Ток на късо съединение и неговото изчисление. Ударен ток на късо съединение

Веднъж дама, която не е много добре запозната с електротехниката, монтажникът обясни причината за загубата на светлина в апартамента си. Оказа се, че това е късо съединение и жената настоява тя да бъде удължена веднага. Човек може да се смее на тази история, но е по-добре да разгледаме тази неприятност по-подробно. Електриците и без тази статия знаят какво е това явление, какво заплашва и как да се изчисли тока на късо съединение. Следната информация е насочена към хора, които нямат техническо образование, но, както всички останали, не са осигурени от проблемите, свързани с работата на машини, машини, производствено оборудване и най-често срещаните домакински уреди. Важно е всеки човек да знае какво е късо съединение, какви са неговите причини, възможни последствия и методи за неговото предотвратяване. Да не се справяме в това описание, без да познаваме основите на електрическата наука. Не знаейки, че читателят може да се отегчи и да не свърши четенето на статията до края.

Популярна декларация за закон на Ом

Без значение каква е природата на тока електрическа верига това се случва само ако има потенциална разлика (или напрежение, което е същото). Характерът на това явление може да бъде обяснен с примера на водопад: ако има разлика в нивата, водата тече в определена посока, а когато не е, стои неподвижно. Дори учениците знаят закона на Ом, според който токът е по-голям, колкото по-високо е напрежението и колкото по-ниско, толкова по-голямо е съпротивлението в товара:

I = U / R,

когато:

Аз е величината на тока, която понякога се нарича "ампераж", въпреки че това не е много компетентен превод от немски. Измерва се в ампери (А).

Всъщност мощността (това е причината за ускорението) няма ток per se, което е точно това, което се появява по време на късо съединение. Този термин вече е станал обичаен и често се използва, въпреки че учителите в някои университети, чувайки от устата на ученика, думите „настояща сила“ веднага поставят „не е достатъчно“. - Но какво да кажем за огъня и дима, идващи от кабелите по време на късо съединение? - упорният противник ще попита: - Това не е ли власт? На този въпрос има отговор. Факт е, че няма идеални проводници и тяхното отопление се дължи на този факт. Ако приемем, че R = 0, тогава топлината няма да бъде разпределена, както е видно от закона Joule-Lenz, даден по-долу.

U е същата потенциална разлика, наричана още напрежение. Измерени в Volts (имаме B, в чужбина V). Тя се нарича още и електромоторна сила (ЕМП).

R е електрическото съпротивление, т.е. способността на материала да предотврати преминаването на ток. В диелектриците (изолатори) той е голям, макар и не безкраен, в проводниците е малък. Тя се измерва в ома, но се оценява като специфична стойност. От само себе си се разбира, че колкото по-дебел е проводникът, толкова по-добре се провежда ток, и колкото по-дълго е то, толкова по-лошо. Следователно, съпротивлението се измерва в оми, умножени по квадратен милиметър и разделени с метър. В допълнение, неговата стойност се влияе от температурата, колкото е по-висока, толкова по-голяма е съпротивлението. Например, златен проводник с дължина от 1 метър и напречно сечение от 1 квадрат. mm при 20 градуса по Целзий има общо съпротивление 0,024 Ohm.

Има и формула на закона на Ом за пълната верига, вътрешното (вътрешно) съпротивление на източника на напрежение (ЕМП) е въведено в него.

Две прости, но важни формули

Разбирането на причината за възникването на късо съединение е невъзможно без овладяване на друга проста формула. Енергията, консумирана от товара, е равна (без да се вземат предвид реактивните компоненти, но за тях по-късно) до произведението на ток и напрежение.

P = U x I,

когато:

P - мощност, Watt или Volt-Ampere;

U - напрежение, Volt;

Аз - ток, Ампер.

Силата на безкрайността не се случва, тя винаги е нещо ограничено, така че когато нейната фиксирана стойност с нарастващо напрежение намалява. Зависимостта на тези два параметъра от работната верига, изразена графично, се нарича характеристика на токовото напрежение.

Друга формула, необходима за изчисляване на токовете на късо съединение, е законът на Жул-Ленц. Тя дава представа колко топлина се освобождава, когато товарът се устои, и е много проста. Проводникът ще се загрява с интензивност, пропорционална на напрежението и квадрата на тока. И, разбира се, формулата не върви без време, колкото по-дълго се нагрява съпротивлението, толкова повече топлина ще освободи.

Какво се случва във веригата по време на късо съединение

Така че, читателят може да предположи, че е усвоил всички основни физични закони, за да разбере какво може да бъде токът на късото съединение (добре, нека бъде). Но първо трябва да решиш по въпроса какво, всъщност, е то. Късо съединение (късо съединение) е ситуация, при която съпротивлението на товара е близо до нула. Разглеждаме формулата на закона на Ом. Ако разгледаме неговата опция за част от верига, лесно е да разберем, че токът ще се стреми към безкрайност. В пълната версия тя ще бъде ограничена от съпротивлението на източника на ЕМП. Във всеки случай, токът на късо съединение е много висок и според закона Joule-Lenz, колкото повече е то, толкова по-нагрява се проводникът, по който върви. Освен това, зависимостта не е директна, а квадратична, т.е. ако увелича стократно, тогава топлината ще се освободи десет хиляди пъти повече. Това е опасността от явлението, което понякога води до пожари.

