Open Library - otvorena knjižnica obrazovnih informacija. Kratki spoj Struja kratkog spoja

Kako bi se osigurala sigurnost pri radu kućanskih električnih uređaja, potrebno je pravilno izračunati presjek kabela za napajanje i ožičenje. Budući da nepravilno odabran presjek kabela može dovesti do požara u ožičenju zbog kratkog spoja. To prijeti požarom u zgradi. To vrijedi i za izbor kabela za spajanje elektromotora.

Trenutni izračun

Trenutna vrijednost izračunava se snagom i neophodna je u fazi projektiranja (planiranja) kuće - stana, kuće.

• Vrijednost ove količine ovisi o izbor kabela za napajanje (žice), preko kojeg se uređaji za potrošnju energije mogu spojiti na mrežu.
• Poznavajući napon električne mreže i puno opterećenje električnih uređaja, pomoću formule izračunati struju koju će trebati provesti kroz vodič(žica, kabel). Površina poprečnog presjeka jezgri odabire se na temelju njegove veličine.

Ako su električni potrošači u stanu ili kući poznati, potrebno je izvršiti jednostavne izračune kako bi se pravilno instalirao strujni krug.

Slični proračuni provode se u proizvodne svrhe: određivanje potrebne površine poprečnog presjeka kabelskih jezgri pri povezivanju industrijske opreme (razni industrijski elektromotori i mehanizmi).

Jednofazna mreža napona 220 V

Jačina struje I (u amperima, A) izračunava se pomoću formule:

I=P/U,

gdje je P električno puno opterećenje (mora biti naznačeno u tehničkom listu uređaja), W (watt);

U – napon električne mreže, V (volti).

Donja tablica pokazuje vrijednosti opterećenja tipičnih kućanskih električnih uređaja i njihova strujna potrošnja (za napon 220 V).

Slika prikazuje dijagram uređaja za napajanje stana s jednofaznim priključkom na mrežu od 220 V.

Kao što je vidljivo sa slike, različiti potrošači električne energije spajaju se preko odgovarajućih strojeva na električno brojilo, a zatim na opći stroj, koji mora biti projektiran za opterećenje uređaja kojima će stan biti opremljen. Žica kojom se napaja mora također zadovoljiti opterećenje potrošača energije.

Ispod je stol za skriveno ožičenje za jednofazni dijagram spajanja stana za odabir žica na naponu od 220 V

Kao što je vidljivo iz tablice, presjek žila ovisi, osim o opterećenju, i o materijalu od kojeg je žica izrađena.

Trofazna mreža napona 380 V

S trofaznim napajanjem, jakost struje I (u amperima, A) izračunava se formulom:

I = P/1,73 U,

gdje je P potrošnja energije, W;

U - mrežni napon, V,

budući da je napon u trofaznom krugu napajanja 380 V, formula će imati oblik:

I = P/657,4.

Ako se u kuću dovodi trofazno napajanje s naponom od 380 V, dijagram spajanja izgledat će kako slijedi.

Poprečni presjek žila u kabelu za napajanje pri različitim opterećenjima s trofaznim krugom s naponom od 380 V za skriveno ožičenje prikazan je u tablici.

Za izračun struje u strujnim krugovima napajanja opterećenja koje karakterizira visoka jalova prividna snaga, što je tipično za korištenje napajanja u industriji:

• električni motori;
• prigušnice za rasvjetne uređaje;
• transformatori za zavarivanje;
• indukcijske peći.

Ovu pojavu treba uzeti u obzir pri izradi proračuna. U snažnim uređajima i opremi udio reaktivnog opterećenja je veći, pa se za takve uređaje u izračunima faktor snage uzima jednak 0,8.

Jednom davno, gospođi, ne baš upućenoj u elektrotehniku, instalater je rekao razlog nestanka svjetla u stanu. Ispostavilo se da je riječ o kratkom spoju, a žena je tražila da se hitno produži. Možete se smijati ovoj priči, ali bolje je detaljnije razmotriti ovu nevolju. Elektrotehničari, čak i bez ovog članka, znaju što je to fenomen, što prijeti i kako izračunati struju kratkog spoja. Informacije predstavljene u nastavku namijenjene su ljudima koji nemaju tehničko obrazovanje, ali, kao i svi ostali, nisu imuni na probleme povezane s radom opreme, strojeva, proizvodne opreme i najčešćih kućanskih aparata. Važno je da svaka osoba zna što je kratki spoj, koji su njegovi uzroci, moguće posljedice i načini njegova sprječavanja. Ovaj opis se ne može završiti bez upoznavanja s osnovama znanosti o elektrotehnici. Čitatelju koji ih ne poznaje može dosaditi pa članak neće pročitati do kraja.

