Почему происходит короткое замыкание
Для того чтобы понять почему происходит короткое замыкание, нужно вспомнить закон Ома для участка цепи – «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке», формула при этом следующая:
I=U/R
где I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление.
Любой электроприбор в квартире, включающийся в розетку, это активное сопротивление (R – в формуле), напряжение в бытовой электросети вам должно быть известно – 220В-230 В и оно практически не меняется. Соответственно, чем выше сопротивление электроприбора (или материала, проводника и т.д.) включаемого в сеть, тем меньше величина тока, так, как зависимость между этими величинами обратно пропорциональная.
Теперь представьте, что мы включаем в сеть электроприбор практически без сопротивления, допустим его величина R=0.05 Ом, считаем, что тогда будет с силой тока по закону Ома.
I=220В(U)/0,05(Ом)=4400А
В результате получается очень высокий ток, для сравнения стандартная электрическая розетка в нашей квартире, выдерживает лишь ток 10-16А, а у нас по расчетам 4,4 кА.
Современные медные провода, используемые в проводке, имеют настолько хорошие показатели электрической проводимости, что их сопротивление, при относительно небольшой длине, можно принять за ноль. Соответственно, прямое соединение фазного и нулевого провода, можно сравнить, с подключением к сети электроприбора, с очень низким сопротивлением. Чаще всего, в бытовых условиях, мы сталкиваемся именно с таким типом короткого замыкания.
Конечно, это очень грубый пример, в реальных условиях, при расчете силы тока при коротком замыкании, учитывать приходится гораздо больше показателей, таких как: сопротивление всей линии проводов, идущих к вам, соединений, дополнительного оборудования сети и даже дуги образующейся при коротком замыкании, а также некоторых других.Поэтому, чаще всего, сопротивление будет выше тех 0,05 Ом, что мы взяли в расчете, но общий принцип возникновения КЗ и его разрушительных эффектов понятен.
Закон Джоуля-Ленца
Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи
где
Q — это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.
I — сила тока в этой цепи, А
Rн — сопротивление нагрузки, Ом
t — период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , секунды
Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.
То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.
Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.
Группа A
| №1: Какое из нижеприведенных утверждений не справедливо? |
|---|
| А) Идеальный амперметр накоротко подсоединенный к источнику тока показывает ток короткого замыкания. |
| B) Работы кулоновских и сторонних сил внутри источника тока всегда имеют разные знаки. |
| C) Идеальный вольтметр подсоединенный к полюсам источника тока, показывает падение напряжения на внешнем участке цепи. |
| D) В результате работы источника тока, его ЭДС уменьшается. |
| E) ЭДС – является силовой характеристикой источника тока. |
| №2: Выразить через основные единицы, единицу ЭДС. |
|---|
| А) Дж·Кл-1 |
| B) Кг·м2·А-1·с-3 |
| C) Кг·м2·А-1·с-2 |
| D) Кг·м2·А·с-3 |
| E) В |
| №3: На рисунке представлен график зависимости работы сторонних сил от величины ЭДС для трех источников тока. В каком из нижеприведенных соотношений находятся величины переносимых зарядов? |
|---|
| А) q2 > q3 > q1 |
| B) q2 < q3 < q1 |
| C) q2 > q1 > q3 |
| D) q2 < q1 < q3 |
| E) q2 = q3 = q1 |
| №4: На рисунке представлена зависимость величины переносимого заряда от работы сторонних сил, для трех различных источников тока. В каком из нижеприведенных соотношений находятся значения ЭДС этих источников. |
|---|
| А) E1 > E2 > E3 |
| B) E1 < E2 < E3 |
| C) E1 > E3 > E2 |
| D) E1 < E3 < E2 |
| E) E1 = E2 = E3 |
| №5: Сторонние силы за 5 минут совершили работу 0,72 кДж. Определить величину силы тока в цепи, если ЭДС источника равна 12 В. |
