Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Электротехнические средства защиты

Защитить электрическую цепь от КЗ помогают различные типы предохранителей. Наиболее простыми считаются плавкие предохранители одноразового действия, различающиеся по внешнему виду. Они выступают в качестве наиболее слабого звена и в случае аварии срабатывают, разрывая цепь и защищая вверенный участок. Жертвуя собой, эти компоненты предотвращают разрушение и выход из строя других, более важных приборов от действия высоких температур, образовавшихся из-за резкого увеличения силы тока.

Плавкие предохранители для защиты от короткого замыкания выпускаются в широком ассортименте и могут работать с напряжением 600-35000В и силой тока от нескольких миллиампер до 1 тысячи ампер. Конструкция у всех одинаковая, состоит из плавкой вставки, контакта, дугогасящей среды или устройства для гашения дуги. Все элементы размещаются в общем корпусе. Срабатывание предохранителя происходит следующим образом. Вначале вставка нагревается до температуры плавления, после чего она расплавляется и испаряется. Одновременно возникает электрическая дуга, которая быстро гасится в изоляционном промежутке. После этого цепь в электроустановках оказывается полностью разорванной.

Обеспечить нормальную защиту можно лишь соблюдая определенные условия:

  • Времятоковая характеристика предохранителя должна быть ниже этого показателя на защищаемом участке.
  • Срабатывание происходит за минимальный промежуток времени.
  • Защитный элемент должен обладать высокой отключающей способностью.
  • Простая конструкция, позволяющая быстро заменить сгоревшую плавкую вставку.

Кроме одноразовых, существует автоматический предохранитель, проводящий ток в нормальном состоянии, и отключающий его в случае отклонений от нормы. Он устанавливается в начале линии и обеспечивает защиту электрооборудования от перегрузок, коротких замыканий и пониженного напряжения. Основным плюсом этих устройств считается их многоразовое использование в течение продолжительного времени.
Более серьезная защита от короткого замыкания, получившая широкое распространение, представлена автоматическим выключателем он же автомат. Все компоненты устройства помещены в корпус из диэлектрического материала. Для включения и выключения прибора предусмотрен выключатель-рычажок. Подключение проводов осуществляется через винтовые клеммы. Автомат коммутирует электрическую цепь с помощью подвижного и неподвижного контактов.

К подвижному контакту подводится пружина, обеспечивающая быстрое расцепление. Сами контакты разъединяются за счет действия электромагнитного или теплового расцепителя. Первое устройство срабатывает практически мгновенно, сердечник втягивается, когда ток превышает заданное значение. Тепловой расцепитель является биметаллической пластиной, нагревающейся под действием тока. Далее, она сгибается и производит разъединение контактов. Величина тока срабатывания устанавливается с помощью регулировочного винта.

Все про короткое замыканиеВсе про короткое замыкание

Режим короткого замыкания

Что такое ток короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Формула тока короткого замыкания

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Причины возникновения короткого замыкания

Общее понятие короткого замыкания и его связь с силой тока

Любое подключение устройства потребления электроэнергии можно считать коротким замыканием. При этом само изделие является сопротивлением и всю нагрузку принимает на себя. Таким образом осуществляется штатная работа электроприбора. Но если сопротивление по какой-либо причине будет уменьшаться (стремиться к нулю), то сила тока будет возрастать. Из школьной программы всем известен закон Ома, который определяет взаимосвязь ЭДС (электродвижущей силы или напряжения), величиной тока и сопротивлением.

Сила тока при коротком замыкании участка цепи

Формула, по которой можно вычислить силу тока при коротком замыкании имеет следующий вид:

I=U/R,

  • -I – величина тока (его сила);
  • U – разность потенциалов (напряжение сети);
  • R – электрическое сопротивление.

Это упрощенная формула и она верна для участка цепи

При этом подразумевается, что проводники однородные, а в цепи присутствует резистор (сопротивление), но не принимается во внимание сам источник тока

Для полной сети формула будет иметь несколько усложненный вид, но в нашем случае для понимания сущности короткого замыкания в электрической цепи и его влияния на нее, это не принципиально.

