Modul normal de funcționare în regim permanent al unei instalații electrice este considerat a fi unul ai cărui parametri se află în limite normale. Curentul de scurtcircuit (curent de scurtcircuit) apare în timpul unui accident în exploatarea unei instalații electrice. Cel mai adesea apare din cauza deteriorării izolației pieselor sub tensiune.
Ca urmare a unui scurtcircuit, alimentarea neîntreruptă a consumatorilor este întreruptă și duce la defecțiuni și defecțiuni ale echipamentelor. Ca urmare, atunci când selectați elemente și dispozitive purtătoare de curent, este necesar să le calculați nu numai pentru funcționarea normală, ci și să le verificați în condițiile modului de urgență așteptat, care poate fi cauzat de un scurtcircuit.
Cauzele deteriorării izolației
- Impact mecanic asupra izolației.
- Defectarea electrică a pieselor sub tensiune din cauza sarcinilor excesive sau supratensiunii.
- Similar cu defecțiunea izolației, biciuirea firelor aeriene neizolate de la vânturile puternice poate fi considerată o cauză de deteriorare.
- Aruncarea obiectelor metalice pe o linie.
- Impactul animalelor asupra conductoarelor vii.
- Erori in munca personalului de intretinere in instalatiile electrice.
- Eșecul în funcționarea protecției și automatizării.
- Îmbătrânirea tehnică a echipamentelor.
- O acțiune deliberată care vizează deteriorarea izolației.
Consecințele unui scurtcircuit
Curentul de scurtcircuit este de multe ori mai mare decât curentul în timpul funcționării normale a echipamentului. Consecințele posibile ale unui astfel de scurtcircuit pot fi:
- Supraîncălzirea pieselor sub tensiune.
- Sarcini dinamice excesive.
- Oprirea furnizării de energie electrică a consumatorilor.
- Întreruperea funcționării normale a altor receptoare interconectate care sunt conectate la secțiuni sănătoase ale circuitului din cauza scăderii brusce a tensiunii.
- Întreruperea sistemului de alimentare cu energie electrică.
Tipuri de scurtcircuite
Conceptul de scurtcircuit presupune o conexiune electrică care nu este prevăzută de condițiile de funcționare ale echipamentului între puncte de diferite faze, fie un conductor neutru cu fază, fie pământ cu o fază (dacă există un circuit de împământare neutru al sursă de energie).
La operarea consumatorilor, tensiunea de alimentare poate fi conectată în diferite moduri:
- Conform diagramei rețelei trifazate, 0,4 kilovolți.
- Rețea monofazată (fază și zero) 220 V.
- O sursă de tensiune constantă cu borne de potențial pozitiv și negativ.
În fiecare caz individual, defecțiunea izolației poate apărea în anumite puncte, ducând la un curent de scurtcircuit.
Pentru o rețea trifazată de curent alternativ, există tipuri de scurtcircuit:
- Circuit trifazat.
- Circuit bifazat.
- Defecțiune la pământ monofazată.
- Defect la pământ monofazat (neutru izolat).
- Defecțiune la pământ în două faze.
- Defect trifazat la pământ.
Atunci când implementați un proiect pentru furnizarea de energie electrică a unei întreprinderi sau a unui echipament, astfel de moduri necesită anumite calcule.
Principiul de funcționare al scurtcircuitului
Înainte de apariția unui scurtcircuit, valoarea curentului în circuitul electric avea o valoare constantă i p În timpul unui scurtcircuit brusc în acest circuit, datorită unei scăderi puternice a rezistenței totale a circuitului, curentul electric crește semnificativ la. o valoare i p. Inițial, când timpul t este zero, curentul electric nu se poate schimba brusc la o altă valoare în regim staționar, deoarece într-un circuit închis, pe lângă rezistența activă R, există și rezistența inductivă L. Aceasta crește procesul a curentului crește în timp la trecerea la un nou mod.
Ca urmare, în perioada inițială a unui scurtcircuit, curentul electric își păstrează valoarea inițială i K= eu nu. Este nevoie de ceva timp pentru ca curentul să se schimbe. În primele momente ale acestui timp, curentul crește până la o valoare maximă, apoi scade ușor, iar apoi după o anumită perioadă de timp își asumă o stare staționară.
Perioada de timp de la începutul defecțiunii până la starea de echilibru este considerată un proces tranzitoriu. Curentul de scurtcircuit poate fi calculat pentru orice moment în timpul procesului tranzitoriu.
Curentul de scurtcircuit în modul de tranziție este cel mai bine considerat ca o sumă de componente: curent periodic i pt cu cea mai mare componentă periodică I pt și curent aperiodic i la (valoarea sa cea mai mare este I am).
Componenta aperiodică a curentului de scurtcircuit în timpul unei defecțiuni se atenuează treptat la zero. În acest caz, schimbarea sa are loc în funcție de o dependență exponențială.
Curentul maxim posibil de scurtcircuit este considerat curent de șoc i y. Când nu există o atenuare în momentul inițial al circuitului, se determină supratensiunea:
eu y- eu p m+ eu a t=0 ', Unde i p m este amplitudinea componentei curentului periodic.
Scurtcircuit util
Se crede că un scurtcircuit este un fenomen negativ și nedorit, care provoacă consecințe distructive în instalațiile electrice. Poate crea condiții pentru un incendiu, oprirea echipamentului de protecție, întreruperea obiectelor și alte consecințe.
Cu toate acestea, curentul de scurtcircuit poate fi de real beneficiu în practică. Există multe dispozitive care funcționează în modul de curent ridicat. De exemplu, puteți lua în considerare. Cel mai izbitor exemplu în acest sens este sudarea cu arc electric, în timpul căreia electrodul de sudare este scurtcircuitat cu o buclă de masă.
Astfel de moduri de scurtcircuit funcționează pentru o perioadă scurtă de timp. Puterea transformatorului de sudare asigură funcționarea la astfel de suprasarcini semnificative. În timpul sudării, se generează un curent foarte mare în punctul de contact al electrodului. Ca rezultat, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură, suficientă pentru a topi metalul în punctul de contact și a forma o sudură de rezistență suficientă.
Metode de protecție
Chiar și la începutul dezvoltării ingineriei electrice, a apărut problema protecției dispozitivelor electrice de sarcini de curent excesive, inclusiv scurtcircuite. Cea mai simplă soluție a fost instalația, care s-a ars din cauza încălzirii lor din cauza curentului care depășește o anumită valoare.
Astfel de siguranțe sunt încă în funcțiune astăzi. Principalul lor avantaj este fiabilitatea, simplitatea și costul redus. Cu toate acestea, există și dezavantaje. Designul simplu al siguranței încurajează o persoană, după arderea elementului de siguranță, să o înlocuiască cu materiale improvizate sub formă de agrafe de hârtie, fire și chiar cuie.
O astfel de protecție nu poate oferi protecția necesară la scurtcircuit, deoarece nu este proiectată pentru o sarcină specifică. În producție, îl folosesc pentru a deconecta circuitele în care a avut loc un scurtcircuit. Sunt mult mai convenabile decât siguranțele convenționale și nu necesită înlocuirea elementului ars. După eliminarea cauzei scurtcircuitului și răcirea elementelor termice, mașina poate fi pur și simplu pornită, aplicând astfel tensiune circuitului.
Există, de asemenea, sisteme de protecție mai complexe în formă. Au un cost ridicat. Astfel de dispozitive opresc tensiunea circuitului în cazul unei scurgeri minime de curent. O astfel de scurgere poate apărea dacă un lucrător este electrocutat.
O altă metodă de protecție la scurtcircuit este un reactor de limitare a curentului. Este folosit pentru a proteja circuitele din rețelele de înaltă tensiune, unde amploarea curentului de scurtcircuit poate atinge o astfel de dimensiune încât este imposibil să se selecteze dispozitive de protecție care să reziste la forțe electrodinamice mari.
Reactorul este o bobină cu reactanță inductivă. Este conectat într-un circuit într-un circuit în serie. În timpul funcționării normale, reactorul are o cădere de tensiune de aproximativ 4%. În cazul unui scurtcircuit, partea principală a tensiunii cade pe reactor. Există mai multe tipuri de reactoare: beton, petrol. Fiecare dintre ele are propriile sale caracteristici.
Legea lui Ohm pentru scurtcircuit
Baza calculării închiderilor de circuit este principiul care determină calculul curentului din tensiune prin împărțirea acestuia la rezistența conectată. Același principiu funcționează la determinarea sarcinilor nominale. Diferența este aceasta:
- Când apare o urgență, procesul decurge aleatoriu și spontan. Cu toate acestea, se pretează la unele calcule folosind metode dezvoltate de specialiști.
- În timpul funcționării normale a unui circuit electric, rezistența și tensiunea sunt într-un mod echilibrat și pot varia ușor în intervalele de funcționare în limite normale.
Putere de alimentare
Pe baza acestei puteri se face o evaluare a potențialului energetic al acțiunii distructive pe care o poate desfășura un curent de scurtcircuit și se efectuează o analiză a timpului și mărimii curgerii.
De exemplu, luați în considerare că o bucată de conductor de cupru cu o zonă de secțiune transversală de 1,5 mm 2 și o lungime de 50 cm a fost conectată mai întâi direct la bateria Krona. Și într-un alt caz, aceeași bucată de sârmă a fost introdusă într-o priză de uz casnic.
În cazul Kronei, un curent de scurtcircuit va curge prin conductor, care va încălzi această baterie până când se defectează, deoarece puterea bateriei nu este suficientă pentru a încălzi și a topi conductorul conectat pentru a întrerupe circuitul.
În cazul unei prize de uz casnic, vor funcționa dispozitivele de protecție. Să ne imaginăm că aceste protecții au eșuat și nu au funcționat. În acest caz, curentul de scurtcircuit va curge prin cablurile de uz casnic, apoi prin cablurile întregii intrări, casei și apoi prin linia sau cablul aerian. Așa că va ajunge la substație.
Ca rezultat, un circuit lung cu multe cabluri, fire și diverse conexiuni este conectat la transformator. Ele vor crește foarte mult rezistența electrică a bucății noastre experimentale de sârmă. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, există o mare probabilitate ca această bucată de sârmă să se topească și să ardă.
Rezistența circuitului
Secțiunea liniei de alimentare de la sursa de alimentare la scurtcircuit are o anumită rezistență electrică. Valoarea sa afectează mărimea curentului de scurtcircuit. Înfășurările transformatoarelor, bobinelor, bobinelor și plăcilor condensatoarelor contribuie la rezistența totală a circuitului sub formă de reactanțe capacitive și inductive. În acest caz, se creează componente aperiodice care distorsionează simetria principalelor forme de oscilații armonice.
Există multe metode diferite utilizate pentru a calcula curentul de scurtcircuit. Acestea vă permit să calculați curentul de scurtcircuit cu precizia necesară folosind informațiile disponibile. În practică, este posibil să se măsoare rezistența unui circuit existent folosind metoda fază zero. Această rezistență face ca calculul să fie mai precis și face ajustări corespunzătoare atunci când se selectează protecția la scurtcircuit.
Pe vremuri, unei doamne, nu prea cunoscătoare în electrotehnică, un instalator i-a spus 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 prezentate 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 electrocasnice. Este important ca fiecare persoană să știe ce este un scurtcircuit, care sunt cauzele acestuia, posibilele consecințe și metodele de prevenire a acestuia. Această descriere nu poate fi completată fără familiarizarea cu elementele de bază ale științei ingineriei electrice. Un cititor care nu le cunoaște s-ar putea să se plictisească și să nu citească articolul până la capăt.
Prezentarea populară a legii lui Ohm
Indiferent de natura curentului dintr-un circuit electric, acesta apare numai dacă există o diferență de potențial (sau tensiune, este același lucru). Natura acestui fenomen poate fi explicată folosind 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 cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare curentul și cu cât este mai mică, cu atât rezistența inclusă în sarcină este mai mare:
I este mărimea curentului, care uneori este numită „puterea curentului”, deși aceasta nu este o traducere complet corectă din germană. Măsurată în Amperi (A).
De fapt, curentul în sine nu are nicio forță (adică cauza accelerației), care este tocmai ceea ce se manifestă în timpul unui scurtcircuit. Acest termen a devenit deja familiar și este folosit des, deși profesorii unor universități, după ce au auzit cuvintele „puterea curentă” din gura unui student, îi dau imediat un „eșec”. „Dar focul și fumul care provin din cablare în timpul unui scurtcircuit? - adversarul persistent va întreba: „Nu este aceasta putere?” Există un răspuns la această remarcă. 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 prezentată mai jos.
U este aceeași diferență de potențial, numită și tensiune. Se masoara in Volti (la noi in tara V, in strainatate V). Se mai numește și forță electromotoare (EMF).
R este rezistența electrică, adică capacitatea unui material de a împiedica trecerea curentului. Pentru dielectrici (izolatori) este mare, deși nu infinit, pentru conductori este mic. Măsurat în ohmi, dar evaluat ca 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 mai rău. Prin urmare, rezistivitatea se măsoară în ohmi înmulțit cu un milimetru pătrat și împărțit la un metru. În plus, valoarea sa este afectată de temperatură, cu cât este mai mare, cu atât rezistența este mai mare. De exemplu, un conductor de aur de 1 metru lungime și 1 metru pătrat în secțiune transversală. mm la 20 de grade Celsius are o rezistență totală de 0,024 Ohm.
Există, de asemenea, o formulă pentru legea lui Ohm pentru un circuit complet, rezistența internă (proprie) a sursei de tensiune (EMF) este introdusă în acesta.
Două formule simple, dar importante
Este imposibil de înțeles motivul pentru care apare curentul de scurtcircuit fără a stăpâni o altă formulă simplă. Puterea consumată de sarcină este egală (fără a lua în considerare componentele reactive, dar mai multe despre ele mai târziu) 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 funcționare, 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 tensiunea și pătratul curentului. Și, desigur, formula nu este completă fără timp, cu cât rezistența se încălzește mai mult, cu atât mai multă căldură va elibera.
Ce se întâmplă într-un circuit în timpul unui scurtcircuit
Deci, cititorul poate considera că a stăpânit toate legile fizice principale pentru a înțelege care poate fi magnitudinea (bine, să fie putere) curentului de scurtcircuit. Dar mai întâi trebuie să vă decideți cu privire la întrebarea ce este, exact. KZ (scurtcircuit) este o situație în care rezistența de sarcină este aproape de zero. Să 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 trece se încălzește mai mult. 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 fenomenului, care uneori duce la incendii.
Firele devin roșii (sau alb-încinse) și transferă această energie pe pereți, tavane și alte obiecte pe care le ating, dându-le foc. Dacă o fază dintr-un dispozitiv atinge conductorul neutru, apare un curent de scurtcircuit de la sursă, închisă pentru sine. Baza combustibilă a cablurilor electrice este un coșmar pentru inspectorii de pompieri și motivul multor amenzi aplicate proprietarilor iresponsabili de clădiri și spații. Și de vină, desigur, nu sunt legile Joule-Lenz și Ohm, ci izolația care s-a uscat de la bătrânețe, instalarea neglijentă sau analfabetă, deteriorarea mecanică sau supraîncărcarea cablajului.
Cu toate acestea, curentul de scurtcircuit, indiferent cât de mare ar fi, nu este, de asemenea, infinit. Cantitatea de probleme pe care o poate provoca este influențată de durata încălzirii și de parametrii circuitului de alimentare.
circuite AC
Situațiile discutate mai sus au fost de natură generală sau au vizat circuite DC. În cele mai multe cazuri, alimentarea cu energie atât a instalațiilor rezidențiale, cât și a celor industriale se realizează dintr-o rețea de tensiune alternativă de 220 sau 380 de 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. Cert este că trecerea curentului alternativ este împiedicată de componente suplimentare de rezistență, numite reactive și cauzate de natura ondulatorie 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 cea 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 deviați. Curentul inductiv rămâne în urmă, iar curentul capacitiv îl conduce cu 90 de grade.
Un exemplu de diferență de comportament a unei sarcini cu o componentă reactivă este un difuzor convențional. Unii fani ai muzicii tare îl supraîncărcă până când difuzorul împinge câmpul magnetic înainte. 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 DC sau AC. Cea mai simplă situație este cu plusul obișnuit, care s-a conectat brusc cu minus, ocolind sarcina utilă.
Dar cu curent alternativ există mai multe opțiuni. Curentul de scurtcircuit monofazat apare atunci când o fază este conectată la neutru sau împământă. Într-o rețea trifazată, poate apărea contact nedorit între două faze. O tensiune de 380 sau mai mult (atunci când se transmite energie pe distanțe lungi de-a lungul liniilor electrice) de volți poate provoca, de asemenea, consecințe neplăcute, inclusiv un arc electric în momentul comutării. Toate cele trei (sau patru, împreună cu neutru) pot fi scurtcircuitate în același timp, iar curentul de scurtcircuit trifazat va curge prin ele până la declanșarea echipamentului automat de protecție.
Dar asta nu este tot. În rotoarele și statoarele mașinilor electrice (motoare și generatoare) și transformatoare, apare uneori un fenomen atât de neplăcut, cum ar fi un scurtcircuit interturn, 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 determină încălzirea întregii mașini. De fapt, dacă apare un astfel de dezastru, nu ar trebui să așteptați până când toată izolația se topește și motorul electric începe să fumeze. Înfășurările mașinii trebuie să fie rebobinate, acest lucru necesită echipament special. Același lucru este valabil și pentru acele cazuri în care, din cauza curentului de scurtcircuit „interturn” al transformatorului, a apărut un curent de scurtcircuit. Cu cât izolația arde mai puțin, cu atât va fi mai ușor și mai ieftin să rebobinați.
Calculul valorii curentului în timpul unui scurtcircuit
Indiferent cât 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, necesită doar câteva explicații. Aşa:
I scurtcircuit = Uph / (Zn + Zt),
Am scurtcircuit - valoarea curentului de scurtcircuit, A;
Uph - tensiune de fază, V;
Zn este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a buclei în scurtcircuit;
Zt este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a transformatorului de alimentare (putere), Ohm.
Impedanțele sunt definite ca ipotenuza unui triunghi dreptunghic, ale cărui catete reprezintă valorile rezistenței active și reactive (inductivă). Este foarte simplu, trebuie doar să folosești teorema lui Pitagora.
Ceva mai des decât formula curentului de scurtcircuit, curbele derivate experimental sunt utilizate în practică. Ele reprezintă dependențele mărimii scurtcircuitului I. pe lungimea conductorului, secțiunea transversală a firului și puterea transformatorului de putere. Graficele sunt o colecție de linii descrescătoare exponențial, din care nu rămâne decât să o alegeți pe cea potrivită. Metoda oferă rezultate aproximative, dar precizia sa se potrivește bine nevoilor practice ale inginerilor energetici.
Cum funcționează procesul?
Totul pare să se întâmple instantaneu. Ceva fredonă, lumina s-a stins și apoi s-a stins. De fapt, ca orice fenomen fizic, procesul poate fi întins mental, încetinit, analizat și împărțit în faze. Înainte de apariția unei urgențe, circuitul este caracterizat de o valoare constantă a curentului care se află în modul nominal. Brusc, rezistența totală scade brusc la o valoare apropiată de zero. Componentele inductive (motoare electrice, bobine și transformatoare) ale sarcinii par să încetinească 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 declanșării procesului tranzitoriu. În același timp, EMF-ul său atinge treptat valoarea zero, apoi trece prin el și se stabilește la o anumită valoare stabilizată, asigurând apariția unui scurt-circuit I mare. Curentul însuși în momentul procesului tranzitoriu este suma componentelor periodice și aperiodice. Se analizează forma graficului procesului, în urma căreia se poate determina o valoare constantă a timpului, în funcție de unghiul de înclinare al tangentei la curba de accelerație în punctul de inflexie a acesteia (prima derivată) și timpul de întârziere, determinat de valoarea componentei reactive (inductive) a rezistenței totale.
Curent de șoc de scurtcircuit
Termenul „curent de șoc de scurtcircuit” este adesea folosit în literatura tehnică. Nu ar trebui să vă fie frică de acest concept, nu este deloc înfricoșător și nu are nicio legătură directă cu șocul electric. Acest concept înseamnă valoarea maximă a I scurtcircuit. într-un circuit de curent alternativ, atingând de obicei valoarea la jumătate de ciclu după ce apare o situație de urgență. La o frecvență de 50 Hz, perioada este de 0,2 secunde, iar jumătatea sa este, respectiv, de 0,1 secunde. În acest moment, interacțiunea conductoarelor amplasate aproape unul de celălalt atinge cea mai mare intensitate. Curentul de șoc de scurtcircuit este determinat de o formulă care nu are sens să o prezinte în acest articol, care nu este destinat specialiștilor sau chiar studenților. 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.
Anunț scurt 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 întrerupere a instalației, la închiderea echipamentului de protecție de urgență și, în cel mai rău caz, la arderea cablurilor și chiar la un incendiu. Prin urmare, toate eforturile trebuie concentrate pe evitarea acestei nenorociri. Cu toate acestea, calcularea curenților de scurtcircuit are o semnificație foarte reală și practică. Au fost inventate o mulțime de mijloace tehnice care funcționează în moduri de curent ridicat. Un exemplu este o mașină de sudură convențională, în special o mașină de sudură cu arc, care în timpul funcționării scurtcircuitează practic electrodul la împământare. O altă problemă este că aceste moduri sunt de natură pe termen scurt, iar puterea transformatorului le permite să reziste acestor suprasarcini. La sudare, curenți uriași trec în punctul de contact al capătului electrodului (se măsoară în zeci de amperi), în urma căruia 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 curajos, introduce dispozitive galvanice, inventa diverse tipuri de generatoare, motoare și iluminat, a apărut problema protejării acestor dispozitive de suprasarcini și curenți de scurtcircuit. Cea mai simplă soluție a fost instalarea elementelor fuzibile în serie cu sarcina, care erau distruse sub influența căldurii rezistive dacă curentul depășea valoarea setată. Astfel de siguranțe servesc și astăzi oamenii, principalele lor avantaje sunt simplitatea, fiabilitatea și costul redus. Dar au și dezavantaje. Însăși simplitatea „dopului” (cum o numeau deținătorii de rate fuzibile pentru forma lor specifică) îi determină pe utilizatori, după ce se arde, să nu filosofeze, ci să înlocuiască elementele eșuate cu primele fire, agrafe sau chiar cuie care veni la îndemână. Merită menționat faptul că o astfel de protecție împotriva curenților de scurtcircuit nu își îndeplinește funcția nobilă?
