Kratkostični tok in njegov izračun. Tok kratkega stika

Ko je bila dama, ki ni bila zelo dobro usposobljena za elektrotehniko, je monter povedal razlog za izgubo svetlobe v njenem stanovanju. To se je izkazalo za kratek stik in ženska je zahtevala, da se jo nemudoma podaljša. Ta zgodba se lahko smeji, vendar je bolje, da to motnjo obravnavamo bolj podrobno. Električarji in brez tega članka vedo, kaj je ta pojav, kaj ogroža in kako izračunati tok kratkega stika. Naslednje informacije so namenjene ljudem, ki nimajo tehnične izobrazbe, vendar kot vsi ostali niso zavarovani od težav, povezanih z delovanjem strojev, strojev, proizvodne opreme in najpogostejših gospodinjskih aparatov. Pomembno je, da vsaka oseba ve, kaj je kratek stik, kakšni so njegovi vzroki, možne posledice in metode za njegovo preprečevanje. Ne da bi v tem opisu uspelo, ne da bi poznali osnove elektrotehnike. Neznanje njihovega bralca lahko postane dolgčas in ne konča branja članka.

Priljubljena izjava o Ohmovem zakonu

Ne glede na naravo toka električni tokokrog pojavlja se le, če obstaja potencialna razlika (ali napetost, je enaka). Naravo tega fenomena lahko pojasnimo s primerom slapa: če je razlika v nivojih, voda teče v določeni smeri, in ko ni, stoji mirno. Tudi učenci poznajo Ohmov zakon, po katerem je tok večji, višja je napetost in nižja, višja je upornost obremenitve:

I = U / R,

kjer:

I je velikost toka, ki se včasih imenuje "jakost toka", čeprav to ni zelo kompetenten prevod iz nemščine. Merjeno v amperih (A).

Dejansko moč (to je vzrok pospeševanja) nima toka per se, kar je točno to, kar se pojavi med kratkim stikom. Ta izraz je že postal običajen in se pogosto uporablja, čeprav učitelji na nekaterih univerzah, ki iz ustnih ust učencev slišijo besede »trenutna moč«, takoj »ne zadostujejo«. »Kaj pa ogenj in dim, ki prihajajo iz napeljave med kratkim stikom? - trdovratni nasprotnik bo vprašal, - Ali to ni moč? «Na to opombo je odgovor. Dejstvo je, da idealnih vodnikov ni in da je njihovo ogrevanje posledica tega. Če predpostavimo, da je R = 0, se toplota ne bi dodelila, kot je razvidno iz spodaj naštetega Joule-Lenzovega zakona.

U je ista potencialna razlika, imenovana tudi napetost. Merjeno v voltih (imamo B, v tujini V). Imenuje se tudi elektromotorna sila (EMF).

R je električni upor, to je sposobnost materiala, da prepreči prehod toka. V dielektrih (izolatorjih) je velik, čeprav ni neskončen, v prevodnikih je majhen. Meri se v ohmih, vendar je ocenjena kot specifična vrednost. Samoumevno je, da je debelejša žica boljša, saj jo napaja, in dlje je, slabše. Zato se upornost meri v ohmih, pomnoženih s kvadratnim milimetrom in razdeljenim z metrom. Poleg tega na njegovo vrednost vpliva temperatura, višja je, večja je odpornost. Na primer, zlato dirigent z dolžino 1 meter in prerez 1 kvadratni. mm pri 20 stopinjah Celzija je skupni upor 0,024 Ohm.

Obstaja tudi Ohmova zakonska formula za celotno vezje, v katero je vnesena notranja (notranja) odpornost napetostnega vira (EMF).

Dve preprosti, vendar pomembni formuli

Razumevanje vzroka nastanka kratkega stika je nemogoče brez obvladovanja druge preproste formule. Moč, ki jo porabi obremenitev, je enaka (brez upoštevanja reaktivnih komponent, vendar o njih kasneje) do produkta toka in napetosti.

P = U x I,

kjer:

P - moč, Watt ali Volt-Ampere;

U - napetost, Volt;

I - tok, Ampere.