Возвращаясь к формуле можно заметить, что при уменьшении сопротивления, сила тока будет возрастать. Казалось бы, что в этом нет ни чего страшного, если б в свое время Джоуль и Ленц не вывели закон, названный их именем. На основе своих опытов они пришли к заключению что при протекании электрического тока по проводнику выделяется тепло. Причем эта связь имеет не только количественную, но и временную характеристику. Кратко суть закона состоит в следующем – чем выше сила тока, тем большее количество тепла будет выделяться за единицу времени.

Сила тока при коротком замыкании источника питания

Любой источник тока, такой как батарея или аккумулятор состоит из отрицательного (анода) и положительного (катода) контакта разделенных жидким или твердым электролитом. Под действием химической реакции происходит формирование электрического заряда, который при замыкании на устройство потребления обеспечивает его функционирование. В упрощенном варианте батарею можно рассматривать как участок цепи для которого будут действовать вышеприведенные правила.

Причиной замыкания электродов по короткому пути, как правило, является нарушение изоляционного слоя. При этом сила тока многократно возрастает с выделением тепла, что приводит к перегреву и разрушению источника электроэнергии. При использовании жидкого электролита, как например, в большинстве автомобильных аккумуляторов. Это может привести к закипанию жидкости и разрушению корпуса.

Мощность — короткое замыкание

Отключение предельных для данного выключателя мощностей короткого замыкания обычно происходит на станциях или подстанциях, питаемых от мощного источника энергии, при наличии на шинах нескольких линий, соединяющих их с другими подстанциями.

На питающем конце линии, где мощность короткого замыкания направлена от шин в линию, реле мощности срабатывает и останавливает передатчик своего комплекта, подает плюс к контактам блокирующего реле Б и ток в его рабочую обмотку, подготавливая, таким образом, защиту действию. Однако цепь отключения защиты остается разомкнутой контактами блокирующего реле, в тормозную обмотку которого поступает блокирующий ток с противоположного конца линии. На противоположном ( ближнем к месту повреждения) конце линии мощность короткого замыкания направлена к шинам, поэтому реле мощности на этом конце линии не действует, разрешая реле П запустить передатчик, который посылает блокирующий ток высокой частоты. Этот ток, принятый и выпрямленный приемниками обоих постов, поступает в тормозные обмотки блокирующих реле Б и не позволяет им действовать. Благодаря этому предотвращается срабатывание защиты на питающем конце линии и дополнительно осуществляется блокировка защиты на приемном конце линии, цепь отключения которой уже разомкнута контактами реле мощности. Таким образом, при внешнем коротком замыкании блокирующий высокочастотный импульс посылается только с того конца линии, где контакты реле мощности разомкнуты, что и обеспечивает селективность зашиты.

Рекомендуемые компоновки.

Значение, до которого целесообразно снижать мощность короткого замыкания на шинах 6 — 10 кВ, определяется соответствующим технико-экономическим анализом схемы подстанции и системы электроснабжения от шин подстанции.

При выбранном таким образом реакторе ток и мощность короткого замыкания на линии в точке / С никогда не могут быть больше заданных при любой мощности станции и системы. Выбор по этому методу всегда дает сопротивление реактора с некоторым преувеличением.

Реконструкцию необходимо провести в электроустановках, где мощность короткого замыкания превышает 750 Мва.

Ордината этой точки пересечения дает искомую величину мощности короткого замыкания в сети за реактором, равную 97 Мва.

Известно, что до присоединения этого автотрансформатора мощности короткого замыкания через 0 5 сек при трехфазном и однофазном коротких замыканиях в узле М одинаковы и составляют Sf — S I 620 Мва, при этом суммарная номинальная мощность тепловых станций системы составляет 950 Мва.

Требуется определить для того же момента времени мощности короткого замыкания при однофазном коротком замыкании на стороне 115 кв ( точка К-1) и при двухфазном коротком замыкании на стороне 10 5 кв ( точка К-2) автотрансформатора.

Гидроэлектростанция включается в энергосистемы, имеющие большие мощности короткого замыкания, в связи с чем для установки приняты выключатели 115 кв, 10000 Мва и выключатели 230 кв, 15000 Мва.

ГОСТ 13109 — 67); SK — мощность короткого замыкания в точке совместного питания резкопеременной нагрузки и других электроприемников, для которых определяется УДоп.

