Ток короткого замыкания — формула и методы расчета

Как найти короткое замыкание в скрытой проводке?

Чаще источник проблемы находится на виду, однако существуют и исключения из правил. В этом случае самым простым вариантов становится удаление штукатурки на всем участке от распределительной коробки до места повреждения. Но этот вариант можно рассматривать в том случае, когда у мастера есть схема.

Однако у такой масштабной операции есть минус: мало кого прельщает вскрытие штроб, шум и пыль от такого рода деятельности. И все ради одного участка небольших размеров. Работу несколько упростит главное правила монтажа электропроводки: кабели прокладывают только вертикально или горизонтально. Но и это условие не исключает затянувшихся поисков и большого количества мусора.

Иногда возникают затруднения другого рода. Электрики — «тоже люди», поэтому желание сэкономить и быстро сделать работу нередко приводит к тому, что трассу прокладывают не так, как предписано правилами монтажа и ГОСТом, а «в обход» — самым коротким путем. В этом случае потребуется снимать со стен всю штукатурку. Такая перспектива не понравится никому.

Простейшие приборы

Чаще кабели скрываются под не очень толстым слоем штукатурки, поэтому отыскать их в стенах можно самостоятельно, причем относительно легко и не слишком затратно. Чтобы избежать тяжелой и неплодотворной работы, электрики используют специальные приборы для обнаружения сети или точного места неисправности — бесконтактные индикаторы напряжения. Есть несколько видов детекторов, которыми пользуются электрики при поисках скрытой проводки.

1. MEET MS-58M. Данный инструмент относится к профессиональным приборам, однако его цена невысока: она составляет менее 500 рублей. С помощью этого индикатора неисправности ищут как на открытых, так и на скрытых участках проводки. Этот бесконтактный тестер-пробник может определить напряжение на трассе через бетон, дерево, кирпич и другие стройматериалы.
2. MS-48NS. Это простейшие прибор — индикаторная отвертка, позволяющая делать тест на разрыв, регулируя уровень чувствительности тестера, определить напряжение на участках трассы. Средняя цена такого индикатора — 300 рублей.

Оба электротехнических прибора довольно точно определяют место неисправности. Погрешность составляет 50-100 мм. Помощь недорогих устройств дает возможность избежать самой неприятной работы — полного «раскурочивания» стен.

После нахождения «аварийного участка трассы» штукатурку вскрывают, достают и чинят (заменяют) поврежденный электрокабель. После завершения работ его возвращают на место, а стену восстанавливают. Идеальное решение — прокладка новой линии, однако допускается и временный ремонт поврежденного участка.

Трассоискатели скрытой проводки

Их называют профессиональными определителями, измерителями, кабелеискателями, или просто искателями скрытой проводки. Этот вариант не самый лучший, так как цена мощных приборов устроит далеко не всех, а приобретать их для разовой работы не имеет никакого смысла.

Ассортимент этого поискового оборудования нельзя назвать «узким», однако качественные, эффективные, чувствительные приборы стоят несколько тысяч, а такие траты вряд ли оправданы для электриков-любителей. Вторая причина для отказа от этого приобретения — сложность работы с трассоискателями: для поиска неисправности необходима не только большая практика, но и теоретические знания.

Какие могут быть последствия?

Во время замыканий наблюдается резкое увеличение силы тока, что приводит к расплавлению металлов. «Брызги» могут разноситься во все стороны, приводя к воспламенению предметов вокруг и пожарам. Это особенно опасно для домашних условий, так как КЗ может стать причиной потери имущества и жилья. Последствиями на предприятиях является аварийная ситуация, повреждение техники и риск того, что могут пострадать люди.

Замыкание, в зависимости от места его образования, может привести к системой аварии, последствиями которой станет экономический и технический урон. Оборудование, которое находилось под действием усиленной силы тока, выходит из стоя или получает серьезные повреждения.

Еще одним последствием замыкания является ухудшение условий работы персонала и потребителей – резкое понижение давления приводит к остановке производственных мощностей и экономическому ущербу. Наибольший урон наносится тому месту, в котором непосредственно возникло замыкание.

Способы защиты

Наиболее надежным и действенным способом предотвращения КЗ является установка автоматических выключателей. Альтернативой служат плавкие предохранители. Автомат своевременно улавливает возникновение замыкания и отключает питание, благодаря чему возникновение аварийной ситуации является невозможным.

Прочие меры предосторожности:

• регулярная ревизия электропроводных каналов – визуальное определение слабых мест кабеля, где изнашивается изоляция и своевременное устранение проблемы;
• использование электрических реакторов, которые регулируют подачу тока;
• использование специальных электроцепей, которые в случае необходимости отключают секционные выключатели;
• использование понижающих трансформаторов, которые оснащены расщепляемой обмоткой низкого напряжения.

Совет: для домашнего использования рекомендуется устанавливать автоматические выключатели. Они рассчитаны на определенный ток, после превышения величины которого, разрывается цепь. Прочие меры в основном указаны для промышленного использования.

В чем заключается угроза КЗ?

Замыкание в первую очередь представляет угрозу здоровью и жизни человека. Это связано с пожарной опасностью: возгорание изоляции проводов, воспламенение окружающих предметов, способность изоляции распространять горение. Так же изменение силы тока может быть губительным для используемых устройств и приборов, приводя к катастрофическим последствиям

КЗ может стать причиной экономического убытка Поэтому важно использовать меры профилактики возникновения явления и прибегать к установке методов защиты

Понятие «короткое замыкание»

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, что не предусмотрено нормальным режимом работы цепи и приводит к критичному росту силы тока в месте соединения.

Таким образом, КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины. Что способствует выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Для того, чтобы понять, что может спровоцировать этот процесс, нужно детально разобраться в процессах, происходящих при коротком замыкании.

По закону Ома сила тока (I) обратно пропорциональна сопротивлению (R)

Пример применения закона Ома к лампе накаливания мощностью в 100 Вт, подключенную к электросети в 220В. Здесь можно с помощью закона Ома рассчитать величину тока для нормального режима работы и короткого замыкания. Сопротивление источника и электропроводки проигнорируем.

Электрическая схема нормального режима работы (a) и короткого замыкания (b)

Вот пример нормальной цепи, по которой ток течет от источника к лампе накаливания. На схеме ниже изображен этот процесс.

Пример нормальной цепи, ток течет от источника к лампе

А теперь, представим, что произошла поломка, из-за которой в цепь попал дополнительный проводник.

Дополнительный проводник замыкает цепь

Сопротивление проводников стремится к нулю. Вот почему большая часть электрического тока после замыкания сразу потечет через дополнительный проводник, как бы избегая лампы накаливания с высоким сопротивлением. Результатом будет некорректная работа прибора, потому, что он не получит достаточно тока. И это еще не самый опасный вариант.

Как известно, по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Когда давление в цепи падает в результате короткого замыкания — на несколько порядков возрастет сила тока. По закону Джоуля – Ленца при росте силы тока увеличивается выделение тепла.

При многократном росте силы тока проводники мгновенно нагреваются. А теперь представим, что в сети нет предохранителей либо они не сработали достаточно быстро. В результате проводники плавятся, а изоляция начинает гореть. Зачастую, так возникают пожары в результате короткого замыкания.

Виды коротких замыканий

Схемы кз

Короткие замыкания в быту:

• однофазные – происходит, когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего. Обозначен, как однофазное с землей К(1)
• двухфазные – ( К2)происходит, когда одна фаза замыкается на другую, относится к несимметричным процессам. Есть еще 2-х фазное с землей К (1,1)в системах с заземленной нейтралью;
• трехфазные – происходит, когда замыкаются сразу три фазы. Самый опасный вид КЗ. Это единственный вид короткого замыкания, при котором не происходит перекос фаз, процесс протекает симметрично;

Вот типичная картина последствий короткого замыкания: оплавленная или сгоревшая изоляция, запах гари, следы оплавления или горения внутри электрического прибора.

Последствия короткого замыкания в электрощите многоэтажного дома

В реальных условиях короткое замыкание происходит в таких ситуациях:

• Повреждение изоляции проводников. Это может произойти из-за изношенности изоляции, а так же механического воздействия на неё. Жилы кабеля замыкаются напрямую или через корпус оборудования.
• Некорректное подключение электроприборов к сети. Данный случай характеризуется допущением ошибки мастера или владельца квартиры из-за чего и происходит короткое замыкание.
• Попадание в электрический прибор воды. Конечно же нельзя допускать попадание воды на электроприборы, ведь она является хорошим проводником электричества и замыкает контакты.

В обустройстве быта короткое замыкание происходит во время ремонта стен, если случайно повредить проводку. Также аварии случаются в квартирах и домах со старой проводкой. В результате чрезмерного нагревания она повреждается в следствие воздействия воды или грызунов.

Защита от КЗ

Для защиты от КЗ существуют различные устройства:

• автоматические выключатели;
• автоматические выключатели с автоматическим возвратом во включенное состояние;
• УЗО;
• плавкие предохранители;
• «пробки»;
• самовосстанавливающиеся предохранители.

В представленной схеме участвуют стабилитрон и диоды, защищающие светодиоды от воздействия обратных токов. За ограничение тока в системе защиты отвечают 2 резистора. Предохранитель должен быть самовосстанавливающегося типа, номиналы элементов должны подбираться индивидуально в зависимости от условий.

Эффективный способ защиты от представленного явления — применение реактора, ограничивающего ток. Он применяется в системе защиты электрических цепей, где величина КЗ может быть такой силы, с которой обычное оборудование не справится.

Ректор имеет вид катушки с сопротивлением индуктивного типа, подключенной к сети по последовательной схеме. Приемлемое функционирование цепи позволяет соблюдать уровень падения напряжения реактора около 4%. При образовании КЗ основная часть напряжения поступает на это устройство. Такое оборудование бывает масляного и бетонного типов. Каждый из них применяется в зависимости от типа электропроводки и питаемого ею оборудования.

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).

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.

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.

Короткое замыкание, его причины и последствия

Прежде чем переходить к вопросу, о том, как найти короткое замыкание в скрытой проводке, нужно разобраться с неприятным и опасным явлением, узнать его причины. В этом случае у мастера будет возможность предупредить возникновение таких внештатных ситуаций.

Что такое короткое замыкание?

Для того чтобы объяснить, что такое короткое замыкание, один умный человек привел аналог КЗ, но в бытовой гидравлике. Это внезапный срыв крана. Запорное устройство, работающее исправно, создает потоку воды необходимое сопротивление. Если кран вдруг срывается с резьбы, то сопротивление сразу же падает, а сила напора многократно возрастает. В этом случае хозяевам грозит потоп, ЧП с электросетью может закончиться пожаром.

Короткое замыкание, или КЗ — возникновение контакта между проводниками, имеющими разный потенциал. Причина — возрастание силы тока при снижении сопротивления элементов. Если говорить о типичной электропроводке в квартирах, то в этом случае ЧП провоцирует «внезапная встреча» фазного и нулевого провода. Если в частном доме трехфазное электропитание, то вариантов опасного контакта несколько. Например, замыкание возможно между фазой и нейтралью, а также между фазами, КЗ на землю.

Сила тока при таком контакте сильно увеличивается из-за незначительного сопротивления проводников. Последствием этого явления становится резкий скачок температуры, он провоцирует их нагрев. Если по каким-то причинам не сможет сработать защитный автомат, то температура может достичь предельного значения. Следствием критических величин нередко становится возгорание изоляции и тех материалов, которые легко самовоспламеняются.

Причины, провоцирующие короткое замыкание

Вызвать такую внештатную ситуацию в бытовой проводке может несколько разных факторов. Например:

1. Состояние изоляционных материалов, которые далеки от идеальных. Причины — их старение, особенно в местах перегибов. Свою лепту способна внести повышенная влажность, вызванная «потопом», случившимся из-за халатности соседей.
2. Механическое повреждение изоляции из-за случайного повреждения скрытой проводки. Простые примеры — гвоздь, вбитый в стену, «вмешательство» дрели или перфоратора. Чтобы предотвратить такое ЧП, перед ремонтом рекомендуют узнать, где именно находится проводка.
3. Состояние изношенной проводки. Нередко такие аварии происходят в старых домах, где главные элементы электросети не рассчитаны на реальную мощность всех бытовых электроприборов. Следствие длительной перегрузки — перегрев, расплавление изоляции.
4. Неисправности, возникающие в бытовой технике. Они также провоцируют короткое замыкание в электросети.
5. Обрыв проводов энергосетей из-за порывов ветра, налипания снега и т. д.
6. Некачественный монтаж, некорректный выбор проводников, их сечения.
7. Электроприборы (розетки, выключатели) с плохими контактами.

Самые необычные провокаторы аварии — почти вездесущие грызуны, которые могут решить поточить резцы о первый попавшийся предмет, и тем самым совершить преступление «против человечества» — перегрызть кабель. Такие случаи не повсеместное явление, но они бывают.

Причем иногда «отличаются» мирные питомцы, которые посягают на другое, движимое имущество. Например, «прославился» хомяк, по воле «судьбы» попавший в хозяйский автомобиль, и ставший потом причиной его дорогостоящего ремонта.

Серьезные последствия

Результатом короткого замыкания для хозяев жилья становится:

выход приборов из строя: в некоторых случаях их ремонт невозможен;
разрыв/расплавление выключателей, проводов, розеток;
нагрев и воспламенение изоляционных материалов;
взрыв, пожар: возможны ожоги и другие травмы;
худшее последствие — поражение током.

Во всех случаях важнее всего быстро обнаружить источник проблемы и устранить опасность. К сожалению, короткое замыкание происходит внезапно, предотвратить его или заранее определить «слабое» место в сети невозможно.

Поиск поврежденного участка

Если вызов и ожидание мастера-профи не вариант, то хозяевам приходится самим проводить осмотр всей электросети — открытых участков проводки, а также подключенных бытовых и специальных приборов, в том числе сетевых удлинителей. Перед операцией электроцепь обесточивают, отключая автоматы, которые не сработали, затем из розеток вытаскивают вилки всех бытовых приборов.

Как найти короткое замыкание в скрытой проводке? Идеальный вариант — наличие плана электропроводки, однако этих документов у владельцев жилья на руках чаще нет. Иногда они и вовсе бесполезны, так как чертеж и реальная схема — «две большие разницы». Причина — предприимчивость электриков во время строительства объекта. Поэтому чаще хозяева вынуждены проводить «изыскания» довольно тернистыми путями.

Первые симптомы — запах гари и почернение (выгорание) участка, на котором произошло короткое замыкание. Когда осмотр видимой проводки, распределительной коробки и розеток с выключателями результата не принес, переходят к проверке бытовых и осветительных приборов. Если и в этом случае поиски не увенчались успехом, то исследование продолжают. Оно включает в себя несколько этапов.

Подготовка к поискам повреждения при КЗ

Как найти короткое замыкание в скрытой проводке? В первую очередь, обеспечить условие, при котором поиск вообще возможен. Если при обрыве сети операция иногда сложностей не обещает, то при коротком замыкании приходится действовать по-другому, так как при подаче напряжения автомат попросту отключается.

Исключение — отгорание проводов, идущих на выключатель или розетку. Проверить, произошло ли это, легко индикаторной отверткой: достаточно убедиться в наличии фазы в приборе. Если она есть, то можно говорить о том, что, по крайней мере, один проводник в порядке. Найти обрыв нейтрали очень сложно, если нет опыта подобной работы. В этом случае рекомендуют удалить участок полностью, а потом заменить его новой проводкой.

Чтобы предотвратить короткое замыкание, препятствующее возобновлению питания, его необходимо из «сценария» предусмотрительно исключить. Поскольку чаще КЗ — контакт между нейтралью и фазой, один из проводников отключают. Обычно им становится нулевой провод, изоляция которого синего или голубого цвета. Его отсоединяют, изолируют, а затем отводят в сторону.

Надо еще раз напомнить, что перед этой операцией все электроприборы должны быть отключены от розеток. Если в сети больше нет «травмированных» участков, после исключения ноля из схемы автомат срабатывать не будет.

Поиск участка замыкания

Первым делом надо определить проблемный участок, так как найти короткое замыкание в скрытой проводке можно лишь после того, как мастер точно определит, в каком месте оно произошло.

В домах или квартирах принцип разводки одинаков: от распределительной коробки проводка расходится лучами к розеткам, а для выключателей предусматривается отдельные кабели. Работа намного упрощается, если в распоряжении хозяев имеется схема разводки. Но чаще она отсутствует.

