Меню

Какая защита используется при токах короткого замыкания

Защита от короткого замыкания: требования, особенности

Защита от короткого замыкания — это защита, отключающая электрическую цепь при возникновении в ней короткого замыкания.

Требования.

Обратимся к книге [1] автора Харечко Ю.В., который, проведя анализ нормативной документации, заключил следующее:

« Требования к защите электрических цепей от короткого замыкания приведены в разделе 434 «Защита от тока короткого замыкания» стандарта МЭК 60364‑4‑43 и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.4.43-2012 [2]. Стандартами предусмотрено обязательное выполнение в электроустановках зданий защиты от короткого замыкания проводников ее электрических цепей, как правило, посредством их отключения устройствами защиты от сверхтока, к которым, прежде всего, относятся автоматические выключатели и плавкие предохранители.

внешний вид автоматических выключателей

Автоматические выключатели — устройства, которые применяются для защиты от короткого замыкания (в качестве примера: А — однополюсные, Б — трехполюсные)

В соответствии с требованиями международного и национального стандартов устройства защиты от короткого замыкания должны отключать любые токи короткого замыкания вплоть до их номинальной коммутационной способности при коротком замыкании раньше, чем эти токи вызовут опасные повышения температуры проводников и контактов в местах их соединений или опасные механические воздействия на проводники. Эти устройства могут быть установлены в местах, где защита от токов перегрузки не требуется или ее выполняют другими защитными устройствами. »

Любое устройство защиты от короткого замыкания должно отвечать двум следующим условиям:

  1. его номинальная коммутационная способность при коротком замыкании устройства должна быть не менее значения ожидаемого тока короткого замыкания в том месте, где оно установлено;
  2. время отключения короткого замыкания в любой точке электрической цепи не должно превышать промежуток времени, в течение которого температура проводников достигнет предельно допустимого значения.

Для короткого замыкания продолжительностью до 5 с время отключения короткого замыкания можно приблизительно рассчитать по формуле: [2]

где t – продолжительность, с;
S – площадь поперечного сечения проводника, мм 2 ;
I – действующее значение тока короткого замыкания, А;
k – коэффициент, зависящий от материала проводника и его изоляции, начальной и конечной температур проводника и других условий. Значения этого коэффициента приведены в таблицах 43A обоих стандартов.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] приводит пример подбора коэффициента k:

« Например, для медных проводников с поливинилхлоридной изоляцией и для соединений медных проводников, выполняемых пайкой, при начальной и конечной температурах, соответственно равных 70 °С и 160 °С, k = 115 1 . Для алюминиевых проводников с поливинилхлоридной изоляцией при указанных условиях k = 76 2 . Для медных проводников с резиновой изоляцией при начальной и конечной температурах, соответственно равных 60 °С и 200 °С, k = 141, а для алюминиевых проводников k = 93. »

Также Харечко Ю.В. заостряет внимание на ошибках в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 [1]:

« Примечание 1: Эти данные в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указаны неправильно. Для материала проводника «медь» коэффициент установлен равным 1, «паянные оловом» – 76. Кроме того, в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указан коэффициент, равный 115, для материала проводника «соединения меди», которого нет в стандарте МЭК 60364‑4‑43. »

« Примечание 2: Эти данные в таблице 43A ГОСТ Р 50571.4.43 указаны неправильно. Для материала проводника «алюминий» коэффициент установлен равным 15. »

Харечко Ю.В. продолжает [1]:

« В стандарте МЭК 60364‑4‑43 указано, что для времени оперирования защитных устройств меньше 0,1 с, когда существенна асимметрия электрического тока, а также для токоограничивающих устройств защиты от сверхтока значение k 2 S 2 должно быть больше значения пропускаемой энергии I 2 t, заявленного производителем защитного устройства. Посредством характеристики I 2 t устройства защиты от сверхтока устанавливают его способность ограничивать ожидаемый сверхток в защищаемых им электрических цепях. Поэтому необходимо обеспечить следующее соотношение между характеристиками устройства защиты от сверхтока и защищаемых им проводников: I 2 t 2 S 2 . »

« В ГОСТ Р 50571.4.43 рассматриваемое требование искажено относительно требования международного стандарта: «Для защитных устройств с времени срабатывания меньше 0,1 с и при значительной асимметрии тока токоограничение устройства защиты k 2 S 2 должно быть больше чем значение I 2 t, указанное производителем». В национальном стандарте характеристика проводников k 2 S 2 неправомерно упомянута в качестве характеристики защитного устройства, посредством которой оценивают его способность ограничивать сверхток. Однако такой характеристикой является характеристика I 2 t.

Если характеристики устройства защиты от перегрузки соответствует требованиям, предъявляемым к характеристикам устройства защиты от короткого замыкания, оно может быть использовано в качестве единого устройства, которое применяют и для защиты от перегрузки, и для защиты от короткого замыкания.

В противном случае следует применять два защитных устройства, согласовав их характеристики так, чтобы мощность короткого замыкания не превышала значения, которое может выдержать устройство защиты от перегрузки.