Могут быть также заданы номинальная мощность системы и сверхпереходная мощность короткого замыкания от системы при коротком замыкании в определенной точке сети. В этом случае нетрудно определить сопротивление системы до заданной точки короткого замыкания.

В табл. 8 — 2 приведены расчетные значения мощностей короткого замыкания для различных классов напряжений, а также соответствующие этим классам крайние значения напряжений короткого замыкания, которые можно применять для расчета при отсутствии других данных.

Векторные диаграммы реле на 2 — 49, показывающие поведение реле при изменении угла ур.

Таким образом, рассмотренное реле реагирует на знак мощности короткого замыкания и ведет себя как реле направления мощности косинусного типа.

Двухфазное К3

Для расчета двухфазного К3 в точке К2 определяем следующие величины.

Полное суммарное сопротивление до точки К3 для двухфазного К3

мОм.

Ток двухфазного металлического К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =37,44 мОм соответственно равны 0,78 и 0,69.

Токи двухфазного дугового К3

=6,17•0,78=4,81 кА   tкз ≈0

=6,14•0,69=4,26кА  tкз>0,05 с

Однофазное К3

Для расчета однофазного К3 в точке К2 определяем следующие величины:

Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности относительно точки К2 в соответствии со схемой замещения нулевой последовательности (рис. 10):

R0∑=1,9+0,555+0,25+0,65+98,9=102,25 мОм

X0∑=12,65+0,63+0,1+0,17+24,4=38 мОм.

Полное суммарное сопротивление до места К3 при однофазном К3

Ток однофазного металлического К3

кА.

Определяем токи дугового К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =57,2 мОм соответственно равны 0,82 и 0,72.

=4,04•0,82=3,31 кА   tкз ≈0

=4,04•0,72=2,91кА   tкз>0,05 с

Все результаты расчетов токов К3 приведены в таблице 4, что представляется удобным для дальнейшего анализа, выбора уставок защитных аппаратов и проверки кабелей.

Результаты расчетов токов К3

Виды К3

Точка К3

IКМ

кА

IКД НАЧ

кА

IКД УСТ

кА

iУД

кА

IКМ

кА

IКД НАЧ

кА

IКД УСТ

кА

IКМ

кА

IКД НАЧ

кА

IКД УСТ

кА

К1

15,27

10,23

8,86

34,6

13,2

8,98

7,92

15,66

10,33

9,1

К2

7,14

5,28

4,78

10,6

6,17

4,81

4,26

4,04

3,31

2,91

Этот пример наглядно показывает, что аналитические методы расчетов токов К3 очень трудоемкий, особенно для электроустановок с большим количеством элементов 0,4 кВ

Поэтому еще раз обращаем внимание на необходимости освоения и более широкого применения для практических расчетов компьютерных программ, в том числе, программа, которая разработана на кафедре РЗА ПЭИпк и успешно используется на многих энергообьектах (описание программы см. на стр

3).

Виды коротких замыканий

Данное явление нередко наблюдается под действием природных электрических аномалий. Как правило, это мощные грозовые разряды, сопровождаемые молниями. Их основным источником служит статическое электричество с огромным потенциалом, с различными знаками и величинами, накопленное облаками в процессе перемещения силой ветра с одного места на другое на большие расстояния.

Влажные пары, находящиеся в облаке, поднимаются на высоту, охлаждаются естественным путем. Образующийся конденсат проливается на землю в виде дождя. Из-за низкого сопротивления влажной среды воздушная прослойка подвергается пробою, по которому и проходит высокий электрический ток, представляющий собой молнию.

Для прохождения электрического разряда требуется два отдельных объекта с разными значениями потенциалов. Чаще всего, это два облака, идущие на сближение, или сама грозовая туча и поверхность земли. В первом случае опасность грозит в основном летательным аппаратам, а во втором под действие разряда могут попасть любое устройство или объект, в том числе и воздушные ЛЭП. Защита обеспечивается путем установки молниеотводов, нейтрализующих грозовые разряды.
В других случаях коротким замыканиям подвергаются цепи постоянного тока. У всех аккумуляторов или выпрямителей на выходе установлены контакты с положительным и отрицательным потенциалом. В обычных условиях они поддерживают рабочий режим схемы, обеспечивая нормальную работу потребителей.

