Меню

Назначение защиты от токов короткого замыкания

Что такое УЗО — назначение, принцип действия, маркировка и виды

Если вы обратили внимание на данную статью, то наверняка не так давно задались вопросом – «Что такое УЗО и каково его предназначение?». Мы попытаемся максимально подробно ответить на данный вопрос. Ну а для начала скажем, что аббревиатура УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения .

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Что такое УЗО в электрике

Несмотря на то, что в наши дни электропроводка максимально защищена от контактов с людьми и печальных последствий, от утечек никуда не деться. Тут-то незаменимым помощником и станет УЗО. Прибор молниеносно среагирует на повышенное значение тока в месте утечки и перекроет подачу электроэнергии.

УЗО – это один из основных «винтиков» в защитной автоматике нынешних электрических сетей. Прибор коммутирует электроцепи и защищает их от токов, которые протекают по нежелательным при стандартных условиях проводящим путям. Это повысит шансы на то, что ваше жилье или предприятие будет защищено от пожаров, и никто не пострадает от разряда тока.

Отметим, что у данного аппарата есть функция включения или отключения электроцепей. Иными словами, он может производить их коммутацию. Соответственно, прибор является коммутационным.

Для чего устанавливают УЗО

Многие потребители слышали о существовании такого чудо-аппарата, как УЗО, но далеко не все знают, для чего оно нужно. Понять общие принципы функционирования агрегата можно даже без наличия глубоких познаний в электричестве. До недавних времен в жилых домах УЗО не использовали. Но в наши дни все изменилось, и теперь приборы всё чаще стали встречаться в квартирах, поэтому стоит узнать о них побольше.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Как уже было сказано, УЗО устанавливают для того, чтобы предотвратить утечки тока, приводящие к возгоранияю проводки и пожарам. Кроме того, УЗО убережет вас от удара током, что может привести к существенным проблемам со здоровьем или, не дай Бог, летальному исходу при контакте с неизолированными проводами и токопроводящими секциями электрооборудования.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! УЗО отличается от автоматов, защищающих проводку от перегрузок и коротких замыканий, его цель существенно повысить защищенность людей.

Принцип действия УЗО

Функционирование устройства построено на фиксации тока утечки на «землю» и отключении электросети в случае такого ЧП. Наличие утечки прибор фиксирует только по разнице между токами: теми, что вышли из прибора, и теми, что вернулись обратно.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Если с электросетью все в порядке, то токи идентичны по величине, однако разнятся по направлению. Как только появляется утечка — к примеру, вы дотронулись до незаизолированного на 100% провода — часть тока уходит «на землю» по другому контуру (в данном случае – посредством тела человека). Как результат, ток, вернувшийся в УЗО через нейтраль, будет меньше вышедшего.

То же самое происходит, если в одном из электрических приборов повредилась изоляция. Тогда под напряжением оказываются корпус или другая деталь. Задевая их, человек создает еще один контур «на землю». В этом случае часть тока будет двигаться по нему, то есть, баланс разрушится.

Конечно, если изоляция повреждена, то контур ответвления может появиться и без участия человеческого тела. В данной ситуации прибор также отреагирует на 100% и убережет участок сети от печальных последствий вроде перегрева и пожара.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Когда необходима установка УЗО?

Устройство показано к установке, когда существует необходимость защитить групповые линии, обеспечивающие питание розеток штепсельного типа для переносных электроприборов. Обязательно следует устанавливать УЗО, если автовыключатель или предохранитель не предоставляет время автоотключения 0,4 секунды с учетом номинального напряжения 220 В из-за малых показателей токов короткого замыкания.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Рекомендовано применение дифференциального автомата, который представляет из себя единый прибор УЗО с автовыключателем, надежно защищающим от сверхтока и утечек.

Кроме того, рекомендуется устанавливать УЗО, если в вашей семье есть люди, «любящие» неосторожно обращаться с электропроводкой. Самый простой случай: человек сверлит стену, при этом опираясь босой ногой на батарею, и задевает фазный провод. Тот пролетает по цепочке «металлический корпус дрели — рука — грудная клетка — нога — батарея» и приводит к ужасным последствиям: параличу сердца или остановке дыхания (иногда – все вместе). Если у вас установлено УЗО, оно мгновенно «поймет», что часть тока не вернулась, и тут же отключит электричество. Да, удар током произойдет, но разряд будет минимальным.