Особенности.

Об особенностях использования устройств для защиты от короткого замыкания хорошо, на мой взгляд, написал Харечко Ю.В. в своей книге [1]:

« В электроустановках зданий для защиты электрических цепей от коротких замыканий обычно применяют автоматические выключатели, соответствующие ГОСТ IEC 60898-1-2020 [3] и АВДТ, соответствующие ГОСТ IEC 61009‑1. По нормативным требованиям эти автоматические выключатели должны отключать короткие замыкания за промежуток времени менее, чем за 0,1 с.

Фактически они могут отключать короткие замыкания еще быстрее – менее чем за 0,01 с. Такое срабатывание автоматического выключателя происходит при сверхтоках, превышающих верхнюю границу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления. Поэтому целесообразно обеспечивать следующее соотношение характеристик автоматического выключателя и короткозамкнутой электрической цепи:

где k – коэффициент, равный 5, 10 или 20 соответственно для автоматического выключателя, имеющего тип мгновенного расцепления B, C или D;
In – номинальный ток автоматического выключателя, А;
IКЗ min – минимальный ток однофазного короткого замыкания в наиболее удаленной точке электрической цепи, защищаемой автоматическим выключателем, А.

Иными словами, минимальный ток однофазного короткого замыкания в наиболее удаленной точке электрической цепи должен быть больше или равен верхней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления автоматического выключателя, который защищает эту электрическую цепь. Выполнение рассматриваемого условия позволит автоматическим выключателям наиболее быстро отключать токи короткого замыкания во всех электрических цепях, минимизировав их негативное воздействие на проводники и другое электрооборудование.

Указанное согласование характеристик автоматического выключателя и короткозамкнутой электрической цепи предопределяет следующие предпочтительные области применения автоматических выключателей с разными типами мгновенного расцепления.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления В, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 3 до 5 In, целесообразно применять для защиты от сверхтока большинства конечных электрических цепей в электроустановках индивидуальных жилых домов, в электроустановках квартир и других, им подобных, электроустановках. Например, с помощью таких автоматических выключателей можно выполнять защиту конечных электрических цепей освещения и штепсельных розеток. Препятствием, ограничивающим использование этих автоматических выключателей, является наличие больших пусковых токов электрооборудования.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления С, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 5 до 10 In, обычно используют для защиты от сверхтока электрических цепей, в которых возможны большие пусковые токи при включении электрооборудования, например, конечных электрических цепей освещения, в которых предусмотрено одновременное включение большого числа светильников, конечных электрических цепей, в состав которых входит электрооборудование с электродвигателями, и др.

Автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления D, которые имеют стандартный диапазон токов мгновенного расцепления свыше 10 до 20 In, применяют для защиты от сверхтока тех электрических цепей, в которых имеются большие импульсные пусковые токи, появляющиеся, например, при включении трансформаторов, электромагнитных клапанов, больших емкостных нагрузок и др.

Автоматические выключатели, мгновенно срабатывающие при меньшей кратности номинального тока, чем автоматические выключатели с типом мгновенного расцепления В, используют для защиты от сверхтока электрических цепей с полупроводниковыми приборами, измерительных цепей с преобразователями, а также электропроводок большой протяженности. Однако диапазоны токов мгновенного расцепления для таких автоматических выключателей производители устанавливают по своему усмотрению, поскольку они не стандартизированы.

Для защиты от короткого замыкания конечных электрических цепей целесообразно использовать токоограничивающие автоматические выключатели, которые имеют класс ограничения электроэнергии 3 (см. табл. 3 в статье «Технические характеристики автоматических выключателей»), и токоограничивающие плавкие предохранители, поскольку токоограничивающие устройства защиты от сверхтока обеспечивают наиболее сильное снижение негативного воздействия токов короткого замыкания на проводники и другое электрооборудование. »

Источник

Защита от токов короткого замыкания

В электротехнике нередко возникают различные аварийные ситуации, из которых наибольшую опасность представляет короткое замыкание. В таких случаях источники напряжения начинают работать в особом режиме, вызывающем разрушения всех составляющих электрической цепи, расположенных на данном участке. Основном причиной этого явления считается прямое замыкание между собой выходных клемм генератора или аккумуляторной батареи. Вся мощь источника тока сосредотачивается в одном месте, сжигая оборудования и травмируя находящихся рядом людей.

Поэтому при работе с электрическими сетями большое значение приобретает надежная защита от короткого замыкания, осуществляемая разными способами. Ее основная функция заключается в предотвращении опасных ситуаций и локализации возможных негативных последствий.

  1. Физические свойства данного явления
  2. Виды коротких замыканий
  3. Правильный выбор сечения проводов и кабелей
  4. Электротехнические средства защиты

Физические свойства данного явления

Опасность короткого замыкания напрямую связана с физическими законами, объясняющими природу этого явления. В первую очередь, это закон Ома, согласно которого ток в электрической цепи находится в прямой пропорции с напряжением и в обратной пропорции – с сопротивлением (I = U/R). То есть, при малом сопротивлении ток будет высокий, а при большом он пропорционально снижается. Кроме того, при росте напряжения одновременно возрастает и сила тока.