Все процессы определяются математическим выражением закона Ома для полной цепи. Происходит равномерное распределение нагрузки в обоих контурах – внутреннем и внешнем.

При возникновении аварийной ситуации, между плюсовой и минусовой клеммами возникает непредвиденный контакт в виде короткой цепи, в которой чрезвычайно низкое электрическое сопротивление. Внешний контур выключается из работы, и циркуляция тока происходит лишь по внутреннему контуру с маленьким сопротивлением. ЭДС, при этом, остается неизменной, что приводит к резкому росту силы тока. Все это сопровождается большим тепловыделением и нарушениями целостности цепи.

Процессы в цепях переменного тока также попадают под действие закона Ома. В отличие от предыдущего варианта, эти схемы могут быть одно- или трехфазными, подключаться к заземляющему контуру. Короткие замыкания в таких цепях возникают в самых разнообразных формах: «фаза-земля», «фаза-фаза», «фаза-фаза-земля», «фаза-фаза-фаза», «фаза-фаза-фаза-земля».
В воздушных ЛЭП применяются изолированная и глухозаземленная схемы подключения нейтрали. В каждой из них ток короткого замыкания будет прокладывать собственный путь, который обязательно учитывается при создании защитной системы.

Иногда замыкания могут возникнуть внутри самой нагрузки, например, в электродвигателях. При одной фазе возможен пробой изоляции корпуса или нулевого проводника. У трехфазных потребителей возможны замыкания между фазами и другие аналогичные сочетания. В любом случае все это приводит к аварийному режиму с тяжелыми последствиями. Предотвратить подобные ситуации помогает автомат снимающий опасное напряжение с участка цепи и подключенного оборудования.

Высокий ток КЗ – это хорошо или плохо?

Как я показал на графике ранее, чем дальше место замыкания от источника питания, тем меньше будет ток короткого замыкания, поскольку сопротивление линии будет больше. Высокий ток КЗ обычно бывает в тех местах электросети, которые расположены наиболее близко к подстанции, а кабельные линии имеют большое сечение проводов. В питающих сетях с напряжением 0,4 кВ относительно высокими считаются токи КЗ более 6кА, а токи КЗ выше 15 кА практически не встречаются. Итак, что мы имеем:

Минусы низкого тока КЗ

  • большое падение напряжения при достаточно мощной нагрузке;
  • как правило, низкое напряжение на электроприборах. При этом стабилизатор поможет не всегда;
  • нестабильность напряжения на электроприборах в зависимости от времени суток или времени года. По нормам на напряжение и его допуски ;
  • высокое (вплоть до бесконечности) время срабатывания автоматических выключателей при КЗ на землю (работает только тепловой расцепитель);
  • необходимость установки автоматических выключателей с характеристикой отключения “В” с целью более вероятного срабатывания электромагнитного расцепителя при КЗ. Этот спорный вопрос обсуждается в моей статье на Дзене ;
  • обязательная установка УЗО – при этом, кроме своих “основных” обязанностей (отключение питания при высоком токе утечки, а также для защиты человека при прямом и косвенном прикосновении), УЗО выполняет функцию защиты от КЗ на землю (ПУЭ 1.7.59, 7.1.72).

Плюсы низкого тока КЗ

  • можно устанавливать дешевые автоматические выключатели с низкой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 4500 А);
  • сравнительно легко можно обеспечить селективность между вводным и нижестоящим автоматами. Но нужен расчет и измерение точного значения тока КЗ,
  • низкий пусковой ток электродвигателей и другой инерционной нагрузки. Статья Что такое пусковой ток, как его измерить и посчитать.

Минусы высокого тока КЗ

  • невозможность обеспечить селективность между вышестоящими и нижестоящими автоматами. Выход – установка рубильника либо селективного по времени автоматического выключателя;
  • необходимость установки АВ с высокой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 6000, 10000 А и т.д.). Отключающая способность должна быть выше, чем ток КЗ в начале защищаемого участка (ПУЭ п. 3.1.3);
  • большие негативные последствия при возникновении КЗ.

