Что происходит с напряжением при коротком замыкании

Суть короткого замыкания электрической цепи. Напряжение (ЭДС) и ток при возникновении КЗ.

Про электрическое короткое замыкание слышали многие, но далеко не всем известна суть этого явления. Давайте же с этим разберемся. Итак, если вникнуть в само словосочетание «короткое замыкание», то можно понять, что происходит какой-то процесс, при котором замыкается нечто по короткому, а именно самому короткому пути протекания электрического тока (электрических зарядов в проводнике). Проще говоря, есть путь, по которому течет электричество, его ток зарядов. Это различные электрические цепи, проводники электроэнергии. Чем длиннее этот путь, тем больше преград нужно преодолеть зарядам, тем больше электрическое сопротивление этого пути. А из закона ома известно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока будет в нем (при определенном значении напряжения). Следовательно, на самом коротком пути, будет максимально возможный ток, а это путь будет коротким в случае замыкания концов самого источника питания.

В общем, у нас есть, к примеру, обычный автомобильный аккумулятор (в заряженном состоянии). Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на напряжение аккумулятора (12 вольт), то в результате прохождения тока определенной величины через эту лампу мы получим излучение света и тепла. Лампа имеет определенное электрическое сопротивление, которое и ограничивает силу тока, идущего по этой цепи. Чтобы намеренно сделать короткое замыкание нам просто нужно взять кусок провода и подсоединить его к концам выводов аккумулятора (параллельно лампе). У этого провода сопротивление очень мало, по сравнению с лампой. Следовательно и нет особого ограничения, которое бы препятствовало движению заряженных частиц. И как только мы замкнем такую вот цепь, получим наше КЗ. По проводу потечет сразу большое ток, который может просто раскалить и расплавить этот кусок провода.

В результате такого вот короткого замыкания будет возгорание проводника (его изоляции), вплоть до пожара, если этот проводник своим воспламенением переносит огонь на легковоспламеняющиеся вещи, что находятся поблизости. Кроме этого такое вот резкое, скачкообразное течение тока может быть вредным для самого аккумулятора. Он также в это время начинает нагреваться. А как известно аккумуляторы очень сильно не любят чрезмерного нагрева. Как минимум у них значительно после этого сокращается срок службы, а как максимум — выходят из строя и даже загораются и взрываются. Если такое короткое замыкание происходит, к примеру, с литиевым аккумулятором в телефоне (у которого нет электронной защиты внутри), в течении нескольких секунд происходит сильный нагрев, далее образуется пламя и взрыв.

Есть некоторые аккумуляторы, которые изначально рассчитаны на отдачу больших токов (тяговые аккумуляторы), но и у них полное короткое замыкание может привести к большим неприятностям. Ну, а что же происходит с напряжением во время короткого замыкания? Из школьной физики должно быть известно, что чем больше сила тока, тем большее падение напряжения на этом участке цепи. Следовательно, когда к источнику электропитания не подсоединено никакой нагрузки, на нем можно увидеть максимальное значение напряжения (это и есть ЭДС источника питания, его электродвижущая сила). Как только мы нагрузили этот источник питания, тут же появляется некое падение напряжения. И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Это мы рассмотрели вариант полного короткого замыкания, который происходит непосредственно на выводах источника питания. Да, вот, что еще стоит добавить про это. В случае аккумулятора будет происходит большая токовая нагрузка на внутренние части и химические вещества самого аккумулятора (электролит, пластины, выводы). В случае короткого замыкания на таких источниках питания как электрогенераторы токовая нагрузка ложится на обмотки этих генераторов, что приводит к ее чрезмерному нагреву и испорченности (ну и те цепи, что работают в генераторе после этой обмотки). Короткое замыкание на выводах различных блоков питания приводит к перегреву и выходу из строя самих электрических схем источников тока и вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание может случаться в самой электрической цепи проводки, схемы. В этом случае последствия также имеют крайне негативный характер. Но при этом сила тока уже будет, как правило, чуть меньше, чем в случае замыкания на выходе источника питания. К примеру, есть схема усилителя звука. Вдруг из-за плохой изоляции самих динамиков происходит короткое замыкание на звуковом выходе этого усилителя. В итоге, скорее всего выгорят выходные транзисторы, микросхемы, стоящей в последних каскадах усиления звука. Сам источник питания в этом случае может даже не пострадать, так как до него чрезмерная токовая нагрузка может не дойти. Думаю вы суть короткого замыкания уловили.

P.S. В любом случае явление электрического короткого замыкания приводит к плачевным последствиям. Для защиты от этого как правило применять обычные плавкие предохранители, автоматические выключатели, защитные схемы и т.д. Их задача заключается в быстром разрыве электрической цепи при резком увеличении силы тока. То есть, обычный предохранитель как бы является самым слабым звеном во всех электрической цепи. Как только сила тока резко возросла плавкая вставка просто плавится и разрывает цепь. Это в большинстве случаев приводит к тому, что прочие другие цепи в схеме остаются не поврежденными.

