Ce este un scurtcircuit: definiție, explicație pentru manechine. Ce este un scurtcircuit și curenții de suprasarcină în cablajul electric al unei case sau apartament?

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. Este gresit. 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) 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 s-a discutat 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.

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 către 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. Asa de:

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 a apărut 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 practic scurtcircuitează 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.

Se formează un scurtcircuit din cauza scurtcircuitului a două fire ale circuitului, care sunt conectate la contacte diferite (acest lucru este plus și minus). În acest caz, acest lucru se întâmplă printr-o rezistență mică, care poate fi comparată cu rezistența firului în sine. În acest caz, curentul poate depăși de mai multe ori valoarea nominală. Pentru a preveni incendiul, circuitul electric trebuie întrerupt înainte ca firele să atingă o temperatură critică.

Ce este un scurtcircuit?

În fiecare zi, oriunde ne-am afla, închidem circuitul electric. În acest caz, nu se întâmplă nimic periculos, deoarece atunci când conectați un ștecher de echipament electric la o priză, energia electrică este convertită în:

energie mecanică;
putere termala.

Aceste tipuri de închidere pot fi numite în mod convențional „lung”. Un scurtcircuit este, în termeni simpli, un tip de energie care se exprimă sub formă de scânteie, bubuitură sau foc. Aceasta este o condiție când rezistența sarcinii în sine devine mai mică decât rezistența sursei de alimentare. Când are loc un scurtcircuit, curentul crește instantaneu, ceea ce duce la o eliberare puternică de căldură. Acest lucru, la rândul său, poate duce la topirea cablurilor și la incendiul său ulterior. Un astfel de scurtcircuit nu numai că poate perturba funcționalitatea unui element de circuit electric, dar poate duce și la o scădere a tensiunii de intrare pentru alți consumatori.

În modul normal de funcționare, curentul curge între firele de fază și neutru numai atunci când este conectată o sarcină, ceea ce o limitează la un nivel sigur pentru cablarea electrică. Cum apare un scurtcircuit? În cazurile în care există o încălcare a stratului izolator, care duce la un scurtcircuit între plus și minus, curentul ocolește sarcina și curge între aceste fire. Acest tip de contact se numește „scurt”, datorită faptului că ocolește aparatele electrice.

Un scurtcircuit metalic este un scurtcircuit în care rezistența tranzitorie nu este luată în considerare. Acest lucru este posibil numai dacă este pregătit special folosind conexiuni cu șuruburi ale pieselor sub tensiune.

Curentul de scurtcircuit este un curent care apare din cauza deteriorării izolației pieselor sub tensiune care au potențiale electrice diferite. De asemenea, poate apărea pur și simplu din conectarea accidentală a unor părți conductoare cu aceleași potențiale.

Curentul de șoc de scurtcircuit este valoarea maximă a curentului care apare în timpul unui scurtcircuit trifazat.

Modul de scurtcircuit este o stare a unei rețele cu două terminale atunci când ieșirile sale sunt conectate între ele folosind un conductor cu rezistență zero. În acest mod, înfășurarea secundară este scurtcircuitată. Când se efectuează un astfel de experiment, este posibil să se determine cantitatea de pierderi în înfășurările transformatorului însuși.

De asemenea, merită să știți că tensiunea de scurtcircuit a unui transformator este tensiunea care trebuie aplicată înfășurării atunci când a doua este închisă. Și apoi curentul nominal va începe să curgă în ultima înfășurare.

Cum să o detectăm și să o preveniți?

Vă puteți aminti binecunoscuta lege a lui Ohm, care spune: „Curentul dintr-un circuit este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența”. Tocmai acesta din urmă merită să acordați o atenție deosebită în acest caz. Datorită faptului că rezistența cablajului este foarte mică, este de obicei considerată egală cu „0”. În cazul unui scurtcircuit, valoarea acestuia, dimpotrivă, este foarte mare, deoarece curentul începe să circule în circuitul închis.

