Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».
Давно хотел написать статью про короткое замыкание. Но все как то не доходили руки.
Сегодня решился, потому как повлияли на меня последние события, произошедшие на распределительной подстанции нашего предприятия.
Ранее в статьях мы говорили, что повреждения в электроустановках вызывают короткие замыкания, или сокращенно, к.з.
Короткое замыкание — это одно из самых тяжелых и опасных видов повреждения.
Вы спросите почему? Читайте ниже.
Что же такое короткое замыкание?
Википедия на этот вопрос отвечает, что короткое замыкание — это:
Определение прочитали.
А теперь давайте рассмотрим подробно, что же происходит с параметрами электроустановки в момент короткого замыкания.
При возникновении короткого замыкания, напряжение на источнике питания, а правильнее назвать ЭДС, замыкается «накоротко» через небольшое (малой величины) сопротивление кабельных и воздушных линий, обмоток трансформаторов и генераторов. Отсюда и название «короткое замыкание».
В «накоротко» замкнутой цепи появляется ток очень большой величины, который и называется током короткого замыкания.
Классификация коротких замыканий
Рассмотрим классификацию коротких замыканий.
Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся фаз:
- трехфазные короткие замыкания
- двухфазные короткие замыкания
- однофазные короткие замыкания
Короткие замыкания разделяются по замыканию:
Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:
- в одной точке
- в двух точках
- в нескольких точках (более двух)
Пример
Рассмотрим пример.
Допустим, что наш потребитель питается с подстанции через воздушную линию (ВЛ) электропередач. Питающая линия является транзитной, поэтому питание потребителя осуществляется отпайкой от линии ВЛ в точке «О».
Пунктирной линией под номером 2 показан уровень напряжения на протяжении всей воздушной линии до возникновения короткого замыкания.
- По рисунку видно, что напряжение в любой точке электрической сети равно разнице ЭДС источника питания и падения напряжения в электрической цепи до необходимой нам точки.
- Например, напряжение в точке «О» можно рассчитать по формуле:
- Uо = E — I*Zo, где
- E — ЭДС источника питания, в нашем случае генератора
- Zo — полное сопротивление воздушной линий от источника питания до точки «О» (состоит из активного и реактивного сопротивления)
- I — ток, протекающий по воздушной линии в данный момент времени.
Аналогично, можно рассчитать напряжение в любой точке нашей воздушной линий.
Предположим, что по каким-либо причинам произошло короткое замыкание на воздушной линии, но за пределами нашей отпайки. Назовем эту точку короткого замыкания буквой «К».
Что же произойдет в момент короткого замыкания?
В момент короткого замыкания по воздушной линии проходит уже не номинальный ток, а ток короткого замыкания большой величины, поэтому возрастает падение напряжения на каждом элементе электрической цепи. А именно на сопротивлении Zo и Zк.
Самое наибольшее снижение напряжения будет в месте короткого замыкания, т.е. в точке «К». В остальных точках воздушной линии, удаленных от места к.з., напряжение снизится чуть меньше (это видно на рисунке — линия под номером 1).
В одной из своих статей я привел наглядный пример расчета токов короткого замыкания. Переходите по ссылочке и знакомьтесь с материалами.
Последствия от короткого замыкания
Мы уже выяснили, что в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения, что приводит к следующим последствиям.
1. Разрушения
Вспомним немного физику.
По закону известного физика Джоуля-Ленца, ток короткого замыкания, протекая по активному сопротивлению электрической цепи в течение некоторого времени, выделяет в нем тепло, которое рассчитывается по формуле:
В точке короткого замыкания это тепло, а также пламя электрической дуги, производят огромные разрушения. И чем больше ток короткого замыкания и время его прохождения по цепи, тем больше будут разрушения.
Чтобы было понятно Вам насколько эти разрушения масштабны, ниже приведу примеры из своей практики.
Короткое замыкание в кабине трансформаторов
Привод переключающего устройства РПН. Короткое замыкание произошло в обмотке асинхронного двигателя
2. Повреждение изоляции
Во время прохождения тока короткого замыкания по неповрежденным линиям, происходит их нагрев выше предельной допустимой температуры, что приводит к повреждению их изоляции.
Активная часть трансформатора. Короткое замыкание произошло по причине повреждения изоляции
Повреждение изоляции кабельной линий привело к короткому замыканию
Короткое замыкание кабеля. Последствия
3. Потребители и электроприемники
Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников электрической энергии.
Например, асинхронный электродвигатель при снижении напряжения сети может вообще остановиться, т.к. момент его вращения может оказаться меньше момента сопротивления и трения механизмов.
Также нарушается нормальная работа и осветительных остановок. Здесь я думаю объяснять не требуется.
- Смотрите наглядное видео про причины и последствия короткого замыкания в электроустановке 400 (В) на одной из наших подстанций:
- А вот уже случай по-серьезнее — трехфазное короткое замыкание в сети 10 (кВ).
- Вот еще фрагменты аварии, которая возникла по причине короткого замыкания в разделке кабеля 10 (кВ):
P.S. В завершении статьи на тему короткое замыкание, хочется подтвердить сказанное в начале своей статьи, что короткое замыкание является самым опасным и тяжелым видом повреждения, которое требует мгновенного и быстрого реагирования и отключения поврежденного участка цепи.