Moč neskončnega se ne zgodi, vedno je nekaj omejenega, zato se njegova fiksna vrednost s povečevanjem napetosti zmanjšuje. Odvisnost teh dveh parametrov delovnega vezja, izražena grafično, se imenuje karakteristika tokovne napetosti.

Druga formula, ki je potrebna za izračun tokov kratkega stika, je Joule-Lenzov zakon. Predstavlja idejo, koliko toplote se sprosti, ko je obremenitev odporna, in je zelo preprosta. Vodnik se bo ogreval z intenzivnostjo, ki je sorazmerna z napetostjo in kvadratom toka. In, seveda, formula ne dela brez časa, bolj ko se upor segreva, več toplote bo sprostila.

Kaj se zgodi v tokokrogu med kratkim stikom

Tako lahko bralec domneva, da je obvladal vse glavne fizikalne zakone, da bi razumel, kakšna je lahko velikost kratkega stika (v redu, naj bo). Ampak najprej se morate odločiti o vprašanju, kaj pravzaprav je. Kratek stik (kratki stik) je situacija, ko je upornost obremenitve blizu ničle. Pogledamo formulo Ohmovega zakona. Če upoštevamo njegovo možnost za del tokokroga, je lahko razumeti, da bo tok težil k neskončnosti. V polni različici bo omejena z uporom vira EMF. V vsakem primeru je kratkostični tok zelo visok in v skladu z Joule-Lenzovim zakonom, bolj ko je to, bolj se ogreva vodnik, po katerem gre. Poleg tega odvisnost ni neposredna, temveč kvadratna, to pomeni, če se poveča stokrat, potem se bo toplota sprostila deset tisočkrat. To je nevarnost pojava, ki včasih vodi do požarov.

Žice se segrejejo rdeče vroče (ali bele), prenašajo to energijo na stene, stropove in druge predmete, ki se jih dotikajo, in jih požarijo. Če se faza v neki napravi dotakne nevtralnega vodnika, se pojavi kratek stik vira, ki je zaprt sam. Gorivo električne napeljave je nočna mora za požarne inšpektorje in vzrok številnih glob, naloženih neodgovornim lastnikom stavb in prostorov. Razlog za to je seveda ne zakon Joule-Lenz in Om, temveč izolacija, ki je izsušena od starosti, napačna ali nepismena namestitev, mehanska poškodba ali preobremenitev kablov.

Vendar pa tudi kratkostični tok, ne glede na velikost, ni neskončen. Velikost težav, ki jih lahko uniči, vpliva na trajanje ogrevanja in parametre tokokroga napajanja.

Izmenični tokokrogi

Zgoraj navedene razmere so bile splošne narave ali povezane z enosmernimi tokokrogi. V večini primerov se oskrba z električno energijo stanovanjskih in industrijskih objektov proizvaja iz 220 ali 380 voltnega omrežja izmenične napetosti. Težave z ožičenjem enosmerni tok najpogosteje pojavljajo v avtomobilih.

Obstaja razlika med tema dvema osnovnima vrstama napajanja in pomemben. Dejstvo je, da prehod izmeničnega toka ovirajo dodatne komponente upora, ki se imenujejo reaktivne in zaradi valovne narave pojavov, ki se pojavljajo v njih. Induktivnost in kapacitivnost se odzivata na izmenični tok. Kratkostični tok transformatorja ni omejen le z uporom aktivnega (ali ohmskega, to je tistega, ki ga je mogoče izmeriti s testerjem žepne naprave), temveč tudi zaradi njegove induktivne komponente. Druga vrsta obremenitve je kapacitivna. V zvezi z vektorjem aktivnega toka so vektorji reaktivnih komponent zavrnjeni. Induktivni tok zaostaja, kapacitivni tok pa za 90 stopinj.

Primer razlike v obnašanju bremena z reaktivno komponento lahko služi kot običajen zvočnik. Nekateri ljubitelji glasne glasbe se preobremenijo, dokler difuzor ne razbije magnetnega polja naprej. Tuljava odplavlja iz jedra in takoj izgori, ker se induktivna komponenta njene napetosti zmanjša.

Vrste KZ

Tok kratkega stika se lahko pojavi v različnih tokokrogih, ki so priključeni na različne vire neposrednega ali izmeničnega toka. Najpreprostejša stvar je z običajnim plusom, ki se nenadoma poveže z minusom, mimo obremenitve.

