Что такое короткое замыкание простое определение

О коротком замыкании слышат не только в специализированных кругах, но и широких массах. Что такое короткое замыкание, что этому способствует, можно ли защититься от короткого замыкания (КЗ).

Это непраздное любопытство, поскольку именно оно часто является причиной пожара и гибели людей. Зная и соблюдая элементарные правила можно защитить себя и других от многих проблем.

Но прежде чем говорить об этом явлении, следует поближе познакомиться с электричеством и способом его передачи, поскольку это является фундаментальным понятием.

Понятие и теория

Из учебника физики известно, что любое вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. На внешней орбите некоторых атомов есть электроны, которые имеют слабую связь с ядром.

Если приложить к этим электронам некоторую силу, они могут оторваться и переместиться. Таким свойством обладают металлы и некоторые другие элементы при особых условиях.

Самыми распространенными металлами, используемые в электротехнике, являются алюминий и медь. Именно из них делают провода для электропроводки.

Но, чтобы получить электрический ток, мало просто оторвать электроны, их еще необходимо сгруппировать и направить, придав им упорядоченное движение.

Для этого существуют различные генераторы постоянного и переменного тока, или источники тока в виде батарей и аккумуляторов.

Различие между батареей и аккумулятором заключается в способности аккумулятора снова заряжаться, пополняя растраченную энергию.

Ток бывает двух видов:

  • переменный;
  • постоянный.

На самом деле существует еще ряд других видов, но поскольку в быту мы сталкиваемся в основным с этими двумя, они и будут разобраны.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутому кругу. Для примера возьмем цепь постоянного тока, состоящую из батарейки, проводов, выключателя и лампочки. Провода служат для соединения всех используемых элементов.

что называется коротким замыканием

Допустим, у нас получилась такая схема: плюс батареи соединен через провод с одним выводом выключателя, второй вывод выключателя через провод соединен с одним контактом лампочки, а второй контакт лампочки, опять же через провод соединен с минусом батареи. Если выключатель включен, то по собранной цепи будет течь ток, и лампочка загорится, если выключателем разорвать цепь, то лампочка потухнет.

В последнем случае хотя по цепи не идет ток, напряжение присутствует. Оно будет равно напряжению батарейки и определить его можно будет с помощью вольтметра. С одной стороны выключателя будет идти положительный потенциал, по другую его сторону – отрицательный. Положение изменится, если выключатель включить. Теперь плюс и минус будут располагаться по разным сторонам лампочки.

Почему произошло такое изменение? Когда выключатель выключен, то электроны от плюса батарейки, дойдя до выключателя остановились, потому что контакты у него разомкнуты. Следовательно, на другом контакте выключателя этих электрон нет.

Раньше считали, что переносчиками заряда служат положительно заряженные частицы, в некоторых случаях так и есть, но все же основными переносчиками являются электроны, а они имеют отрицательный заряд. Но чтобы не путаться в старых и новых схемах на батарейках ставят знак + на минусовом контакте, и приборы работают по такому же принципу.

Разность между количеством электронов на двух контактах и будет напряжением.

Теперь поговорим о лампочке. Основным ее элементом является нить накаливания. Нить изготавливается из тугоплавкого и имеющего большое сопротивление материала, обычно это вольфрам. Этот материал с трудом пропускает часть электронов поэтому, пройдя через нить лампы, электронов будет гораздо меньше, чем их накопилось до нити.

Кроме того, электроны, прошедшие через лампочку, быстро уносятся к минусу батареи, вот почему теперь напряжение будет наблюдаться на контактах лампочки, а не на выключателе. А что произойдет, если лампочку убрать из схемы?

Что происходит при возникновении короткого замыкания

Лампочка, в приведенной выше цепи, считается полезной нагрузкой для источника питания – батарейки. В чем польза лампочки? Она преобразует электрическую энергию в световую.

Если ее убрать, а выключатель напрямую соединить с минусом батарейки и включить его, то электроны мощным потоком устремятся к другой клемме батарейки. Результатом будет разряд батарейки. Вся ее энергия будет расходована напрасно. Возможно, она даже выйдет из строя. В любом случае больше ею воспользоваться не удастся.

что такое короткое замыкание

Но, кроме напрасно истраченной энергии существует еще один большой минус. Как уже говорилось, лампочка имеет нить накала из вольфрама. Что происходит при прохождении через нее тока?

Так как сопротивление нити большое, то есть электронам, образно говоря, нужно протискиваться через узкие каналы, то они, ударяясь об атомы вольфрама, отдают часть энергии ему. Это приводит к тому, что вольфрам начинает нагреваться и нагревается до такой температуры, что от него начинает исходить свет.

Любой материал обладает сопротивлением электрическому току, будь то провода или выключатель. Поэтому когда лампочку убирают, то нагрузкой становятся провода и выключатель. Они хоть и не так быстро и горячо будут нагреваться, но все же нагрев будет происходить.

Важно. Из этого можно сделать вывод, чем опасно короткое замыкание: происходит ненужный нагрев проводников и напрасно тратится электрическая энергия.