Читайте также:  Сила токов цепи ровна 0

Сопротивление при коротком замыкании представляет собой сумму сопротивлений проводов и контактов вместе с внутренним сопротивлением источника питания. Как правило, в бытовых условиях их значения чрезвычайно малы и составляют всего лишь несколько долей Ом. Проводка домашней сети рассчитана на 16-40 ампер, тогда как в момент короткого замыкания ток может доходить до сотен, и даже тысяч ампер.

Защита от токов короткого замыкания

Явление КЗ тесным образом связано еще и с законом Джоуля-Ленца. Он касается количества теплоты, выделяемой на данном участке за единицу времени. Ее значение определяется квадратом силы тока умноженном на сопротивление этого участка цепи. Это означает рост выделяемого тепла проводником при повышении его сопротивления. Каждый проводник обладает собственным сопротивлением, но греются они все без исключения, но выделяют при этом разное количество тепла.

Во избежание перегрева, сечение каждого из них подбирается под определенную силу тока. В противном случае слишком тонкие проводники под высокими нагрузками становятся горячими, а провода с большим сечением практически не греются, поскольку успевают отдать тепло с большой площади в окружающую среду. Все эти физические законы и явления обязательно учитываются, когда оборудуется защита от токов короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Данное явление нередко наблюдается под действием природных электрических аномалий. Как правило, это мощные грозовые разряды, сопровождаемые молниями. Их основным источником служит статическое электричество с огромным потенциалом, с различными знаками и величинами, накопленное облаками в процессе перемещения силой ветра с одного места на другое на большие расстояния.

Влажные пары, находящиеся в облаке, поднимаются на высоту, охлаждаются естественным путем. Образующийся конденсат проливается на землю в виде дождя. Из-за низкого сопротивления влажной среды воздушная прослойка подвергается пробою, по которому и проходит высокий электрический ток, представляющий собой молнию.

Защита от токов короткого замыкания

Для прохождения электрического разряда требуется два отдельных объекта с разными значениями потенциалов. Чаще всего, это два облака, идущие на сближение, или сама грозовая туча и поверхность земли. В первом случае опасность грозит в основном летательным аппаратам, а во втором под действие разряда могут попасть любое устройство или объект, в том числе и воздушные ЛЭП. Защита обеспечивается путем установки молниеотводов, нейтрализующих грозовые разряды.

В других случаях коротким замыканиям подвергаются цепи постоянного тока. У всех аккумуляторов или выпрямителей на выходе установлены контакты с положительным и отрицательным потенциалом. В обычных условиях они поддерживают рабочий режим схемы, обеспечивая нормальную работу потребителей.

Все процессы определяются математическим выражением закона Ома для полной цепи. Происходит равномерное распределение нагрузки в обоих контурах – внутреннем и внешнем.

При возникновении аварийной ситуации, между плюсовой и минусовой клеммами возникает непредвиденный контакт в виде короткой цепи, в которой чрезвычайно низкое электрическое сопротивление. Внешний контур выключается из работы, и циркуляция тока происходит лишь по внутреннему контуру с маленьким сопротивлением. ЭДС, при этом, остается неизменной, что приводит к резкому росту силы тока. Все это сопровождается большим тепловыделением и нарушениями целостности цепи.

Защита от токов короткого замыкания

Процессы в цепях переменного тока также попадают под действие закона Ома. В отличие от предыдущего варианта, эти схемы могут быть одно- или трехфазными, подключаться к заземляющему контуру. Короткие замыкания в таких цепях возникают в самых разнообразных формах: «фаза-земля», «фаза-фаза», «фаза-фаза-земля», «фаза-фаза-фаза», «фаза-фаза-фаза-земля».

В воздушных ЛЭП применяются изолированная и глухозаземленная схемы подключения нейтрали. В каждой из них ток короткого замыкания будет прокладывать собственный путь, который обязательно учитывается при создании защитной системы.

Иногда замыкания могут возникнуть внутри самой нагрузки, например, в электродвигателях. При одной фазе возможен пробой изоляции корпуса или нулевого проводника. У трехфазных потребителей возможны замыкания между фазами и другие аналогичные сочетания. В любом случае все это приводит к аварийному режиму с тяжелыми последствиями. Предотвратить подобные ситуации помогает автомат снимающий опасное напряжение с участка цепи и подключенного оборудования.

Правильный выбор сечения проводов и кабелей

Основным мероприятием по защите от коротких замыканий является выбор подходящего сечения для кабелей и проводников. Следует учитывать и условия будущей эксплуатации, а также оборудование, которое планируется к подключению.

Защита от токов короткого замыкания

Способность проводников к работе в условиях продолжительных нагрузок целиком зависит от площади сечения жил, измеряемой в мм 2 . Существуют специальные таблицы, облегчающие выбор, в которых подробно расписаны показатели проводников, в соответствии с нагрузкой, учитывая электрические параметры сети.

