Una vez, un instalador le dijo a una señora que no sabía mucho de ingeniería eléctrica el motivo de la pérdida de luz en su apartamento. Resultó ser un cortocircuito y la mujer exigió que se prolongara de inmediato. Puedes reírte de esta historia, pero es mejor considerar este problema con más detalle. Los especialistas en electricidad, incluso sin este artículo, saben qué es este fenómeno, qué amenaza y cómo calcular la corriente de cortocircuito. La siguiente información está dirigida a personas que no tienen educación técnica, pero que, como todos, no son inmunes a los problemas asociados con la operación de equipos, máquinas, equipos de producción y los electrodomésticos más comunes. Es importante que toda persona sepa qué es un cortocircuito, cuáles son sus causas, posibles consecuencias y métodos para prevenirlo. No puede hacer esta descripción sin familiarizarse con los conceptos básicos de la ciencia eléctrica. Un lector que no los conozca puede aburrirse y no terminar de leer el artículo hasta el final.

Exposición popular de la ley de Ohm

No importa cuál sea la naturaleza de la corriente en un circuito eléctrico, solo ocurre si hay una diferencia de potencial (o voltaje, es lo mismo). La naturaleza de este fenómeno se puede explicar con el ejemplo de una cascada: si hay un desnivel, el agua fluye en alguna dirección, y cuando no, se detiene. Incluso los escolares conocen la ley de Ohm, según la cual la corriente es mayor cuanto mayor es el voltaje y menor cuanto mayor es la resistencia incluida en la carga:

I es la magnitud de la corriente, que a veces se denomina "fuerza actual", aunque esta no es una traducción completamente competente del alemán. Se mide en Amperios (A).

De hecho, la corriente en sí misma no tiene potencia (es decir, la causa de la aceleración), que es exactamente lo que se manifiesta durante un cortocircuito. Este término ya se ha vuelto familiar y se usa a menudo, aunque los profesores de algunas universidades, al escuchar las palabras "fuerza actual" de labios de un estudiante, inmediatamente ponen "malo". “Pero, ¿qué pasa con el fuego y el humo provenientes del cableado durante un cortocircuito? - preguntará el obstinado oponente, - ¿No es esto fuerza? Hay una respuesta a este comentario. El hecho es que los conductores ideales no existen, y su calentamiento se debe precisamente a este hecho. Si asumimos que R=0, entonces no se liberaría calor, como se desprende de la siguiente ley de Joule-Lenz.

U es la misma diferencia de potencial, también llamada voltaje. Se mide en Voltios (tenemos V, en el exterior V). también se le llama fuerza electromotriz(CEM).

R- resistencia eléctrica, es decir, la capacidad de un material para impedir el paso de corriente. Para dieléctricos (aislantes) es grande, aunque no infinito, para conductores es pequeño. Se mide en ohmios, pero se estima como un valor específico. No hace falta decir que cuanto más grueso es el cable, mejor conduce la corriente, y cuanto más largo es, peor es. Por lo tanto, la resistividad se mide en ohmios multiplicados por milímetro cuadrado y dividido por el metro. Además, su valor se ve afectado por la temperatura, cuanto mayor sea, más resistencia. Por ejemplo, un conductor de oro de 1 metro de largo y 1 metro cuadrado. mm a 20 grados centígrados tiene una resistencia total de 0,024 ohmios.

También existe la fórmula de la ley de Ohm para cadena completa, se introduce la resistencia interna (intrínseca) de la fuente de voltaje (EMF).

Dos fórmulas simples pero importantes

Es imposible comprender la razón por la que se produce una corriente de cortocircuito sin dominar otra fórmula sencilla. La potencia consumida por la carga es igual (excluyendo los componentes reactivos, pero sobre ellos más adelante) al producto de la corriente y el voltaje.

P - potencia, Watt o Volt-Amp;

U - voltaje, voltios;

I - corriente, amperio.

La potencia nunca es infinita, siempre está limitada por algo, por lo tanto, con su valor fijo, a medida que aumenta la corriente, disminuye el voltaje. La dependencia de estos dos parámetros del circuito de trabajo, expresada gráficamente, se denomina característica de corriente-voltaje.

Y una fórmula más necesaria para calcular las corrientes de cortocircuito es la ley de Joule-Lenz. Da una idea de cuanto calor se genera al resistir una carga, y es muy sencillo. El conductor se calentará con una intensidad proporcional a la magnitud del voltaje y al cuadrado de la corriente. Y, por supuesto, la fórmula no está completa sin tiempo, cuanto más se caliente la resistencia, más calor liberará.

¿Qué sucede en el circuito durante un cortocircuito?

Entonces, el lector puede considerar que ha dominado todas las principales leyes físicas para averiguar cuál puede ser la magnitud (bueno, déjalo) de la corriente de cortocircuito. Pero primero debe decidir sobre la cuestión de qué es, de hecho,. Un cortocircuito (cortocircuito) es una situación en la que la resistencia de carga es cercana a cero. Nos fijamos en la fórmula de la ley de Ohm. Si consideramos su versión para una sección del circuito, es fácil comprender que la corriente tenderá al infinito. En la versión completa, estará limitado por la resistencia de la fuente EMF. En cualquier caso, la corriente de cortocircuito es muy grande y, según la ley de Joule-Lenz, cuanto mayor es, más se calienta el conductor por el que circula. Además, la dependencia no es directa, sino cuadrática, es decir, si I aumenta cien veces, se liberará diez mil veces más calor. Este es el peligro de un fenómeno que a veces conduce a incendios.

Los cables brillan al rojo vivo (o al blanco), transfieren esta energía a las paredes, techos y otros objetos que tocan y les prenden fuego. Si la fase en algún dispositivo toca el conductor neutro, se produce una corriente de cortocircuito de la fuente, cerrada a sí misma. La base combustible del cableado eléctrico es una pesadilla para los inspectores de incendios y la causa de muchas multas impuestas a propietarios irresponsables de edificios y locales. Y la falla, por supuesto, no son las leyes de Joule-Lenz y Ohm, sino el aislamiento que se secó debido a la vejez, la instalación descuidada o analfabeta, el daño mecánico o la sobrecarga del cableado.

Sin embargo, la corriente de cortocircuito, por grande que sea, tampoco es infinita. El tamaño de los problemas que puede hacer se ve afectado por la duración del calentamiento y los parámetros del esquema de suministro de energía.

circuitos de CA

Las situaciones discutidas anteriormente eran de naturaleza general o se referían a circuitos de CC. En la mayoría de los casos, tanto las instalaciones residenciales como las industriales se alimentan con electricidad de la red. voltaje de corriente alterna 220 o 380 voltios. Los problemas con el cableado de CC ocurren con mayor frecuencia en los automóviles.

Hay una diferencia entre estos dos tipos principales de fuente de alimentación, y es significativa. El caso es que el pasaje corriente alterna prevenir componentes adicionales de resistencia, llamados reactivos y debido a la naturaleza ondulatoria de los fenómenos que surgen en ellos. Las inductancias y capacitancias reaccionan a la corriente alterna. La corriente de cortocircuito del transformador está limitada no solo por la resistencia activa (u óhmica, es decir, que se puede medir con un probador de bolsillo), sino también por su componente inductivo. El segundo tipo de carga es capacitiva. Con relación al vector de corriente activa, los vectores de los componentes reactivos son rechazados. La corriente inductiva va a la zaga y la corriente capacitiva la lleva 90 grados.

Un ejemplo de la diferencia en el comportamiento de una carga que tiene un componente reactivo es un altavoz convencional. Algunos amantes de la música alta lo sobrecargan hasta que el campo magnético empuja el difusor hacia adelante. La bobina sale volando del núcleo e inmediatamente se quema, porque el componente inductivo de su voltaje disminuye.

Tipos de cortocircuito

La corriente de cortocircuito puede ocurrir en diferentes circuitos conectados a diferentes fuentes de corriente continua o alterna. La forma más fácil es con el más habitual, que de repente se conecta con el menos, sin pasar por la carga útil.

Pero con la corriente alterna, hay más opciones. Corriente monofásica un cortocircuito se produce cuando una fase se conecta a un neutro o se pone a tierra. En una red trifásica, puede ocurrir un contacto no deseado entre dos fases. Un voltaje de 380 o más (al transmitir energía a largas distancias en las líneas eléctricas) voltios también pueden causar consecuencias desagradables, incluido un arco eléctrico en el momento de la conmutación. Puede cerrar los tres (o cuatro, junto con el neutro) cables al mismo tiempo, y la corriente de cortocircuito trifásica fluirá a través de ellos hasta que funcione la protección automática.

Pero eso no es todo. En rotores y estatores Maquinas electricas(motores y generadores) y transformadores, a veces se produce un fenómeno tan desagradable como un cortocircuito entre vueltas, en el que los bucles de cables adyacentes forman una especie de anillo. Este circuito cerrado tiene una resistencia de CA extremadamente baja. La fuerza de la corriente de cortocircuito en las espiras aumenta, esto hace que toda la máquina se caliente. En realidad, si ocurre tal desastre, no debe esperar hasta que todo el aislamiento se derrita y el motor eléctrico humee. Los devanados de la máquina deben rebobinarse, lo que requiere un equipo especial. Lo mismo se aplica a aquellos casos en que, debido al "interturn", se ha producido una corriente de cortocircuito del transformador. Cuanto menos se queme el aislamiento, más fácil y económico será el rebobinado.

Cálculo de corriente de cortocircuito

No importa cuán catastrófico sea este o aquel fenómeno, su evaluación cuantitativa es importante para la ingeniería y las ciencias aplicadas. La fórmula de corriente de cortocircuito es muy similar a la ley de Ohm, solo necesita alguna explicación. Asi que:

Cortocircuito = Uph / (Zn + Zt),

Yo kz - valor de la corriente de cortocircuito, A;

Uph- tensión de fase, A;

Zn es la resistencia total (incluida la componente reactiva) del bucle cortocircuitado;

Zt es la resistencia total (incluido el componente reactivo) del transformador de potencia (potencia), Ohm.

Las impedancias se definen como la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyos catetos son los valores de resistencia activa y reactiva (inductiva). Es muy simple, necesitas usar el teorema de Pitágoras.

Con algo más de frecuencia que la fórmula de corriente de cortocircuito, en la práctica se utilizan curvas derivadas experimentalmente. Representan dependencias del valor de I k.z. en la longitud del conductor, la sección transversal del cable y la potencia transformador. Los gráficos son una colección de líneas exponenciales descendentes, de las cuales solo queda elegir la apropiada. El método da resultados aproximados, pero su precisión se adapta bien a las necesidades prácticas de los ingenieros de suministro de energía.

como es el proceso

Todo parece suceder al instante. Algo zumbó, la luz se atenuó e inmediatamente se apagó. De hecho, como cualquier fenómeno físico, el proceso puede ser mentalmente estirado, ralentizado, analizado y dividido en fases. Antes del inicio del momento de emergencia, el circuito se caracteriza por un valor de corriente constante que se encuentra dentro del modo nominal. De repente, la impedancia cae bruscamente a un valor cercano a cero. Los componentes inductivos (motores eléctricos, estranguladores y transformadores) de la carga al mismo tiempo, por así decirlo, ralentizan el proceso de crecimiento de la corriente. Así, en los primeros microsegundos (hasta 0,01 seg), la corriente de cortocircuito de la fuente de tensión permanece prácticamente invariable e incluso disminuye ligeramente debido a la aparición del transitorio. Al mismo tiempo, su EMF gradualmente llega a cero, luego lo atraviesa y se establece en algún valor estabilizado, lo que asegura el flujo de un gran cortocircuito. La corriente en sí misma en el momento del proceso transitorio es la suma de los componentes periódicos y aperiódicos. Se analiza la forma del gráfico del proceso, como resultado de lo cual es posible determinar valor constante tiempo, en función del ángulo de inclinación de la tangente a la curva de aceleración en el punto de su inflexión (primera derivada) y el tiempo de retardo, determinado por el valor de la componente reactiva (inductiva) de la resistencia total.

Sobretensión de corriente de cortocircuito

En la literatura técnica, a menudo se encuentra el término "corriente de choque de cortocircuito". No debe tener miedo de este concepto, no es tan terrible y no tiene nada que ver con una descarga eléctrica. Este concepto significa que el valor máximo de I k.z. en el circuito de corriente alterna, que suele alcanzar su valor medio tiempo después de que se haya producido la situación de emergencia. A una frecuencia de 50 Hz, el período es de 0,2 segundos y su mitad es de 0,1 segundos, respectivamente. En este momento, la interacción de los conductores ubicados cerca unos de otros alcanza su máxima intensidad. La corriente de cortocircuito de choque está determinada por la fórmula, que en este artículo, no destinado a especialistas y ni siquiera a estudiantes, no tiene sentido. Está disponible en literatura especializada y libros de texto. En sí misma, esta expresión matemática no es particularmente difícil, pero requiere comentarios bastante voluminosos que profundizan al lector en la teoría de los circuitos eléctricos.

cortocircuito útil

Parecería que el hecho obvio es que un cortocircuito es un fenómeno extremadamente malo, desagradable e indeseable. Puede conducir, en el mejor de los casos, a la desenergización de la instalación, el apagado del equipo de protección de emergencia y, en el peor de los casos, al desgaste del cableado e incluso a un incendio. Por lo tanto, todos los esfuerzos deben estar enfocados en evitar este flagelo. Sin embargo, el cálculo de las corrientes de cortocircuito tiene un significado muy real y práctico. Se han inventado muchos medios técnicos que funcionan en el modo de valores de corriente elevados. Un ejemplo es el habitual maquina de soldar, especialmente el arco, que en el momento de la operación casi cortocircuita el electrodo con puesta a tierra. Otro tema es que estos regímenes son de corta duración, y la potencia del transformador permite soportar estas sobrecargas. Cuando se suelda en el punto de contacto del extremo del electrodo, pasan grandes corrientes (se miden en decenas de amperios), como resultado de lo cual se libera suficiente calor para fundir localmente el metal y crear una costura fuerte.

Métodos de protección

En los primeros años del rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica, cuando la humanidad todavía estaba experimentando audazmente, introduciendo dispositivos galvánicos, inventando diferentes tipos generadores, motores e iluminación, surgió el problema de proteger estos dispositivos de sobrecargas y corrientes de cortocircuito. Su solución más sencilla era instalar elementos fusibles en serie con la carga, que eran destruidos por el calor resistivo si la corriente excedía el valor establecido. Dichos fusibles sirven a las personas hoy en día, sus principales ventajas son la simplicidad, la confiabilidad y el bajo costo. Pero también tienen desventajas. La misma simplicidad del “corcho” (como se llamaba a los portafusibles por su forma específica) provoca que los usuarios, después de su agotamiento, no filosofen astutamente, sino que reemplacen los elementos defectuosos con los primeros cables, clips e incluso clavos que vienen a la mano. ¿Vale la pena mencionar que tal protección contra corrientes de cortocircuito no cumple su noble función?

En plantas industriales para desenergizar circuitos sobrecargados rompedores de circuito comenzó a usarse antes que en los escudos de apartamentos, pero en las últimas décadas, los "tapones" han sido reemplazados en gran medida por ellos. Las "máquinas automáticas" son mucho más convenientes, no se pueden cambiar, pero se encienden eliminando la causa del cortocircuito y esperando que los elementos térmicos se enfríen. Sus contactos a veces se queman, en cuyo caso es mejor reemplazarlos y no intentar limpiarlos o repararlos. Los autómatas diferenciales más complejos y de alto costo no duran más que los habituales, pero funcionalmente su carga es más amplia, desconectan el voltaje en caso de mínima fuga de corriente "hacia un lado", por ejemplo, cuando una persona es golpeada por un corriente eléctrica.

En la vida cotidiana, no se recomienda experimentar con un cortocircuito.

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La intensidad de la corriente de cortocircuito en los terminales del motor depende de la potencia del transformador de alimentación, la longitud y la sección transversal del cable de conexión.

La fuerza de las corrientes de cortocircuito generalmente se calcula utilizando el método sin resistencia. La esencia del método es determinar el valor de resistencia de los elementos individuales del sistema, luego la resistencia total (total) de toda la red desde la fuente de alimentación hasta el sitio de falla, y por la magnitud de la resistencia total: el corto intensidad de la corriente del circuito. En este caso, la resistencia de secciones individuales de la red con diferentes voltajes se refiere al voltaje del cortocircuito.

La intensidad de la corriente de cortocircuito que se produce en la sección conmutada se puede limitar introduciendo una resistencia en esta sección, y la corriente de funcionamiento del rotor debe pasar a través de dicha resistencia solo durante la conmutación. Esto último es necesario para no tener pérdidas de calor demasiado grandes.

Si la corriente de cortocircuito supera los 2000 A/V.

Medida de corrientes de cortocircuito en celdas galvánicas con baja resistencia interna difícil porque la conexión instrumento de medición(miliamperímetro o amperímetro) aumenta la resistencia del circuito y distorsiona el valor real de la corriente.

Determine la corriente de cortocircuito de la batería si, a una corriente de 2 A, se libera una potencia de 24 W en el circuito externo, y a una corriente de 5 A, una potencia de 30 W. Encontrar poder maximo, que puede destacarse en la cadena.

Para calcular la fuerza de la corriente de cortocircuito en redes con tensiones superiores a 1000 V, es necesario conocer las resistencias de generadores, transformadores, líneas de transmisión y otros elementos.

Para limitar la intensidad de la corriente de cortocircuito que se produce cuando se forma un arco entre los electrodos del precipitador electrostático y para extinguir el arco en el circuito. devanado primario Transformador de alto voltaje conectado en serie resistencia tampón (reóstato) BS.

DE; / - intensidad de corriente de cortocircuito, A; R - resistencia del conductor, Ohm; t - tiempo de cortocircuito, s; cpr - capacidad calorífica del material conductor, J / / (kg - K); mr - masa del conductor, kg.

Los valores de la corriente de cortocircuito calculados de esta manera permiten verificar la correspondencia de los valores de catálogo de la estabilidad térmica (térmica) y dinámica (choque) de los dispositivos seleccionados con los valores calculados de la corrientes de cortocircuito.

¿Qué fórmula se utiliza para determinar la corriente de cortocircuito?

Ijmn, cerca de la fuerza de la corriente de cortocircuito, el generador no produce más corriente con un mayor aumento en la velocidad del rotor.