|---|
| А) 1,2 А |
| B) 2 А |
| C) 0,2 А |
| D) 12 А |
| E) 5 А |
| №6: В цепи действует источник тока с переменной ЭДС. Используя информацию приведенную на рисунке, определить работу источника тока за время, в течении которого заряд в цепи увеличился с 6 Кл до 12 Кл. |
|---|
| А) 18 Дж |
| B) 48 Дж |
| C) 12 Дж |
| D) 60 Дж |
| E) 36 Дж |
| №7: Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость силы тока в замкнутой цепи от сопротивления внешней нагрузки? |
|---|
| А) |
| B) |
| C) |
| D) |
| E) |
| №8: Какой из нижеприведенных графиков отражает зависимость падения напряжения на внешнем участке цепи, имеющим постоянное сопротивление, от ЭДС? (Внутреннее сопротивление постоянно). |
|---|
| А) |
| B) |
| C) |
| D) |
| E) |
| №9: Сопротивление внешней цепи увеличилось на 20%. Как должно измениться внутреннее сопротивление источника тока, чтобы КПД цепи осталось прежним? |
|---|
| А) Уменьшится на 20%. |
| B) Увеличится на 20%. |
| C) Уменьшится на 80%. |
| D) Увеличится на 80%. |
| E) Увеличится на 40%. |
| №10: На рисунке приведен график зависимости падения напряжения на внешнем участке цепи от ЭДС. В каком из нижеприведенных соотношений находятся КПД цепи? |
|---|
| А) 2 > 3 > 1 |
| B) 2 < 3 < 1 |
| C) 1 > 2 > 3 |
| D) 1 < 2 < 3 |
| E) 1 = 2 = 3 |
| №11: Какой из нижеприведенных графиков правильно отражает зависимость КПД электрической цепи от величины внешнего резистора? |
|---|
| А) |
| B) |
| C) |
| D) |
| E) |
| №12: Амперметр, изображенный на рисунке показывает 2 А. Определить сопротивление внешнего участка цепи, если ЭДС источника тока 12 В, а падение напряжения внутри него 4 В. |
|---|
| А) 4 Ом |
| B) 8 Ом |
| C) 2 Ом |
| D) 6 Ом |
| E) Нельзя определить, так как не задано внутреннее сопротивление источника тока. |
| №13: Какое из нижеприведенных соотношений о показаниях амперметров, изображенных на рисунке, наиболее справедливо? |
|---|
| А) I1 = I2 = I3 |
| B) I1 > I2 > I3 |
| C) I1 > I2 = I3 |
| D) I1 < I2 = I3 |
| I) I1 = 1/2 I2 = 1/2 I3 |
| №14: Амперметр, изображенный на рисунке показывает ток 6,5 А. Определить сопротивление одного из резисторов, если ЭДС источника тока 65 В, а его внутреннее сопротивление 1 Ом. |
|---|
| А) 9 Ом |
| B) 5 Ом |
| C) 4,5 Ом |
| D) 1,8 Ом |
| I) 3,6 Ом |
| №15: Если к полюсам источника тока подсоединить резистор R1 = 8 Ом, то возникнет ток I. Если заменить резистор на другой R2 = 17 Ом, то возникающий в этом случае ток, будет в два раза меньше, чем в первом случае. Определить внутреннее сопротивление источника тока. |
|---|
| А) 1 Ом |
| B) 26 Ом |
| C) 0,5 Ом |
| D) 0,25 Ом |
| E) 2,1 Ом |
| №16: Вольтметр и амперметр, изображенные на рисунке, соответственно показывают 8 В и 1 А. Определить падение напряжения внутри источника тока, если E = 20 В, R2 = 10,8 Ом. |
|---|
| А) 18,8 В |
| B) 10,6 В |
| C) 0,2 В |
| D) 1,2 В |
| E) 0,6 В |
| №17: Цепь, состоящая из трех параллельно включенных ламп с сопротивлением 300 Ом каждая, подключена к источнику тока с внутренним сопротивлением 0,2 Ом. определить ЭДС источника, если сила тока в каждой лампе 0,1 А, а сопротивление соединительных проводов 0,1 Ом. |
|---|
| А) 3,009 В |
| B) 300,9 В |
| C) 100,3 В |
| D) 30,09 В |
| E) 10,03 В |
| №18: Определить показание амперметра, если вольтметр показывает 14 В. (R1 = R2 = 10 Ом; R3 = 3 Ом; R4 = 7 Ом) |
|---|
| А) 2 А |
| B) 3 А |
| C) 4 А |
| D) 4,2 А |
| E) 6 А |
Back | Home
Виды коротких замыканий
В цепи постоянного тока
В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как «+», и общим проводом схемы, который соединяют с «-«. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока. Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с «минусом» аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит «жучок» — самопальный предохранитель. Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.
