Веднъж монтьор каза на дама, която не е много запозната с електротехниката, причината за загубата на светлина в апартамента й. Оказало се късо съединение, а жената поискала незабавно да бъде удължено. Можете да се смеете на тази история, но е по-добре да разгледате този проблем по-подробно. Електротехниците, дори и без тази статия, знаят какво е това явление, какво заплашва и как да изчислят тока на късо съединение. Информацията по-долу е адресирана до хора, които нямат техническо образование, но, както всички останали, не са имунизирани от проблемите, свързани с работата на оборудване, машини, производствено оборудване и най-често срещаните домакински уреди. За всеки човек е важно да знае какво е късо съединение, какви са причините за него, възможните последствия и начините за предотвратяването му. Не можете да направите в това описание и без да се запознаете с основите на електрическата наука. Читател, който не ги познава, може да се отегчи и да не прочете статията до края.

Популярно изложение на закона на Ом

Без значение какво е естеството на тока в електрическата верига, той възниква само ако има потенциална разлика (или напрежение, това е едно и също нещо). Естеството на това явление може да се обясни с примера на водопада: ако има разлика в нивото, водата тече в някаква посока, а когато не, тя застава. Дори учениците знаят закона на Ом, според който токът е толкова по-голям, колкото по-високо е напрежението и колкото по-малко е, толкова по-голямо е съпротивлението, включено в товара:

I е големината на тока, която понякога се нарича "сила на тока", въпреки че това не е напълно компетентен превод от немски. Измерва се в ампери (A).

Всъщност самият ток няма мощност (тоест причината за ускорението), което е точно това, което се проявява по време на късо съединение. Този термин вече е познат и често се използва, въпреки че преподавателите от някои университети, след като са чули думите „текуща сила“ от устните на студент, веднага поставят „лошо“. „Но какво да кажем за огъня и дима, идващи от окабеляването по време на късо съединение? - ще попита упоритият противник, - Това не е ли сила? Има отговор на този коментар. Факт е, че идеални проводници не съществуват и тяхното нагряване се дължи именно на този факт. Ако приемем, че R=0, тогава няма да се отделя топлина, както става ясно от закона на Джаул-Ленц по-долу.

U е същата потенциална разлика, наричана още напрежение. Измерва се във волтове (ние имаме V, в чужбина V). Той също се нарича електродвижеща сила(ЕМП).

Р- електрическо съпротивление, тоест способността на материала да предотвратява преминаването на ток. За диелектриците (изолаторите) тя е голяма, макар и не безкрайна, за проводниците е малка. Измерва се в омове, но се оценява като конкретна стойност. От само себе си се разбира, че колкото по-дебел е проводникът, толкова по-добре провежда тока, а колкото по-дълъг е, толкова по-лош е. Следователно съпротивлението се измерва в ома, умножено по квадратен милиметъри разделено на метър. В допълнение, неговата стойност се влияе от температурата, колкото по-висока е тя, толкова повече съпротива. Например златен проводник с дължина 1 метър и 1 кв. mm при 20 градуса по Целзий има общо съпротивление от 0,024 Ohm.

Има и формула на закона на Ом за пълна верига, вътрешното (собствено) съпротивление на източника на напрежение (EMF) се въвежда в него.

Две прости, но важни формули

Невъзможно е да се разбере причината, поради която възниква ток на късо съединение, без да се овладее друга проста формула. Мощността, консумирана от товара, е равна (с изключение на реактивните компоненти, но за тях по-късно) на произведението на тока и напрежението.

P - мощност, ват или волт-ампер;

U - напрежение, волт;

I - ток, ампер.

Мощността никога не е безкрайна, винаги е ограничена от нещо, следователно, с фиксираната си стойност, с увеличаване на тока напрежението намалява. Зависимостта на тези два параметъра на работната верига, изразена графично, се нарича характеристика ток-напрежение.

И още една формула, необходима за изчисляване на токовете на късо съединение, е законът на Джаул-Ленц. Той дава представа колко топлина се генерира при издържане на натоварване и е много прост. Проводникът ще се нагрее с интензитет, пропорционален на големината на напрежението и квадрата на тока. И, разбира се, формулата не е пълна без време, колкото по-дълго съпротивлението се нагрява, толкова повече топлина ще отдели.