Popularna prezentacija Ohmovog zakona

Bez obzira na prirodu struje u električnom krugu, ona se javlja samo ako postoji razlika potencijala (ili napon, to je isto). Priroda ovog fenomena može se objasniti na primjeru vodopada: ako postoji razlika u razinama, voda teče u nekom smjeru, a kada ne, ona stoji. Čak i školarci znaju Ohmov zakon, prema kojem što je veći napon, to je veća struja, a što je niža, to je veći otpor uključen u opterećenje:

I je veličina struje, koja se ponekad naziva i "jačina struje", iako to nije potpuno točan prijevod s njemačkog. Mjereno u amperima (A).

Naime, sama struja nema nikakvu silu (odnosno uzrok ubrzanja), što se upravo očituje pri kratkom spoju. Ovaj se izraz već udomaćio i često se koristi, iako nastavnici nekih sveučilišta, nakon što čuju riječi "trenutna snaga" iz studentovih usta, odmah daju "neuspjeh". “Što je s vatrom i dimom koji dolazi iz ožičenja tijekom kratkog spoja? - uporni protivnik će pitati: "Zar ovo nije snaga?" Postoji odgovor na ovu primjedbu. Činjenica je da idealni vodiči ne postoje, a njihovo zagrijavanje je posljedica upravo te činjenice. Ako pretpostavimo da je R=0, tada se ne bi oslobađala toplina, kao što je jasno iz dolje navedenog Joule-Lenzovog zakona.

U je ista razlika potencijala, koja se naziva i napon. Mjeri se u Voltima (kod nas V, u inozemstvu V). Također se naziva elektromotorna sila (EMS).

R je električni otpor, odnosno sposobnost materijala da spriječi prolaz struje. Za dielektrike (izolatore) je velika, iako ne beskonačna, za vodiče je mala. Mjeri se u Ohmima, ali se procjenjuje kao specifična vrijednost. Samo se po sebi razumije da što je žica deblja to bolje provodi struju, a što je duža to je lošija. Stoga se otpornost mjeri u ohima pomnoženo s kvadratnim milimetrom i podijeljeno s metrom. Osim toga, na njegovu vrijednost utječe temperatura; što je viša, to je otpor veći. Na primjer, zlatni vodič duljine 1 metar i presjeka 1 kvadratni metar. mm na 20 stupnjeva Celzijusa ima ukupni otpor od 0,024 Ohma.

Postoji i formula za Ohmov zakon za cijeli krug; u njega se uvodi unutarnji (vlastiti) otpor izvora napona (EMF).

Dvije jednostavne, ali važne formule

Nemoguće je razumjeti razlog zašto se javlja struja kratkog spoja bez svladavanja druge jednostavne formule. Snaga koju troši opterećenje jednaka je (bez uzimanja u obzir reaktivnih komponenti, ali o njima kasnije) umnošku struje i napona.

P - snaga, Watt ili Volt-Amp;

U - napon, Volt;

I - struja, amper.

Snaga nikada nije beskonačna, uvijek je ograničena nečim, stoga, uz svoju fiksnu vrijednost, kako struja raste, napon se smanjuje. Ovisnost ova dva parametra radnog kruga, izražena grafički, naziva se strujno-naponska karakteristika.

I još jedna formula potrebna za izračunavanje struja kratkog spoja je Joule-Lenzov zakon. Daje predodžbu o tome koliko se topline stvara pri podnošenju opterećenja i vrlo je jednostavno. Vodič će se zagrijavati jakošću proporcionalnom naponu i kvadratu struje. I, naravno, formula nije potpuna bez vremena; što se otpornik duže zagrijava, to će više topline otpuštati.

