За да се гарантира безопасността при работа с домакински електрически уреди, е необходимо правилно да се изчисли напречното сечение на захранващия кабел и окабеляването. Тъй като неправилно избраното напречно сечение на кабела може да доведе до пожар в окабеляването поради късо съединение. Това заплашва да предизвика пожар в сградата. Това важи и за избора на кабел за свързване на електродвигатели.
Текущо изчисление
Текущата стойност се изчислява по мощност и е необходима на етапа на проектиране (планиране) на жилище - апартамент, къща.
- Стойността на това количество зависи от избор на захранващ кабел (тел), чрез които устройствата за консумация на енергия могат да бъдат свързани към мрежата.
- Познавайки напрежението на електрическата мрежа и пълното натоварване на електрическите уреди, използвайки формулата изчислете тока, който ще трябва да премине през проводника(тел, кабел). Площта на напречното сечение на сърцевините се избира въз основа на неговия размер.
Ако електрическите консуматори в апартамента или къщата са известни, е необходимо да се извършат прости изчисления, за да се инсталира правилно захранващата верига.
Подобни изчисления се извършват за производствени цели: определяне на необходимата площ на напречното сечение на кабелните сърцевини при свързване на промишлено оборудване (различни промишлени електродвигатели и механизми).
Монофазна мрежа напрежение 220 V
Силата на тока I (в ампери, A) се изчислява по формулата:
I=P/U,
където P е пълното електрическо натоварване (трябва да бъде посочено в техническия лист на устройството), W (ват);
U – напрежение на електрическата мрежа, V (волта).
Таблицата по-долу показва стойности на натоварване на типични домакински електрически уреди и тяхната консумация на ток (за напрежение 220 V).
| електрически уред | Консумирана мощност, W | Сила на тока, A |
| Пералня | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Джакузи | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Електрическо подово отопление | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Стационарна електрическа печка | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| микровълнова печка | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Съдомиялна | 2000 - 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Фризери, хладилници | 140 - 300 | 0,6 – 1,4 |
| Електрическа месомелачка | 1100 - 1200 | 5,0 - 5,5 |
| Електрическа кана | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| Електрическа кафеварка | 6z0 - 1200 | 3,0 – 5,5 |
| сокоизстисквачка | 240 - 360 | 1,1 – 1,6 |
| Тостер | 640 - 1100 | 2,9 - 5,0 |
| Миксер | 250 - 400 | 1,1 – 1,8 |
| Сешоар | 400 - 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Желязо | 900 - 1700 | 4,1 – 7,7 |
| Прахосмукачка | 680 - 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Вентилатор | 250 - 400 | 1,0 – 1,8 |
| телевизор | 125 - 180 | 0,6 – 0,8 |
| Радио оборудване | 70 - 100 | 0,3 – 0,5 |
| Осветителни устройства | 20 - 100 | 0,1 – 0,4 |
Фигурата показва схема на захранващото устройство за апартамент с еднофазна връзка към 220 V мрежа.
Както се вижда от фигурата, различни потребители на електроенергия се свързват чрез съответни машини към електромер и след това към обща машина, която трябва да бъде проектирана за натоварването на устройствата, с които ще бъде оборудван апартаментът. Проводникът, който захранва захранването, също трябва да задоволи натоварването на потребителите на енергия.
По-долу е таблица за скрито окабеляване за еднофазна схема на свързване на апартаментза избор на проводници с напрежение 220 V
| Напречно сечение на сърцевината на проводника, mm 2 | Диаметър на сърцевината на проводника, mm | Медни проводници | Алуминиеви проводници | ||
| Ток, А | Мощност, W | Ток, А | мощност, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 1300 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 2200 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 3100 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 3300 | 10 | 2200 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 4200 | 14 | 3100 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 4600 | 16 | 3500 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 5900 | 21 | 4600 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 7500 | 26 | 5700 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 11000 | 38 | 8400 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 17600 | 55 | 12100 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 22000 | 65 | 14300 |
Както се вижда от таблицата, напречното сечение на сърцевините зависи, в допълнение към натоварването, от материала, от който е направен проводникът.