Те се нагряват горещо (или бяло), прехвърлят тази енергия на стени, тавани и други предмети, които те докосват, и ги подпалват. Ако фазата в някое устройство докосне неутралния проводник, възниква ток на късо съединение на източника, който е затворен за себе си. Горивната база на електрическите инсталации е кошмар за противопожарните инспектори и причината за много глоби, наложени на безотговорни собственици на сгради и помещения. И причината е, разбира се, не законите на Жул-Ленц и Ом, а изолацията, която е изсъхнала от старостта, неточно или неграмотно инсталиране, механични повреди или претоварване на кабелите.

Въпреки това, ток на късо съединение, без значение колко е голям, също не е безкраен. Размерът на проблемите, които той може да обърка, влияе върху продължителността на отопление и параметрите на електрическата верига.

Променливотокови вериги

Разгледаните по-горе ситуации са от общ характер или са свързани с вериги с постоянен ток. В повечето случаи електрозахранването както на жилищни, така и на промишлени обекти се произвежда от мрежа с променливо напрежение 220 или 380 волта. Проблеми с окабеляването постоянен ток най-често се срещат в автомобили.

Има разлика между тези два основни вида захранване и значителна. Факт е, че преминаването на променлив ток е затруднено от допълнителни компоненти на съпротивлението, наречени реактивни и поради вълновата природа на възникващите в тях явления. Индуктивността и капацитетът реагират на променлив ток. Токът на късо съединение на трансформатора е ограничен не само от активната (или омична, т.е. такава, която може да бъде измерена чрез тестера на джобното устройство), но и от неговия индуктивен компонент. Вторият тип товар е капацитивен. Относително на вектора на активния ток, векторите на реактивните компоненти се отхвърлят. Индуктивният ток изостава и капацитивният ток напредва с 90 градуса.

Пример за разликата в поведението на товара с реактивен компонент може да служи като нормален говорител. Някои от любителите на силна музика претоварват, докато дифузорът не разбие магнитното поле напред. Бобината излита от сърцевината и веднага изгаря, тъй като индуктивният компонент на напрежението му намалява.

Видове KZ

Токът на късо съединение може да възникне в различни вериги, свързани към различни източници на директен или променлив ток. Най-простото нещо е с обичайния плюс, който изведнъж се свързва с минус, заобикаляйки полезния товар.

Но с променливи опции повече. Еднофазен ток на късо съединение възниква, когато фазата е свързана към неутрална или заземена. В трифазна мрежа може да възникне нежелан контакт между две фази. Напрежението от 380 или повече (при предаване на енергия на дълги разстояния през електропроводите) може да предизвика неприятни последствия, включително и дъгова светкавица по време на превключване. Всичките три (или четири, заедно с неутралните) проводници могат да бъдат затворени едновременно, а трифазният ток на късо ще тече през тях, докато се активира автоматичната система за защита.

Но това не е всичко. В ротори и статори на електрически машини (двигатели и генератори) и трансформатори, понякога се появява такова неприятно явление като преплитаща се верига, в която съседните телени вериги образуват вид пръстен. Този затворен контур има изключително ниско съпротивление в AC мрежата. Токът на късо съединение в намотките се увеличава, което води до нагряване на цялата машина. Всъщност, ако се е случило такова нещастие, не трябва да се изчаква, докато цялата топлоизолация се разтопи и електродвигателят започне да пуши. Намотките на машината трябва да се пренавият, за това се нуждаете от специално оборудване. Същото се отнася и за случаите, в които поради "взаимното завъртане" възниква ток на късо съединение на трансформатор. Колкото по-малко изгаря изолацията, толкова по-лесно и по-евтино ще е да се върти назад.

Изчисляване на величината на тока по време на късо съединение

Без значение колко катастрофално е това или онова явление, за инженерството и приложна наука неговата количествена оценка е важна. Текущата формула за късо съединение е много подобна на закона на Ом, тя просто изисква известно обяснение. Така че:

I съкращение = Uph / (Zn + Zt),

когато:

I k.z. - величината на тока на късо съединение, А;

Напрегнато напрежение, V;

Zn е съпротивлението на общата (включително реактивната компонента) на късо съединение;

Zt е съпротивлението на общата (включително реактивната компонента) на силовия трансформатор (мощност), Ом.

Импедансите се дефинират като хипотенуза на правоъгълен триъгълник, чиито крака са активни и реактивни (индуктивни) съпротивления. Много е просто, трябва да използвате теоремата на Питагорей.

По-често от формулата на тока на късо съединение, на практика се използват експериментално получени криви. Те са зависимости от стойността на I k.z. по дължина на проводника, тел и мощност на силови трансформатори. Графиките са набор от низходящи експоненциални линии, от които остава само да изберете подходящия. Методът дава приблизителни резултати, но неговата точност напълно удовлетворява практическите нужди на енергийните инженери.