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
Защита от короткого замыкания
Короткие замыкания происходят в любых электроустановках, вне зависимости от их сложности. Даже если электропроводка новая, светильники и розетки исправны, а электрооборудование выпущено известными на весь мир производителями, от коротких замыканий не застрахован никто. И от них нужно защищаться.
Устройства защиты от аварийных режимов в сети
Предохранители – самые простые устройства защиты. Раньше для ликвидации аварийных режимов в бытовых электропроводках применяли только их. В некоторых устройствах предохранители применяются и по сей день. Причина – они обладают высоким быстродействием и незаменимы для защиты полупроводниковых устройств.
После срабатывания предохранитель либо заменяется на новый, либо внутри него меняется плавкая вставка. Вставки для одного и того же корпуса предохранителя выпускаются на разные номиналы токов. Но необходимость держать на объекте или в квартире запас плавких вставок для оперативной замены является недостатком предохранителей.
Самым распространенным предохранителем в советское время была «пробка».
Предохранитель — «пробка»
На смену им пришли автоматические пробки типа ПАР, выпускавшиеся на токи 10, 16 и 25 А. Они вворачивались на место пробок, были многоразового использования и имели два защитных элемента, называемых расцепителями. Один защищал от коротких замыканий и срабатывал мгновенно, второй – от перегрузок и срабатывал с выдержкой времени.
ПАР-10
Такие же расцепители имеют и все автоматические выключатели, пришедшие на смену предохранителям. Мгновенный расцепитель называют электромагнитным, потому что в основу его работу положен принцип втягивания штока катушки при превышении номинального тока. Шток ударяет по защелке и пружина размыкает контактную систему выключателя.
Расцепитель, действующий с выдержкой по времени называют тепловым. Работает он по принципу терморегулятора в утюге или электронагревателе.
Биметаллическая пластина при прохождении по ней тока нагревается и медленно изгибается в сторону. Чем больше ток через нее, тем быстрее происходит изгиб. Затем она действует на ту же защелку, и автомат отключается.
Если воздействие тока прекратилось, пластина остывает, возвращается в исходное положение, и отключения не происходит.
В старых электрощитах еще сохранились автоматические выключатели в карболитовом корпусе типов А-63, А3161, или более современные АЕ1030. Но все они уже не удовлетворяют современным требованиям.
Автоматический выключатель А-63
автоматические выключатели серии А3161
Автоматический выключатель АЕ 1031
Они изношены, и их механическая часть либо заржавела, либо утратила быстродействие. И не в каждом из них есть мгновенная защита от короткого замыкания. В некоторых аппаратах устанавливался только тепловой расцепитель. Да и скорость срабатывания электромагнитного расцепителя у автоматов этих серий ниже, чем у модульных.
Поэтому такие защитные устройства нужно менять на современные, пока они своим бездействием не натворили дел.
Принципы построения защиты
В многоквартирных домах автоматы установлены в щитке на лестничной площадке. Для защиты квартир этого достаточно. Но если Вы при замене электропроводки установили у себя персональный щиток, то в нем на каждую группу потребителей лучше установить персональный автомат. Тому есть несколько причин.
- При замене розетки вам не понадобится отключать свет в квартире и пользоваться фонариком.
- Для защиты некоторых потребителей вы снизите номинальный ток автомата, что сделает их защиту чувствительнее.
- При повреждениях в электропроводке можно оперативно отключить аварийный участок и оставить в работе остальное.
В частных домах в качестве вводных используются двухполюсные выключатели. Это необходимо для случая ошибочного переключения на подстанции или линии, в результате которого фаза окажется на месте нуля. Использование двух однополюсных выключателей для этой цели недопустимо, так как может отключится тот, что в нуле, а фаза останется.
Двухполюсный автоматический выключатель
Нецелесообразно использование трехполюсного выключателя в качестве эквивалента трех однополюсных. Снятие планки, объединяющей три полюса не поможет. Внутри выключателя есть тяги, отключающие оставшиеся полюса при срабатывании одного из них.
При применении УЗО обязательно защитить эту же линию и автоматическим выключателем. УЗО защищает от токов утечки, но не защищает от коротких замыканий и перегрузок. Функции защиты от утечки и аварийных режимов работы совмещены в дифференциальном автомате.
Дифавтомат
Выбор автоматических выключателей
При замене старого автоматического выключателя новый устанавливайте на тот же номинальный ток. По требованиям Энергосбыта номинальный ток выключателя принимается, исходя из максимально разрешенной нагрузки.
Распределительная сеть устроена таким образом, что с приближением к источнику электроснабжения номинальные токи аппаратов защиты увеличиваются. Если ваша квартира включена через однофазный автоматический выключатель на 16 А, то все квартиры в подъезде могут быть подключены к трехфазному автомату на 40 А и равномерно распределены по фазам.
В случае, если при коротком замыкании ваш автомат не отключится, через некоторое время от перегрузки сработает защита у подъездного. Каждое последующее защитное устройство резервирует предыдущее. Поэтому не стоит завышать значение номинального тока автоматического выключателя.
Он может не сработать (не хватит тока) или отключится вместе с группой потребителей.
