Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую сеть, и по ней начинает течь электрический ток.
Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя электроэнергии
и выключателя, соединенных проводами.
Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии - механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (осветительные приборы) и т. д.
В основной электрической теореме говорится, что количество тока, которое будет протекать через короткое замыкание, зависит от двух переменных значений: напряжения в системе и общего полного сопротивления тока от источника до точки неисправности. Типичные системные напряжения хорошо знакомы всем нам. Однако связанный общий импеданс пути тока короткого замыкания требует небольшого просветления. Этот импеданс обычно включает в себя фидерные проводники «сопротивление и сопротивление, любые трансформаторы» и любое другое оборудование, подключенное по пути тока.
Сила тока в этой цепи равна
,то есть она прямо пропорциональна напряжению в сети, и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создает электроприбор (закон Ома).
А что произойдет, если цепь замкнется не так, как предусмотрено конструкцией цепи и электроприбора, а напрямую, минуя электроприбор?
Схематически это выглядит так:
На рисунке 1 показана очень простая одна строка со следующим: источник питания, трансформатор и устройство защиты от перегрузки по току, имеющее определенный предел прерывания тока короткого замыкания. Сначала поговорим об источнике питания. Во многих примерах расчета тока короткого замыкания вы увидите ссылки типа «Предположим, что источник питания имеет бесконечную емкость» или «Источник имеет бесконечную шину». Что это значит и почему важно пробовать расчет? Все, что говорят, это напряжение источника не имеет внутреннего импеданса.
Как рассчитать ток короткого замыкания по формуле
В результате расчет выборки становится очень консервативным. Поскольку предполагается, что источник не имеет собственного импеданса, соответствующий ток короткого замыкания будет в худшем случае. Теперь давайте посмотрим на трансформатор. Импеданс, определяющий величину тока короткого замыкания на его вторичной обмотке, состоит из двух отдельных импедансов: собственный импеданс плюс сопротивление вторичных проводников до места неисправности. Трансформатор Собственный импеданс - это величина его противодействия протеканию через него тока короткого замыкания.
В этом случае сопротивление сети сильно падает, и в результате сила тока в цепи резко возрастает. А, как известно, количество теплоты, выделяемое на участке цепи, пропорционально квадрату силы тока на этом участке (закон Джоуля-Ленца). Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то количество тепла, выделяющееся при этом, возрастет примерно в 400 раз! Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и, в конечном итоге, может привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания, и к пожару.
Теперь все трансформаторы имеют импеданс, и он обычно выражается как процент напряжения. Это процент нормального номинального первичного напряжения, который должен быть применен к трансформатору, чтобы вызвать токовый ток полной нагрузки в короткозамкнутой вторичной обмотке. Если 5% первичного напряжения вызовет такой ток, то 100% первичного напряжения вызовет 20-кратный вторичный ток с полной нагрузкой, протекающий через сплошное короткое замыкание на его вторичных клеммах.
Пусть у нас есть другой пример для пояснения. Поскольку они имеют одинаковый рейтинг, каждый из них имеет одинаковый номинальный ток вторичной нагрузки. Предположим, что один из блоков имеет импеданс 10%, поэтому он может в 10 раз увеличить номинальный ток вторичной нагрузки в короткое замыкание на его вторичных клеммах. Предположим теперь, что второй блок имеет импеданс 2%. Этот блок может подавать гораздо больший кратный его номинальный ток вторичной нагрузки в короткое замыкание на его вторичных клеммах: в 50 раз больше этого значения. единиц, последний трансформатор может обеспечить в пять раз больше тока короткого замыкания, чем прежний блок.
Короткое замыкание возникает и в том случае, если сопротивление нагрузки становится меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Из-за чего может возникнуть короткое замыкание? Чаще всего его причиной является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплутации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.
Пример расчета Теперь, когда мы понимаем основные переменные, определяющие токи короткого замыкания, давайте сделаем выборку. Как показано на рисунке 2, предположим, что у нас есть простая система распределения с условием отказа. Для ясности и упрощения, давайте предположим, что между вторичным трансформатором и неисправностью имеется незначительное сопротивление линии.
Шаг Определите вторичный ток полной нагрузки. Шаг Определите ток короткого замыкания на вторичных клеммах трансформатора на его импеданс. По общему признанию, это значительно упрощается. В действительности, расчет будет учитывать все импедансы и расстояние от отказа по отношению к трансформатору. Тем не менее, это дает вам представление о том, что участвует в анализе тока короткого замыкания.
Как можно предотвратить короткое замыкание?
Для этого в цепях устанавливают специальные предохранители.
Самые простые предохранители делают из легкоплавкого материала. В случае сильного увеличения силы тока этот материал плавится или сгорает и размыкает цепь задолго до того, как цепи произойдут более серьезные последствия. Пожертвовавшего собой маленького героя заменяют новым.