Когда УЗО не поможет?

Впрочем, не стоит считать УЗО панацеей от любых бед с электричеством. Прибор не настолько умен, чтобы понять, что именно включено в электрическую цепь – лампочка или человек. Отключение произойдёт только при наличии утечки.

УЗО не спасает от перенапряжения, в т.ч. от импульсного, а также от низкого напряжения, которое «убивает» электродвигатели — в холодильнике, стиральной машинке и так далее.

Агрегат также не защищает от короткого замыкания. Эту задачу выполняет автоматический выключатель или дифференциальный автомат.

Сколько УЗО нужно устанавливать?

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Чтобы определить точное количество УЗО, требуемое для конкретного помещения, понадобится специалист, который сможет провести соответствующие расчеты. Например, в 1-комнатной квартире, вероятнее всего, хватит одного такого прибора, рассчитанного на ток утечки в 30 мА. А вот в квартире с четырьмя комнатами при наличии 15 групп розеток понадобится не менее пяти УЗО, а также по одному устройству на всю группу освещения, электроплиту и водонагреватель.

Исходят обычно из того, что одна группа электроприборов — одно устройство защитного отключения 30 мА плюс одно противопожарное УЗО 100 или 300 мА.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Чтобы контролировать электропроводку в целом, на входе в частный дом рекомендуется устанавливать одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА в дополнение к расчетным.

Когда установка УЗО нецелесообразна?

Иногда устанавливать устройство просто нет смысла. Одной из таких ситуаций является наличие старой и дряхлой проводки. Умение УЗО обнаружить утечку может стать головной болью, если прибор начнет срабатывать непредсказуемо (а именно это и происходит при плохой проводке). В таком случае лучшим решением будет поставить УЗО не в цепь электроснабжения квартиры в целом, а в местах с повышенной опасностью для использования розеток.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Нет смысла также покупать некачественное УЗО. На современном рынке можно обнаружить не только оригинальные устройства, но и широчайший ассортимент подделок неизвестного происхождения. Многие из таких приборов сделаны «на коленке за углом». Применение подобных устройств совершенно недопустимо и нецелесообразно. Перед покупкой внимательно изучите техническую документацию и сертификаты качества приобретаемого агрегата.

Не имеет смысла установка прибора в линиях, которые дают напряжение на стационарное оборудование и светильники, а также в общих электросетях.

Устройство

Устройство УЗО предполагает наличие:

  • датчика утечки;
  • поляризованного магнитного реле.

В основе действия прибора лежат законы, основывающиеся на входящей и выходящей электроэнергии в замкнутых цепях с предельно большими нагрузками. Это свидетельствует о том, что у тока должно быть только одно значение, вне зависимости от фазы прохождения.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Внутри устройства находятся три магнитные катушки. Через первую проходит фаза, через вторую нуль. Ток создает магнитные поля на входе и на выходе катушек прибора.

Если все работает, как должно, взаимные поля уничтожают друг друга. Если на одной из катушек происходит нарушение баланса, то есть образуется утечка тока, то это приведёт к действию третей катушки, имеющей реле для отключения питания.

Основные технические характеристики

Каждое УЗО обладает определенным набором технических параметров, которые следует изучить перед приобретением:

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

  • производитель;
  • наименование модели;
  • рабочий ток — предельная величина тока, которую прибор может коммутировать;
  • параметры электросети (напряжение и частота);
  • ток утечки — максимальная величина тока утечки, на которую реагирует прибор;
  • тип УЗО;
  • рабочий температурный диапазон;
  • номинальный условный ток короткого замыкания;
  • схема устройства УЗО.

