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

Что такое КЗ и причины его возникновения

КЗ (короткое замыкание) – это контакт между проводами с разными потенциалами. В домашней проводке чаще всего возникает КЗ между фазным и нулевым проводом, а при трехфазной проводке возможно замыкание между фазами, а также между одной из фаз и нулевым проводником.

Поскольку сопротивление проводов электропроводки незначительное, то при КЗ резко увеличивается величина тока, вызывающая резкий нагрев проводников. Если не сработает автомат защиты, то нагрев может достичь критических величин и вызвать возгорание изоляции и легко воспламеняющихся материалов.

Виды КЗ

Электричество используется повсеместно и бытовой и промышленной сфере. Чтобы свести риск появления короткого замыкания к минимуму, разработан ряд мероприятий и устройств по обеспечению защиты от КЗ. Однако, чтобы точно понимать в каком случае и какой прибор использовать, нужно знать виды замыкания. Основными из них являются:

• в цепях постоянного тока;
• в цепях переменного тока (между: фазой и землей, двумя разными фазами, тремя фазами, двумя разными фазами и землей, тремя фазами и землей).

Доля однофазных КЗ составляет 65% повреждений, 2 фазы с землей — 20%, двухфазных — 10%, трехфазных — 5%. Часто случаются сложные виды повреждений, сопровождающиеся многократной несимметрией. Это означает тип замыкания различных фаз, происходящего в нескольких точках единовременно.

Основные причины возникновения КЗ в бытовой электропроводке:

• старение изоляции приводит к ее разрушению, особенно в местах пересечений и перегибов. На состояние изоляции оказывает разрушающее воздействие высокая влажность;
• механическое повреждение изоляции между проводами. Очень часто подобное повреждение возникает из-за вбивания обычного гвоздя прямо в скрытую в стене проводку. При проведении различных строительных работ рекомендуется определиться с расположением проводки в стене;
• проводка не рассчитана на реальную потребляемую мощность, поэтому в процессе эксплуатации проводка нагревается, а изоляционный слой плавится;
• в любом электрическом приборе может возникнуть неисправность, которая приведет к КЗ в сети;
• известны случаи возникновения короткого замыкания из-за крыс, перегрызающих кабель.

Как Найти Короткое Замыкание В Проводке?

Определить место возникновения КЗ практически невозможно заранее, но после срабатывания автоматического выключателя нужно переходить к поиску и локализации места его появления.

Действовать нужно последовательно, по определенному алгоритму:

1. Тщательный визуальный осмотр. Если удалось обнаружить повреждение изоляции и оголенные жилы, которые соприкасаются, то вероятно причина находится здесь. Обычно повреждения появляются в местах соединения и перекрещивания проводов, в розетках, в распределительных коробках. Подгорелая изоляция оболочки проводов – это сигнал о возможном месте неисправности;
2. Отключаются все электрические приборы и лампы, затем мегаомметром измеряется сопротивление между фазой и нулем, а также между фазой и заземлением. В случае КЗ прибор покажет очень небольшую величину сопротивления.
3. Иногда КЗ возникает в подключенных электрических приборах. В таком случае его можно вычислить методом исключения. Отключаются все приборы, и включается автоматический выключатель. Затем по очереди подключаются приборы. Пока не сработает автомат.
4. Известны и народные методы определения КЗ по звуку, издаваемому в месте возникшего короткого замыкания. Другой способ – определение проблемной зоны по запаху плавящейся или горелой пластмассы. Конечно, специалисты не рекомендуют использовать дедовские способы, ведь сейчас существуют приборы, которые точно определяют место неисправности электросети.

Последствия замыкания электропроводки

При соприкосновении оголенных проводов с разными потенциалами возникает КЗ, ток резко увеличивается, возрастает температура и плавится изоляция, а иногда даже возникает электрическая дуга.

Последствия короткого замыкания в домашней электрической сети могут быть чрезвычайно неприятными:

• температура в месте КЗ, особенно при возникновении электрической дуги, может достичь точки плавления жил проводки, а сам процесс приобретет взрывообразный характер;
• в результате перегрева проводов и воспламенения изоляции может возникнуть пожар;
• возможен выход из строя некоторых электроприборов.

Как устранить возникшее замыкание?