Современные модульные автоматические выключатели выпускаются с характеристиками «В», «С» и «D». Отличаются они кратностью токов срабатывания отсечки.
| Характеристика | Кратность тока отсечки | Применение |
| D | 10 — 14 Iном | Электродвигатели |
| В | 2 — 5 Iном | Конечные потребители без пусковых токов |
| С | 5 — 10 Iном | Во всех остальных случаях |
Будьте внимательны с применением автоматов с характеристиками «D» и «В».
И помните: если короткое замыкание не отключить, оно приведет к пожару. Позаботьтесь об исправности защиты, и живите спокойно.
Как защитить жилье от проблем с электропроводкой
По
официальной статистике короткое замыкание является наиболее частой причиной
возникновения пожаров в жилых зданиях.
Самые распространенные случаи возгораний
связаны с неисправностью электрооборудования и неосторожностью пользователей.
О
том, как повысить электробезопасность собственного или съемного жилья,
рассказывает Александр Беспалов, руководитель отдела продукции компании Eaton.
По данным МЧС за январь-сентябрь
2017 года, почти 30 тыс. пожаров произошло из-за «нарушения правил устройства и
эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов». Сюда же входят
случаи возгораний, вызванных коротким замыканием и перегрузкой электросети.
Основные опасности для жилья
Статистика убедительно доказывает,
что угроза номер один – это короткое замыкание, в результате которого выделяется
большое количество тепла, происходит разрушение изоляции электропроводки и
впоследствии возникает возгорание. К аварийной ситуации могут привести разные
причины: воздействие влаги, тепла, агрессивных сред на изоляцию проводов,
перегрузка электросети. Например, замыкание произойдет, если в электрическую
розетку попадет вода.
Часто в бытовых условиях можно
наблюдать искрение – между
проводниками возникает электрический разряд, который может привести к возгоранию.
Это может произойти из-за неплотного контакта между розеткой и вилкой или, например,
плохо закрепленного выключателя.
Также пользователям следует
опасаться перегрузки сети – ситуации,
когда суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение.
В
результате провод сильно нагревается и, в случае неправильно подобранного
устройства защиты, происходит оплавление изоляции.
В случае, если устройство
защиты подобрано правильно, и отключит цепь, то частый нагрев изоляции может
вызвать её преждевременное старение и разрушение.
Выявляем уязвимые места
Если вы снимаете или покупаете жильё с уже готовой инфраструктурой,
непременно проведите ревизию. Особая тщательность требуется, если в квартире планируют
проживать или периодически находиться пожилые люди, дети или животные. Система
электропитания может находиться в настолько плохом состоянии, что её придётся поменять
полностью, а это проще сделать до въезда..
Следует проверить:
- состояние изоляции электропроводки. Если на открытых частях
электропроводки изоляция рассыпается, то вся линия нуждается в замене. Если идет
речь о съемной квартире, стоит подумать о поиске другого жилья. - розетки, патроны и выключатели. Все они должны быть качественными,
плотно держаться в стене и работать без искрения. Правильное количество и
размещение розеток практически исключает применение тройников и удлинителей. - сечение кабеля в распределительных коробках и помещениях. Для
квартиры со стандартным набором техники оно составляет не менее 2,5 кв. мм (т.
е. диаметр провода – 1,78 мм). Соединение проводов должно осуществляться
исключительно при помощи сжимов, клемников или пайки – обычная скрутка может
стать причиной пожара. - места соединений проводов. Зачастую по соображениям экономии
используется комбинированная проводка: розетки подключаются медными проводами,
а осветительные приборы – алюминиевыми. В этом случае соединение разных
металлов выполняется через специальные зажимы или колодки, чтобы не допустить
их прямого контакта, вызывающего сильное окисление места стыка, которое в свою
очередь приводит к нагреву и обгоранию. - количество и качество автоматов в щитке. Грамотное решение в
современной квартире – разделить жильё на отдельные зоны (комнаты), каждая из
которых запитываетсяотдельными кабелями на два
автоматических выключателя — освещение и группы розеток. Для наиболее мощных и/или
постоянно работающих приборов, к примеру, на холодильник или стиральную машину,
рекомендуется поставить отдельный автоматический выключатель или УЗО. Это нужно для того, чтобы при отъезде на 2-3
дня можно было обесточить квартиру, оставив работающей только «холодильную»
линию.
Расположенные в щитке автоматические выключатели должны быть новыми и их
номинал должен соответствовать сечению проводки. Все зоны с прямым доступом к
воде (кухня, ванная, туалет) целесообразно защитить УЗО (устройством защитного
отключения) и установить там розетки, защищённые от попадания влаги.
При осмотре следует учитывать и
ряд косвенных факторов. Угроза возгорания возрастает, если при отделке жилья использовались
легковоспламеняющиеся материалы (напольные покрытия или обои, содержащие
токсичные элементы). В этом случае необходимо минимизировать риски и заменить
некоторые предметы интерьера.
Если в ходе ревизии у вас
возникают сомнения, призовите на помощь специалиста. Все решения по конкретной
ситуации обсудите вместе с ним.