Плюсы высокого тока КЗ

  • легко гарантировать стабильное напряжение на нагрузке и вообще качество электроэнергии;
  • имеется перспектива подключения новых потребителей и увеличения нагрузки;
  • гарантированное отключение линии при КЗ.

Резюмируя плюсы и минусы, можно сказать, что значение тока КЗ – палка о двух концах. В бытовом секторе ток КЗ часто бывает низким, и его стараются увеличить, прокладывая новые линии с высоким сечением проводов и устанавливая новые трансформаторные подстанции. В серьезной энергетике наоборот, применяют методы по уменьшению тока КЗ.

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Рассчитать количество выделяемого тепла можно с помощью математического выражения закона Джоуля-Ленца:

Как рассчитать амперы

Q = k*I2*R*t.

Расшифровка отдельных обозначений:

  • Q – тепло в калориях (кал);
  • k – поправочный коэффициент (0,239);
  • t – время в секундах.

К сведению. Для достаточно точных расчетов k принимают равным 0,24. Такое количество тепла выделяется при нагревании на 1°C одного грамма воды.

Эта зависимость в совокупности с рассмотренными выше формулами закона Ома объясняет критически быстрый (ударный) рост температуры при возникновении КЗ. В аварийной ситуации снижение сопротивления в цепи провоцирует увеличение тока. В соответствии с законом Джоуля-Ленца выделяется большое количество тепла (прямая квадратичная зависимость от I).


Экстремально быстрое повышение температуры объясняет потенциальную опасность возникновения открытого пламени

Причины возникновения аварийного режима

Основная причина возникновения короткого замыкания заключается в резком возрастании силы тока, увеличение которой происходит параллельно со снижением сопротивления проводников. Под действием высокого тока создается критическая температура, опасная для сетей и оборудования.

Подобная ситуация, в свою очередь, также создается в силу определенных факторов:

  • Скачки напряжения, когда превышаются все допустимые параметры и номинальные значения. Происходит электрический пробой изоляции проводов или всей схемы. Токовая утечка мгновенно превращается в КЗ, образуя стабильный кратковременный дуговой разряд.
  • Причины возникновения замыкания часто кроются в изношенной изоляции, особенно в старых зданиях, где давно не менялась электропроводка. На изоляционный слой оказывают влияние внешние факторы, и после выработки своего ресурса она разрушается. В местах соприкосновения оголенных проводников возникает КЗ.
  • Любые виды механических воздействий, негативно влияющих на целостность изоляции электропроводки. Оболочка постепенно теряет свои качества и разрушается. Часто провода повреждаются при сверлении стен и отсутствии схемы электрических сетей.
  • Попадание посторонних предметов на токоведущие части. Они замыкают контакты, приводя к возникновению и развитию аварийного режима.
  • Прямые удары молний производят такой же эффект, как и в случае перепадов напряжения.
  • Работа электрических сетей с перегрузками в течение длительного времени, нарушения и сбои в работе электрооборудования – серьезные причины короткого замыкания.
  • Резкое повышение влажности в помещении, например, при затоплении соседями сверху. Влага разрушительно действует на изоляцию в местах соединений и скруток, приводя к незапланированным контактам между проводниками.

Использование явления короткого замыкания

Помимо негативного эффекта, к которому приводит короткое замыкание в аварийных и неконтролируемых ситуациях, это явление может использоваться и в полезных целях. Нужно отметить, что в результате КЗ выделяется значительное количество тепла, и возникает электрическая дуга, контролируемое использование которой может принести немалую пользу.

Единица измерения напряжения

Так, например, электродуговой сварочный аппарат. Принципом его работы является создание электрической дуги между электродом и поверхностью детали, в результате чего в зоне её работы повышается температура, и металл сваривается между собой. Действие в этом случае основано на явлении КЗ электрода и земли.

Стоит отметить! Величина тока и температура, создаваемая на месте сварки, достаточно велики, поэтому при работе с подобного рода оборудованием требуется соблюдать все необходимые меры предосторожности

Приведенные в таблице значения Lmax

На рис. G49 приведены максимальные длины цепей (Lmax) в метрах для:

  • трехфазных четырехпроводных цепей на 400 В (т.е. с нейтральным проводом);
  • одногофазных двухпроводных цепей на 230 В, защищаемых автоматическими выключателями общего назначения.

