Как получается короткое замыкание

Устранение короткого замыкания

Короткое замыкание проводки (КЗ) – это последствие неправильной ее эксплуатации, перегрева или форс-мажорных ситуаций вроде затопления квартиры или механического повреждения изоляции проводов. КЗ требует срочного тестирования и ремонта электропроводки.

Признаки короткого замыкания:

запах гари;
искры, возгорание;
отключение электричества во всем помещении.

Без опыта электромонтажных работ не стоит браться за ремонт. Не прикасайтесь сами и запретите домашним трогать электрические устройства, которые предположительно стали причиной КЗ. Обесточьте помещение, если электричество пропало не во всех комнатах, и вызывайте специалистов. Опасность короткого замыкания серьезная. Человека и животных может поразить током, высока вероятность возникновения пожара.

Поиски и способы устранения короткого замыкания

Приехав по вызову, мастер осматривает помещения. Для того чтобы найти короткое замыкание он пробует разные способы:

осматривает автоматические предохранители и пробки;
ищет место повреждения проводов по запаху гари и подпалинам на стенах;
последовательно подключает электрические устройства, выясняя какое из них вызвало КЗ;
проверяет на обрыв провода фазовые, нулевые и заземления;
последовательно, по участкам, проверяет проводку на обрывы;
осматривает розетки и выключатели.

После проверки мастер приступает к ремонту короткого замыкания. Для этого используются разные способы, которые подбираются в зависимости от причины повреждения:

замена проводов с подплавленной, нарушенной, сгоревшей изоляцией;
замена фазового и нулевого провода или фазового и провода заземления – если проверка показала, что их электрические цепи неразрывны;
замена пробок, неисправных розеток и выключателей.

Еще один способ, который может рекомендовать электромонтер – ремонт электроприборов, чья неисправность стала причиной КЗ.

Предупреждение короткого замыкания

Проблемы с электрической проводкой можно предупредить:

Не перегружайте сеть одновременным включением мощных электроприборов.
Оперативно вызывайте мастера для ремонта искрящихся розеток и выключателей.
Не эксплуатируйте неисправные электроприборы, вовремя меняйте их или ремонтируйте.
Установите устройство защитного отключения (УЗО) и автоматический выключатель. В аварийной ситуации они отключают электропитание, чем обеспечивают защиту от короткого замыкания и перегрузки.
Не ремонтируйте проводку самостоятельно, кустарными методами.
Два-три раза в год вызывайте мастеров для проверки состояния розеток, выключателей, силовых групп проводов.
Перед сверлением отверстий для полок, навесных шкафов или картин стены нужно проверять на наличие проводов. Это можно сделать, проверив схему разведения проводов или воспользовавшись металлоискателем.
Доверять монтаж и ремонт электропроводки опытным электромонтажникам, которые не повредят кабели и будут работать в соответствии с нормативами.

Мастера компании «Электрика Москвы» – это больше 10 лет профилактических, монтажных и ремонтных работ. Наш актив – это знания, опыт и доверие клиентов.

Источник: https://www.mos-elektrika.ru/ustranenie-korotkogo-zamyikaniya/

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

О таком нештатном режиме работы электрической цепи как короткое замыкание слышали практически все. Описание физики этого процесса входит в школьную программу 8-го класса. Предлагаем вспомнить, что представляет собой данное явление, какую опасность представляют токи КЗ и их вероятные причины возникновения. В статье мы рассмотрим виды короткого замыкания, а также способы защиты, позволяющие минимизировать негативные последствия.

Что такое короткое замыкание?

Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение.

Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.

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

При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489).

Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким.

Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r — напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения.

Виды КЗ

Согласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.

Различные виды КЗ

Обозначения с кратким описанием:

3-х фазное, принятое обозначение – К(З). То есть, происходит электрический контакт между тремя фазами. Это единственный вид замыкания не вызывающий «перекос» фаз, процесс протекает симметрично, что упрощает расчет силы тока КЗ. В тоже время 3-х фазное замыкание представляет наибольшую опасность по факторам тепловых и электродинамических воздействий. В связи с этим, когда производится расчет тока КЗ для трехфазной цепи, как правило, рассматривается данный вид замыкания.

Характерно, что при К(З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.

2-х фазное (K(2)). Данный вид замыкания, как все последующие, относится к несимметричным процессам, вызывающим перекос напряжений в системе. В кабельных линиях электропередач довольно велика вероятность перехода процесса K(2) в К(З), поскольку температура в месте замыкания разрушает изоляцию токоведущих частей.
2-х фазное с землей (K(1,1)). Данный процесс можно наблюдать в системах с заземленной нейтралью.
1-о фазное с землей (K(1)). Этот вид замыкания на практике встречается чаще всего. Характерно, что процесс может возникнуть как в бытовых или промышленных электросетях, так и в запитанном от них оборудовании.
Двойное на землю (K(1+1)). То есть, две фазы замыкаются через землю, не имея электрического контакта между собой. Такой вид замыкания возможен в системах с заземленной нейтралью.

Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85.

Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания.

Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.

Обозначение КЗ	Процентное соотношение к общему числу (%)
К(З)	5,0
K(2)	10,0
K(1)	65,0
K(1,1) и K(1+1)	20,0

Разобравшись с видами замыканий, рассмотрим, в каких ситуациях они могут возникнуть.

Причины возникновения короткого замыкания

Несмотря на случайность данного процесса, существует много причин, имеющих косвенное или прямое отношение к его происхождению. Перечислим наиболее распространенные причины, по данным аварийной статистики:

Износ электрохозяйства энергетических систем или бытовой электросети. Со временем изоляция проводов или токоведущих элементов теряет диэлектрические свойства, в результате на участке цепи возникает непредусмотренное электрическое соединение. Определить общее состояние проводки можно по проводам в электрических точках.Старение изоляции заметно на отводах к электрическим точкам
Превышение допустимой нагрузки на цепь питания. Это вызывает нагрев токоведущих элементов, что приводит к повреждению изоляции. Подробно о перегрузке электросети можно прочитать на нашем сайте.Перегрузка электросети может стать причиной короткого замыкания
Удар молнии в ВЛ. В этом случае происходит перенапряжение электросети, которое может вызвать КЗ. Обратим внимание, что молнии не обязательно попадать непосредственно в ЛЭП, близкий разряд может вызвать ионизацию воздуха, увеличивающую его электропроводимость. В результате увеличивается вероятность образования электрической дуги между линиями электропередач.
Физическое воздействие на провода, вызывающее механическое повреждение изоляции. В качестве примера достаточно вспомнить шутку, где перфоратор называют электрическим прибором для поиска скрытой проводки.
Попадание металлических предметов на токоведущие элементы. Собственно, это следствие, поскольку причина кроется в неудовлетворительном уходе за электрохозяйством.
Подключение к сети неисправного оборудования, например вызванного существенным снижением внутреннего сопротивления.
Человеческий фактор. Под это определение можно подвести практически все случаи так или иначе связанные с неправильными действиями человека. Например, ошибки при монтаже электропроводки, неудачные попытки ремонта электрооборудования, неправильные действия оперативного персонала подстанции и т.д.

Опасность и последствия

Чтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:

Возникновение возгорания в месте механического соприкосновения неизолированных элементов оборудования или электрической сети часто становится причиной пожара.
Понижение уровня напряжения электрического тока в зоне замыкания вызовет сбой в работе электрооборудования. О последствиях пониженного напряжения можно подробно узнать в одной из публикаций на нашем сайте.
Как видно из приведенной выше таблицы 1, на долю симметричных замыканий (К(З)) приходится не более 5%, это означает, что во всех остальных случаях придется иметь дело с сетевой асимметрией, более известной под названием «перекос фаз». Последствия такого режима мы уже рассматривали в более ранней публикации.
Возникновение различных системных аварий, вызывающих отключение потребителей энергосистемы до устранения короткого замыкания.

Как предотвратить КЗ и защита от него?

Нельзя полностью исключить вероятность КЗ, поскольку на природу его возникновения влияет случайная составляющая. Поэтому в данном случае может идти речь только о профилактике, понижающей вероятность возникновения аварийной ситуации. К таким мерам относятся:

Контроль состояния изоляции токоведущих элементов оборудования или линий электропередач. В частности, испытание изоляции электропроводки в производственных помещениях положено проводить не реже одного раза в три года. Для бытовых сетей нормируется только срок максимальной эксплуатации. Например, для скрытой проводки, выполненной медным проводом, допустимая эксплуатация – 40 лет.
Сверка с проектом бытовой электросети перед сверлением теоретически должна минимизировать вероятность механического повреждения скрытой проводки. Но, как показывает практика, в таких ситуациях надежней воспользоваться прибором, для поиска проводки. Обзор таких устройств и их принципиальные схемы, можно найти на нашем сайте.Детектор проводки
Отключение электроприборов при выходе из дома или квартиры.
В «сырых» помещениях (например, в ванной комнате) необходимо минимизировать количество электрооборудования. Если таковое нельзя исключить, оно должно иметь соответствующий класс защиты.
В случае повреждения электроприбора, требуется исключить возможность его подсоединения к сети питания.
Соблюдение норм потребления электроэнергии и т.д.

Не менее важным является организация защиты, она реализуется путем установки автоматических выключателей (или предохранителей) как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию проводки. Если произойдет короткое замыкание, электромагнитная защита автоматического выключателя сработает под воздействием высокого уровня тока КЗ. Как подобрать автоматический выключатель, в зависимости от номинального тока, Вы можете прочитать на нашем сайте.

Если в щитах РУ используются плавкие электрические предохранители, то после их «расплавления» (срабатывания), замена должна проводиться на однотипные устройства. Установка предохранителя с током меньше номинального приведет к ложным срабатываниям, превышение допустимого тока срабатывания может вызвать повреждение электрооборудования.