Это означает, что существует очень низкий проводящий путь сопротивления с одной стороны компонента на другой. Например, может возникнуть проволока, которая соединяет две стороны цепи вместе. Или, возможно, есть какая-то влажность на поверхности компонента, которая означает, что ток может обходить его.
Провод или влажность «замыкают» цепь, потому что длина проводящего пути назад к батарее уменьшилась. Короткое замыкание схемы ведет себя так, как если бы компонент не был там. Компонент перестает работать, и ток повсюду в этой схеме будет увеличиваться, что может повредить другие компоненты или, в крайнем случае, вызвать пожар.
Автоматические предохранители устроены так, что в случае появления высокого тока короткого замыкания мгновенно срабатывает электромагнитный расцепитель, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя. Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, нужно просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.
Замыкание одного компонента, который находится рядом с другими
Весьма вводящий в заблуждение способ объяснить их - сказать, что текущий путь занимает самый легкий путь. Когда вы подключаете провод через клеммы лампочки, вы эффективно создаете небольшую параллельную цепь. Вещь с параллельными цепями состоит в том, что эффективное сопротивление меньше минимального сопротивления. В этом случае наименьшее сопротивление представляет собой только провод, и это действительно очень низкое сопротивление.
Теперь вы уменьшили сопротивление серии и, таким образом, ток повсюду увеличивается. Ток через неровную колбу увеличивается, и поэтому он становится ярче. Но яркость не является функцией тока. У вас есть низкое сопротивление последовательно с более высоким сопротивлением, и это изменяет способ распределения напряжения вокруг схемы. Большее сопротивление занимает большую часть общего напряжения. Помните, что напряжение и ток подключены. Ток через вторую лампу может только увеличиваться, потому что напряжение на нем больше.
Любой человек, чья работа связана с обслуживанием электротехники, очень хорошо знает о тех неприятностях, которые таит в себе короткое замыкание (к.з.). Иногда считается, что оно представляет собой повреждение. Это не так. Короткое замыкание - это процесс, или, если угодно, аварийный режим работы какого-либо участка электроустановки. А вот последствия его действительно приводят к повреждениям. Общепринятое определение гласит: «Короткое замыкание - это непосредственное соединение двух или более точек обладающих различным потенциалом. Является ненормальным (непредусмотренным) режимом работы».
Действие закона Ома
Точно так же короткозамкнутая лампочка имеет очень низкое напряжение на ней, поэтому ток через нее очень мал, и именно поэтому его нет. Провод, делающий замыкание, имеет на себе такое же напряжение, что и лампочка, но также имеет очень низкое сопротивление, поэтому ток через провод большой. Ток через провод и ток через лампу накапливаются до тока через неровную лампу.
Это точно так же, как сказать, что источник питания закорочен. В этом случае объяснение того, почему лампа выходит, немного отличается. Опять же, мы представили параллельную схему, и параллельная схема имеет эффективное сопротивление немного меньше, чем провод. Это означает, что в любом месте цепи нет никакого сопротивления, и поэтому ток, подаваемый батареей, становится очень большим, Таким образом, батарея должна работать очень сильно.
Чтобы понять, что именно происходит в цепи в тот момент, когда там возникает короткое замыкание, необходимо вспомнить принципы функционирования элементов контура. Представим простейшую цепь, состоящую из двух проводников и нагрузки (например, лампочки). В обычных условиях в проводнике существует направленное движение заряженных элементарных частиц, обусловленное постоянным воздействием источника. Они перемещаются от одного полюса источника к другому через два участка провода и лампу. Соответственно, лампа излучает свет, так как частицы совершают в ней определенную работу.
Когда вы работаете очень сильно, вы потеете много, и это похоже на то, что делает батарея. Химические реакции в батарее происходят очень быстро, и большая часть выделяемой энергии превращается прямо в тепло, а не дается зарядам в цепи. Это означает, что напряжение намного меньше, чем должно быть. Напряжение на компонентах очень низкое, поэтому никто из них не работает.
Этот тип короткого замыкания может привести к нагреву батареи. Короткое замыкание может быть в цепи прямого или переменного тока. Если это аккумулятор, который закорочен, аккумулятор будет разряжен очень быстро и нагревается из-за высокого тока. Короткие замыкания могут создавать очень высокие температуры из-за рассеяния на большой мощности в цепи. Если заряженный высоковольтный конденсатор закорочен тонким проводом, то в результате огромный ток и рассеиваемая мощность приведут к фактическому взрыву провода.
При направление движения постоянно изменяется, но в данном случае это не принципиально. Количество электронов, проходящих по определенному участку цепи за единицу времени, ограничивается сопротивлением лампы, проводников, источника ЭДС. Другими словами, ток не растет бесконечно, а соответствует установившемуся режиму.
Но вот по какой-либо причине повреждается изоляция на участке цепи. К примеру, лампу залило водой. В этом случае ее уменьшается. В результате текущий по контуру ток ограничивается суммарным сопротивлением источника питания, проводов и водного «перешейка» на лампе. Обычно эта сумма настолько ничтожна, что в расчетах не учитывается (исключение составляют специализированные вычисления).
Опасность короткого замыкания
Дуговая сварка является распространенным примером практического применения нагрева из-за короткого замыкания. Источник питания для дуговой сварки может обеспечивать очень высокие токи, которые проходят через сварочный стержень и свариваемые металлические детали. Точка контакта между стержнем и металлическими поверхностями нагревается до температуры плавления, сплавляя часть стержня и обе поверхности в одну деталь.
Почему вторичный короткозамкнутый трансформатор тока? Почему вторичное короткое замыкание трансформатора тока во время работы? Вторичный трансформатор тока замыкается во время работы. В чем причина и объясните подробности. Причина в том, что на терминалах будут индуцироваться очень высокие напряжения. Когда ток протекает через первичный, результирующее напряжение, вызванное вторичным, может быть довольно высоким, порядка киловольт.
Итогом является практически бесконечный рост тока, определяемого по классическому закону Ома. В данном случае часто упоминают мощность короткого замыкания. Она определяется предельным значением электрического тока, который способен выдать источник питания до выхода из строя. Кстати, именно поэтому запрещается соединять проводком (закорачивать) противоположные контакты батареек.
Потому что у вас обычно мало напряжения на коротком или отраженном импедансе короткого замыкания. Когда люди говорят о том, что литиевые батареи «опасны», то, о чем они действительно говорят, это короткие замыкания. Короткое замыкание заключается в том, что положительный вывод батареи каким-то образом может соприкасаться с отрицательной клеммой батареи, без чего-либо между ними, чтобы замедлить поток заряда. В принципе, батарея начинает сбрасывать энергию в себя так быстро, как только может, и где нет энергии для движения, она превращается в тепло.
Хотя в примере мы рассматриваем устранение из цепи сопротивления лампы вследствие попадания на нее воды, причин короткого замыкания множество. К примеру, если говорить об этой же схеме, то к.з. также может возникнуть, если будет нарушена изоляция хотя бы одного провода и он соприкоснется с землей. В этом случае ток от источника питания последует по пути наименьшего сопротивления, то есть в землю, обладающую огромной емкостью. Повреждение изоляции сразу двух проводов и их соприкосновение приведет к тому же самому результату.
Так литиевые батареи могут привести к пожарам в крайних случаях. К счастью, высококачественные литиевые батарейки не просто замыкаются друг на друга. В отличие от дешевых батарейных батарей, которые, как известно, спонтанно загораются, литиевые батареи хорошего качества безопасны в использовании. Единственная опасность связана с неправильным использованием этих батарей и причиной короткого замыкания.
Однако, если вы не обращаете внимания или не понимаете, вы можете случайно создать короткое замыкание между одним или несколькими аккумуляторами. Давайте посмотрим, как может произойти короткое замыкание, таким образом мы знаем, как его избежать. Простое короткое замыкание может быть вызвано подключением обоих терминалов к одной ячейке.
Вышесказанное можно обобщить: к.з могут быть с землей и без нее. На происходящие процессы это не влияет.
О каких же повреждениях шла речь в начале статьи? Как известно, чем выше значение тока, протекающего по участкам цепи, тем больше их нагрев. При достаточной мощности источника при к.з. некоторые участки цепи попросту выгорают, превращаясь в медную пыль (для медных элементов).
Здесь несколько ячеек ориентированы таким образом, что их противоположные терминалы могут быть соединены в короткое замыкание, где положительные и отрицательные элементы все связаны в петле. Это будет так, как вы начнете строить более крупный аккумулятор. Соединение на одном конце будет создавать последовательное соединение, так как вы должны подключить положительный вывод одной ячейки к отрицательной клемме другой ячейки. Все в порядке - на самом деле так должно работать сериальное соединение. Проблема возникает, если вы случайно подключили другие два терминала вместе.
Защита от короткого замыкания довольно проста и эффективна. Сообщения о разрушениях из-за замыкания возникают, прежде всего, по причине неправильно подобранных параметров аппаратов защиты, неверной селективности. Если речь идет о бытовой цепи 220 В, то применяют В них при чрезмерном возрастании тока электромагнитный расцепитель, находящийся внутри, разрывает цепь.
Это создаст контур схемы, который проходит через обе ячейки без ничего между ними, кроме шин. Это будет короткое замыкание, которое может начать перегревать и разрушать батареи, что может привести к пожару или взрыву. Этот тип короткого замыкания может происходить более легко во время сборки вашего пакета. Что-то простое, как сброс сборной шины поверх частично готовой батареи, может легко создать это короткое замыкание, если шина заземляется между двумя ячейками, которые соединены последовательно на нижней части батареи.
Даже отвертка или штифт для волос могут создавать короткое замыкание между двумя или более клетками, такими как: металлическое или проводящее, которое может свести этот зазор. Верьте или нет, потная ладонь может создать короткое замыкание между батареями, если условия правильные. Тем более причина носить перчатки при создании батареи!
