Что такое короткое замыкание?
Короткое замыкание (КЗ) – это соединение двух участков (точек) электроцепи с различными потенциалами (у одного из них сопротивление будет значительно меньше, чем у другого, например, фазы и нуля, фазы и земли или двух фаз), которое приводит к быстрому (скачкообразному) и критическому росту силы тока в месте контакта (в 10-100 раз) и снижению напряжения.
Само слово «короткое» означает минимальный путь для прохождения тока и резкое увеличение его значения. Такое состояние не предусматривается штатным режимом работы цепи и приводит к чрезмерному нагреву проводов, оплавлению, а затем возгоранию изоляции и других горючих материалов в месте стыка. В большинстве случаев это заканчивается пожаром.
Самый простой пример возникновения КЗ – когда оголенная часть фазного провода касается открытой части нейтрального проводника. Рассмотрим такую ситуацию на схеме ниже.
На схеме видно, что слева цепь замыкается через нагрузку – ток проходит через лампу. Справа происходит соединение фазы и нуля в непредназначенном для этого месте (например, внутри розетки) электрический ток сразу начинает проходить по проводнику с меньшим потенциалом в обход нагрузки с более высоким сопротивлением. Появляется разрушительный ток для проводки.
Признаками короткого замыкания являются выбивание автомата/пробки (если они установлены на линии), образование электрической дуги и появление искр в месте соприкосновения.
Виды короткого замыкания и их последствия
В зависимости от соединения типов проводников различаются следующие виды КЗ:
- однофазные – когда фазный замыкается с нулевым проводом или заземлением (частый случай), при таком КЗ ток достигает набольшей величины;
- двухфазные – соединение любых двух фаз в сети 380 В, например, А (L1) и В (L2);
- трехфазные – замыкание происходит сразу между тремя фазными проводниками – А (L1), В(L2) и С(L3).
Короткие замыкания могут возникать на любом участке цепи и иметь глобальный (например, если замкнуло на вводе в дом, то может пострадать вся проводка) или локальный (повреждение оборудования происходит только на одном участке линии) характер.
Разберем, какие воздействия и последствия могут оказывать КЗ.
| Воздействия | Что происходит? | Последствия |
| Резкое изменение напряжения в сети и усиление электромагнитного поля в месте соединения. |
Некорректная работа или отключение электроприборов. Например, электромоторы в составе стиральной машины, холодильника или кондиционера могут быть повреждены из-за нарушения режима вращения. |
Выход из строя электротехники (всей на объекте без исключения – котла отопления, утюга, чайника, электроплиты, стиральной машины и др.). |
| Повышение силы тока в сети и рост температуры в месте стыка. | Чрезмерный нагрев проводов и внутренних компонентов у техники, подключенной к сети. |
Возгорание электроприборов и участков цепи. Возможно поражение пользователя током. |
| Оплавление от высокой температуры предохранителя и/или отключение защитного автомата/пробки. | Обесточивание сети и нагрузки, возможны повреждения защитных элементов. |
Причины КЗ
Самыми распространенными причинами короткого замыкания являются нарушения и пробои изоляционного материала проводов, неисправность электроприборов и внешние воздействия. Разберем их подробнее.
Нарушение изоляции
Это основная предпосылка возникновения КЗ, которое может произойти из-за:
- некачественного монтажа. Например, при неаккуратной обрезке изоляции кабеля после соединения могут остаться оголённые жилы, которые спустя некоторое время начинают прикасаться друг к другу или к различным металлическим поверхностям. Сюда можно отнести и некачественное обслуживание. Все резьбовые соединения со временем ослабевают, если их периодически не подкручивать, то в этих местах будут возникать сильный нагрев или искрение. Также в местах подключения кабелей, особенно вне помещений, со временем оседают крупные частицы пыли, в определенный момент они могут стать проводником и вызвать КЗ;
- частых перенапряжений. Если в электросети происходит постоянное повышение вольтажа, износ проводки ускоряется, появляются аварийные участки (от перепадов сетевого напряжения лучшем средством считается установка стабилизатора напряжения, который на выходе всегда подает на нагрузку качественный сигнал, если в сети происходят отключения электричества, то уже подойдут ИБП);
- перегрузок. При подключении в сеть нагрузки с превышением потребляемой мощности также происходит перегрев проводников, что провоцирует постепенное разрушение их изолирующего материала. Например, большинство удлинителей рассчитано на ток 16 А (3,5 кВт). Если к нему подключать оборудование с большим потреблением, то линия будет перегреваться. Это приведет к оплавлению и пробою изоляции, а затем вызовет КЗ;
- состаривания. Со временем изоляционный слой теряет свой ресурс. Он растрескивается, отслаивается и остается только металлические части. Из-за этого в любом момент может возникнуть утечка тока – причина дугового пробоя.
Неисправность электроприборов
Часто встречается в неисправных устройствах. Например, если при подключении в сеть электрообогревателя сразу выбивает автомат. Значит где-то внутри него перебиты провода или некорректно функционируют его внутренние компоненты.