Как предотвратить короткое замыкание
- Не перегружать сеть или её отдельные участки. Как правило,
перегрузка происходит там, где работают мощные устройства (чайник, утюг, печь и
т. д.), запитанные по проводам небольшого сечения – скажем, через купленный на
рынке дешёвый удлинитель, – да ещё и при одновременной работе. Покупая новый
прибор (например, электроводонагреватель), оцените, выдержит ли его проводка. - Своевременно устранять неполадки. Если у вас регулярно искрит
розетка, греется участок провода, выбивает автомат в щитке, не ждите катастрофы
– разберитесь с проблемой. Если в доме ощущается запах горелой изоляции или наблюдается задымление, отключите электричество в щитке, а уже
потом приступите к поиску проблемного участка и устранению неисправности. Если
же нет возможности быстро добраться до щитка, а признаки горения всё заметнее,
вспомните, что тушить проводку водой нельзя – для этой цели используются
специальные огнетушители. - Отключите питание для электроприборов (за исключением необходимых)
и приведите квартиру в порядок, если уезжаете на длительное время. - Выяснить местонахождение
проводки до начала ремонтных работ. Не
начинайте ремонт стен или пола, не проверив местонахождение проводки, есть
вероятность повредить их при сверлении. - Избегайте покупки мощных электроприборов для съемной квартиры.
Современные решения для защиты
Самый распространённый и
наиболее действенный способ защиты зданий от пожара, возникшего по причине
короткого замыкания и прочих нештатных ситуаций, – обесточить электросети на
ранней стадии. Как раз для этого используются автоматические выключатели (они же по-простому – «автоматы»).
Сегодня они устанавливаются в щитках по умолчанию и срабатывают при мгновенных
бросках тока и незначительном превышении номинальной нагрузки. В обоих случаях
электроприбор и/или проводка начинает опасно нагреваться (быстро или медленно),
а это, как мы сказали выше, – пожароопасная ситуация.
Но одного выключателя может быть
недостаточно. В ряде случаев целесообразно применять и уже упомянутые выше устройства защитного отключения (УЗО). Они защищают человека от поражения электрическим током и предотвращают
от случайного возгорания кабелей проводки и подключаемых шнуров электроприборов.
Еще стоит присмотреться к устройству защиты от дугового пробоя.
Его применение резко снижает вероятность возникновения пожаров из-за плохих
контактов и повреждённой электропроводки.
Все эти перечисленные
возможности могут быть реализованы как по отдельности, так и в рамках одного
готового комплексного решения, способного обезопасить квартиру или здание от
всех угроз, связанных с неисправностями электросистемы: тепловой перегрузки
проводки, коротких замыканий, токов утечки и электрической дуги. В частности,
эти функции выполняет разработанное компанией Eaton устройство AFDD+,
основанное на цифровом методе обработки токового сигнала и сочетающее высокую
чувствительность и точность обнаружения дефектов.
Стоит обратить внимание, что
подбирать новое электрооборудование лучше при участии специалиста.
К безопасности жилья следует относиться очень серьезно и не
перекладывать ответственность за его сохранность на коммунальные службы,
прежних владельцев или арендодателей. Начните беглый осмотр самых уязвимых
мест, установите современное электротехническое оборудование и соблюдайте
простые правила обращения с электроприборами. Всё это поможет избежать
множества неприятностей.
Защита кабеля от перегрузок
Ситуации, когда нарушается тепловой баланс в системе электроснабжения, называют перегрузкой электросхемы.
В норме протекание тока сопровождается выделением небольшого количества тепла, при этом система электроснабжения сохраняет нормальную работоспособность.
Сильное повышение температуры провоцирует воспламенение изоляции, замыкание и пожар. Перегрузка может возникнуть из-за неправильного подключения, эксплуатации или повреждения токопроводящих кабелей
Суммарный ток, проходящий по проводам, превышает максимально допустимое значение и жила накаляется. Температура нагрева зависит от сечения жилы — чем меньше этот показатель, тем выше будет плотность тока. Например, кабель сечением 10 мм2 при максимальных нагрузках лишь слегка нагреется, а кабель в 1 мм2 сгорит за считанные минуты.
Защита сети от перегрузки
Хуже всего перегрузку сети переносят кабели с пластиковой изоляцией и трубы из аналогичного материала, при помощи которых монтируется система электроснабжения объекта. Трубы из винилпласта более устойчивы к возгораниям, поэтому их используют гораздо чаще.
В загородных жилых домах перегрузки сети представляют серьезную опасность жизни людей. Как правило, все имеющиеся бытовые и осветительные приборы запитываются от одной сети, а предохранители рассчитаны на воздействие тока короткого замыкания или отсутствуют вовсе.
Сама по себе единоразовая перегрузка не так опасна, как короткое замыкание. Однако постоянные перегрузки провоцируют многочисленные повреждения изоляционного слоя, что рано или поздно станет причиной замыкания клемм и воспламенения проводов.
Явным признаком частых перегрузок в домашней сети электроснабжения является частое срабатывание автоматических выключателей или перегорание предохранительных устройств.