Преднамеренное КЗ

Завершая данную тему нельзя не упомянуть, что большие токи короткого замыкания могут успешно использоваться. Ярким примером этому являются электросварочные аппараты с ручным или автоматическим ограничением по току КЗ. Принцип работы и примеры электрических схем различных видов сварочного оборудования мы уже ранее рассматривали на нашем сайте.

Помимо сварочных аппаратов особенности КЗ используются в короткозамыкателях.

Внешний вид короткозамыкателя

Короткозамыкатели представляют собой специальные электромеханические устройства, вызывающие преднамеренное короткое замыкание для оперативного отключения системой защиты определенного участка цепи.

Таким образом, можно констатировать, что в приведенных примерах короткое замыкание вызывается принудительно для выполнения конструктивных действий.

Несколько видео по теме:

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-korotkoe-zamykanie.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.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Можно ли заряжать пальчиковые батарейки Дюрасел

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.

Защита от короткого замыкания

Большинство современных способов защиты от короткого замыкания основаны на принципе разрыва электрической цепи, при обнаружении КЗ.

Самые простые устройства, которые есть во многих электроприборах, защищающие от последствий коротких замыканий – это плавкие предохранители.

Чаще всего, плавкий предохранитель представляет собой проводник, рассчитанный на определенный предельный ток, который он сможет пропускать через себя, при превышении этого значения, проводник разрушается, тем самым разрывая электрическую цепь. Плавкий предохранитель — это самый слабый участок электрической цепи, который первый выходит из строя под действием высокого тока, тем самым защищает все остальные элементы.

Для защиты от коротких замыканий в квартире или доме, используются автоматические выключатели -АВ (чаще всего их называют просто автоматы), они устанавливаются на каждую группу электрической сети.

Каждый автоматический выключатель рассчитан на определенный рабочий ток, при превышении которого он разрывает цепь. Это происходит либо с помощью теплового расцепителя, который при нагреве, вследствие протекания высокого тока, механически разъединяет контакты, либо с помощью электромагнитного.

Принцип работы автоматических выключателей — это тема отдельной статьи, о них мы поговорим в другой раз. Сейчас же, хочу еще раз напомнить, что от короткого замыкания не спасает УЗО, его предназначение совсем в другом.

Для того, чтобы правильно выбрать защитный автоматический выключатель, делаются расчеты величины возможного тока короткого замыкания для конкретной электроустановки. Чтобы в случае, если КЗ произойдёт, автоматика сработала оперативно, не пропустив резко возросший ток и не сгорев от него, не успев разорвав цепь.

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

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».

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/

Короткое замыкание: причины возникновения и основные виды, признаки и последствия негативного явления

Коротким замыканием называется нештатное соединение двух точек электрической сети, обладающих разными потенциалами. При этом явлении происходит нарушение нормальной работы цепи, не предусмотренное конструкцией оборудования. Такая ситуация может возникать при повреждении изоляции проводников или прикосновении оголенных их частей. Резкое падение сопротивления нагрузки при подключении к сети также относится к короткому замыканию.

Природа негативного явления

Чтобы лучше понять происхождение этого явления, следует сделать короткое замыкание своими руками. Для этого нужно собрать простейшую электрическую цепь из батарейки, лампочки и оголенных проводов. Как только будут соединены проводами источник питания и устройство, то по цепи пойдет ток, и лампочка загорится. Провода, идущие к лампочке, необходимо замкнуть любым металлическим отрезком. Ток начнет проходить по новому проводнику и через лампочку.

Но так как сопротивление провода очень мало, то весь ток будет протекать через него. Если говорить простым языком, короткое замыкание — это кратчайшее прохождение электрического тока по пути, где наименьшее сопротивление в цепи. Проводок сильно нагреется, так как, согласно Закону Ома из физики, по нему потечет ток большого значения. В результате сильного нагрева возможен обрыв проводов или их возгорание. В больших масштабах часто из-за этого явления возникают пожары.

Причины возникновения

Считается, что короткое замыкание (КЗ) — явление случайное, которое может произойти в любое время. Существует ряд прямых и косвенных причин, приводящих к этому негативному событию. К ним относятся:

В процессе длительной эксплуатации большой износ энергетических систем или бытовой электрической сети. Провода со временем теряют качество изоляции, что приводит к непреднамеренным соединениям. Проверяется такая ситуация в местах соединения электрической проводки по степени ее нагрева. Если происходит большой нагрев проводников, значит, где-то произошло нарушение изоляции.
Часто причиной короткого замыкания считается удар молнии в высоковольтную линию. Происходит кратковременное перенапряжение сети с последующим замыканием. Если даже молния ударила рядом с линией, все равно это вызывает ионизацию воздуха, что приводит к увеличению электрической проводимости. Вследствие чего образуется дуга, соединяющая линии электрических передач.
В бытовых условиях происходит механическое повреждение изоляции. Особенно часто такая ситуация возникает во время проведения ремонта.
Возможно попадание на токоведущие элементы посторонних металлических предметов. Такая ситуация говорит о неудовлетворительном уходе за электрическим оборудованием.
Подключение к сети неисправных приборов, у которых низкое внутреннее сопротивление.