Найти место возникновения КЗ это только половина дела, ведь его нужно устранить. Для этого, как и при поиске места замыкания, также нужно действовать последовательно в определенном порядке:

• обнаруженный поврежденный участок следует удалить, установить новые провода и тщательно заизолировать соединения;
• выключатели или розетки, которые оплавились или подгорели, рекомендуется заменить новыми;
• старую электропроводку следует заменить полностью, т.к. у нее уже начался процесс разрушения изоляции и КЗ возникнет неизбежно, но в другом месте;
• КЗ в бытовой технике устраняется ее ремонтом или заменой.

Как устранить искрение в розетке?

Разобравшись с причинами, перейдем к способам устранения каждой из них. Начнем в том же порядке:

1. Несоответствие вилок и розеток решается элементарно. Необходимо привести их к единому типу. Рекомендуем выбрать современные стандарты, иначе на каждом новоприобретенном электрическом приборе потребуется менять штепсельные вилки. То есть, производим замену советских розеток на евростандарт. Помимо этого, если в доме есть винтажное электрооборудование, производим на нем замену старых вилок.
2. Для устранения перегрузки розетки можно пойти несколькими путями:

• Заменить электроустановочное устройство на более мощное. Например, если розетки рассчитаны на 10,0 А, то замените их изделиями на 16,0 А.
• Если одной розетки недостаточно, то установите блок розеток. Это будет значительно надежней использования тройника. Если по каким-то причинам с установкой блока розеток возникают сложности, используйте двойную розетку, устанавливаемую на одно посадочное место. Двойная розетка
• Изношенный штепсельный разъем можно попытаться отремонтировать, если случай не сильно запущенный. Для этого необходимо снять розетку (предварительно обесточив линию, от которой она запитана), произвести ее чистку, после чего подогнуть контактные пластины, используя утконосы (тонкие плоскогубцы). Если розетка не поддается ремонту, производим ее замену.

Помните, что частые втыкания вилки сокращают ресурс штепсельного разъема.

• Если имеет место ослабление зажимов, сделайте подтягивание контактов (предварительно отключив питание). Для медной проводки рекомендуется повторять эту процедуру каждые 5-10 лет, алюминиевым проводам не 1-го раза в два года. При возможности, сделайте замену проводки, установив медь.
• Не приобретайте товар низкого качества. Экономия в данном случае несколько неуместна. Отличить контрафакт от оригинала, не слишком сложно, в первую очередь это подозрительно низкая цена и отсутствие сертификатов на продукцию. Такой товар также отличает низкое качество пластмассы корпуса, отсутствие упаковки, неполная комплектация.

Несоответствие вилки и розетки по стандарту

Сразу заметим, что это одна из самых распространенных причин возникновения неисправности. Дело в том, что в розетки старого образца, производимые во времена Советского Союза, рассчитанные под электроды Ø 4,0 мм. На современные бытовые приборы устанавливаются вилки Shuko с более толстыми электродами Ø 4,80 мм.

а) вилка советского стандарта; в) вилка Shucko

Казалось бы, разница в диаметрах электродов конструкции вилок менее миллиметра, но это приводит к тому, что при попытке включения вилки Shucko в розетку советского стандарта можно повредить корпус последней или произвести растяжку контактных губок. В результате, если при попытках подключения приборов со старой вилкой в данную розетку из-за слабого контакта будет наблюдаться искрение. Подобный эффект будет наблюдаться, если советскую вилку включить в современную розетку.

Перегрузка по току

Как и любой электрический разъем, штепсельная розетка имеет свои характеристики, которые определяют допустимые параметры соединения. Проще говоря, если на установочном электроустройстве указан допустимый ток 16,0 А, то разрешается в него включать электроприборы с суммарной мощностью не более 3,50 кВт. Как вычислить допустимую мощность по номинальному току, будет рассказано отдельно.

Указание номинального тока на корпусе розетки

Те, кто не хочет утруждать себя расчетами, могут воспользоваться предложенной ниже таблицей.

Таблица 1. Соответствие номинального тока розетки ее мощности.

Параметры номинального тока (А)	Расчетная мощность (Вт)
6,0	1300,0
10,0	2200,0
16,0	3500,0
32,0	7000,0

Если допустимая нагрузка будет превышена, то контакты разъемов розетки начнут нагреваться, Это приводит к тому, что проводники, подключенные в местах соединения, начинают постепенно подгорать, повышая сопротивление контакта, вызывая еще больший его нагрев и искрение. Именно поэтому не рекомендуется многочисленное включение электроприборов через тройник или разветвитель. Если в этом возникает необходимость, лучше установить двойные розетки.

Как рассчитать мощность розетки?

Для этого следует воспользоваться законом Ома для цепи переменного тока. В нашем случае формула будет иметь следующий вид: P = I*U*cos φ, где:

• Р — искомая допустимая мощность нагрузки;
• I – допустимая величина номинального тока (указана на розетке или в технической документации к ней);
• U – напряжение электрической сети, в быту – 220,0 В;
• cos φ – значение коэффициента мощности, если не указан на подключаемом к розетке электроприборе, то берем значение 0,95.

Приведем пример расчета. Допустим, у нас имеется розетка на 16, А, значит, допустимая мощность нагрузки на нее будет равна 3344,0 Вт (16 х 220 х 0,95). Как видим расчетная величина немного меньше значения в Таблице 1. Именно поэтому не рекомендуется нагружать розетку по максимуму. Есть еще одна причина избегать максимальных нагрузок, о ней пойдет речь далее.

Изношенность разъемов розетки

Контактные зажимы – самое слабое звено в конструкции штепсельного разъема. Рано или поздно они ослабевают и не могут с достаточной силой фиксировать электроды вилки. В результате снижается надежность электрического контакта, что приводит к возникновению искр и поломке розетки (если не принять вовремя мер).

Результат изношенности разъема

Считается, что такая неисправность характерна только для розеток, долгое время находящихся в эксплуатации. Это не совсем верно, дело в том, что штепсельные разъемы не рассчитаны на частые включения/отключения электрических приборов. Для этого на последних имеются выключатели. Если в розетку несколько раз на день включать электроприборы, то ее ресурс сократится, и она прослужит значительно меньше указанного производителем срока.

Ослабленные винтовые зажимы

На надежность штепсельного разъема немаловажное значение оказывает состояние контактных зажимов. Со временем они могут ослабевать и места соединения проводов начинают нагреваться. К чему это может привести, было уже рассказано выше.

Контактные винтовые зажимы розетки

Особенно данная проблема характерна для старых проводок, монтажа которых производился ь кабелем с алюминиевыми жилами. Данному металлу свойственна характерная текучесть. В результате производимое на него давление контактной площадки со временем приводит к тому, что алюминий начинает «плыть», вызывая ослабление электрического контакта в винтовом зажиме. Подобная «текучесть» наблюдается и у медных токопроводящих жил, только у них этот процесс занимает значительно больше времени.

Низкое качество продаваемых розеток

Высокая конкуренция на рынке электротехнических товаров вынуждает производителей предпринимать различные шаги для привлечения внимания потребителей к своей продукции. Компании, выпускающие известные брендовые изделия пошли по пути повышения качества, разработки конструкций с дополнительными функциями (в качестве примера можно привести розетки с электронным таймером) и модернизации производства для снижения себестоимости продукции.

Другие выбрали более простой путь, заключающийся в понижении стоимости за счет качества. Этим грешат не все, но многие китайские производители нонейма. И наконец, есть откровенный контрафакт в виде низкокачественных подделок известных брендов. Такие изделия, по сути, являются бомбами замедленного действия, способными, в прямом смысле, нанести серьезный урон Вашему жилищу.

а) Оригинальная розетка Legrand; b) Контрафакт

На представленном выше фото приведена для примера оригинальная розетка Legrand (а) и откровенная подделка (b). Рекомендуем читателям самостоятельно найти отличия.

Расчет тока короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания в программе DDECAD

Напряжение короткого замыкания – это напряжение, при котором на замкнутой обмотке трансформатора протекает электрический ток, равный номинальному.

Определять напряжение КЗ можно по падению напряжения на трансформаторе. Эта величина характеризует полное сопротивление обмоток.

Токи, возникающие при коротком замыкании, значительно превышают номинальное значение, на которое рассчитана вся электрическая схема. Они могут выжигать слабые места, разрушать их и приводить к возгоранию.

Чтобы исключить аварийную ситуацию, специалисты на стадии проектирования начинают бороться с дефектом и вычислять теоретическую возможность возникновения больших токов. С учетом рассчитанных данных выбираются силовые элементы и защитные компоненты схем. Борются с токами большой величины и при эксплуатации оборудования.