Если это происходит, нельзя повторно включать его в розетку. Иначе это выведет из строя защитное оборудование и всю проводку на линии. Если защитного прибора нет, то узнать о КЗ можно будет только по внешним признакам – запаху горения и искрению. В этом случае нужно сразу же обесточить нагрузку.
Внешние воздействия
К ним относятся:
- механические повреждения участка цепи. Например, при выполнении ремонтных работ перфоратором был поврежден кабель, что привело к пробою и возникновению ненужного соединения проводников через электроинструмент. Нередко грызуны могут повредить изоляционную оболочку кабеля, что вызывает обрывы или вскрытие его токопроводящих частей;
- аварии на подстанциях. Это повреждения оборудования или воздействие образовавшейся электрической дуги;
- удары молний. Они вызывают многократные перенапряжения на поврежденных элементах и, соответственно, пробои электропроводки.
Как защититься от короткого замыкания?
Защититься от такого опасного явления поможет качественный монтаж электропроводки и установка коммутационных устройств, к которым относятся автоматические выключатели, дифавтоматы и УЗДП. Разберем их возможности подробнее.
Автоматические выключатели
Основные бытовые устройства защиты от КЗ, которые пришли на смену пробкам. Представляют собой коммутационные аппараты с модульным строением. Предназначены для крепления на DIN-рейку в распределительном щиту. Они могут устанавливаться на линии перед входом на объект (вводной автомат) или только перед определенными потребителями (автомат группы), например, освещением в доме. Основная их задача – защиты проводки от перегрузки и токов короткого замыкания.
Внутри изделий расположен электромагнитный расцепитель, который мгновенно разъединяет цепь при значительном превышении значения тока, предотвращая все негативные последствия. При срабатывании могут потребовать замены в случае обгорания внутренних элементов. В основном это может произойти у дешевых моделей без дугогасительных камер.
УЗДП или УЗИС
Устройства защиты от дугового пробоя и устройства защиты от искрения также устанавливаются в электрощите и предназначены для недопущения возникновения пожара. Они автоматически размыкают цепь, заранее предупреждая возникновение КЗ, если на линии образовывается электродуга или сильные искрения.
Приборы имеют схему работы, которая позволяет им мгновенно определять дуговой или искровой разряд, а затем прерывать контур до момента возникновения опасных последствий.
АВДТ
Автоматический выключатель дифференциального тока (сокращенно – дифавтомат). Такие же коммутационные устройства, как и автоматы защиты, но дополнительно включают в себя устройство защитного отключения (УЗО). Благодаря этому они умеют защищать сеть еще и от токов утечки – напряжения, которое, например, из-за неисправности электроприборов, может возникнуть на их металлических частях.
АВДТ также устанавливают в распределительном щите. Подойдут для комплексной защиты от проблем в электросети. Однако они имеют более высокую цену, чем обычные автоматические включатели.
Плавкие предохранители
Одноразовые коммутационные устройства, которые размыкают цепь при нагревании от превышения тока допустимого значения. При увеличении его величины плавкая ставка предохранителя расправляется и происходит разрыв линии.
Они могут быть внутрикорпусными (установлены почти во всех электроприборах) или внешними (размещаться в электрощитах в виде модуля/вставки со сменными патронами). У некоторых моделей, кроме плавкой вставки, присутствует гаситель дуги, которая может возникнуть в момент плавления. После отработки предохранителя требуется его замена, в противном случае сомкнуть цепь обратно будет уже невозможно.
В отличие от других приборов предохранители не мгновенно разъединяют цепь. На длительность срабатывания влияет качество материала вставки, состояния контактов и температуры окружающей среды. Поэтому такая защита считается недостаточно надежной.
Предупредительные меры против КЗ
От короткого замыкания проводятся и профилактические меры. Они могут полностью устранить риск возникновения короткого замыкания в доме, квартире или в офисе. К таким действиям относятся:
- Корректный подбор сечения проводов или их замена в соответствии с мощностью подключаемой нагрузки.
- Контроль подключения к сети чрезмерно мощных приборов.
- Тщательное соединение контактов с помощью подходящих по сечению клемм, опрессовки, сварки, пайки и др.
- Замена устаревших устройств защиты на современные модели в соответствии с токовым значением.
- Периодические проверки внешнего вида и болтовых соединений защитных устройств (автоматов, дифавтоматов и др.), проводов, распределительных коробок, розеток и выключателей на предмет расшатывания контактов.
Если КЗ все же произошло и отработала защита, необходимо определить источник проблемы. Для этого можно поэтапно отключать оборудование пока защитные устройства не перестанет выбивать. Если прибор найти не удалось, то необходимо просмотреть все провода и их соединения. Иногда аварийное место легко определить по запаху горения изоляции и дыму. В случае обнаружения обгорания изоляции требуется, не откладывая, выполнить своевременный ремонт участков проводки и замену изношенных её элементов.