О таком нештатном режиме работы электрической цепи как короткое замыкание слышали практически все. Описание физики этого процесса входит в школьную программу 8-го класса.
Предлагаем вспомнить, что представляет собой данное явление, какую опасность представляют токи КЗ и их вероятные причины возникновения.
В статье мы рассмотрим виды короткого замыкания, а также способы защиты, позволяющие минимизировать негативные последствия.
Что такое короткое замыкание?
Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение.
Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.
Электрическая схема нормального режима работы (а) и короткого замыкания (b)
При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489).
Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким.
Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r — напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения.
Виды КЗ
Согласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.
Различные виды КЗ
Обозначения с кратким описанием:
- 3-х фазное, принятое обозначение – К(З). То есть, происходит электрический контакт между тремя фазами. Это единственный вид замыкания не вызывающий «перекос» фаз, процесс протекает симметрично, что упрощает расчет силы тока КЗ. В тоже время 3-х фазное замыкание представляет наибольшую опасность по факторам тепловых и электродинамических воздействий. В связи с этим, когда производится расчет тока КЗ для трехфазной цепи, как правило, рассматривается данный вид замыкания.
Характерно, что при К(З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.
- 2-х фазное (K(2)). Данный вид замыкания, как все последующие, относится к несимметричным процессам, вызывающим перекос напряжений в системе. В кабельных линиях электропередач довольно велика вероятность перехода процесса K(2) в К(З), поскольку температура в месте замыкания разрушает изоляцию токоведущих частей.
- 2-х фазное с землей (K(1,1)). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.
- 1-о фазное с землей (K(1)). Этот вид замыкания на практике встречается чаще всего. Характерно, что процесс может возникнуть как в бытовых или промышленных электросетях, так и в запитанном от них оборудовании.
- Двойное на землю (K(1+1)). То есть, две фазы замыкаются через землю, не имея электрического контакта между собой. Такой вид замыкания возможен в системах с заземленной нейтралью.
Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85.
Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания.
Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.
| Обозначение КЗ | Процентное соотношение к общему числу (%) |
| К(З) | 5,0 |
| K(2) | 10,0 |
| K(1) | 65,0 |
| K(1,1) и K(1+1) | 20,0 |
Разобравшись с видами замыканий, рассмотрим, в каких ситуациях они могут возникнуть.
Причины возникновения короткого замыкания
Несмотря на случайность данного процесса, существует много причин, имеющих косвенное или прямое отношение к его происхождению. Перечислим наиболее распространенные причины, по данным аварийной статистики:
- Износ электрохозяйства энергетических систем или бытовой электросети. Со временем изоляция проводов или токоведущих элементов теряет диэлектрические свойства, в результате на участке цепи возникает непредусмотренное электрическое соединение. Определить общее состояние проводки можно по проводам в электрических точках.
Старение изоляции заметно на отводах к электрическим точкам - Превышение допустимой нагрузки на цепь питания. Это вызывает нагрев токоведущих элементов, что приводит к повреждению изоляции. Подробно о перегрузке электросети можно прочитать на нашем сайте.
Перегрузка электросети может стать причиной короткого замыкания - Удар молнии в ВЛ. В этом случае происходит перенапряжение электросети, которое может вызвать КЗ. Обратим внимание, что молнии не обязательно попадать непосредственно в ЛЭП, близкий разряд может вызвать ионизацию воздуха, увеличивающую его электропроводимость. В результате увеличивается вероятность образования электрической дуги между линиями электропередач.
- Физическое воздействие на провода, вызывающее механическое повреждение изоляции. В качестве примера достаточно вспомнить шутку, где перфоратор называют электрическим прибором для поиска скрытой проводки.
- Попадание металлических предметов на токоведущие элементы. Собственно, это следствие, поскольку причина кроется в неудовлетворительном уходе за электрохозяйством.
- Подключение к сети неисправного оборудования, например вызванного существенным снижением внутреннего сопротивления.
- Человеческий фактор. Под это определение можно подвести практически все случаи так или иначе связанные с неправильными действиями человека. Например, ошибки при монтаже электропроводки, неудачные попытки ремонта электрооборудования, неправильные действия оперативного персонала подстанции и т.д.
