Pro zajištění bezpečnosti při provozu domácích elektrických spotřebičů je nutné správně vypočítat průřez napájecího kabelu a elektroinstalace. Protože nesprávně zvolený průřez kabelu může vést k požáru vedení v důsledku zkratu. Hrozí tím požár v budově. To platí i pro volbu kabelu pro připojení elektromotorů.
Aktuální výpočet
Aktuální hodnota je vypočtena podle výkonu a je nezbytná ve fázi návrhu (plánování) bytu - bytu, domu.
- Hodnota této veličiny závisí na výběr napájecího kabelu (drátu), jehož prostřednictvím lze k síti připojit zařízení pro spotřebu energie.
- Znalost napětí elektrické sítě a plného zatížení elektrických spotřebičů pomocí vzorce vypočítat proud, který bude muset projít vodičem(drátový kabel). Plocha průřezu jader se volí na základě jeho velikosti.
Pokud jsou elektrické spotřebiče v bytě nebo domě známy, je nutné provést jednoduché výpočty pro správnou instalaci napájecího obvodu.
Podobné výpočty se provádějí pro účely výroby: stanovení požadované průřezové plochy žil kabelu při připojení průmyslových zařízení (různé průmyslové elektromotory a mechanismy).
Napětí jednofázové sítě 220V
Síla proudu I (v ampérech, A) se vypočítá pomocí vzorce:
I=P/U,
kde P je elektrické plné zatížení (musí být uvedeno v technickém listu zařízení), W (watt);
U – napětí elektrické sítě, V (volty).
Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty zatížení typických domácích elektrospotřebičů a jejich odběr proudu (pro napětí 220 V).
| elektrický spotřebič | Spotřeba energie, W | Síla proudu, A |
| Pračka | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Jacuzzi | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Elektrické podlahové vytápění | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Stacionární elektrický sporák | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| mikrovlnná trouba | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Myčka | 2000 - 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Mrazáky, ledničky | 140 - 300 | 0,6 – 1,4 |
| Elektrický mlýnek na maso | 1100 - 1200 | 5,0 - 5,5 |
| Rychlovarná konvice | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| Elektrický kávovar | 6z0 - 1200 | 3,0 – 5,5 |
| Odšťavňovač | 240 - 360 | 1,1 – 1,6 |
| Toustovač | 640 - 1100 | 2,9 - 5,0 |
| Mixér | 250 - 400 | 1,1 – 1,8 |
| Fén | 400 - 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Žehlička | 900 - 1700 | 4,1 – 7,7 |
| Vysavač | 680 - 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Fanoušek | 250 - 400 | 1,0 – 1,8 |
| televize | 125 - 180 | 0,6 – 0,8 |
| Rádiová zařízení | 70 - 100 | 0,3 – 0,5 |
| Osvětlovací zařízení | 20 - 100 | 0,1 – 0,4 |
Obrázek ukazuje schéma napájecího zařízení pro byt s jednofázovým připojením k síti 220 V.
Jak je vidět z obrázku, různí spotřebitelé elektřiny jsou připojeni přes odpovídající stroje k elektroměru a poté k obecnému stroji, který musí být navržen pro zatížení zařízení, kterými bude byt vybaven. Drát, který dodává energii, musí také uspokojit zatížení spotřebitelů energie.
Níže je tabulka pro skryté zapojení pro schéma zapojení jednofázového bytu pro výběr vodičů při napětí 220 V
| Průřez jádra drátu, mm 2 | Průměr jádra vodiče, mm | Měděné vodiče | Hliníkové vodiče | ||
| Aktuální, A | Výkon, W | Aktuální, A | výkon, 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 |
Jak je vidět z tabulky, průřez žil závisí kromě zatížení na materiálu, ze kterého je drát vyroben.
Napětí třífázové sítě 380V
U třífázového napájení se proudová síla I (v ampérech, A) vypočítá podle vzorce:
I = P/1,73 U,
kde P je spotřeba energie, W;
U - síťové napětí, V,
protože napětí v třífázovém napájecím obvodu je 380 V, vzorec bude mít tvar:
I = P/657,4.
Pokud je do domu přiveden třífázový zdroj s napětím 380 V, bude schéma zapojení vypadat následovně.
Průřez žil v napájecím kabelu při různém zatížení s třífázovým obvodem s napětím 380 V pro skryté vedení je uveden v tabulce.
| Průřez jádra drátu, mm 2 | Průměr jádra vodiče, mm | Měděné vodiče | Hliníkové vodiče | ||
| Aktuální, A | Výkon, W | Aktuální, A | výkon, 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 |
Pro výpočet proudu v napájecích obvodech zátěže charakterizované vysokým jalovým zdánlivým výkonem, který je typický pro použití napájecího zdroje v průmyslu:
- Elektrické motory;
- Tlumivky pro osvětlovací zařízení;
- svařovací transformátory;
- indukční pece.
Tento jev je třeba vzít v úvahu při provádění výpočtů. U výkonných zařízení a zařízení je podíl jalového zatížení vyšší a proto se pro taková zařízení ve výpočtech bere účiník rovný 0,8.
Obsah:
Pohyb nabitých částic ve vodiči se v elektrotechnice nazývá elektrický proud. Elektrický proud není charakterizován pouze množstvím elektrické energie procházející vodičem, protože za 60 minut jím projde elektřina o hodnotě 1 Coulomb, ale stejné množství elektřiny může projít vodičem za jednu sekundu.
Jaká je aktuální síla
Když se uváží množství elektřiny protékající vodičem v různých časových intervalech, je zřejmé, že za kratší dobu teče proud intenzivněji, proto se do charakteristiky elektrického proudu zavádí další definice - jedná se o sílu proudu, která je protékající proudem. který je charakterizován proudem protékajícím vodičem za sekundu času. Jednotkou měření velikosti procházejícího proudu v elektrotechnice je ampér.
Jinými slovy, síla elektrického proudu ve vodiči je množství elektřiny, které prošlo jeho průřezem za sekundu, označené písmenem I. Síla proudu se měří v ampérech - to je měrná jednotka, která se rovná síle konstantního proudu procházejícího nekonečnými paralelními dráty s nejmenšími kruhovými úseky vzdálenými 100 cm a umístěnými ve vakuu, což způsobuje interakci na metru délky vodiče silou = 2 * 10 minus 7 stupňů Newtona na každých 100 cm délky.
Odborníci často určují velikost procházejícího proudu, na Ukrajině (brnkací výkon) se rovná 1 ampéru, když průřezem vodiče projde každou sekundu 1 coulomb elektřiny.
V elektrotechnice se můžete setkat s častým používáním dalších veličin při určování hodnoty procházejícího proudu: 1 miliampér, což se rovná jedné / Ampér, 10 až mínus třetí mocnina Amperu, jeden mikroampér je deset až mínus šestá. síla Ampere.
Když znáte množství elektřiny procházející vodičem za určitou dobu, můžete vypočítat aktuální sílu (jak se říká na Ukrajině - síla strumu) pomocí vzorce:
Když je elektrický obvod uzavřený a nemá žádné odbočky, pak v každém místě jeho průřezu proteče stejné množství elektřiny za sekundu. Teoreticky se to vysvětluje nemožností akumulace elektrických nábojů v jakémkoli místě obvodu, proto je síla proudu všude stejná.
Toto pravidlo platí také ve složitých obvodech, kde jsou odbočky, ale platí pro některé úseky složitého obvodu, které lze považovat za jednoduchý elektrický obvod.
Jak se měří proud?
Velikost proudu se měří pomocí zařízení zvaného ampérmetr a také pro malé hodnoty - miliampérmetr a mikroampérmetr, které lze vidět na fotografii níže:
Mezi lidmi panuje názor, že když se změří síla proudu ve vodiči před zátěží (spotřebitelem), bude hodnota vyšší než po ní. Toto je chybný názor, založený na skutečnosti, že k uvedení spotřebitele do akce bude údajně vynaloženo určité množství síly. Elektrický proud ve vodiči je elektromagnetický proces, kterého se účastní nabité elektrony, pohybují se ve směru, ale energii nepřenášejí elektrony, ale elektromagnetické pole, které obklopuje vodič.
Počet elektronů opouštějících začátek řetězce se bude rovnat počtu elektronů za spotřebitelem na konci řetězce, nelze je spotřebovat.
Jaké typy vodičů existují? Odborníci definují pojem „vodič“ jako materiál, ve kterém se částice s nábojem mohou volně pohybovat. Takové vlastnosti mají v praxi téměř všechny kovy, kyseliny a solné roztoky. Materiál nebo látka, ve které je pohyb nabitých částic obtížný nebo dokonce nemožný, se nazývá izolanty (dielektrika). Běžnými dielektrickými materiály jsou křemen nebo ebonit, umělý izolant.
Závěr
V praxi moderní zařízení pracují s velkými hodnotami proudu, až stovky nebo dokonce tisíce ampér, stejně jako s malými hodnotami. Příkladem v každodenním životě hodnoty proudu v různých zařízeních může být elektrický sporák, kde dosahuje hodnoty 5 A, a jednoduchá žárovka může mít hodnotu 0,4 A, ve fotobuňce hodnotu procházejícího proudu se měří v mikroampérech. V linkách městské hromadné dopravy (trolejbus, tramvaj) dosahuje hodnota procházejícího proudu 1000 A.
Kdysi paní, nepříliš znalé elektrotechniky, řekl instalatér důvod ztráty světla v jejím bytě. Ukázalo se, že šlo o zkrat a žena požadovala okamžité prodloužení. Tomuto příběhu se můžete smát, ale je lepší zvážit tento problém podrobněji. Elektrotechnickí specialisté i bez tohoto článku vědí, jaký je tento jev, co ohrožuje a jak vypočítat zkratový proud. Níže uvedené informace jsou určeny lidem, kteří nemají technické vzdělání, ale stejně jako všichni ostatní nejsou imunní vůči potížím spojeným s provozem zařízení, strojů, výrobních zařízení a nejběžnějších domácích spotřebičů. Je důležité, aby každý člověk věděl, co je zkrat, jaké jsou jeho příčiny, možné následky a způsoby, jak mu předcházet. Tento popis nelze dokončit bez seznámení se základy elektrotechnické vědy. Čtenář, který je nezná, se může nudit a článek nedočte do konce.
Populární prezentace Ohmova zákona
Bez ohledu na to, jaká je povaha proudu v elektrickém obvodu, vyskytuje se pouze v případě, že existuje rozdíl potenciálů (nebo napětí, je to totéž). Povahu tohoto jevu lze vysvětlit na příkladu vodopádu: pokud je rozdíl hladin, voda teče nějakým směrem, a když ne, stojí. Dokonce i školáci znají Ohmův zákon, podle kterého čím vyšší napětí, tím vyšší proud a čím nižší, tím vyšší je odpor zahrnutý v zátěži:
I je velikost proudu, která se někdy nazývá „síla proudu“, i když to není zcela správný překlad z němčiny. Měřeno v ampérech (A).
Ve skutečnosti proud sám o sobě nemá žádnou sílu (tedy příčinu zrychlení), což je právě to, co se projevuje při zkratu. Tento termín se již stal známým a často se používá, ačkoli učitelé některých univerzit, když slyšeli slova „současná síla“ z úst studenta, okamžitě mu dali „selhání“. „A co oheň a kouř vycházející z elektroinstalace při zkratu? - vytrvalý protivník se zeptá: "Není to síla?" Na tuto poznámku existuje odpověď. Faktem je, že ideální vodiče neexistují a jejich zahřívání je způsobeno právě touto skutečností. Pokud předpokládáme, že R=0, pak by se neuvolnilo žádné teplo, jak je zřejmé z níže uvedeného Joule-Lenzova zákona.
U je stejný potenciálový rozdíl, nazývaný také napětí. Měří se ve Voltech (u nás V, v zahraničí V). Nazývá se také elektromotorická síla (EMF).
R je elektrický odpor, tedy schopnost materiálu bránit průchodu proudu. U dielektrik (izolantů) je velká, i když ne nekonečná, u vodičů je malá. Měřeno v Ohmech, ale vyhodnoceno jako konkrétní hodnota. Je samozřejmé, že čím je drát silnější, tím lépe vede proud a čím je delší, tím hůře. Proto se měrný odpor měří v ohmech násobených čtverečním milimetrem a děleným metrem. Jeho hodnotu navíc ovlivňuje teplota, čím vyšší, tím větší odpor. Například zlatý vodič o délce 1 metr a průřezu 1 metr čtvereční. mm při 20 stupních Celsia má celkový odpor 0,024 Ohm.
Existuje také vzorec pro Ohmův zákon pro úplný obvod, do kterého je zaveden vnitřní (vlastní) odpor zdroje napětí (EMF).
Dva jednoduché, ale důležité vzorce
Není možné pochopit důvod, proč dochází ke zkratovému proudu, aniž bychom zvládli další jednoduchý vzorec. Výkon spotřebovaný zátěží se rovná (bez zohlednění jalových složek, ale o nich později) součinu proudu a napětí.
P - výkon, Watt nebo Volt-Amp;
U - napětí, Volt;
I - proud, Ampere.
Výkon není nikdy nekonečný, vždy je něčím omezen, proto s jeho pevnou hodnotou, jak se proud zvyšuje, napětí klesá. Závislost těchto dvou parametrů pracovního obvodu, vyjádřená graficky, se nazývá charakteristika proud-napětí.
A ještě jeden vzorec nezbytný pro výpočet zkratových proudů je Joule-Lenzův zákon. Poskytuje představu o tom, kolik tepla vzniká při odporu zátěže, a je velmi jednoduché. Vodič se zahřeje s intenzitou úměrnou napětí a druhé mocnině proudu. A vzorec samozřejmě není kompletní bez času, čím déle se odpor zahřívá, tím více tepla uvolní.
Co se děje v obvodu při zkratu
Čtenář se tedy může domnívat, že zvládl všechny hlavní fyzikální zákony, aby pochopil, jaká může být velikost (dobře, budiž síla) zkratového proudu. Nejprve se však musíte rozhodnout o tom, co přesně to je. KZ (zkrat) je situace, kdy se zatěžovací odpor blíží nule. Podívejme se na vzorec Ohmova zákona. Pokud vezmeme v úvahu jeho verzi pro část obvodu, je snadné pochopit, že proud bude mít tendenci k nekonečnu. V plné verzi bude omezena odporem zdroje EMF. V každém případě je zkratový proud velmi velký a podle Joule-Lenzova zákona platí, že čím větší je, tím více se zahřívá vodič, po kterém probíhá. Závislost navíc není přímá, ale kvadratická, to znamená, že když stonásobně zvýším, tak se uvolní deset tisíckrát více tepla. To je nebezpečí jevu, který někdy vede k požárům.
Dráty se rozžhaví do červena (nebo do běla) a přenášejí tuto energii na stěny, stropy a další předměty, kterých se dotýkají, a zapalují je. Pokud se fáze v některém zařízení dotkne nulového vodiče, dojde ke zkratovému proudu ze zdroje, uzavřeného do sebe. Hořlavá báze elektroinstalace je noční můrou požárních inspektorů a důvodem mnoha pokut udělovaných nezodpovědným majitelům objektů a areálů. A na vině samozřejmě nejsou Joule-Lenzovy a Ohmovy zákony, ale vyschlá izolace stářím, neopatrnou nebo negramotnou instalací, mechanickým poškozením nebo přetížením elektroinstalace.
Zkratový proud, bez ohledu na to, jak velký může být, však také není nekonečný. Množství problémů, které může způsobit, je ovlivněno délkou ohřevu a parametry napájecího obvodu.
AC obvody
Výše uvedené situace byly obecné povahy nebo se týkaly stejnosměrných obvodů. Ve většině případů se napájení obytných i průmyslových zařízení provádí ze sítě střídavého napětí 220 nebo 380 voltů. Potíže se stejnosměrnou elektroinstalací se nejčastěji vyskytují v autech.
Mezi těmito dvěma hlavními typy napájení je rozdíl a jeden významný. Faktem je, že průchodu střídavého proudu brání další odporové složky, nazývané reaktivní a způsobené vlnovou povahou jevů v nich vznikajících. Indukčnosti a kapacity reagují na střídavý proud. Zkratový proud transformátoru je omezen nejen aktivním (neboli ohmickým, tedy kapesním testerem měřitelným) odporem, ale také jeho indukční složkou. Druhý typ zátěže je kapacitní. Ve vztahu k aktivnímu vektoru proudu jsou vektory reaktivních složek vychýleny. Indukční proud zaostává a kapacitní proud ho vede o 90 stupňů.
Příkladem rozdílu v chování zátěže s reaktivní složkou je běžný reproduktor. Někteří fanoušci hlasité hudby jej přetěžují, dokud difuzér nevyrazí magnetické pole dopředu. Cívka odlétá od jádra a okamžitě shoří, protože se sníží indukční složka jejího napětí.
Typy zkratů
Zkratový proud se může objevit v různých obvodech připojených k různým zdrojům stejnosměrného nebo střídavého proudu. Nejjednodušší situace je s obvyklým plusem, které se náhle spojilo s mínusem a obcházelo užitečné zatížení.
Ale se střídavým proudem je více možností. Jednofázový zkratový proud nastane, když je fáze připojena k nule nebo uzemněna. V třífázové síti může dojít k nežádoucímu kontaktu mezi dvěma fázemi. Napětí 380 a více voltů (při přenosu energie na velké vzdálenosti podél elektrického vedení) voltů může také způsobit nepříjemné následky, včetně záblesku oblouku v době přepínání. Všechny tři (nebo čtyři spolu s nulovým vodičem) mohou být zkratovány současně a třífázový zkratový proud jimi bude protékat, dokud se nespustí automatický ochranný systém.
Ale to není všechno. V rotorech a statorech elektrických strojů (motorů a generátorů) a transformátorů někdy dochází k tak nepříjemnému jevu, jako je mezizávitový zkrat, při kterém sousední drátěné smyčky tvoří jakýsi prstenec. Tato uzavřená smyčka má extrémně nízký AC odpor. Síla zkratového proudu v závitech se zvyšuje, tím dochází k zahřívání celého stroje. Ve skutečnosti, pokud dojde k takové katastrofě, neměli byste čekat, až se všechna izolace roztaví a elektromotor začne kouřit. Vinutí stroje je třeba převinout, to vyžaduje speciální vybavení. Totéž platí pro případy, kdy vlivem „přerušovacího“ zkratového proudu transformátoru vznikl zkratový proud. Čím méně izolace hoří, tím jednodušší a levnější bude převíjení.
Výpočet hodnoty proudu při zkratu
Bez ohledu na to, jak katastrofický může být ten či onen jev, jeho kvantitativní posouzení je důležité pro inženýrství a aplikovanou vědu. Vzorec zkratového proudu je velmi podobný Ohmovu zákonu, jen vyžaduje určité vysvětlení. Tak:
I zkrat = Uph / (Zn + Zt),
Zkratuji - hodnota zkratového proudu, A;
Uph - fázové napětí, V;
Zn je celkový (včetně reaktivní složky) odpor zkratované smyčky;
Zt je celkový (včetně jalové složky) odpor napájecího (výkonového) transformátoru, Ohm.
Impedance jsou definovány jako přepona pravoúhlého trojúhelníku, jehož ramena představují hodnoty aktivního a reaktivního (indukčního) odporu. Je to velmi jednoduché, stačí použít Pythagorovu větu.
Poněkud častěji než vzorec pro zkratový proud se v praxi používají experimentálně odvozené křivky. Představují závislosti velikosti I zkratu. na délce vodiče, průřezu vodiče a výkonu silového transformátoru. Grafy jsou sbírkou exponenciálně klesajících čar, ze kterých zbývá jen vybrat tu vhodnou. Metoda poskytuje přibližné výsledky, ale její přesnost dobře vyhovuje praktickým potřebám energetiků.
Jak proces funguje?
Zdá se, že se vše děje okamžitě. Něco zahučelo, světlo pohaslo a pak zhaslo. Ve skutečnosti, jako každý fyzický jev, může být proces mentálně protažen, zpomalen, analyzován a rozdělen do fází. Před vznikem nouzové situace je obvod charakterizován ustálenou hodnotou proudu, která je v rámci jmenovitého režimu. Najednou celkový odpor prudce klesne na hodnotu blízkou nule. Zdá se, že indukční součásti (elektromotory, tlumivky a transformátory) zátěže zpomalují proces růstu proudu. Zkratový proud zdroje napětí tak zůstává v prvních mikrosekundách (do 0,01 sec) prakticky neměnný a vlivem nástupu přechodového procesu dokonce mírně klesá. Přitom jeho EMF postupně dosáhne nulové hodnoty, pak jím projde a ustálí se na nějaké stabilizované hodnotě, která zajistí vznik velkého I zkratu. Samotný proud v okamžiku přechodového děje je součtem periodických a aperiodických složek. Je analyzován tvar procesního grafu, v důsledku čehož je možné určit konstantní hodnotu času v závislosti na úhlu sklonu tečny ke křivce zrychlení v místě jejího ohybu (první derivace) a doba zpoždění, určená hodnotou jalové (indukční) složky celkového odporu.
Zkratový rázový proud
V technické literatuře se často používá termín „zkratový rázový proud“. Tohoto konceptu byste se neměli bát, není vůbec tak děsivý a nemá přímý vztah k úrazu elektrickým proudem. Tento pojem znamená maximální hodnotu I zkratu. v obvodu střídavého proudu, obvykle dosáhne své hodnoty v polovině cyklu po vzniku nouzové situace. Při frekvenci 50 Hz je perioda 0,2 sekundy a její polovina je 0,1 sekundy. V tomto okamžiku dosahuje interakce blízko sebe umístěných vodičů největší intenzity. Zkratový rázový proud je určen vzorcem, který nemá smysl uvádět v tomto článku, který není určen specialistům a dokonce ani studentům. Je k dispozici v odborné literatuře a učebnicích. Toto matematické vyjádření samo o sobě není nijak zvlášť obtížné, vyžaduje však poměrně obsáhlé komentáře, které čtenáře prohloubí do teorie elektrických obvodů.
Užitečné krátké upozornění
Zdá se, že zřejmým faktem je, že zkrat je extrémně špatný, nepříjemný a nežádoucí jev. To může vést v nejlepším případě k výpadku zařízení, vypnutí nouzového ochranného zařízení a v nejhorším případě k vyhoření elektroinstalace a dokonce požáru. Veškeré úsilí se proto musí soustředit na to, abychom tomuto neštěstí zabránili. Výpočet zkratových proudů má však velmi reálný a praktický význam. Bylo vynalezeno mnoho technických prostředků, které pracují v režimech vysokého proudu. Příkladem je konvenční svářečka, zejména oblouková svářečka, která při provozu prakticky zkratuje elektrodu na zem. Dalším problémem je, že tyto režimy jsou krátkodobé povahy a výkon transformátoru jim umožňuje odolat těmto přetížením. Při svařování procházejí v místě dotyku konce elektrody obrovské proudy (měří se v desítkách ampérů), v důsledku čehož se uvolňuje dostatek tepla k lokálnímu roztavení kovu a vytvoření pevného švu.
Metody ochrany
Hned v prvních letech překotného rozvoje elektrotechniky, kdy lidstvo ještě statečně experimentovalo, zavádělo galvanická zařízení, vynalézalo různé druhy generátorů, motorů a osvětlení, vyvstal problém ochránit tato zařízení před přetížením a zkratovými proudy. Nejjednodušším řešením bylo instalovat tavné prvky do série se zátěží, které byly zničeny vlivem odporového tepla, pokud proud překročil nastavenou hodnotu. Takové pojistky slouží lidem dodnes, jejich hlavními výhodami jsou jednoduchost, spolehlivost a nízká cena. Ale mají i nevýhody. Samotná jednoduchost „zástrčky“ (jak ji pro svůj specifický tvar nazývali držitelé tavných sazeb) provokuje uživatele po vyhoření nikoli k filozofování, ale k nahrazení neúspěšných prvků prvními dráty, kancelářskými sponkami nebo dokonce hřebíky, které přijít pod ruku. Stojí za zmínku, že taková ochrana proti zkratovým proudům neplní svou ušlechtilou funkci?
V průmyslových podnicích se automatické spínače začaly používat k odbuzení přetížených obvodů dříve než v bytových rozvaděčích, ale v posledních desetiletích jsou jimi z velké části nahrazovány „dopravní zácpy“. „Automatické stroje“ jsou mnohem pohodlnější, nemusíte je měnit, ale po odstranění příčiny zkratu je zapněte a počkejte, až tepelné články vychladnou. Jejich kontakty někdy vyhoří, v takovém případě je lepší je vyměnit a nepokoušet se je čistit nebo opravovat. Složitější diferenciální jističe za vysokou cenu nevydrží déle než klasické, ale jejich funkční zatížení je širší, vypínají napětí při minimálním úniku proudu „na stranu“, např. je zasažen elektrickým proudem.
V každodenním životě se nedoporučuje experimentovat se zkraty.
Elektrická energie s sebou nese poměrně vysoké nebezpečí, před kterým nejsou chráněni pracovníci jednotlivých rozvoden ani domácí spotřebiče. Zkratový proud je jedním z nejnebezpečnějších typů elektřiny, ale existují metody, jak jej ovládat, vypočítat a měřit.
co to je
Zkratový proud (SCC) je prudce rostoucí rázový elektrický impuls. Jeho hlavním nebezpečím je, že podle Joule-Lenzova zákona má taková energie velmi vysokou rychlost uvolňování tepla. V důsledku zkratu se mohou roztavit vodiče nebo spálit některé elektrické spotřebiče.
Foto - časový diagramSkládá se ze dvou hlavních složek – aperiodické proudové složky a vynucené periodické složky.
Vzorec – periodický
Vzorec – aperiodický Podle principu je nejobtížněji měřitelná energie aperiodického výskytu, která je kapacitní, předhavarijní. Vždyť právě v okamžiku havárie má rozdíl mezi fázemi největší amplitudu. Také jeho zvláštností je netypický výskyt tohoto proudu v sítích. Diagram jeho tvorby pomůže ukázat princip fungování tohoto toku.
Odpor zdrojů vlivem vysokého napětí při zkratu je zkratován na krátkou vzdálenost neboli „zkrat“ – proto dostal tento jev své jméno. Existuje zkratový proud třífázový, dvoufázový a jednofázový - zde dochází ke klasifikaci podle počtu uzavřených fází. V některých případech může dojít ke zkratu mezi fázemi a kostrou. Poté, abyste to určili, budete muset samostatně vzít v úvahu uzemnění.
Foto – výsledek zkratu Zkraty můžete také rozdělit podle typu připojení elektrického zařízení:
- S uzemněním;
- Bez něho.
Pro úplné vysvětlení tohoto jevu doporučujeme zvážit příklad. Řekněme, že existuje konkrétní proudový spotřebič, který je připojen k místnímu elektrickému vedení pomocí odbočky. Při správném obvodu se celkové napětí v síti rovná rozdílu EMF u zdroje energie a snížení napětí v místních elektrických sítích. Na základě toho lze k určení zkratového proudu použít Ohmův vzorec:
R = 0; Ikz = Ɛ/r
Zde r je zkratová odolnost.
Pokud dosadíte určité hodnoty, můžete určit poruchový proud v libovolném bodě celého elektrického vedení. Zde není potřeba kontrolovat násobnost zkratu.
Metody výpočtu
Předpokládejme, že již došlo ke zkratu v třífázové síti, například v rozvodně nebo na vinutí transformátoru, jak se potom vypočítají zkratové proudy:
Vzorec - třífázový poruchový proud Zde U20 je napětí vinutí transformátoru a Z T je odpor určité fáze (která byla poškozena při zkratu). Pokud je napětí v sítích známým parametrem, je třeba vypočítat odpor.
Každý elektrický zdroj, ať už je to transformátor, svorka baterie nebo elektrické vodiče, má svou vlastní nominální úroveň odporu. Jinými slovy, každý má své vlastní Z. Vyznačují se ale kombinací aktivních odporů a indukčních. Existují i kapacitní, ale ty nejsou důležité při výpočtu vysokých proudů. Proto mnoho elektrikářů používá pro výpočet těchto údajů zjednodušenou metodu: aritmetický výpočet odporu stejnosměrného proudu v sériově zapojených sekcích. Když jsou tyto charakteristiky známy, nebude obtížné vypočítat impedanci pro úsek nebo celou síť pomocí níže uvedeného vzorce:
Kompletní uzemňovací vzorec Kde ε je emf a r je hodnota odporu.
Vzhledem k tomu, že při přetížení je odpor nulový, řešení má následující podobu:
I = e/r = 12/10-2
Na základě toho je zkratová síla této baterie 1200 ampér.
Tímto způsobem je také možné vypočítat zkratový proud pro motor, generátor a další instalace. Ale ve výrobě není vždy možné vypočítat přijatelné parametry pro každé jednotlivé elektrické zařízení. Kromě toho je třeba vzít v úvahu, že v případě asymetrických zkratů mají zátěže jiný sled, což vyžaduje znát cos φ a odpor, který je třeba vzít v úvahu. Pro výpočet se používá speciální tabulka GOST 27514-87, kde jsou uvedeny tyto parametry:
Existuje také koncept jednosekundového zkratu, zde je vzorec pro sílu proudu při zkratu určen pomocí speciálního koeficientu:
Vzorec – koeficient zkratu Předpokládá se, že v závislosti na průřezu kabelu může zkrat projít bez povšimnutí kabeláže. Optimální doba trvání zkratu je do 5 sekund. Převzato z Nebratovy knihy „Výpočet zkratů v sítích“:
| Sekce, mm 2 | Doba trvání zkratu přípustná pro určitý typ vodiče | |||
| PVC izolace | Polyethylen | |||
| Měděné žíly | Hliník | Měď | Hliník | |
| 1,5 | 0,17 | Ne | 0,21 | Ne |
| 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 |
Tato tabulka vám pomůže zjistit předpokládanou podmíněnou dobu trvání zkratu v normálním provozu, proud na přípojnicích a různé typy vodičů.
Pokud není čas na výpočet dat pomocí vzorců, použije se speciální zařízení. Například indikátor Shch41160 je velmi oblíbený mezi profesionálními elektrikáři - jedná se o 380/220V fázový měřič zkratového proudu. Digitální zařízení umožňuje určit a vypočítat zkratovou sílu v domácích a průmyslových sítích. Takový měřič lze zakoupit ve speciálních elektroprodejnách. Tato technika je dobrá, pokud potřebujete rychle a přesně určit aktuální úroveň smyčky nebo části obvodu.
Používá se také program „Emergency Emergency“, který dokáže rychle určit tepelný účinek zkratu, ztrátovost a sílu proudu. Kontrola probíhá automaticky, zadávají se známé parametry a všechna data sama vypočítává. Jedná se o placený projekt, licence stojí asi tisíc rublů.
Video: ochrana elektrické sítě před zkratem
Pokyny pro ochranu a výběr zařízení
Navzdory nebezpečí tohoto jevu stále existuje způsob, jak omezit nebo minimalizovat pravděpodobnost mimořádných situací. K omezení zkratů je velmi vhodné použít elektrický přístroj, může to být proud omezující tlumivka, která výrazně snižuje tepelný účinek vysokých elektrických impulsů. Tato možnost však není vhodná pro domácí použití.
Foto - schéma jednotky ochrany proti zkratu Doma se často můžete setkat s využitím automatických jističů a reléových ochran. Tyto spouště mají určitá omezení (maximální a minimální síťový proud), při překročení se vypne napájení. Stroj umožňuje určit přípustnou úroveň ampér, což pomáhá zvýšit bezpečnost. Volba se provádí mezi zařízeními s vyšší třídou ochrany, než je nutné. Například v 21ampérové síti se doporučuje použít 25ampérový jistič.
Zkratový proud
Obrázek 1 ukazuje schéma připojení elektrické žárovky k elektrické síti. Pokud je odpor této lampy r l = 240 Ohm a síťové napětí U= 120 V, pak podle Ohmova zákona bude proud v obvodu lampy:
Obrázek 1. Schéma zkratu na svorkách spínače
Podívejme se na případ, kdy jsou vodiče vedoucí k žárovce zkratovány přes velmi malý odpor, například silná kovová tyč s odporem r= 0,01 Ohm, náhodně spadne na dva vodiče. V tomto případě síťový proud procházející do bodu A, se bude větvit po dvou cestách: jedna jeho velká část půjde po kovové tyči - cesta s nízkým odporem a druhá, malá část proudu, bude procházet po cestě s vysokým odporem - žárovka.
Nouzový režim provozu sítě, kdy v důsledku poklesu jejího odporu prudce vzroste proud v ní oproti normálu, se nazývá zkrat.
Určíme sílu zkratového proudu procházejícího kovovou tyčí:
Ve skutečnosti v případě zkratu bude síťové napětí menší než 120 V, protože velký proud vytvoří v síti velký proud a proto proud protékající kovovou tyčí bude menší než 12 000 A. přesto bude tento proud mnohonásobně vyšší než proud spotřebovaný dříve žárovkou.
Zkrat proudu při proudu já zkrat = 12 000 A bude:
P kz = U × já zkrat = 120 × 12 000 = 1 440 000 W = 1 440 kW.
Proud procházející vodičem vytváří teplo a vodič se zahřívá. V našem příkladu byl průřez vodičů elektrického obvodu navržen na malý proud - 0,5 A. Při uzavření vodičů bude obvodem protékat velmi velký proud - 12 000 A. Takový proud způsobí uvolnění obrovského množství tepla, které jistě povede ke zuhelnatění a spálení izolace drátu, roztavení materiálu drátu, poškození elektrických měřicích přístrojů, roztavení spínacích kontaktů, nožových spínačů a podobně. Může být také poškozen zdroj elektrické energie napájející takový obvod. Přehřátí vodičů může způsobit požár.
Každá elektrická síť je navržena pro svůj vlastní normální proud.
Vzhledem k nebezpečným, destruktivním a někdy nenapravitelným následkům zkratu je nutné při instalaci a provozu elektroinstalace dodržovat určité podmínky, aby se odstranily příčiny zkratu. Hlavní jsou následující:
1) izolace vodičů musí odpovídat svému účelu (síťové napětí a provozní podmínky);
2) průřez vodičů musí být takový, aby jejich ohřev za stávajících provozních podmínek nedosáhl nebezpečné hodnoty;
3) uložené vodiče musí být spolehlivě chráněny před mechanickým poškozením;
4) přípojky a odbočky musí být stejně spolehlivě izolovány jako samotné vodiče;
5) křížení drátů musí být provedeno tak, aby se dráty navzájem nedotýkaly;
6) dráty musí být vedeny skrz stěny, stropy a podlahy tak, aby byly chráněny před vlhkostí, mechanickým a chemickým poškozením a byly dobře izolované.
Ochrana proti zkratu
Aby se zabránilo náhlému, nebezpečnému zvýšení proudu v elektrickém obvodu během zkratu, je obvod chráněn tavnými nebo automatickými spínači.
Pojistky jsou vodič s nízkou tavitelností zapojený sériově do sítě. Při zvýšení proudu nad určitou hodnotu se tavný drát zahřeje a roztaví, v důsledku čehož se elektrický obvod automaticky přeruší a proud v něm se zastaví.
Jistič je složitější a dražší ochranné zařízení než pojistka. Na rozdíl od pojistky je však navržena pro opakované operace k ochraně obvodů během nouzových provozních podmínek. Konstrukčně je jistič vyroben v dielektrickém pouzdře s vypínacím mechanismem zabudovaným uvnitř. Uvolňovací mechanismus má pevné a pohyblivé kontakty. Pohyblivý kontakt je odpružený, pružina poskytuje sílu pro rychlé uvolnění kontaktů. Uvolňovací mechanismus se aktivuje jedním ze dvou spouště: tepelným nebo magnetickým.
Tepelná spoušť je bimetalová deska vyhřívaná protékajícím proudem. Když proud protéká nad přípustnou hodnotu, bimetalová deska se ohne a aktivuje vypínací mechanismus. Doba odezvy závisí na proudu (časově proudová charakteristika) a může se pohybovat od sekund do hodiny. Na rozdíl od pojistky je jistič připraven k dalšímu použití, jakmile deska vychladne.
Elektromagnetická spoušť je mžiková spoušť, což je cívka vyrobená z vodiče, jejíž pohyblivé jádro může také aktivovat spouštěcí mechanismus. Proud procházející spínačem protéká vinutím elektromagnetu a způsobuje zatažení jádra, když je překročena specifikovaná prahová hodnota proudu. Okamžitá spoušť na rozdíl od tepelné spouště funguje velmi rychle (zlomky sekundy), ale při podstatně vyšším proudu: 2 ÷ 14 násobek jmenovitého proudu.
Video 1. Zkrat