Кроме того, большое значение имеют действия человека, которые иногда могут привести к замыканию. Особенно такие моменты часто происходят при неправильном монтаже электрической проводки.

Основные виды

Существует несколько видов КЗ. Все они описываются и подтверждаются документально национальным стандартом. В перечень входят:

Трехфазное — электрический контакт осуществляется между тремя фазами цепи. В отличие от других видов, этот процесс протекает симметрично, поэтому более точно можно рассчитать силу тока в этот период. Такой вид замыкания считается самым опасным по тепловым и электродинамическим воздействиям. Наличие контакта с землей никак не влияет на параметры процесса.
Двухфазное — это короткое замыкание в электрической цепи, как все последующие, вызывает неравномерное распределение напряжения в сети. Такой вид негативного явления в кабельных линиях может быстро перейти в трехфазное замыкание из-за разрушения изоляции проводников.
Двухфазное с землей — обычно такой процесс наблюдается в электрических магистралях с заземленной нейтралью.
Однофазное с землей — наиболее часто встречающаяся ситуация, которая происходит в бытовых или промышленных электросетях и подключенным к ним устройствам.
Двойное замыкание на землю — когда две фазы замыкаются через землю, не взаимодействуя напрямую друг с другом. Наблюдается в сетях с заземленной нейтралью.

Характерные признаки и последствия

Визуально такой процесс можно определить по ярким вспышкам, появлению дыма, обугленным проводам и перегоревшим плавким предохранителям. Кроме того, при этом происходит падение напряжения и рост силы тока в электрической магистрали. Все эти явления представляют большую опасность, а именно:

В месте соприкосновения проводников или элементов устройств появляется источник возгорания, который часто приводит к возникновению пожара.
Падение напряжения приводит к сбою в работе электрического оборудования и бытовой техники.
Возникают электромагнитные волны, которые оказывают влияние на линии связи и коммуникаций.
Происходит цепь различных аварий, приводящих к отключению потребителей от энергетической системы до устранения последствий.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Как подключается однофазный счетчик

Последствия негативного явления считаются очень серьезными, поэтому при проектировании и монтаже электрооборудования обязательно устанавливаются средства защиты от КЗ.

Методы защиты

Так как возникновение этого явления полностью нельзя исключить, поэтому все меры защиты основаны на профилактике и предупреждении КЗ. Основной задачей считается применение мероприятий, понижающих вероятность возникновения аварийной ситуации. К ним относятся:

Наблюдение за состоянием изолирующего материала на токоведущих элементах или линиях электрических передач. Раз в три года проводятся испытания изоляции электрических проводов в производственных помещениях, а в бытовых магистралях определение ее надежности осуществляется согласно сроку эксплуатации. Для медного провода он составляет 40 лет.
Перед проведением ремонтных работ, связанных со сверлением стен, необходимо с помощью специального прибора определить месторасположение скрытых проводов.
Отказаться или минимизировать использование электрического оборудования в ванной комнате и в других помещениях с повышенной влажностью.

Для обеспечения безопасности электрического оборудования проводится установка автоматических выключателей как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию. Выключатель срабатывает при протекании через него большого тока, который образуется в результате замыкания в электрической сети или бытовом приборе.

В некоторых распределительных устройствах используются плавкие предохранители, рассчитанные на определенную силу тока. На производстве для защиты электрических двигателей устанавливается специальное реле, которое разрывает цепь при замыкании якоря или обмотки статора устройства.

Применение короткого замыкания

Помимо негативных характеристик, это явление широко применяется в некотором электрическом оборудовании. По этому принципу работают короткозамыкатели, которые представляют собой быстродействующие приводы.

Используются они для создания преднамеренного замыкания с целью вызвать защитное отключение. Такие приборы применяются при аварийных ситуациях в высоковольтных линиях. При поломке силового трансформатора устройство вызывает замыкание между фазами в электрических магистралях до 35 кВ или фазой и землей при напряжении от 110 кВ.

Вам это будет интересно Клеммные колодки Wago для электрических соединений

Прибор включается как автоматически, так и вручную, если есть необходимость. На основе замыкания работает электродуговая сварка, которая позволяет получить крепкие металлические соединения. Чаще всего такое устройство используется для соединения кузовных деталей автомобилей.

Источник: https://rusenergetics.ru/praktika/prichiny-korotkogo-zamykaniya

Короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы.

Определение КЗ из “Элементарного учебника физики” Ландсберга

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

где

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока.

Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления – меньшая сила тока.

Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

где

Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.

I – сила тока в этой цепи, А

Rн – сопротивление нагрузки, Ом

t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , секунды

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.

Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

Нарушение изоляции
Внешние воздействия
Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть “кривой” электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока.

Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение.

Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Ток короткого замыкания

Сверхток, образующийся в результате КЗ, называется током короткого замыкания. Как только произошло короткое замыкание в цепи, ток короткого замыкания достигает максимальных значений. После того, как провода начнут греться и плавиться, ток короткого замыкания идет на спад, так как сопротивление проводов в при нагреве возрастает.

Для источников ЭДС ток короткого замыкания может быть вычислен по формуле

где

Iкз – это ток короткого замыкания, А

E – ЭДС источника питания, В

Rвнутр. – внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Более подробно про ЭДС и внутреннее сопротивление читайте здесь.

Ниже на рисунке как раз изображен такой источник ЭДС в виде автомобильного аккумулятора с замкнутыми клеммами

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора может достигать значений в доли Ома. Теперь представьте, какой ток короткого замыкания будет течь через проводник, если закоротить им клеммы аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от многих факторов. Возьмем среднее значение Rвнутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен Iкз =E/Rвнутр. = 12/0,1=120 Ампер. Это очень большое значение.

В цепи постоянного тока

В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как “+”, и общим проводом схемы, который соединяют с “-“. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока.

Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с “минусом” аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит “жучок” – самопальный предохранитель.

Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

Двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

Однофазное на землю

Однофазное на ноль

Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю – 60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа – трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
Автоматические выключатели.
Стабилизаторы напряжения.
Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
Понижающими трансформаторами.
Распараллеливанием цепей.
Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Источник: https://www.ruselectronic.com/korotkoje-zamykanije/

Оно может случиться в следующих местах:

Розетка.
Шнур с вилкой.
Электроприборы .
Скрытая проводка.
Распределительная и соединительная коробка.

Если у вас в доме погас свет.

1 Не следует паниковать!!!

2 Проверьте щиток. Если у автомата опущенный вниз тумблер, значит он отключен.

3 Вы можете включить его, подняв тумблер вверх.

4 Автомат может отключиться не только, если проводка неисправна. Порой он выключается, если произошел высокий перепад напряжения.

5 Бывают случаи, когда не получается включить автомат и тумблер самостоятельно опускается вниз.

Существуют две причины такого явления:

Неисправность самого автомата.

Короткое замыкание произошло на проводнике.

В этом случае нужно сразу звать специалиста.

Техника безопасности

Не следует ремонтировать все самостоятельно, даже если вы хорошо разбираетесь в электричестве. Следует поручить это дело тому, у кого не один год опыта работы. Подобные люди умеют находить места повреждения при помощи специального прибора, и исправлять их без потерь для отделки.

Подобное оборудование нужно не только для поиска места, где перегородка перегорела. Ее также используют, если человек не знает, где именно находится проводка. Например, в домах старого типа ее делают за стеной.

И владелец, проделывая отверстие в стене, может случайно повредить проводку. Можно воспользоваться помощью специалиста. Он сделает схему расположения проводки в доме.

Своевременно диагностируйте и ремонтируйте проводку, чтобы избежать короткого замыкания и его последствий.

Электрика в новостройке Электрика в доме Как выбрать электрощит

Источник: https://xn-----7kcbiaqb5akjkjooffije6agi.xn--p1ai/korotkoe-zamykanie/

Как проверить короткое замыкание

Многие люди считают, что свет в их доме будет всегда. А что делать, если его вдруг не станет? Как найти короткое замыкание? Происходит оно в том случае, когда внешнее сопротивление цепи уменьшается до низкой отметки из-за нарушения изоляционного покрытия токопроводящих частей оборудования либо электропроводки. Причиной этому может послужить влага, механические повреждения или износ изоляции. Для обнаружения КЗ используют специальный прибор – мультиметр.

Что такое короткое замыкание. Его последствия

Происходит КЗ в розетках, вилках, распределительных коробках и в прочих местах, где присутствует соединение проводов. Причина всему – некачественный контакт. Он приводит к увеличению нагрузки и – как следствие – к нагреву. Чаще всего результатом становится перегорание изоляции, вследствие чего питающие провода замыкаются между собой.

Короткое замыкание очень опасно для человека и в большинстве случаев является причиной возгорания. В связи с этим определить его местоположение необходимо достаточно оперативно.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Каким прибором можно измерить сопротивление проводника

Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически проводить испытание силовых кабельных линий напряжением, что позволит избежать тяжёлых последствий.

Как визуально обнаружить источник КЗ?

Если в доме внезапно погас свет и присутствует характерный запах плавленой изоляции, первое, что необходимо сделать, – это сразу обесточить объект. После этого просмотреть все розетки и соединительные контакты. Если последние были нарушены, то такая изоляция будет иметь коричневый или чёрный оттенок. А когда вы подсоедините нагрузку, то в этом месте будет идти нагрев провода. Данную неисправность необходимо устранить сразу же, пока не случилось что-то непоправимое (например, пожар).