Почему короткое замыкание так называется

Так что такое короткое замыкание? В последней нашей схеме были использованы: батарейка, провода и выключатель. Поскольку выключатель во включенном положении представляет собой проводник, то его можно заменить куском провода.

В итоге схема приобретает следующий вид: плюс батареи соединен проводом с минусом батареи. Значит, что такое короткое замыкание по-простому? Это короткозамкнутая цепь в схеме питания.

Давайте дадим небольшое определение что такое короткое замыкание - это аварийный режим, при котором происходит контакт двух проводников с разными потенциалами (например, фаза с другой фазой или фаза и ноль). За счет того что нагрузка оказывается закороченной, сопротивление цепи уменьшается, а ток при этом резко возрастает до очень больших значений.

Для примера возьмем обычный утюг. Когда мы включаем его в розетку, создается путь для протекания электрического тока. Ток начинает протекать через нагревательный элемент утюга, сопротивление которого очень большое.

короткое замыкание участка цепи

Если убрать это сопротивление из схемы, например, закоротить фазу и ноль до нагревательного элемента, то путь протекания тока уменьшится, то есть станет коротким. Ток будет протекать только по проводам без сопротивления (нагрузки).

В чем опасность короткого замыкания

Рассмотренный пример с батарейкой — это всего лишь миниатюра, показывающая наглядно, к чему приводит короткое замыкание. Емкость и напряжение батарейки невелико, поэтому и последствия от короткого замыкания незначительны – испорченная батарейка.

В быту же чаще всего говорят о коротком замыкании, связанном с домашней сетью, в которой напряжение составляет минимум 220 В. Мощность трансформатора, от которого подается питание на дом, составляет сотни тысяч или миллионы Ватт. Конечно, сопротивление проводов ограничивает этот ток, но не очень сильно.

В советское время линии электропередач состояли из натянутых на опорах проводов. При сильном ветре, если провода были недостаточно натянуты, их перехлестывало. Слышался сильный треск, гул, летели искры. Зрелище не для слабонервных. Иногда провода припаивались друг к другу, обгорали и падали на землю.

причины возникновения короткого замыкания

Если падал фазный провод, идущий от подстанции, то он создавал огромную опасность для окружающих. Гибли и люди, и животные. К счастью, сегодня все меньше остается таких линий, но в частном секторе, на дачах, в деревнях еще можно встретить такую опасность.

Что касается квартир и частных домов то здесь кроется другая опасность. Как уже было рассмотрено, короткое замыкание – это создание цепи без нагрузки.

чем опасно короткое замыкание

При этом высвобождается огромная энергия, которая очень быстро разогревает провода. В месте замыкания могут возникать искры в виде раскаленного металла. Попадая на горючее вещество, они его воспламеняют.

При возникновении короткого замыкания главная опасность заключается в вероятности возгорания и пожара.

Опасно! При тушении водой такого пожара под напряжением приведет к поражению электрическим током.

Поэтому, чтобы защититься от таких неприятностей, в каждом доме обязательно должна быть защита от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

Для того чтобы понять, как защищаться от короткого замыкания, необходимо повторить, что такое короткое замыкание? Итак, короткое замыкание – это замкнутая цепь, по которой проходит ток большой мощности.

Поэтому защита должна реагировать именно на большой ток. В любом шкафу учета, кроме счетчика стоят автоматические выключатели. Вот они и реагируют на большой ток. Причем автомат реагирует на два разных тока:

  • ток короткого замыкания;
  • ток перегрузки.

Признаком короткого замыкания является лавинообразный скачек тока, именно на него должен реагировать первый защитник. Из чего состоит защита и как она работает? Известно, что если по проводу проходит ток, то вокруг него образуется электромагнитное поле. Это свойство используется в автомате.

защита от короткого замыкания

Из толстого медного провода делается катушка – соленоид, внутри которой располагается сердечник. Сердечник, в свою очередь, соединен с расцепителем – устройством, которое разъединяет цепь.

Число витков рассчитывается так, чтобы при достижении определенного тока она смогла сдвинуть сердечник и через него расцепить цепь. После устранения неисправности механизм устанавливается в первоначальное положение с помощью рукоятки на автомате.

Провода, проведенные в помещении, способны пропускать ток определенной силы, при превышении этого значения они начнут нагреваться, так как обладают сопротивлением. Это может привести к их нагреву до такой степени, что изоляция, находящаяся на них, начнет плавиться. Это может вызвать пожар или короткое замыкание. Чтобы этого избежать, в автомате предусмотрена другая защита – тепловая.

Она представляет собой биметаллическую пластину, через которую проходит ток питания. Когда ток начинает нагревать провода, он также греет и эту пластину.

Пластина, в свою очередь, понемногу начинает менять свою форму до тех пор, пока не разомкнет расцепитель, прекратив подачу тока.

Биметалл – два соединенных разных металла, у которых скорость расширения при нагревании разная. Поэтому когда пластина нагревается, она меняет свою форму, изгибаясь в одну или другую сторону.