Все проводники выбираются с некоторым запасом, поэтому в большинстве домашних сетей на освещение используются проводники 1,5 мм 2 , а для розеточной группы – 2,5 мм 2 . При необходимости выполняются индивидуальные расчеты электропроводки, исключающие перегрев и другие негативные последствия.

Следует учитывать и материал проводников. Например, сопротивление алюминия примерно в 1,8 раза превышает этот показатель у меди. То есть, при одинаковой силе тока и сечении, алюминиевая жила нагреется в 2 раза быстрее. Поэтому в современных схемах проводки используется кабельно-проводниковая продукция только с медными жилами. Алюминиевые провода используются лишь в электроустановках высокой мощности и для передачи электроэнергии по ЛЭП.

Электротехнические средства защиты

Защитить электрическую цепь от КЗ помогают различные типы предохранителей. Наиболее простыми считаются плавкие предохранители одноразового действия, различающиеся по внешнему виду. Они выступают в качестве наиболее слабого звена и в случае аварии срабатывают, разрывая цепь и защищая вверенный участок. Жертвуя собой, эти компоненты предотвращают разрушение и выход из строя других, более важных приборов от действия высоких температур, образовавшихся из-за резкого увеличения силы тока.

Плавкие предохранители для защиты от короткого замыкания выпускаются в широком ассортименте и могут работать с напряжением 600-35000В и силой тока от нескольких миллиампер до 1 тысячи ампер. Конструкция у всех одинаковая, состоит из плавкой вставки, контакта, дугогасящей среды или устройства для гашения дуги. Все элементы размещаются в общем корпусе. Срабатывание предохранителя происходит следующим образом. Вначале вставка нагревается до температуры плавления, после чего она расплавляется и испаряется. Одновременно возникает электрическая дуга, которая быстро гасится в изоляционном промежутке. После этого цепь в электроустановках оказывается полностью разорванной.

Обеспечить нормальную защиту можно лишь соблюдая определенные условия:

  • Времятоковая характеристика предохранителя должна быть ниже этого показателя на защищаемом участке.
  • Срабатывание происходит за минимальный промежуток времени.
  • Защитный элемент должен обладать высокой отключающей способностью.
  • Простая конструкция, позволяющая быстро заменить сгоревшую плавкую вставку.

Защита от токов короткого замыкания

Кроме одноразовых, существует автоматический предохранитель, проводящий ток в нормальном состоянии, и отключающий его в случае отклонений от нормы. Он устанавливается в начале линии и обеспечивает защиту электрооборудования от перегрузок, коротких замыканий и пониженного напряжения. Основным плюсом этих устройств считается их многоразовое использование в течение продолжительного времени.

Более серьезная защита от короткого замыкания, получившая широкое распространение, представлена автоматическим выключателем он же автомат. Все компоненты устройства помещены в корпус из диэлектрического материала. Для включения и выключения прибора предусмотрен выключатель-рычажок. Подключение проводов осуществляется через винтовые клеммы. Автомат коммутирует электрическую цепь с помощью подвижного и неподвижного контактов.

К подвижному контакту подводится пружина, обеспечивающая быстрое расцепление. Сами контакты разъединяются за счет действия электромагнитного или теплового расцепителя. Первое устройство срабатывает практически мгновенно, сердечник втягивается, когда ток превышает заданное значение. Тепловой расцепитель является биметаллической пластиной, нагревающейся под действием тока. Далее, она сгибается и производит разъединение контактов. Величина тока срабатывания устанавливается с помощью регулировочного винта.

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Режим короткого замыкания

Что такое ток короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Формула тока короткого замыкания

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Источник

Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания

Главная задача электрика – сделать проводку надёжной и безопасной. В результате аварий может произойти возгорание или людей ударит током. Аварии возникают из-за повышенного тока и коротких замыканий. В результате через проводники протекает слишком большой ток, они греются и на них плавится изоляция, возникает искрение или дуга. В этой статье я расскажу о том, как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания.

Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания

Почему перегрузка короткое замыкание опасны — теория

Чтобы понять опасность протекания повышенного тока через провода нужно вспомнить два важных закона физики из курса «электричество и магнетизм». Первый — это закон Ома:

Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Это значит, что если в цепи малое сопротивление – ток будет большим, а если большое – то маленьким, а также при повышении напряжения ток растёт вместе с ним.

Это кажется очевидным, но у новичков часто возникает вопрос «почему замыкание называют коротким? А что бывает длинное?». Вот как раз потому что при коротком замыкании сопротивление замкнутой цепи приблизительно равняется:

где RЛИНИИ — это сопротивление проводников, зависит от их сечения и длинны (R=po*L/S).

r — внутреннее сопротивление источника питания. Если сказать простым языком, то зависит от конструкции если это гальванический элемент, или от сечения провода в обмотке трансформатора. RКОНТАКТ — переходное или контактное сопротивление – его величина зависит от площади касания двух замкнутых проводников.