Как определить короткое замыкание мультиметром?

Для того чтобы определить неисправность в электрической цепи, в том числе и источник КЗ, вам понадобится специальный прибор – мультиметр. С его помощью необходимо проверить сопротивление цепи, выставив на нём соответствующий режим. Но помните: это не измерение величины тока либо напряжения, поэтому все работы стоит производить при отключённом питании!

Если проверяемый участок цепи не повреждён, то прибор подаёт звуковой сигнал и выводит величину замеренного сопротивления. В противном случае (если значение слишком большое либо высвечивается цифра «1») необходимо:

отключить питание;
отсоединить поочерёдно все провода в распределительной коробке;
выключить всё из розеток и выкрутить лампы;
прозвонить каждую цепь в отдельности;
после определения цепи с коротким замыканием, необходимо определить причину. Для этого нужно поочерёдно прозвонить все оставшиеся провода.

Перед каждым измерением необходимо проверить работоспособность мультиметра, закоротив его щупы между собой.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения испытаний силовых кабельных линий, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Источник: https://hd01.ru/info/kak-proverit-korotkoe-zamykanie/

Понятие виртуального короткого замыкания в схемах на операционных усилителях

В данной статье объясняется и обсуждается важный метод упрощения, используемый в анализе схем на операционных усилителях.

Дополнительная информация

Введение в операционные усилители

Для тех, кто ищет настоящий опыт в реальном проектировании схем, более глубокое изучение работы и реализации операционных усилителей, на мой взгляд, будет хорошим способом провести время. Эти компоненты чрезвычайно распространены, и это хорошо – это простые, универсальные устройства, обеспечивающие требуемую функциональность в, казалось бы, бесконечном списке приложений.

Анализ и проектирование схем на операционных усилителях интересны по следующей причине: мы анализируем операционные усилители с помощью упрощающих предположений, которые явно ложны, но у нас редко возникают серьезные проблемы, вызванные различиями между реальным устройством и идеализированным устройством, на котором основаны предположения.

Виртуальное короткое замыкание

Одно из этих предположений называется виртуальным коротким замыканием. На самом деле, это не является одной из фундаментальных характеристик идеального операционного усилителя. Скорее, виртуальное короткое замыкание является теоретической ситуацией, которая возникает из-за одной из основных характеристик идеального операционного усилителя, а именно, бесконечного коэффициента усиления без обратной связи.

Давайте представим, что у нас есть операционный усилитель, включенный как инвертирующий усилитель. Как почти всегда в случае схем на ОУ, работа схемы основана на использовании отрицательной обратной связи.

Рисунок 1 – Инвертирующий усилитель на операционном усилителе

Стандартный метод получения формулы коэффициента усиления по напряжению этой схемы состоит в предположении, что напряжение на неинвертирующем входном выводе (Vвх+) равно напряжению на инвертирующем входном выводе (Vвх–). Поскольку неинвертирующий вход соединен с землей, Vвх+ = 0 В, и, следовательно, Vвх– = 0 В. Но почему? Почему мы можем предположить, что эти два разных напряжения равны?

Бесконечный коэффициент усиления

Предположить, что эти два разных напряжения равны, можно потому, что на самом деле разница между этими напряжениями очень мала, а разница между напряжениями очень мала, потому что коэффициент усиления очень велик. Рассмотрим следующую диаграмму и формулу:

Рисунок 2 – Определение выходного напряжения

\[V_{вых}=A\times(V_{вх+}-V_{вх-})\]

Операционный усилитель – это дифференциальный усилитель. Он создает выходное напряжение, применяя коэффициент усиления без обратной связи (обозначенный A) к разности напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах. Если мы перестроим эту формулу так, чтобы разностное напряжение было отделено от коэффициента усиления, то получим следующее:

\[\frac{V_{вых}}{A}=V_{вх+}-V_{вх-}\]

Обратите внимание, что происходит при увеличении коэффициента усиления без обратной связи (для заданного Vвых): разность напряжений уменьшается. Когда коэффициент усиления приближается к бесконечности, разность напряжений приближается к нулю. Другими словами, если коэффициент усиления бесконечен, Vвх+ должно быть равно Vвх–, а это и есть виртуальное короткое замыкание.

Конечный коэффициент усиления

Невозможность создания усилителя с бесконечным коэффициентом усиления не отменяет практическую ценность виртуального короткого предположения.

Почему? Потому что «виртуальное короткое замыкание» – это просто еще один способ сказать, что между двумя входными напряжениями операционного усилителя существует нулевая разница, а в реальных схемах эта разница «достаточно близка» к нулю.

