Что происходит с силой тока при коротком замыкании

Определить ток короткого замыкания источника тока, если при внешнем сопротивлении

Определить ток короткого замыкания источника тока, если при внешнем сопротивлении 50 Ом ток в цепи 0,2 А, а при сопротивлении 110 Ом ток – 0,1 А.

Задача №7.2.11 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(R_1=50\) Ом, \(I_1=0,2\) А, \(R_2=110\) Ом, \(I_2=0,1\) А, \(I_{кз}-?\)

Решение задачи:

Запишем три раза закон Ома для полной цепи – для случая, когда внешнее сопротивление цепи равно \(R_1\), когда внешнее сопротивление цепи равно \(R_2\), и когда в цепи течет ток короткого замыкания (то есть когда внешнее сопротивление цепи равно нулю).

\[\left\{ \begin{gathered} {I_1} = \frac{{\rm E}}{{{R_1} + r}} \;\;\;\;(1)\hfill \\ {I_2} = \frac{{\rm E}}{{{R_2} + r}} \;\;\;\;(2)\hfill \\ {I_{кз}} = \frac{{\rm E}}{r} \hfill \;\;\;\;(3)\\

\end{gathered} \right.\]

Поделим уравнение (1) на уравнение (2), тогда получим:

\[\frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = \frac{{{R_2} + r}}{{{R_1} + r}}\]

Перемножим “крест-накрест”:

\[{I_1}\left( {{R_1} + r} \right) = {I_2}\left( {{R_2} + r} \right)\]

Раскроем скобки:

\[{I_1}{R_1} + {I_1}r = {I_2}{R_2} + {I_2}r\]

Все члены с \(r\) перенесем в левую сторону, остальные – в правую:

\[{I_1}r – {I_2}r = {I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}\]

Вынесем в левой части внутреннее сопротивление \(r\) за скобки, чтобы в дальнейшем выразить его:

\[r\left( {{I_1} – {I_2}} \right) = {I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}\]

\[r = \frac{{{I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}}}{{{I_1} – {I_2}}}\;\;\;\;(4)\]

Из формулы (3) видно, что для расчета тока короткого замыкания нам нужно еще знать ЭДС источника \(\rm E\). Его можно выразить из формул (1) или (2):

\[{\rm E} = {I_1}\left( {{R_1} + r} \right)\;\;\;\;(5)\]

В итоге, сначала по формуле (4) произведем расчет внутреннего сопротивления, далее по формуле (5) найдем значение ЭДС, а потом уже по формуле (3) найдем искомый ток короткого замыкания.

\[r = \frac{{0,1 \cdot 110 – 0,2 \cdot 50}}{{0,2 – 0,1}} = 10\;Ом\]

\[{\rm E} = 0,2 \cdot \left( {50 + 10} \right) = 12\;В\]

\[{I_{кз}} = \frac{{12}}{{10}} = 1,2\;А = 1200\;мА\]

Ответ: 1200 мА

Источник: http://easyfizika.ru/zadachi/postoyannyj-tok/opredelit-tok-korotkogo-zamykaniya-istochnika-toka-esli-pri-vneshnem-soprotivlenii/

Что такое короткое замыкание: определение, объяснение для «чайников»

Мы часто слышим «Произошло короткое замыкание», «В цепи коротнуло». Сразу понятно, что случилось что-то незапланированное и нехорошее. Но почему замыкание именно короткое, а не длинное? Покончим с неопределенностью и разберемся, что именно происходит при коротком замыкании в электрической цепи.

Что такое короткое замыкание (КЗ)

Электрический скат плавает в океане и не устраивает КЗ, вполне обходясь без знания закона Ома. Нам же для понимания природы и причин короткого замыкания этот закон просто необходим. Так что, если вы еще не успели, читаем про закон Ома, силу тока, напряжение, сопротивление и прочие прекрасные физические понятия.

Теперь, когда вы все это знаете, можно привести определение короткого замыкания из физики и электротехники:

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

КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины, выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Почему это происходит? Детально разберем, что творится в цепи при коротком замыкании.

Возьмем самую простую цепь. В ней есть источник тока, сопротивление и провода. Причем, сопротивлением проводов можно пренебречь. Такой схемы вполне достаточно для понимания сути КЗ.

Простейшая электрическая цепь

В замкнутой цепи действует закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Иначе говоря, чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.

Точнее, для нашей цепи закон Ома запишется в следующем виде:

Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока, а греческая буква эпсилон обозначает ЭДС источника.

Что понимают под силой тока короткого замыкания? Если сопротивления R в нашей цепи не будет, или оно будет очень маленьким, то сила тока увеличится, и в цепи потечет ток короткого замыкания:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Виды коротких замыканий и их причины

В быту короткие замыкания бывают:

однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.

Например, утром в воскресенье ваш сосед за стенкой соединяет фазу и ноль в розетке, включив в нее перфоратор. Это значит, что цепь замыкается, и ток идет через нагрузку, то есть через включенный в розетку прибор.

Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.

Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.

Защита от короткого замыкания

Сначала о том, какие последствия может вызвать КЗ:

Поражение человека электрическим током и выделяющимся теплом.
Пожар.
Выход из строя приборов.
Отключение электричества и отсутствие интернета дома. Как следствие — вынужденная необходимость читать книги и ужинать при свечах.

КЗ — возможная причина пожара

Как видите, короткое замыкание – враг и вредитель, с которым нужно бороться. Какие есть способы защиты от короткого замыкания?

Почти все они основаны на том, чтобы быстро разомкнуть цепь при обнаружении КЗ. Это можно сделать с помощью разных аппаратов защиты от короткого замыкания.

Почти во всех современных электроприборах есть плавкие предохранители. Большой ток просто расплавляет предохранитель, и цепь разрывается.

В квартирах используются автоматы защиты от короткого замыкания. Это автоматические выключатели, рассчитанные на определенный рабочий ток. При повышении силы тока автомат срабатывает, разрывая цепь.

Для защиты промышленных электродвигателей от коротких замыканий используются специальные реле.

Автомат защиты от КЗ

Теперь вы можете легко дать определение короткому замыканию, заодно знаете про закон Ома, а также фазу и ноль в электричестве. Желаем всем не устраивать коротких замыканий! А если у вас в голове «замкнуло» и совершенно нет сил на какую-то работу, наш студенческий сервис всегда поможет с ней справиться.

А напоследок видео о том, как НЕ НУЖНО обращаться с электрическим током.

Источник: https://zaochnik.ru/blog/chto-takoe-korotkoe-zamykanie-opredelenie-obyasnenie-dlya-chajnikov/

Короткое замыкание что это — советы электрика — Electro Genius

В этой статье рассмотрим главную головную боль любого электрика – короткое замыкание. При этом поясним, что такое ток короткого замыкания и развеем миф о том, что такое напряжение короткого замыкания, заодно обсудив, что коротыш (он же КЗ ) значит для электросети.

Но сначала немного физики, что поможет вспомнить о том, что электричество – это передача электронами заряда от одной точки в другую. Последовательный и упорядоченный процесс.

Но иногда в эту строгую последовательность вмешивается авария, и вот тут-то приходится вспомнить эти два слова «короткое замыкание».

Почему замыкание короткое, и кто в этом виноват?

Любая схема электрической цепи представляет собой «плюс» и «минус», как в любой батарейке. Если между ними поместить лампочку, она при замыкании цепи начнёт гореть. Правильно собранная цепь позволить гореть лампочке довольно долго, что успешно демонстрирует любой фонарик.

Но давайте посмотрим, что случится, если мы просто соединим «плюс» и «минус» батарейки. Без лампочки и вообще без какого бы то ни было сопротивления. Да, в этой модели мы получим замыкание электропроводки в чистом виде.

Провод между контактами батарейки нагреется, заряд почти мгновенно истощится и через пару секунд эта батарейка не зажжет ни одну лампочку. Вся энергия батарейки уйдёт на максимальный подъём силы тока короткого замыкания, разогрев провода и полное истощение ресурса.

Такой опыт безопасен для экспериментатора, поскольку токи невелики.

Однако примерно то же самое произойдет, если в розетку сунуть ножницы, чтобы понять что случится. Ток, обнаружив самый короткий путь (ножницы) устремится в розетке именно через этот короткий путь от «плюса» к «минусу» ( от фазы к нулю ), забыв про остальные пути, на которых его ожидает сопротивление цепи.

Отсюда и название этой неприятности – «короткое замыкание». Фактически, КЗ – это возможность для тока максимально быстро и с максимальным эффектом достигнуть от «плюса» «минуса».

