یک اتصال کوتاه به دلیل بسته شدن دو سیم مدار که به کنتاکت های مختلف وصل شده اند (این مثبت و منفی است) تشکیل می شود. در این مورد، این از طریق یک مقاومت کوچک اتفاق می افتد، که می تواند با مقاومت خود سیم مقایسه شود. در این مورد، جریان می تواند چندین بار از مقدار اسمی تجاوز کند. برای جلوگیری از آتش سوزی، مدار الکتریکی باید قبل از رسیدن سیم ها به دمای بحرانی قطع شود.

اتصال کوتاه چیست؟

هر روز هر جا که هستیم مدار برق را می بندیم. در این مورد، هیچ چیز خطرناکی اتفاق نمی افتد، زیرا هنگامی که دوشاخه تجهیزات الکتریکی به پریز وصل می شود، انرژی الکتریکی به موارد زیر تبدیل می شود:

• انرژی مکانیکی؛
• قدرت حرارتی.

این نوع بسته شدن را می توان به طور معمول "طولانی" نامید. اتصال کوتاه به زبان ساده نوعی انرژی است که به صورت جرقه، پاپ یا آتش بیان می شود. این شرایطی است که در آن مقاومت بار خود کمتر از مقاومت منبع تغذیه می شود. در صورت اتصال کوتاه، جریان فوراً افزایش می‌یابد که منجر به تولید شدید گرما می‌شود. این به نوبه خود می تواند منجر به ذوب شدن سیم کشی و آتش سوزی بعدی آن شود. چنین اتصال کوتاهی نه تنها می تواند عملکرد یک عنصر مدار الکتریکی را مختل کند، بلکه منجر به کاهش ولتاژ ورودی برای سایر مصرف کنندگان نیز می شود.

در حالت کارکرد معمولی، جریان بین هادی فاز و خنثی تنها زمانی جریان می‌یابد که بار وصل شود، که آن را به سطح ایمن برای سیم‌کشی الکتریکی محدود می‌کند. اتصال کوتاه چگونه اتفاق می افتد؟ در مواردی که نقض پوشش عایق ظاهر می شود و منجر به اتصال کوتاه مثبت و منفی می شود، جریان بار را دور می زند و بین این سیم ها جریان می یابد. این نوع تماس به دلیل دور زدن وسایل الکتریکی "کوتاه" نامیده می شود.

اتصال کوتاه فلزی اتصال کوتاهی است که مقاومت تماس را در نظر نمی گیرد. فقط در صورت آماده سازی خاص آن با استفاده از اتصال پیچی قطعات زنده امکان پذیر است.

جریان اتصال کوتاه جریانی است که به دلیل آسیب به عایق قطعات برقی که پتانسیل الکتریکی متفاوتی دارند ظاهر می شود. همچنین می تواند به سادگی با اتصال تصادفی قطعات رسانا با پتانسیل یکسان ایجاد شود.

جریان موج اتصال کوتاه حداکثر مقدار جریانی است که در طول یک اتصال کوتاه سه فاز رخ می دهد.

حالت اتصال کوتاه چنین حالتی از یک دستگاه دو ترمینالی است که خروجی های آن با استفاده از هادی با مقاومت صفر به یکدیگر متصل می شوند. در این حالت سیم پیچ ثانویه اتصال کوتاه دارد. هنگام انجام چنین آزمایشی، می توان میزان تلفات در سیم پیچ های خود ترانسفورماتور را تعیین کرد.

همچنین شایان ذکر است که ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورماتور ولتاژی است که هنگام بسته شدن دومی باید به سیم پیچ اعمال شود. و سپس جریان نامی در آخرین سیم پیچ شروع به جریان می کند.

چگونه می توان آن را تشخیص داد و از آن پیشگیری کرد؟

می توانید قانون شناخته شده اهم را به خاطر بیاورید که می گوید: "جریان مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد." دقیقاً در مورد دومی است که ارزش توجه دقیق را در این مورد دارد. با توجه به اینکه مقاومت سیم کشی بسیار کم است، برابر با "0" در نظر گرفته می شود. در مورد اتصال کوتاه، برعکس، مقدار آن بسیار بزرگ است، زیرا جریان در یک مدار بسته شروع به جریان می کند.

برای جلوگیری از اتصال کوتاه، لازم است به طور دوره ای مقاومت سیم کشی اندازه گیری شود. اگر به تنهایی نمی توانید این کار را انجام دهید، باید از متخصصان کمک بگیرید. آنها به طور حرفه ای تمام اندازه گیری های مربوط به سیم کشی را انجام می دهند و همچنین به آزمایش ترانسفورماتورهای جریان ابزار کمک می کنند که همچنین باعث صرفه جویی در تجهیزات شما و افزایش ایمنی در برابر آتش می شود.

یک مورد خاص از اتصال موازی هادی ها را در نظر بگیرید - به اصطلاح مدار کوتاه.به آن اتصال موازی در مدار یک هادی با مقاومت بسیار کم می گویند. بیایید به یک مثال نگاه کنیم.
بگذارید لامپ ها و سوئیچ همانطور که در نمودارها نشان داده شده است وصل شوند. توجه داشته باشید که کلید و لامپ دوم به صورت موازی به هم متصل هستند و کلید بسته در نمودار سمت راست یک هادی با مقاومت بسیار کم است. بنابراین، طبق تعریف، یک اتصال کوتاه در لامپ در نمودار سمت راست وجود دارد.

به عنوان مثال، فرض کنید ولتاژ منبع جریان به گونه ای انتخاب شده است که هنگامی که سوئیچ باز است، هر دو لامپ خیلی روشن نمی درخشند - در تابش کامل (بنابراین، در نمودار اول، نیمی از آنها رنگ شده است). اگر کلید بسته باشد، لامپ سمت چپ به شدت می سوزد و لامپ سمت راست به طور کلی خاموش می شود. بنابراین افزایش روشنایی لامپ سمت چپ به ما نشان می دهد که هنگامی که یک اتصال کوتاه در مدار وجود دارد، جریان به شدت افزایش می یابد.طبق قانون ژول-لنز، افزایش قدرت جریان می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد سیم ها و آتش سوزی شود.
بیایید توضیح دهیم که چرا لامپ سمت چپ روشن تر می شود. به یاد بیاورید که وقتی هادی ها به صورت موازی وصل می شوند ، مقاومت کل آنها از کوچکتر آنها کمتر می شود ، یعنی حتی از مقاومت کلید (که تقریباً برابر با صفر است) کمتر می شود. طبق قانون اهم، کاهش مقاومت منجر به افزایش قدرت جریان می شود. و افزایش جریان، طبق قانون ژول-لنز، منجر به تابش قوی مارپیچ لامپ سمت چپ می شود.
اجازه دهید اکنون توضیح دهیم که چرا لامپ مناسب خاموش می شود. از آنجایی که هادی ها به صورت موازی متصل می شوند، ولتاژ هر یک از آنها یکسان است، ولتاژ لامپ سمت راست و کلید یکسان است. طبق قانون اهم، U = I · R. همانطور که در پاراگراف قبل متوجه شدیم، مقاومت این اتصال تقریباً صفر است، یعنی R "0. با جایگزینی صفر در فرمول، دریافت می کنیم: U = I · 0 = 0. یعنی ولتاژ سوئیچ و لامپ صفر است (به طور دقیق تر، بسیار کوچک). این ولتاژ به وضوح برای روشن نگه داشتن لامپ کافی نیست، بنابراین خاموش می شود.

برای محافظت از وسایل الکتریکی در برابر اتصال کوتاه، استفاده کنید قطع کننده مدار.هدف آنها قطع برق در صورت افزایش جریان بیشتر از مقدار مجاز است. در تصویر سمت راست می بینید خودکارفیوز با پایه پیچی مشابه لامپ. چنین فیوزهایی (در اصطلاح رایج "شاخه ها") به کارتریج های مخصوص پیچ می شوند که روی دیوار ثابت می شوند.
نیز وجود دارد فیوزهادر آنها، قسمت اصلی یک سیم نازک (به قطر حدود 0.1 میلی متر) است که از قلع یا سرب ساخته شده است (شکل زیر را ببینید). در صورت افزایش شدید جریان، تقریباً فوراً ذوب می شود و مدار باز می شود و جریان قطع می شود. برخلاف فیوزهای خودکار «قابل استفاده مجدد»، فیوزها لوازم الکتریکی یکبار مصرف هستند.

اگر فرض کنیم که سیم های تامین کننده جریان به سیم کشی آپارتمان از جنس آلومینیوم بوده و قطر آن 1 میلی متر است، سطح مقطع سیم سربی 100 برابر کوچکتر خواهد بود. علاوه بر این، با نگاهی به جدول متوجه می شویم که مقاومت سرب حدود 10 برابر آلومینیوم است. در نتیجه، مقاومت سیم حدود 1000 برابر مقاومت یک سیم آلومینیومی با همان طول است.
از آنجایی که سیم و فیوز (یعنی سیم داخل آن) به صورت سری به هم متصل هستند، قدرت جریان در آنها یکسان است. از آنجایی که طبق قانون ژول لنز، Q = I2Rt است، بنابراین، مقدار گرمای آزاد شده در سیم در هر لحظه از زمان 1000 برابر بیشتر از سیم است. به همین دلیل است که سیم ذوب می شود و سیم کشی دست نخورده باقی می ماند. در حال حاضر فیوزها عملاً در فناوری استفاده نمی شوند و جای خود را به فیوزهای اتوماتیک می دهند.

هر فردی که شغلش مربوط به تعمیر و نگهداری مهندسی برق باشد، به خوبی از مشکلاتی که اتصال کوتاه (اتصال کوتاه) با آن به همراه دارد، آگاه است. گاهی اوقات به عنوان آسیب در نظر گرفته می شود. این درست نیست. اتصال کوتاه یک فرآیند یا در صورت تمایل حالت اضطراری عملکرد هر بخش از تاسیسات الکتریکی است. اما عواقب آن واقعاً منجر به آسیب می شود. تعریف عمومی پذیرفته شده می گوید: «اتصال کوتاه اتصال مستقیم دو یا چند نقطه از یک مدار الکتریکی با پتانسیل متفاوت است. این یک حالت عملکرد غیر طبیعی (ناخواسته) است."

برای درک اینکه دقیقاً در لحظه ای که یک اتصال کوتاه در آنجا اتفاق می افتد چه اتفاقی می افتد، لازم است اصول عملکرد عناصر مدار را یادآوری کنیم. یک مدار ساده متشکل از دو هادی و یک بار (مثلاً یک لامپ) را تصور کنید. در شرایط عادی، به دلیل تأثیر دائمی منبع، حرکت جهتی ذرات باردار در یک هادی وجود دارد. آنها از طریق دو بخش سیم و یک لامپ از یک قطب منبع به قطب دیگر حرکت می کنند. بر این اساس، لامپ نور ساطع می کند، زیرا ذرات کار خاصی را در آن انجام می دهند.

زمانی که جهت حرکت دائما در حال تغییر است، اما در این مورد مهم نیست. تعداد الکترون هایی که در واحد زمان از بخش خاصی از مدار عبور می کنند توسط مقاومت لامپ، هادی ها، منبع EMF محدود می شود. به عبارت دیگر، جریان به طور نامحدود رشد نمی کند، بلکه مطابق با رژیم حالت پایدار است.

اما به دلایلی عایق قسمت مدار آسیب دیده است. به عنوان مثال، یک لامپ پر از آب است. در این صورت کاهش می یابد. در نتیجه، جریان در امتداد مدار توسط مقاومت کل منبع برق، سیم‌ها و آب «متن» روی لامپ محدود می‌شود. معمولاً این مقدار آنقدر ناچیز است که در محاسبات (به استثنای محاسبات تخصصی) در نظر گرفته نمی شود.

نتیجه یک افزایش تقریبا بی پایان در جریان است که توسط قانون کلاسیک اهم تعیین می شود. در این مورد، اغلب به برق اتصال کوتاه اشاره می شود. با مقدار حدی جریان الکتریکی که منبع برق قبل از خرابی قادر به ارائه آن است تعیین می شود. به هر حال، به همین دلیل است که سیم کشی (اتصال کوتاه) کنتاکت های مخالف باتری ها ممنوع است.

اگرچه در مثال ما حذف مقاومت لامپ از مدار به دلیل ورود آب به آن را مد نظر داریم، اما دلایل زیادی برای اتصال کوتاه وجود دارد. به عنوان مثال، اگر در مورد همان طرح صحبت کنیم، اتصال کوتاه است. همچنین اگر عایق حداقل یک سیم شکسته شود و با زمین تماس پیدا کند، ممکن است رخ دهد. در این صورت جریان از منبع تغذیه مسیر کمترین مقاومت را طی می کند، یعنی وارد زمین می شود که ظرفیت عظیمی دارد. آسیب به عایق دو سیم در یک زمان و تماس آنها منجر به همان نتیجه خواهد شد.

موارد فوق را می توان خلاصه کرد: k.z می تواند با یا بدون زمین باشد. این تأثیری بر فرآیندهای جاری ندارد.

در ابتدای مقاله به چه نوع آسیبی پرداخته شد؟ همانطور که می دانید، هر چه مقدار جریان عبوری از بخش های مدار بیشتر باشد، گرمایش آنها بیشتر می شود. با قدرت کافی منبع در اتصال کوتاه. برخی از قسمت های زنجیره به سادگی می سوزند و به گرد و غبار مس (برای عناصر مس) تبدیل می شوند.

حفاظت از اتصال کوتاه نسبتاً ساده و مؤثر است. پیام های خرابی به دلیل اتصال کوتاه، اول از همه، به دلیل انتخاب نادرست پارامترهای دستگاه های حفاظتی، انتخاب نادرست ایجاد می شود. اگر ما در مورد یک مدار خانگی 220 ولت صحبت می کنیم، در آنها با افزایش بیش از حد جریان در آنها استفاده می شود، یک رهاسازی الکترومغناطیسی واقع در داخل مدار را می شکند.

زمانی اتفاق می‌افتد که دو سیم از یک مدار متصل به پایانه‌های مختلف (به عنوان مثال، در مدارهای DC "+" و "-") منبع از طریق یک مقاومت بسیار کوچک، که با مقاومت خود سیم‌ها قابل مقایسه است، متصل می‌شوند. .

جریان اتصال کوتاه می تواند بارها از جریان نامی مدار تجاوز کند. در چنین مواقعی قبل از اینکه دمای سیم ها به مقادیر خطرناک برسد، مدار باید قطع شود.

برای محافظت از سیم ها از گرمای بیش از حد و جلوگیری از اشتعال اشیاء اطراف، دستگاه های حفاظتی در مدار گنجانده شده است - یا.

اتصال کوتاه همچنین می تواند در هنگام اضافه ولتاژ در نتیجه رعد و برق، برخورد مستقیم صاعقه، آسیب مکانیکی به قطعات عایق، اقدامات اشتباه پرسنل عملیاتی رخ دهد.

در صورت اتصال کوتاه، جریانات در مدار اتصال کوتاه به شدت افزایش می یابد و ولتاژ کاهش می یابد که خطرات زیادی برای تجهیزات الکتریکی ایجاد می کند و می تواند باعث وقفه در تغذیه مصرف کنندگان شود.

مدارهای کوتاه عبارتند از:

سه فاز (متقارن) که در آن هر سه فاز اتصال کوتاه دارند.

دو فاز (نامتعادل)، که در آن فقط دو فاز اتصال کوتاه دارند.

دو فاز به زمین در سیستم‌هایی با خنثی‌های زمینی جامد.

نول های تک فاز نامتعادل به زمین.

جریان با اتصال کوتاه تک فاز به بیشترین مقدار خود می رسد. در نتیجه استفاده از اقدامات مصنوعی خاص (به عنوان مثال، اتصال به زمین خنثی ها از طریق، اتصال زمین تنها بخشی از نول ها)، حداکثر مقدار جریان اتصال کوتاه تک فاز را می توان به مقدار اتصال کوتاه سه فاز کاهش داد. جریان، که محاسبات اغلب برای آن انجام می شود.

علل اتصال کوتاه

دلیل اصلی وقوع اتصال کوتاه نقض عایق تجهیزات الکتریکی است.

نقض عایق ناشی از موارد زیر است:

1. اضافه ولتاژ (مخصوصاً در شبکه هایی با نول های ایزوله)،

2. صاعقه مستقیم،

3. عایق پیری،

4. آسیب مکانیکی به عایق، رانندگی در زیر خطوط مکانیسم های بزرگ،

5. تعمیر و نگهداری نامناسب تجهیزات.

اغلب علت آسیب در قسمت الکتریکی تاسیسات برقی، اقدامات غیر ماهر پرسنل تعمیر و نگهداری است.

اتصال کوتاه عمدی

هنگام اجرای نمودارهای اتصال ساده شده پست های پایین رونده، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - که اتصال کوتاه عمدی ایجاد می کند تا به سرعت آسیب های حاصل را قطع کند. بنابراین، علاوه بر اتصال کوتاه تصادفی در سیستم های منبع تغذیه، اتصال کوتاه عمدی نیز وجود دارد که ناشی از عمل اتصال کوتاه است.

عواقب اتصال کوتاه

در نتیجه یک اتصال کوتاه، قطعات زنده به شدت گرم می شوند، که می تواند منجر به نقض عایق، و همچنین وقوع نیروهای مکانیکی بزرگی شود که به تخریب قطعات تاسیسات الکتریکی کمک می کند.

در این حالت ، منبع تغذیه معمولی مصرف کنندگان در بخش های آسیب دیده شبکه مختل می شود ، زیرا حالت اضطراری اتصال کوتاه در یک خط منجر به کاهش کلی ولتاژ می شود. در نقطه اتصال کوتاه، کونژوگه صفر می شود و در تمام نقاط تا نقطه اتصال کوتاه، ولتاژ به شدت کاهش می یابد و تامین برق عادی خطوط سالم غیرممکن می شود.

در صورت اتصال کوتاه در سیستم منبع تغذیه، مقاومت کل آن کاهش می‌یابد که منجر به افزایش جریان در شاخه‌های آن نسبت به جریان‌های حالت عادی می‌شود و این باعث کاهش ولتاژ تک‌تک نقاط برق می‌شود. سیستم تامین، که به ویژه در نزدیکی نقطه اتصال کوتاه بزرگ است. درجه کاهش ولتاژ به عملکرد و فاصله از محل آسیب بستگی دارد.

بسته به محل وقوع و مدت زمان آسیب، پیامدهای آن می تواند ماهیت محلی داشته باشد یا کل سیستم منبع تغذیه را تحت تأثیر قرار دهد.

با فاصله زیاد اتصال کوتاه، مقدار جریان اتصال کوتاه می تواند تنها بخش کوچکی از جریان نامی ژنراتورهای تامین کننده باشد و وقوع چنین اتصال کوتاهی توسط آنها به عنوان افزایش جزئی در بار درک می شود.

کاهش شدید ولتاژ تنها در نزدیکی نقطه اتصال کوتاه به دست می آید، در حالی که در سایر نقاط سیستم منبع تغذیه، این کاهش کمتر محسوس است. در نتیجه، در شرایط مورد بررسی، عواقب خطرناک یک اتصال کوتاه تنها در قسمت‌هایی از سیستم منبع تغذیه نزدیک به محل حادثه آشکار می‌شود.

جریان اتصال کوتاه، حتی اگر در مقایسه با جریان نامی ژنراتورها کم باشد، معمولاً چندین برابر جریان نامی شاخه ای است که در آن اتصال کوتاه رخ می دهد. بنابراین، حتی با جریان کوتاه مدت جریان اتصال کوتاه، می تواند باعث ایجاد هادی های اضافی و بالاتر از حد مجاز شود.

جریان های اتصال کوتاه باعث ایجاد نیروهای مکانیکی بالایی بین هادی ها می شود که به ویژه در ابتدای فرآیند اتصال کوتاه، زمانی که جریان به حداکثر مقدار خود می رسد، بسیار زیاد است. اگر استحکام هادی ها و اتصالات آنها ناکافی باشد، ممکن است آسیب مکانیکی رخ دهد.

افت عمیق ناگهانی ولتاژ اتصال کوتاه بر کار مصرف کنندگان تأثیر می گذارد. اول از همه، این در مورد موتورها صدق می کند، زیرا حتی با افت ولتاژ کوتاه مدت 30-40٪، آنها می توانند متوقف شوند (واژگونی موتور رخ می دهد).

واژگونی موتورها تأثیر جدی بر عملکرد یک شرکت صنعتی دارد، زیرا زمان زیادی طول می کشد تا روند تولید عادی بازگردد و توقف غیرمنتظره موتورها می تواند باعث نقص محصول در شرکت شود.

با فاصله کم و مدت زمان کافی اتصال کوتاه، ممکن است ایستگاه های موازی از سنکرونیک خارج شوند، یعنی. اختلال در عملکرد طبیعی کل سیستم الکتریکی که خطرناک ترین پیامد اتصال کوتاه است.

سیستم های جریان نامتعادل ناشی از خطاهای زمین قادر به ایجاد شار مغناطیسی کافی برای القای EMF قابل توجه در مدارهای مجاور (خطوط ارتباطی، خطوط لوله) هستند که برای پرسنل تعمیر و نگهداری و تجهیزات این مدارها خطرناک است.

بنابراین، عواقب اتصال کوتاه به شرح زیر است:

1. آسیب مکانیکی و حرارتی به تجهیزات الکتریکی.

2. آتش سوزی در تاسیسات برقی.

3. کاهش سطح ولتاژ در شبکه الکتریکی که منجر به کاهش گشتاور موتورهای الکتریکی، ترمزگیری آنها، کاهش عملکرد و یا حتی واژگونی آنها می شود.

4. از بین رفتن سنکرونیسم تک ژنراتورها، نیروگاه ها و قطعات سیستم الکتریکی و وقوع حوادث از جمله حوادث سیستم.

5. تأثیر الکترومغناطیسی بر خطوط ارتباطی، ارتباطات و غیره.

محاسبه جریان های اتصال کوتاه برای چیست؟

اتصال کوتاه مدار باعث ایجاد یک فرآیند گذرا در آن می شود که طی آن جریان را می توان به عنوان مجموع دو جزء در نظر گرفت: هارمونیک اجباری (تناوبی، سینوسی) ip و آزاد (ناپریودیک، نمایی) ia. مولفه آزاد با ثابت زمانی Tc = Lc / rc = xc / ωrc کاهش می یابد زیرا فرآیند گذرا تحلیل می رود. حداکثر مقدار لحظه ای iу از کل جریان i را جریان شوک و نسبت دومی به دامنه Iпm را ضریب ضربه می گویند.

محاسبه جریان های اتصال کوتاه برای انتخاب صحیح تجهیزات الکتریکی، طراحی حفاظت رله و اتوماسیون، انتخاب وسیله ای برای محدود کردن جریان های اتصال کوتاه ضروری است.

مدارهای کوتاه (SC) معمولاً از طریق مقاومت های انتقالی - قوس الکتریکی، اجسام خارجی در محل آسیب، تکیه گاه ها و اتصال به زمین آنها، و همچنین مقاومت بین سیم های فاز و زمین (به عنوان مثال، هنگامی که سیم ها به زمین می افتند) رخ می دهد. برای ساده‌تر کردن محاسبات، مقاومت‌های گذرا منفرد، بسته به نوع آسیب، برابر یکدیگر یا برابر با صفر در نظر گرفته می‌شوند (اتصال کوتاه «فلزی» یا «کدر»).