Što se događa u krugu tijekom kratkog spoja

Dakle, čitatelj može smatrati da je savladao sve glavne fizikalne zakone kako bi razumio kolika može biti veličina (u redu, neka bude jakost) struje kratkog spoja. Ali prvo morate odlučiti o pitanju što je to zapravo. KZ (kratki spoj) je situacija u kojoj je otpor opterećenja blizu nule. Pogledajmo formulu Ohmovog zakona. Ako uzmemo u obzir njegovu verziju za dio kruga, lako je razumjeti da će struja težiti beskonačnosti. U punoj verziji bit će ograničen otporom izvora EMF-a. U svakom slučaju, struja kratkog spoja je vrlo velika, a prema Joule-Lenzovom zakonu, što je veća, to se vodič kroz koji teče više zagrijava. Štoviše, ovisnost nije izravna, već kvadratna, to jest, ako se I poveća sto puta, tada će se osloboditi deset tisuća puta više topline. To je opasnost od fenomena, koji ponekad dovodi do požara.

Žice postaju užarene (ili užarene) i tu energiju prenose na zidove, stropove i druge predmete koje dodiruju, paleći ih. Ako faza u nekom uređaju dodirne neutralni vodič, dolazi do struje kratkog spoja iz izvora, zatvorenog za sebe. Zapaljiva podloga električnih instalacija noćna je mora vatrogasnih inspektora i razlog brojnih kazni neodgovornim vlasnicima zgrada i prostora. A krivnja, naravno, nisu zakoni Joule-Lenz i Ohm, već izolacija koja se osušila od starosti, nepažljive ili nepismene instalacije, mehaničkih oštećenja ili preopterećenja ožičenja.

No ni struja kratkog spoja, koliko god velika bila, također nije beskonačna. Na količinu problema koje može uzrokovati utječu trajanje grijanja i parametri kruga napajanja.

AC krugovi

Gore razmotrene situacije bile su opće prirode ili su se odnosile na istosmjerne krugove. U većini slučajeva, napajanje stambenih i industrijskih objekata provodi se iz mreže izmjeničnog napona od 220 ili 380 volti. Problemi s DC ožičenjem najčešće se javljaju u automobilima.

Postoji razlika između ove dvije glavne vrste napajanja, i to značajna. Činjenica je da prolaz izmjenične struje sprječavaju dodatne komponente otpora, koje se nazivaju reaktivnim i uzrokovane su valnom prirodom pojava koje se u njima pojavljuju. Induktivitet i kapacitet reagiraju na izmjeničnu struju. Struja kratkog spoja transformatora ograničena je ne samo aktivnim (ili omskim, odnosno onim koji se može mjeriti džepnim ispitivačem) otporom, već i njegovom induktivnom komponentom. Druga vrsta opterećenja je kapacitivna. U odnosu na aktivni vektor struje, vektori jalove komponente su odstupili. Induktivna struja zaostaje, a kapacitivna je vodi za 90 stupnjeva.

Primjer razlike u ponašanju opterećenja s reaktivnom komponentom je konvencionalni zvučnik. Neki ljubitelji glasne glazbe ga preopterećuju dok difuzor ne udari magnetsko polje naprijed. Zavojnica odleti s jezgre i odmah izgori jer se induktivna komponenta njenog napona smanjuje.

Vrste kratkog spoja

Struja kratkog spoja može se pojaviti u različitim krugovima spojenim na različite DC ili AC izvore. Najjednostavnija situacija je s uobičajenim plusom, koji se odjednom spojio s minusom, zaobilazeći nosivost.

Ali kod izmjenične struje postoji više mogućnosti. Jednofazna struja kratkog spoja javlja se kada je faza spojena na nulu ili uzemljena. U trofaznoj mreži može doći do neželjenog kontakta između dvije faze. Napon od 380 ili više (prilikom prijenosa energije na velike udaljenosti duž dalekovoda) volta također može uzrokovati neugodne posljedice, uključujući bljesak luka u trenutku prebacivanja. Sve tri (ili četiri, zajedno s neutralnom) žice mogu se kratko spojiti istovremeno, a trofazna struja kratkog spoja teći će kroz njih sve dok se ne aktivira automatska zaštitna oprema.

Ali to nije sve. U rotorima i statorima električnih strojeva (motora i generatora) i transformatora ponekad se javlja takva neugodna pojava kao što je interturn kratki spoj, u kojem susjedne žičane petlje tvore neku vrstu prstena. Ova zatvorena petlja ima izuzetno nizak AC otpor. Snaga struje kratkog spoja u zavojima se povećava, što uzrokuje zagrijavanje cijelog stroja. Zapravo, ako se dogodi takva katastrofa, ne biste trebali čekati da se sva izolacija otopi i elektromotor počne dimiti. Namoti stroja moraju se premotati; to zahtijeva posebnu opremu. Isto vrijedi i za one slučajeve kada je zbog "interturn" struje kratkog spoja transformatora nastala struja kratkog spoja. Što manje gori izolacija, lakše će se i jeftinije premotati.

Izračun vrijednosti struje za vrijeme kratkog spoja

Koliko god ova ili ona pojava bila katastrofalna, njena kvantitativna procjena važna je za inženjerstvo i primijenjenu znanost. Formula struje kratkog spoja vrlo je slična Ohmovom zakonu, samo zahtijeva neko objašnjenje. Tako:

I kratki spoj = Uph / (Zn + Zt),

I kratki spoj - vrijednost struje kratkog spoja, A;

Uph - fazni napon, V;

Zn je ukupni (uključujući reaktivnu komponentu) otpor kratkospojene petlje;

Zt je ukupni (uključujući reaktivnu komponentu) otpor opskrbnog (energetskog) transformatora, Ohm.

Impedancije su definirane kao hipotenuza pravokutnog trokuta, čije noge predstavljaju vrijednosti aktivnog i reaktivnog (induktivnog) otpora. Vrlo je jednostavno, samo trebate koristiti Pitagorin teorem.

Nešto češće od formule za struju kratkog spoja u praksi se koriste eksperimentalno izvedene krivulje. Oni predstavljaju ovisnosti veličine I kratkog spoja. o duljini vodiča, presjeku žice i snazi ​​energetskog transformatora. Grafikoni su skup eksponencijalno padajućih linija od kojih preostaje samo odabrati odgovarajuću. Metoda daje približne rezultate, ali je svojom preciznošću dobro prilagođena praktičnim potrebama inženjera energetike.

Kako proces funkcionira?

Čini se da se sve događa trenutno. Nešto je zapjevušilo, svjetlo se prigušilo i zatim ugasilo. Zapravo, kao i svaki fizički fenomen, proces se može mentalno razvući, usporiti, analizirati i podijeliti u faze. Prije početka hitnog stanja, strujni krug karakterizira stalna vrijednost struje koja je unutar nazivnog načina rada. Odjednom ukupni otpor naglo pada na vrijednost blizu nule. Čini se da induktivne komponente (elektromotori, prigušnice i transformatori) opterećenja usporavaju proces rasta struje. Dakle, u prvim mikrosekundama (do 0,01 s), struja kratkog spoja izvora napona ostaje praktički nepromijenjena i čak se malo smanjuje zbog početka prijelaznog procesa. Istodobno, njegov EMF postupno doseže nultu vrijednost, zatim prolazi kroz njega i uspostavlja se na nekoj stabiliziranoj vrijednosti, osiguravajući pojavu velikog I kratkog spoja. Sama struja u trenutku prijelaznog procesa je zbroj periodične i aperiodične komponente. Analizira se oblik grafa procesa, na temelju čega je moguće odrediti konstantnu vrijednost vremena, ovisno o kutu nagiba tangente na krivulju ubrzanja u točki njezine infleksije (prva derivacija) i vrijeme kašnjenja, određeno vrijednošću reaktivne (induktivne) komponente ukupnog otpora.

Udarna struja kratkog spoja

Pojam "udarna struja kratkog spoja" često se koristi u tehničkoj literaturi. Ne treba se bojati ovog koncepta, on uopće nije tako zastrašujući i nema izravne veze s električnim udarom. Ovaj koncept znači maksimalnu vrijednost I kratkog spoja. u krugu izmjenične struje, obično dostižući svoju vrijednost pola ciklusa nakon što se dogodila hitna situacija. Na frekvenciji od 50 Hz period iznosi 0,2 sekunde, a njegova polovica 0,1 sekunda. U ovom trenutku interakcija vodiča koji se nalaze blizu jedan drugoga doseže najveći intenzitet. Udarna struja kratkog spoja određena je formulom koju nema smisla iznositi u ovom članku koji nije namijenjen stručnjacima pa čak ni studentima. Dostupna je u stručnoj literaturi i udžbenicima. Sam po sebi ovaj matematički izraz nije osobito težak, ali zahtijeva prilično opsežne komentare koji čitatelja produbljuju u teoriju električnih krugova.