În întreprinderile industriale, întrerupătoarele automate au început să fie folosite pentru a deconecta circuitele supraîncărcate mai devreme decât în tablourile de distribuție rezidențiale, dar în ultimele decenii, „ambuteiajele” au fost în mare măsură înlocuite de acestea. „Mașinile automate” sunt mult mai convenabile; nu trebuie să le schimbați, ci să le porniți după ce ați eliminat cauza scurtcircuitului și așteptați să se răcească elementele 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. Întreruptoarele diferențiale mai complexe, la un cost ridicat, nu durează mai mult decât cele convenționale, dar sarcina lor funcțională este mai mare, opresc tensiunea în cazul unei scurgeri minime de curent „în lateral”, de exemplu, atunci când o persoană este electrocutat.
În viața de zi cu zi, nu este recomandată experimentarea cu scurtcircuite.
Cu siguranță mulți au auzit o astfel de expresie ca un scurtcircuit, dar puțini oameni înțeleg de ce apare acest fenomen, de ce este periculos și ce procese au loc în timpul unui scurtcircuit. În acest articol vom lua în considerare această problemă în detaliu, deoarece un „scurt în cablare” este o situație destul de comună, care este foarte periculoasă și poate duce la consecințe negative. Deci, am discutat mai jos cauzele scurtcircuitelor, metodele de prevenire și consecințele.
Ce este?
Un circuit electric este, de regulă, doi conductori cu potențiale opuse și un consumator de curent conectat. Fiecare consumator final are propria rezistență internă, care rezistă și limitează curentul, dozând astfel cantitatea și densitatea acestuia în conductor, forțându-l să producă lucru.
În momentul în care rezistența scade brusc până la eroarea statică a rezistenței conductoarelor, curentul electric, practic nelimitat de nimic, crește până la o astfel de valoare încât secțiunea transversală a conductorilor devine mică și, trecând prin ele, se încălzește. conductoarele la temperatura de distrugere si topire. Prin urmare, un însoțitor frecvent al unui scurtcircuit este focul, metalul topit al conductorilor și mecanismele auxiliare.
Semnele unui scurtcircuit în cablare sunt un miros de ars, scântei și arderea firelor, precum și o întrerupere de curent într-o anumită zonă sau în întreaga rețea.
Cum apare un scurtcircuit?
Deci, să luăm în considerare principalele cauze ale scurtcircuitelor în cablajul electric și instalațiile electrice.
Înaltă tensiune. Într-un moment peste parametrii admiși, există posibilitatea unei defecțiuni electrice a izolației conductorului sau a circuitului electric. Ca rezultat, scurgerea de curent se dezvoltă la dimensiunea unui scurtcircuit, creând o descărcare de arc stabilă pe termen scurt.
Izolație veche. Clădirile rezidențiale și industriale care nu au înlocuit cablurile electrice sunt primele candidate pentru scurtcircuite spontane. Orice izolație utilizată în cablarea electrică are propria sa resursă. În timp, este distrus sub influența factorilor externi, ceea ce duce la apariția unui scurtcircuit.
Influență mecanică externă.Îndepărtarea izolației de pe sârmă, frecarea acesteia și alte efecte asupra învelișului de protecție, slăbirea proprietăților acesteia, va provoca mai devreme sau mai târziu un incendiu și un scurtcircuit. De exemplu, în viața de zi cu zi, cauza unui scurtcircuit este adesea deteriorarea cablajului la găurirea în pereți. Citiți despre asta în articolul nostru.
Obiecte străine. Aceasta include praf de diverse origini, animale mici, piese din unitățile învecinate care au căzut accidental pe conductorii electrici, provocând și dezvoltând astfel un scurtcircuit.
Lovitură directă de fulger. Același lucru se întâmplă ca și cu (vezi mai sus).
Un exemplu de consecințe ale unui scurtcircuit într-o instalație electrică este prezentat în videoclip:
Consecințele unui scurtcircuit sunt secțiuni arse de cablare și incendiu!
Tipuri de fenomene
Cea mai comună este o defecțiune la pământ, în care fie o fază contactează pământul, fie două faze interacționează cu pământul, într-una sau mai multe zone. Scurtcircuit la masă are loc în sistemele cu un neutru solid împământat și reprezintă până la 70% din toate cazurile.
Există, de asemenea, un scurtcircuit între faze atunci când două faze interacționează între ele. Apare ca urmare a defectării izolației în echipamentele trifazate.
Ei bine, ultimul tip de scurtcircuit este trifazat, când toate cele trei faze interacționează. Diagrama de mai jos prezintă principalele tipuri de scurtcircuite:
Modalități de prevenire
Pentru a preveni dezvoltarea scurtcircuitelor și pentru a proteja dispozitivele electrice și liniile de alimentare cu energie, cea mai eficientă metodă sunt siguranțele. Când apare un scurtcircuit, mașina (imaginea de mai jos) va opri imediat alimentarea, prevenind astfel apariția unei situații periculoase.
O altă modalitate de a preveni apariția unui scurtcircuit este oportună, datorită căreia puteți determina vizual locația topirii izolației și puteți trece la depanare.
Orice persoană a cărei muncă implică întreținerea echipamentelor electrice cunoaște foarte bine necazurile pe care le prezintă un scurtcircuit (scurtcircuit). Uneori se crede că reprezintă daune. Acest lucru este greșit. Un scurtcircuit este un proces sau, dacă doriți, un mod de funcționare de urgență al oricărei părți a unei instalații electrice. Dar consecințele sale duc cu adevărat la pagube. Definiția general acceptată este: „Un scurtcircuit este o conexiune directă a două sau mai multe puncte dintr-un circuit electric care au potențiale diferite. Este un mod anormal (neintenționat) de funcționare.”
Pentru a înțelege ce se întâmplă exact în circuit în momentul în care apare un scurtcircuit acolo, este necesar să ne amintim principiile de funcționare ale elementelor circuitului. Să ne imaginăm un circuit simplu format din doi conductori și o sarcină (de exemplu, un bec). În condiții normale, există o mișcare direcționată a particulelor elementare încărcate într-un conductor, datorită influenței constante a sursei. Se deplasează de la un pol al sursei la celălalt prin două secțiuni de sârmă și o lampă. În consecință, lampa emite lumină deoarece particulele fac o anumită cantitate de muncă în ea.
Când direcția de mișcare se schimbă constant, dar în acest caz nu este important. Numărul de electroni care trec printr-o anumită secțiune a circuitului pe unitatea de timp este limitat de rezistența lămpii, a conductorilor și a sursei EMF. Cu alte cuvinte, curentul nu crește la infinit, ci corespunde unei stări de echilibru.
Dar din anumite motive izolația pe o secțiune a circuitului este deteriorată. De exemplu, o lampă a fost inundată cu apă. În acest caz, scade. Ca urmare, curentul care curge prin circuit este limitat de rezistența totală a sursei de alimentare, a firelor și a „istmului” apei de pe lampă. De obicei, această sumă este atât de nesemnificativă încât nu este luată în considerare în calcule (cu excepția calculelor de specialitate).
Rezultatul este o creștere aproape infinită a curentului, determinată de legea clasică a lui Ohm. Puterea de scurtcircuit este adesea menționată în acest caz. Este determinată de valoarea limită a curentului electric pe care sursa de alimentare este capabilă să o furnizeze înainte de defecțiune. Apropo, de aceea este interzisă conectarea (scurtcircuitarea) a contactelor opuse ale bateriilor.
Deși în exemplu luăm în considerare eliminarea rezistenței lămpii din circuit din cauza apei care intră în el, există multe motive pentru un scurtcircuit. De exemplu, dacă vorbim despre același circuit, atunci scurtcircuit. poate apărea și dacă izolația a cel puțin unui fir este ruptă și acesta intră în contact cu pământul. În acest caz, curentul de la sursa de alimentare va urma calea cu cea mai mică rezistență, adică până la pământ, care are o capacitate uriașă. Deteriorarea izolației a două fire simultan și contactul lor va duce la același rezultat.
Cele de mai sus pot fi generalizate: scurtcircuitele pot fi cu sau fără masă. Acest lucru nu afectează procesele în curs.
Ce fel de daune au fost discutate la începutul articolului? După cum se știe, cu cât curentul care trece prin secțiunile circuitului este mai mare, cu atât încălzirea acestora este mai mare. Cu o sursă de putere suficientă în timpul scurtcircuitului. unele secțiuni ale lanțului pur și simplu se ard, transformându-se în praf de cupru (pentru elemente de cupru).
Protecția la scurtcircuit este destul de simplă și eficientă. Raportările de daune din cauza scurtcircuitelor apar în principal din cauza parametrilor selectați incorect ai dispozitivelor de protecție și a selectivității incorecte. Dacă vorbim de un circuit de uz casnic de 220 V, atunci când curentul crește excesiv, o declanșare electromagnetică situată în interior întrerupe circuitul.
Un scurtcircuit este o conexiune electrică între diferite faze care nu este tipică pentru funcționarea normală. Ca urmare, curentul din conductor crește brusc, ceea ce duce la consecințe negative. Să luăm în considerare ce este un scurtcircuit, clasificarea fenomenului, potențialele amenințări și modalitățile de prevenire a scurtcircuitelor.
Scurtcircuitul este împărțit în funcție de faza rețelei. Într-un sistem monofazat, se distinge următoarea clasificare:
- faza si zero- cel mai frecvent tip în viața de zi cu zi. Un scurtcircuit apare dacă utilizați aparate electrice care nu sunt proiectate pentru valori standard ale curentului sau dacă există un contact prost în priză. Ca urmare, are loc supraîncălzirea și izolația firelor este deteriorată;
- faza si impamantarea– o situație în care un fir de fază începe să intre în contact cu cadrul împământat al altor echipamente.
Un scurtcircuit poate apărea într-un sistem trifazat:
- monofazat– discutat mai sus;
- în două faze– două sisteme iau parte la proces. O situație similară se întâmplă adesea cu liniile electrice aeriene. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă în timpul vântului puternic, când liniile de sârmă se intersectează între ele și formează un scurtcircuit;
- trifazat și pământ– contactul simultan a trei sisteme cu solul;
- trifazat– contactul simultan a trei sisteme, provocat de conectarea unui obiect conductiv unul la altul.
Principalele motive care provoacă apariția scurtcircuitelor:
- încălcarea integrității izolației, care poate apărea din cauza uzurii echipamentelor electrice, din cauza contaminării suprafeței dispozitivelor, precum și a deteriorării mecanice;
- încălcarea mecanică a integrității elementelor rețelei (de exemplu, o linie de transmisie ruptă);
- supratensiuni – defectarea izolației conductorului, ceea ce duce la dezvoltarea scurgerilor de curent și la crearea unei descărcări de arc de scurtă durată;
- lovitură de fulger;
- contactul animalelor și păsărilor cu părți vii;
- factor uman - erori de personal în timpul lucrului de comutare;
- scurtcircuit intenționat folosind scurtcircuite - folosit pentru a salva întrerupătoare. Astăzi această tehnologie nu este folosită și este interzisă.
Care ar putea fi consecințele?
În timpul scurtcircuitelor, există o creștere bruscă a puterii curentului, ceea ce duce la topirea metalelor. „Stropii” se pot răspândi în toate direcțiile, ducând la aprinderea obiectelor din jur și la incendii. Acest lucru este deosebit de periculos pentru condițiile de acasă, deoarece scurtcircuitele pot cauza pierderea proprietății și a locuinței. Consecințele la întreprinderi sunt o situație de urgență, deteriorarea echipamentelor și riscul ca oamenii să fie răniți.
Un scurtcircuit, în funcție de locația formării acestuia, poate duce la un accident de sistem, ale cărui consecințe vor fi daune economice și tehnice. Echipamentul care a fost expus la un curent crescut devine inutilizabil sau suferă daune grave.
O altă consecință a închiderii este deteriorarea condițiilor de muncă pentru personal și consumatori - o scădere bruscă a presiunii duce la oprirea capacității de producție și daune economice. Cele mai mari pagube sunt cauzate de locul unde s-a produs direct scurtcircuitul.
Metode de protecție
Cea mai fiabilă și eficientă modalitate de a preveni scurtcircuitele este instalarea întrerupătoarelor. O alternativă sunt siguranțele. Aparatul detectează apariția unui scurtcircuit în timp util și oprește alimentarea, făcând imposibilă apariția unei urgențe.
Alte precautii:
- inspecția regulată a canalelor conductoare electrice - identificarea vizuală a punctelor slabe ale cablului, unde izolația este uzată și eliminarea în timp util a problemei;
- utilizarea reactoarelor electrice care reglează alimentarea cu curent;
- utilizarea de circuite electrice speciale care, dacă este necesar, oprește întrerupătoarele secționale;
- utilizarea transformatoarelor descendente care sunt echipate cu o înfășurare de joasă tensiune divizată.
Sfat: Pentru uz casnic, se recomandă instalarea întreruptoarelor. Sunt proiectate pentru un anumit curent, după depășirea valorii căreia se întrerupe circuitul. Alte măsuri sunt indicate în principal pentru uz industrial.
Care este amenințarea unui scurtcircuit?
Un scurtcircuit reprezintă în primul rând o amenințare pentru sănătatea și viața umană. Acest lucru este asociat cu un pericol de incendiu: incendiu de izolație a firului, aprinderea obiectelor din jur și capacitatea izolației de a răspândi arderea. De asemenea, o modificare a puterii curentului poate fi dăunătoare dispozitivelor și instrumentelor utilizate, ducând la consecințe catastrofale. Un scurtcircuit poate provoca pierderi economice Prin urmare, este important să se utilizeze măsuri pentru a preveni apariția fenomenului și să se recurgă la instalarea unor metode de protecție.