Коэффициент усиления без обратной связи реальных операционных усилителей может превышать 100 дБ. Это отношение выходного напряжения к входному не менее 100 000. Допустим, у нас есть операционный усилитель с A = 100 дБ, который выдает выходное напряжение 2,5 В.

\[V_{вх+}-V_{вх-}=\frac{2.5\ В}{100,000}=0.000025\ В\]

Это 25 мкВ. Когда коэффициент усиления без обратной связи достаточно высок, чтобы создавать (очень) маленькое разностное напряжение, виртуальное короткое замыкание является надежным инструментом для практического проектирования, несмотря на то, что оно нереально. И на самом деле, оно не только нереально. Оно совершенно парадоксально.

Парадокс нулевого входа

Мне не нравится, когда кто-то говорит мне, что применение коэффициента усиления к сигналу 0 В приводит к выходному напряжению 2,5 В. Я еще в школе узнал, что ноль, умноженный на любое значение, всё равно равен нулю. Идеальный операционный усилитель – это дифференциальный усилитель, а его входной сигнал (т.е. Vвх+ –Vвх–) равен нулю. Таким образом, идеальный операционный усилитель выдает нулевое выходное напряжение при любых условиях а такое устройство не кажется очень полезным.

Конечно, здесь это предположение рушится. Вы не можете использовать виртуальное короткое замыкание для определения Vвых, основываясь на обычной работе разомкнутой петли обратной связи операционного усилителя.

Скорее, виртуальное короткое замыкание – это инструмент, который мы используем, когда операционный усилитель реализуется в контексте отрицательной обратной связи.

Например, когда мы анализируем стандартный неинвертирующий усилитель, предположение о виртуальном коротком замыкании (в сочетании с предположением о нулевом входном токе) позволяет нам получить выражение для коэффициента усиления с замкнутой петлей обратной связи, как будто операционного усилителя даже нет.

https://www.youtube.com/watch?v=QUMZy3EarEk

Рисунок 3 – Неинвертирующий усилитель

\[V_{вых} = V_{вх} + IR_{ОС} = V_{вх} + \frac{R_{ОС}V_{вх}}{R_{вх}} = V_{вх} \left( 1 + \frac{R_{ОС}}{R_{вх}} \right)\]

Когда я смотрю на эту схему, мой разум естественным образом игнорирует треугольник. Коэффициент усиления операционного усилителя охвачен предположением о виртуальном коротком замыкании, и из-за этого треугольник похож на камень, брошенный в поток воды. Ток просто обтекает вокруг него.

Вход является входом или выходом?

Если вы соедините с землей инвертирующий вход операционного усилителя и подадите сигнал 1 В на неинвертирующий вход, выходной сигнал будет подтягиваться к положительной шине питания (или близко к ней), а разница между Vвх+ и Vвх– составит 1 В. В этом нет ничего удивительного; высокий коэффициент усиления устройства без обратной связи выводит выходное напряжение на максимальное значение, а входное напряжение остается на уровне 1 В.

Когда мы начинаем говорить о виртуальном коротком замыкании, ситуация становится не такой простой. Похоже, что операционный усилитель использует свой высокий коэффициент усиления для согласования входных напряжений. Например, в инвертирующей схеме один вход соединен с землей, а другой получает входной сигнал, но затем операционный усилитель решает, что эти два напряжения должны быть одинаковыми. Что на самом деле здесь происходит?

Опять же, предположение о виртуальном коротком замыкании – это то, что существует в контексте усилителя с отрицательной обратной связью.

В инвертирующей схеме инвертирующий вход подключается не только к входному сигналу (через резистор), но также и к выходу (через резистор).

Выходное напряжение влияет на напряжение на инвертирующем входе, а коэффициент усиления ОУ влияет на выходное напряжение, и это приводит к моим заключительным утверждениям относительно того, что на самом деле представляет собой виртуальное короткое замыкание:

наличие цепи отрицательной обратной связи устанавливает отношение «вход-к-выходу»/«выход-к-входу»;
разница между Vвх+ и Vвх– должна соответствовать коэффициенту усиления с обратной связью, определяемому цепью отрицательной обратной связи;
таким образом, схема естественным образом создает ситуацию, в которой разница между инвертирующим и неинвертирующим входными напряжениями очень мала, потому что единственный способ получить обычное выходное напряжение от дифференциального усилителя с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления заключается в том, чтобы иметь очень маленькое дифференциальное напряжение.

Заключение

Я надеюсь, что это обсуждение помогло вам разобраться с предположением о виртуальном коротком замыкании. Мне пришлось с ним столкнуться, когда писал статью об усилителях заряда для пьезоэлектрических датчиков, – виртуальное короткое замыкание (в данном случае виртуальное заземление) позволяет исключить влияние емкости кабеля на выходной сигнал. Если у вас есть еще какие-либо идеи по этой теме, не стесняйтесь поделиться своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Оригинал статьи:

Robert Keim. Understanding the Virtual Short in Op Amp Circuits

Короткое замыкание АКБ

Задать вопрос

Наши специалисты ответят на любой интересующий вопрос по услуге

В любом автомобиле возможно короткое замыкание аккумулятора, которое может привести к неприятным последствиям. Чтобы его избежать, рекомендуется знать основные причины и признаки.