Toda z alternativnimi trenutnimi možnostmi več. Enofazni kratkostični tok se pojavi, ko je faza priključena na nevtralno ali ozemljeno. V trifaznem omrežju lahko pride do neželenega stika med dvema fazama. Napetost 380 ali več (pri prenosu energije na dolge razdalje preko električnih vodov) lahko povzroči tudi neprijetne posledice, vključno z obločno bliskavico v času preklopa. Vse tri (ali štiri, skupaj z nevtralnim) žice lahko kratek stik istočasno, in trifazni tok kratkega stika bo teče skozi njih, dokler se ne aktivira samodejni sistem zaščite.

Ampak to še ni vse. V rotorjih in statorjih električnih strojev (motorjev in generatorjev) in transformatorjev se včasih pojavi tako neprijeten pojav kot prepleten krog, v katerem sosednje žične zanke tvorijo nekakšen obroč. Ta zaprta zanka ima izredno nizko upornost v omrežju AC. Tok kratkega stika v kolobarjih se poveča, kar povzroči segrevanje celotnega stroja. Pravzaprav, če se je zgodila takšna nesreča, ne bi smeli počakati, da se vsa izolacija stopi in elektromotor začne kaditi. Navitja stroja je treba ponovno naviti, za to potrebujete posebno opremo. Enako velja za tiste primere, kjer je zaradi "med obratom" prišlo do kratkega stika transformatorja. Manj kot je izgorevanje izolacije, lažje in ceneje bo nazaj.

Izračun velikosti toka med kratkim stikom

Ne glede na to, kako katastrofalen je ta ali ta pojav, za inženiring in uporabna znanost njegova kvantitativna ocena je pomembna. Formula kratkega stika je zelo podobna Ohmovemu zakonu, samo zahteva nekaj pojasnila. Torej:

I bližnjica = Uph / (Zn + Zt),

kjer:

I k.z. - velikost kratkostičnega toka, A;

Fazna napetost, V;

Zn je celotna (vključno z reaktivno komponento) upornost kratkostične zanke;

Zt je skupni (vključno z reaktivno komponento) upornost močnostnega transformatorja (moči), Ohm.

Impedanca je definirana kot hipotenuza pravokotnega trikotnika, katerega noge so aktivni in reaktivni (induktivni) upori. To je zelo preprosto, morate uporabiti Pitagorov izrek.

Nekoliko bolj pogosto kot kratkostični tok v praksi se uporabljajo eksperimentalno izvedene krivulje. So odvisnosti od vrednosti I k.z. na dolžini prevodnika, odsek žice in moč transformatorja. Grafi so niz padajočih eksponencialnih linij, od katerih preostane samo, da izberete ustrezno. Metoda daje približne rezultate, vendar natančnost v celoti ustreza praktičnim potrebam energetskih inženirjev.

Kako poteka proces

Zdi se, da se vse zgodi takoj. Nekaj ​​je zvenelo, svetloba je utihnila in takoj izginila. Pravzaprav se lahko proces, tako kot vsak fizični pojav, mentalno raztegne, upočasni, analizira in razdeli v faze. Pred začetkom zasilnega momenta je vezje označeno s stacionarno tokovno vrednostjo, ki je v mejah nominalnega načina. Nenadoma se skupni upor močno zmanjša na vrednost blizu nič. Induktivne komponente (elektromotorji, dušilke in transformatorji) se obremenijo, kot da bi upočasnili proces tekoče rasti. Tako v prvih mikrosekundah (do 0,01 s) moč kratkostičnega toka napetostnega vira ostaja skoraj nespremenjena in se celo nekoliko zmanjša zaradi začetka prehodnega procesa. Hkrati pa njegova emf postopoma doseže ničelno vrednost, nato preide skozi njo in je nastavljena na neko stabilizirano vrednost, ki zagotavlja tok velikega I k.s. Sam tok v času prehodnega procesa je vsota periodičnih in aperiodičnih komponent. Analizira se oblika grafa procesa, zaradi česar je mogoče določiti konstantno časovno obdobje, odvisno od kota nagiba tangente do krivulje pospeška pri njegovi prevojni točki (prvi derivat) in zakasnitvi, ki jo določa vrednost reaktivne (induktivne) komponente skupnega upora.