Расшифровка маркировки

Маркировка наносится на корпус УЗО, что делает выбор нужной модели более удобным и легким. В первую очередь, указывается производитель, но там есть и другая важная информация:

  • «УЗО» или «ВД» — означает, что это устройство защитного отключения;
  • 16А – максимальный ток, на который рассчитаны контакты изделия и другие внутренние элементы;
  • In 30mA – ток утечки, при котором сработает УЗО;
  • 230В и 50Гц – напряжение и частота, при которых работает агрегат;
  • S — УЗО селективное;
  • знак «

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

» — это означает, что устройство срабатывает на утечки переменного тока.

Кроме того, имеются надписи около каждого контакта для правильного подключения УЗО:

  • N (сверху) – на этот контакт заводится приходящий нулевой проводник;
  • 1(сверху) – сюда подсоединяется приходящий фазный проводник;
  • 2 (снизу) – в это место подсоединяется фазный проводник, отходящий на нагрузку;
  • N (снизу) или отсутствие буквы – подключается нулевой проводник, отходящий на нагрузку.

Чтобы выбрать УЗО, которое идеально подойдет именно для вашей электросети, необходимо детально разобраться в маркировке, пусть эта задача весьма кропотлива и утомительна.

Виды и типы

Современные производители предлагают самые разные виды и типы УЗО. Два самых популярных типа агрегатов по своему внутреннему исполнению на рынке электротоваров – это электромеханические (не зависят от силы тока) и электронные (зависят). Также выделяют селективные и противопожарные устройства.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Электромеханическое

Электромеханические УЗО широко популярны в использовании и применяются в электрических цепях переменного тока. Чем это вызвано? Тем, что при обнаружении утечки такое устройство сработает, предотвратив печальные последствия даже при самом мизерном напряжении.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Такой тип УЗО во многих странах считается эталоном качества и тем, которое обязательно к повсеместному использованию. Немудрено, ведь такое УЗО будет работоспособным даже при отсутствии нуля в сети и может спасти чью-то жизнь.

Электронное

Такие УЗО легко найти на любом строительном рынке. Разница их от электромеханических в наличии внутри платы с усилителем, для работы которой необходимо питание.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Однако у таких УЗО, как уже было сказано, есть огромный недостаток – не факт, что они сработают при утечке тока (все зависит от напряжения в сети). Если отгорел ноль, а фаза осталась, то риск поражения током никуда не девается.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Мы ведем речь о преимуществах и недостатках УЗО в целом, а не конкретных моделей. Если сильно «повезет», вы можете стать обладателем некачественного УЗО как электромеханического, так и электронного.

Селективное

Главное отличие селективного УЗО от «собратьев» — наличие в схеме функции выдержки времени отключения цепи, которой питается нагрузка, т.е. селективности. Зачастую этот параметр не превышает 40 мс. Из этого мы делаем вывод, что селективные приборы не годятся для защиты от поражения при непосредственном прикосновении.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Ещё одной особенностью селективных агрегатов является хорошая устойчивость по реакции на скачки тока и напряжения (вероятность ложных срабатываний почти нулевая).

Противопожарное

Как следует из названия, такие УЗО используются в системах электроснабжения квартир и домов для предотвращения возгораний. Однако защитить человека они не в состоянии так как ток утечки, на который они рассчитаны равен 100 или 300 мА.

Что такое УЗО - назначение, принцип действия, маркировка и виды

Обычно эти агрегаты устанавливаются в щитах учета или в этажных распределительных щитах. Их основная задача:

  • защита вводного кабеля;
  • защиты линий потребителей, в которых дифференциальная защита не установлена;
  • как дополнительная ступень защиты (если стоящий ниже него аппарат вдруг не сработал).

Количество полюсов

Так как УЗО работает на сравнении токов, которые проникают сквозь дифференциальный орган, то численность полюсов у агрегата совпадает с числом токоведущих проводников. В некоторых случаях УЗО дозволено использовать с 4-мя полюсами для работы в двух- или трехпроводной сети.

При этом не забудьте оставить в запасе свободные полюса фаз. Агрегат будет благополучно делать свое дело не полностью, а частично, что, в общем-то, невыгодно с финансовой точки зрения, но возможно.

Источник

Виды защит от токов КЗ

Электричество, стоящее на службе Человечества уже более ста лет, остается физической сущностью непредсказуемой и опасной – как для технических устройств, использующих его для своей работы, так и для человека, их обслуживающих. Поэтому обязательным элементом систем электрического снабжения, вне зависимости от номинала напряжения и силы тока, являются защитные устройства различного назначения и принципа действия.