В цепи переменного тока
Трехфазное замыкание
Это когда три фазных провода коротнули между собой.
Трехфазное на землю
Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю
Двухфазное
В этом случае любые две фазы замкнуты между собой
Двухфазное на землю
Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю
Однофазное на землю
Однофазное на ноль
Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.
В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю — 60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.
В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.
Какие бывают виды
Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.
Будет интересно Что такое статическое электричество и как от него избавиться
Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.
Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями – электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия.
Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.
Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение
Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток
Возгорание розетки
Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, UКЗ, измеряемое в процентах. Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение.
Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем UКЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям. Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш. Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ.
Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.
Защита блока питания от короткого замыкания.
Виды коротких замыканий и их характеристики.
Выше было отмечено, что для выработки и потребления электрической энергии наибольшее распространение нашли трехфазные системы переменного тока с изолированной и заземленной нейтралью. В общем случае в таких системах могут возникнуть трехфазные, двухфазные и однофазные короткие замыкания, а также замыкания между фазными проводами и землей. Разберем более подробно виды коротких замыканий, возникающих в различных системах (рис. 28).
В системах, работающих с изолированной (незаземленной) нейтралью, короткие замыкания могут быть трехфазные в одной точке (рис. 28, а); двухфазные в одной точке (рис. 28, б); двухфазные в двух точках при замыкании фаз на землю (рис. 28, в). В системах с заземленной нейтралью встречаются следующие короткие замыкания: трехфазные в одной точке (рис. 28, г); двухфазные в одной точке (рис. 28, д); двухфазные на землю в одной и в двух точках (рис. 28, е); однофазные на землю (рис. 28, ж) или на заземленный нулевой провод (в четырехпроводных системах).
В системах с изолированной нейтралью большинство аварий (около 90%) приходится на двухфазные короткие замыкания и лишь небольшая часть приходится на трехфазные короткие замыкания. В системах, работающих с заземленной нейтралью, наиболее часто встречаются однофазные короткие замыкания (65%), затем двухфазные на землю (20%), двухфазные (10%) и трехфазные (5%). Таким образом, подавляющее большинство коротких замыканий является несимметричным (к симметричным коротким замыканиям относятся лишь трехфазные).
Рассмотрим, как меняются в общих чертах токи и напряжения при различных видах коротких замыканий. При трехфазных коротких замыканиях (рис. 28, а и г) все три фазы А, В и С замыкаются между собой. В точке короткого замыкания К(3) все линейные и фазные напряжения равны нулю, а токи во всех трех фазах равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на угол 120° (имеем случай симметричного короткого замыкания).
При двухфазном коротком замыкании между фазами В и С (рис. 28, б и д’) линейное напряжение между поврежденными фазами в точке короткого замыкания К(2) будет равно нулю, а фазные напряжения не равны нулю, так же как не равно нулю и напряжение неповрежденной фазы А. Токи короткого замыкания в поврежденных фазах равны по величине и направлены в разные стороны (несимметричное короткое замыкание). Таким образом, условия для этого вида короткого замыкания могут быть записаны так: ток короткого замыкания в фазе А отсутствует (она не повреждена), следовательно Iка == 0; в поврежденных фазах В и С токи IКв = —Iκc, а напряжения UКв=Uкс. При двухфазном замыкании на землю в одной точке в системе с заземленной нейтралью (рис. 28, е) фазные напряжения в поврежденных сказах В и С в точке R(2) равны нулю, а в неповрежденной фазе А оно остается почти неизменным. Токи короткого замыкания в поврежденных фазах равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на некоторый угол.
В случае однофазного короткого замыкания на землю (рис. 28, ж) фазное напряжение поврежденной фазы А в точке К(1) будет равно или почти равно нулю, а напряжение в неповрежденных фазах В и С имеет почти нормальную величину. Сумма фазных напряжений не равна нулю. Ток замыкания на землю протекает только в поврежденной фазе А (случай несимметричного короткого замыкания). В сокращенном виде условия режима однофазного короткого замыкания можно записать следующим образом: Iкв = 0; Iкс =0, Iка =0· Остальные векторы напряжений и тока показаны на векторной диаграмме рис. 28, ж. Таким образом, большинство из рассмотренных видов коротких замыканий характеризуется несимметричной системой векторов тока и напряжения в точке короткого замыкания. Наибольшую величину имеет ток однофазного короткого замыкания, однако путем принятия специальных мер (например, заземлением не всех нейтралей установки) добиваются, чтобы его величина не превышала тока трехфазного короткого замыкания. При возникновении аварии несимметричные короткие замыкания переходят в симметричные короткие замыкания всех трех фаз (при развитии аварии) и это приводит к особо тяжелым последствиям. Поэтому при эксплуатации электроустановки следует предотвращать всякую возможность появления коротких замыканий. Для отключения токов короткого замыкания на станциях и подстанциях устанавливаются масляные выключатели, отделяющие поврежденные участки сети.
