному срабатыванию защиты. С другой стороны, запас не должен быть и слишком велик, чтобы действия тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.
Автоматический предохранитель защищает внутреннюю и внешнюю сеть
Заметим, что автоматические предохранители, установленные в начале каждой домовой линии (рабочей группы), защищают от короткого замыкания не только домовую сеть, но и наружную. В самом деле, если бы их не было, то аварийное короткое замыкание привело бы к выходу из строя трансформаторной подстанции, а вернее, электрического силового щита более высокого уровня, так что электричества лишилось бы значительное количество пользователей, да и без вызова аварийной службы было бы не обойтись. А при наличии «автомата» достаточно включить его после срабатывания (удалив, конечно, причину короткого замыкания).
[stextbox понятна и необходимость нескольких линий в доме: если одна линия вылетела, в запасе есть другие. Кстати, отсюда вывод: удобно, если от каждой рабочей группы питается лампочка аварийного освещения в районе счетчика или аварийная розетка, в которую можно включить переносную лампу.[/stextbox]
§ 56. Короткое замыкание. Предохранители
Электрические цепи всегда рассчитаны на определённую силу тока. Если по этой или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться.
Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание.
Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.
Короткое замыкание (рис. 89) может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении с открытыми контактами.
Рис. 89. Короткое замыкание в электропроводке
Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители.
Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Они защищают электроприборы от выхода из строя при перегрузках в электрической сети.
Предохранители устанавливают на входе электрических и радиоприборов и установок. Они обычно изготавливаются из медной проволоки, покрытой оловом. Если сила тока превысит допустимое значение, то проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой.
Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями. Внешний вид такого предохранителя показан на рисунке 90.
Рис. 90. Плавкий предохранитель
Предохранители, применяемые в квартирной проводке, располагают на специальном щитке, устанавливаемом у самого ввода проводов в квартиру (рис. 91). В каждый из проводов последовательно включают отдельный предохранитель.
Рис. 91. Современный квартирный щиток с предохранителями
На рисунке 92 изображён предохранитель, действие которого основано не на плавлении, а на тепловом расширении тел при нагревании.
Рис. 92. Предохранитель
При возникновении неисправности в цепи это устройство отключается автоматически.
Слайд 6Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому, следуя закону Ома,
в цепи возникает большая сила тока, провода при этом сильно
нагреваются и становятся причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители.
Слайд 7Условное обозначение предохранителя на электрической схеме: Существуют разные виды предохранителей. 1. Самый
простой вид — плавкая вставка. Она применяется, например, в бытовой
радиоаппаратуре. Главная часть — проволочка из легкоплавкого металла, с толщина которой рассчитана на определенный ток. При коротком замыкании проволочка плавится и размыкает цепь. 2. В жилых домах стоят предохранители — пробки. Они более мощные и рассчитаны на большие токи. Есть такое выражение «перегорели пробки». Перегоревшую пробку меняют на новую. 3. В настоящее время в домах стоят современные автоматы — предохранители другой конструкции, но принцип действия остается прежним: не допустить опасный по величине ток!