Чтобы избежать подобного сценария, рекомендуется придерживаться простых правил:
- Ежегодно осуществлять проверку целостности электропроводки и работоспособности предохранительного оборудования;
- Ограничивать использование удлинителей, тройников и других подобных устройств. Вместо этого можно установить несколько дополнительных розеток, подключенных к щитку отдельной линией;
- Не прокладывать кабели и провода под ковровыми покрытиями, линолеумом и другими легковоспламеняющимися напольными покрытиями;
- Если один или несколько выключателей постоянно нагреваются и чувствуется запах паленой пластмассы, элемент следует заменить, предварительно отключив электричество. Во избежание поражения током лучше всего доверить выполнение подобных работ специалистам.
Хорошую защиту от перегрузки обеспечивают магнитные пускатели с тепловым реле и автоматические выключатели, оснащенные тепловыми расцепителями.
Такие устройства надежно защищают сеть от перегрузок, однако не обеспечивают достаточный уровень безопасности при коротком замыкании. Поэтому в комплекте с ними рекомендуется устанавливать плавкие предохранители.
В продаже имеется много автоматических выключателей комбинированного типа, в которых присутствуют электромагнитные и тепловые расцепители.
Такие устройства обеспечивают одновременную защиту от перегрузок и замыканий.
Расчет электрической проводки
Чтобы избежать перегрузок сети, на этапе монтажа проводки в помещении важно правильно рассчитать будущую нагрузку на сеть.
Для этого нужно суммировать мощность энергопотребления всех имеющихся электроприборов с учетом периодичности их эксплуатации.
Также нужно помнить о том, что кабель со слишком маленьким сечением не выдерживает больших нагрузок и имеет высокую скорость нагрева. Не менее опасна так называемая скрытая проводка — провода греются сильнее тех, которые проложены поверх стен.
Схема электроснабжения квартиры или частного дома должна быть составлена с учетом всех розеток, бытовых и осветительных приборов. Проводка, смонтированная таким образом, будет надежно защищена от коротких замыканий и перегрузок.
Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания?
Главная задача электрика – сделать проводку надёжной и безопасной. В результате аварий может произойти возгорание или людей ударит током. Аварии возникают из-за повышенного тока и коротких замыканий. В результате через проводники протекает слишком большой ток, они греются и на них плавится изоляция, возникает искрение или дуга.
- Как же защитить проводку от короткого замыкания?
- Чтобы понять опасность протекания повышенного тока через провода нужно вспомнить два важных закона физики из курса «электричество и магнетизм».
- Первый — это закон Ома:
- Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
- Это значит, что если в цепи малое сопротивление – ток будет большим, а если большое – то маленьким, а также при повышении напряжения ток растёт вместе с ним.
- Второй закон, о котором нужно сказать — это закон Джоуля-Ленца:
- Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.
Что это значит? То, что, чем больше сопротивление проводника или ток через него – тем больше тепла выделится на нём. То есть когда через провода протекает ток – они греются. У каждого проводника есть определенное сопротивление.
Чтобы проводник не перегревался подбирают нужное сечение под определенный ток. Чтобы жила не грелась — тепло должно рассеиваться в окружающую среду, рассеивается оно тем быстрее, чем больше площадь, с которой оно рассеивается.
В связи с этим тонкие провода под большой нагрузкой начинают греться и становятся горячими, а толстые – успевают отдать тепло наружу, и их температура остаётся почти неизменной. Если температура проводника будет слишком высокой, вплоть до покраснения жилы – изоляция оплавится.
- Сечение проводника — первый шаг к защите от перегрузки.
- Под каждую нагрузку выбирают провод или кабель с жилами определенного поперечного сечения.
- Защитная аппаратура.
Автоматический выключатель – это основной коммутационный аппарат для защиты проводки от перегрузки и коротких замыканий. Главное, что нужно запомнить – автоматический выключатель защищает КАБЕЛЬ, ШНУР или ПРОВОД от возгорания или перегорания, но никак не оборудование или людей.
Электромагнитный расцепитель – это соленоид внутри которого есть сердечник. При протекании большого тока – соленоид выталкивает сердечник и приводит в движение механизм отключения. Это своего рода реле тока.
От правильности выбора номинала и типа время-токовой, характеристики зависит безопасность его использования.
Дифференциальная защита от утечек.
УЗО – устройство защитного отключения, создано для защиты при утечке тока. Это нужно для: защиты человека при случайном касании токопроводящих частей под напряжением (оголенные провода, корпус поврежденного электроприбора), а также утечки тока на заземленные корпуса, трубопроводы, элементы строительных конструкций и прочего.
- УЗО отслеживает сколько тока прошло по фазному и сколько по нулевому проводнику, если есть разница между проводами – значит произошла утечка и силовые контакты размыкаются.
- Таким образом обеспечивается безопасность людей, а также снижение риска дальнейшего развития утечки до короткого замыкания, при повреждениях изоляции, что особенно важно в деревянном доме, например.
- Другой тип защитных приборов – дифавтомат, совмещает в себе функции УЗО и автоматического выключателя.
- Ограничитель мощности.
Следующий прибор отключает нагрузку в случае превышения мощности. Это Реле ограничения мощности.
Хоть это устройство и не является по своей сути защитным и его используют в большей степени энергосбытовые или сетевые компании для контроля и ограничения потребления электроэнергии, свыше установленной в нормальной или уменьшения этой величины в аварийной ситуации. Изделие отслеживает потребляемую мощность и в случае её превышения отключает потребителя.