Pentru a preveni scurtcircuitele, este necesar să se măsoare periodic rezistența cablajului. Dacă nu puteți face acest lucru pe cont propriu, atunci ar trebui să căutați ajutor de la specialiști. Ei vor efectua toate măsurătorile legate de cablare la nivel profesional și, de asemenea, vor ajuta la testarea transformatoarelor de curent ale instrumentelor, care, de asemenea, vă vor proteja echipamentul și vor crește siguranța la incendiu.

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 de linii 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 unei scăderi 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 împământare cu o fază (dacă există un circuit de împământare neutru al sursa de putere).

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 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+ in absenta 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, în punctul de contact al electrodului se generează un curent foarte mare. 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 este capabilă să ofere 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 limitele 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.

În acest articol ne vom uita la principala durere de cap a oricărui electrician - scurtcircuit. În același timp, vom explica ce este curentul de scurtcircuit și vom risipi mitul despre ce este tensiunea de scurtcircuit, discutând în același timp acel scurtcircuit (alias scurt circuit) mijloace pentru rețeaua electrică. Dar mai întâi, puțină fizică, care vă va ajuta să vă amintiți că electricitatea este transferul de sarcină de către electroni dintr-un punct în altul. Proces consecvent și ordonat. Dar uneori un accident interferează cu această secvență strictă și aici trebuie să vă amintiți aceste două cuvinte „scurtcircuit”.

De ce există un scurtcircuit și cine este de vină pentru asta?

Orice diagramă de circuit electric este reprezentată prin „plus” și „minus”, la fel ca în orice baterie. Dacă puneți un bec între ele, acesta va începe să ardă când circuitul este închis. Un circuit asamblat corect va permite becului să ardă destul de mult timp, ceea ce este demonstrat cu succes de orice lanternă. Dar să vedem ce se întâmplă dacă pur și simplu conectăm bateriile plus și minus. Fără bec și fără nicio rezistență. Da, în acest model obținem un circuit electric pur. Firul dintre contactele bateriei se va încălzi, încărcarea se va epuiza aproape instantaneu, iar după câteva secunde această baterie nu va mai aprinde niciun bec. Toată energia bateriei va fi cheltuită pentru maximizarea curentului de scurtcircuit, încălzirea firului și epuizarea completă a resursei. Un astfel de experiment este sigur pentru experimentator, deoarece curenții sunt mici.

Cu toate acestea, aproximativ același lucru se va întâmpla dacă bagi foarfecele într-o priză pentru a vedea ce se întâmplă. Curentul, după ce a descoperit calea cea mai scurtă (foarfece), se va repezi în priză tocmai prin această cale scurtă de la „plus” la „minus” (), uitând de celelalte căi pe care o așteaptă rezistența circuitului. De aici și numele acestei probleme - „scurtcircuit”. De fapt, un scurtcircuit este o oportunitate pentru ca curentul să ajungă de la „plus” la „minus” cât mai repede posibil și cu efect maxim. În acest caz, curentul devine nediscriminatoriu în mijloacele sale, pe care se bazează protecția la scurtcircuit și regulile de bază pentru evitarea acestui flagel.

Deci, un scurtcircuit este o situație de urgență într-o rețea electrică, în care trecerea curentului primește calea cea mai scurtă și cea mai directă pentru a elimina potențialul (diferența de potențial dintre „plus” și „minus”), ceea ce duce la o avalanșă. creșterea intensității curentului și încălzirea puternică a secțiunii circuitului, în care a avut loc scurtcircuitul.

Rețineți că permanent (scurtcircuit continuu) apare și în rețelele care utilizează fire de alimentare cu un nivel insuficient de izolație (rezistență scăzută de izolație), numeroase comutări inutile (întorsături în cutii de distribuție, linii etc.), precum și în zonele umede.

Se pare că cineva este de vină pentru scurtcircuit, dar nu electricianul care a făcut cablajul? Nu cu siguranță în acest fel. Electricianul este obligat, la așezarea liniei sau, inclusiv a dispozitivului terminal (de trecere), să asigure imposibilitatea unui scurtcircuit. În caz contrar, orice protecție la scurtcircuit va fi inutilă. Cel mai adesea, protecția eșuează tocmai în scuturile asamblate cu încălcări, ceea ce duce la consecințe catastrofale:

Mai multe despre cauzele scurtcircuitelor

Fire izolate necorespunzător sau mișcare fizică a contactelor în dispozitivele terminale (deplasare, rotire, alte acțiuni care pot conecta două fire).
Deteriorarea izolației cablurilor la așezarea (inclusiv ascunse) linii electrice sau în timpul lucrărilor de reparații și finisare.
Utilizarea dispozitivelor defecte (de la soclul lămpii la blocul terminal și priza), în care există posibilitatea directă a unui scurtcircuit.
Ignorarea scurtcircuitelor în cablajul electric în timpul lucrului (cea mai frecventă greșeală a electricienilor începători), deoarece efectul de scurtcircuit nu se repetă.
Defecțiuni de cablare „plutitoare”, „sporadice”, cărora nu li se acordă suficientă atenție din cauza apariției lor rare.

Aceasta este o listă a celor mai frecvente cauze ale scurtcircuitelor, defecțiunilor rețelelor electrice de apartamente și casei, precum și a incendiilor care sunt greu de stins din cauza alimentării constante a focului din cablurile care arde. Evident, nimeni nu are nevoie de asemenea necazuri.

Încă câteva cuvinte despre fizica scurtcircuitelor.

Să ne întoarcem la biroul nostru și să ne amintim că atunci când trece curentul, puteți observa cum scade puterea curentului pe măsură ce rezistența conductorului crește. Acesta este chiar factorul datorită căruia curentul de scurtcircuit depășește semnificativ parametrii admiși. Acesta este modul în care funcționează protecția la scurtcircuit - monitorizează creșterile bruște de curent, dezactivând linia „suspectă”.

Nu toată lumea își va aminti că atunci când rezistența din conductor este îndepărtată, se va schimba și un alt parametru. Vorbim despre faptul că tensiunea de scurtcircuit va deveni foarte suspectă. Și în prezența unui factor inductiv (de exemplu, o persoană cu un uscător de păr a căzut într-o cadă de apă) este complet neliniar și nu sinusoidal. În acest caz, este posibil să nu existe un scurtcircuit direct, dar protecția la scurtcircuit funcționează și în acest caz - acestea sunt întreruptoare RCD. Un dispozitiv de oprire de protecție, al cărui principiu de funcționare exclude răspunsul numai la modificările intensității curentului.

Ce evaluează dispozitivele de protecție și ce ar trebui să știm despre scurtcircuite dacă nu vrem să fim doar salvați?

Orice rețea electrică are puncte de instabilitate. Acestea sunt contacte, terminale, întrerupătoare de lumină și alte întrerupătoare automate care funcționează pe baza de programe (de exemplu, un senzor de urmărire a luminii). Fiecare dintre aceste puncte este o sursă potențială de scurtcircuit. Aceștia trebuie să acorde o atenție maximă electricianul în timpul lucrului și al instalării;
Disponibilitatea împământării în rețea. Veți fi surprins, dar o întrerupere la pământ (zero) este cel mai sigur scurtcircuit. Da, va cauza, de asemenea, multe necazuri și probleme, dar cel puțin nu va ucide pe nimeni. În plus, dispozitivele de împământare vă permit să evaluați prezența defecțiunii izolației și a scurgerilor ÎNAINTE de apariția unui scurtcircuit.

Cuptoarele cu microunde, mașinile de spălat vase, mașinile de spălat, congelatoarele și cuptoarele electrice trebuie să fie împământate. Uită-te la spatele cuptorului cu microunde. Veți vedea un contact de cupru înșurubat. Aceasta este împământarea. Nu ar trebui să vă bazați pe o mufă cu zero contacte. Găsiți un profesionist pentru împământarea acestui cuptor. Același contact îl veți găsi pe peretele din spate al cuptorului electric. Pe un congelator, acest contact va fi cel mai probabil în zona serpentinei de răcire. Acest lucru se face dintr-un motiv, așa că nu credeți că o furculiță vă poate proteja. Găsiți o modalitate de a anula cu adevărat această tehnică!