Сначала распределительную коробку открывают, потом на каждой линии измеряют сопротивление и напряжение. Если обнаруживают линию, где показания отсутствуют, то это и есть участок, которые необходимо проверять. Следующий этап — поиски конкретного места короткого замыкания.

Помощь измерительных приборов

Оптимальный вариант — проверка сопротивления на «подозреваемом» участке цепи (или изоляции) мегаомметром, так как мультиметр имеет одно серьезное ограничение. Из-за малого напряжения он подходит только для обследования коротких участков электроцепи — до 3 м, но не более.

Одним проводом мегаомметр подключают к фазовому проводнику, другим к нулю, затем к фазе и заземлению. Если на дисплее высвечивается значение, которое меньше единицы (0,5), то можно констатировать, что с проводкой все в порядке. Когда на нем появляется другая цифра (1), или показатели меняются, это значит, что оголенные проводники в каком-то месте соприкасаются.

Поиск виновника среди бытовых приборов

Нередки случаи, когда короткое замыкание возникает в электроприборах. Чтобы точно определить его источник, используют метод исключения. Сначала от розеток отключают абсолютно всю домашнюю технику, затем восстанавливают работу автомата. Все приборы подключают по одному, по очереди. Виновник будет найден, когда сработает автомат.

Народный метод

В этом случае исследователю важно иметь хороший слух, поскольку в месте, где произошло короткое замыкание, должен улавливаться звук — тихое потрескивание. Однако данный вариант относится к «дедовским методам», поэтому на результат надеяться можно, но сильно полагаться на то, что он будет, не нужно

Устройства защиты от аварийных режимов в сети

Предохранители – самые простые устройства защиты. Раньше для ликвидации аварийных режимов в бытовых электропроводках применяли только их. В некоторых устройствах предохранители применяются и по сей день. Причина – они обладают высоким быстродействием и незаменимы для защиты полупроводниковых устройств.

После срабатывания предохранитель либо заменяется на новый, либо внутри него меняется плавкая вставка. Вставки для одного и того же корпуса предохранителя выпускаются на разные номиналы токов. Но необходимость держать на объекте или в квартире запас плавких вставок для оперативной замены является недостатком предохранителей.

Самым распространенным предохранителем в советское время была «пробка».

Предохранитель — «пробка»

На смену им пришли автоматические пробки типа ПАР, выпускавшиеся на токи 10, 16 и 25 А. Они вворачивались на место пробок, были многоразового использования и имели два защитных элемента, называемых расцепителями. Один защищал от коротких замыканий и срабатывал мгновенно, второй – от перегрузок и срабатывал с выдержкой времени.

ПАР-10

Такие же расцепители имеют и все автоматические выключатели, пришедшие на смену предохранителям. Мгновенный расцепитель называют электромагнитным, потому что в основу его работу положен принцип втягивания штока катушки при превышении номинального тока. Шток ударяет по защелке и пружина размыкает контактную систему выключателя.

Расцепитель, действующий с выдержкой по времени называют тепловым. Работает он по принципу терморегулятора в утюге или электронагревателе. Биметаллическая пластина при прохождении по ней тока нагревается и медленно изгибается в сторону. Чем больше ток через нее, тем быстрее происходит изгиб. Затем она действует на ту же защелку, и автомат отключается. Если воздействие тока прекратилось, пластина остывает, возвращается в исходное положение, и отключения не происходит.

В старых электрощитах еще сохранились автоматические выключатели в карболитовом корпусе типов А-63, А3161, или более современные АЕ1030. Но все они уже не удовлетворяют современным требованиям.

Автоматический выключатель А-63 автоматические выключатели серии А3161 Автоматический выключатель АЕ 1031

Они изношены, и их механическая часть либо заржавела, либо утратила быстродействие. И не в каждом из них есть мгновенная защита от короткого замыкания. В некоторых аппаратах устанавливался только тепловой расцепитель. Да и скорость срабатывания электромагнитного расцепителя у автоматов этих серий ниже, чем у модульных.

Поэтому такие защитные устройства нужно менять на современные, пока они своим бездействием не натворили дел.