Ток при этом становится неразборчивым в средствах, на чем и построена защита от замыкания, и основные правила того, как избежать этой напасти.

Итак, короткое замыкание – это аварийная ситуация в электрической сети, где прохождение тока получает наиболее короткий и прямой путь для ликвидации потенциала (разности потенциала между «плюсом» и «минусом»), приводя к лавинообразному росту силы тока и сильному разогреву участка цепи, в котором произошло КЗ.

Отметим, что перманентное (непрерывное КЗ) имеет место и в сетях, в которых использованы силовые провода с недостаточным уровнем изоляции (низкое сопротивление изоляции), многочисленными лишними коммутациями (скрутки в распредкоробках, в линиях и пр.), а также во влажных зонах.

Выходит, что виноват в коротком замыкании кто угодно, но не электрик, который делал проводку? Не совсем так.

Именно электрик обязан, прокладывая линию или, включая оконечное (проходное) устройство, обеспечить невозможность короткого замыкания. Иначе любая защита от короткого замыкания будет ни к чему.

Чаще всего защита не справляется именно в щитках, собранных с нарушениями, что приводит к катастрофическим последствиям:

Немного подробнее о причинах короткого замыкания

Неправильно заизолированные провода или физическое перемещение контактов в оконечных устройствах (сдвиг, поворот, иные действия способные соединить два провода).
Повреждение изоляции кабелей при прокладке (в том числе скрытых) силовых линий или при работах по ремонту и отделке помещений.
Использование в работе неисправных приборов (от патрона к лампе до клеммника и розетки), в которых есть прямая возможность возникновения короткого замыкания.
Игнорирование замыканий электропроводки при работах (самая частая ошибка начинающих электриков), поскольку эффект КЗ не повторяется.
«Плавающие», «спорадические» неисправности проводки, которым не уделено достаточно внимания из-за редких проявлений.

Это список наиболее частых причин коротких замыканий, выхода из строя квартирных и домашних электросетей, а также пожаров, которые сложно тушить по причине постоянной подпитки огня со стороны горящих кабелей. Очевидно, что такие неприятности не нужны никому.

Ещё несколько слов о физике короткого замыкания

Вернёмся за парту, и вспомним, что при прохождении тока можно наблюдать, как падает сила тока при возрастании сопротивления проводника. Это тот самый фактор, благодаря которому ток короткого замыкания значительно превышает допустимые параметры. Так и работает защита от замыкания – отслеживает внезапные скачки силы тока, обесточивая «подозрительную» линию.

Не все вспомнят, что при снятии сопротивления в проводнике, также изменится ещё один параметр. Мы говорим о том, что напряжение короткого замыкания станет совсем уж подозрительным.

А при наличии индуктивного фактора (например, человек с феном упал в ванну с водой) и вовсе нелинейным и не синусоидальным. При этом непосредственно короткого замыкания может и не быть, но защита от короткого замыкания работает и в этом случае – это автоматы отключения УЗО.

Устройство защитного отключения, принцип действия которого исключает реагирование на изменение только силы тока.

Что оценивают защитные устройства, и что мы должны знать о КЗ, если не хотим, чтобы нас спасали только автоматические выключатели ?

Любая электросеть имеет точки нестабильности. Это контакты, клеммы, выключатели света и прочие автоматические выключатели, работающие на основе программ (например, датчик отслеживания освещённости). Каждая из этих точек потенциальный источник КЗ. Именно им электрик обязан уделить максимальное внимание при работах и монтаже;
Наличие заземления в сети. Вы удивитесь, но замыкание на землю (ноль) это наиболее безопасное КЗ. Да, оно тоже доставит много хлопот и неприятностей, но, по крайней мере, никого не убьет. Кроме того, заземление приборов позволяет оценить наличие пробоя изоляции и утечки ДО того, как короткое замыкание случится.

Заземлять в обязательном порядке необходимо микроволновую печь, посудомоечную и стиральную машины, морозильную камеру и духовой электрический шкаф. Посмотрите на заднюю панель микроволновки. Вы увидите прикрученный медный контакт. Это – заземление. Не стоит рассчитывать на вилку с контактами «ноль».

Найдите специалиста, который заземлит эту печь. Такой же контакт Вы обнаружите на задней стенке электрического духового шкафа. На морозильной камере этот контакт будет, скорее всего, в зоне змеевика-охладителя. Это делается не просто так, поэтому не думайте, что вилка способна Вас защитить.

Найдите способ такую технику «занулить» по-настоящему!

Кроме перечисленного, автоматы ещё определяют постоянный «баланс сети», отслеживая перегрузки и пиковые перепады как токов короткого замыкания (или близких по значению), так и напряжений.

О том, что произойдет при КЗ в таком месте ниже.

Процесс возникновения короткого замыкания. Время отключения, развитие процесса, последствия

Несмотря на кажущуюся «мгновенность», процесс короткого замыкания имеет хорошо описанные стадии при возникновении.

Возникновение несанкционированного мостика между двумя проводниками;
Пробой током «барьера изоляции» и возникновение новой, короткой, цепи в электрической схеме;
Перенаправление энергии, и возникновение тока короткого замыкания в новом участке;
Резкий рост силы тока, падение напряжения и быстрый разогрев нового участка «сопротивления» – проводов, в которых происходит короткое замыкание;
Расплавление проводов (нагрев не останавливается сам, и температуры нагрева существенно превышают температуры плавления сплавов и металлов) с одновременным возгоранием изоляции;
Срабатывание автоматов защиты, пытающихся обесточить проблемную зону;
Снятие напряжение и обесточивание линии;
Продолжающийся нагрев повреждённого участка сети (даже после обесточивания, поскольку нагрев значительно более длительный процесс) с возгоранием изоляции или проводов, если защита от замыкания не работала как надо;
Выход из строя участка сети, в котором произошло КЗ.

Всё это занимает примерно 2-4 секунды. Достаточное время для того, чтобы провод разогрелся до 1100 градусов и изоляция вспыхнула как спичка.

Предотвратить короткое замыкание в этом случае не получится, только минимизировать урон.

Несмотря на время, даже при визуальном наблюдении процесса замыкания электропроводки, возникновения КЗ, Вы просто не успеете ничего сделать. Поэтому несколько рекомендаций о том, как избежать такой беды

Если не можешь предотвратить – возглавь!

Эта фраза великого политического деятеля как нельзя лучше описывает ситуацию с электросетью, которой мы доверяем многое. И свою жизнь, и комфорт и почти всё имущество. Поэтому не будет лишним список простых рекомендаций.

Проверку новых электросетей и коммуникаций проводите с избыточными токами, моделируя перегрузку. Такое испытание надо проводить со специалистом, самостоятельно делать это опасно.

Не пренебрегайте замером сопротивления изоляции в готовой сети. Да, это стоит денег и занимает время, но такой замер исключит замыкание на землю, свойственное длинным кабелям, а также покажет наиболее опасные участки, которые возможно правильнее будет заменить.

На изображении видно, что дуга (пробой) может происходить и без физического контакта проводников.

Именно поэтому, собирая розетки и выключатели, зачищайте изоляцию проводов только на участке, полностью убираемом в клемму! Не допускайте даже нескольких миллиметров оголённых проводов, иначе может случиться то, что на фото – электрическая дуга внутри прибора. Напомним, что при таком происшествии защита от короткого замыкания почти гарантированно опоздает с отключением линии!

Непродуманное наращивание и добавление линий без мер защиты – прямая дорога к замыканию и пожару. Это хороший пример того, что никогда нельзя делать:

Источник: https://orenburgelectro.ru/podklyuchenie/korotkoe-zamykanie-chto-eto-sovety-elektrika.html

Короткие замыкания и их классификация. Последствия КЗ на реальных примерах

Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».

Давно хотел написать статью про короткое замыкание. Но все как то не доходили руки.

Сегодня решился, потому как повлияли на меня последние события, произошедшие на распределительной подстанции нашего предприятия.

Ранее в статьях мы говорили, что повреждения в электроустановках вызывают короткие замыкания, или сокращенно, к.з.

Короткое замыкание — это одно из самых тяжелых и опасных видов повреждения.

Вы спросите почему? Читайте ниже.

Что же такое короткое замыкание?

Википедия на этот вопрос отвечает, что короткое замыкание — это:

Определение прочитали.

А теперь давайте рассмотрим подробно, что же происходит с параметрами электроустановки в момент короткого замыкания.