Читайте также:  Ток icu что означает

Также стоит учитывать реактивные индуктивные и емкостные сопротивления, но в бытовой проводке можно опустить этот вопрос.

В результате при замыкании цепи ток ограничен только приведенными выше сопротивлениями, а они в большинстве случаев ничтожно малы (доли Ом, в домашней электросети), даже при сопротивлении 1 Ом при напряжении в 220В в цепи будет протекать ток 220В, против вашей проводки рассчитанной обычно на 16-40А. А на практике ток короткого замыкания составляет сотни и тысячи ампер!

Второй закон, о котором нужно сказать — это закон Джоуля-Ленца, в учебниках о нём сказано:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

Что это значит? То, что, чем больше сопротивление проводника или ток через него – тем больше тепла выделится на нём. То есть когда через провода протекает ток – они греются. У каждого проводника есть определенное сопротивление.

Чтобы проводник не перегревался подбирают нужное сечение под определенный ток. Чтобы жила не грелась — тепло должно рассеиваться в окружающую среду, рассеивается оно тем быстрее, чем больше площадь, с которой оно рассеивается.

В связи с этим тонкие провода под большой нагрузкой начинают греться и становятся горячими, а толстые – успевают отдать тепло наружу, и их температура остаётся почти неизменной. Если температура проводника будет слишком высокой, вплоть до покраснения жилы – изоляция оплавится.

Сечение проводника — первый шаг к защите от перегрузки

Вы наверняка знаете, что под каждую нагрузку выбирают провод или кабель с жилами определенного поперечного сечения, например, для оценки правильности выбора сечения жил популярного кабеля марки ВВГ-НГ-ls используют таблицу 1.3.4 из ПУЭ. В ней описаны требования для проводов и кабелей с резиновой или поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией. Также она учитывает способ прокладки и количество проводников.

Таблица выбора сечения токопроводящей жилы

Так как проводники выбирают с запасом, то электрики руководствуются простым правилом: для розеток провод 2.5 мм², а для освещения – 1.5 мм². В большинстве случае этого достаточно.

Согласно этой таблице вы проверяете расчетные значения сечения и выдержат ли жилы такую плотность тока без перегрева и других неприятностей.

Электричсекий кабль

Итак, первым шагом к защите от перегрузок является прокладка хорошей проводки из медного кабеля типа ВВГ-НГ-ls или NYM. При этом учтите, что при покупке кабельных изделий «на рынке» вас может ждать продукция, изготовленная не по ГОСТ, а это значит, что реальное сечение, скорее всего, будет меньше указанного. В результате получается, что вроде бы и кабель проложили «какой надо», но в результате соединения отгорают, жилы греются, а изоляция плавится.

Защитная аппаратура

Автоматический выключатель – это основной коммутационный аппарат для защиты проводки от перегрузки и коротких замыканий. В народе их называют автоматами и ошибочно «пакетниками» (что в корне неверно). О том как он устроен мы рассказывали в статье Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Главное, что нужно запомнить – автоматический выключатель защищает КАБЕЛЬ, ШНУР или ПРОВОД от возгорания или перегорания, но никак не оборудование или людей.

Автоматический выключатель

Если кратко, то в автоматическом выключателе есть два расцепителя – электромагнитный и тепловой. Электромагнитный срабатывает при сильном превышении тока (в единицы и десятки раз больше номинального тока), например, при коротком замыкании, а тепловой при незначительной перегрузке, например, на 20-50%.

Устройство автоматического выключателя

Таким образом если вы включите много электроприборов – нагреется тепловой расцепитель, это биметаллическая пластина, которая при нагреве изгибается. Изгибаясь она приведет в движение механизм отключения автоматического выключателя, таким образом цепь обесточится.

Электромагнитный расцепитель – это соленоид внутри которого есть сердечник. При протекании большого тока – соленоид выталкивает сердечник и приводит в движение механизм отключения. Это своего рода реле тока.

От правильности выбора номинала и типа время-токовой, характеристики зависит безопасность его использования.

Номинальный ток автоматического выключателя выбирают исходя из пропускной способности самого слабого места в проводке. Например, какой бы вы кабель не проложили на розетки, посмотрите, что на ней написано, в большинстве бытовых розеток вы увидите 16 ампер, а иногда и 10 ампер.

Поэтому и номинал автоматического выключателя выбирают на 16А. Если допустим вы решили поставить автомат с номинальным током в 32А, исходя из соображений «розеток же несколько, да и кабель выдержит, он же 2,5-4 мм²», то при подключении в одну розетку через удлинитель обогревателя и фена – через неё пойдёт ток больше 16А, в результате её контакты начнут греться, а корпус плавится.

Если вы вовремя не отключите приборы – то, нагреваясь, контакты покроются нагаром, части корпуса оплавятся, а металлические шинки, удерживающие вилку, расширятся и контакт ослабнет. Из-за чего контактное сопротивление возрастёт и нагрев будет происходить еще интенсивнее, розетка начнет искрить и дымится, вплоть до возгорания обоев или стен, в которых она установлена.