Расчет тока однофазного КЗ и трехфазного осуществляется с помощью закона Ома, полного сопротивления схемы, силовой характеристики мощности и структуры используемой электроустановки. Точность может отличаться в зависимости от предназначения приборов.

Правильная эксплуатация розеток

Но конечно лучше просто не доводить розетку до возгорания. Ведь в большинстве случаев мы своими руками практически поджигаем розетку своим неправильным обращением с ней. Поэтому мы приведем всего несколько простейших правил которые позволят вам не попадать в такую «горячую» ситуацию.

• Мы не будем советовать не вставлять в розетку посторонние вещи, не поливать ее и не выполнять других целиком очевидных вещей. При приведем правила, о которых наверняка все слышали, но почему-то забыли.
• Прежде всего не забывайте, что каждая розетка имеет свой номинальный ток. Этот параметр устанавливается исходя из мощности контактной части розетки. Обычно розетки изготавливаются на ток в 6А, что примерно соответствует приборам мощностью в 1,3кВт. Есть розетки на 10, 16 и 25А, цена которых естественно несколько выше. К ним можно подключать более мощные приборы. Но их мощность все равно не должна превышать номинального тока розетки.

На фото вы можете видеть где посмотреть номинальный ток розетки

• Розетка должна быть жестко закреплена в посадочном месте. При вытягивании вилки не должно быть люфта. В противном случае при каждом использовании розетки провода будут подвергаться деформации, что в конечном итоге приведет к их переламыванию и плохому контакту.
• Не вставляйте в розетки вилки большего диаметра. Это ведет к деформации контактной части вилки и как следствие плохому контакту. Тот в свою очередь ведет к нагреву.

Помните! Чем выше сопротивление проводника, тем больше он выделяет тепла при протекании тока. В то же время чем выше температура любого проводника, тем больше его сопротивление. Получается, что чем больше нагрет провод, тем меньший ток он может нормально пропускать. Поэтому перегретый провод при дальнейшей эксплуатации обязательно перегорит.

• Если на вилке или розетки видны следы подгара как на видео, то обязательно снимите с нее напряжение и почистите. В противном случае это неизбежно приведет к возгоранию.

Отрицательное воздействие КЗ для человека и его имущества

КЗ, в зависимости от места возникновения, приводит к пагубным последствиям для имущества и безопасности жизни человека. К таковым относят:

• обгорание и выход из строя электрических приборов;
• воспламенение электрической проводки;
• снижение напряжения электросети (в промышленных условиях приводит к остановке работы предприятий);
• падение эффективности работы систем электроснабжения;
• возникновение электромагнитного воздействия приводит к нарушению функционирования коммуникаций, расположенных под землей.

Полезное КЗ

Ток, возникающий по причине подобного явления, может принести не только разрушение, но и пользу. Существует ряд оборудования, функционирующего в условиях повышенного значения тока. Классическим примером таких устройств является электродуговая сварка. Ее работа обусловлена соединением сварочного электрода и контура заземления.

При существенных перегрузках функционирование таких аппаратов кратковременно. Его обеспечивает сварочный трансформатор большой мощности. В месте, где происходит соприкосновение 2 электродов происходит выработка тока довольно значительной силы. Это приводит к выделению большого количества тепловой энергии, которой достаточно для плавления металла в области соприкосновения. Таким процессом обеспечена работа сварки. Шов получается аккуратным, долговечным и прочным.

Меры по предотвращению КЗ в домашней электросети

Чтобы уменьшить вероятность возникновения короткого замыкания владелец жилья должен периодически производить осмотр своей сети освещения. Конечно, осмотр не даст 100% гарантии, но поможет устранить неисправности, приводящие к появлению КЗ в сети.

В процессе осмотра нужно производить следующие действия:

• если розетка начала греться, искрить, появился запах пластика, то ее следует заменить новой, или отремонтировать;
• ревизия всей сети освещения и силовой группы проводов проводится раз в полгода. Нужно обращать внимание на цвет изоляции. Возможные места опасного нагрева определяются по цвету изоляции проводов;
• установка автоматического выключателя с УЗО. Автоматический выключатель отключит сеть в случае КЗ, а УЗО (устройство защитного отключения) реагирует на прикосновение человека к оголенным проводам. Применение этого устройства может спасти жизнь;
• сечение проводов электропроводки рассчитывается исходя из суммарной мощности всех электрических приборов;
• при монтаже не следует слишком плотно укладывать кабели проводки;
• если нужно произвести какие-либо работы, например, просверлить стену, то следует убедиться в отсутствии электропроводки под штукатуркой в этом месте.