При возникновении короткого замыкания, напряжение на источнике питания, а правильнее назвать ЭДС, замыкается «накоротко» через небольшое (малой величины) сопротивление кабельных и воздушных линий, обмоток трансформаторов и генераторов. Отсюда и название «короткое замыкание».

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Чем опасен электрический ток для человека

В «накоротко» замкнутой цепи появляется ток очень большой величины, который и называется током короткого замыкания.

Классификация коротких замыканий

Рассмотрим классификацию коротких замыканий.

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся фаз:

трехфазные короткие замыкания
двухфазные короткие замыкания
однофазные короткие замыкания

Короткие замыкания разделяются по замыканию:

Короткие замыкания разделяются по количеству замкнувшихся точек в сети:

в одной точке
в двух точках
в нескольких точках (более двух)

Пример

Рассмотрим пример.

Допустим, что наш потребитель питается с подстанции через воздушную линию (ВЛ) электропередач. Питающая линия является транзитной, поэтому питание потребителя осуществляется отпайкой от линии ВЛ в точке «О».

Пунктирной линией под номером 2 показан уровень напряжения на протяжении всей воздушной линии до возникновения короткого замыкания.

По рисунку видно, что напряжение в любой точке электрической сети равно разнице ЭДС источника питания и падения напряжения в электрической цепи до необходимой нам точки.

Например, напряжение в точке «О» можно рассчитать по формуле:

Uо = E — I*Zo, где

E — ЭДС источника питания, в нашем случае генератора
Zo — полное сопротивление воздушной линий от источника питания до точки «О» (состоит из активного и реактивного сопротивления)
I — ток, протекающий по воздушной линии в данный момент времени.

Аналогично, можно рассчитать напряжение в любой точке нашей воздушной линий.

Предположим, что по каким-либо причинам произошло короткое замыкание на воздушной линии, но за пределами нашей отпайки. Назовем эту точку короткого замыкания буквой «К».

Что же произойдет в момент короткого замыкания?

В момент короткого замыкания по воздушной линии проходит уже не номинальный ток, а ток короткого замыкания большой величины, поэтому возрастает падение напряжения на каждом элементе электрической цепи. А именно на сопротивлении Zo и Zк.

Самое наибольшее снижение напряжения будет в месте короткого замыкания, т.е. в точке «К». В остальных точках воздушной линии, удаленных от места к.з., напряжение снизится чуть меньше (это видно на рисунке — линия под номером 1).

В одной из своих статей я привел наглядный пример расчета токов короткого замыкания. Переходите по ссылочке и знакомьтесь с материалами.

Последствия от короткого замыкания

Мы уже выяснили, что в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения, что приводит к следующим последствиям.

1. Разрушения

Вспомним немного физику.

По закону известного физика Джоуля-Ленца, ток короткого замыкания, протекая по активному сопротивлению электрической цепи в течение некоторого времени, выделяет в нем тепло, которое рассчитывается по формуле:

В точке короткого замыкания это тепло, а также пламя электрической дуги, производят огромные разрушения. И чем больше ток короткого замыкания и время его прохождения по цепи, тем больше будут разрушения.

Чтобы было понятно Вам насколько эти разрушения масштабны, ниже приведу примеры из своей практики.

Короткое замыкание в кабине трансформаторов

Привод переключающего устройства РПН. Короткое замыкание произошло в обмотке асинхронного двигателя

2. Повреждение изоляции

Во время прохождения тока короткого замыкания по неповрежденным линиям, происходит их нагрев выше предельной допустимой температуры, что приводит к повреждению их изоляции.

Активная часть трансформатора. Короткое замыкание произошло по причине повреждения изоляции

Повреждение изоляции кабельной линий привело к короткому замыканию

Короткое замыкание кабеля. Последствия

3. Потребители и электроприемники

Снижение напряжения при коротком замыкании нарушает нормальную работу потребителей и электроприемников электрической энергии.

Например, асинхронный электродвигатель при снижении напряжения сети может вообще остановиться, т.к. момент его вращения может оказаться меньше момента сопротивления и трения механизмов.

Также нарушается нормальная работа и осветительных остановок. Здесь я думаю объяснять не требуется.

Смотрите наглядное видео про причины и последствия короткого замыкания в электроустановке 400 (В) на одной из наших подстанций:

А вот уже случай по-серьезнее — трехфазное короткое замыкание в сети 10 (кВ).

Вот еще фрагменты аварии, которая возникла по причине короткого замыкания в разделке кабеля 10 (кВ):

Источник: http://zametkielectrika.ru/korotkoe-zamykanie/

Сборка трансформаторов — Электродинамические силы, короткое замыкание

На проводники обмоток с током в поле рассеяния действуют электродинамические силы, которые создают механические напряжения в обмотках и частично передаются на элементы конструкции трансформатора. При нормальной работе эти силы невелики, однако в экстремальных условиях, например при коротком замыкании, они вырастают в сотни раз и могут легко разрушить трансформатор, если не приняты специальные меры к его защите.

Многие сборочные работы непосредственно влияют на электродинамические усилия. Иногда качество выполнения сборочных операций не удается проверить ни внешним осмотром, ни контролем испытательной станции. Например, слабая запрессовка внутренней обмотки может обнаружиться только в эксплуатации, после нескольких коротких замыканий, одно из которых окажется разрушительным для трансформатора.

Поэтому сборщик должен знать причины возникновения, характер воздействия и способы уменьшения электродинамических усилий.

Электродинамические усилия при равномерном распределении мдс.

Рис. 5. Схема действия радиальных и осевых сил на обмотки двухобмоточного трансформатора (а — при одинаковой высоте обмоток, б — при укороченной наружной обмотке) и радиальных сил на катушки обмоток (в)

Рис. 6. Деформация внутренней обмотки от воздействия радиальных сил:

а — звездообразная форма, б — потеря устойчивости

На рис. 5, а показаны обмотки и направления действия внутренних Foc1 и Fос2 и внешних сил Fос1 и Fp2 при равномерном распределении мдс. Осевые силы (определяются радиальной составляющей поля рассеяния) стремятся уменьшить высоту обмоток, радиальные (определяются осевой составляющей поля) — сжать внутреннюю и разорвать наружную обмотки (рис. 5, б). Из диаграммы распределения индукции поля рассеяния (см. рис.

3, а) видно, что наибольшие осевые силы, изгибающие провода обмотки в вертикальном направлении, возникают в торцовых катушках, где наибольшая индукция радиального поля, причем осевые усилия не только изгибают провода и катушки, но и сжимают прокладки между ними. При этом максимальные сжимающие усилия испытывают прокладки в середине обмотки, поскольку на них передается сумма всех осевых сил, действующих на все катушки обмотки.

Радиальные силы распределяются равномерно по окружности каждой катушки (рис. 5, в). Наибольшие усилия обнаруживаются в катушках средней части обмоток, где индукция осевого поля наибольшая. В торцовых катушках действуют несколько меньшие силы, поскольку индукция осевого поля на торцах обмоток составляет 0,7—0,8 наибольшей, однако суммарные воздействия на провода торцовых катушек осевой и радиальных сил оказываются значительными.

Силы, воздействующие на внутреннюю обмотку, сжимают ее, стремясь «сократить» длину проводов обмотки (рис. 5, в). Если результирующее напряжение в обмотке окажется больше предела текучести материала провода, то появляются остаточные деформации и обмотка разрушается, приобретая типичную звездообразную форму (рис. 6, а).

Иногда остаточные деформации могут иметь другую форму: в одном пролете происходит прогиб обмотки внутрь, а в соседнем — наружу; такую деформацию называют потерей устойчивости (рис. 6, б). Радиальные усилия, воздействующие на наружную обмотку, стремятся растянуть ее провода.

Особенно опасны они для винтовых обмоток, так как могут «раскрутить» их и «оторвать» концы, поэтому эти обмотки редко располагают снаружи и обязательно принимают специальные меры против возможного «раскручивания» витков. Электродинамические усилия при неравномерном распределении мдс. Разная высота обмоток (см. рис.

3, в и 5, б), встречающаяся в практике сборочных работ, приводит к неравномерному распределению мдс и резкому увеличению максимума («пика») радиальной составляющей поля рассеяния, при этом возникают внешние силы, которые имеют не только радиальные, но и осевые составляющие, дополняющие собственные осевые силы. Внешние осевые силы всегда направлены так, чтобы увеличить создавшую их несимметрию.