В других случаях следует применять поправочные коэффициенты (приведенные на рис. G53) к полученной длине. Вычисления основаны на указанных ниже методах, и ток отключения при коротком замыкании должен быть в пределах ± 20% от регулируемого значения Im.

Для сечения 50 мм2 , вычисления основаны на реальном сечении 47,5 мм2.

Уровень срабатывания по току Im мгн.электромагнитного расцепителя (A) Сечение проводов (мм2)
  1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
50 100 167 267 400                      
63 79 133 212 317                      
80 63 104 167 250 417                    
100 50 83 133 200 333                    
125 40 67 107 160 267 427                  
160 31 52 83 125 208 333                  
200 25 42 67 100 167 267 417                
250 20 33 53 80 133 213 333 467              
320 16 26 42 63 104 167 260 365 495            
400 13 21 33 50 83 133 208 292 396            
500 10 17 27 40 67 107 167 233 317            
560 9 15 24 36 60 95 149 208 283 417          
630 8 13 21 32 63 85 132 185 251 370          
700 7 12 19 29 48 76 119 167 226 333 452        
800 6 10 17 25 42 67 104 146 198 292 396        
875 6 10 15 23 38 61 95 133 181 267 362 457      
1000 5 8 13 20 33 53 83 117 158 233 317 400 435    
1120 4 7 12 18 30 48 74 104 141 208 283 357 388 459  
1250 4 7 11 16 27 43 67 93 127 187 253 320 348 411  
1600   5 8 13 21 33 52 73 99 146 198 250 272 321 400
2000   4 7 10 17 27 42 58 79 117 158 200 217 257 320
2500     5 8 13 21 33 47 63 93 127 160 174 206 256
3200     4 6 10 17 26 36 49 73 99 125 136 161 200
4000       5 8 13 21 29 40 58 79 100 109 128 160
5000       4 7 11 17 23 32 47 63 80 87 103 128
6300         5 8 13 19 25 37 50 63 69 82 102
8000         4 7 10 15 20 29 40 50 54 64 80
10000           5 8 12 16 23 32 40 43 51 64
12500           4 7 9 13 19 25 32 35 41 51

Рис. G49 : Максимальная длина цепи в метрах для медных проводов (для алюминиевых длина должна быть умножена на 0,62)

Рис. G50 — G52 показывают максимальную длину цепи (Lmax) в метрах для:

  • трехфазных четырехпроводных цепей на 400 В (т.е. с нейтральным проводом);
  • однофазных двухпроводных цепей на 230 В.

Они защищаются в обоих случаях бытовыми автоматическими выключателями или выключателями с похожими характеристиками отключения/тока.

В других случаях, применяйте поправочные коэффициенты к полученной длине. Эти коэффициенты приведены на рис. G53.

Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 200 333 533 800          
10 120 200 320 480 800        
16 75 125 200 300 500 800      
20 60 100 160 240 400 640      
25 48 80 128 192 320 512 800    
32 37 62 100 150 250 400 625 875  
40 30 50 80 120 200 320 500 700  
50 24 40 64 96 160 256 400 560 760
63 19 32 51 76 127 203 317 444 603
80 15 25 40 60 100 160 250 350 475
100 12 20 32 48 80 128 200 280 380
125 10 16 26 38 64 102 160 224 304

Рис. G50: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводами, защищенных автоматическими выключателями цепи типа B

Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 100 167 267 400 667        
10 60 100 160 240 400 640      
16 37 62 100 150 250 400 625 875  
20 30 50 80 120 200 320 500 700  
25 24 40 64 96 160 256 400 560 760
32 18,0 31 50 75 125 200 313 438 594
40 15,0 25 40 60 100 160 250 350 475
50 12,0 20 32 48 80 128 200 280 380
63 9,5 16,0 26 38 64 102 159 222 302
80 7,5 12,5 20 30 50 80 125 175 238
100 6,0 10,0 16,0 24 40 64 100 140 190
125 5,0 8,0 13,0 19,0 32 51 80 112 152

Рис. G51: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводам, защищенных автоматическими выключателями типа C

Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
1 429 714              
2 214 357 571 857          
3 143 238 381 571 952        
4 107 179 286 429 714        
6 71 119 190 286 476 762      
10 43 71 114 171 286 457 714    
16 27 45 71 107 179 286 446 625 848
20 21 36 57 86 143 229 357 500 679
25 17,0 29 46 69 114 183 286 400 543
32 13,0 22 36 54 89 143 223 313 424
40 11,0 18,0 29 43 71 114 179 250 339
50 9,0 14,0 23 34 57 91 143 200 271
63 7,0 11,0 18,0 27 45 73 113 159 215
80 5,0 9,0 14,0 21 36 57 89 125 170
100 4,0 7,0 11,0 17,0 29 46 71 100 136
125 3,0 6,0 9,0 14,0 23 37 57 80 109

Рис. G52: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводам, защищенных автоматическими выключателями типа D

Описание цепи
Трехфазная трехпроводная цепь на 400 В или 1-фазная 2-проводная цепь на 400 В (без «ноля»)   1,73
Однофазная двухпроводная («фаза» и «ноль») цепь на 230 В   1
Трехфазная четырехпроводная цепь на 230/400 В или двухфазная трехпроводная цепь на 230/400 В (т.е. без «нейтрали») S фаза / S ноль = 1 1
S фаза / S ноль = 2 0,67

Рис. G53: Поправочные коэффициенты должны быть применены к длине, полученной из рис. G49 — G52

Примечание: стандарт МЭК 60898 дает интервал для верхнего предела отключения при токе КЗ, равный 10-50 In для автоматических выключателей типа D. Европейские стандарты, и рисунок G52, однако, основаны на интервале 10-20 In, который подходит для большинства бытовых и подобных им установок.

Что это такое

Ток короткого замыкания (ТКЗ) – это резко возрастающий ударный электрический импульс. Главной его опасностью является то, что согласно закону Джоуля-Ленца такая энергия имеет очень высокий показатель выделения тепла. В результат короткого замыкания могут расплавиться провода или перегореть определенные электроприборы.

Он состоит из двух основных слагающих — апериодическая составляющая тока и вынужденная периодическая слагаемая.

По принципу, сложнее всего измерить именно энергию апериодического возникновения, которая является емкостной, доаварийной. Ведь именно в момент аварии разница между фазами имеет наибольшую амплитуду. Также его особенностью является не типичность возникновения этого тока в сетях. Схема его образования поможет показать принцип действия этого потока.

Сопротивление источников из-за высокого напряжения при КЗ замыкается на небольшом расстоянии или «накоротко» — поэтому это явление получило такое название. Бывает ток короткого трёхфазного замыкания, двухфазного и однофазного – здесь классификация происходит по количество замкнутых фаз. В некоторых случаях, КЗ может быть замкнут между фазами и на землю. Тогда, чтобы его определить, нужно будет отдельно учитывать заземление.

Также можно распределить КЗ по типу подключения электрооборудования:

Для полного объяснения этого явления предлагаем рассмотреть пример. Скажем, есть конкретный потребитель тока, который подключен к локальной линии электропередач при помощи отпайки. При правильной схеме общее напряжение в сети равно разнице ЭДС у источника питания и снижению напряжения в локальных электрических сетях. Исходя из этого, для определения силы тока короткого замыкания может использоваться формула Ома:

Здесь r –сопротивление КЗ.

Если подставить определенные значения, то можно будет определить ток замыкания в любой точке на всей линии электропередач. Здесь не нужно проверять кратность КЗ.

Расчет тока короткого замыкания выполненный в Excel

Если выполнять данный расчет с помощью листка бумаги и калькулятора, уходит много времени, к тому же Вы можете ошибиться и весь расчет пойдет насмарку, а если еще и исходные данные постоянно меняются – это все приводит к увеличению времени на проектирование и не нужной трате нервов.

Поэтому, я принял решение выполнить данный расчет с помощью электронной таблицы Excel, чтобы больше не тратить в пустую свое время на перерасчеты ТКЗ и обезопасить себя от лишних ошибок, с ее помощью можно быстро пересчитать токи КЗ, изменяя только исходные данные.

Надеюсь, что данная программа Вам поможет, и Вы потратите меньше времени на проектирование Вашего объекта.

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.

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.

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.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий