Коротке замикання.
Коротким замиканням (к.з.)називають такий режим роботи джерела електричної енергії, коли його затискачі замкнуті провідником, опір якого можна вважати рівним нулю. Коротке замикання виникає при з'єднанні між собою проводів, що зв'язують джерело електричної енергії з приймачем, оскільки ці дроти зазвичай мають незначний опір і його можна прийняти рівним нулю. Коротке замикання може відбуватися при пошкодженні ізоляції проводів.
Можливі схеми к.з.
Зважаючи на те, що внутрішній опір джерела r 0 зазвичай дуже мало, і опір амперметра майже дорівнює 0, сила струму в ланцюзі зростає до дуже великих значень.
Коротке замикання є аварійним режимом, т.к. великий струм, що виникає при цьому, може привести в непридатність, як саме джерело, так і включені в ланцюг прилади, апарати і проводи. Лише для деяких спеціальних типівгенераторів, наприклад зварювальних, к.з. не становить небезпеки та є нормальним робочим режимом. Це робиться в тих випадках, коли дуже важливо отримати від генератора можливо більший струм. Високий внутрішній опір генератора обмежує струм, і він не досягає значень, небезпечних для генератора
Приклад:
У ланцюг з напругою 220В включений електричний приймач опором 109 Ом. Електричний опірдротів 1 Ом. Знайти силу струму цього ланцюга при робочому режимі і за режимі к.з.
Читайте також
Коротке замикання. Коротким замиканням (к.з.) називають такий режим роботи джерела електричної енергії, коли його затискачі замкнуті провідником, опір якого можна вважати рівним нулю. Коротке замикання виникає при з'єднанні між собою...
Струм короткого замикання
На малюнку 1 показано схему включення електричної лампи розжарювання в електричну мережу. Якщо опір цієї лампи rл = 240 Ом, а напруга мережі U= 120 В, то за законом Ома струм у ланцюзі лампи буде:
Малюнок 1. Схема короткого замикання на затискачі рубильника
Розберемо випадок, коли дроти, що йдуть до лампи розжарювання, виявилися замкнутими через дуже малий опір, наприклад, товстий металевий стрижень з опором r= 0,01 Ом, який випадково потрапив на два дроти. У цьому випадку струм мережі, проходячи до точки А, Розгалужуватиметься по двох шляхах: одна велика його частина, піде по металевому стрижню - шляху з малим опором, а інша, невелика частина струму, проходитиме по шляху з великим опором - лампі розжарювання.
Аварійний режим роботи мережі, коли внаслідок зменшення її опору струм у ній різко збільшується проти нормального, називається коротким замиканням.
Визначимо яка сила струму короткого замикання, що тече по металевому стрижню:
Насправді у разі короткого замикання напруга мережі буде менше 120 В, оскільки великий струм створить в мережі велике і тому струм, що протікає по металевому стрижню, буде менше 12 000 А. Але все-таки цей струм буде багато разів перевищувати струм, що споживався раніше лампою розжарювання.
Потужність короткого замикання при струмі Iкз = 12 000 А складе:
Pкз = U × Iкз = 120 × 12000 = 1440000 Вт = 1440 кВт.
Струм, проходячи провідником, виділяє тепло, і провідник нагрівається. У нашому прикладі перетин проводів електричного ланцюга був розрахований на невеликий струм – 0,5 А. При замиканні проводів по ланцюгу протікатиме дуже великий струм – 12 000 А. Такий струм викличе виділення величезної кількості тепла, що безумовно призведе до звуження та згоряння ізоляції проводів. , розплавлення матеріалу проводів, псування електровимірювальних приладів, оплавлення контактів вимикачів, ножів рубильників тощо. Джерело електричної енергії, що живить такий ланцюг, також може бути пошкоджено. Перегрів дротів може спричинити пожежу.
Кожна електрична мережа розраховується на свій нормальний для неї струм.
Через небезпечні, руйнівні, а іноді й непоправні наслідки короткого замикання необхідно дотримуватися певних умов при монтажі та експлуатації електричних установок, щоб унеможливити причини короткого замикання. Основні їх такі:
1) ізоляція проводів повинна відповідати своєму призначенню (напрузі мережі та умовам її роботи);
2) переріз проводів має бути таким, щоб нагрівання їх за існуючих умов роботи не досягало небезпечної величини;
3) прокладені дроти мають бути надійно захищені від механічних ушкоджень;
4) місця з'єднань та відгалужень повинні бути так само надійно ізольовані, як і самі дроти;
5) схрещування проводів має бути виконане так, щоб дроти не торкалися один одного;
6) через стіни, стелі та підлоги проводу повинні бути прокладені так, щоб вони були захищені від вогкості, механічних та хімічних пошкоджень та добре ізольовані.
Захист від струмів короткого замикання
Щоб уникнути раптового, небезпечного збільшення струму в електричному ланцюзі при його короткому замиканні, ланцюг захищають плавкими або автоматичними вимикачами.
Плавкі запобіжники є легкоплавким дротиком, включеним послідовно в мережу. При збільшенні струму понад певну величину зволікання запобіжника нагрівається і плавиться, внаслідок чого електричний ланцюг автоматично розривається і струм у ньому припиняється.
Автоматичний вимикач більш складний і дорогий апарат захисту, ніж плавкий запобіжник. Однак, на відміну від плавкого запобіжника, він розрахований на багаторазові спрацьовування при захисті ланцюгів при аварійних режимах роботи. Конструктивно автоматичний вимикач виконаний у діелектричному корпусі із вбудованим усередину механізмом розчеплення. Механізм розчеплення має нерухомий та рухливий контакти. Рухомий контакт пружний, пружина забезпечує зусилля для швидкого розчеплення контактів. Механізм розчеплення приводиться в дію одним із двох розчеплювачів: тепловим або магнітним.
Тепловий розчіплювач являє собою біметалічну пластину, що нагрівається струмом, що протікає. При протіканні струму вище за допустиме значення біметалічна пластина згинається і приводить в дію механізм розчеплення. Час спрацьовування залежить від струму (часова характеристика) і може змінюватися від секунд до години. На відміну від плавкого запобіжника автоматичний вимикач готовий до наступного використання після остигання пластини.
Електромагнітний розчіплювач – розчіплювач миттєвої дії, є (котушкою виконаною з провідника), рухомий сердечник якого також може приводити в дію механізм розчеплення. Струм, що проходить через вимикач, тече по обмотці соленоїда і викликає втягування осердя при перевищенні заданого порога струму. Миттєвий розчіплювач, на відміну від теплового, спрацьовує дуже швидко (частки секунди), але при значно більшому перевищенні струму: у 2 ÷ 14 разів від номінального струму.
Відео 1. Коротке замикання
Електрична енергія несе в собі досить високу небезпеку, від якої не захищено ні працівників окремих підстанцій, ні побутові прилади. Струм короткого замикання – це один із самих небезпечних видівелектроенергії, але існують методи, як його контролювати, розрахувати та виміряти.
Що це таке
Струм короткого замикання (ТКЗ) – це різко зростаючий ударний електричний імпульс. Головною його небезпекою є те, що згідно із законом Джоуля-Ленца така енергія має дуже високий показниквиділення тепла Внаслідок короткого замикання можуть розплавитися дроти або перегоріти певні електроприлади.
Фото – тимчасова діаграмаВін складається з двох основних складових - аперіодична складова струму і вимушена періодична складова.
Формула – періодична
Формула – аперіодична За принципом, найскладніше виміряти саме енергію аперіодичного виникнення, яка є ємнісною, доаварійною. Адже саме у момент аварії різниця між фазами має найбільшу амплітуду. Також його особливістю не є типовість виникнення цього струму в мережах. Схема освіти допоможе показати принцип дії цього потоку.
Опір джерел через високу напругу при КЗ замикається на невеликій відстані або «на коротко» – тому це явище отримало таку назву. Буває струм короткого трифазного замикання, двофазного та однофазного – тут класифікація відбувається за кількістю замкнутих фаз. У деяких випадках, КЗ може бути замкнений між фазами та на землю. Тоді, щоб його визначити, потрібно буде окремо враховувати заземлення.
Фото – результат КЗ Також можна розподілити КЗ за типом підключення електроустаткування:
- із заземленням;
- Без нього.
Для пояснення цього явища пропонуємо розглянути приклад. Скажімо, є конкретний споживач струму, підключений до локальної лінії електропередач за допомогою відпаювання. При правильній схемізагальна напруга в мережі дорівнює різниці ЕРС у джерела живлення та зниженню напруги в локальних електричних мережах. Виходячи з цього, для визначення сили струму короткого замикання може використовуватися формула Ома:
R = 0; Iкз = Ɛ/r
Тут r - опір КЗ.
Якщо підставити певні значення, можна визначити струм замикання у будь-якій точці по всій лінії електропередач. Тут не потрібно перевіряти кратність КЗ.
Способи розрахунку
Припустимо, що замикання вже відбулося в трифазній мережі, наприклад, на підстанції або на обмотках трансформатора, як тоді проводиться розрахунок струмів короткого замикання:
Формула – струм трифазного замикання Тут U20 – це напруга обмоток трансформатора, а Z T – опір певної фази (яка була ушкоджена КЗ). Якщо напруга в мережах – це відомий параметр, потрібно розраховувати опір.
Кожне електричне джерело, трансформатор, контакт акумуляторної батареї, електричні дроти – має свій номінальний рівень опору. Іншими словами, Z у кожного своє. Але вони характеризуються поєднанням активних опорів та індуктивних. Також є ємнісні, але вони не мають значення при розрахунку струмів високої сили. Тому багатьма електриками використовується спрощений спосіб обчислення цих даних: арифметичний розрахунок опору постійного струму на з'єднаних послідовно ділянках. Коли ці характеристики відомі, не важко за формулою нижче розрахувати повний опір для ділянки або цілої мережі:
Формула повного заземлення Де ε – це ЕРС, а r – величина опору.
Враховуючи, що під час перевантажень опір дорівнює нулю, рішення приймає такий вигляд:
I = ε/r = 12/10 -2
Виходячи з цього, сила при короткому замиканні цього акумулятора дорівнює 1200 Ампер.
Таким чином можна розрахувати струм КЗ для двигуна, генератора та інших установок. Але на виробництві не завжди можна розраховувати допустимі параметри для кожного окремого електричного пристрою. Крім цього, слід враховувати, що при несиметричних замиканнях навантаження мають різну послідовність, для обліку якої потрібно знати cos і опір. Для розрахунку використовується спеціальна таблиця ГОСТ 27514-87 де вказуються ці параметри:
Також існує поняття односекундного КЗ, тут формула сили струму за короткого замикання визначається за допомогою спеціального коефіцієнта:
Формула - коефіцієнт КЗ Вважається, що в залежності від перерізу кабелю КЗ може пройти непомітно для проводки. Оптимальною є тривалість замикання до 5 секунд. Взято з книги Небрат «Розрахунок КЗ у мережах»:
| Перетин, мм 2 | Тривалість КЗ, допустима для конкретного типу дротів | |||
| Ізоляція ПВХ | Поліетилен | |||
| Жили мідь | Алюміній | Мідь | Алюміній | |
| 1,5 | 0,17 | ні | 0,21 | ні |
| 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 |
Ця таблиця допоможе дізнатися очікувану умовну тривалість КЗ у нормальному режимі роботи, амперметраж на шинах та різних типах проводів.
Якщо розраховувати дані за формулами немає часу, використовується спеціальне обладнання. Наприклад, великою популярністю у професійних електриків користується покажчик Щ41160 - це вимірювач струму короткого замикання фаза-нуль 380/220В. Цифровий прилад дозволяє визначити та розрахувати силу КЗ у побутових та промислових мережах. Такий вимірник можна купити у спеціальних електротехнічних магазинах. Ця методика хороша, якщо потрібно швидко та точно визначити рівень струму петлі чи відрізка ланцюга.
Також використовується програма «Аврал», яка швидко може визначити термічну дію КЗ, показник втрат та силу струму. Перевірка проводиться в автоматичному режимі, вводяться відомі параметри і сама розраховує всі дані. Це проект платний, ліцензія коштує близько тисячі карбованців.
Відео: захист електричної мережі від короткого замикання
Захист та вказівки щодо вибору обладнання
Незважаючи на всю небезпеку цього явища, все ж таки є спосіб, як обмежити або звести до мінімуму ймовірність виникнення аварійних ситуацій. Дуже зручно використовувати електричний апарат для обмеження короткого замикання, це може бути струмообмежуючий реактор, який значно знижує термічну дію високих електричних імпульсів. Але для побутового використання цей варіант не підійде.
Фото – схема блоку захисту від кз У домашніх умовах часто можна зустріти використання автомата та релейного захисту. Ці розчіплювачі мають певні обмеження (максимальний та мінімальний струм мережі), при перевищенні яких відключають живлення. Автомат дозволяє визначати допустимий рівеньампер, що допомагає підвищити безпеку Вибір проводиться серед обладнання з вищим класом захисту, ніж потрібно. Наприклад, у мережі 21 ампер рекомендується використовувати автомат для вимкнення 25 А.
Зміст:
Рух заряджених частинок у провіднику електротехніки називається електричним струмом. Електрострум не характеризується тільки значенням кількості електричної енергії, що пройшло через провідник, так як за 60 хвилин через нього може пройти електрику рівну 1 Кулону, але і таку ж кількість електрики можна пропустити через провідник за одну секунду.
Що таке сила струму
Коли розглядається кількість електрики, що протікає через провідник за різні інтервали часу, зрозуміло, що за менший проміжок часу струм тече інтенсивніше, тому в характеристику електроструму вводиться ще одне визначення - це сила струму, яка характеризується струмом, що протікає в провіднику, за секунду часу. Одиницею вимірювання величини сили струму, що проходить, в електротехніці прийнятий ампер.
Іншими словами, сила електричного струмуу провіднику - це кількість електрики, яка пройшла через його перетин за секунду часу, маркування літерою I. Силу струму вимірюють в амперах - це одиниця виміру, яка дорівнює силі незмінного струму, що проходить по нескінченних паралельних проводах з найменшим круговим перетином, віддаленим один від одного на 100 см і розташований у вакуумі, який викликає взаємодію на метрі довжини провідника силою = 2*10 мінус 7 ступеня Ньютона на кожні 100 см довжини.
Фахівці часто визначають величину струму, що проходить, в Україні (сила струму) вона дорівнює 1 амперу, коли через перетин провідника проходить кожну секунду 1 кулон електрики.
В електротехніці можна побачити часте застосування інших величин у визначенні значення сили струму, що проходить: 1 міліампер, який дорівнює одиниця/ Ампер, 10 в мінус третього ступеня Ампер, один мікроампер - це десять в мінус шостого ступеня Ампер.
Знаючи кількість електрики, що пройшла через провідник за певний проміжок часу, можна обчислити силу струму (як кажуть в Україні – силу струму) за формулою:
Коли електричний ланцюг замкнутий і немає відгалужень, тоді кожному місці його поперечного перерізу протікає за секунду однакову кількість електрики. Теоретично це пояснюється неможливістю накопичення електричних зарядів у якомусь місці ланцюга, тому сила струму скрізь однакова.
Це правило справедливе і в складних ланцюгах, коли є відгалуження, але відноситься до деяких ділянок складного ланцюга, які можна розглядати у вигляді простого електроланцюга.
Як вимірюється сила струму
Величину сили струму вимірюють приладом, який називається амперметр, а також для невеликих значень - міліамперметр та мікроамперметр, який можна побачити на фото внизу:
Серед людей існує думка, що коли вимірюється сила струму в провіднику до навантаження (споживача), то значення буде вищим, ніж після неї. Це помилкова думка, заснована на тому, що нібито якесь значення сили витрачатиметься на те, щоб привести споживач у дію. Електрострум у провіднику - це процес електромагнітний, в якому беруть участь заряджені електрони, вони спрямовано рухаються, але енергію передають не електрони, а електромагнітне поле, що оточує провідник.
Кількість електронів, що вийшли з початку ланцюга, дорівнюватиме кількості електронів і після споживача в кінці ланцюга, вони не можуть бути витрачені.
Які провідники бувають? Фахівці дають визначення поняття «провідник» - це матеріал, у якому частки, що мають заряд, можуть вільно переміщатися. Такі властивості на практиці мають майже всі метали, кислота та сольовий розчин. А матеріал або речовина, в якій рух заряджених частинок утруднений або взагалі неможливий, називаються ізоляторами (діелектриками). Найпоширеніші матеріали-діелектрики - це кварц або ебоніт, штучний ізолятор.
Висновок
На практиці сучасне обладнання працює з великими величинами струму, до сотні, а то й тисячі ампер, а також з малими значеннями. Прикладом у повсякденному житті величини струму в різних приладах може бути електрична плита, де вона досягає значення 5 А, а проста лампа розжарювання може мати величину 0,4 А, у фотоелементі величина струму, що проходить, вимірюється в мікроамперах. У лініях міського громадського транспорту(тролейбус, трамвай) значення струму, що проходить, досягає 1000 А.
Завантаження...