Внешние осевые силы являются частыми причинами аварий, поэтому при сборке трансформаторов необходимо, строго следить за правильным расположением обмоток на стержне, не допуская несовпадения осей и высот обмоток.

§ 7. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор может работать в режимах холостого хода и нагрузки (изменяющейся от нуля до номинальной), указанной в его паспортной табличке. Существует еще один режим работы трансформатора, характеризуемый резким увеличением потоков рассеяния и механических усилий в обмотках, который возникает, когда, например, первичная обмотка трансформатора получает питание от источника, а вторичная замкнута накоротко на своих зажимах (вводах).

Такой режим называют режимом короткого замыкания (к. з.) трансформатора. Реактивное сопротивление при коротком замыкании. В режиме короткого замыкания вторичная обмотка продолжает получать энергию из первичной и отдавать ее потребителю, которым является теперь сама вторичная обмотка с отводами и вводами. Электрическое сопротивление такого замкнутого участка гк, естественно, окажется в тысячи раз меньше сопротивления нагрузки.

Кажется, что возросшие вследствие этого первичный и вторичный токи должны в доли секунды сжечь обмотки, а поля рассеяния мгновенно разрушить трансформатор. Однако трансформаторы, как правило, выдерживают короткое замыкание в те малые промежутки времени, пока защита не отключит их от сети. Объясняется это тем, что при коротком замыкании резко увеличиваются ноля и эдс рассеяния трансформатора (см.

§ 5), которые и ограничивают токи короткого замыкания до значения, в 10—25 раз превышающего номинальные. Следовательно, потери в обмотках при коротком замыкании, хотя и возрастают (пропорционально квадрату тока) в 100—625 раз, однако не так значительно, чтобы за время короткого замыкания сжечь трансформатор. Таким образом, поля рассеяния ограничивают токи короткого замыкания и защищают обмотки от чрезмерных тепловых нагрузок и электродинамических усилий.

Электродинамические усилия при коротком замыкании. Как указывалось ранее, электродинамические усилия, возникающие при взаимодействии токов и полей рассеяния, при нормальной работе трансформатора невелики. Однако при коротком замыкании, когда токи возрастают в десятки раз, усилия увеличиваются в сотни раз и могут быть очень опасны. Именно при коротком замыкании возникают деформация обмоток с потерей устойчивости (см. рис.

6, б), изгиб катушек и смятие прокладок от осевых сил и другие разрушения, приводящие к аварии трансформатора. Кроме указанных способов снижения электродинамических усилий (см. § 6) надо отметить следующее. Одной из сборочных операций является осевая запрессовка обмоток, выполняемая дважды: первый раз после насадки обмоток и установки верхних ярмовых балок (перед проверкой испытательной станцией), второй раз — после сушки активной части.

Для уменьшения усилий особенно важна вторая запрессовка. Опыт эксплуатации показывает, что разрушающие усилия при коротком замыкании во многом зависят от степени запрессовки, т. е. является ли обмотка единым телом или ее катушки могут незначительно перемещаться. В последнем случае опасен резонанс (совпадение) частоты собственных механических колебаний катушки с частотой (100 Гц) электродинамических сил.

В процессе резонанса разрушение обмотки может произойти при усилиях, которые в обычных условиях совершенно не опасны. Большое значение для прочности обмотки имеет частота короткого замыкания. Есть трансформаторы (например, электропечные), для которых частые короткие замыкания обычны в эксплуатации, поэтому для них особенно важна надежная запрессовка обмоток.

Поскольку бумажная изоляция проводов при частых коротких замыканиях перетирается и разрушается, создаются условия для возникновения новых коротких замыканием. Эту опасность снимает только запрессовка. желательна также усадка (усушка) изоляционных прокладок между катушками, так как образующая «слабина» создает возможность механических колебаний катушек и разрушения изоляции.

Рис. 7. Короткое замыкание части витков обмотки

Таким образом, при сборке трансформаторов необходимо устранять усадку изоляции, выравнивать высоты, обеспечивать надежную запрессовку обмоток.

Короткое замыкание вне зажимов. Витковое замыкание.

Короткое замыкание может возникнуть не только на вводах трансформатора, но и во внешней электросети.

Далекие короткие замыкания менее опасны, так как полное сопротивление (реактивное и электрическое) замкнутого контура складывается в этом случае из сопротивлений не только трансформатора, но и соединительных проводов, различных потребителей и других элементов в цепи короткозамкнутого участка.

Значительно опаснее близкие короткие замыкания, особенно в обмотке трансформатора, возникающие из-за повреждения изоляции витков и называемые витковыми.
При витковом замыкании между местом короткого замыкания и концом обмотки (рис. 7) заключена часть витков в которой проходит ток короткого замыкания.

Известно, что мдс обмоток уравновешиваются:Предположим, что ток короткого замыкания в первичной обмотке превысил номинальный в 10 раз, а в закороченной части вторичной обмотки имеется 1% витков, тогда ток в замкнутых накоротко витках может превысить в сотни и даже тысячи раз номинальный.

В этих условиях короткозамкнутые витки мгновенно перегреваются (температура за 0,1—0,2 с достигает температуры плавления), провод плавится и капли меди с силой разбрасываются по обмотке, попадая на активную сталь, ярмовые балки и бак. Поэтому характерным признаком виткового короткого замыкания являются шарики меди, появившиеся при расплавлении провода в месте короткого замыкания.

Другой признак виткового замыкания — значительная деформация обмотки, вызванная электродинамическими усилиями. Повреждение изоляции обмоточных проводов происходит при небрежном выполнении обмоточных работ (намотке, стяжке, отделке обмоток), но иногда и в процессе сборки трансформатора, например при подготовке обмоток к насадке, обрубке клиньев, транспортировке. Даже незначительное нарушение изоляции провода (обрыл одной полоски бумаги) может оказаться причиной виткового короткого замыкания.

Витковые короткие замыкания очень опасны, так как сопровождаются разрушением обмоток и выходом трансформатора из строя. Единственной реальной гарантией трансформатора от витковых коротких замыканий является тщательное выполнение обмоточных и сборочных работ, обеспечивающее механическую и электрическую прочность изоляции проводов.

Источник: https://forca.ru/knigi/arhivy/sborka-transformatorov-4.html

Защита от короткого замыкания в нагрузке выходных цепей у преобразователей частоты

В данной статье раскрывается механизм функционирования защиты от короткого замыкания выходных цепей в преобразователях частоты и приводятся практические рекомендации для безаварийной работы преобразователей частоты. Текст основан на опыте эксплуатации преобразователей частоты компании Веспер и других производителей.

Факты выхода из строя частотных преобразователей при коротком замыкании выходных цепей и при наличии функции защиты от короткого замыкания вызывают недоумение пользователей, эксплуатирующих частотные преобразователи. Непонимание причин выхода частотных преобразователей из строя при коротком замыкании требует дополнительного разъяснения.

Попробуем сделать обзор и кратко изложить имеющуюся в открытом доступе информацию об особенностях поведения выходного тока преобразователя частоты при коротком замыкании в нагрузке. Этот материал будет полезен электротехническим службам предприятий в эксплуатации преобразователей частоты.

Стойкость к токовым перегрузкам и короткому замыканию — одно из важных требований, предъявляемых к современному промышленному электроприводу.

При управлении электродвигателем преобразователь частоты непрерывно измеряет ток в каждой выходной фазе, и при превышении тока над установленным номинальным значением выполняет действия по защите электропривода. Защитные функции, имеющиеся в преобразователе, эффективно функционируют в различных аварийных ситуациях, в том числе и при коротких замыканиях в цепях нагрузки (в силовом кабеле или в электродвигателе).

Однако, несмотря на имеющуюся защиту от короткого замыкания, выход из строя силовой части преобразователя возможен при некоторых экстремальных условиях. Токи перегрузок при замыканиях могут достигать значений, при которых существует опасность выхода преобразователя частоты из строя. IGBT-транзисторы, составляющие основу преобразователей частоты, по своей природе не могут противостоять сверхтокам, возникающим при коротком замыкании.

Для того, чтобы полупроводник не вышел из строя, внешняя схема управления силовым прибором должна вовремя обнаружить сверхток и отключить его.

Различные токовые перегрузочные режимы преобразователей частоты при эксплуатации

Аварийные (перегрузочные) токовые режимы преобразователей частоты классифицируются в зависимости от степени превышения его выходного тока над номинальным значением и от скорости нарастания тока. Аварийные сообщения на дисплее преобразователя позволяют пользователю диагностировать причины токовых перегрузок.