Опасность и последствия
Чтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:
- Возникновение возгорания в месте механического соприкосновения неизолированных элементов оборудования или электрической сети часто становится причиной пожара.
- Понижение уровня напряжения электрического тока в зоне замыкания вызовет сбой в работе электрооборудования. О последствиях пониженного напряжения можно подробно узнать в одной из публикаций на нашем сайте.
- Как видно из приведенной выше таблицы 1, на долю симметричных замыканий (К(З)) приходится не более 5%, это означает, что во всех остальных случаях придется иметь дело с сетевой асимметрией, более известной под названием «перекос фаз». Последствия такого режима мы уже рассматривали в более ранней публикации.
- Возникновение различных системных аварий, вызывающих отключение потребителей энергосистемы до устранения короткого замыкания.
Как предотвратить КЗ и защита от него?
Нельзя полностью исключить вероятность КЗ, поскольку на природу его возникновения влияет случайная составляющая. Поэтому в данном случае может идти речь только о профилактике, понижающей вероятность возникновения аварийной ситуации. К таким мерам относятся:
- Контроль состояния изоляции токоведущих элементов оборудования или линий электропередач. В частности, испытание изоляции электропроводки в производственных помещениях положено проводить не реже одного раза в три года. Для бытовых сетей нормируется только срок максимальной эксплуатации. Например, для скрытой проводки, выполненной медным проводом, допустимая эксплуатация – 40 лет.
- Сверка с проектом бытовой электросети перед сверлением теоретически должна минимизировать вероятность механического повреждения скрытой проводки. Но, как показывает практика, в таких ситуациях надежней воспользоваться прибором, для поиска проводки. Обзор таких устройств и их принципиальные схемы, можно найти на нашем сайте.
Детектор проводки - Отключение электроприборов при выходе из дома или квартиры.
- В «сырых» помещениях (например, в ванной комнате) необходимо минимизировать количество электрооборудования. Если таковое нельзя исключить, оно должно иметь соответствующий класс защиты.
- В случае повреждения электроприбора, требуется исключить возможность его подсоединения к сети питания.
- Соблюдение норм потребления электроэнергии и т.д.
Не менее важным является организация защиты, она реализуется путем установки автоматических выключателей (или предохранителей) как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию проводки.
Если произойдет короткое замыкание, электромагнитная защита автоматического выключателя сработает под воздействием высокого уровня тока КЗ.
Как подобрать автоматический выключатель, в зависимости от номинального тока, Вы можете прочитать на нашем сайте.
Если в щитах РУ используются плавкие электрические предохранители, то после их «расплавления» (срабатывания), замена должна проводиться на однотипные устройства. Установка предохранителя с током меньше номинального приведет к ложным срабатываниям, превышение допустимого тока срабатывания может вызвать повреждение электрооборудования.
Преднамеренное КЗ
Завершая данную тему нельзя не упомянуть, что большие токи короткого замыкания могут успешно использоваться. Ярким примером этому являются электросварочные аппараты с ручным или автоматическим ограничением по току КЗ. Принцип работы и примеры электрических схем различных видов сварочного оборудования мы уже ранее рассматривали на нашем сайте.
Помимо сварочных аппаратов особенности КЗ используются в короткозамыкателях.
Внешний вид короткозамыкателя
- Короткозамыкатели представляют собой специальные электромеханические устройства, вызывающие преднамеренное короткое замыкание для оперативного отключения системой защиты определенного участка цепи.
- Таким образом, можно констатировать, что в приведенных примерах короткое замыкание вызывается принудительно для выполнения конструктивных действий.
- Несколько видео по теме:
Что такое короткое замыкание и перегрузка сети?
Короткое замыкание (КЗ) – это возникновение электрического контакта между разными фазами, фазой и нулевым рабочим или защитным проводом. В сети с глухозаземленной нейтралью коротким замыканием можно считать контакт между фазным проводником и землей.
Причинами короткого замыкания могут быть:
- ухудшение или повреждение изоляции;
- попадание посторонних предметов, проводящих электрический ток, на токоведущие части;
- механические повреждения или разрушения электрических машин и аппаратов;
- ошибки работников при монтаже или обслуживании электрооборудования;
- аварийные режимы работы сети, связанные с возникновением в ней перенапряжений или резких бросков тока.
Со временем изоляция стареет и теряет свои свойства. Это относится в равной степени и к кабелям, и к обмоткам электродвигателей, и к изоляторам. Этому свойству подвержены и изоляционные поверхности: корпуса автоматических выключателей, предохранителей.
На ухудшение свойств изоляторов влияет среда, в которой они работают: степень загрязненности, наличие влаги, пыли, агрессивных газов. Стоит появиться небольшому токопроводящему участку, и он начинает греться и разрастаться, пока ток через него не достигнет критической величины. Он лавинообразно возрастет, разогреет и обуглит поверхность, по которой протекает.
С этого момента участок с ослабленной изоляцией становится местом короткого замыкания.
Примером посторонних предметов на токоведущих частях являются деревья, падающие на провода линий электропередач. Сами они создают контакт между землей и фазными проводниками, дополнительно обрываются провода или замыкаются между собой.
Износ подшипников электродвигателей тоже может привести к короткому замыканию. Ротор при вращении цепляет своими обмотками за внутренние детали или обмотку статора.
Изоляция повреждается и возникает КЗ. Кабели, проложенные в земле, неизбежно подвергаются механическим деформациям.
Над ними проезжает транспорт, а при смене времен года подвижки грунта испытывают их на прочность.
Невнимательность, неаккуратность, несоблюдение правил безопасности тоже могут привести к КЗ. При этом дополнительно наносится вред здоровью работников.
Перенапряжения сами по себе не являются причинами КЗ. Они лишь ускоряют их возникновение на участках с пониженной изоляцией, где рано или поздно замыкание все равно бы произошло.
Расчет и измерение токов короткого замыкания
При коротком замыкании вся мощность электрической сети сосредотачивается на маленьком участке. Если бы кабели, провода и коммутационные аппараты не имели бы собственных сопротивлений, ток КЗ достигал бы огромных величин. Но на самом деле он ограничивается суммарным сопротивлением линии от источника питания (трансформатора на подстанции, генераторов энергосистемы) до точки КЗ.
При проектировании электроустановок величину этого тока обязательно рассчитывают. Для этого используются данные о сопротивлениях (активных и реактивных) всего электрооборудования, установленного на пути КЗ. Ток считается для самой удаленной от источника точки, чтобы проверить, отключит ли его защита.
В эксплуатации или после монтажа ток КЗ измеряют специальными приборами: измерителями петли фаза-нуль. Делается это для того, чтобы удостовериться в правильности расчетов или в местах, для которых этот расчет выполнить невозможно.
Прибор MZC-200 для измерения петли фаза-нуль
Чем дальше точка КЗ от источника, тем ток замыкания меньше. При определенном удалении может получиться ситуация, когда тока будет не хватать для срабатывания отсечек автоматических выключателей. В этом случае:
- вместо модульных выключателей с характеристикой «С» (кратность отсечки 5-10) применяют «В» (кратность 3-5);
- увеличивают сечение питающих кабелей.
Действие короткого замыкания на электрооборудование
Короткое замыкание – аварийный режим работы для электрической сети. При возникновении он оказывает на электрооборудование одновременно два действия:
- электродинамическое;
- термическое.
Согласно законам физики, при прохождении тока по двум проводникам, расположенным рядом, они взаимодействуют друг с другом. В зависимости от направления тока они либо притягиваются, либо отталкиваются. С увеличением тока и уменьшением расстояния сила взаимодействия увеличивается.
На этом принципе и происходит электродинамическое воздействие тока КЗ на шины, провода, обмотки электрических машин. На подстанциях и других энергообъектах, где значения токов замыкания достигают десятков и сотен тысяч ампер, после КЗ оборудование может прийти в полную негодность из-за механических разрушений. При этом само КЗ может произойти где-то в стороне.
Термическое воздействие основано на нагревании проводников при прохождении по ним электрического тока. При этом температура иногда повышается настолько, что провода или шины расплавляются.
В бытовых условиях ярче выражено термическое воздействие КЗ, динамическое можно не учитывать из-за небольших значений токов.
Перегрузка сети
Это тоже аварийный режим работы. Все электрооборудование рассчитано на номинальный ток, превышение которого недопустимо. Иначе контактные системы коммутационных аппаратов, жилы кабелей и проводов начинают нагреваться. Перегрев приводит к расплавлению или обугливанию изоляции, которое вскоре приводит к пожару или короткому замыканию.
Последствия перегрузки
Причинами перегрузки является:
- подключение нагрузки к групповой линии, превышающей ту, на которую рассчитан ее кабель и автоматический выключатель. Это либо связано с подключением мощного электроприемника или превышением суммарной мощности группы электроприемников.
- неисправности, возникающие в одном из электроприемников. Например, витковое замыкание в электродвигателе, частичный выход из строя нагревательного элемента в калорифере.
Защитное отключение
В загородном доме есть возможность устроить заземление, то есть обеспечить электрический контакт заземляющего провода с землей через заглубленный в грунт заземлитель. Один из вариантов такого заземляющего устройства показан на рис. 6.
Для его изготовления необходимо отрыть канаву глубиной около 0,8 м и забить в нее несколько заземляющих электродов, для которых подойдут отрезки водопроводной трубы диаметром около дюйма. Концы труб можно сплющить кувалдой, чтобы облегчить их погружение в грунт.
Верхушка каждого заземления должна быть соединена 5-миллиметровой проволокой с тоководом.
Эти соединительные проволоки крепятся к заземлителям и стягиваются в жгут обмоткой из мягкой 2-миллиметровой железной проволоки. Такой же обмоткой крепится жгут к тоководу, который соединяет заземлители с корпусом домового электрощитка.
Если рубильник или общий выключатель позволяет отключить при необходимости домовую сеть (или рабочую группу) вручную, то устройства защиты производят такое отключение автоматически, реагируя на аварийную ситуацию. Рассмотрим, в каких случаях необходимо экстренное отключение сети.
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
Если в любой части электропроводки или электроприбора (лампочки, утюга и т. д.) нарушится изоляция и фазный провод коснется нулевого, произойдет короткое замыкание.
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.
Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя.
Для 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.
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 действие тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.
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). Становится 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.
ПЕРЕГРУЗКА
Если короткое замыкание — это авария, форсмажорная ситуация, то перегрузка, то есть работа сети и электроприборов, подключенных к ней, при значениях тока, существенно превышающих номинальное, причиняет вред не сразу и потому более коварна.
Перегрузка может вызываться и внешними причинами, и внутренними. Внешние — это повышенное напряжение в сети. Внутренние — включение в линию приборов, потребляющих недопустимо большую для этой линии мощность.
Для защиты от перегрузки применяются так называемые тепловые расцепители, которые обычно встраиваются в устройства защиты от короткого замыкания, образуя комбинированные автоматические выключатели.
В продаже кроме обычных предохранителей («пробки») имеются отечественные и импортные автоматические выключатели: стационарные (крепятся шурупами к панели щитка, либо надеваются на специальную монтажную групповую планку) и «пробочные», предназначенные для ввинчивания в колодку для обычных «пробок», — рассчитанные на разные номинальные токи срабатывания.
При поражении человека электригеским током опасность для жизни создает именно ток. Величина тока, протекающего через организм, зависит от очень многих обстоятельств: влажности кожи, нервного возбуждения, контакта с почвой. 'Напряжение играет далеко не главную роль. Зато важнейший фактор — время воздействия тока.
Правильно выбранные номинальные токи срабатывания средств защиты как от короткого замыкания, так и от перегрузки (о чем речь пойдет далее) таковы:
- 16 А — для линии (группы) с суммарным максимальным потреблением 10 А (2,2 кВт); это могут быть осветительные приборы или штепсельные розетки для приборов малой мощности;
- 25 А — для линии с общей мощностью до 4 кВт (около 18 А) — например, для сети штепсельных розеток при наличии отдельных приборов мощностью около кВт.