Трифазна мрежа напрежение 380 V
При трифазно захранване силата на тока I (в ампери, A) се изчислява по формулата:
I = P /1,73 U,
където P е консумация на енергия, W;
U - мрежово напрежение, V,
тъй като напрежението в трифазна захранваща верига е 380 V, формулата ще приеме формата:
I = P /657.4.
Ако към къщата се подава трифазно захранване с напрежение 380 V, схемата на свързване ще изглежда по следния начин.
Напречното сечение на жилата в захранващия кабел при различни натоварвания с трифазна верига с напрежение 380 V за скрито окабеляване е представено в таблицата.
| Напречно сечение на сърцевината на проводника, mm 2 | Диаметър на сърцевината на проводника, mm | Медни проводници | Алуминиеви проводници | ||
| Ток, А | Мощност, W | Ток, А | мощност, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 2250 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 3800 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 5300 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 5700 | 10 | 3800 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 7200 | 14 | 5300 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 7900 | 16 | 6000 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 10000 | 21 | 7900 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 12000 | 26 | 9800 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 19000 | 38 | 14000 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 30000 | 55 | 20000 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 38000 | 65 | 24000 |
За изчисляване на тока в захранващите вериги на товар, характеризиращ се с висока реактивна привидна мощност, което е типично за използването на електрозахранване в индустрията:
- електродвигатели;
- дросели за осветителни устройства;
- заваръчни трансформатори;
- индукционни пещи.
Това явление трябва да се вземе предвид при извършване на изчисления. В мощните устройства и оборудване делът на реактивното натоварване е по-висок и следователно за такива устройства при изчисленията факторът на мощността се приема равен на 0,8.
Съдържание:
Движението на заредени частици в проводник в електротехниката се нарича електрически ток. Електрическият ток не се характеризира само с количеството електрическа енергия, преминаваща през проводника, тъй като за 60 минути през него може да премине електричество, равно на 1 кулон, но същото количество електричество може да премине през проводника за една секунда.
Каква е силата на тока
Когато се вземе предвид количеството електричество, протичащо през проводник за различни интервали от време, става ясно, че за по-кратък период от време токът протича по-интензивно, така че в характеристиките на електрическия ток се въвежда друго определение - това е силата на тока, който се характеризира с тока, протичащ в проводника за секунда от времето. Единицата за измерване на големината на преминаващия ток в електротехниката е ампер.
С други думи, силата на електрическия ток в проводник е количеството електричество, преминало през неговото напречно сечение за секунда от време, отбелязано с буквата I. Силата на тока се измерва в ампери - това е единица за измерване, която е равна на силата на постоянен ток, преминаващ през безкрайни успоредни проводници с най-малки кръгли секции, разделени от 100 cm и разположени във вакуум, което предизвиква взаимодействие на метър дължина на проводника със сила = 2 * 10 минус 7 градуса Нютон за всеки 100 см дължина.
Експертите често определят големината на преминаващия ток, в Украйна (струмна мощност) е равна на 1 ампер, когато 1 кулон електричество преминава през напречното сечение на проводника всяка секунда.
В електротехниката можете да видите честото използване на други величини при определяне на стойността на преминаващия ток: 1 милиампер, което е равно на едно / ампер, 10 на минус трета степен на ампер, един микроампер е десет на минус шеста мощност на Ампер.
Знаейки количеството електричество, преминаващо през проводник за определен период от време, можете да изчислите силата на тока (както се казва в Украйна - strumu force), като използвате формулата:
Когато една електрическа верига е затворена и няма разклонения, тогава едно и също количество електричество протича за секунда на всяко място в нейното напречно сечение. Теоретично това се обяснява с невъзможността за натрупване на електрически заряди на всяко място във веригата, поради което силата на тока е еднаква навсякъде.
Това правило е вярно и в сложни вериги, когато има разклонения, но се прилага за някои участъци от сложна верига, които могат да се разглеждат като проста електрическа верига.
Как се измерва тока?