Рассмотрим действия преобразователя частоты и аварийные сообщения при перегрузках по току во время управления электродвигателем.

«Медленная» тепловая защита

При небольшом превышении выходного тока выходное напряжение отключается через некоторое время (от 1 мин до 8 мин, в зависимости от уставки пользователя) и на дисплее появляются аварийные сообщения.

Нарастание тока может происходить медленно (в течение нескольких минут) или быстро (в течение секунд). Протекающий повышенный ток может быть относительно стабильным или изменяющимся (как правило). Решение об аварийном останове двигателя и отключении выходного напряжения принимается процессором преобразователя частоты на основе измерения выходного тока за некоторый промежуток времени, например, за 1 минуту.

Возможная причина — повышенная механическая нагрузка на валу электродвигателя в результате:

нарушения технологического процесса путем перегрузки рабочего механизма;
недостаточной мощности выбранного электродвигателя;
появления повышенного момента сопротивления в самом электродвигателе (например, в подшипниках) или в сопряженном с ним механизме;
и др.

«Быстрая» тепловая защита

При достижении выходным током значения 1,8 х Iн преобразователь быстро (в течение 1-2 секунд) отключает выходное напряжение — это «быстрая» тепловая защита.

Возможная причина — резкое увеличение механической нагрузки в результате:

заклинивания вала электродвигателя в результате поломки или разрушения сопряженного с ним механизма;
попытки плавно разогнать электродвигатель, вращающийся посторонней силой в обратную сторону (например, вентилятор, вращаемый потоком воздуха) — режим противовключения;
попытки преобразователя пустить застопоренный какой-либо внешней силой электродвигатель;
и др.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое ватт в час

Мгновенная защита

Мгновенное (от долей микросекунды до нескольких микросекунд) нарастание импульсного тока в выходных цепях преобразователя до значений, превышающих номинальное значение примененного IGBT-модуля в несколько раз в результате короткого замыкания. В случае обнаружения короткого замыкания в выходных цепях преобразователь частоты мгновенно (за время не более 10 мкс) отключает выходное напряжение.

Причины мгновенного нарастания импульсного тока, происходящие при этом физические процессы в IGBT-транзисторах и работа функции защиты от короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты изложены ниже.

Аварийные режимы работы преобразователя частоты при коротком замыкании выходных цепей

Аварийные режимы работы IGBT-транзисторов при коротком замыкании выходных цепей, в зависимости от места и момента его возникновения, могут быть следующими.

Короткое замыкание на выходе преобразователя частоты (или в непосредственной близости от его выходных клемм)

Может возникнуть, например, при нарушении в монтаже, механическом или другом повреждении силового кабеля, повлекшем замыкание фаз между собой либо на корпус.

Скорость нарастания тока при коротком замыкании выхода, в первом приближении, определяется индуктивностью петли короткого замыкания (паразитной индуктивностью шин или проводов до точки замыкания) и напряжением питания выходных IGBT-модулей.

В зависимости от момента возникновения можно классифицировать два типа короткого замыкания, различающихся, соответственно, особенностями протекания тока и степенью токовой нагрузки IGBT-транзистора.

IGBT-транзистор включается (открывается) на уже имеющееся короткое замыкание в нагрузке.

В этом случае скорость возрастания тока короткого замыкания в выходной цепи транзистора определяется индуктивностью петли короткого замыкания и характеристиками управляющего напряжения на входе IGBT-транзистора — длительностью фронта, уровнем напряжения управления на затворе и др. Ток коллектора транзистора после момента замыкания возрастает по закону интегрирования в индуктивной нагрузке, затем значение тока стабилизируется: ток дальше не растет, транзистор входит в режим самоограничения.

При протекании тока короткого замыкания в режиме самоограничения на транзисторе выделяется большая пиковая мощность, происходит его разогрев, и существует реальная опасность его разрушения.

Для того, чтобы не произошло теплового разрушения транзистора, длительность тока короткого замыкания должна быть ограничена и для большинства IGBT-модулей не должна превышать 10 мкс.

Через время, не превышающее 10 мкс, в управляющем драйвере срабатывает быстродействующая защита и, путем выключения управляющего сигнала, прекращает протекание тока в транзисторе.

Следует также отметить, что количество импульсов короткого замыкания, которое способен выдержать современный IGBT-транзистор до разрушения, ограничено и существенно зависит от условий, при которых короткое замыкание происходит. При предельных режимах работы IGBT-транзистора допустимое количество коротких замыканий составляет порядка 10 раз. Следующий случай короткого замыкания нагрузки является наиболее тяжелым режимом для IGBT-транзистора.

Короткое замыкание на выходе преобразователя происходит после того, как IGBT-транзистор уже включен.

Другое его название — «жесткий» режим короткого замыкания. При этом IGBT-транзистор подвергается большим перегрузкам. При «жестком» коротком замыкании ток коллектора резко увеличивается за доли микросекунды. Процесс нарастания тока в этой фазе неуправляем.

Ток транзистора возрастает до весьма высокого уровня, и нахождение IGBT-транзистора при таком токе может привести к тепловому перегреву и выходу его из строя за время, меньшее 1 мкс, то есть еще до начала действия функции защиты, длительность срабатывания которой составляет примерно 10 мкс.

Источник: https://elkommax.ru/functions/zashita-ot-korotkogo-zamykaniya-v-nagruzke.html

Ювелирное обозрение

Reshak.ru – сборник решебников для учеников старших классов. Здесь можно найти решебники, ГДЗ, переводы текстов по школьной программе. Практически весь материал, собранный на сайте – сделанный для людей. Все решебники выполнены качественно, с приятной навигацией. Вы сможете скачать гдз, решебник английского, улучшить ваши школьные оценки, повысить знания, получить намного больше свободного времени.

задача сайта: помогать школьникам в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал гдз совершенствуется, добавляются новые сборники решений.

Информация

adminreshak.ru

Однажды одной даме, не очень сведущей в электротехнике, монтер сообщил причину пропадания света в ее квартире. Это оказалось короткое замыкание, и женщина потребовала немедленно его удлинить. Над этой историей можно посмеяться, но лучше все же рассмотреть эту неприятность подробнее. Специалистам-электрикам и без этой статьи известно, что это за явление, чем оно грозит и как рассчитать ток короткого замыкания.

Изложенная ниже информация адресована людям, не имеющим технического образования, но, как и все прочие, не застрахованным от неприятностей, связанных с эксплуатацией техники, машин, производственного оборудования и самых обычных бытовых приборов. Каждому человеку важно знать, что такое короткое замыкание, каковы его причины, возможные последствия и методы его предотвращения. Не обойтись в этом описании и без знакомства с азами электротехнической науки.

Не знающий их читатель может заскучать и не дочитать статью до конца.

Две простых, но важных формулы

Понять причину, по которой возникает ток короткого замыкания, невозможно без усвоения еще одной нехитрой формулы. Мощность, потребляемая нагрузкой, равна (без учета реактивных составляющих, но о них позже) произведению тока на напряжение.

P – мощность, Ватт или Вольт-Ампер;

U – напряжение, Вольт;

Мощность бесконечной не бывает, она всегда чем-то ограничена, поэтому при ее фиксированной величине при увеличении тока напряжение уменьшается. Зависимость этих двух параметров рабочей цепи, выраженная графически, называется вольт-амперной характеристикой.

И еще одна формула, необходимая для того, чтобы произвести расчет токов короткого замыкания, это закон Джоуля-Ленца. Она дает представление о том, сколько тепла выделяется при сопротивлении нагрузке, и очень проста. Проводник будет греться с интенсивностью, пропорциональной величинам напряжения и квадрата тока. И, конечно же, формула не обходится без времени, чем дольше раскаляется сопротивление, тем больше оно выделит тепла.

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Итак, читатель может считать, что освоил все главные физические закономерности для того, чтобы разобраться в том, какой может быть величина (ладно, пусть будет сила) тока короткого замыкания. Но сначала следует определиться с вопросом о том, что, собственно, это такое. КЗ (короткое замыкание) – это ситуация, при которой сопротивление нагрузки близко к нулю. Смотрим на формулу закона Ома.

Если рассматривать его вариант для участка цепи, несложно понять, что ток будет стремиться к бесконечности. В полном варианте он будет ограничен сопротивлением источника ЭДС. В любом случае ток короткого замыкания очень велик, а по закону Джоуля-Ленца, чем он больше, тем сильнее греется проводник, по которому он идет. Причем зависимость не прямая, а квадратичная, то есть, если I увеличится стократно, то тепла выделится в десять тысяч раз больше.