Не включайте частично поврежденные приборы

Если в утюге или холодильнике перетерся кабель и видна внутренняя оболочка, не включайте его, до того, как отремонтируете. Сначала аккуратно снимите верхний слой изоляции в поврежденном участке и осмотрите внешнее состояние изоляции. Все повреждения и трещины плотно замотайте изолентой. Затем верните назад верхнюю оболочку и тоже перемотайте.

Часто требуется замена штепсельной вилки, например, если она сильно расшатана или поврежден корпус. Она продается в любом переходе или магазине, потому не откладывайте с покупкой.

Повреждения могут быть не только на шнуре питания, но и внутри. Например, если Вы включаете что-либо и слышите внутри искрение. Это уже говорит о серьезной неисправности, даже если электрооборудование работает, на первый взгляд, нормально. В таком случае, выключите его из розетки и отнесите в сервисный центр (или отремонтируйте самостоятельно).

Помните, что включение неисправного электроприбора часто приводит к КЗ, которое уничтожит всю проводку в доме и с большой вероятностью спровоцирует пожар. Если Вы будете находиться поблизости, то рискуете получить серьезные травмы.

Даже если Вы проверили всю проводку и включаете только новую исправную технику, это не дает 100%-ой гарантии, что в вашей сети не случится аварии. Потому, всегда устанавливайте в щиток качественные автоматические выключатели и УЗО.

При параллельной прокладке разделяйте линии

Если у Вас проложено несколько силовых линий параллельно, старайтесь соблюдать между ними расстояние не менее 10см. Дело в том, что при плотной прокладке кабель хуже охлаждается, из-за этого сильнее нагревается оболочка, и теряются ее изоляционные свойства. В результате она может оплавиться или случится пробой, и контакты замкнутся.

Для параллельной прокладки применяются также специальные кабель-каналы с перегородкой посередине. Она изолирует силовые линии между собой.

Защищайте кабель при прокладке

Старайтесь делать скрытую проводку в стенах, штукатурке, там изоляция сохранится намного дольше и меньше риск ее повреждения. При открытой проводке старайтесь применять защитные средства: кабель-каналы, пластиковые трубы, гофру. Защищая от внешних факторов, они увеличивают срок службы проводки в несколько раз.

Замените алюминиевую проводку на медную

При меньшем сечении провода медь лучше проводит электричество и выдерживает большую нагрузку. Кроме того, она выдерживает больше механических изгибов и не так быстро окисляется, как алюминий.

Новые ПУЭ вообще запрещают в бытовых сетях прокладывать алюминиевую проводку, так как она потенциально опасная и менее эффективная в эксплуатации, чем медная.

В советские времена в жилых домах часто делали алюминиевую проводку. Если Ваша квартира до сих пор пользуется таким «советским наследством», задумайтесь, срок эксплуатации ее, наверняка, уже давно вышел.

Не игнорируйте пылевлагозащиту

Размещая розетки, выключатели или электроприборы в местах повышенной влажности позаботьтесь о высоком уровне пылевлагозащиты. Например, на улице, где возможны осадки, роса и туман, он должен быть не ниже IP67. Минимальный уровень для ванной IP44, если существует вероятность прямого попадания водяных брызгов, тогда лучше IP56.

Если внутрь проникнет вода, розетка начнет искриться, оплавится пластиковый корпус и в конце концов случится короткое замыкание. Потому всегда выбирайте оптимальный уровень пылевлагозащиты.

Выбирайте кабель достаточного сечения

Перед покупкой, обязательно рассчитайте вероятную максимальную нагрузку на линию. Сечение должно быть достаточным для безопасного пропускания тока в пиковые часы нагрузки, например, зимой когда включено отопление или в выходные, когда дома работает максимальное количество электропотребителей.

Оптимальное сечение на розеточные группы 2,5мм² и выше, а на освещение 1,5мм² или 0,5мм² на LED. Но лучше, сделайте точные расчеты максимальной мощности и уже по ним выбирайте сечение.