Korisna kratka obavijest

Čini se očita činjenica da je kratki spoj izuzetno loša, neugodna i nepoželjna pojava. To može dovesti, u najboljem slučaju, do nestanka struje u objektu, gašenja zaštitne opreme za hitne slučajeve, au najgorem slučaju do izgaranja ožičenja, pa čak i do požara. Stoga se svi napori moraju usredotočiti na izbjegavanje ove nesreće. Međutim, izračunavanje struja kratkog spoja ima vrlo stvarno i praktično značenje. Izumljeno je mnogo tehničkih sredstava koja rade u načinima visoke struje. Primjer je konvencionalni aparat za zavarivanje, posebno aparat za elektrolučno zavarivanje, koji tijekom rada praktički kratko spaja elektrodu s uzemljenjem. Drugi problem je što su ti načini kratkotrajni po prirodi, a snaga transformatora im omogućuje da izdrže ova preopterećenja. Prilikom zavarivanja na mjestu kontakta kraja elektrode prolaze ogromne struje (mjere se desecima ampera), pri čemu se oslobađa dovoljno topline da se metal lokalno otopi i stvori jak šav.

Metode zaštite

Već u prvim godinama naglog razvoja elektrotehnike, kada je čovječanstvo još hrabro eksperimentiralo, uvodilo galvanske uređaje, izmišljalo razne vrste generatora, motora i rasvjete, pojavio se problem zaštite ovih uređaja od preopterećenja i struja kratkog spoja. Najjednostavnije rješenje bilo je ugraditi topljive elemente u seriju s opterećenjem, koji su se uništavali pod utjecajem otporne topline ako struja prelazi zadanu vrijednost. Takvi osigurači i danas služe ljudima; njihove glavne prednosti su jednostavnost, pouzdanost i niska cijena. Ali imaju i nedostatke. Sama jednostavnost “utikača” (kako su ga zbog specifičnog oblika nazvali nositelji topljivih stopa) provocira korisnike nakon što pregori ne na filozofiranje, već na zamjenu kvarnih elemenata prvim žicama, spajalicama ili čak čavlima koji doći pod ruku. Vrijedi li spominjati da takva zaštita od struja kratkog spoja ne ispunjava svoju plemenitu funkciju?

U industrijskim poduzećima, automatski prekidači počeli su se koristiti za isključivanje preopterećenih strujnih krugova ranije nego u stambenim centralama, ali u posljednjim su desetljećima "prometne gužve" uvelike zamijenjene njima. "Automati" su mnogo praktičniji, ne morate ih mijenjati, već ih uključite nakon uklanjanja uzroka kratkog spoja i čekanja da se toplinski elementi ohlade. Njihovi kontakti ponekad pregore, u tom slučaju ih je bolje zamijeniti, a ne pokušavati čistiti ili popravljati. Složeniji diferencijalni prekidači, uz visoku cijenu, ne traju dulje od konvencionalnih, ali njihovo funkcionalno opterećenje je veće; oni isključuju napon u slučaju minimalnog curenja struje "na stranu", na primjer, kada osoba je strujni udar.

U svakodnevnom životu ne preporučuje se eksperimentiranje s kratkim spojevima.

Kratki spoj.

Kratki spoj (kratki spoj) Ovaj način rada izvora električne energije naziva se kada su njegovi terminali zatvoreni vodičem čiji se otpor može smatrati nulom. Do kratkog spoja dolazi kada su žice koje povezuju izvor električne energije s prijamnikom spojene jedna na drugu, jer te žice obično imaju mali otpor i mogu se uzeti jednake nuli. Do kratkog spoja može doći i ako je izolacija žice oštećena.

Mogući kratki spojevi

Zbog činjenice da je unutarnji otpor izvora r 0 obično vrlo mali, a otpor ampermetra gotovo jednak 0, struja u krugu raste do vrlo velikih vrijednosti.

Kratki spoj je hitni način rada, jer velika struja koja nastaje može učiniti neupotrebljivim i sam izvor i uređaje, uređaje i žice uključene u krug. Samo za neke posebne vrste generatora, na primjer zavarivanje, kratki spoj. ne predstavlja opasnost i normalan je način rada. To se radi u slučajevima kada je izuzetno važno dobiti najveću moguću struju iz generatora. Visoki unutarnji otpor generatora ograničava struju i ne doseže vrijednosti opasne za generator

Primjer:

Električni prijemnik otpora 109 Ohma spojen je na strujni krug napona 220 V. Električni otpor žica je 1 Ohm. Odredite jakost struje u tom krugu u radnom modu iu kratkom spoju.

Pročitajte također