Какво се случва във веригата по време на късо съединение

И така, читателят може да счита, че е усвоил всички основни физични закони, за да разбере каква може да бъде величината (добре, нека бъде) на тока на късо съединение. Но първо трябва да решите въпроса какво всъщност е то. Късо съединение (късо съединение) е ситуация, при която съпротивлението на натоварване е близо до нула. Разглеждаме формулата на закона на Ом. Ако разгледаме неговата версия за част от веригата, лесно е да разберем, че токът ще клони към безкрайност. В пълната версия тя ще бъде ограничена от съпротивлението на източника на ЕМП. Във всеки случай токът на късо съединение е много голям и според закона на Джаул-Ленц, колкото е по-голям, толкова повече се нагрява проводникът, по който минава. Освен това зависимостта не е пряка, а квадратична, тоест ако I се увеличи стократно, тогава ще се отдели десет хиляди пъти повече топлина. Това е опасността от явление, което понякога води до пожари.

Проводниците светят до червено (или до бяло), те предават тази енергия на стени, тавани и други предмети, които докосват и ги запалват. Ако фазата в някое устройство докосне нулевия проводник, възниква ток на късо съединение на източника, затворен за себе си. Горимата основа на електрическата инсталация е кошмар за противопожарните инспектори и причина за много глоби, налагани на безотговорни собственици на сгради и помещения. И вината, разбира се, не са законите на Джаул-Ленц и Ом, а изолацията, изсъхнала от старост, неточна или неграмотна инсталация, механични повреди или претоварване на окабеляването.

Но токът на късо съединение, колкото и голям да е, също не е безкраен. Размерът на проблемите, които той може да направи, се влияе от продължителността на отоплението и параметрите на схемата на захранване.

AC вериги

Ситуациите, обсъдени по-горе, са от общ характер или засягат вериги с постоянен ток. В повечето случаи както жилищните, така и промишлените обекти се захранват с електричество от мрежата. AC напрежение 220 или 380 волта. Проблеми с DC кабелите най-често възникват в автомобили.

Между тези два основни вида захранване има разлика, при това значителна. Въпросът е, че пасажът променлив токпредотвратяват допълнителни компоненти на съпротивление, наречени реактивни и поради вълновия характер на възникващите в тях явления. Индуктивностите и капацитетите реагират на променлив ток. Токът на късо съединение на трансформатора е ограничен не само от активно (или омично, което може да се измери с джобен тестер) съпротивление, но и от неговата индуктивна съставка. Вторият тип натоварване е капацитивен. Спрямо вектора на активния ток се отхвърлят векторите на реактивните компоненти. Индуктивният ток изостава, а капацитивният го води с 90 градуса.

Пример за разликата в поведението на товар, който има реактивен компонент, е конвенционален високоговорител. Някои любители на силна музика го претоварват, докато магнитното поле не удари дифузора напред. Намотката излита от сърцевината и веднага изгаря, тъй като индуктивният компонент на нейното напрежение намалява.

Видове късо съединение

Токът на късо съединение може да възникне в различни вериги, свързани към различни източници на постоянен или променлив ток. Най-лесният начин е с обичайния плюс, който внезапно се свързва с минуса, заобикаляйки полезния товар.

Но с променлив ток има повече възможности. Еднофазен токкъсо съединение възниква, когато фаза е свързана към нула или заземена. В трифазна мрежа може да възникне нежелан контакт между две фази. Напрежение от 380 или повече (при предаване на мощност към дълги разстоянияна електропроводи) волтът също може да причини неприятни последици, включително светкавица на дъга по време на превключване. Той може да затвори едновременно и трите (или четирите, заедно с неутралния) проводника и трифазният ток на късо съединение ще тече през тях, докато защитната автоматика заработи.

Но това не е всичко. В ротори и статори електрически машини(двигатели и генератори) и трансформатори, понякога възниква такова неприятно явление като късо съединение между завои, при което съседни жични вериги образуват нещо като пръстен. Този затворен контур има изключително ниско AC съпротивление. Силата на тока на късо съединение в завоите се увеличава, което води до нагряване на цялата машина. Всъщност, ако се случи такова бедствие, не трябва да чакате, докато цялата изолация се стопи и електродвигателят пуши. Намотките на машината трябва да бъдат пренавити, това изисква специално оборудване. Същото важи и за случаите, когато поради „взаимстването“ е възникнал ток на късо съединение на трансформатора. Колкото по-малко гори изолацията, толкова по-лесно и евтино ще бъде пренавиването.