- ЗАЩИТА ОТ ТОКОВЫХ УТЕЧЕК
- Нужно иметь в виду, что автоматические выключатели, защищающие электросеть и электроприборы от короткого замыкания и от перегрузок, ничем не помогают в ситуации, когда человек касается находящихся под напряжением оголенных проводов или токоведущих частей приборов: при поражении человека током величина этого тока слишком мала для срабатывания названных устройств.
- В этих ситуациях применяются устройства защиты, реагирующие на токи утечки в землю.
- Такие устройства срабатывают при протекании тока между фазным проводом и:
- заземляющим проводом (не путать с нулевым);
- заземленным корпусом приборов;
- землей.
- Эти токи называются токами утечки. Они могут возникнуть в двух случаях:
- при замыкании фазного провода с одним из трех перечисленных видов заземления;
- при касании человеком оголенного фазного провода под напряжением. Во втором случае ток утечки протекает через человеческий организм, создавая угрозу для его жизни.
Таким образом, устройства данного типа выполняют две функции: защиту от пожара при коротком замыкании «фаза — земля» и отключение сети при соприкосновении человека с оголенными токоведущими частями, находящимися под напряжением.
Срабатывание защиты происходит при очень незначительных токах утечки (от 2 миллиампер до 1 ампера). При прохождении через человеческий организм тока 2 мА и более отключение произойдет менее чем через 0,1 секунды.
Поскольку перечисленные устройства защиты не заменяют, а дополняют друг друга (например, защита от утечек не реагирует на утечки «фаза — ноль»), следует применять и отсечку тока при коротком замыкании, и защиту от перегрузок, и описанный только что вид защиты (от утечек).
При трехфазном питании возможно короткое замыкание «фаза — фаза». Для защиты от него следует установить в соответствующей цепи автоматический выключатель-отсечку.
Ниже приведены данные однофазных устройств защитного отключения (УЗО), реагирующих на токи утечки.
Таблица 1. ПАРАмЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХ УЗО
| Номинальный ток, А | 2,7 | 6,3 | 10 | 25 | 40 |
| Установка тока срабатывания, А | 10 | 10 | 10 | 10 | 15 |
| Время срабатывания, сек. | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,1 |
- К ОГЛАВЛЕНИЮ
- —
- Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:
- Крыша
- Черепичная кровля. Покрытие крыши черепицей
- Ремонт крыльца
© 2000 — 2010 Oleg V. Mukhin.Ru™
Короткое замыкание и перегрузка по току
Коротким замыканием называют непредусмотренное конструкцией электрической цепи соединение между фазным и нулевым проводником в сетях 220 В. В сетях 380 В КЗ – это контакт между отдельными фазными проводниками между собой или с нулем.
Любые проблемы в электрической системе могут представлять опасность для пользователей, а потому многих людей сегодня интересует, что такое короткое замыкание и ток перегрузки.
Причины возникновения и последствия коротких замыканий
Наиболее распространенной причиной возникновения коротких замыканий в электрической проводке является нарушение изоляции токопроводящих частей системы.
Изоляция электрического кабеля может быть нарушена из-за механических повреждений, воздействия влаги и других неблагоприятных условий окружающей среды, а также из-за старения электрических проводов.
КЗ приводит к кратковременному возрастанию силы тока и объема выделяемой тепловой энергии.
Сильное тепловое воздействие на изоляцию кабелей снижает диэлектрические свойства изолирующих материалов и укорачивает сроки эксплуатации проводов. Термальному старению подвержены кабели с бумажной, картонной изоляцией, а также изоляционные материалы из полимерных соединений.
Схематично короткое замыкание показано на рисунке ниже.
Короткие замыкания в сети могут приводить к возникновению различных аварийных ситуаций, опасных для пользователей электросистемы и их имущества. Чаще всего следствием КЗ становится возгорание, способное привести к воспламенению изоляции электрических кабелей, окружающих материалов и веществ.
Авария в электрической сети может произойти также из-за токов перегрузки. Они могут появиться в электросети из-за неправильного подключения или использования поврежденных потребителей электрической энергии. В этом случае суммарный ток в электрической сети может превысить номинальные значения и привести к перегрузке системы.