- Назад
- Вперёд
Освобождение от действия электрического тока
При поражении электрическим током необходимо как можно скорее освободить пострадавшего от действия шока, т.к. от продолжительности этого действия зависит тяжесть электротравмы.
Прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением вызывает в большинстве случаев непроизвольное судорожное сокращение мышц и общее возбуждение, которое может привести к нарушению даже полному прекращению деятельности органов дыхания и кровообращения.
Если пострадавший держит провод руками, его пальцы так сильно сжимаются, что высвободить провод из его рук становится невозможно.
Поэтому первым действием, оказывающего помощь должно быть немедленное отключение той части электроустановки, которой касается пострадавший.
Отключение производится с помощью выключателя, рубильника, а также путем снятия или вывертывания предохранителей.
Если отключить установку достаточно быстро нельзя, необходимо принять иные меры к освобождению пострадавшего от действия тока.
Во всех случаях оказывающий помощь не должен прикасаться к пострадавшему без надлежащих мер предосторожности, т.к. это опасно для жизни
Он должен следить и за тем, чтобы самому не оказаться в контакте с токоведущей частью и под напряжением шага.
Напряжение до 1000В
Для отделения пострадавшего от токоведущих частей или провода напряжением до 1000В, следует воспользоваться канатом, палкой, доской или сухим предметом, не проводящим электрический ток.
Можно также оттянуть его за одежду (если она сухая и отстает от тела), например, за полу пиджака или пальто, за воротник, избегая при этом прикосновения к окружающим металлическим предметам и частям тела пострадавшего, не прикрытым одеждой. Оттаскивая пострадавшего за ноги, оказывающий помощь не должен касаться его обуви или одежды, т.к. обувь и одежда могут быть сырыми и являться проводниками электрического тока.
Для изоляции рук оказывающий помощь должен надеть диэлектрические перчатки или обмотать руку шарфом, надеть на нее суконную фуражку, накинуть на пострадавшего резиновый коврик или просто сухую материю. Можно также изолировать себя, встав на резиновый коврик, сухую доску или на не проводящую электрический ток подошву. При отделении пострадавшего от токоведущих частей рекомендуется действовать одной рукой, держа вторую в кармане или за спиной.
Если электрический ток проходит в землю через пострадавшего и он судорожно сжимает в руке один токоведущий элемент (например, провод, проще прервать ток, отделив пострадавшего от земли), подсунуть под него сухую доску, либо оттащить за одежду. Можно также перерубить провода топором с сухой деревянной рукояткой или перекусить их инструментом, с изолированными рукоятками (кусачками, пассатижами). Перекусывать провода необходимо пофазно, т.е. каждый провод в отдельности, при этом необходимо стоять на сухих досках, деревянной лестнице.
Напряжение свыше 1000В
Для отделения пострадавшего от токоведущих частей, находящихся под напряжением выше 1000В следует надеть диэлектрические перчатки и боты, действовать штангой или изолирующими концами, рассчитанными на соответствующее напряжение. При этом надо помнить об опасности напряжения шага, если токоведущая часть лежит на земле и после освобождения пострадавшего от действия тока необходимо вынести его из опасной зоны.
На линиях электропередачи для освобождения пострадавшего, если он касается проводов, следует произвести замыкание проводов накоротко, набросив на них гибкий неизолированный провод.
Провод должен иметь достаточное сечение, чтобы он не перегорел при прохождении через него тока короткого замыкания. Перед тем, как произвести наброс, один конец провода надо заземлить (присоединить его к телу металлической опоры, заземляющему спуску и др.). Набрасывать проводник надо так, чтобы он не коснулся людей, в том числе, оказывающего помощь и пострадавшего. Если пострадавший касается одного провода, то часто достаточно заземлить только этот провод.