Время-токовая характеристика, если говорить простыми словами, то это характеристика, которая показывает как быстро отключится автомат в случае перегрузки. В домашнем электрощите зачастую используют автоматы класса B и C.

Защитная характеристика автомата

Второе правило – устанавливайте автоматические выключатели с номинальным током, не превышающим самое слабое звено в электропроводке. Если вам нужно чтобы больше потребителей могли одновременно работать – делите розетки на группы в каждой комнате и прокладывайте к ним отдельный кабель (радиальная схема разводки).

Дифференциальная защита от утечек

И по сей день обыватели, установив УЗО почему-то считают, что оно защитит от перегрузки или короткого замыкания, это также ошибочно.

УЗО

УЗО – устройство защитного отключения, создано для защиты при утечке тока. Это нужно для: защиты человека при случайном касании токопроводящих частей под напряжением (оголенные провода, корпус поврежденного электроприбора), а также утечки тока на заземленные корпуса, трубопроводы, элементы строительных конструкций и прочего.

УЗО отслеживает сколько тока прошло по фазному и сколько по нулевому проводнику, если есть разница между проводами – значит произошла утечка и силовые контакты размыкаются.

Работа УЗО

Таким образом обеспечивается безопасность людей, а также снижение риска дальнейшего развития утечки до короткого замыкания, при повреждениях изоляции, что особенно важно в деревянном доме, например.

Другой тип защитных приборов – дифавтомат, совмещает в себе функции УЗО и автоматического выключателя. На рисунке ниже вы видите, как отличить дифавтомат (слева) от УЗО (справа), отличия на схеме и в маркировке.

УЗО и дифавтоматы всегда выполняются в двухполюсном или четырёхполюсном виде однофазных и трёхфазных цепей соответственно. Согласно ПУЭ п. 1.7.80, должны использоваться только если есть заземление, то есть в двухпроводной сети их использовать запрещено. Однако это спорный вопрос в этой статье рассматривать не будем.

Ограничитель мощности

Следующий прибор отключает нагрузку в случае превышения мощности. Это Реле ограничения мощности. Примером такого устройства является однофазный ОМ-110 или трёхфазный ОМ-310, есть и другие модели – эти приведены просто для примера.

Ограничитель мощности ОМ-310

Хоть это устройство и не является по своей сути защитным и его используют в большей степени энергосбытовые или сетевые компании для контроля и ограничения потребления электроэнергии, свыше установленной в нормальной или уменьшения этой величины в аварийной ситуации. Изделие отслеживает потребляемую мощность и в случае её превышения отключает потребителя.

Тем не менее устройство не допустит перегрузок электропроводки если вы правильно установите параметры его работы. Если вам интересно узнать подробнее о таких устройствах – пишите в комментариях и мы обязательно о них расскажем.

Заключение – 3 правила чтобы не было КЗ и перегрузок

Безопасность и долговечность работы электропроводки лежит на трёх китах:

1. Правильный выбор сечения кабельных изделий.

2. Установка автоматических выключателей и других приборов защиты нужных номиналов. Покупайте их только в сертифицированных магазинах, чтобы не нарваться на подделку, отдавайте предпочтение таким брендам, как ABB, Schneider Electric, а из более дешевых — отечественный КЭАЗ (г. Курск).

3. Правильная эксплуатация электрообрудования.

Под «правильной эксплуатацией» я имею в виду:

1. Своевременную замену и протяжку клеммников электроустановочных изделий — автоматов, УЗО, выключателей света, розеток.

Старая электропроводка

2. Рационального распределения нагрузки по розеткам — не вставляйте в тройники и удлинители мощные электроприборы, таким образом вы можете перегрузить розетку или кабель, который её питает (смотрите — Почему опасно использовать тройники и удлинители).

Возгорание электропроводки

3. Аккуратное обращение с электроприборами — не допускайте попадание воды, металлических предметов внутрь бытовой техники, чтобы не произошло замыкание. Ведь даже если автоматы и кабель установлены хорошие нужно помнить, что автоматы иногда залипают или срабатывают медленно, в результате чего отгорают соединения в распредкоробках.

Кабельные наконечники

4. При ремонте приборов и монтаже или обслуживании проводки используйте качественную изоляцию, которая хорошо липнет или термоусадочные трубки. Избегайте скруток — соединяйте провода пайкой, сваркой, гильзованием или клеммниками. Таким образом вы избежите коротких замыканий в результате плохой изоляции или нагрева соединений в распределительных коробках.

Читайте также:  Что такое сквозной ток утечки

Источник



Как устроена и работает защита от короткого замыкания

Как устроена и работает защита от короткого замыканияТермином «короткое замыкание» в электротехнике называют аварийный режим работы источников напряжения. Он возникает при нарушениях технологических процессов передачи электроэнергии, когда на действующем генераторе или химическом элементе выходные клеммы замыкаются накоротко (закорачиваются).