Отличие короткого замыкания и тока перегрузки
Короткое замыкание не стоит путать с током перегрузки, основное отличие между авариями таких типов заключается в том, что при КЗ может быть повреждена изоляция, а в случае с перегрузкой, авария является следствием повреждения изоляции или других проблем в электросети. Важно отметить, что перегрузка электросети, продолжающаяся в течение определенного времени с большей вероятностью приведет к возникновению пожара, чем кратковременное замыкание.
Вероятность возникновения возгорания при коротких замыканиях и токов перегрузки напрямую зависит от типа и характеристик используемых в электрических системах кабелей.
Именно поэтому крайне важно грамотно подобрать проводку для любой электросети, чтобы она полностью соответствовала уровню нагрузки и особенностям эксплуатации.
Хуже всего от возникновения пожаров защищены электрические кабели с изоляцией из резины и полиэтилена, потому профессиональные специалисты не рекомендуют использовать такие материалы, особенно при использовании скрытой проводки под штукатуркой.
Лучше всего на практике себя показывают электрические кабели ВВГ Нг, имеющие надежную, негорючую изоляцию и не подвергающие опасности пользователей электросетей даже при возникновении аварийных ситуаций.
Установки надежных электрических кабелей недостаточно для обеспечения полной безопасности эксплуатации бытовой электросистемы.
Гарантированно защитить пользователей от коротких замыканий и токов перегрузки могут лишь правильно подобранные по номиналам устройства защитного отключения (УЗО) и автоматические выключатели.
Чем короткое замыкание отличается от перегрузки
Все слышали о бытовых проблемах с электросетью, которые часто становятся причиной нарушения работы электрических приборов и самой сети. В основном это короткое замыкание или перегрузка. Как отличаются эти два понятия и как не допустить опасную ситуацию у себя в квартире?
Понятия «короткое замыкание» и «перегрузка»
В наших розетках используется всего два провода – «фаза» и «ноль», на языке электриков. Кабель с фазой – это провод по которому течет электрический заряд.
Он имеет определенное напряжение и в нем возникает нагрузка при подключении потребителя тока (без подключенного в розетку прибора мультиметр фиксирует только напряжение, с подключенным и силу тока).
Ноль – это провод, по которому импульс возвращается к источнику, вернее тот его остаток, который не был рассеян или поглощен прибором. В развитых странах обязательно используется три провода, где недостающее звено – провод заземления.
Он отводит ток к рассеивателю, в большинстве случаев это наша планета Земля. У нас в квартирах заземления или нет вообще, или оно приходит только в определенную часть квартиры, как правило на кухню.
Если замкнуть фазу и ноль без потребителя, то произойдет короткое замыкание. Сила тока (нагрузка) при таком «подключении» многократно возрастает, что приводит к высокому тепловыделению.
Данный эффект описан в законе Джоуля — Ленца (урок физики 8й класс). При наличии заземления в приборе часть нагрузки уйдет в землю и критической ситуации не возникнет.
Но, как показывает практика, заземление есть далеко не во всех квартирах и приборах.
Еще одни способ превысить допустимую нагрузку на проводник – подключить большое количество приборов. У кабелей и проводов в квартире и за ее пределами есть пропускная способность. Для трансформаторов и энергоподающих линий она вычисляется инженерами, в квартирах электриками.
В принципе подсчет тут не сложный: одна розетка – один прибор. Но часто инженеры занижают реальные потребности жильцов для экономии на количестве входных линий в дом и квартиру. Это особенно сильно чувствуется в старых советских постройках и менее в новых, построенных после 2000х.
Итак, если Вы подключите 3 холодильника в одну розетку, то создадите перегрузку на участке кабеля от розетки до щитка. Попробуйте включить в сетевой фильтр с тремя гнездами три мощных прибора и измерить силу тока токовыми клещами – такая же нагрузка идет на розетку.
Входящая линия скорее всего рассчитана на более высокую нагрузку и выдержит, но вот в квартире может возникнуть пожар. Если же жильцы не пользуются тройниками, но подключают много мощных приборов, то может не выдержать как раз входящая линия.
Последствия такой перегрузки могут быть куда печальнее.
Подведем итог. И «перегрузка» и «короткое замыкание» как определения очень похожи – это процесс многократного превышения допустимой нагрузки на электрический проводник.
