Струја кратког споја и њен прорачун. Струја кратког споја

Једном госпођа, која није била јако познавала електротехнику, инсталатер је испричао разлог губитка светлости у свом стану. Показало се да је ово кратак спој и жена је тражила да се одмах продужи. Овој причи се може смијати, али боље је размотрити ову сметњу детаљније. Електричари и без овог чланка знају шта је овај феномен, шта угрожава и како израчунати струју кратког споја. Следеће информације су упућене особама које немају техничко образовање, али, као и сви други, нису осигуране од проблема везаних за рад машина, машина, производне опреме и најчешћих кућанских апарата. Важно је да свака особа зна шта је кратки спој, који су његови узроци, могуће последице и методе за његово спречавање. Да се ​​не би руководили у овом опису без познавања основа електротехнике. Непознавање њиховог читаоца може бити досадно и не завршава читање чланка до краја.

Популарна изјава Охмовог закона

Без обзира на природу струје електрични круг то се догађа само ако постоји потенцијална разлика (или напон, она је иста). Природа овог феномена може се објаснити примјером водопада: ако постоји разлика у нивоима, вода тече у одређеном смјеру, а када није, мирује. Чак и ученици знају Охмов закон, према којем је струја већа, што је напон већи, а нижи, већи је отпор укључен у оптерећење:

И = У / Р,

где:

Ја сам јакост струје, која се понекад назива "ампеража", мада ово није веома компетентан превод са немачког. Измерена у амперима (А).

У ствари, снага (то јест, узрок убрзања) нема струју пер се, што је управо оно што се појављује током кратког споја. Овај термин је већ постао уобичајен и често се користи, иако наставници на неким универзитетима, чујући из уста ученика, речи „тренутна снага“ одмах стављају „није довољно“. „Али шта је са ватром и димом који долази из ожичења током кратког споја? - тврдоглави противник ће питати, - Да ли је то моћ? ”Постоји одговор на ову примедбу. Чињеница је да нема идеалних проводника, а њихово загревање је последица ове чињенице. Ако претпоставимо да је Р = 0, онда топлота не би била додељена, као што је јасно из доле описаног Јоуле-Лензовог закона.

У је иста потенцијална разлика, која се назива и напон. Измерена у Волтима (имамо Б, у иностранству В). Назива се и електромоторна сила (ЕМФ).

Р је електрични отпор, тј. Способност материјала да спријечи пролаз струје. У диелектрикама (изолаторима) она је велика, иако није бесконачна, у проводницима је мала. Мјери се у омама, али се процјењује као специфична вриједност. Подразумева се да што је жица дебља, то боље пролази струју, а што је дуже, то је горе. Према томе, отпорност се мјери у охмима помножено са квадратним милиметром и подијељено с метром. Поред тога, на његову вредност утиче температура, што је већа, већа је отпорност. На пример, златни проводник дужине 1 метар и попречног пресека од 1 квадрата. мм на 20 степени Целзијуса има укупан отпор од 0.024 Охм.

Постоји и Охмова законска формула за комплетан круг, у њу је унесена унутрашња (унутрашња) отпорност извора напона (ЕМФ).

Две једноставне али важне формуле

Разумијевање разлога за настанак струје кратког споја је немогуће без савладавања друге једноставне формуле. Снага коју троши оптерећење је једнака (без узимања у обзир реактивних компоненти, али о њима касније) до производа струје и напона.

П = У к И,

где:

П - снага, Ватт или Волт-Ампере;

У - напон, Волт;

Ја - струја, Ампере.

Снага бесконачности се не дешава, она је увек нешто ограничена, тако да када се њена фиксна вредност са повећањем напона струје смањи. Зависност ова два параметра радног круга, изражена графички, назива се струјно-напонска карактеристика.

Још једна формула потребна за израчунавање струја кратког споја је Јоуле-Лензов закон. То даје идеју о томе колико се топлоте ослобађа када је оптерећење оптерећено, и врло је једноставно. Проводник ће бити загрејан интензитетом пропорционалним напону и квадрату струје. И, наравно, формула не ради без времена, што се отпор више загрева, то ће више топлоте ослободити.

Шта се догађа у кругу током кратког споја

Дакле, читалац може претпоставити да је савладао све главне физичке законе како би разумио колико може бити струја кратког споја (у реду, нека буде). Али прво морате да одлучите на питање шта, у ствари, јесте. Кратки спој (кратки спој) је ситуација у којој је отпор оптерећења близу нуле. Погледајмо формулу Охмовог закона. Ако узмемо у обзир његову опцију за део кола, лако је разумети да ће струја тежити бесконачности. У пуној верзији, он ће бити ограничен отпорношћу ЕМФ извора. У сваком случају, струја кратког споја је веома висока, а према Јоуле-Лензовом закону, што је више, то се више проводник грије. Штавише, зависност није директна, већ квадратна, то јест, ако повећам стоструко, онда ће топлота бити ослобођена десет хиљада пута више. То је опасност од ове појаве, која понекад доводи до пожара.

Жице се загријавају црвено вруће (или бијеле), те енергију преносе на зидове, стропове и друге објекте које додирују, те их запаљују. Ако се фаза у неком уређају дотакне неутралног водича, јавља се струја кратког споја извора која је затворена за себе. Горива база електричних инсталација је ноћна мора за ватрогасце и узрок многих новчаних казни наметнутих неодговорним власницима зграда и просторија. Разлог је, наравно, не закон Јоуле-Ленз и Ом, већ изолација која је пресушила од старости, нетачно или неписмена инсталација, механичка оштећења или преоптерећење жица.

Међутим, струја кратког споја, без обзира на величину, такође није бесконачна. Величина проблема коју може да забрља утиче на трајање грејања и параметре струјног круга напајања.

АЦ кругови

Горе наведене ситуације биле су опште природе или се односиле на једносмерне струјне кругове. У већини случајева, снабдијевање електричном енергијом како стамбених тако и индустријских постројења производи се из мреже измјеничног напона од 220 или 380 волти. Проблеми са ожичењем директна струја најчешће се јављају у аутомобилима.

Постоји разлика између ова два основна типа напајања и значајна. Чињеница је да пролаз измјеничне струје отежавају додатне компоненте отпора, које се називају реактивне и због валне природе појава које настају у њима. Индуктивности и капацитети реагују на наизменичну струју. Струја кратког споја трансформатора је ограничена не само активним (или охмским, то јест, оним који се може мерити тестером џепног уређаја), већ и његовом индуктивном компонентом. Други тип оптерећења је капацитиван. У односу на вектор активне струје, вектори реактивних компоненти су одбачени. Индуктивна струја заостаје, а капацитивна струја напредује за 90 степени.

Пример разлике у понашању оптерећења са реактивном компонентом може послужити као нормалан звучник. Њени љубитељи гласне музике преоптерећују се све док дифузор не избаци магнетно поље напријед. Завојница одлази из језгре и одмах изгара, јер се индуктивна компонента напона смањује.

Врсте КЗ

Струја кратког споја може се појавити у различитим круговима спојеним на различите изворе директне или наизменичне струје. Најједноставнија ствар је са уобичајеним плусом, који се изненада повезује са минусом, заобилазећи терет.

Али са алтернативним тренутним опцијама више. Једнофазна струја кратког споја настаје када је фаза спојена на неутралну или уземљену. У трофазној мрежи може доћи до нежељеног контакта између двије фазе. Напон од 380 или више (при преносу енергије на велике удаљености преко водова) волти такође могу изазвати неугодне последице, укључујући и лук блица у време пребацивања. Сва три (или четири, заједно са неутралним) жицама могу се истовремено кратко спојити, а трофазна струја кратког споја ће тећи кроз њих све док се не активира систем аутоматске заштите.

Али то није све. Код ротора и статора електричних машина (мотора и генератора) и трансформатора, понекад се тако непријатна појава јавља као испреплетени круг, у којем сусједне жичане петље формирају неку врсту прстена. Ова затворена петља има изузетно мали отпор у АЦ мрежи. Струја кратког споја у завојници се повећава, што доводи до загревања читаве машине. Заправо, ако се таква несрећа десила, не треба чекати да се сва изолација отопи и електромотор почне пушити. Навоји машине морају бити премотани, за то вам је потребна посебна опрема. Исто се односи и на оне случајеве у којима је услед "интер-турн" -а дошло до струје кратког споја трансформатора. Што мање изолације изгори, то ће бити лакше и јефтиније премотати.

Израчунавање величине струје током кратког споја

Без обзира колико је овај или онај феномен катастрофалан, за инжењеринг и примењена наука његова квантитативна процјена је важна. Струја кратког споја је веома слична Охмовом закону, само захтева неко објашњење. Дакле:

И пречица = Упх / (Зн + Зт),

где:

И к.з. - јачина струје кратког споја, А;

Упх - фазни напон, В;

Зн је укупни (укључујући и реактивну компоненту) отпор кратке спојене петље;

Зт је укупни (укључујући реактивну компоненту) отпор снаге трансформатора (снаге), Охм.

Импедансе су дефинисане као хипотенуза правог троугла, чије су ноге активни и реактивни (индуктивни) отпори. Врло је једноставно, морате користити Питагорину теорему.

Нешто чешће од струјне формуле кратког споја, у пракси се користе експериментално изведене кривуље. То су зависности од вредности И к.з. на дужини проводника, жичани дио и снага трансформатора. Графикони су скуп експоненцијалних линија које се спуштају, од којих остаје само да одаберу одговарајућу. Метод даје приближне резултате, али његова тачност у потпуности задовољава практичне потребе енергетских инжењера.

Како напредује процес

Чини се да се све догађа одмах. Нешто је зујало, светло је избледело и одмах се угасило. У ствари, као и сваки физички феномен, процес се може ментално растегнути, успорити, анализирати и подијелити у фазе. Пре почетка момента за случај опасности, круг се карактерише стационарном струјом која је у границама номиналног режима. Одједном, укупни отпор се нагло смањује до вриједности близу нуле. Индуктивне компоненте (електромотори, пригушнице и трансформатори) се оптерећују, као да успоравају процес текућег раста. Тако, у првим микросекундама (до 0.01 сек) снага струје кратког споја извора напона остаје готово непромењена и чак донекле опада због почетка прелазног процеса. Истовремено, емф постепено досеже нулту вредност, затим пролази кроз њу и поставља се на неку стабилизовану вредност која обезбеђује проток великог И к.с. Сама струја у време транзиционог процеса је сума периодичних и апериодичних компоненти. Анализиран је облик графа процеса, због чега је могуће одредити константну количину времена у зависности од угла нагиба тангенте на кривуљу убрзања на њеној тачки инфлексије (први дериват) и времену кашњења које је одређено вредношћу реактивне (индуктивне) компоненте укупног отпора.

Удар струје кратког споја

Термин “струја кратког споја” се често налази у техничкој литератури. Не треба се плашити овог концепта, уопште није тако страшно и нема директну везу са поразом од електричне енергије. Концепт овога значи максималну вредност И к. у струјном кругу измјеничне струје, досегнувши своју вриједност обично пола периода након што се догодила хитна ситуација. На фреквенцији од 50 Хз, период је 0,2 секунде, а његова половина 0,1 секунди. У овом тренутку, интеракција проводника смјештених близу један другом, достиже највећи интензитет. Шок струје кратког споја одређује се формулом, која у овом чланку, намењеном не стручњацима, па чак ни студентима, нема смисла давати. Доступан је у специјалној литератури и уџбеницима. Сам по себи, овај математички израз није посебно тежак, али захтева прилично дугачке коментаре који продубљују читатеља у теорију електричних кола.

Корисни кратки спој

Чини се да је очигледна чињеница да је кратки спој изузетно лош, непријатан и непожељан феномен. То може, у најбољем случају, довести до деактивирања објекта, искључивања заштитне опреме у случају опасности и, у најгорем случају, до ожичења, па чак и пожара. Сходно томе, све снаге треба да се фокусирају на то како да избегну ову пошаст. Међутим, прорачун струја кратког споја има веома реално и практично значење. Изумио је много техничких алата који раде у режиму високих струјних вредности. Пример би била конвенционална машина за заваривање, посебно лук, који у време рада кратко спаја електроду са уземљењем. Друго питање је да су ови модови краткотрајни, а снага трансформатора може издржати ова преоптерећења. Приликом заваривања, на тачки тангенције, крајеви електроде пролазе кроз велике струје (мере се у десетинама ампера), због чега се ослобађа довољно топлоте да се метал локално топи и створи јак завар.

Методе заштите

У првим годинама брзог развоја електротехнике, када је човечанство још храбро експериментисало, уводећи уређаје за галванизацију, проналазећи различите типове генератора, мотора и осветљења, појавио се проблем заштите ових уређаја од преоптерећења и струја кратког споја. Најједноставније решење било је да се угради топиви елементи у серији са оптерећењем, које су уништене од отпорне топлоте у случају да је струја прешла подешену вредност. Ови осигурачи су данас људи, њихове главне предности су једноставност, поузданост и ниска цена. Али они имају недостатке. Сама једноставност „чепа“ (такозвани носиоци тзв. Таљивих стопа за њихов специфичан облик) изазива кориснике, након што је изгорела, да не лукаво филозофирају, већ да замене пропале елементе првим жицама, спајалицама или чак чавлима. Да ли је вредно поменути да таква заштита од струја кратког споја не испуњава своју племениту функцију?

У индустријским предузећима, да би се деактивирали преоптерећени кругови, аутоматски прекидачи су почели да се користе раније него у стамбеним панелима, али су последњих деценија, гужве у саобраћају у великој мери замењене њима. "Аутоматско" је много практичније, не може се мењати и укључивати, елиминишући узрок кратког споја и чекајући да се термички елементи охладе. Они понекад изгоре контакте, у овом случају је боље заменити их и не покушавати их очистити или поправити. Море цомплек диференцијални аутомати по високој цени они не трају дуже од уобичајеног, али њихова функционалност је шира, искључују напон у случају минималне пропуштања струје "на страни", на пример, када је особа погођена струјом.

У свакодневном животу не препоручује се експериментисање са кратким спојем.