Изчисляване на тока на късо съединение

Без значение колко катастрофално е това или онова явление, неговата количествена оценка е важна за инженерството и приложната наука. Формулата за тока на късо съединение е много подобна на закона на Ом, просто има нужда от малко обяснение. Така:

I късо съединение = Uph / (Zn + Zt),

I к.з. - стойност на тока на късо съединение, A;

Уф- фазово напрежение, AT;

Zn е общото (включително реактивния компонент) съпротивление на веригата на късо съединение;

Zt е общото (включително реактивния компонент) съпротивление на силовия трансформатор (мощност), Ohm.

Импедансите се определят като хипотенузата на правоъгълен триъгълник, чиито крака са стойностите на активното и реактивното (индуктивно) съпротивление. Много е просто, трябва да използвате Питагоровата теорема.

Малко по-често от формулата за тока на късо съединение в практиката се използват експериментално получени криви. Те представляват зависимости на стойността на I к.з. върху дължината на проводника, напречното сечение на проводника и мощността силов трансформатор. Диаграмите са колекция от низходящи експоненциални линии, от които остава само да изберете подходящата. Методът дава приблизителни резултати, но неговата точност е подходяща за практическите нужди на инженерите по електроснабдяване.

Как е процесът

Всичко сякаш се случва моментално. Нещо бръмча, светлината помръкна и веднага угасна. Всъщност, както всяко физическо явление, процесът може да бъде мислено разтегнат, забавен, анализиран и разделен на фази. Преди настъпването на аварийния момент веригата се характеризира с постоянна стойност на тока, която е в рамките на номиналния режим. Изведнъж импедансът пада рязко до стойност, близка до нула. Индуктивните компоненти (електродвигатели, дросели и трансформатори) на товара в същото време забавят процеса на нарастване на тока. По този начин в първите микросекунди (до 0,01 сек) токът на късо съединение на източника на напрежение остава практически непроменен и дори леко намалява поради началото на преходния процес. В същото време неговият EMF постепенно достига нула, след това преминава през него и се настройва на някаква стабилизирана стойност, което осигурява потока на голямо I късо съединение. Самият ток в момента на преходния процес е сумата от периодичните и апериодичните компоненти. Анализира се формата на графиката на процеса, в резултат на което е възможно да се определи постоянна стойноствреме, в зависимост от ъгъла на наклона на допирателната към кривата на ускорението в точката на нейната инфлексия (първа производна) и времето на забавяне, определено от стойността на реактивната (индуктивната) съставна част на общото съпротивление.

Пренапрежение на тока на късо съединение

В техническата литература често се среща терминът "шоков ток на късо съединение". Не трябва да се страхувате от тази концепция, тя изобщо не е толкова ужасна и няма нищо общо с токов удар. Това понятие означава максималната стойност на I k.z. във веригата за променлив ток, която обикновено достига стойността си за половин период след възникване на аварийната ситуация. При честота 50 Hz периодът е съответно 0,2 секунди, а половината му е 0,1 секунди. В този момент взаимодействието на проводници, разположени близо един до друг, достига максималната си интензивност. Ударният ток на късо съединение се определя по формулата, която в тази статия, предназначена не за специалисти и дори за студенти, няма смисъл. Има го в специализирана литература и учебници. Сам по себе си този математически израз не е особено труден, но изисква доста обемни коментари, които задълбочават читателя в теорията на електрическите вериги.

Полезно късо съединение

Изглежда, че очевидният факт е, че късото съединение е изключително лошо, неприятно и нежелано явление. Това може да доведе в най-добрия случай до изключване на съоръжението, спиране на аварийното защитно оборудване и в най-лошия случай до изгаряне на кабелите и дори пожар. Следователно всички усилия трябва да бъдат насочени към избягване на този бич. Изчисляването на токовете на късо съединение обаче има съвсем реално и практично значение. Изобретени са много технически средства, които работят в режим на високи стойности на тока. Пример е обичайното машина за заваряване, особено дъга, която по време на работа почти късо свързва електрода със заземяване. Друг е въпросът, че тези режими са краткотрайни, а мощността на трансформатора позволява да издържа на тези претоварвания. При заваряване в точката на контакт на края на електрода преминават огромни токове (те се измерват в десетки ампери), в резултат на което се отделя достатъчно топлина за локално разтопяване на метала и създаване на здрав шев.

