Короткое замыкание — это возникновение аварийной ситуации, главная опасность которой заключается в резком повышении силы тока, протекающего в сети. Она сопровождается выделением большого количества тепла, способного разрушить изоляцию, вызвать возгорания и даже пожар. Разберем причины короткого замыкания, способы их предотвращения и основные меры профилактики. Очень важно правильно вести себя в подобных ситуациях, чтобы избежать поражения электрическим током.
Техническая суть КЗ
В повседневной жизни замыкание и размыкание электрических цепей происходит постоянно днем и ночью. Все эти процессы протекают совершенно безопасно, без каких-либо неприятных последствий. После замыкания цепи начинается превращение электричества в механическую энергию, приводящую в движение различные приборы и оборудование. В случае необходимости может вырабатываться тепловая энергия, необходимая для работы обогревателей, электрочайников, водонагревателей и других устройств.
Во всех этих схемах ток электропроводки протекает по так называемому длинному пути через подключенную нагрузку. Именно она способствует ограничению тока до безопасного уровня, при котором возможна нормальная работа сети и оборудования. Если же изоляция оказывается нарушенной, ток начинает течь напрямую между фазой и нулем, не доходя до нагрузки. Именно в этот момент и возникает короткое замыкание поскольку такой контакт минует электроприбор.
Для того чтобы понять физику процесса и чем опасно короткое замыкание, необходимо воспользоваться законом Ома, выраженного формулой I = U/R. Ключевую роль здесь играет сопротивление, поскольку у проводников оно совсем маленькое и условно принимается за ноль. По математическим законам делить на ноль нельзя, а полученный результат устремится в бесконечность. В момент короткого замыкания такой величиной будет сила тока.
На практике, проводники все-таки будут обладать каким-то сопротивлением, поэтому бесконечного значения ток не достигнет. Однако, его будет вполне достаточно для разрушительных действий, вплоть до мощного взрыва. Этот процесс сопровождается вольтовой дугой, с температурой до 50000С. Одновременно будет резко снижено напряжение, что нанесет серьезный вред электрооборудованию и нарушит электроснабжение.
Основные виды коротких замыканий электропроводки можно разделить на следующие категории:
- Трехфазное или симметричное, с замыканием всех трех фаз.
- Двухфазное несимметричное, где в процессе участвуют лишь две фазы.
- Две фазы и земля в системе с глухо заземленной нейтралью.
- Одна фаза и земля при заземленной нейтрали.
В случае однофазного или несимметричного КЗ, ток достигает своей максимальной величины. Это значение может быть снижено за счет специальных мероприятий и расчетов.
Причины возникновения аварийного режима
Основная причина возникновения короткого замыкания заключается в резком возрастании силы тока, увеличение которой происходит параллельно со снижением сопротивления проводников. Под действием высокого тока создается критическая температура, опасная для сетей и оборудования.
Подобная ситуация, в свою очередь, также создается в силу определенных факторов:
- Скачки напряжения, когда превышаются все допустимые параметры и номинальные значения. Происходит электрический пробой изоляции проводов или всей схемы. Токовая утечка мгновенно превращается в КЗ, образуя стабильный кратковременный дуговой разряд.
- Причины возникновения замыкания часто кроются в изношенной изоляции, особенно в старых зданиях, где давно не менялась электропроводка. На изоляционный слой оказывают влияние внешние факторы, и после выработки своего ресурса она разрушается. В местах соприкосновения оголенных проводников возникает КЗ.
- Любые виды механических воздействий, негативно влияющих на целостность изоляции электропроводки. Оболочка постепенно теряет свои качества и разрушается. Часто провода повреждаются при сверлении стен и отсутствии схемы электрических сетей.
- Попадание посторонних предметов на токоведущие части. Они замыкают контакты, приводя к возникновению и развитию аварийного режима.
- Прямые удары молний производят такой же эффект, как и в случае перепадов напряжения.
- Работа электрических сетей с перегрузками в течение длительного времени, нарушения и сбои в работе электрооборудования серьезные причины короткого замыкания.