Включить автомат можно будет после того, как пластина остынет и вернется в первоначальное положение.

Причины возникновения короткого замыкания

Почему возникает короткое замыкание, рассмотрим некоторые, чаще всего встречаемые причины:

  1. 1. Перегрузка в сети.
  2. 2. Неисправный электроприбор.
  3. 3. Порча грызунами.
  4. 4. Случайное повреждение.

Перегрузка – одна из самых распространенных причин замыкания. Промышленность выпускает новые, более мощные электроприборы, а проводка остается старой.

Если вовремя не произвести перерасчет и не поменять провода, то рано или поздно произойдет замыкание. Сначала будет отключаться автомат перегрузки, изоляция с каждым разом будет стареть и терять свои защитные свойства пока, наконец, не выдержит такого испытания.

Если в электроприборе произойдет короткое замыкание, он либо отключится, либо сработают автоматы. Такой прибор легко обнаружить, повторно включив его в сеть. Иногда, особенно в сельской местности, порчу могут нанести грызуны. Им почему-то нравятся резиновые и пластмассовые предметы.

Погибая, они замыкают сеть, приводя к короткому замыканию.

Иногда сами жильцы создают себе проблему. Не убедившись в отсутствии электропроводки, начинают сверлить или забивать гвозди, вызывая не только замыкание, но и сильный стресс и болевые ощущения. Чтобы обезопасить себя от таких травм, необходимо точно убедиться в отсутствии проводов или, хотя бы поставить УЗО.

Устройство Защитного Отключения определяет утечку тока и отключает сеть. Оно предотвращает человека от поражения электрическим током.

Осталось ознакомиться с видами короткого замыкания (КЗ) и их особенностями.

Виды коротких замыканий в быту и в электроэнергетике

По сути можно разделить виды коротких замыканий на два типа: бытовые и промышленные.

В быту где чаще встречается сеть с глухозаземленной нейтралью (3 фазы, ноль и заземление), здесь можно отметить такие виды КЗ:

  • однофазные;
  • двухфазные;
  • трехфазные.

В первом случае фазный провод замкнут на ноль или землю. Во втором, то же самое, или на другую фазу, или также на ноль. При трехфазном замыкаются все три фазы между собой.

виды коротких замыканий

Для ознакомления в энергетике согласно ГОСТ 52735-2007 можно встретить такие виды КЗ:

  • - 3-х фазное, обозначается К(З): замыкание между всеми тремя фазами;
  • - 2-х фазное, обозначаетсяК(2): замыкание между двух фаз;
  • - 2-х фазное с землей, обозначается К(1,1): замыкание между двумя фазами и одновременно на землю;
  • - 1-но фазное на землю, обозначается К(1): замыкание одной из фаз на землю или заземленные части оборудования;
  • - двойное КЗ на землю, обозначается К(1+1): это такое КЗ когда две разные фазы замыкаются на землю при этом не замыкаясь между собой.

В цепи постоянного тока

В домашних условиях постоянный ток для бытовых нужд не используется. В основном это относится к электрооборудованию. Для защиты могут быть использованы плавкие предохранители, автоматы или схемы защиты.

Без специальной подготовки и знаний в такие устройства лучше самому не лезть, а отвезти в мастерскую или вызвать специалиста. Но стоит отметить, что принцип замыкания в постоянной цепи ничем не отличается от замыкания в переменном токе.

Последствия могут быть похожими: возникновение пожара или в редких случаях и неблагоприятных условиях — поражение человека постоянным током.

В каких случаях КЗ работает на благо?

На высоковольтных подстанция к силовым трансформаторам подключают устройство под названием короткозамыкатель. По конструкции это заземляющий нож который в любой момент готов намеренно «закоротить» одну из фаз на землю.

При повреждении внутри трансформатора или на его ошиновке происходит срабатывание короткозамыкателя. Когда он включается происходит короткое замыкание, что приводит к появлению больших токов и отключению питающей линии с противоположного конца.

сварка это искусственное КЗ

Еще один из примеров в энергетике «плавка гололеда на линиях электропередач». На воздушных линиях электропередач для защиты линии от гололедообразования во обледенений применяют плавку гололеда. Подключаются они одним концом к самому проводу, а другим к земле.

По принципу КЗ работает электросварка, но в отличие от обычного короткого замыкания, ток в сварке регулируется.

Преднамеренное КЗ

В электротехнике есть прибор, называется варистор. Он часто используется в электрооборудовании для защиты аппаратуры от перенапряжения.

Действует по принципу рассмотренного выше короткозамыкателя. Некоторые специально устанавливают его в осветительную цепь для предотвращения перегорания ламп во время больших скачков напряжения или аварий в сети. При их срабатывании домашняя сеть переходит в режим КЗ и автоматы отключают защищаемую цепь.

Все рассмотренные примеры использования короткого замыкания – это вынужденная мера, указывающая на аварийную ситуацию. Поэтому прежде чем включать автоматы после их срабатывания, необходимо убедиться в нормализации питающей сети.

Похожие материалы на сайте: