En gang fortalte en montør en dame som ikke var særlig kunnskapsrik innen elektroteknikk årsaken til tapet av lys i leiligheten hennes. Det viste seg å være en kortslutning, og kvinnen krevde at den umiddelbart ble forlenget. Du kan le av denne historien, men det er bedre å vurdere dette problemet mer detaljert. Elektriske spesialister, selv uten denne artikkelen, vet hva dette fenomenet er, hva det truer og hvordan man beregner kortslutningsstrømmen. Informasjonen nedenfor henvender seg til personer som ikke har teknisk utdannelse, men som alle andre ikke er immune mot problemene knyttet til drift av utstyr, maskiner, produksjonsutstyr og de vanligste husholdningsapparater. Det er viktig for enhver person å vite hva en kortslutning er, hva som er årsakene, mulige konsekvenser og metoder for å forhindre den. Du kan ikke gjøre i denne beskrivelsen uten å bli kjent med det grunnleggende om elektrovitenskap. En leser som ikke kjenner dem, kan kjede seg og ikke lese artikkelen til slutten.

Populær utstilling av Ohms lov

Uansett hva strømmen i en elektrisk krets har, oppstår den bare hvis det er en potensialforskjell (eller spenning, det er det samme). Naturen til dette fenomenet kan forklares med eksemplet med en foss: hvis det er en nivåforskjell, renner vannet i en eller annen retning, og når det ikke er det, står det stille. Til og med skolebarn kjenner Ohms lov, ifølge hvilken strømmen er større, jo høyere spenningen er, og jo mindre, jo høyere er motstanden inkludert i belastningen:

I er størrelsen på strømmen, som noen ganger kalles "strømstyrke", selv om dette ikke er en helt kompetent oversettelse fra tysk. Det måles i ampere (A).

Faktisk har ikke strømmen i seg selv kraft (det vil si årsaken til akselerasjon), som er det som manifesterer seg under en kortslutning. Dette begrepet har allerede blitt kjent og brukes ofte, selv om lærere ved noen universiteter, etter å ha hørt ordene "nåværende styrke" fra leppene til en student, umiddelbart satte "dårlig". «Men hva med brannen og røyken som kommer fra ledningene under en kortslutning? – vil den sta motstanderen spørre, – Er ikke dette styrke? Det er et svar på denne kommentaren. Faktum er at ideelle ledere ikke eksisterer, og oppvarmingen deres skyldes nettopp dette faktum. Hvis vi antar at R=0, vil ingen varme frigjøres, som det fremgår av Joule-Lenz-loven nedenfor.

U er den samme potensialforskjellen, også kalt spenning. Det måles i volt (vi har V, i utlandet V). Han kalles også elektromotorisk kraft(EMF).

R- elektrisk motstand, det vil si et materiales evne til å hindre strømgjennomgang. For dielektriske (isolatorer) er det stort, men ikke uendelig, for ledere er det lite. Den måles i ohm, men estimeres som en spesifikk verdi. Det sier seg selv at jo tykkere ledningen er, jo bedre leder den strøm, og jo lengre den er, jo dårligere er den. Derfor måles resistivitet i ohm multiplisert med kvadratmillimeter og delt på meter. I tillegg påvirkes verdien av temperaturen, jo høyere den er mer motstand. For eksempel en gullleder 1 meter lang og 1 kvm. mm ved 20 grader Celsius har en total motstand på 0,024 Ohm.

Det er også Ohms lovformel for komplett kjede, den interne (egen) motstanden til spenningskilden (EMF) introduseres i den.

To enkle, men viktige formler

Det er umulig å forstå årsaken til at en kortslutningsstrøm oppstår uten å mestre en annen enkel formel. Strømmen som forbrukes av lasten er lik (unntatt reaktive komponenter, men om dem senere) med produktet av strøm og spenning.

P - effekt, Watt eller Volt-Amp;

U - spenning, Volt;

Jeg - nåværende, Ampere.

Strøm er aldri uendelig, den er alltid begrenset av noe, derfor, med sin faste verdi, når strømmen øker, synker spenningen. Avhengigheten av disse to parameterne til arbeidskretsen, uttrykt grafisk, kalles strømspenningskarakteristikken.

Og en annen formel som er nødvendig for å beregne kortslutningsstrømmene er Joule-Lenz-loven. Det gir en ide om hvor mye varme som genereres når man motstår en belastning, og er veldig enkelt. Lederen vil varmes opp med en intensitet proporsjonal med størrelsen på spenningen og kvadratet på strømmen. Og selvfølgelig er formelen ikke komplett uten tid, jo lenger motstanden varmes opp, jo mer varme vil den frigjøre.

Hva skjer i kretsen under en kortslutning

Så leseren kan vurdere at han har mestret alle de viktigste fysiske lovene for å finne ut hva størrelsen (ok, la det være) på kortslutningsstrømmen kan være. Men først må du bestemme deg for spørsmålet om hva det faktisk er. En kortslutning (kortslutning) er en situasjon der belastningsmotstanden er nær null. Vi ser på formelen til Ohms lov. Hvis vi vurderer versjonen for en del av kretsen, er det lett å forstå at strømmen vil ha en tendens til uendelig. I fullversjonen vil den være begrenset av motstanden til EMF-kilden. I alle fall er kortslutningsstrømmen veldig høy, og i henhold til Joule-Lenz-loven, jo større den er, jo mer varmes lederen som den går langs. Dessuten er avhengigheten ikke direkte, men kvadratisk, det vil si at hvis jeg øker hundre ganger, vil ti tusen ganger mer varme frigjøres. Dette er faren for et fenomen som noen ganger fører til brann.

Ledningene lyser rødglødende (eller hvitglødende), de overfører denne energien til vegger, tak og andre gjenstander som de berører og setter dem i brann. Hvis fasen i en enhet berører nøytrallederen, oppstår en kortslutningsstrøm av kilden, lukket for seg selv. Den brennbare basen av elektriske ledninger er et mareritt for branninspektører og årsaken til mange bøter pålagt uansvarlige eiere av bygninger og lokaler. Og feilen er selvfølgelig ikke lovene til Joule-Lenz og Ohm, men isolasjonen tørket opp fra alderdom, unøyaktig eller analfabet installasjon, mekanisk skade eller overbelastning av ledningene.

Imidlertid er kortslutningsstrømmen, uansett hvor stor, heller ikke uendelig. Størrelsen på problemene han kan gjøre påvirkes av varigheten av oppvarmingen og parametrene til strømforsyningsordningen.

AC-kretser

Situasjonene diskutert ovenfor var av generell karakter eller gjaldt likestrømskretser. I de fleste tilfeller blir både bolig- og industrianlegg forsynt med strøm fra nettet. AC spenning 220 eller 380 volt. Problemer med DC-ledninger oppstår oftest i biler.

Det er en forskjell mellom disse to hovedtypene strømforsyning, og en betydelig. Poenget er at passasjen vekselstrøm forhindre ytterligere komponenter av motstand, kalt reaktive og på grunn av bølgenaturen til fenomenene som oppstår i dem. Induktanser og kapasitanser reagerer på vekselstrøm. Kortslutningsstrømmen til transformatoren er begrenset ikke bare av aktiv (eller ohmsk, det vil si en som kan måles med en lommetester) motstand, men også av dens induktive komponent. Den andre typen belastning er kapasitiv. I forhold til den aktive strømvektoren blir vektorene til de reaktive komponentene avvist. Den induktive strømmen henger etter, og den kapasitive strømmen leder den med 90 grader.

Et eksempel på forskjellen i oppførselen til en last som har en reaktiv komponent er en konvensjonell høyttaler. Noen elskere av høy musikk overbelaster den til magnetfeltet slår diffusoren fremover. Spolen flyr av kjernen og brenner umiddelbart ut, fordi den induktive komponenten av spenningen minker.

Typer kortslutning

Kortslutningsstrøm kan oppstå i forskjellige kretser koblet til forskjellige kilder for like- eller vekselstrøm. Den enkleste måten er med den vanlige pluss, som plutselig koblet til minus, omgå nyttelasten.

Men med vekselstrøm er det flere alternativer. Enfasestrøm en kortslutning oppstår når en fase kobles til en nøytral eller jordet. I et trefasenett kan det oppstå uønsket kontakt mellom to faser. En spenning på 380 eller mer (ved overføring av strøm til lange avstander på kraftledninger) kan volt også forårsake ubehagelige konsekvenser, inkludert lysbue ved bytte. Den kan lukke alle tre (eller fire, sammen med de nøytrale) ledningene samtidig, og den trefasede kortslutningsstrømmen vil strømme gjennom dem til den beskyttende automatikken fungerer.

Men det er ikke alt. I rotorer og statorer elektriske maskiner(motorer og generatorer) og transformatorer, noen ganger oppstår et så ubehagelig fenomen som en interturn kortslutning, der tilstøtende ledningsløkker danner en slags ring. Denne lukkede sløyfen har ekstremt lav AC-motstand. Styrken på kortslutningsstrømmen i svingene øker, dette gjør at hele maskinen varmes opp. Faktisk, hvis en slik katastrofe oppstår, bør du ikke vente til all isolasjonen smelter og den elektriske motoren ryker. Viklene på maskinen må spoles tilbake, dette krever spesialutstyr. Det samme gjelder de tilfellene når det på grunn av "interturn" har oppstått en kortslutningsstrøm til transformatoren. Jo mindre isolasjonen brenner, desto enklere og billigere blir oppspolingen.

Kortslutningsstrømberegning

Uansett hvor katastrofalt dette eller det fenomenet er, er dets kvantitative vurdering viktig for ingeniørvitenskap og anvendt vitenskap. Kortslutningsstrømformelen er veldig lik Ohms lov, den trenger bare en forklaring. Så:

I kortslutning = Uph / (Zn + Zt),

jeg k.z. - verdi av kortslutningsstrøm, A;

opp- fasespenning, AT;

Zn er den totale (inkludert den reaktive komponenten) motstanden til den kortsluttede sløyfen;

Zt er den totale (inkludert den reaktive komponenten) motstanden til krafttransformatoren (effekt), Ohm.

Impedanser er definert som hypotenusen til en rettvinklet trekant, hvis ben er verdiene for aktiv og reaktiv (induktiv) motstand. Det er veldig enkelt, du må bruke Pythagoras teorem.

Noe oftere enn kortslutningsstrømformelen brukes i praksis eksperimentelt utledede kurver. De representerer avhengigheter av verdien av I k.z. på lederens lengde, ledningens tverrsnitt og kraften krafttransformator. Diagrammer er en samling av synkende eksponentielle linjer, hvorfra det bare gjenstår å velge den riktige. Metoden gir omtrentlige resultater, men dens nøyaktighet er godt egnet til de praktiske behovene til strømforsyningsingeniører.

Hvordan er prosessen

Alt ser ut til å skje umiddelbart. Noe nynnet, lyset dempet og slukket umiddelbart. Faktisk, som ethvert fysisk fenomen, kan prosessen mentalt strekkes, bremses, analyseres og deles inn i faser. Før utbruddet av nødmomentet er kretsen preget av en jevn strømverdi som er innenfor den nominelle modusen. Plutselig synker impedansen kraftig til en verdi nær null. De induktive komponentene (elektriske motorer, choker og transformatorer) av lasten på samme tid, som det var, bremser prosessen med strømvekst. Således, i de første mikrosekunder (opptil 0,01 sek), forblir kortslutningsstrømmen til spenningskilden praktisk talt uendret og reduseres til og med litt på grunn av begynnelsen av den transiente prosessen. Samtidig når dens EMF gradvis null, passerer deretter gjennom den og er satt til en stabilisert verdi, som sikrer flyten av en stor I-kortslutning. Selve strømmen på tidspunktet for den forbigående prosessen er summen av de periodiske og aperiodiske komponentene. Formen på prosessgrafen analyseres, som et resultat av det er mulig å bestemme konstant verdi tid, avhengig av hellingsvinkelen til tangenten til akselerasjonskurven ved bøyningspunktet (første deriverte) og forsinkelsestiden, bestemt av verdien av den reaktive (induktive) komponenten av den totale motstanden.

Overspenningskortslutningsstrøm

I faglitteraturen finnes ofte begrepet "kortslutningsstøtstrøm". Du bør ikke være redd for dette konseptet, det er slett ikke så forferdelig og har ingenting med elektrisk støt å gjøre. Dette konseptet betyr den maksimale verdien av I k.z. i vekselstrømkretsen, som vanligvis når sin verdi i løpet av en halv periode etter at nødsituasjonen har oppstått. Ved en frekvens på 50 Hz er perioden henholdsvis 0,2 sekunder, og halvparten er 0,1 sekunder. I dette øyeblikket når samspillet mellom ledere som ligger nær hverandre sin maksimale intensitet. Sjokkkortslutningsstrømmen bestemmes av formelen, som i denne artikkelen, ikke ment for spesialister og ikke engang for studenter, ikke gir mening. Den er tilgjengelig i spesiallitteratur og lærebøker. I seg selv er ikke dette matematiske uttrykket spesielt vanskelig, men det krever ganske omfangsrike kommentarer som utdyper leseren inn i teorien om elektriske kretser.

Nyttig kortslutning

Det ser ut til at det åpenbare faktum er at kortslutning er et ekstremt dårlig, ubehagelig og uønsket fenomen. Det kan i beste fall føre til strømløsing av anlegget, stans av nødverneutstyr, og i verste fall til utbrenning av ledninger og til og med brann. Derfor må all innsats rettes mot å unngå denne plagen. Imidlertid har beregningen av kortslutningsstrømmer en veldig reell og praktisk betydning. Mange tekniske midler har blitt oppfunnet som fungerer i modus med høye strømverdier. Et eksempel er det vanlige sveisemaskin, spesielt lysbue, som på driftstidspunktet nesten kortslutter elektroden med jording. En annen sak er at disse regimene er av kortsiktig karakter, og kraften til transformatoren gjør det mulig å motstå disse overbelastningene. Ved sveising ved kontaktpunktet til enden av elektroden passerer enorme strømmer (de måles i titalls ampere), som et resultat av at det frigjøres nok varme til å lokalt smelte metallet og skape en sterk søm.

Beskyttelsesmetoder

I de aller første årene av den raske utviklingen av elektroteknikk, da menneskeheten fremdeles eksperimenterte modig, introduserte galvaniske enheter, oppfant forskjellige typer generatorer, motorer og belysning, oppsto problemet med å beskytte disse enhetene mot overbelastning og kortslutningsstrømmer. Den enkleste løsningen var å installere smelteelementer i serie med lasten, som ble ødelagt av resistiv varme dersom strømmen oversteg innstilt verdi. Slike sikringer tjener folk i dag, deres viktigste fordeler er enkelhet, pålitelighet og lave kostnader. Men de har også ulemper. Selve enkelheten til "korken" (som innehaverne av smeltehastigheter ble kalt for deres spesifikke form) provoserer brukere, etter utbrenthet, til ikke å filosofere lurt, men til å erstatte de mislykkede elementene med de første ledningene, bindersene og til og med negler som kommer til hånden. Er det verdt å nevne at slik beskyttelse mot kortslutningsstrømmer ikke oppfyller sin edle funksjon?

I industrianlegg for spenningsløsing av overbelastede kretser effektbrytere begynte å bli brukt tidligere enn i leilighetsskjold, men de siste tiårene har «plugger» i stor grad blitt erstattet av dem. "Automatiske maskiner" er mye mer praktiske, de kan ikke endres, men slås på ved å eliminere årsaken til kortslutningen og vente på at de termiske elementene avkjøles. Kontaktene deres brenner noen ganger ut, i så fall er det bedre å erstatte dem og ikke prøve å rengjøre eller reparere dem. Mer komplekse differensialautomater til en høy pris varer ikke lenger enn vanlige, men funksjonelt er belastningen bredere, de slår av spenningen i tilfelle minimal strømlekkasje "til siden", for eksempel når en person blir truffet av en elektrisk strøm.

I hverdagen anbefales det ikke å eksperimentere med kortslutning.

Side 1

Styrken på kortslutningsstrømmen ved motorklemmene avhenger av kraften til forsyningstransformatoren, lengden og tverrsnittet til tilkoblingskabelen.

Styrken til kortslutningsstrømmer beregnes vanligvis ved hjelp av no-resistance-metoden. Essensen av metoden er å bestemme motstandsverdien til individuelle elementer i systemet, deretter den totale (totale) motstanden til hele nettverket fra strømforsyningskilden til feilstedet, og etter størrelsen på den totale motstanden - styrken av kortslutningsstrømmen. I dette tilfellet refereres motstanden til individuelle deler av nettverket med forskjellige spenninger til spenningen til kortslutningen.

Styrken på kortslutningsstrømmen som oppstår i den svitsjede seksjonen kan begrenses ved å innføre en motstand i denne seksjonen, og rotorens driftsstrøm må passere gjennom en slik motstand kun under kobling. Sistnevnte er nødvendig for ikke å ha for store varmetap.

Hvis kortslutningsstrømmen overstiger 2000 A/V.

Måling av kortslutningsstrømmer i galvaniske celler med lav indre motstand vanskelig fordi forbindelsen måleinstrument(milliammeter eller amperemeter) øker motstanden til kretsen og forvrenger den sanne verdien av strømmen.

Bestem kortslutningsstrømmen til batteriet hvis det ved en strøm på 2 A frigjøres en effekt på 24 W i den eksterne kretsen, og ved en strøm på 5 A, en effekt på 30 W. Finne maksimal effekt, som kan skille seg ut i kjeden.

For å beregne styrken til kortslutningsstrømmen i nettverk med spenninger over 1000 V, er det nødvendig å kjenne motstandene til generatorer, transformatorer, overføringslinjer og andre elementer.

For å begrense styrken på kortslutningsstrømmen som oppstår når det dannes en lysbue mellom elektrodene i elektrofilteret, og for å slukke lysbuen i kretsen primærvikling høyspenningstransformator koblet i serie buffermotstand (reostat) BS.

FRA; / - kortslutningsstrømstyrke, A; R - ledermotstand, Ohm; t - kortslutningstid, s; cpr - varmekapasiteten til ledermaterialet, J / / (kg - K); mr - lederens masse, kg.

Verdiene til kortslutningsstrømmen beregnet på denne måten gjør det mulig å kontrollere samsvar med katalogverdiene for den termiske (termiske) og dynamiske (sjokk) stabiliteten til de valgte enhetene med de beregnede verdiene av kortslutningsstrømmene.

Hvilken formel brukes for å bestemme kortslutningsstrømmen.

Ijmn, nær styrken til kortslutningsstrømmen, produserer ikke generatoren mer strøm med en ytterligere økning i rotorhastigheten.