Големината на тока се измерва с уред, наречен амперметър, а също и за малки стойности - милиамперметър и микроамперметър, които се виждат на снимката по-долу:
Сред хората битува мнението, че когато силата на тока в проводника се измерва преди товара (консуматора), стойността ще бъде по-висока, отколкото след него. Това е погрешно мнение, основано на факта, че се предполага, че ще се изразходва известно количество сила, за да накара потребителя да действа. Електрическият ток в проводник е електромагнитен процес, в който участват заредени електрони; те се движат в посока, но не електроните предават енергия, а електромагнитното поле, което заобикаля проводника.
Броят на електроните, напускащи началото на веригата, ще бъде равен на броя на електроните след потребителя в края на веригата, те не могат да бъдат използвани.
Какви видове проводници има? Експертите определят понятието "проводник" като материал, в който частиците със заряд могат да се движат свободно. Такива свойства на практика имат почти всички метали, киселини и солеви разтвори. Материал или вещество, в което движението на заредени частици е трудно или дори невъзможно, се нарича изолатори (диелектрици). Често срещаните диелектрични материали са кварц или ебонит, изкуствен изолатор.
Заключение
На практика съвременното оборудване работи с големи стойности на тока, до стотици или дори хиляди ампера, както и с малки стойности. Пример в ежедневието за стойност на тока в различни устройства може да бъде електрическа печка, където достига стойност от 5 A, а обикновена лампа с нажежаема жичка може да има стойност от 0,4 A; във фотоклетка стойността на преминаващия ток се измерва в микроампера. В линиите на градския обществен транспорт (тролейбус, трамвай) стойността на преминаващия ток достига 1000 A.
Имало едно време една дама, която не е много запозната с електротехниката, получила от монтажник причината за загубата на светлина в апартамента й. Оказало се късо съединение, а жената поискала то да бъде удължено веднага. 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. Представената по-долу информация е насочена към хора, които нямат техническо образование, но, както всички останали, не са имунизирани от проблеми, 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 методите за предотвратяването му. Това описание не може да бъде завършено без запознаване с основите на науката за електротехниката. Читател, който не ги познава, може да се отегчи и да не прочете статията до края.
Популярно представяне на закона на Ом
Без значение какъв е характерът 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 нивата, водата тече в някаква посока, а когато не, тя стои неподвижна. Дори учениците знаят закона на Ом, според който колкото по-високо е напрежението, толкова по-висок е токът и колкото по-нисък 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 правилен превод от немски. Измерва се в ампери (A).
Всъщност самият ток няма никаква сила (тоест причината за ускорението), което се проявява точно при късо съединение. Този термин вече е познат и се използва често, въпреки че преподавателите от някои университети, след като чуят думите „текуща сила“ от устата на студент, веднага го дават „провал“. „Ами огънят и димът, идващи от окабеляването по време на късо съединение? - упоритият противник ще попита: "Това не е ли сила?" Има отговор на тази забележка. 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, даден по-долу.
U е същата потенциална разлика, наричана още напрежение. Измерва се във волтове (у нас V, в чужбина V). Нарича се още електродвижеща сила (ЕМС).
R е електрическо съпротивление, т.е. способността на материала да предотвратява преминаването на ток. За диелектриците (изолаторите) е голям, макар и не безкраен, за проводниците е малък. Измерва се в омове, но се оценява като специфична стойност. От само себе си се разбира, че колкото по-дебел е проводникът, толкова по-добре провежда тока и колкото по-дълъг е, толкова по-лош. Следователно съпротивлението се измерва в омове, умножено по квадратен милиметър и разделено на метър. Освен това стойността му се влияе от температурата; колкото по-висока е, толкова по-голяма е устойчивостта. Например златен проводник с дължина 1 метър и напречно сечение 1 квадратен метър. mm при 20 градуса по Целзий има общо съпротивление от 0,024 Ohm.
Има и формула за закона на Ом за пълна верига, в която се въвежда вътрешното (собствено) съпротивление на източника на напрежение (EMF).
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 (без да се вземат предвид реактивните компоненти, но повече за тях по-късно) 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 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 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 верига по време на късо съединение
Така че читателят може да счита, че е усвоил всички основни физични закони, за да разбере каква може да бъде величината (добре, нека има сила) на тока на късо съединение. Но първо трябва да решите въпроса какво точно е то. KZ (късо съединение) е ситуация, при която съпротивлението на натоварване е близо до нула. Нека разгледаме 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 тече. 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 явлението, което понякога води до пожари.
Проводниците се нажежават до червено (или нажежават до бяло) и пренасят тази енергия върху стени, тавани и други предмети, които докосват, като ги подпалват. Ако фаза в някое устройство докосне нулевия проводник, възниква ток на късо съединение от източника, затворен за себе си. Горимата основа на електрическата инсталация е кошмар за пожарникарите и причина за множество глоби на безотговорни собственици на сгради и помещения. И вината, разбира се, не е законите на Джаул-Ленц и Ом, а изолацията, която е изсъхнала от старост, невнимателна или неграмотна инсталация, механични повреди или претоварване на окабеляването.
Токът на късо съединение обаче, колкото и голям да е той, също не е безкраен. Размерът на проблемите, които може да причини, се влияе от продължителността на нагряване и параметрите на веригата на захранване.
AC вериги
Ситуациите, обсъдени по-горе, са от общ характер или засягат вериги с постоянен ток. В повечето случаи захранването както на жилищни, така и на промишлени съоръжения се извършва от мрежа с променливо напрежение от 220 или 380 волта. Проблеми с DC кабелите най-често възникват в автомобилите.
Между тези два основни вида захранване има разлика, при това значителна. Факт е, че преминаването на променлив ток се предотвратява от допълнителни съпротивителни компоненти, наречени реактивни и причинени от вълновата природа на възникващите в тях явления. Индуктивностите и капацитетите реагират на променлив ток. Токът на късо съединение на трансформатора е ограничен не само от активното (или омичното, 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 векторите на реактивните компоненти се отклоняват. Индуктивният ток изостава, а капацитивният го води с 90 градуса.
Пример за разликата в поведението на товар с реактивен компонент е конвенционален високоговорител. Някои фенове на силна музика го претоварват, докато дифузьорът не удари магнитното поле напред. Намотката излита от сърцевината и незабавно 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 DC или AC източници. Най-простата ситуация е с обичайния плюс, който внезапно се свърза с минуса, заобикаляйки полезния товар.
Но с променлив ток има повече възможности. Еднофазен ток на късо съединение възниква, когато фаза е свързана към неутрала или заземена. В трифазна мрежа може да възникне нежелан контакт между две фази. Напрежение от 380 или повече (при предаване на енергия на дълги разстояния по електропроводи) волта също може да причини неприятни последици, включително дъгова светкавица по време на превключване. И трите (или четирите, заедно с нулевия) проводника могат да бъдат съединени накъсо едновременно и трифазният ток на късо съединение ще тече през тях, докато се задейства автоматичното защитно оборудване.
Но това не е всичко. В роторите и статорите на електрически машини (двигатели и генератори) и трансформатори понякога възниква такова неприятно явление като късо съединение между завивки, 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 започне да пуши. Намотките на машината трябва да бъдат пренавити, това изисква специално оборудване. Същото важи и за случаите, когато поради тока на късо съединение на трансформатора "interturn" е възникнал ток на късо съединение. Колкото по-малко гори изолацията, толкова по-лесно и по-евтино ще бъде пренавиването.
Изчисляване на стойността на тока при късо съединение
Колкото и катастрофално да 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 изисква малко обяснение. Така:
I късо съединение = Uph / (Zn + Zt),
I късо съединение - стойност на тока на късо съединение, A;
Uph - фазово напрежение, V;
Zn е общото (включително реактивен компонент) съпротивление на веригата на късо съединение;
Zt е общото (включително реактивен компонент) съпротивление на захранващия (мощния) трансформатор, Ohm.
Импедансите се определят като хипотенузата на правоъгълен триъгълник, чиито крака представляват стойностите на активното и реактивното (индуктивно) съпротивление. Много е просто, 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 зависимостите на големината на I късо съединение. върху дължината на проводника, напречното сечение на проводника и мощността на силовия трансформатор. Графиките са набор от експоненциално низходящи линии, от които остава само да изберете подходящата. Методът дава приблизителни резултати, но неговата точност е подходяща за практическите нужди на енергетиците.
Как протича процесът?
Всичко сякаш се случва моментално. Нещо бръмча, светлината помръкна и после угасна. Всъщност, както всяко физическо явление, процесът може да бъде мислено разтегнат, забавен, анализиран и разделен на фази. Преди появата на авария веригата се характеризира с постоянна стойност на тока, която е в рамките на номиналния режим. Изведнъж общото съпротивление пада рязко до стойност, близка до нула. Индуктивните компоненти (електродвигатели, дросели и трансформатори) на товара изглежда забавят процеса на нарастване на тока. Така през 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 ЕМП постепенно достига нулева стойност, след което преминава през него и се установява на някаква стабилизирана стойност, осигурявайки възникването на голямо I късо съединение. Самият ток в момента на преходния процес е сбор от периодични и апериодични компоненти. Анализира се формата на графиката на процеса, в резултат на което е възможно да се определи постоянна стойност на времето, в зависимост от ъгъла на наклона на допирателната към кривата на ускорението в точката на нейната инфлексия (първата производна) и времето на забавяне, определено от стойността на реактивния (индуктивния) компонент на общото съпротивление.
Ударен ток на късо съединение
Терминът "шоков ток на късо съединение" често се използва в техническата литература. Не трябва да се страхувате от тази концепция, тя изобщо не е толкова страшна и няма пряка връзка с токов удар. Тази концепция означава максималната стойност на I късо съединение. във верига с променлив ток, като обикновено достига стойността си половин цикъл след възникване на аварийна ситуация. При честота 50 Hz периодът е 0,2 секунди, а половината му 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 по формула, която няма смисъл да се представя в тази статия, която не е предназначена за специалисти или дори студенти. 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 кратко известие
Изглежда, че очевидният факт е, че късото съединение е изключително лошо, неприятно и нежелано явление. Това може да доведе в най-добрия случай до прекъсване на тока 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 съсредоточени върху избягването на това нещастие. Въпреки това, изчисляването на токовете на късо съединение има много реално и практично значение. Изобретени са много технически средства, които работят в режими на голям ток. Пример за това е конвенционална машина за заваряване, особено машина за електродъгово заваряване, която по време на работа практически късо свързва електрода към заземяване. Друг е въпросът, че тези режими имат краткотраен характер и мощността на трансформатора им позволява да издържат 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
Още в първите години на бурното развитие на електротехниката, когато човечеството все още смело експериментираше, въвеждайки галванични устройства, изобретявайки различни видове генератори, двигатели и осветление, възникна проблемът за защитата на тези устройства от претоварване и токове на късо съединение. Най-простото решение беше да се монтират стопими елементи последователно с товара, които се разрушаваха под въздействието на резистивна топлина, ако токът надвиши зададената стойност. Такива предпазители все още служат на хората днес; основните им предимства са простота, надеждност и ниска цена. Но те имат и недостатъци. Самата простота на „щепсела“ (както го нарекоха притежателите на стопяеми ставки за специфичната им форма) провокира потребителите след изгарянето му да не философстват, а да заменят повредените елементи с първите кабели, кламери или дори пирони, които дойде под ръка. Струва ли си да се споменава, че такава защита срещу токове на късо съединение не изпълнява своята благородна функция?
В промишлените предприятия автоматичните превключватели започнаха да се използват за изключване на претоварените вериги по-рано, отколкото в жилищните разпределителни табла, но през последните десетилетия „задръстванията“ до голяма степен бяха заменени от тях. „Автоматичните машини“ са много по-удобни, не е нужно да ги сменяте, но ги включете, след като отстраните причината за късото съединение и изчакате 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 прекъсвачи на висока цена не издържат по-дълго от конвенционалните, но тяхното функционално натоварване е по-широко; те изключват напрежението в случай на минимално изтичане на ток „отстрани“, например, когато човек е ударен от ток.
В ежедневието не се препоръчва експериментиране с късо съединение.
Електрическата енергия носи доста висока опасност, от която не са защитени нито работниците в отделните подстанции, нито домакинските уреди. Токът на късо съединение е един от най-опасните видове електричество, но има методи как да го контролирате, изчислявате и измервате.
Какво е
Токът на късо съединение (SCC) е рязко нарастващ ударен електрически импулс. Основната му опасност е, че според закона на Джаул-Ленц такава енергия има много висока скорост на отделяне на топлина. В резултат на късо съединение кабелите могат да се стопят или определени електрически уреди да изгорят.
Снимка - времева диаграмаСъстои се от два основни компонента - апериодичен компонент на тока и принудителен периодичен компонент.
Формула – периодична
Формула – апериодична Според принципа най-трудно се измерва енергията на апериодично възникване, която е капацитивна, предаварийна. В крайна сметка именно в момента на аварията разликата между фазите има най-голяма амплитуда. Също така, неговата особеност е нетипичното появяване на този ток в мрежите. Диаграмата на нейното формиране ще помогне да се покаже принципът на работа на този поток.
Съпротивлението на източниците поради високото напрежение по време на късо съединение е късо съединение на късо разстояние или „късо съединение“ - затова това явление получи името си. Има трифазен, двуфазен и еднофазен ток на късо съединение - тук класификацията се извършва според броя на затворените фази. В някои случаи късото съединение може да бъде късо между фазите и земята. След това, за да го определите, ще трябва отделно да вземете предвид заземяването.
Снимка – резултат от късо съединение Можете също така да разпределите къси съединения според вида на свързване на електрическото оборудване:
- Със заземяване;
- Без него.
За да обясним напълно това явление, предлагаме да разгледаме пример. Да кажем, че има конкретен консуматор на ток, който е свързан към местен електропровод с помощта на кран. При правилната схема общото напрежение в мрежата е равно на разликата в ЕМП при източника на захранване и намаляването на напрежението в локалните електрически мрежи. Въз основа на това формулата на Ом може да се използва за определяне на тока на късо съединение:
R = 0; Ikz = Ɛ/r
Тук r е съпротивлението на късо съединение.
Ако замените определени стойности, можете да определите тока на повреда във всяка точка по целия електропровод. Тук не е необходимо да проверявате множествеността на късо съединение.
Методи за изчисление
Да приемем, че вече е възникнало късо съединение в трифазна мрежа, например в подстанция или на намотките на трансформатор, как тогава се изчисляват токовете на късо съединение:
Формула - трифазен ток на повреда Тук U20 е напрежението на намотките на трансформатора, а Z T е съпротивлението на определена фаза (която е повредена при късо съединение). Ако напрежението в мрежите е известен параметър, трябва да се изчисли съпротивлението.
Всеки електрически източник, независимо дали е трансформатор, клема на батерия или електрически проводници, има собствено номинално ниво на съпротивление. С други думи, всеки има своето Z. Но те се характеризират с комбинация от активни съпротивления и индуктивни. Има и капацитивни, но те не са важни при изчисляване на големи токове. Поради това много електротехници използват опростен метод за изчисляване на тези данни: аритметично изчисление на съпротивлението на постоянен ток в последователно свързани секции. Когато тези характеристики са известни, няма да е трудно да се изчисли импедансът за секция или цяла мрежа, като се използва формулата по-долу:
Пълна формула за заземяване Където ε е емф, а r е стойността на съпротивлението.
Като се има предвид, че при претоварване съпротивлението е нула, решението приема следната форма:
I = ε/r = 12 / 10 -2
Въз основа на това силата на късо съединение на тази батерия е 1200 ампера.
По този начин е възможно да се изчисли и токът на късо съединение за двигател, генератор и други инсталации. Но в производството не винаги е възможно да се изчислят приемливите параметри за всяко отделно електрическо устройство. Освен това трябва да се има предвид, че при асиметрични къси съединения товарите имат различна последователност, което изисква познаване на cos φ и съпротивление, за да се вземе предвид. За изчислението се използва специална таблица GOST 27514-87, където са посочени тези параметри:
Съществува и концепцията за едносекундно късо съединение, тук формулата за силата на тока по време на късо съединение се определя с помощта на специален коефициент:
Формула – коефициент на късо съединение Смята се, че в зависимост от напречното сечение на кабела, късо съединение може да премине незабелязано от окабеляването. Оптималната продължителност на късо съединение е до 5 секунди. Взето от книгата на Небрат „Изчисляване на къси съединения в мрежи“:
| Сечение, mm 2 | Продължителност на късо съединение, допустима за конкретен тип проводник | |||
| PVC изолация | Полиетилен | |||
| Медни вени | Алуминий | Мед | Алуминий | |
| 1,5 | 0,17 | Не | 0,21 | Не |
| 2,5 | 0,3 | 0,18 | 0,34 | 0,2 |
| 4 | 0,4 | 0,3 | 0,54 | 0,36 |
| 6 | 0,7 | 0,4 | 0,8 | 0,5 |
| 10 | 1,1 | 0,7 | 1,37 | 0,9 |
| 16 | 1,8 | 1,1 | 2,16 | 1,4 |
| 25 | 2,8 | 1,8 | 3,46 | 2,2 |
| 35 | 3,9 | 2,5 | 4,8 | 3,09 |
| 50 | 5,2 | 3 | 6,5 | 4,18 |
| 70 | 7,5 | 5 | 9,4 | 6,12 |
| 95 | 10,5 | 6,9 | 13,03 | 8,48 |
| 120 | 13,2 | 8,7 | 16,4 | 10,7 |
| 150 | 16,3 | 10,6 | 20,3 | 13,2 |
| 185 | 20,4 | 13,4 | 25,4 | 16,5 |
| 240 | 26,8 | 17,5 | 33,3 | 21,7 |
Тази таблица ще ви помогне да разберете очакваната условна продължителност на късо съединение при нормална работа, ампеража на шините и различните видове проводници.
Ако няма време за изчисляване на данни с помощта на формули, тогава се използва специално оборудване. Например индикаторът Shch41160 е много популярен сред професионалните електротехници - това е измервател на тока на късо съединение фаза-нула 380/220V. Цифровото устройство ви позволява да определяте и изчислявате силата на късо съединение в битови и индустриални мрежи. Такъв измервателен уред може да бъде закупен в специални магазини за електротехника. Тази техника е добра, ако трябва бързо и точно да определите текущото ниво на контур или секция от верига.
Използва се и програмата “Emergency Emergency”, която може бързо да определи термичния ефект на късо съединение, степента на загуба и силата на тока. Проверката се извършва автоматично, въвеждат се известни параметри и сам изчислява всички данни. Това е платен проект, лицензът струва около хиляда рубли.
Видео: защита на електрическата мрежа от късо съединение
Указания за защита и избор на оборудване
Въпреки опасността от това явление, все още има начин да се ограничи или сведе до минимум вероятността от извънредни ситуации. Много е удобно да се използва електрическо устройство за ограничаване на късо съединение; това може да бъде токоограничаващ реактор, който значително намалява топлинния ефект от високите електрически импулси. Но тази опция не е подходяща за домашна употреба.
Снимка - схема на блока за защита от късо съединение У дома често можете да намерите използването на автоматични прекъсвачи и релейна защита. Тези версии имат определени ограничения (максимален и минимален мрежов ток), ако бъдат превишени, захранването се изключва. Машината ви позволява да определите допустимото ниво на ампера, което спомага за повишаване на безопасността. Изборът се прави между оборудване с по-висок клас на защита от необходимото. Например, в 21-ампера мрежа се препоръчва да се използва 25-ампера прекъсвач.
Ток на късо съединение
Фигура 1 показва схема на свързване на електрическа лампа с нажежаема жичка към електрическа мрежа. Ако съпротивлението на тази лампа r l = 240 Ohm, и мрежовото напрежение U= 120 V, тогава според закона на Ом токът във веригата на лампата ще бъде:
Фигура 1. Схема на късо съединение на клемите на превключвателя
Нека разгледаме случай, при който проводниците, отиващи към лампа с нажежаема жичка, са съединени накъсо чрез много малко съпротивление, например дебел метален прът със съпротивление r= 0,01 Ohm, случайно падане върху два проводника. В този случай мрежовият ток преминава към точката А, ще се разклонява по два пътя: едната голяма част от него ще върви по металния прът - път с ниско съпротивление, а другата, малка част от тока, ще преминава по път с високо съпротивление - лампа с нажежаема жичка.
Авариен режим на работа на мрежата, когато поради намаляване на съпротивлението й токът в нея рязко се увеличава в сравнение с нормалното, се нарича късо съединение.