Какими бывают защитные устройства

Классификация устройств, которые делают безопасными электрические сети, довольно сложна. По той причине, что одно и то же устройство применяется в различных областях и с разными целями. А алгоритм их работы нередко состоит из нескольких этапов, каждый из которых может быть использован для защиты как единственный метод. Основными критериями классификации являются:

  • По сфере применения – для защиты людей или технических устройств.
  • По способу реакции – пассивные и активные.

В подавляющем большинстве случаев принцип их работы основан на физическом проявлении действия электрического тока – нагреве или притягивании металлических деталей в поле действия магнитного поля, им порожденного.

Пассивные устройства защиты

В первую очередь, это заземление и зануление. По своей физической сущности они похожи, но по назначению различаются. Защитное действие заземления основано на двух явлениях:

  1. Ток короткого замыкания, возникающий между фазной линией и нулевым проводником (или между фазами) при малом сопротивлении среды, имеет свойство лавинообразного нарастания силы. Это приводит к возникновению электрической дуги и мгновенному разогреву проводников, участвующих в процессе, что используется для работы активных систем защиты – плавких предохранителей и автоматических выключателей.
  2. Ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Если корпус электроприбора заземлить, то в случае аварии – частичном пробое фазы на него, человек не получит электрической травмы.

Стоит строго различать техническую нейтраль и заземляющий проводник. Первая является общей точкой трех обмоток силового трансформатора, соединенных звездой. Во время работы электроустановки по ней течет ток.

Ее используют для защиты потребителей трехфазного тока (электродвигателей) в случае межфазного или однофазного короткого замыкания на землю. Второй не имеет мест физического подключения к линиям электропередач и применяется для защиты людей от поражения электрическим током. В статье «Земля в электротехнике» подробно расписаны отличия этих двух понятий.

МолниеотводСвойство тока двигаться по пути наименьшего сопротивления используется и в том случае, когда требуется защита от атмосферного электричества. Для этого на крыше здания или рядом с ним устанавливают вертикальный штырь (громоотвод), который напрямую соединяют с физической землей.

Частным видом пассивной защиты можно считать работу балластного трансформатора, обеспечивающего стабильность питающего напряжения. Сглаживание происходит за счет того, что возникающий в его сердечнике магнитный поток имеет противоположное породившему его току направление.

Броня кабеля

Физическая защита кабеля, проложенного в земле, также относится к пассивной. Хотя она и не связана с прямым действием электрического тока. Она заключается в устройстве оболочки из металла – она может быть как его конструктивной частью, тогда он называется «бронированным».

Активные устройства защиты

Наиболее разнообразные по принципу работы и назначению виды защиты.

Стабилизаторы

Защита от перепадов напряжения является залогом безаварийной работы многих электроприборов. В цепях переменного тока стабилизаторы делают на основе автотрансформаторов, которые в чистом виде являются пассивными. Для их активизации в схему включается устройство, сравнивающее входное и выходное напряжение. По способу реакции на отклонение от заданных параметров они бывают двух типов:

  1. Релейные, в которых группа силовых реле обеспечивает переключение точки съема напряжения с обмотки автотрансформатора.
  2. Серверные – бегунок на автотрансформаторе вращается электромотором специального назначения (сельсин-датчик). Чем больше разница между напряжениями на входе и выходе, тем на больший угол он поворачивается.

Больше узнать о стабилизаторах можно узнать тут.

Предохранители, термореле и автоматические выключатели

Предохранитель ПННаиболее простым способом защита от перегрузки осуществляется так называемыми плавкими предохранителями. Основой их конструкции является металлический проводник, сечение и длина которого позволяют выдерживать ему токи определенной величины. При их лавинообразном нарастании в случае короткого замыкания металл нагревается и плавится, разрывая цепь.

Недостатком предохранителей является их одноразовость, а также неизбирательность действия: они могут или не успеть отключить потребителя или сделать это слишком рано. Последний случай характерен для запуска асинхронных электродвигателей, обмотки которых соединены треугольником. Он сопровождается трехкратным увеличением силы тока в цепи.