В этом и состоит опасность явления, приводящего порой к пожарам.

Источник: https://uvelirobzor.com/kakova-sila-toka-pri-korotkom-zamykanii/

Защита дома от пожара и короткого замыкания

40 %смертей из-за бытовых проблем с электричеством приходится на детей до 9 лет.
50 %пожаров происходит из-за короткого замыкания.
12 человек погибают ежедневно от пожаров в жилых помещениях.
10 млнквартир в России подвержены риску возникновения проблем с электричеством.

Трагедии происходят по многим причинам, но основная — это пренебрежение защитной автоматикой на этапе планирования схемы домашней электросети.

В настоящее время используются три уровня защиты от проблем с электричеством: автоматические выключатели (АВ), устройства защитного отключения (УЗО), дифференциальные автоматические выключатели (дифавтоматы).

Автоматические выключатели

Они разрывают электрические цепи при коротком замыкании или повышенной нагрузке на электропроводку.

Важно знать: АВ защищают от пожара и короткого замыкания, но не спасают от поражения током!

Автоматические выключатели устанавливаются в распределительном щите. Они группируют бытовые приборы по мощности и месту расположения в доме. Например, группа из десяти ламп накаливания по 100 Вт каждая потребляет суммарный ток мощностью 1000 Вт и силой 4,5 А (сила тока тоже суммируется). Значит, для этой группы нужно использовать защитный автомат с номинальным током не больше 6 А. Если при аварии нагрузка вырастет выше 6 А, автомат отключит повреждённый участок.

Для каждой группы электропотребления рекомендуется ставить отдельный автомат. Например, для группы верхнего освещения на кухне, для посудомоечной или стиральной машины, для кухонных розеток и т. д. Это удобно: если случится проблема на одном из участков сети — отключится именно он, а не вся квартира.

Ниже в таблице приведён пример подбора автоматических выключателей и УЗО от Schneider electric серии Easy9, исходя из мощности потребителей, номинального тока и типа отключения.

УЗО

Когда включается любой электроприбор, сила тока в сети кратковременно возрастает (пусковой ток). У одних приборов он меньше (чайник), у других больше (холодильник). Эта функция автомата предотвращает ложные срабатывания при включении/выключении потребителей тока.

Нажмите на изображение, чтобы раскрыть таблицу

От поражения током спасает УЗО — автоматическое устройство отключения. Это второй уровень безопасности. Например, по ряду причин произошла утечка тока, и под напряжением оказывается металлический корпус стиральной машины.

Корпус изолирован, и ничего ужасного не произойдёт до тех пор, пока человек не прикоснётся к нему, — тогда ток пройдёт в «землю» сквозь тело человека и нанесёт серьёзную травму. Но если для подключения стиральной машины использовано УЗО, то в момент появления утечки тока на корпус машины сработает автоматика, цепь разорвётся и опасность будет устранена.

Если человек случайно прикоснётся к части электрической сети под напряжением, УЗО также отключит питание этой цепи до того, как человек получит удар током, тем самым сохранив жизнь и здоровье.

Главный критерий выбора УЗО — это чувствительность к токам утечки (указан на корпусе в мА) Наиболее чувствительные — 10 мА, такие устанавливаются во влажных помещениях и детских. В остальных бытовых помещениях принято использовать устройства на 30 мА (см. таблицу).

Отдельного разговора заслуживают противопожарные УЗО, которые имеют более низкую чувствительность к токам утечки — как правило, 100 или 300 мА.

Устанавливаются такие УЗО, как правило, в самом начале электрической сети и предотвращают ситуации, когда значительный ток утечки может нагреть, например, оболочку провода или часть стены, по которой этот провод проложен, и вызвать возгорание.

Более низкая чувствительность позволяет организовать согласованную работу с другими УЗО, установленными ниже, и избежать ложных отключений электрической сети.

Дифференциальные автоматические выключатели

Дифавтоматы сочетают в себе функции УЗО и автоматического выключателя. Они являются универсальными устройствами, защищающими как от тока короткого замыкания и перегрузки, так и от поражения электрическим током (или пожара). Это решение является более компактным, чем автомат и УЗО по отдельности.

Такая компоновка позволяет уменьшить размеры электрического щита, при этом обеспечив требуемый уровень защиты. Кроме того, в ряде случаев, использование дифавтоматов является ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ.

Например, действующие нормативные документы требуют применения дифавтомата на вводе электрической сети деревянных домов.

Теперь вы разобрались в этом вопросе и знаете, как защитить своих близких и свой дом. Но! Выбирая оборудование, обязательно консультируйтесь со специалистом! Инженеры «Шнейдер электрик» будут рады помочь вам.

На правах рекламы

Источник: https://www.ivd.ru/stroitelstvo-i-remont/gazo-i-energosnabzenie/zasita-doma-ot-pozara-i-korotkogo-zamykania-24611

Сила тока короткого замыкания

Каждая электрическая цепь в общих чертах представляет собой источник тока с подключенной нагрузкой, обладающей каким-то сопротивлением. Получается своеобразный контур, по которому протекает электрический ток. Однако, под влиянием различных факторов, две разные точки этого контура начинают контактировать между собой, что и приводит к короткому замыканию.

Короткое замыкание при постоянном и переменном токе

На практике причиной КЗ может послужить любой токопроводящий предмет. Его сопротивление по сравнению с нагрузкой будет во много раз ниже, поэтому вся сила тока короткого замыкания устремляется именно с это место. Ее значение стремительно повышается, что вызывает мгновенный нагрев проводов до температуры плавления, после чего они перегорают. Толстые проводники расплавляются медленнее, и за это время они успевают воспламенить все горючие элементы, расположенные поблизости.

Как уже отмечалось, сопротивление нагрузки при коротком замыкании будет стремиться к нулю. В соответствии с законом Ома, сила тока, при этом, будет увеличиваться в сторону бесконечности. На практике такого бесконечного роста не получится, поскольку существует ограничение, вызванное сопротивлением источника тока.

Тем не менее, сила тока короткого замыкания будет достаточно высокой, чтобы разогреть проводник. В этом случае рассматривается квадратичная зависимость, когда при увеличении тока в 10 раз, выделение тепла увеличится в 100 раз. Именно в этом и состоит главная опасность данного явления, приводящего к пожарам.

Под действием высокого тока проводники раскаляются и отдают тепловую энергию окружающим предметам и конструкциям. В случае соприкосновения фазного и нулевого проводников – источник тока замыкается коротко сам на себя. Как правило, возгорание начинается с изоляции, пришедшей в негодность после длительной эксплуатации или пострадавшей от механических повреждений.

Величина негативных последствий определяется не только силой тока, но и продолжительностью нагрева и особенностями схемы данной цепи. Эти ситуации носят общий характер и затрагивают в основном цепи с постоянным током.

Большинство замыканий происходит в сетях переменного тока на 220 или 380В, широко используемых на объектах жилого и промышленного назначения. В отличие от постоянного, переменному току создаются препятствия в виде дополнительных реактивных сопротивлений – индуктивного и емкостного. Они отклоняются от вектора активного тока на 90 градусов: индуктивный отстает, а емкостный ток опережает его на указанную величину.

Формула индуктивного сопротивления

Физические процессы и ударный ток

Понять воздействие тока можно только через физику самого процесса. На первый взгляд можно подумать, что все совершается в одно мгновение: гудение, вспышка, после чего тока в сети уже нет. Однако, если рассмотреть этот процесс с точки зрения физики и мысленно разбить его на отдельные фазы, можно заметить, что на каждом этапе ток ведет себя по-разному.

До момента возникновения аварии в цепи наблюдается стабильное установившееся значение тока, находящееся в рамках номинала. Далее происходит внезапное резкое снижение полного сопротивления до величины, стремящейся к нулю. Если в цепи находится оборудование с индуктивным сопротивлением, например, электродвигатели и трансформаторы, то они своими физическими свойствами замедляют рост электрического тока.

В связи с этим, в первое мгновение, не превышающее 0,01 с, сила тока КЗ источника напряжения практически не изменяется, и даже немного понижается в начале переходного процесса.

При этом ЭДС источника постепенно доходит до нуля и пройдя через эту отметку, принимает стабильное значение, при котором может протекать высокий ток аварийного режима. На переходном этапе сам ток будет состоять из суммы, включающей периодическую и апериодическую составляющую.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Каким прибором можно измерить электрическое сопротивление

Все происходящие процессы можно проанализировать по форме графика и вычислить постоянное значение временной величины, зависящей от сопутствующих факторов.