При этом вся мощность источника мгновенно прикладывается к закоротке. Через нее протекают огромные токи, способные сжечь оборудование и нанести электрические травмы близкорасположенным людям. Для прекращения развития подобных аварий используются специальные защиты.

Какие бывают виды коротких замыканий

Природные электрические аномалии

Они проявляются во время грозовых разрядов, сопровождающихся мощными молниями.

Источниками их образования являются высокие потенциалы статического электричества различных знаков и величин, накопленные облаками при их перемещении ветром на огромные расстояния. В результате естественного охлаждения при подъеме на высоту пары влаги внутри облака конденсируются, образуя дождь.

Влажная среда обладает низким электрическим сопротивлением, которое создает пробой воздушной изоляции для прохождения тока в виде молнии.

Процессы природного образования молнии

Электрический разряд проскакивает между двумя объектами, обладающими разными потенциалами:

  • на приближающихся облаках;
  • между грозовой тучей и землей.

Первый вид молнии опасен для летательных аппаратов, а разряд на землю способен разрушить деревья, здания, промышленные объекты, воздушные линии электропередач. Для защиты от него устанавливают молниеотводы, которые последовательно выполняют функции:

1. приема, притяжения потенциала молнии на специальный улавливатель;

2. пропускания полученного тока по тоководу к контуру заземления здания;

3. отвода высоковольтного разряда этим контуром на потенциал земли.

Короткие замыкания в цепях постоянного тока

Гальванические источники напряжения либо выпрямители создают на выходных контактах разность положительных и отрицательных потенциалов, которые в нормальных условиях обеспечивают работу схемы, например, свечение лампочки от батарейки, как показано на рисунке ниже.

Электрические процессы, происходящие при этом описывает математическое выражение закона Ома для полной цепи.

Действие закона Ома для полной цепи

Электродвижущая сила источника распределяется на создание нагрузки во внутреннем и внешнем контурах за счет преодоления их сопротивлений «R» и «r».

В аварийном режиме между клеммами батарейки «+» и «-» возникает закоротка с очень низким электрическим сопротивлением, которая практически исключает протекание тока во внешней цепи, выводя эту часть схемы из работы. Поэтому по отношению к номинальному режиму можно считать, что R=0.

Весь ток циркулирует только во внутреннем контуре, обладающим маленьким сопротивлением, и определяется по формуле I=E/r .

Поскольку величина электродвижущей силы не изменилась, то значение тока очень резко возрастает. Такое короткое замыкание протекает по закорачиваемому проводнику и внутреннему контуру, вызывает внутри них огромное выделение тепла и последующее нарушение конструкции.

Короткие замыкания в цепях переменного тока

Все электрические процессы здесь тоже описываются действием закона Ома и происходят по аналогичному принципу. Особенности на их прохождение налагают:

применение схем однофазных или трехфазных сетей различной конфигурации;

наличие контура заземления.

Виды коротких замыканий в схемах переменного напряжения

Токи КЗ могут возникнуть между:

двумя разными фазами;

двумя разными фазами и землей;

тремя фазами и землей.

Виды коротких замыканий в сети переменного тока

Для передачи электроэнергии по воздушным ЛЭП системы электроснабжения могут использовать разную схему подключения нейтрали:

В каждом из этих случаев токи коротких замыканий будут формировать свой путь и иметь разную величину. Поэтому все перечисленные варианты сборки электрической схемы и возможности возникновения в них токов коротких замыканий учитываются в создании конфигурации токовых защит для них.

Внутри потребителей электроэнергии, например, электродвигателя тоже может возникнуть короткое замыкание. У однофазных конструкций потенциал фазы может пробить слой изоляции на корпус или нулевой проводник. В трехфазном электрооборудовании дополнительно может возникнуть неисправность между двумя или тремя фазами либо между их сочетаниями с корпусом/землей.

Во всех этих случаях, как и при КЗ в цепях постоянного тока, через образовавшуюся закоротку и всю подключенную к ней до генератора схему будет протекать ток короткого замыкания очень большой величины, вызывающий аварийный режим.

Для его предотвращения используют защиты, которые осуществляют автоматическое снятие напряжение с оборудования, подвергшегося действию повышенных токов.

Как выбирают границы срабатывания защиты от короткого замыкания

Все электрические приборы рассчитаны на потребление определенной величины электроэнергии в своем классе напряжения. Рабочую нагрузку принято оценивать не мощностью, а током. Его проще замерять, контролировать и создавать на нем защиты.

На картинке представлены графики токов, которые могут возникнуть в разных режимах работы оборудования. Под них подбираются параметры настройки и наладки защитных устройств.

Графики синусоид различных режимов

На графике коричневым цветом показана синусоида номинального режима, который выбирается в качестве исходного при проектировании электрической схемы, учете мощности электропроводки, подборе токовых защитных устройств.

Частота промышленной синусоиды 50 герц при этом режиме всегда стабильна, а период одного полного колебания происходит за время 0,02 секунды.