Методи за защита

В първите години на бурното развитие на електротехниката, когато човечеството все още смело експериментираше, въвеждайки галванични устройства, изобретявайки различни видовегенератори, двигатели и осветление, възникна проблемът със защитата на тези устройства от претоварване и токове на късо съединение. Неговото най-просто решение беше да се монтират стопяеми елементи последователно с товара, които се разрушаваха от резистивна топлина, ако токът надвиши зададената стойност. Такива предпазители обслужват хората днес, основните им предимства са простота, надеждност и ниска цена. Но те имат и недостатъци. Самата простота на „тапата“ (както бяха наречени държачите на стопяеми скорости за специфичната им форма) провокира потребителите след изгарянето му да не философстват лукаво, а да заменят повредените елементи с първите жици, кламери и дори нокти, които идват под ръка. Струва ли си да се споменава, че такава защита срещу токове на късо съединение не изпълнява своята благородна функция?

В промишлени предприятия за изключване на претоварени вериги верижни прекъсвачизапочнаха да се използват по-рано, отколкото в апартаментните щитове, но през последните десетилетия "щепселите" бяха до голяма степен заменени от тях. "Автоматичните машини" са много по-удобни, те не могат да бъдат сменени, но включени, като елиминират причината за късото съединение и изчакват термичните елементи да се охладят. Контактите им понякога изгарят и в този случай е по-добре да ги смените и да не се опитвате да ги почиствате или ремонтирате. По-сложните диференциални автомати с висока цена не издържат по-дълго от обикновените, но функционално натоварването им е по-широко, те изключват напрежението в случай на минимално изтичане на ток „отстрани“, например, когато човек е ударен от електрически ток.

В ежедневието не се препоръчва експериментиране с късо съединение.

Страница 1

Силата на тока на късо съединение на клемите на двигателя зависи от мощността на захранващия трансформатор, дължината и сечението на свързващия кабел.

Силата на токовете на късо съединение обикновено се изчислява по метода на безсъпротивление. Същността на метода е да се определи стойността на съпротивлението на отделните елементи на системата, след това общото (общото) съпротивление на цялата мрежа от източника на захранване до мястото на повреда и от величината на общото съпротивление - късото сила на тока на веригата. В този случай съпротивлението на отделни участъци от мрежата с различни напрежения се отнася към напрежението на късо съединение.

Силата на тока на късо съединение, който възниква в превключваната секция, може да бъде ограничена чрез въвеждане на съпротивление в тази секция, а работният ток на ротора трябва да преминава през такова съпротивление само по време на превключване. Последното е необходимо, за да няма твърде големи топлинни загуби.

Ако токът на късо съединение надвишава 2000 A/V.

Измерване на токове на късо съединение в галванични елементи с ниска вътрешно съпротивлениетрудно, тъй като връзката измервателен уред(милиамперметър или амперметър) увеличава съпротивлението на веригата и изкривява истинската стойност на тока.

Определете тока на късо съединение на батерията, ако при ток от 2 A във външната верига се освободи мощност от 24 W, а при ток от 5 A - мощност от 30 W. намирам максимална мощност, които могат да се откроят във веригата.

За да се изчисли силата на тока на късо съединение в мрежи с напрежение над 1000 V, е необходимо да се знаят съпротивленията на генератори, трансформатори, далекопроводи и други елементи.

За ограничаване на силата на тока на късо съединение, който възниква при образуване на дъга между електродите в електрофилтъра, и за гасене на дъгата във веригата първична намоткависоковолтов трансформатор свързан последователно буферно съпротивление (реостат) BS.

ОТ; / - сила на тока на късо съединение, A; R - съпротивление на проводника, Ohm; t - време на късо съединение, s; cpr - топлинен капацитет на материала на проводника, J / / (kg - K); mr - маса на проводника, kg.

Изчислените по този начин стойности на тока на късо съединение позволяват да се провери съответствието на каталожните стойности на термичната (топлинна) и динамичната (ударна) устойчивост на избраните устройства с изчислените стойности на токове на късо съединение.

Каква формула се използва за определяне на тока на късо съединение.

Ijmn, близо до силата на тока на късо съединение, генераторът не произвежда повече ток с по-нататъшно увеличаване на скоростта на ротора.