Thực đơn
trang chủĐiện thoại

Ngắn mạch. Vật lý. Đoản mạch trong nhà

Ngày xửa ngày xưa, một người phụ nữ không am hiểu lắm về kỹ thuật điện đã được một người thợ lắp đặt cho biết nguyên nhân khiến căn hộ của cô bị mất ánh sáng. Hóa ra là chập điện và người phụ nữ yêu cầu nối dài mạch ngay lập tức. Bạn có thể cười nhạo câu chuyện này, nhưng tốt hơn hết bạn nên xem xét vấn đề này một cách chi tiết hơn. Các chuyên gia điện dù không có bài viết này cũng biết hiện tượng này là gì, nó đe dọa điều gì và cách tính dòng điện ngắn mạch. Thông tin được trình bày dưới đây hướng đến những người không có trình độ học vấn về kỹ thuật, nhưng cũng giống như những người khác, không tránh khỏi những rắc rối liên quan đến việc vận hành thiết bị, máy móc, thiết bị sản xuất và các thiết bị gia dụng thông thường nhất. Điều quan trọng là mỗi người phải biết đoản mạch là gì, nguyên nhân của nó là gì, hậu quả có thể xảy ra và phương pháp phòng ngừa. Mô tả này không thể hoàn thành nếu không làm quen với những kiến ​​thức cơ bản về khoa học kỹ thuật điện. Người đọc không biết đến chúng có thể cảm thấy nhàm chán và không đọc hết bài.

Trình bày phổ biến về định luật Ohm

Bất kể bản chất của dòng điện trong mạch điện là gì, nó chỉ xảy ra nếu có sự chênh lệch điện thế (hoặc điện áp, giống nhau). Bản chất của hiện tượng này có thể được giải thích bằng ví dụ về thác nước: nếu có sự chênh lệch về mực nước, nước sẽ chảy theo một hướng nào đó, còn khi không có sự chênh lệch về mực nước thì nó sẽ đứng yên. Ngay cả học sinh cũng biết định luật Ohm, theo đó điện áp càng cao thì dòng điện càng cao và càng thấp thì điện trở trong tải càng cao:

I là độ lớn của dòng điện, đôi khi được gọi là “cường độ dòng điện”, mặc dù đây không phải là cách dịch hoàn toàn chính xác từ tiếng Đức. Được đo bằng Ampe (A).

Trên thực tế, bản thân dòng điện không có bất kỳ lực nào (tức là nguyên nhân gây ra gia tốc), đó chính xác là những gì biểu hiện khi xảy ra đoản mạch. Thuật ngữ này đã trở nên quen thuộc và được sử dụng thường xuyên, mặc dù giáo viên của một số trường đại học khi nghe từ miệng sinh viên từ “sức mạnh hiện tại” sẽ ngay lập tức cho đó là “thất bại”. “Còn lửa và khói bốc ra từ hệ thống dây điện khi bị đoản mạch thì sao? - đối thủ kiên trì sẽ hỏi, "Đây không phải là sức mạnh sao?" Có một câu trả lời cho nhận xét này. Thực tế là không có chất dẫn điện lý tưởng và sự nóng lên của chúng chính là do thực tế này. Nếu chúng ta giả sử rằng R = 0 thì sẽ không có nhiệt nào tỏa ra, như được nêu rõ trong định luật Joule-Lenz dưới đây.

U là hiệu điện thế tương tự, còn gọi là điện áp. Nó được đo bằng Volt (ở nước ta V, ở nước ngoài V). Nó còn được gọi là lực điện động (EMF).

R là điện trở, nghĩa là khả năng của vật liệu ngăn chặn dòng điện đi qua. Đối với chất điện môi (chất cách điện) nó lớn, mặc dù không phải là vô hạn, nhưng đối với dây dẫn thì nó nhỏ. Được đo bằng Ohm nhưng được đánh giá dưới dạng giá trị cụ thể. Không cần phải nói rằng dây càng dày thì dẫn điện càng tốt và càng dài thì càng tệ. Do đó, điện trở suất được đo bằng Ohms nhân với milimet vuông và chia cho mét. Ngoài ra, giá trị của nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, giá trị càng cao thì điện trở càng lớn. Ví dụ, một dây dẫn vàng dài 1 mét và tiết diện 1 mét vuông. mm ở 20 độ C có tổng điện trở là 0,024 Ohm.

Ngoài ra còn có một công thức định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh; điện trở trong (riêng) của nguồn điện áp (EMF) được đưa vào nó.

Hai công thức đơn giản nhưng quan trọng

Không thể hiểu nguyên nhân gây ra dòng điện ngắn mạch nếu không nắm vững một công thức đơn giản khác. Công suất tiêu thụ của tải bằng (không tính đến các thành phần phản kháng, nhưng sẽ nói thêm về chúng sau) tích của dòng điện và điện áp.

P - công suất, Watt hoặc Volt-Amp;

U - điện áp, Vôn;

Tôi - hiện tại, Ampe.

Công suất không bao giờ là vô hạn, nó luôn bị giới hạn bởi một thứ gì đó, do đó, với giá trị cố định của nó, khi dòng điện tăng thì điện áp sẽ giảm. Sự phụ thuộc của hai tham số này của mạch vận hành, được biểu thị bằng đồ họa, được gọi là đặc tính dòng điện-điện áp.

Và một công thức nữa cần thiết để tính dòng điện ngắn mạch là định luật Joule-Lenz. Nó đưa ra ý tưởng về lượng nhiệt được tạo ra khi chịu tải và rất đơn giản. Dây dẫn sẽ nóng lên với cường độ tỷ lệ thuận với điện áp và bình phương dòng điện. Và tất nhiên, công thức sẽ không hoàn thiện nếu không có thời gian; điện trở nóng lên càng lâu thì nhiệt sẽ tỏa ra càng nhiều.

Điều gì xảy ra trong mạch điện khi bị đoản mạch

Vì vậy, người đọc có thể coi như mình đã nắm vững tất cả các định luật vật lý chính để hiểu được cường độ (được thôi, hãy để cường độ) của dòng điện ngắn mạch có thể là bao nhiêu. Nhưng trước tiên bạn cần quyết định câu hỏi chính xác thì nó là gì. KZ (ngắn mạch) là tình huống trong đó điện trở tải gần bằng 0. Chúng ta hãy nhìn vào công thức của định luật Ohm. Nếu chúng ta xem xét phiên bản của nó cho một phần của mạch điện, thì dễ hiểu rằng dòng điện sẽ có xu hướng vô cùng. Ở phiên bản đầy đủ, nó sẽ bị hạn chế bởi điện trở của nguồn EMF. Trong mọi trường hợp, dòng điện ngắn mạch rất lớn, và theo định luật Joule-Lenz, dòng điện càng lớn thì dây dẫn mà nó chạy dọc theo càng nóng lên. Hơn nữa, sự phụ thuộc không phải trực tiếp mà là bậc hai, tức là nếu tôi tăng gấp trăm lần thì nhiệt lượng sẽ toả ra gấp mười nghìn lần. Đây chính là hiện tượng nguy hiểm, đôi khi dẫn đến cháy nổ.

Các dây trở nên nóng đỏ (hoặc nóng trắng) và chúng truyền năng lượng này sang tường, trần nhà và các vật thể khác mà chúng chạm vào, khiến chúng bốc cháy. Nếu một pha trong một thiết bị nào đó chạm vào dây trung tính thì sẽ xuất hiện dòng điện ngắn mạch từ nguồn, đóng kín với chính nó. Đế dễ cháy của hệ thống dây điện là cơn ác mộng đối với các thanh tra cứu hỏa và là lý do dẫn đến nhiều khoản phạt đối với chủ sở hữu tòa nhà và cơ sở vô trách nhiệm. Và tất nhiên, lỗi không phải là định luật Joule-Lenz và Ohm, mà là lớp cách điện đã khô do tuổi già, lắp đặt bất cẩn hoặc mù chữ, hư hỏng cơ học hoặc hệ thống dây điện quá tải.

Tuy nhiên, dòng điện ngắn mạch dù lớn đến đâu cũng không phải là vô hạn. Mức độ rắc rối mà nó có thể gây ra bị ảnh hưởng bởi thời gian làm nóng và các thông số của mạch cấp nguồn.

mạch điện xoay chiều

Các tình huống được thảo luận ở trên có tính chất chung hoặc các mạch DC có liên quan. Trong hầu hết các trường hợp, việc cung cấp điện cho cả khu dân cư và công nghiệp được thực hiện từ mạng điện áp xoay chiều 220 hoặc 380 Volts. Các sự cố với hệ thống dây điện DC thường xảy ra nhất trên ô tô.

Có sự khác biệt giữa hai loại nguồn điện chính này và một loại đáng kể. Thực tế là sự đi qua của dòng điện xoay chiều bị ngăn cản bởi các thành phần điện trở bổ sung, được gọi là phản ứng và gây ra bởi tính chất sóng của các hiện tượng phát sinh trong chúng. Điện cảm và điện dung phản ứng với dòng điện xoay chiều. Dòng điện ngắn mạch của máy biến áp không chỉ bị giới hạn bởi điện trở hoạt động (hoặc ohmic, nghĩa là điện trở có thể đo được bằng máy kiểm tra bỏ túi), mà còn bởi thành phần cảm ứng của nó. Loại tải thứ hai là tải điện dung. So với vectơ dòng điện tác dụng, vectơ của các thành phần phản kháng bị lệch. Dòng điện cảm ứng tụt lại phía sau và dòng điện dung dẫn trước nó một góc 90 độ.

Một ví dụ về sự khác biệt trong hoạt động của tải có thành phần phản ứng là loa thông thường. Một số người hâm mộ âm nhạc lớn làm quá tải nó cho đến khi bộ khuếch tán đẩy từ trường về phía trước. Cuộn dây bay ra khỏi lõi và ngay lập tức cháy vì thành phần cảm ứng của điện áp của nó giảm.

Các loại ngắn mạch

Dòng điện ngắn mạch có thể xảy ra trong các mạch khác nhau được kết nối với các nguồn DC hoặc AC khác nhau. Tình huống đơn giản nhất là với điểm cộng thông thường, đột nhiên được kết nối với điểm trừ, bỏ qua tải trọng.

Nhưng với dòng điện xoay chiều thì có nhiều lựa chọn hơn. Dòng điện ngắn mạch một pha xảy ra khi một pha được nối với dây trung tính hoặc nối đất. Trong mạng ba pha, có thể xảy ra tiếp xúc không mong muốn giữa hai pha. Điện áp từ 380 volt trở lên (khi truyền năng lượng trên khoảng cách xa dọc theo đường dây điện) cũng có thể gây ra những hậu quả khó chịu, bao gồm cả tia sáng hồ quang tại thời điểm chuyển mạch. Tất cả ba (hoặc bốn, cùng với dây trung tính) có thể bị đoản mạch cùng lúc và dòng ngắn mạch ba pha sẽ chạy qua chúng cho đến khi thiết bị bảo vệ tự động được kích hoạt.

Nhưng đó không phải là tất cả. Trong rôto và stato của máy điện (động cơ và máy phát điện) và máy biến áp, đôi khi xảy ra hiện tượng khó chịu như ngắn mạch xen kẽ, trong đó các vòng dây liền kề tạo thành một loại vòng. Vòng khép kín này có điện trở AC cực thấp. Cường độ dòng điện ngắn mạch trong các vòng dây tăng lên, gây nóng toàn bộ máy. Trên thực tế, nếu thảm họa như vậy xảy ra, bạn không nên đợi cho đến khi toàn bộ lớp cách nhiệt tan chảy và động cơ điện bắt đầu bốc khói. Các cuộn dây của máy cần được quấn lại, việc này cần có thiết bị đặc biệt. Điều tương tự cũng áp dụng cho những trường hợp khi dòng điện ngắn mạch "xoay qua" của máy biến áp phát sinh dòng điện ngắn mạch. Lớp cách nhiệt càng ít bị cháy thì việc tua lại càng dễ dàng và rẻ hơn.

Tính giá trị dòng điện khi ngắn mạch

Cho dù hiện tượng này hay hiện tượng kia có thảm khốc đến đâu thì việc đánh giá định lượng của nó vẫn rất quan trọng đối với kỹ thuật và khoa học ứng dụng. Công thức dòng điện ngắn mạch rất giống với định luật Ohm, nó chỉ cần một số giải thích. Vì thế:

Tôi đoản mạch = Uph/(Zn + Zt),

Tôi bị đoản mạch - giá trị dòng điện ngắn mạch, A;

Uph - điện áp pha, V;

Zn là điện trở tổng (bao gồm cả thành phần phản kháng) của vòng ngắn mạch;

Zt là điện trở tổng (bao gồm cả thành phần phản kháng) của máy biến áp nguồn (nguồn), Ohm.

Trở kháng được định nghĩa là cạnh huyền của một tam giác vuông, các chân của tam giác vuông biểu thị các giá trị của điện trở chủ động và phản kháng (quy nạp). Rất đơn giản, bạn chỉ cần sử dụng định lý Pythagore.

Thường xuyên hơn công thức dòng điện ngắn mạch, các đường cong rút ra từ thực nghiệm được sử dụng trong thực tế. Chúng đại diện cho sự phụ thuộc của độ lớn của dòng ngắn mạch I. về chiều dài dây dẫn, tiết diện dây dẫn và công suất của máy biến điện lực. Các biểu đồ là một tập hợp các đường giảm dần theo cấp số nhân, từ đó tất cả những gì còn lại là chọn đường thích hợp. Phương pháp này cho kết quả gần đúng nhưng độ chính xác của nó rất phù hợp với nhu cầu thực tế của các kỹ sư điện.