Kratek stik na trenutni tok

Izraz "tok kratkega stika s kratkimi stiki" se pogosto nahaja v strokovni literaturi. Ne bi se smeli bati tega koncepta, sploh ni tako strašnega in nima neposredne povezave z izgubo električne energije. Koncept tega pomeni največjo vrednost I k. v tokokrogu izmeničnega tokokroga, ko doseže svojo vrednost običajno pol časa po pojavu izrednega dogodka. Pri frekvenci 50 Hz je čas 0,2 sekunde, njegova polovica pa 0,1 sekunde. Na tej točki se medsebojna interakcija vodnikov, ki se nahajajo blizu drug drugega, doseže največjo intenzivnost. Udarni tok kratkega stika je določen s formulo, ki v tem članku, ki ni namenjena strokovnjakom in tudi študentom, nima smisla podajati. Na voljo je v posebni literaturi in učbenikih. Ta matematični izraz sam po sebi ni posebej težak, vendar zahteva precej dolge pripombe, ki bralca poglobijo v teorijo električnih vezij.

Koristen kratek stik

Zdi se, da je očitno dejstvo, da je kratek stik izjemno slab, neprijeten in nezaželen pojav. V najboljšem primeru lahko povzroči izničenje objekta, izklop zaščitne opreme v sili in v najslabšem primeru ožičenje in celo ogenj. Zato se morajo vse sile osredotočiti na to, kako se izogniti tej nadlogi. Vendar je izračun tokov kratkega stika zelo resničen in praktičen. Izumil veliko tehničnih orodij, ki delujejo v načinu visokih trenutnih vrednosti. Primer je lahko običajen varilni stroj, zlasti lok, ki v času delovanja kratkostično povezuje elektrodo s ozemljitvenim priključkom. Druga težava je, da so ti načini kratkotrajni in moč transformatorja lahko prenese te preobremenitve. Pri varjenju, na točki dotika, konci elektrode prehajajo skozi velike tokove (merijo se v desetih amperih), zaradi česar se sprosti dovolj toplote, da se kovina topi lokalno in ustvari močan zvar.

Metode zaščite

V prvih letih hitrega razvoja elektrotehnike, ko je človeštvo še pogumno eksperimentiralo, uvajalo naprave za galvanizacijo, iznašalo različne vrste generatorjev, motorjev in razsvetljave, se je pojavil problem zaščite teh naprav pred preobremenitvami in kratkostičnimi tokovi. Najpreprostejša rešitev je bila vgradnja taljivih elementov v seriji z obremenitvijo, ki se je pod vplivom uporovne toplote sesula, če je tok presegel nastavljeno vrednost. Te varovalke so danes ljudje, njihove glavne prednosti pa so enostavnost, zanesljivost in nizki stroški. Vendar imajo slabosti. Zgolj preprostost plutovinastega (tako imenovanega taljivega nosilca za njihovo specifično obliko) povzroča uporabnikom, potem ko je izgorela, ne filozofirati, ampak zamenjati neuspele elemente s prvimi žicami, sponkami ali celo žeblji. Ali je vredno omeniti, da taka zaščita pred kratkostičnimi tokovi ne izpolnjuje svoje plemenite funkcije?

V industrijskih podjetjih so se za izničenje preobremenjenih tokokrogov začela uporabljati samodejni odklopniki kot v stanovanjskih panelih, v zadnjih desetletjih pa so jih v veliki meri nadomestili prometni zastoji. "Samodejno" je veliko bolj priročno, ni mogoče spremeniti, ampak vklopiti, odpraviti vzrok kratkega stika in čakati, da se toplotni elementi ohladijo. Včasih gorijo stike, v tem primeru jih je bolje zamenjati in jih ne poskušati očistiti ali popraviti. Bolj zapleteno diferencialni avtomati pri visokih stroških ne trajajo dlje kot običajno, vendar je njihova funkcionalnost širša, odklopijo napetost v primeru minimalnega puščanja toka "na strani", na primer, ko osebo zadene tok.

V vsakdanjem življenju eksperimentiranje s kratkim stikom ni priporočljivo.