Нека определим силата на тока на късо съединение, протичащ през металния прът:
Всъщност, в случай на късо съединение, мрежовото напрежение ще бъде по-малко от 120 V, тъй като голям ток ще създаде голям ток в мрежата и следователно токът, протичащ през металния прът, ще бъде по-малък от 12 000 A. Но все пак този ток ще бъде многократно по-висок от тока, консумиран преди това от лампа с нажежаема жичка.
Мощност на късо съединение при ток азкъсо съединение = 12 000 A ще бъде:
П kz = U × азкъсо съединение = 120 × 12 000 = 1 440 000 W = 1 440 kW.
Токът, преминаващ през проводник, генерира топлина и проводникът се нагрява. В нашия пример напречното сечение на проводниците на електрическата верига е проектирано за малък ток - 0,5 A. Когато проводниците са затворени, през веригата ще тече много голям ток - 12 000 A. Такъв ток ще предизвика отделяне на огромно количество топлина, което със сигурност ще доведе до овъгляване и изгаряне на изолацията на проводника, стопяване на материала на проводника, повреда на електрически измервателни уреди, стопяване на контакти на превключватели, ножови превключватели и др. Източникът на електрическа енергия, захранващ такава верига, също може да бъде повреден. Прегряването на проводниците може да причини пожар.
Всяка електрическа мрежа е проектирана за собствен нормален ток.
Поради опасните, разрушителни и понякога непоправими последици от късо съединение е необходимо да се спазват определени условия при инсталиране и експлоатация на електрически инсталации, за да се отстранят причините за късо съединение. Основните са следните:
1) изолацията на проводниците трябва да съответства на предназначението им (мрежово напрежение и условия на работа);
2) напречното сечение на проводниците трябва да бъде такова, че тяхното нагряване при съществуващи работни условия да не достига опасна стойност;
3) положените проводници трябва да бъдат надеждно защитени от механични повреди;
4) връзките и разклоненията трябва да бъдат толкова надеждно изолирани, колкото и самите проводници;
5) кръстосването на проводниците трябва да се извършва така, че проводниците да не се допират един друг;
6) проводниците трябва да бъдат положени през стени, тавани и подове, така че да са защитени от влага, механични и химически повреди и да са добре изолирани.
Защита от късо съединение
За да се избегне внезапно, опасно увеличение на тока в електрическа верига по време на късо съединение, веригата е защитена с стопяеми стопяеми или автоматични превключватели.
Предпазителите са нискотопими проводници, свързани последователно към мрежата. При увеличаване на тока над определена стойност жилото на предпазителя се нагрява и стопява, в резултат на което електрическата верига автоматично се прекъсва и токът в нея спира.
Прекъсвачът е по-сложно и скъпо защитно устройство от предпазителя. Въпреки това, за разлика от предпазителя, той е предназначен за многократни операции за защита на вериги по време на аварийни работни условия. Структурно, прекъсвачът е направен в диелектричен корпус с вграден механизъм за задействане. Освобождаващият механизъм има неподвижни и подвижни контакти. Подвижният контакт е пружиниран, като пружината осигурява сила за бързо освобождаване на контактите. Освобождаващият механизъм се активира чрез едно от двете освобождавания: термично или магнитно.
Термичното освобождаване е биметална плоча, нагрята от протичащ ток. При протичане на ток над допустимата стойност, биметалната пластина се огъва и задейства изключващия механизъм. Времето за реакция зависи от тока (характеристика време-ток) и може да варира от секунди до час. За разлика от предпазителя, прекъсвачът е готов за следваща употреба, след като пластината се охлади.
Електромагнитното освобождаване е моментално освобождаване, което представлява намотка, направена от проводник, чиято подвижна сърцевина може също да задейства освобождаващия механизъм. Токът, преминаващ през превключвателя, протича през намотката на соленоида и кара сърцевината да се прибере, когато определеният праг на тока бъде превишен. Мигновеното освобождаване, за разлика от термичното освобождаване, работи много бързо (части от секундата), но при много по-висок ток: 2 ÷ 14 пъти от номиналния ток.
Видео 1. Късо съединение