Замыкание «лечится» установкой электрических автоматов в местах соединения кабеля, например, между счетчиком и квартирой, между входящим кабелем и счетчиком и так далее.
Сегодня популярны мини щитовые непосредственно в квартире – они повышают безопасность и легко поддаются ремонту после внештатных ситуаций. Перегрузку от высокого потребления контролировать и избежать труднее, она опаснее, а устранение последствий весьма дорогое удовольствие.
Кроме этого, с повышением нагрузки возрастает ток утечки, который контролируют мегаомметром, как и сопротивление изоляции. А это уже достаточно специфический и дорогой прибор, который есть далеко не в каждом ЖЕКе.
Короткое замыкание и перегрузки в электрической сети
Короткие замыкания (КЗ или «коротыш» как говорят электрики) в электрических сетях чаще всего случаются из-за разрушения изоляции токопроводящих частей в результате механических воздействий, естественного старения, воздействия агрессивных сред и влаги, а также ошибочных действий электротехнического персонала.
Короткое замыкание сопровождается резким возрастанием тока в цепи, а также значительным увеличением выделяющегося тепла, пропорционального квадрату величины тока.
Воздействие теплового нагрева на проводку резко снижает механическую и диэлектрическую прочность изоляции.
А в результате регулярной перегрузки электрических сетей токами, которые существенно превышают допустимую для данного вида и сечений проводников норму, происходит её тепловое старение.
Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию сопровождается, как правило, появлением поверхностных токов утечки. Тепловой нагрев приводит к испарению жидкости и образованию на ней солевых отложений. После испарения влаги токи утечки исчезают, но при последующем увлажнении процесс повторяется.
Только сейчас из-за повышенной концентрации соли проводимость достигает таких значений, при которых ток утечки не исчезает и по окончании испарения. Действие тока утечки приводит к обугливанию изоляции и потери ей механической прочности.
Возникает ситуация, способная привести к распространению поверхностного дугового разряда и загоранию изоляции.
Коренное отличие режима короткого замыкания от режима перегрузки состоит в том, что в первом случае аварийная ситуация возникает вследствие разрушения изоляции, а во втором — является его причиной. В некоторых случаях перегрузка электропроводки во время аварийного режима может иметь большую пожарную опасность, чем короткое замыкание.
При возникающих в сети перегрузках на воспламеняющую способность проводов существенное влияние оказывает материал жилы. Проведённые в режиме перегрузки испытания убедительно доказали, что вероятность загорания изоляции у кабелей с медными жилами выше, чем у проводов из алюминиевого материала.
При испытаниях на короткое замыкание проявилась схожая закономерность.
Кроме того, оказалось, что провода и кабели в полиэтиленовой оболочке, а также используемые при их прокладке полиэтиленовые трубы имеют большую «склонность» к возгоранию, чем аналогичная электропроводка, выполненная в винипластовых трубах.
Особо опасна перегрузка в частном жилом секторе, т.е. в домах, где обычно от общей электросети запитаны все потребители, а защитное оборудование рассчитано лишь на токи К.З. К тому же, ничто не препятствует жильцам многоквартирных жилых домов бесконтрольно увеличивать потребляемую ими мощность.
Следует обратить особое внимание на тот факт, что электроустановочные изделия снабжаются, как правило, специальными надписями, указывающими на предельные значения токов, напряжений и допустимую рассеиваемую мощность данного устройства. Для того чтобы эксплуатация этих устройств не вызывала проблем — необходимо научиться расшифровывать эти надписи.
Если на выключателе имеется надпись «6,3 А; 250 В», то это значит, что ток, проходящий через выключатель, не должен быть более 6,3 Ампер, а напряжение в сети, к которой он подключён – не более 250 вольт.
Если на изделии указывается, кроме того, и мощность (например, «3 А; 250 В; 300 Вт»), то на предельную величину тока не нужно обращать внимания. В этом случае исходить следует из указанной предельной мощности. В данном случае допустимый предельный ток будет равен 300 Вт : 220 вольт = 1,3 Ампера.
Для обесточивания сети при коротком замыкании, как правило применяют автоматический выключатель.