Короткое замыкание или КЗ – это словосочетание знакомо не только каждому электрику, но и большинству людей, неискушенных в тонкостях данной профессии. Яркую вспышку с разбрызгиванием расплавленного металла проводников, сопровождаемую треском, наверняка хотя бы раз в жизни доводилось видеть каждому, и нет сомнений, что возгорание изоляции в таком случае является основной причиной возникновения пожаров.
В упрощенном понимании любую электрическую цепь можно представить в виде двух проводников, по которым течет электрический ток, его величину или силу тока определяет значение сопротивления нагрузки. Оба провода находятся под разными потенциалами (плюс и минус, для постоянного тока, фаза и ноль – для переменного), а исключает их взаимодействие друг с другом изоляция проводов. Как правило, величина сопротивления проводников ничтожна по сравнению с сопротивлением электрического устройства (электрической схемы), которое они питают. В количественном выражении оно стремится к нулю и может составлять десятые, сотые и даже тысячные доли Ом, поэтому в случае непреднамеренного соединения проводов (соответствующем короткому замыканию), ток через них стремится к бесконечности. Так, например если рассматривать электрическую сеть 220 В с сопротивлением электропроводки 0.1 Ом, при коротком замыкании сила тока составит 2.2 кА, такого значения вполне достаточно для возгорания проводов.
В реальных электрических сетях с глухозаземленной нейтралью существуют различные виды короткого замыкания:
- фаза-ноль для однофазных коротких замыканий (в однофазных сетях);
- межфазные для трехфазных сетей (в том числе и трехфазные КЗ);
- комбинированные, возникающие между несколькими проводами фаз и нулем (землей).
Большинство случаев возникновения аварийных ситуаций представляют собой КЗ на землю – примерно 70%.
Причины возникновения КЗ и меры защиты от опасных последствий
Если исключить умышленное или непреднамеренное электрическое соединение токоведущих частей, основной и, пожалуй, единственной причиной возникновения короткого замыкания является повреждение изоляции проводников, а вот причины повреждения изоляции могут быть самыми разными. Наиболее распространенная из них – старение изоляции. В зданиях старой постройки производственного или жилого назначения, где десятилетиями не заменялась электропроводка, вероятность возникновения возгорания достаточно велика. С годами изоляция:
- теряет диэлектрические свойства, возрастает угроза электрического пробоя;
- утрачивает эластичность (высыхает), что способствует появлению микротрещин.
И если возникнет КЗ, пожара с такой электропроводкой не избежать. Тем более такая проводка вряд ли выдержит импульсное перенапряжение, которое может возникнуть при электромагнитном импульсе во время грозового разряда, пробой изоляции неизбежно приведет к замыканию проводов.
Не меньше значимости отводится механическим повреждениям проводки. Повреждения механического характера с изоляцией могут происходить при проведении строительных и ремонтных работ, в процессе эксплуатации электроприборов (передавливание, перетирание и т.д.). Зачастую причиной нарушения изоляции выступают домашние животные, особенно опасны грызуны, для которых изоляция электрических проводов настоящий деликатес. Ошибки электрического монтажа (например, некачественные контакты) приводят к разогреву проводов, оплавлению изоляции, это также является довольно частой причиной пожаров.
На продолжении длительного периода исключить возникновение опасной ситуации при коротком замыкании помогало использование плавких вставок, проводник которых разрушался раньше повреждения электропроводки. Сегодня для обеспечения защиты от КЗ используются автоматические выключатели, приборы многоразового действия, мгновенно разрывающие цепь питания нагрузки при многократном превышении номинального тока.