- Резкое повышение влажности в помещении, например, при затоплении соседями сверху. Влага разрушительно действует на изоляцию в местах соединений и скруток, приводя к незапланированным контактам между проводниками.
К чему приводят короткие замыкания
Как уже отмечалось, возникновение аварийного режима вызывает сильный перегрев токоведущих частей. В результате, полностью разрушается изоляция, а возникающие механические усилия разрушающе действуют на элементы установок. Возникают и другие последствия короткого замыкания. От этого страдают и потребители неповрежденных участков, поскольку КЗ на одной линии вызывает общий спад напряжения и нарушение нормального электроснабжения.
В точке аварии потенциал становится нулевым, после чего это снижение начинает быстро распространяться на другие линии. Одновременно происходит резкое снижение сопротивления во всей системе с увеличением силы тока в каждой ее ветви. Ток начинает многократно превышать номинальное значение, что опять же приводит к спаду напряжения в отдельных точках сети. Особенно заметен этот спад в местах непосредственной близости с КЗ электропроводки. По мере удаления от очага аварии потенциал в сети будет изменяться.
Характер повреждений и их масштабы зависят от места их проявления и длительности самого процесса. На значительном удалении ток КЗ лишь незначительно превышает номинал источников питания и подобный режим они воспринимают лишь в качестве незначительно увеличившейся нагрузки. Существенные изменения происходят только возле места аварии, где наблюдаются самые опасные последствия.
По сравнению с номиналом энергии, вырабатываемой генератором, ток короткого замыкания нередко бывает даже ниже его. Тем не менее, он многократно превышает номиналы токов в ветвях, где может возникнуть аварийная ситуация. Поэтому даже короткого отрезка времени вполне хватает, чтобы разогреть токоведущие части и элементы до пределов, значительно превышающих допустимые.
Резкое увеличение тока приводит к созданию между проводниками больших механических усилий, достигающих своего максимума в самом начале аварийного режима. Если проводники и их крепления не обладают достаточной прочностью, то они разрушатся в течение очень короткого времени.
Внезапные скачки напряжения пагубно отражаются на электрооборудовании. Прежде всего, эти процессы затрагивают двигатели, поскольку в таком режиме они перестают работать, останавливаются и опрокидываются. Восстановление исходного состояния требует большого количества времени, сил и средств.
Продолжительные короткие замыкания, произошедшие в непосредственной близости с электростанциями, работающими параллельно, нарушают их синхронность и взаимодействие со всеми остальными компонентами системы. Это одно из наиболее опасных последствий аварийного режима.
Иногда при замыкании на землю создаются токовые системы с нарушенным равновесием. С их участием может произойти образование магнитных потоков, наводящих значительные ЭДС в трубопроводах, линиях связи и других сетях, расположенных рядом. В таких случаях возникает реальная опасность для персонала и аппаратуры, установленной в этих цепях.
Профилактика неисправностей и аварий
В перечне мероприятий, связанных с короткими замыканиями, большое внимание уделяется ликвидации последствий подобных случаев. Из них наиболее важными являются следующие:
- Ликвидация участка электропроводки, получившего повреждения. После этого выполняются новые контактные соединения с последующей надежной изоляцией.
- Сгоревшие розетки и выключатели не рекомендуется ремонтировать и восстанавливать. Гораздо целесообразнее произвести полную замену и установить новое надежное изделие.
- Замена не только сгоревшей проводки, но и других устаревших изношенных линий, расположенных рядом.
- Проверка исправности электрооборудования и срочное устранение выявленных недостатков.
В качестве профилактики следует регулярно обследовать сети и оборудование силовой группы. Сигналом к замене служат подгоревшие провода, искрение розеток, пожелтевшие корпуса с поврежденными участками. Все сети в обязательном порядке защищаются УЗО и автоматическими выключателями. Эффективно противостоять аварийным ситуациям можно лишь хорошо зная виды, причины и последствия коротких замыканий.