Odată, un montator i-a spus unei doamne care nu cunoștea prea mult inginerie electrică motivul pierderii luminii în apartamentul ei. S-a dovedit a fi un scurtcircuit, iar femeia a cerut ca acesta să fie prelungit imediat. Puteți râde de această poveste, dar este mai bine să luați în considerare această problemă mai detaliat. Specialiștii în electricitate, chiar și fără acest articol, știu ce este acest fenomen, ce amenință și cum se calculează curentul de scurtcircuit. Informațiile de mai jos se adresează persoanelor care nu au studii tehnice, dar, ca toți ceilalți, nu sunt imuni de necazurile asociate cu funcționarea echipamentelor, mașinilor, echipamentelor de producție și a celor mai comune aparate de uz casnic. Este important ca fiecare persoană să știe ce este un scurtcircuit, care sunt cauzele acestuia, posibilele consecințe și metodele de prevenire a acestuia. Nu puteți face în această descriere fără să vă familiarizați cu elementele de bază ale științei electrice. Un cititor care nu le cunoaște s-ar putea să se plictisească și să nu termine de citit articolul până la sfârșit.

Expunere populară a legii lui Ohm

Indiferent de natura curentului dintr-un circuit electric, acesta apare doar dacă există o diferență de potențial (sau tensiune, este același lucru). Natura acestui fenomen poate fi explicată prin exemplul unei cascade: dacă există o diferență de nivel, apa curge într-o anumită direcție, iar când nu, rămâne nemișcată. Chiar și școlarii cunosc legea lui Ohm, conform căreia curentul este cu atât mai mare, cu cât tensiunea este mai mare și cu cât este mai mică, cu atât rezistența inclusă în sarcină este mai mare:

I este mărimea curentului, care se numește uneori „puterea curentului”, deși aceasta nu este o traducere complet competentă din germană. Se măsoară în Amperi (A).

De fapt, curentul în sine nu are putere (adică cauza accelerației), care este exact ceea ce se manifestă în timpul unui scurtcircuit. Acest termen a devenit deja familiar și este adesea folosit, deși profesorii unor universități, auzind cuvintele „puterea curentă” de pe buzele unui student, au pus imediat „rău”. „Dar ce se întâmplă cu focul și fumul care provin din cablare în timpul unui scurtcircuit? - va întreba adversarul încăpăţânat, - Nu este aceasta putere? Există un răspuns la acest comentariu. Cert este că conductorii ideali nu există, iar încălzirea lor se datorează tocmai acestui fapt. Dacă presupunem că R=0, atunci nu s-ar degaja căldură, așa cum reiese din legea Joule-Lenz de mai jos.

U este aceeași diferență de potențial, numită și tensiune. Se măsoară în Volți (avem V, în străinătate V). El mai este numit forta electromotoare(EMF).

R- rezistență electrică, adică capacitatea unui material de a împiedica trecerea curentului. Pentru dielectrici (izolatori) este mare, deși nu infinit, pentru conductori este mic. Se măsoară în ohmi, dar este estimat ca o valoare specifică. Este de la sine înțeles că, cu cât firul este mai gros, cu atât conduce mai bine curentul și cu cât este mai lung, cu atât este mai rău. Prin urmare, rezistivitatea se măsoară în ohmi înmulțit cu milimetru pătratși împărțit la metru. În plus, valoarea sa este afectată de temperatură, cu cât este mai mare, cu atât mai multa rezistenta. De exemplu, un conductor de aur de 1 metru lungime și 1 mp. mm la 20 de grade Celsius are o rezistență totală de 0,024 Ohm.

Există, de asemenea, formula legii lui Ohm pentru lanț complet, în ea este introdusă rezistența internă (intrinsecă) a sursei de tensiune (EMF).

Două formule simple, dar importante

Este imposibil de înțeles motivul pentru care apare un curent de scurtcircuit fără a stăpâni o altă formulă simplă. Puterea consumată de sarcină este egală (excluzând componentele reactive, dar despre acestea mai târziu) cu produsul dintre curent și tensiune.

P - putere, Watt sau Volt-Amp;

U - tensiune, Volt;

I - curent, Amperi.

Puterea nu este niciodată infinită, este întotdeauna limitată de ceva, prin urmare, cu valoarea ei fixă, pe măsură ce curentul crește, tensiunea scade. Dependența acestor doi parametri ai circuitului de lucru, exprimată grafic, se numește caracteristică curent-tensiune.

Și încă o formulă necesară pentru a calcula curenții de scurtcircuit este legea Joule-Lenz. Oferă o idee despre cât de multă căldură este generată atunci când rezistă la o sarcină și este foarte simplu. Conductorul se va încălzi cu o intensitate proporțională cu mărimea tensiunii și pătratul curentului. Și, desigur, formula nu este completă fără timp, cu cât rezistența este încălzită mai mult, cu atât mai multă căldură va elibera.

Ce se întâmplă în circuit în timpul unui scurtcircuit

Deci, cititorul poate considera că a stăpânit toate legile fizice principale pentru a-și da seama care poate fi magnitudinea (bine, să fie) curentului de scurtcircuit. Dar mai întâi trebuie să decideți cu privire la întrebarea ce este, de fapt. Un scurtcircuit (scurtcircuit) este o situație în care rezistența de sarcină este aproape de zero. Ne uităm la formula legii lui Ohm. Dacă luăm în considerare versiunea sa pentru o secțiune a circuitului, este ușor de înțeles că curentul va tinde spre infinit. În versiunea completă, acesta va fi limitat de rezistența sursei EMF. În orice caz, curentul de scurtcircuit este foarte mare și, conform legii Joule-Lenz, cu cât este mai mare, cu atât conductorul de-a lungul căruia merge este mai încălzit. Mai mult, dependența nu este directă, ci pătratică, adică dacă I ​​crește de o sută de ori, atunci se va elibera de zece mii de ori mai multă căldură. Acesta este pericolul unui fenomen care duce uneori la incendii.

Firele luminează roșu fierbinte (sau alb fierbinte), transferă această energie pe pereți, tavane și alte obiecte pe care le ating și le dau foc. Dacă faza dintr-un dispozitiv atinge conductorul neutru, apare un curent de scurtcircuit al sursei, închis pentru sine. Baza combustibilă a cablurilor electrice este un coșmar pentru inspectorii de pompieri și cauza multor amenzi aplicate proprietarilor iresponsabili de clădiri și spații. Și de vină, desigur, nu sunt legile lui Joule-Lenz și Ohm, ci izolația uscată de la bătrânețe, instalarea neglijent sau analfabetă, deteriorarea mecanică sau supraîncărcarea cablajului.

Cu toate acestea, curentul de scurtcircuit, oricât de mare, nu este, de asemenea, infinit. Dimensiunea problemelor pe care le poate face este afectată de durata încălzirii și de parametrii schemei de alimentare cu energie.

circuite AC

Situațiile discutate mai sus au fost de natură generală sau au vizat circuite DC. În majoritatea cazurilor, atât instalațiile rezidențiale, cât și cele industriale sunt alimentate cu energie electrică din rețea. Tensiune AC 220 sau 380 volți. Problemele cu cablajul DC apar cel mai adesea la mașini.

Există o diferență între aceste două tipuri principale de surse de alimentare și una semnificativă. Ideea este că pasajul curent alternativ previne componente suplimentare de rezistență, numite reactive și datorită naturii ondulatorii a fenomenelor care apar în ele. Inductanțe și capacități reacționează la curentul alternativ. Curentul de scurtcircuit al transformatorului este limitat nu numai de rezistența activă (sau ohmică, adică una care poate fi măsurată cu un tester de buzunar), ci și de componenta sa inductivă. Al doilea tip de sarcină este capacitiv. În raport cu vectorul curent activ, vectorii componentelor reactive sunt respinși. Curentul inductiv rămâne în urmă, iar curentul capacitiv îl conduce cu 90 de grade.

Un exemplu de diferență în comportamentul unei sarcini care are o componentă reactivă este un difuzor convențional. Unii iubitori de muzică tare o supraîncărcă până când câmpul magnetic împinge difuzorul în față. Bobina zboară din miez și se arde imediat, deoarece componenta inductivă a tensiunii sale scade.

Tipuri de scurtcircuit

Curentul de scurtcircuit poate apărea în diferite circuite conectate la diferite surse de curent continuu sau alternativ. Cel mai simplu mod este cu plusul obișnuit, care s-a conectat brusc cu minus, ocolind sarcina utilă.

Dar cu curent alternativ, există mai multe opțiuni. Curent monofazat un scurtcircuit apare atunci când o fază este conectată la un neutru sau împământat. Într-o rețea trifazată, poate apărea contact nedorit între două faze. O tensiune de 380 sau mai mult (la transmiterea energiei către distante lungi pe liniile electrice) volțiul poate provoca, de asemenea, consecințe neplăcute, inclusiv un arc electric în momentul comutării. Poate închide toate cele trei (sau patru, împreună cu neutru) fire în același timp, iar curentul de scurtcircuit trifazat va curge prin ele până când automatele de protecție funcționează.

Dar asta nu este tot. În rotoare și statoare mașini electrice(motoare și generatoare) și transformatoare, uneori apare un fenomen atât de neplăcut precum un scurtcircuit între ture, în care buclele de sârmă adiacente formează un fel de inel. Această buclă închisă are o rezistență AC extrem de scăzută. Puterea curentului de scurtcircuit în spire crește, ceea ce face ca întreaga mașină să se încălzească. De fapt, dacă apare un astfel de dezastru, nu ar trebui să așteptați până când toată izolația se topește și motorul electric fumează. Înfășurările mașinii trebuie să fie rebobinate, acest lucru necesită echipament special. Același lucru este valabil și pentru acele cazuri în care, din cauza „interturn”, a apărut un curent de scurtcircuit al transformatorului. Cu cât izolația arde mai puțin, cu atât rebobinarea va fi mai ușoară și mai ieftină.

Calcularea curentului de scurtcircuit

Oricât de catastrofal ar fi acest sau altul fenomen, evaluarea sa cantitativă este importantă pentru inginerie și știința aplicată. Formula curentului de scurtcircuit este foarte asemănătoare cu legea lui Ohm, are nevoie doar de câteva explicații. Asa de:

I scurtcircuit = Uph / (Zn + Zt),

eu k.z. - valoarea curentului de scurtcircuit, A;

Up- tensiunea de fază, AT;

Zn este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a buclei în scurtcircuit;

Zt este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a transformatorului de putere (putere), Ohm.

Impedanțele sunt definite ca ipotenuza unui triunghi dreptunghic, ale cărui catete sunt valorile rezistenței active și reactive (inductivă). Este foarte simplu, trebuie să folosiți teorema lui Pitagora.

Ceva mai des decât formula curentului de scurtcircuit, curbele derivate experimental sunt utilizate în practică. Ele reprezintă dependențe ale valorii lui I k.z. pe lungimea conductorului, secțiunea transversală a firului și puterea transformator de putere. Graficele sunt o colecție de linii exponențiale descrescătoare, din care rămâne doar să o alegeți pe cea potrivită. Metoda oferă rezultate aproximative, dar acuratețea sa se potrivește bine nevoilor practice ale inginerilor de alimentare.

Cum este procesul

Totul pare să se întâmple instantaneu. Ceva a fredonat, lumina s-a stins și s-a stins imediat. De fapt, ca orice fenomen fizic, procesul poate fi întins mental, încetinit, analizat și împărțit în faze. Înainte de apariția momentului de urgență, circuitul este caracterizat de o valoare a curentului constant care se află în modul nominal. Brusc, impedanța scade brusc la o valoare apropiată de zero. Componentele inductive (motoare electrice, bobine și transformatoare) ale sarcinii în același timp, parcă, încetinesc procesul de creștere a curentului. Astfel, în primele microsecunde (până la 0,01 sec), curentul de scurtcircuit al sursei de tensiune rămâne practic neschimbat și chiar scade ușor datorită apariției tranzitorii. În același timp, EMF-ul său ajunge treptat la zero, apoi trece prin el și este setat la o valoare stabilizată, ceea ce asigură curgerea unui scurt-circuit I mare. Curentul însuși în momentul procesului tranzitoriu este suma componentelor periodice și aperiodice. Este analizată forma graficului procesului, în urma căruia se poate determina valoare constantă timpul, în funcție de unghiul de înclinare al tangentei la curba de accelerație în punctul de inflexiune a acesteia (derivata întâi) și timpul de întârziere, determinat de valoarea componentei reactive (inductive) a rezistenței totale.

Curent de scurtcircuit de supratensiune

În literatura tehnică, termenul „curent de șoc în scurtcircuit” este adesea găsit. Nu ar trebui să vă fie frică de acest concept, nu este deloc atât de groaznic și nu are nicio legătură cu șocul electric. Acest concept înseamnă valoarea maximă a lui I k.z. în circuitul de curent alternativ, care de obicei își atinge valoarea într-o jumătate de perioadă de la apariția situației de urgență. La o frecvență de 50 Hz, perioada este de 0,2 secunde, iar jumătatea sa este de 0,1 secunde, respectiv. În acest moment, interacțiunea conductoarelor amplasate aproape unul de celălalt atinge intensitatea maximă. Curentul de scurtcircuit de șoc este determinat de formula, care în acest articol, destinat nu specialiștilor și nici măcar studenților, nu are sens. Este disponibil în literatură de specialitate și manuale. În sine, această expresie matematică nu este deosebit de dificilă, dar necesită comentarii destul de voluminoase care să aprofundeze cititorul în teoria circuitelor electrice.

Scurtcircuit util

S-ar părea că faptul evident este că un scurtcircuit este un fenomen extrem de rău, neplăcut și nedorit. Poate duce, în cel mai bun caz, la o deconectare a instalației, la oprirea echipamentului de protecție de urgență și, în cel mai rău caz, la arderea cablajului și chiar la un incendiu. Prin urmare, toate eforturile trebuie concentrate pe evitarea acestui flagel. Totuși, calculul curenților de scurtcircuit are o semnificație foarte reală și practică. Au fost inventate o mulțime de mijloace tehnice care funcționează în modul de valori mari ale curentului. Un exemplu este cel obișnuit aparat de sudura, în special arc, care în momentul funcționării aproape scurtcircuitează electrodul cu împământare. O altă problemă este că aceste regimuri sunt de natură pe termen scurt, iar puterea transformatorului face posibilă rezistența acestor suprasarcini. La sudarea în punctul de contact al capătului electrodului, trec curenți uriași (sunt măsurați în zeci de amperi), în urma cărora se eliberează suficientă căldură pentru a topi local metalul și a crea o cusătură puternică.

Metode de protecție

În primii ani ai dezvoltării rapide a ingineriei electrice, când omenirea încă experimenta cu îndrăzneală, introduce dispozitive galvanice, inventa tipuri diferite generatoare, motoare și iluminat, a apărut problema protejării acestor dispozitive de suprasarcini și curenți de scurtcircuit. Soluția sa cea mai simplă a fost instalarea elementelor fuzibile în serie cu sarcina, care erau distruse de căldura rezistivă dacă curentul depășea valoarea setată. Astfel de siguranțe servesc oamenilor astăzi, principalele lor avantaje sunt simplitatea, fiabilitatea și costul scăzut. Dar au și dezavantaje. Însăși simplitatea „plutei” (cum erau numiți deținătorii de rate fuzibile pentru forma lor specifică) îi determină pe utilizatori, după epuizarea acestuia, să nu filosofeze viclean, ci să înlocuiască elementele eșuate cu primele fire, agrafe și chiar unghiile care vin la îndemână. Merită menționat că o astfel de protecție împotriva curenților de scurtcircuit nu își îndeplinește funcția nobilă?

În instalații industriale pentru deconectarea circuitelor supraîncărcate întrerupătoare de circuit au început să fie folosite mai devreme decât în ​​scuturile de apartamente, dar în ultimele decenii, „prizele” au fost în mare măsură înlocuite de acestea. „Mașinile automate” sunt mult mai convenabile, nu pot fi schimbate, ci pornite eliminând cauza scurtcircuitului și așteptând răcirea elementelor termice. Contactele lor se ard uneori, caz în care este mai bine să le înlocuiți și să nu încercați să le curățați sau să le reparați. Automatele diferențiale mai complexe la un cost ridicat nu durează mai mult decât cele obișnuite, dar funcțional sarcina lor este mai mare, opresc tensiunea în cazul unei scurgeri minime de curent „în lateral”, de exemplu, atunci când o persoană este lovită de un curent electric.

În viața de zi cu zi, nu este recomandată experimentarea unui scurtcircuit.

Pagina 1

Puterea curentului de scurtcircuit la bornele motorului depinde de puterea transformatorului de alimentare, de lungimea și secțiunea transversală a cablului de conectare.

Puterea curenților de scurtcircuit este de obicei calculată folosind metoda fără rezistență. Esența metodei este de a determina valoarea rezistenței elementelor individuale ale sistemului, apoi rezistența totală (totală) a întregii rețele de la sursa de alimentare până la locul defectului și după mărimea rezistenței totale - scurtul puterea curentului circuitului. În acest caz, rezistența secțiunilor individuale ale rețelei cu tensiuni diferite se referă la tensiunea scurtcircuitului.

Puterea curentului de scurtcircuit care apare în secțiunea comutată poate fi limitată prin introducerea unei rezistențe în această secțiune, iar curentul de funcționare al rotorului trebuie să treacă printr-o astfel de rezistență numai în timpul comutării. Acesta din urmă este necesar pentru a nu avea pierderi prea mari de căldură.

Dacă curentul de scurtcircuit depășește 2000 A/V.

Măsurarea curenților de scurtcircuit în celule galvanice cu nivel scăzut rezistență internă dificil deoarece conexiunea Aparat de măsură(miliampermetru sau ampermetru) mărește rezistența circuitului și distorsionează adevărata valoare a curentului.

Determinați curentul de scurtcircuit al bateriei dacă, la un curent de 2 A, se eliberează în circuitul extern o putere de 24 W, iar la un curent de 5 A, o putere de 30 W. Găsi putere maxima, care poate ieși în evidență în lanț.

Pentru a calcula puterea curentului de scurtcircuit în rețelele cu tensiuni peste 1000 V, este necesar să se cunoască rezistențele generatoarelor, transformatoarelor, liniilor de transport și ale altor elemente.

Pentru a limita puterea curentului de scurtcircuit care apare atunci când se formează un arc între electrozii din precipitatorul electrostatic și pentru a stinge arcul din circuit înfăşurare primară transformator de înaltă tensiune conectat în serie rezistență tampon (reostat) BS.

DIN; / - puterea curentului de scurtcircuit, A; R - rezistența conductorului, Ohm; t - timpul de scurtcircuit, s; cpr - capacitatea termică a materialului conductor, J / / (kg - K); mr - masa conductorului, kg.

Valorile curentului de scurtcircuit calculate astfel permit verificarea corespondenței valorilor de catalog ale stabilității termice (termice) și dinamice (șoc) a dispozitivelor selectate cu valorile calculate ale curenti de scurtcircuit.

Ce formulă este folosită pentru a determina curentul de scurtcircuit.

Ijmn, aproape de puterea curentului de scurtcircuit, generatorul nu produce mai mult curent cu o creștere suplimentară a vitezei rotorului.