Следует коротко остановиться на так называемом ударном токе короткого замыкания. Прежде всего, эта величина не столь страшная, как ее название, и не связана напрямую с поражающим фактором электрического тока.

Этот показатель, прежде всего, характеризует максимальную отметку тока КЗ, до которой он доходит в течение половины периода после начала аварии. Целый период длится 0,2 с, следовательно, его половина составит 0,1 с. Именно в этот момент проявляется наибольшая интенсивность взаимодействия проводников, расположенных рядом.

Для определения ударного тока существует специальная формула, широко используемая специалистами при выполнении расчетов.

Взаимосвязь короткого замыкания и силы тока

Рассмотрев физику процесса, можно с большей точностью установить взаимную связь силы тока и короткого замыкания в различных ситуациях. Любое устройство или оборудование, подключенное к источнику тока, создает ситуацию, близкую к короткому замыканию.

Каждый прибор обладает сопротивлением и берет на себя всю нагрузку, за счет чего и обеспечивается его нормальная работа. Однако, при заметном снижении сопротивления, сила тока сразу же заметно возрастет.

Взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и силой тока определяется законом Ома.

Направление электрического тока

Для участка цепи существует упрощенная формула, которая будет выглядеть следующим образом: I=U/R. В ней соответственно I будет силой тока, U – сетевым напряжением и R – электрическим сопротивлением. Проводники на этом участке условно имеют однородную структуру, а сама цепь дополнена резистором. Параметры источника тока в расчет не берутся.

В самом упрощенном варианте ток при КЗ можно вычислить следующим образом: Iкз = Е/r, где Е – ЭДС источника тока, r – сопротивление нагрузки. Из этой формулы хорошо видно, как при сниженном сопротивлении будет расти сила тока.

Сама по себе данная ситуация не представляет какой-либо угрозы, но здесь дополнительно вступает в действие закон Джоуля-Ленца. Он указывает на выделение тепла во время течения по проводнику электрического тока и определяется не только количественной, но и временной характеристикой.

Суть этого закона заключается в том, что с повышением силы тока за единицу времени будет выделено и большее количество теплоты.

Сила тока КЗ батареи

Все положения, рассмотренные выше, подходят и к случаям короткого замыкания источников питания. Типичным примером служит аккумуляторная батарея, в состав которой входит отрицательный электрод – анод и положительный – катод. Один от другого их отделяет твердый или жидкий электролит. Происходящие внутри устройства химические реакции, формируют электрический заряд, обеспечивающий работу подключенного прибора.

По сути, батарею можно считать своеобразным участком цепи, на которых распространяются все установленные правила. Следовательно, нарушенная изоляция, также приводит к короткому замыканию и последующим процессам. Многократный рост силы тока приводит к выделению тепла, под действием которого источник электроэнергии перегревается и разрушается, с одновременным закипанием и разбрызгиванием электролита.

Защита цепей и оборудования

После того как электротехника получила толчок к своему интенсивному развитию, возникла серьезная проблема по защите от короткого замыкания и его последствий. Особую актуальность она приобрела с повышением мощности электродвигателей, генераторов, осветительных приборов и другого оборудования.

Как перевести киловатты в ватты

Простейшим решением стала последовательная установка вместе с нагрузкой плавких одноразовых предохранителей. В случае превышения током установленного значения, выделяемое резистивное тепло воздействовало на них. В результате, предохранители разрушались, прерывали цепь и процесс короткого замыкания прекращался. Подобные элементы до сих пор пользуются спросом из-за своей надежности, простоты и низкой стоимости.

Единственным недостатком такой конструкции является возможность замены плавкой вставки различными металлическими предметами – проволокой, гвоздями или скрепками. Они обладают совершенно другими параметрами и уже неспособны защитить от перегрузок и коротких замыканий.

Ситуация совершенно изменилась, когда на смену одноразовым устройствам пришли автоматические защитные средства. Вначале они стали активно использоваться в промышленности, а потом нашли свое применение в квартирных электрощитах.

Автоматика гораздо удобнее в пользовании, поскольку такие устройства не требуют замены. После устранения причин короткого замыкания тепловые элементы остывают, и прибор вновь готов к использованию. Подгоревшие контакты нежелательно чистить или ремонтировать.

В случае необходимости они легко заменяются новыми.

Использование эффекта короткого замыкания на практике

Многократно увеличенная сила тока при коротком замыкании приводит к выделению большого количества тепла. Поэтому данный режим нередко вызывает возгорания, разрушения проводки, прекращение электроснабжения потребителей. Довольно часто появление электромагнитных колебаний может существенно нарушить работу чувствительной электронной аппаратуры.

Тем не менее, несмотря на множество негативных факторов, эффект короткого замыкания успешно применяется в сфере промышленного производства. Конечно, для этого необходимо обеспечить надежную защиту и безопасные условия труда для работников.

Типичным примером служит сварочная аппаратура, особенно дуговая, в которой используется принцип короткого замыкания электрода и заземления. В месте контакта сила тока кратковременно возрастает, металл приходит в расплавленное состояние, обеспечивая надежное соединение деталей. Поскольку такой режим действует в течение очень короткого времени, трансформатор вполне способен выдержать перегрузки.

Источник: https://electric-220.ru/news/sila_toka_korotkogo_zamykanija/2019-08-18-1733

сила тока короткого замыкания

В электрике есть два вида неисправностей:

Тока нет там, где он должен быть — это называется разрыв
Ток есть там, где его быть не должно — это называется короткое замыкание.

Сегодня мы поговорим как раз о токе короткого замыкания. Любую электрическую цепс можно представить себе, как Источник тока и сопротивление нагрузки, по которой течет ток.

Ток в нормальной цепи без короткого замыкания

Однако, если появится какой-то проводящий элемент, который замкнет собой контур с входным напряжением, то картина будет следующей.

Схема цепи с коротким замыканием

В указанной цепи произошло короткое замыкание. На практике это может быть любая проволока или неосторожно засунутая отвертка, которая создала контур короткого замыкания. Особенность этой ситуации в том, что сопротивление этих проводов Rкз ничтожно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки Rн. Что приводит к тому, что ток устремляется туда.

Опасность этого явления в том, что из-за очень низкого сопротивления, ток будет очень высоким. Рассмотрим конкретный пример — ваша Rн — это обычный фен мощностью 1 кВт. Т.е. при Действующем напряжении сети 220 В у него ток будет около 4 А и тогда мы можем понять, что наше Rн около 54 Ом.

Если же туда попадет провод, у которого сопротивление, скажем 0,054 Ом (вполне реальная цифра), то ток от 4 сразу может скакнуть до 4кА, а провод будет нагреваться уже в не в 1000, а 1000000 раз больше.

На практике это приводит к тому, что провод мгновенно нагревается до температуры плавления и перегорает. Однако, если он достаточно толстый, и расплавляется не очень быстро, то он может успечь поджечь горючие элементы, если они окажутся рядом.

В целом, это все, что вам необходимо знать про короткое замыкание )) Ниже теоретические выкладки, читать которые не обязательно.

В разговорной речи электриков это частно называется «коротнуло», «замкнуло», «закоротило» и т.д. На практике все эти слова означают, что произошло короткое замыкание электрической цепи. Т.е.

проводники с разными потенциалами соединились и по сути произошла нештатная ситуация, при которой нормальное функционирование электрического устройства невозможно.

В точке контакта происходит резкое падение сопротивления, что приводит к скачкообразному увеличению силы тока, которое влечет за собой тяжелые последствия.

Общее понятие короткого замыкания и его связь с силой тока

Любое подключение устройства потребления электроэнергии можно считать коротким замыканием. При этом само изделие является сопротивлением и всю нагрузку принимает на себя. Таким образом осуществляется штатная работа электроприбора.

Но если сопротивление по какой-либо причине будет уменьшаться (стремиться к нулю), то сила тока будет возрастать.

Из школьной программы всем известен закон Ома, который определяет взаимосвязь ЭДС (электродвижущей силы или напряжения), величиной тока и сопротивлением.

Сила тока при коротком замыкании участка цепи

Формула, по которой можно вычислить силу тока при коротком замыкании имеет следующий вид:

I=U/R,

-I – величина тока (его сила);
U – разность потенциалов (напряжение сети);
R – электрическое сопротивление.

Это упрощенная формула и она верна для участка цепи. При этом подразумевается, что проводники однородные, а в цепи присутствует резистор (сопротивление), но не принимается во внимание сам источник тока.