«Короткое замыкание или: что — то там замкнуло»

Короткое замыкание – это, говоря простым языком, такой вид энергии, которая выражается в виде искры, хлопка или возгорания. Это такое состояние, когда сопротивление самой нагрузки становится меньше сопротивления источника питания. Известный закон Ома гласит: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла, происходит перегрев аппаратов и проводов. Если в любой части электропроводки или электроприбора (лампочки, утюга и т. д.) нарушится изоляция и фазный провод коснется нулевого, произойдет короткое замыкание, что может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию.

При коротком замыкании путь тока укорачивается, т.е. он идет, минуя сопротивление нагрузки, поэтому он может увеличиться до недопустимых величин, если напряжение не отключится, под действием электрической зашиты. Но, напряжение может не отключиться и при наличии защиты, если короткое замыкание случилось в удаленной точке, и из-за большого сопротивления до места короткого замыкания ток недостаточен для срабатывания защиты. Ток короткого замыкания – это такой ток, который появляется вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, обладающих различным электрическим потенциалом. Возникнуть он может и просто при случайном соединении проводящих частей с теми же потенциалами. Этот ток может быть достаточным для возгорания проводов, что может привести к пожару. Почему происходит короткое замыкание? Причин этому много:

— нарушение изоляционной оболочки проводов электрической проводки, которое может

— некачественное обращение с электрическим оборудованием;

— неправильный монтаж проводки;

— неосторожное обращение с токоведущими частями оборудования, которые оголены;

— износ изоляционного покрытия проводов, особенно это касается мест, где кабель

изогнут у ввода в саму вилку, в настольных осветительных приборах и т.п.;

— сгибание проводов под острым углом;

— механическое повреждение изоляционной оболочки;

— ухудшение сопротивления изоляции во влажной или химически активной среде;

— при недопустимом перегреве изоляции;

— ошибочные действия персонала при обслуживании и ремонте и т. д., (к сожалению

Причиной пожара от электричества может стать короткое замыкание, т.е. замыкание между двумя проводами электропроводки, или между проводом и землей. 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. В этом случае сила тока увеличивается в сотни тысяч раз, выделяется большое количество тепла, способное воспламенить изоляцию и расплавить металлические проводники электропроводов, капли которых, разлетаясь на значительное расстояние (более 6-9 м), воспламеняют любой горючий материал.

Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически производить замеры сопротивления проводки. Если вы самостоятельно не можете это делать, то стоит обратиться за помощью к специалистам. Они на профессиональном уровне проведут все измерения, касающиеся проводки, а также помогут провести испытание измерительных трансформаторов тока, что также убережет ваше оборудование и повысит пожарную безопасность. Помните, что всегда:

— необходимо правильно производить монтаж электрической проводки;

— подбирать оборудование, которое соизмеримо с величиной тока;

— устанавливать соответствующие предохранительные устройства;

— производить плановый осмотр и замер сопротивления изоляции.

Для защиты от короткого замыкания служат предохранители. Поэтому необходимо построить защиту от токов короткого замыкания, то есть установить в щите автоматические выключатели.

Во многих домах электрическая проводка выполнена скрыто. И в тот момент, когда вы, к примеру, забиваете гвозди или сверлите стену, очень легко повредить изоляцию. Причины механического повреждения проводов – это наша неосторожность. Исключить их, как вы понимаете, очень легко, чтобы быть уверенными в безопасности вашей электропроводки, обязательно проконсультируйтесь с мастером электриком, чтобы предотвратить возможность короткого замыкания.

Берегите себя и своих близких!

Пожарная команда (село Сытомино)