Синусоида рабочего режима на картинке показана синим цветом. Она обычно меньше номинальной гармоники. Люди редко полностью используют все резервы отведенной им мощности. Как пример, если в комнате висит пятирожковая люстра, то для освещения часто включают одну группу лампочек: две или три, а не все пять.

Чтобы электроприборы надежно работали при номинальной нагрузке, создают небольшой запас по току для настройки защит. Величину тока, на который их настраивают для отключения, называют уставкой. При ее достижении выключатели снимают напряжение с оборудования.

В интервале амплитуд синусоид между номинальным режимом и уставкой электросхема работает в режиме небольшого перегруза.

Возможная временна́я характеристика аварийного тока показана на графике черным цветом. У нее амплитуда превышает уставку защит, а частота колебаний резко изменилась. Обычно она имеет апериодический характер. Каждая полуволна изменяется по величине и частоте.

Алгоритм работы токовых защит

Алгоритм работы токовых защит

Любая защита от короткого замыкания включает в себя три основных этапа работы:

1. постоянное отслеживание состояния синусоиды контролируемого тока и определение момента возникновения неисправности;

2. анализ создавшейся ситуации и выдача логической частью команды на исполнительный орган;

3. снятие напряжения с оборудования коммутационными аппаратами.

Во многих устройствах используется еще один элемент — ввод задержки времени на срабатывание. Его используют для обеспечения принципа селективности в сложных, разветвленных схемах.

Поскольку синусоида достигает своей амплитуды за время 0,005 сек, то этого периода, как минимум, необходимо для ее замера защитами. Следующие два этапа работы тоже не совершаются мгновенно.

Общее время работы самых быстрых токовых защит по эти причинам чуть меньше периода одного колебания гармоники 0,02 сек.

Конструктивные особенности защит от короткого замыкания

Электрический ток, проходя по любому проводнику, вызывает:

термический нагрев токопровода;

наведение магнитного поля.

Эти два действия приняты за основу конструирования защитных аппаратов.

Защиты на основе принципа термического воздействия тока

Тепловое действие тока, описанное учеными Джоулем и Ленцем, используется для защиты предохранителями.

Она основана на установке внутри пути тока плавкой вставки, которая оптимально выдерживает номинальную нагрузку, но перегорает при ее превышении, разрывая цепь.

Чем выше величина аварийного тока, тем быстрее создается разрыв схемы — снятие напряжения. При небольшом превышении тока отключение может произойти через длительный промежуток времени.

Защита предохранителями от коротких замыканий

Предохранители успешно работают в электронных устройствах, электрооборудовании автомобилей, бытовой техники, промышленных устройствах до 1000 вольт. Отдельные их модели эксплуатируются в цепях высоковольтного оборудования.

Защиты на основе принципа электромагнитного воздействия тока

Принцип наведения магнитного поля вокруг проводника с током позволил создать огромный класс электромагнитных реле и защитных автоматов, использующих катушку отключения.

Принцип работы защиты на основе электромагнита

Ее обмотка расположена на сердечнике — магнитопроводе, в котором складываются магнитные потоки от каждого витка. Подвижный контакт механически связан с якорем, являющимся качающейся частью сердечника. Он прижимается к стационарно закрепленному контакту усилием пружины.

Ток номинальной величины, проходящий по виткам катушки отключения, создает магнитный поток, который не может преодолеть усилие пружины. Поэтому контакты постоянно находятся в замкнутом состоянии.

При возникновении аварийных токов якорь притягивается к стационарной части магнитопровода и разрывает цепь, созданную контактами.

Один из видов автоматических выключателей, работающих на основе электромагнитного снятия напряжения с защищаемой схемы, показан на картинке.

Защита ватоматическими выключателями

В нем используется:

автоматическое отключение аварийных режимов;

система гашения электрической дуги;

ручное или автоматическое включение в работу.

Цифровые защиты от короткого замыкания

Все рассмотренные выше защиты работают с аналоговыми величинами. Кроме них в последнее время в промышленности и особенно в энергетике начинают активно внедряются цифровые технологии на основе работы микропроцессорных устройств и статических реле. Такие же приборы с упрощенными функциями выпускаются для бытовых целей.

Замер величины и направления тока, проходящего по защищаемой схеме, выполняет встроенный понижающий трансформатор тока высокого класса точности. Замеренный им сигнал подвергается оцифровке посредством наложения высокочастотных прямоугольных импульсов по принципу амплитудной модуляции.

Затем он поступает на логическую часть микропроцессорной защиты, которая работает по определенному, заранее настроенному алгоритму. При возникновении аварийных ситуаций логика устройства выдает команду исполнительному отключающему механизму на снятие напряжения с сети.

Для работы защиты используется блок питания, берущий напряжение от сети или автономных источников.

Цифровые защиты от коротких замыканий обладают большим количеством функций, настроек и возможностей вплоть до регистрации предаварийного состояния сети и режима ее отключения.

Источник