Ток короткого замыкания автомобильного аккумулятора

В нормальном состоянии пластины с положительным и отрицательным зарядом в аккумуляторе изолированы друг от друга.

Если по каким-то причинам между ними происходит соединение, обеспечивающее течение электротока – происходит короткое замыкание (КЗ).

Это очень опасное техническое явление, которое не только разрушает сам аккумулятор, но и может навредить здоровью человека. Батарея после этого не подлежит ремонту и восстановлению.

Причины и признаки короткого замыкания

Каждому автовладельцу рекомендуется хорошо знать все основные признаки КЗ аккумулятора, чтобы уметь вовремя распознать приближение этой ситуации и успеть снять батарею до того, как произойдет самое неприятное.

Причины:

искривление металлических пластин, происходящее из-за нарушения правил эксплуатации или естественного износа материалов;
окислительные процессы, вследствие которых частицы свинца смещаются с пластин, накапливаются между ними, образуя соединяющий мостик-проводник;
шлам (мусор, частички материалов), накапливающийся на дне, провоцирующий замыкание нижней части сеток – это чаще всего происходит у старых АКБ, выработавших свой ресурс;
случайное попадание посторонних предметов внутрь, происходящее из-за небрежной работы при техническом обслуживании и зарядке батареи;
механические повреждения, происходящие из-за резких маневров автомобиля в движении, если батарея плохо закреплена;
регулярная сильная разрядка, происходящая из-за неисправного генератора;
нарушения правил сборки устройства на заводе-изготовителе.

Самый первый сигнал о неисправности – это если заряженный аккумулятор не запускает двигатель.

https://www.youtube.com/watch?v=8wseg7IB2AY

Другие признаки короткого замыкания:

снижение плотности электролита;
падение электрического напряжения;
изменение нормального тока;
нагрев корпуса при работе;
нарушение цепи аккумулятора, быстрая потеря зарядки.

В старых аккумуляторах возможность КЗ является естественным «возрастным» состоянием.

Для проверки состояния АКБ можно самостоятельно сделать предварительные выводы, если обратить внимание на несколько факторов:

напряжение резко падает до 9-10 Вольт и ниже при проверке нагрузочной вилкой;
электролит кипит в замкнутой банке при проверке вилкой (если АКБ не имеет пробок, которые нельзя открутить, чтобы посмотреть на состояние электролита – кипение можно услышать, если создать полную тишину);
электролит кипит при подаче напряжения в 14 В.

Если АКБ разряжена, то перед такой проверкой его надо зарядить. Если мостик между пластинами находится в начальной стадии формирования, то быстрой разрядки батареи не произойдет, и такая проверка не выявит признаки КЗ. В этом случае надо обратить внимание на то, как быстро разряжается батарея после полной зарядки в состоянии покоя. Если при неработающем двигателе за 3-4 суток падает напряжение – АКБ неисправна.

Чтобы избежать короткого замыкания, рекомендуется:

избегать превышения зарядки;
устанавливать правильное значение тока при зарядке;
избегать попадания мусора, пыли, посторонних предметов внутрь;
избегать падения батареи, ударов, опрокидывания набок, переворачивания;
содержать в чистоте корпус и особенно клеммы;
регулярно проверять плотность электролита, напряжение, уровень зарядки.

Если часто происходит перезарядка, то свинцовые пластины могут получить повреждения.

Корпус должен быть ровным и исправным, без вмятин, искривлений и прочих дефектов. Иначе батарея может неожиданно выйти из строя. На корпусе не должно быть пыли, грязи, капелек масла и других рабочих жидкостей. Клеммы со временем начинают окисляться. Их нужно очищать. Крепление должно быть прочным — клеммы должны прилегать к свинцовым наконечникам максимально плотно.

Опасность и последствия для аккумулятора и машины

Если короткое замыкание все-таки произошло, то могут быть следующие последствия:

полный выход АКБ из строя;
пожар;
выход из строя бортового компьютера, сигнализации и всей остальной автомобильной электроники;
сгорание предохранителей;
поломка генератора.

В интернете много советов о том, как восстановить батарею, в которой произошло КЗ. Но большинство специалистов не рекомендуют пытаться самостоятельно выполнять какие-то действия. Это не только бесполезно, но и опасно. Можно повредить автомобиль, можно получить травмы.

Вышедшую из строя АКБ нужно снять с машины и сдать в утиль. Ни в коем случае нельзя выкидывать его на свалку! В состав батареи входит много вредных для окружающей среды веществ. Разборкой этих устройств должны заниматься только сотрудники специальной фирмы, которая имеет соответствующую лицензию, и в которой есть необходимое оборудование, инструменты, защитные средства.

Жители Москвы могут обратиться в ООО «Стандарт». Здесь можно сдать старые АКБ в любом состоянии и получить за них хорошие деньги.

Заказать услугу

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Источник: https://akb-util.ru/services/stati-i-dokumenty/korotkoe-zamykanie-akb/