Безопасность и долговечность работы электропроводки лежит на трёх китах:
- Правильный выбор сечения кабельных изделий.
- Установка автоматических выключателей и других приборов защиты нужных номиналов. Покупайте их только в сертифицированных магазинах, чтобы не нарваться на подделку, отдавайте предпочтение таким брендам, как ABB, Schneider Electric, а из более дешевых — отечественный КЭАЗ (г. Курск).
- Правильная эксплуатация электрообрудования.
Защита кабелей от токов короткого замыкания
- Сейчас при проектировании электроустановок для защиты электрических сетей в основном используют автоматические выключатели. Основными причинами их неспособности защитить кабель являются:
- — производственный брак;
- — выход из строя в процессе работы;
- — использование выключателя с более высоким номинальным током, чем предусмотрено проектом, либо неверно выполненные расчеты в проекте, либо выполнение электромонтажных работ без проекта электрической сети;
- — замена типа автоматического выключателя на такой, у которого электромагнитный расцепитель рассчитан на большее значение тока;
— отсутствие защиты от сверхтока, когда вместо дифференциального автоматического выключателя в электрошкаф устанавливают обычное УЗО. Такое, к сожалению, тоже бывает, особенно когда электромонтажные работы выполняют мастера широкого профиля: штукатур-маляр-каменщик-сантехник и он же электрик. А про необходимость проектирования электрической сети и авторского надзора проектировщиков за выполнением работ заказчики забывают;
— использование переносок и удлинителей (как например, описано в статьях Сопротивление цепи фаза — ноль и Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1)), увеличивающих длину групповой линии, вследствие чего ток короткого замыкания становится меньше порога срабатывания электромагнитного расцепителя;
— использование контрафактных автоматических выключателей, произведенных в неустановленных местах из некачественных комплектующих. В конце 20 и в первые годы 21 века ими были переполнены строительные рынки, и сейчас они встречаются довольно часто.
С учетом вышеперечисленных причин автоматические выключатели уступают по надежности предохранителям с плавкой вставкой.
Плавкая вставка слишком проста в изготовлении (по сравнению с автоматическим выключателем), что бы при ее производстве допустить такой брак, от которого вставка не расплавилась бы от тока короткого замыкания, а стоимость плавких вставок слишком мала, что бы их начали подделывать на каком нибудь доморощенном производстве.
Но, вследствие необходимости замены предохранителя после каждой перегрузки или замыкания сети, их использование неустанно сокращается. Кроме того автоматический выключатель одновременно является и аппаратом управления, позволяя отключать электрическую цепь.
Существенно повысить надежность электропроводки можно за счет последовательного включения предохранителя с плавкой вставкой и автоматического выключателя. Основную защиту должен обеспечивать автоматический выключатель.
Плавкую вставку надо подбирать так, что бы она разрывала электрическую цепь при возникновении короткого замыкания только в случае отказа автоматического выключателя.
Во взрывоопасных помещениях и там, где используются строительные конструкции из легкосгораемых материалов, такое включение обеспечивает повышенную защиту от пожара.
Использование подобной совмещенной защиты кабелей показано на Рис.
1, на котором отображены время – токовые характеристики автоматического выключателя с номинальным током 16 Ампер с характеристикой отключения «С» по стандарту IEC-EN60898 (кривые 1 и 2) и предохранителя ППН с плавкой вставкой gG-gL на 20 А (кривые 3 и 4, по данным из каталога «Предохранители плавкие низковольтные» Кореневского завода низковольтной аппаратуры). Время отключения автоматического выключателя находится в зоне, ограниченной кривыми 1 и 2. Время отключения предохранителя находится в зоне, ограниченной кривыми 3 и 4.
Показанная совмещенная защита кабельной линии автоматическим выключателем и предохранителем с плавкой вставкой рассчитана на защиту кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм2.
Как видно из приведенных графиков, плавкая вставка будет перегорать при токах более 30 А и менее порога срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.
При проектировании электропроводки проектировщик всегда выбирает сечение кабеля так, что бы ток короткого замыкания был значительно больше порога срабатывания электромагнитного расцепителя.
Но часто после стихийной модернизации электрической сети возникают рассмотренные здесь ситуации. Хотя по нормам эксплуатации электроустановок все изменения в электрической сети должны быть согласованы с проектировщиком и отражены в проекте электропроводки.
В первую очередь нас интересуют кривые 1 и 3, отображающие максимальное время срабатывания аппаратов защиты в пределах их технологического разброса.
При защите кабеля только автоматическим выключателем при токе короткого замыкания 150 А температура медных жил сечением 2,5 мм2 превысит температуру 140 градусов (Таблица 4 в работе Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 2)).
В случае защиты кабеля с сечением жил 1,5 мм2 температура жил достигнет 300 — 400 градусов (Таблицы 1 и 2 в работе Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1)).
На практике столь длительные короткие замыкания обычно прерываются выгоранием соединений в клеммных коробках и розетках и сопровождаются яркой искрящейся вспышкой, которая и является источником пожара. Но, при наличии предохранителя, плавкая вставка сгорит менее чем за 0,3 секунды, не допустив перегрев кабеля и выгорания контактных соединений.