— 736-101 — с домашнего

— 01 – с домашнего

— 112 – с сотового

— 8 3462 736-101 — с сотового

Короткое замыкание

Коро́ткое замыка́ние, со­еди­не­ние то­чек элек­трической це­пи с различными зна­че­ния­ми по­тен­циа­ла , не пре­ду­смот­рен­ное кон­струк­ци­ей элек­тро­ус­та­нов­ки и на­ру­шаю­щее её нор­маль­ную ра­бо­ту. Короткое замыкание воз­ни­ка­ет при пов­реж­де­ни­ях элек­трической изо­ля­ции (вслед­ст­вие из­но­са, элек­трического про­боя и т. п.) и со­еди­не­ния то­ко­про­во­дя­щих час­тей ус­та­но­вок друг с дру­гом или с за­зем­лён­ны­ми по­верх­но­стя­ми ли­бо при ме­ха­ническом со­при­кос­но­ве­нии неизолиро­ван­ных эле­мен­тов це­пи (например, элек­трических про­во­дов). Коротким замыканием на­зы­ва­ют так­же со­стоя­ние, ко­гда со­про­тив­ле­ние на­груз­ки мень­ше внутреннего со­про­тив­ле­ния ис­точ­ни­ка пи­та­ния. В трёх­фаз­ных сис­те­мах раз­ли­ча­ют короткое замыкание од­но­фаз­ное (фа­зы на зем­лю), двух­фаз­ное (2 фа­зы ме­ж­ду со­бой), двух­фаз­ное на зем­лю (2 фа­зы ме­ж­ду со­бой и од­но­вре­мен­но на зем­лю), трёх­фаз­ное (3 фа­зы ме­ж­ду со­бой). В элек­трических ма­ши­нах и ап­па­ра­тах воз­мож­ны короткие замыкания ме­ж­ду вит­ка­ми об­мо­ток (меж­вит­ко­вое короткое замыкание), за­мы­ка­ние об­мо­ток на ме­тал­лический кор­пус и др. Короткое замыкание пред­став­ля­ет опас­ность для элек­трических ус­та­но­вок, так как вы­зы­ва­ет рез­кое уве­ли­че­ние си­лы то­ка (до со­тен тысяч А), что не­ред­ко при­во­дит к ме­ха­ническим и тер­мическим по­вре­ж­де­ни­ям. Кро­ме то­го, в мес­те короткого замыкания час­то воз­ни­ка­ет элек­трическая ду­га , при­чи­няю­щая раз­ру­ше­ния. Про­цесс из­ме­не­ния то­ка при за­мы­ка­нии име­ет слож­ный ха­рак­тер. С мо­мен­та воз­ник­но­ве­ния короткого замыкания ток бы­ст­ро рас­тёт и при­бли­зи­тель­но че­рез пол­пе­рио­да (0,01 с при час­то­те 50 Гц) дос­ти­га­ет максимальной ве­личи­ны (так называемый удар­ный ток), по­сле че­го по­сте­пен­но (в те­че­ние 4–5 с) пе­ре­хо­дит в си­ну­сои­даль­ный ток ус­та­но­вив­ше­го­ся ре­жи­ма, ко­то­рый зна­чи­тель­но мень­ше удар­но­го. За­ту­ха­ние то­ка короткого замыкания во вре­ме­ни про­ис­хо­дит главным образом бла­го­да­ря рас­сея­нию элек­тро­маг­нит­ной энер­гии в ви­де те­п­ло­ты, вы­де­ляю­щей­ся в эле­мен­тах це­пи. В элек­трической сис­те­ме при коротком замыкании по­ни­жа­ет­ся на­пря­же­ние у по­тре­би­те­лей элек­тро­энер­гии ; в трёх­фаз­ных сис­те­мах по­яв­ля­ет­ся асим­мет­рия на­пря­же­ний, час­тич­но или пол­но­стью на­ру­шаю­щая нор­маль­ное элек­тро­снаб­же­ние. Короткое замыкание мо­жет вы­звать на­ру­ше­ние ди­на­мической ус­той­чи­во­сти элек­трической сис­те­мы и, как след­ст­вие это­го, тя­жё­лые сис­тем­ные ава­рии. При коротком замыкании на зем­лю про­во­дов воз­душ­ных линий электропередач в ок­ру­жаю­щем про­стран­ст­ве воз­ни­ка­ет силь­ное элек­тро­маг­нит­ное по­ле, на­во­дя­щее в близ­ко рас­по­ло­жен­ных ли­ни­ях свя­зи эдс , опас­ную для об­слу­жи­ваю­ще­го пер­со­на­ла и ап­па­ра­ту­ры. При рас­те­ка­нии то­ка от точ­ки короткого замыкания на по­верх­но­сти зем­ли мо­гут воз­ни­кать опас­ные для жиз­ни че­ло­ве­ка раз­но­сти по­тен­циа­лов (ша­го­вое на­пря­же­ние).

Для пре­дот­вра­ще­ния опас­ных по­след­ст­вий короткого замыкания при­ни­ма­ют­ся специальные ме­ры, на­прав­лен­ные на умень­ше­ние си­лы то­ка короткого замыкания и бы­строе ав­то­ма­тическое от­клю­че­ние по­вре­ж­дён­ных уча­ст­ков элек­трической се­ти (ус­та­нов­ка то­коо­гра­ни­чи­ваю­щих элек­трических ре­ак­то­ров , сек­цио­ни­ро­ва­ние се­ти, при­ме­не­ние ав­то­ма­тических вы­клю­ча­те­лей, уст­ройств ре­лей­ной за­щи­ты и др.).

Опубликовано 17 октября 2022 г. в 17:08 (GMT+3). Последнее обновление 17 октября 2022 г. в 17:08 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Области знаний: Электроэнергетика

• Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
  Создан при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации.
  Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
  ISSN: 2949-2076
• Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
  Главный редактор: Кравец С. Л.
  Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
  Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru

• © АНО БРЭ, 2022 — 2024. Все права защищены.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

Что происходит с напряжением при коротком замыкании

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и «—«) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

• трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы
• двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы
• двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями
• однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

• Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
• Прямыми ударами молнии
• Старением изоляции
• Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
• Неудовлетворительным уходом за оборудованием

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты — короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

• Механические и термические повреждения электрооборудования
• Возгорания в электроустановках
• Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
• Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
• Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).