Как протича процесът

Изглежда, че всичко се случва моментално. Нещо бръмчеше, светлината избледня и веднага излезе. Всъщност, както всяко физическо явление, процесът може да бъде разтегнат, забавен, анализиран и разделен на фази. Преди началото на аварийния момент веригата се характеризира с постоянна стойност на тока, която е в границите на номиналния режим. Изведнъж общото съпротивление рязко намалява до стойност, близка до нула. Индуктивни компоненти (електродвигатели, дросели и трансформатори) се натоварват, сякаш забавят процеса на текущия растеж. Така в първите микросекунди (до 0.01 сек.) Силата на тока на късо съединение на източника на напрежение остава почти непроменена и дори малко намалява поради началото на преходния процес. В същото време, нейната ЕДС постепенно достига нулева стойност, след това преминава през нея и е настроена на някаква стабилизирана стойност, която осигурява потока на голям I k.s. Самият ток по време на преходния процес е сума от периодични и апериодични компоненти. Анализира се формата на графика на процеса, в резултат на което е възможно да се определи постоянно време в зависимост от ъгъла на наклона на допирателната към кривата на ускорението в неговата точка на инфлексия (първата производна) и времето на забавяне, определено от стойността на реактивната (индуктивна) компонента на общото съпротивление.

Ударен ток на късо съединение

Терминът "ток на удар на късо съединение" често се среща в техническата литература. Не трябва да се страхувате от тази концепция, тя изобщо не е толкова ужасна и няма пряка връзка с поражението от електричеството. Концепцията за това означава максималната стойност на I k. в веригата за променлив ток, достигайки стойността си обикновено половин период след възникване на аварийна ситуация. При честота от 50 Hz периодът е 0.2 секунди, а неговата половина е съответно 0.1 секунди. В този момент взаимодействието на проводници, разположени близо един до друг, достига най-голяма интензивност. Ударният ток на късо съединение се определя от формулата, която в тази статия, предназначена не за специалисти и дори не за ученици, няма смисъл да се дава. Той е достъпен в специална литература и учебници. Само по себе си, този математически израз не е особено труден, но изисква доста дълги коментари, които задълбочават читателя в теорията на електрическите вериги.

Полезно късо съединение

Изглежда, че очевидният факт е, че късо съединение е изключително лошо, неприятно и нежелано явление. Това може да доведе в най-добрия случай до обеззаразяване на обекта, изключване на аварийно защитно оборудване и в най-лошия - до окабеляване и дори до пожар. Следователно, всички сили трябва да се съсредоточат върху това как да избегнат този бич. Изчислението на токове на късо съединение обаче има много реално и практическо значение. Измисли много технически инструменти, работещи в режим на високи текущи стойности. Един пример може да бъде конвенционална заваръчна машина, по-специално дъга, която по време на работа късо съединение на електрод със заземяваща връзка. Друг проблем е, че тези режими са краткотрайни и мощността на трансформатора може да издържи тези претоварвания. При заваряване, в точката на допиране, краищата на електрода преминават огромни токове (те се измерват в десетки ампера), в резултат на което се отделя достатъчно топлина, за да се разтопи металът локално и да се създаде силна заварка.

Методи за защита

Още в първите години на бързото развитие на електротехниката, когато човечеството все още смело експериментираше, въвеждайки галванични устройства, измисляйки различни видове генератори, двигатели и осветление, възникна проблемът да се защитят тези устройства от претоварвания и токове на късо съединение. Най-простото решение е да се монтират последователно плавни елементи с натоварването, които се разрушават от резистивната топлина в случай, че токът надвиши зададената стойност. Тези предпазители са хора днес, основните им предимства са простотата, надеждността и ниската цена. Но те имат недостатъци. Самата простота на „корка“ (така наречените притежатели на плавния темп за тяхната специфична форма) провокира потребителите, след като са изгаснали, да не философствуват лукаво, а да заместят неуспешните елементи с първите жици, кламери или дори нокти. Заслужава ли да се спомене, че такава защита срещу токове на късо съединение не изпълнява благородната си функция?

В промишлените предприятия, за да се преустановят пренатоварените вериги, автоматичните прекъсвачи започнаха да се използват по-рано, отколкото в панелните апартаменти, но през последните десетилетия задръстванията до голяма степен бяха заменени от тях. "Автоматично" е много по-удобно, те не могат да се променят и да се включат, елиминирайки причината за късо съединение и чакайки топлинните елементи да се охладят. Те понякога изгарят контактите, в този случай е по-добре да ги замени и да не се опитва да ги почисти или поправи. По-сложна диференциални автомати при висока цена те не издържат по-дълго от обичайното, но функционалността им е по-широка, прекъсват напрежението в случай на минимално изтичане на ток “от страната”, например, когато човек е ударен от ток.

В ежедневието не се препоръчва експериментиране с късо съединение.