Рассматриваемый случай, когда ток короткого замыкания равен 150 А при использовании автоматического выключателя С16, является аварийным и может быть вызван либо допущением ошибок в проекте электропроводки при расчете линии, либо удлинением кабельной линии в процессе модернизации электроустановки без предварительных расчетов. В результате чего величина тока короткого замыкания оказалась ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя.
7 апреля 2013 г.
К ОГЛАВЛЕНИЮ
Предохранитель на силовой провод
Предохранители устанавливают для защиты силовых проводов от перегрева при перегрузках или неисправностях. Номинал устройства защиты в самом простом случае должен быть меньше или равен номинальной токовой нагрузке проводника. Каждый провод, подключенный к аккумуляторной батарее, должен быть защищен предохранителем
Виды защиты
Номинал устройства защиты должен соответствовать токонесущей способности провода, которая определяется сечением и допустимой рабочей температурой изоляции проводника.
Зависимости между этими величинами сведены в таблицы. Поэтому кажется, что имея их выбрать силовой предохранитель не сложно. Однако правильно сделать это можно только зная для чего он предназначен.
Для защиты от короткого замыкания или от перегрузки.
Защита от короткого замыкания
Короткое замыкание — это состояние электрической цепи, при котором ток течет от источника напряжения, но возвращается к нему минуя предполагаемую нагрузку. Короткое замыкание возникает из-за поврежденной изоляции или неправильного подключенного оборудования. Ток при коротком замыкании чрезвычайно высок и ограничен только мощностью источника и сопротивлением проводов.
Защита от короткого замыкания является основной для проводников с примерно постоянной нагрузкой. Сила тока в рабочем режиме меньше токонесущей способности такого проводника.
А при коротком замыкании, когда ток многократно возрастает и превышает номинальную токовую нагрузку, нагреться проводнику не дает предохранитель, который выдерживает высокий ток менее секунды, после чего плавится и разрывает цепь.
Характеристики предохранителей на силовой провод:
Точное значение тока отключения для предохранителя, защищающего провод при коротком замыкании, не принципиально. Подходит устройство с номиналом равным токонесущей способности провода. Для защиты от короткого замыкания используют предохранители MIDI или ANL
Защита от перегрузки
Перегрузка возникает при работе двигателя, инвертора или одновременном включении в розетки большего, чем предусмотрено, количества устройств.
Если ток в цепи возрастает и течении продолжительного времени держится на уровне 110-150% от номинальной токовой нагрузки проводника, то провод и защитное устройство нагреются.
А если режим работы не изменится, накопленное тепло повредит провод. Чтобы этого не произошло провода, должны быть защищены от перегрузки.
Большинство предохранителей срабатывают, когда ток примерно в 1,3 раза превышает их номинал. Поэтому, чтобы ограничить непрерывный ток и не позволить ему сильного нагреть провод номинал предохранителя выбирают равным 80% токонесущей способности проводника
В таблицах токонесущая способность указывается для проводников, расположенных на открытых участках с хорошей циркуляцией воздуха. В кабельных каналах или внутри перегородок теплоотдача хуже.
Поэтому до критической температуры провод нагреется даже когда по нему течет меньший ток.
Если провод проложен в кабельном канале или внутри перегородки перед выбором устройства защиты его токонесущую способность понижают
Предположим нам необходимо защитить от перегрузки силовой провод сечением 25 кв.мм изоляция которого выдерживает температуру 105 С.
Согласно таблице максимально допустимый непрерывный ток для этого провода 170 А. Предохранители срабатывают при токе в 130% от номинала.
Поэтому для защиты провода нужен предохранитель с номиналом 80% от 170A или 130 Ампер. Он сгорит при токе 1,3 х 130 А = 169 А.
Ток, текущий в цепи, нагревает не только проводник, но и предохранитель. Чтобы предохранитель не перегревался непрерывный ток не должен превышать 80% его номинала.
Для провода сечением 25 мм2 мы выбрали предохранитель на 130 А. Непрерывный ток через него не должен превышать 130 х 0,8 = 104 А.
Если нагрузка в цепи превышает 100 А, необходимо увеличить сечение силового провода и подобрать предохранитель большего номинала.
Держатели для силовых предохранителей:
Предохранители ANL ведут себя не так, как другие типы. Они срабатывают, когда ток составляет 140 — 266% от номинала предохранителя. Правило 80% для предохранителей этого типа не работает. Выбирать предохранители ANL необходимо по специальной таблице. Согласно ей, для защиты от перегрузки силового провода сечением 25 мм2 подойдет предохранитель ANL на 100A. Он сгорит при токе 175 А
Параллельные проводники
Когда мощное устройство подключают к расположенному на расстоянии нескольких метров аккумулятору, процедура выбора силового провода может закончиться тем, что его сечение окажется неоправданно большим. В этом случае вместо одного можно использовать два параллельных проводника.
Предположим, что к аккумуляторной батарее необходимо подключить 12-вольтовое носовое подруливающее устройство, потребляющее 300 Ампер. Суммарная длина положительного и отрицательного проводников между аккумулятором и подрулькой — 15 метров.