Тепловое релеЭлектрическая перегрузка может быть вызвана излишним физическим сопротивлением работе электродвигателя. Для ее предотвращения используются термореле. Это устройство состоит из отрезка нихромовой проволоки, играющей роль нагревательного элемента, и биметаллического размыкателя, вокруг которого она обвита.

Чрезмерная нагрузка на валу провоцирует увеличение силы тока в обмотках. Это, в свою очередь, ведет к нагреванию чувствительного элемента реле, деформации контактов размыкателя и отключению потребителя от сети. Такие защитные устройства не рассчитаны на мгновенное отключение в случае аварии. В этом их главный недостаток.

Автоматический выключательАвтоматические выключатели – это комплексные устройства, реагирующие на два проявления действия электрического тока – притягивание проводников и нагрев. В их конструкции есть соленоид – катушка с подвижным сердечником, и биметаллический контакт.

Первый срабатывает при превышении тока сверх номинального, возникающего чаще всего при коротком замыкании. Однако, если потребляемый электроустановкой ток выше указанного на корпусе автоматического выключателя, то он будет отключать сеть и при обычных условиях. Достоинство этого прибора в их универсальности и возможности мгновенного отключения потребителей.

Дифференциальные измерители

Это такие аппараты защиты, действие которых основано на определении дисбаланса между фазной линией и технической нейтралью – общей точке трех фазных обмоток, включенных по схеме «звезда». Они могут использоваться как для защиты электроустановок, так и людей. Их называют УЗО – устройство защитного отключения.

УЗОВ основе их конструкции лежит дифференциальный трансформатор. Он состоит из ферритового кольца и одной обмотки на нем, которая и играет роль индикатора дисбаланса. В однофазной бытовой сети через ферритовое кольцо пропущены фазный проводник и нейтраль. Направления токов в них противоположны и уравновешивают друг друга, поэтому во вторичной обмотке ток не течет.

Если человек касается токоведущей части и электричество уходит через него в землю, то в нейтральном проводнике движение электронов прекращается, баланс нарушается и во вторичной обмотке возникает ток. Он усиливается и приводит к движению сердечника соленоида, который размыкает контакты. Подробнее об устройстве и принципе работы УЗО читайте здесь.

Защита генераторов и других промышленных электроустановок осуществляется трехфазными УЗО. Принцип их работы тот же, что и однофазного. Однако они способны реагировать не только на замыкание фазы на землю, но также на обрыв одной из них или замыкание между ними.

Отличие дифференциальных автоматов от выключателей в том, что они срабатывают мгновенно, без временной задержки. Поэтому на их корпусе нет буквенных маркировок: A, B, C или D. Только номинал срабатывания, величина которого в тысячи раз меньше, чем у автоматического выключателя.

Для сравнения: автоматический выключатель С32 срабатывает при пятикратном превышении рабочего тока – 160 ампер. УЗО, для которого ток в 32 ампера может быть номинальным, срабатывает при возникновении дисбаланса между фазами, исчисляемому в миллиамперах (стандартными являются значения от 10 до 300 мА).

Отличие УЗО от дифавтомата

В последнее время электротехническая промышленность стала выпускать защитные устройства, в которых объединены УЗО и АВ. Их называют «автоматические выключатели дифференциального тока» и обозначают как АВДТ. Они защищают от комплекса аварийных ситуаций: всех видов коротких замыканий, а также физической перегрузки, сопровождающейся нагревом проводников.

Их применение существенно упрощает проведение электромонтажных работ и позволяет одновременно защитить как электроустановку, так и людей, ее обслуживающих. Чтобы научиться отличать АВДТ от УЗО, ознакомьтесь с этой статьей.

Включение устройств защиты в схемы питания электроустановок является обязательным условием их безаварийной эксплуатации. Оно регламентируется своеобразной библией электрика – Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). А также другими документами. Такими, как Правила технической эксплуатации электроустановок (ПУЭ) и Межотраслевые правила охраны труда при эксплуатации электроустановок (МПОТ).

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.

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 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

Читайте также:  Тепловое действие тока это определение кратко