3629606_Korotkoe_zamuykanie

Короткое замыкание - разрыв электрической цепи в результате контакта
двух проводов под напряжением или провода под напряжением и земли. При
коротком замыкании внешнее сопротивление цепи близко к нулю, и в цепи
протекает максимальный ток.
Короткое замыкание (КЗ) может быть по разным причинам: ухудшение
сопротивления изоляции во влажной или химически активной среде, при
недопустимом перегреве изоляции, механические воздействия, ошибочные
воздействия персонала при обслуживании и ремонте и т. д.
Как видно из самого названия процесса, при КЗ путь тока укорачивается,
т. е. он идет, минуя сопротивление нагрузки, поэтому он может увеличиться
до недопустимых величин, если напряжение не отключится под действием
защиты. Но напряжение может не отключиться и при наличии защиты, если
КЗ случилось в удаленной точке, и из-за большого сопротивления до места
КЗ ток недостаточен для срабатывания защиты. Но этот ток может быть
достаточным для загорания проводов, что может привести к пожару.
Отсюда возникает необходимость расчета тока короткого замыкания —
ТКЗ. Величина ТКЗ может меняться, если к сети электроснабжения
присоединяются другие электроприемники в более удаленных местах. В
таких случаях снова производится расчет ТКЗ в месте установки новых
электроприемников.
ТКЗ производит также электродинамическое действие на аппараты и
проводники, когда их детали могут деформироваться под действием
механических сил, возникающих при больших токах.
Термическое действие ТКЗ заключается в перегреве аппаратов и
проводов. Поэтому при выборе аппаратов их нужно проверять по условиям
КЗ, с тем, чтобы они выдержали ТКЗ в месте их установки.
Как известно, наряду с сетями с глухозаземленной нейтралью существуют
сети с изолированной нейтралью. Рассмотрим характерные отличия этих
сетей при КЗ.
На практике в большинстве случаев происходят однофазные короткие
замыкания. В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы
с землей режим не является коротким замыканием и бесперебойность
электроснабжения не нарушается, но он должен быть отключен, так как
соответствует аварийному состоянию. При замыкании одной фазы на землю
в данной сети напряжения на двух других фазах повышаются в 1,73 раза, а
напряжение на нулевой точке становится равным фазному напряжению
относительно земли, (рис. 4.2, в).
В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении провода с землей
сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при
этом электроснабжение нарушается, а при сгорании предохранителя могут
повредиться обмотки двигателей при работе на двух фазах.
Для защиты электроприборов от короткого замыкания применяют
предохранители. Их назначение - отключать электроэнергию в случае, если
ток возрастает больше допустимой величины. На рисунке автоматический
предохранитель с винтовым цоколем, как и у лампы накаливания. Такие
предохранители (в просторечии "пробки") вворачивают в специальные
патроны, которые укрепляют на стене.
Существуют также плавкие предохранители. В них
основной деталью является тонкая (диаметром около 0,1
мм) проволочка из олова или свинца. В случае сильного
возрастания тока она плавится, размыкая цепь. В отличие от "многоразовых"
автоматических
предохранителей,
плавкие
предохранители
являются
одноразовыми электроприборами.
Короткое замыкание.
Особый случай параллельного соединения проводников - так называемое короткое
замыкание. Им называется параллельное включение в цепь проводника с очень
маленьким сопротивлением. Рассмотрим, как это может произойти.
Пусть лампы и выключатель соединены так, как показано на схемах. Обратите
внимание, что выключатель и вторая лампа соединены параллельно, кроме того,
замкнутый выключатель на правой схеме - проводник с очень маленьким
сопротивлением. Следовательно, согласно определению, на правой схеме
существует короткое замыкание лампы.
Пусть, например, напряжение источника тока подобрано так, что при разомкнутом
выключателе обе лампы светятся не очень ярко - в полнакала (поэтому на первой
схеме они наполовину закрашены). Если же выключатель замкнуть, то левая лампа
будет гореть ярко, а правая лампа вообще погаснет. Таким образом, увеличение
яркости левой лампы указывает нам, что при существовании в цепи короткого
замыкания сила тока резко возрастает. Согласно закону Джоуля-Ленца,
возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению
пожара.
Объясним, почему левая лампа загорается ярче. Вспомним, что при параллельном
соединении проводников их общее сопротивление становится меньше меньшего из
них, то есть даже меньше, чем сопротивление выключателя (у которого оно и так
почти равно нулю). Согласно закону Ома, уменьшение сопротивления приводит к
возрастанию силы тока. А возрастание тока, согласно закону Джоуля-Ленца,
приводит к более сильному накалу спирали левой лампы. Объясним теперь, почему
гаснет правая лампа. Поскольку при параллельном соединении проводников
напряжение на каждом из них одинаково, то напряжения на правой лампе и на
выключателе одинаковы. По закону Ома U=IR. Как мы выяснили в предыдущем
абзаце, сопротивление этого соединения почти равно нулю, то есть R0.
Подставляя ноль в формулу, получим: U=I·0=0. То есть, напряжение на
выключателе и лампочке равно нулю (точнее, очень маленькое). Такого
напряжения явно недостаточно для того, чтобы поддерживать свечение лампы,
поэтому она гаснет.
Если предположить, что провода, подводящие ток к квартирной проводке, сделаны
из алюминия и имеют диаметр 1 мм, то площадь сечения свинцовой проволочки
окажется в 100 раз меньше. Кроме того, заглянув в таблицу, мы увидим, что
удельное сопротивление свинца примерно в 10 раз больше, чем у алюминия.
Следовательно, сопротивление проволочки примерно в 1000 раз больше
сопротивления алюминиевого провода такой же длины. Поскольку провод и
предохранитель (то есть проволочка) соединены последовательно, то сила тока в
них одинакова. Так как по закону Джоуля-Ленца Q=I2Rt, следовательно, количество
теплоты, выделяющееся в проволочке, в каждый момент времени в 1000 раз
больше, чем в проводе. Именно поэтому проволочка плавится, а электропроводка
остается в сохранности.