По таблицам находим, что для тока силой 300 А подходит провод сечением 70 кв.мм с температурой изоляции 105 С (токонесущая способность снаружи двигательного отсека 330 А). Но при заданной длине падение напряжения в проводе составит 10%.
Потери уменьшатся, если увеличить сечение с 70 до 95 или до 120 кв.мм. Но такие провода сложнее прокладывать и подключать. Кроме того, их просто может не быть в наличии. Поэтому вместо одного, можно использовать два параллельных провода по 70 кв. мм (два для положительной и два для отрицательной ветвей цепи. Всего четыре провода). При этом должны соблюдаться следующие условия:
- Оба силовых провода должны имеют одинаковую длину и сечение. Прокладывать их необходимо в одном кабельном канале или коробе
- Токонесущая способность каждого проводника должна превышать полную нагрузку. Это необходимо для того чтобы избежать перегрева, если один из проводов по каким-либо причинам перестанет проводить ток
- Номинал устройства защиты должен быть меньше или равен токонесущей способности каждого проводника (в рассмотренном примере не более 330 А)
- Если для защиты проводов используется единственный предохранитель, то его номинал не должен превышать токонесущую способность каждого из них. Дополнительная предосторожность необходима на случай, если один из проводов по каким-то причинам перестанет проводить ток. Второй в этом случае останется защищен. Но если номинал предохранителя выбран исходя из суммарной токонесущей способности проводников, то при отключении одного из них устройства защиты не сработает.
Отключающая способность по току
При коротком замыкании главный автомат или предохранитель должен разорвать цепь по которой течет очень высокий ток.
Если устройство защиты не рассчитано на это, может возникнуть электрическая дуга, контакты автомата сварятся между собой и цепь не разомкнется.
Способность автомата или предохранителя срабатывать при коротком замыкании характеризуется его отключающей способностью по току (AIC).
AIC – это максимальный ток, который устройство может отключить при заданном напряжении. Предполагаемый ток короткого замыкания не должен превышать отключающую способность по току. Ток короткого замыкания в 12 и 24-вольтовых системах постоянного напряжения зависит от тока холодного пуска аккумуляторной батареи (ССА).
| Ток холодного пуска аккумуляторной батареи, А | Емкость аккумуляторной батареи, Ач | Отключающая способность по току, А |
| 650 и меньше | 140 | 1500 |
| 651-1100 | 141-255 | 3000 |
| 1101 — 2200 | 256-500 | 5000 |
| Свыше 2200 | Более 500 | Равна току короткого замыкания, указываемому производителем аккумулятора или 100 х емкость батареи |
Представленные в таблице данные относятся только к гелевым, AGM и жидко-кислотным аккумуляторам. Ток короткого замыкания некоторых видов AGM и особенно литиевых аккумуляторов существенно выше.
Если отключающая способность автоматического выключателя не соответствует емкости аккумуляторной батареи, между автоматом и аккумулятором устанавливают предохранитель с соответствующим AIC. Например, Class T (AIC — 20 000 А)
Если напряжение в системе меньше чем номинальное для предохранителя (для Class T 160 В), отключающая способность увеличивается примерно пропорционально отношению напряжений.
Более точно его можно вычислить по формуле — (Номинальное напряжение/напряжение в системе) х AIC х 0,5.
Для предохранителя Class T, используемого в 12 вольтовой электрической системе, отключающая способность по току равна (160/12) х 20 000 х 0,5 = 133 000 А.
Для предохранителей номиналом менее 30 А в 12-вольтовой и менее 15 ампер в 24-вольтовой электрической системе учитывать отключающая способность по току не обязательно
Алгоритм выбора предохранителей
Токонесущая способность провода окажется существенно выше ожидаемого тока, если сечение выбрано так, что падение напряжения не превышает 3%.
Для защиты такого провода подходит ряд предохранителей, номиналы которых расположены между током нагрузки и максимально допустимым током провода.
Предохранитель расположенный в верхней части ряда меньше греется и не срабатывает от случайного всплеска тока. Предохранитель меньшего номинала лучше защищает силовой провод.
- По таблице найдите максимально допустимый номинал предохранителя для данного сечения провода. Чем больше номинал предохранителя, тем реже будут его случайные срабатывания. Но тем хуже он будет защищать повод. Выбирать максимальный номинал нужно с учетом расположения провода (вне или внутри двигательного отсека) и с учетом количества проводов в жгуте. Пример: для одного силового провода сечением 25 мм2, расположенного вне двигательного отсека, максимальный номинал предохранителя — 150 А. Открыть таблицу выбора предохранителей
- Рассчитайте минимальный номинал предохранителя. Для этого умножьте ток, потребляемый устройством на 1,25. Предохранитель минимального номинала лучше защищает провод, но может срабатывать случайно. Если устройство потребляет 80А, то минимальный номинал предохранителя для силового провода сечением 25 мм2 80 х 1,25 = 100А.
- Выберите номинал предохранителя посредине между минимальным и максимальным значениями. Максимальное значение (шаг 1) – 150 А. Минимальное (шаг 2) – 100 А. Среднее значение – (150 + 100) ÷ 2 = 125 А
На 125А существуют предохранители MIDI, MRBF, MEGA и ANL.