Pe lângă cele de mai sus, mașinile determină și „echilibrul rețelei” constant, monitorizând suprasarcinile și diferențele de vârf atât în curenții de scurtcircuit (sau similare ca valoare), cât și în tensiuni. Dar mașinile automate nu vor deveni un panaceu dacă apare un scurtcircuit pe o secțiune a rețelei dvs. care este așezată cu încălcarea cerințelor și regulilor. De exemplu, un fir care trece sub o foaie de placaj sau alt material de finisare inflamabil. Mai jos este ce se va întâmpla în timpul unui scurtcircuit într-un astfel de loc.

Procesul de apariție a unui scurtcircuit. Timpul de oprire, dezvoltarea procesului, consecințe

În ciuda aparentei „instantanee”, procesul de scurtcircuit are etape bine descrise când are loc.

Apariția unei punți neautorizate între doi conductori;
Defalcarea „barierei de izolație” prin curent și apariția unui nou scurtcircuit în circuitul electric;
Redirecționarea energiei și apariția curentului de scurtcircuit într-o zonă nouă;
O creștere bruscă a puterii curentului, o scădere a tensiunii și încălzirea rapidă a unei noi secțiuni de „rezistență” - firele în care are loc un scurtcircuit;
Topirea firelor (încălzirea nu se oprește de la sine, iar temperaturile de încălzire depășesc semnificativ temperaturile de topire ale aliajelor și metalelor) cu aprinderea simultană a izolației;
Declanșarea întrerupătoarelor care încearcă să scoată sub tensiune zona cu probleme;
Eliberați tensiunea și scoateți sub tensiune linia;
Încălzirea continuă a secțiunii deteriorate a rețelei (chiar și după deconectare, deoarece încălzirea este un proces mult mai lung) cu foc de izolație sau fire dacă protecția la scurtcircuit nu a funcționat conform așteptărilor;
Defecțiune a secțiunii de rețea în care s-a produs scurtcircuitul.

Toate acestea durează aproximativ 2-4 secunde. Timp suficient pentru ca firul să se încălzească până la 1100 de grade și izolația se aprinde ca un chibrit. În acest caz, nu va fi posibil să previi un scurtcircuit, doar pentru a minimiza daunele. În ciuda timpului, chiar și cu observarea vizuală a procesului de închidere a cablurilor electrice, apariția unui scurtcircuit, pur și simplu nu veți avea timp să faceți nimic. Prin urmare, iată câteva recomandări despre cum să evitați un astfel de dezastru:

Dacă nu poți preveni, conduce-l!

Această frază a marelui politician descrie perfect situația cu rețeaua electrică, în care avem mare încredere. Și viața ta, confortul și aproape toată proprietatea ta. Prin urmare, o listă de recomandări simple nu va fi de prisos.

Testați noi rețele electrice și comunicații cu curenți în exces, simulând o suprasarcină. Un astfel de test trebuie efectuat cu un specialist este periculos.

Nu neglijați măsurarea rezistenței de izolație în rețeaua finită. Da, costă bani și necesită timp, dar o astfel de măsurare va elimina defecțiunile de împământare tipice cablurilor lungi și va arăta, de asemenea, zonele cele mai periculoase, care ar fi mai bine să fie înlocuite.

Imaginea arată că un arc (defecțiune) poate apărea fără contactul fizic al conductorilor. De aceea, la asamblarea prizelor și întrerupătoarelor, decupați izolația firului doar în zona care este complet retrasă în bornă! Nu permiteți nici măcar câțiva milimetri de fire expuse, altfel ceea ce se poate întâmpla în fotografie este un arc electric în interiorul dispozitivului. Să vă reamintim că într-un astfel de incident, protecția la scurtcircuit este aproape garantată să întârzie deconectarea liniei!

Extinderea neconsiderată și adăugarea de linii fără măsuri de protecție este o cale directă către scurtcircuite și incendiu. Acesta este un bun exemplu a ceea ce nu ar trebui să faci niciodată.