Формула для измерения силы тока короткого замыкания:

Iкз = E/r.

Для полной сети формула будет иметь несколько усложненный вид, но в нашем случае для понимания сущности короткого замыкания в электрической цепи и его влияния на нее, это не принципиально.

Возвращаясь к формуле можно заметить, что при уменьшении сопротивления, сила тока будет возрастать. Казалось бы, что в этом нет ни чего страшного, если б в свое время Джоуль и Ленц не вывели закон, названный их именем.

На основе своих опытов они пришли к заключению что при протекании электрического тока по проводнику выделяется тепло. Причем эта связь имеет не только количественную, но и временную характеристику.

Кратко суть закона состоит в следующем – чем выше сила тока, тем большее количество тепла будет выделяться за единицу времени.

Сила тока при коротком замыкании источника питания

Любой источник тока, такой как батарея или аккумулятор состоит из отрицательного (анода) и положительного (катода) контакта разделенных жидким или твердым электролитом. Под действием химической реакции происходит формирование электрического заряда, который при замыкании на устройство потребления обеспечивает его функционирование. В упрощенном варианте батарею можно рассматривать как участок цепи для которого будут действовать вышеприведенные правила.

Причиной замыкания электродов по короткому пути, как правило, является нарушение изоляционного слоя. При этом сила тока многократно возрастает с выделением тепла, что приводит к перегреву и разрушению источника электроэнергии. При использовании жидкого электролита, как например, в большинстве автомобильных аккумуляторов. Это может привести к закипанию жидкости и разрушению корпуса.

Последствия короткого замыкания в электрической цепи

Вследствие многократного увеличения силы тока при коротком замыкании выделяется больше количество тепла. Отдельные виды изоляции могут не выдержать такой температурный режим. Как правило, происходит ее возгорание, что является частой причиной пожаров. Также при высокой температуре в точке замыкания проводников может происходить их механическое разрушение, что приведет к нарушению электроснабжения потребителей.

В отдельных случаях при коротком замыкании возникают электромагнитные колебания деструктивного характера, влияющие на работу аппаратуры связи и других устройств чувствительных к его воздействию.

Но несмотря на преобладание негативной составляющей в ситуациях, когда происходит короткое замыкание электрической цепи, это явление с успехом применяется в различных сферах промышленности. Типичным примером использования тепла, которое выделяется при замыкании токопроводящих элементов является точечная сварка металлов.

В точке контакта происходит кратковременное увеличение силы тока, в следствии чего металл достигает расплавленного состояния и детали надежно соединяются. Так же эффект КЗ используется в системах безопасности обслуживания электрических сетей. Когда в цепь преднамеренно включаются специальные предохранители с плавкими вставками. Только в данной ситуации защита направленна на нештатное увеличение напряжения в сети.

Источник: http://podvi.ru/elektrotexnika/cila-toka-korotkogo-zamykaniya.html

Что такое короткое замыкание по-простому

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ – это электрическое соединение разных фаз или потенциалов электроустановки между собой или с землей, не предусмотренное в нормальном режиме работы, при котором в проводниках, в месте контакта, резко возрастает сила тока, превышая максимально допустимые величины.

Если же говорить простым языком, короткое замыкание – этолюбое незапланированное, нештатное соединение электрических проводников с разным потенциалом, например, фазы и ноля, при котором образуются разрушительные токи.

Как вы заметили, акцент на том, что короткое замыкание в электрической цепи — это именно незапланированный, не предусмотренный процесс, сделан не зря, ведь, по большому счету, контролируемое замыкание (некоторые еще назывыают его по-аналогии длинным) запускает электроприборы. Все они включаются в розетку, и, так или иначе, фазный провод, посредством электроприбора соединяется с нулевым, но короткого замыкания при этом не происходит, давайте разберемся почему.

Для того чтобы понять почему происходит короткое замыкание, нужно вспомнить закон Ома для участка цепи – «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке», формула при этом следующая:

I=U/R

где I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление.

Любой электроприбор в квартире, включающийся в розетку, это активное сопротивление (R – в формуле), напряжение в бытовой электросети вам должно быть известно – 220В-230 В и оно практически не меняется. Соответственно, чем выше сопротивление электроприбора (или материала, проводника и т.д.) включаемого в сеть, тем меньше величина тока, так, как зависимость между этими величинами обратно пропорциональная.

Теперь представьте, что мы включаем в сеть электроприбор практически без сопротивления, допустим его величина R=0.05 Ом, считаем, что тогда будет с силой тока по закону Ома.

I=220В(U)/0,05(Ом)=4400А

В результате получается очень высокий ток, для сравнения стандартная электрическая розетка в нашей квартире, выдерживает лишь ток 10-16А, а у нас по расчетам 4,4 кА.

Современные медные провода, используемые в проводке, имеют настолько хорошие показатели электрической проводимости, что их сопротивление, при относительно небольшой длине, можно принять за ноль. Соответственно, прямое соединение фазного и нулевого провода, можно сравнить, с подключением к сети электроприбора, с очень низким сопротивлением. Чаще всего, в бытовых условиях, мы сталкиваемся именно с таким типом короткого замыкания.

Конечно, это очень грубый пример, в реальных условиях, при расчете силы тока при коротком замыкании, учитывать приходится гораздо больше показателей, таких как: сопротивление всей линии проводов, идущих к вам, соединений, дополнительного оборудования сети и даже дуги образующейся при коротком замыкании, а также некоторых других.Поэтому, чаще всего, сопротивление будет выше тех 0,05 Ом, что мы взяли в расчете, но общий принцип возникновения КЗ и его разрушительных эффектов понятен.

Почему короткое замыкание так называется

Подключая какую-то нагрузку к сети, например, утюг, телевизор или любой другой электроприбор, мы создаём сопротивление для протекания электрического тока.

Если же мы умышленно или случайно соединим, например, фазу и ноль напрямую, без нагрузки, мы, в каком-то смысле, укорачиваем путь, делаем его коротким.

Поэтому, короткое замыкание и называют коротким, подразумевая движение электронов по кротчайшему пути, без сопротивления.

Чем опасно короткое замыкание

Самая значительная опасность при коротком замыкании – это большая вероятность возникновения пожара.

При значительном увеличении силы тока, которое происходит при КЗ, выделяется большое количество теплоты в проводниках, что вызывает разрушение изоляции и возгорание.
Кроме того, в быту, чаще всего происходит дуговое короткое замыкание, при котором, между проводниками в месте КЗ, возникает мощнейший электрический разряд, который нередко воспламеняет окружающие предметы.

Так же не стоит забывать про опасность поражения электрическим током или резким выделением тепла человека, которая так же достаточно высока.

Из менее опасных последствий, происходящих при КЗ, стоит отменить значительное снижение напряжения в электрической сети особенно в месте его возникновения, что негативно влияет на различные электроприборы, в частности оснащенные двигателями. Также, не стоит забывать про сильное электромагнитное воздействие на чувствительное к этому оборудование.

Как видите, последствия от возникновения короткого замыкания могут быть очень серьезными, поэтому, при проектировании любой электроустановки и монтаже электропроводки, необходимо предусмотреть защиту от короткого замыкания.

Причины короткого замыкания

Чаще всего в бытовых условиях квартиры или частного дома, короткое замыкание возникает по нескольким причинам, основные из которых:

— в следствии нарушения изоляции электрических проводов или мест их соединений. Факторов приводящих к этому достаточно много, здесь и банальное старение материалов, и механическое повреждение, и даже загрязнения изоляторов.

— из-за случайного или преднамеренного соединения проводников с различным потенциалом, чаще всего фазного и нулевого. Это может быть вызвано ошибками при работе с электропроводкой под напряжением, неисправностью электроприборов, случайным попаданием проводников на контактные группы и т.д.

Поэтому, очень важно ответственно относится как к монтажу электроустановки, так и к её эксплуатации и обслуживанию.

Будьте аккуратны и осмотрительны при обращении с электрическими приборами и оборудованием, не включайте их в сеть если они повреждены или открыты. Не хватайтесь за электрические провода, если точно не знаете, что они не под напряжением.

Ну и как всегда, если у вас есть что добавить, вы нашли неточности или ошибки – обязательно пишите в комментариях к статье, кроме того задавайте свои вопросы, делитесь полезным опытом.

Источник: https://rozetkaonline.ru/poleznie-stati-o-rozetkah-i-vikluchateliah/item/163-chto-takoe-korotkoe-zamykanie-po-prostomu