Làm thế nào để quá trình làm việc?

Mọi thứ dường như xảy ra ngay lập tức. Có cái gì đó kêu vo vo, ánh sáng mờ dần rồi tắt. Trên thực tế, giống như bất kỳ hiện tượng vật lý nào, quá trình này có thể được kéo dài, làm chậm lại, phân tích và chia thành các giai đoạn. Trước khi xảy ra trường hợp khẩn cấp, mạch điện được đặc trưng bởi giá trị dòng điện ổn định nằm trong chế độ định mức. Đột nhiên tổng điện trở giảm mạnh xuống giá trị gần bằng 0. Các thành phần cảm ứng (động cơ điện, cuộn cảm và máy biến áp) của tải dường như làm chậm quá trình tăng trưởng hiện tại. Do đó, trong micro giây đầu tiên (tối đa 0,01 giây), dòng điện ngắn mạch của nguồn điện áp thực tế không thay đổi và thậm chí giảm nhẹ do bắt đầu quá trình nhất thời. Đồng thời, EMF của nó dần dần đạt giá trị 0, sau đó đi qua nó và được thiết lập ở một giá trị ổn định nào đó, đảm bảo xảy ra hiện tượng đoản mạch I lớn. Bản thân dòng điện tại thời điểm xảy ra quá trình nhất thời là tổng của các thành phần tuần hoàn và không tuần hoàn. Hình dạng của đồ thị quá trình được phân tích, nhờ đó có thể xác định giá trị không đổi của thời gian, tùy thuộc vào góc nghiêng của tiếp tuyến với đường cong gia tốc tại điểm uốn của nó (đạo hàm bậc nhất) và thời gian trễ, được xác định bởi giá trị của thành phần phản kháng (cảm ứng) của tổng điện trở.

Dòng xung ngắn mạch

Thuật ngữ “dòng điện ngắn mạch” thường được sử dụng trong tài liệu kỹ thuật. Bạn không nên sợ khái niệm này, nó không đáng sợ chút nào và không liên quan trực tiếp đến điện giật. Khái niệm này có nghĩa là giá trị tối đa của ngắn mạch I. trong mạch điện xoay chiều, thường đạt giá trị nửa chu kỳ sau khi xảy ra tình huống khẩn cấp. Ở tần số 50 Hz, chu kỳ là 0,2 giây và một nửa của nó tương ứng là 0,1 giây. Tại thời điểm này, sự tương tác của các dây dẫn nằm gần nhau đạt cường độ lớn nhất. Dòng điện xung kích ngắn mạch được xác định bằng một công thức vô nghĩa được trình bày trong bài viết này và không dành cho các chuyên gia hoặc thậm chí là sinh viên. Nó có sẵn trong các tài liệu và sách giáo khoa chuyên ngành. Bản thân biểu thức toán học này không đặc biệt khó nhưng nó đòi hỏi những bình luận khá đồ sộ để giúp người đọc hiểu sâu hơn về lý thuyết mạch điện.

Thông báo ngắn hữu ích

Có vẻ như sự thật hiển nhiên là đoản mạch là một hiện tượng cực kỳ tồi tệ, khó chịu và không mong muốn. Trong trường hợp tốt nhất, nó có thể dẫn đến mất điện cơ sở, ngừng hoạt động các thiết bị bảo vệ khẩn cấp và tệ nhất là cháy hệ thống dây điện và thậm chí là hỏa hoạn. Vì vậy, mọi nỗ lực phải tập trung để tránh điều bất hạnh này. Tuy nhiên, việc tính toán dòng điện ngắn mạch có ý nghĩa rất thực tế và thiết thực. Rất nhiều phương tiện kỹ thuật đã được phát minh hoạt động ở chế độ dòng điện cao. Một ví dụ là máy hàn thông thường, đặc biệt là máy hàn hồ quang, trong quá trình vận hành, máy này thực tế sẽ làm đoản mạch điện cực xuống đất. Một vấn đề khác là các chế độ này có bản chất ngắn hạn và công suất của máy biến áp cho phép chúng chịu được những tình trạng quá tải này. Khi hàn, dòng điện lớn chạy qua điểm tiếp xúc của đầu điện cực (chúng được đo bằng hàng chục ampe), do đó tỏa ra đủ nhiệt để làm nóng chảy cục bộ kim loại và tạo ra một đường may chắc chắn.

Phương pháp bảo vệ

Trong những năm đầu tiên của sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện, khi nhân loại vẫn còn dũng cảm thử nghiệm, giới thiệu các thiết bị điện, phát minh ra nhiều loại máy phát điện, động cơ và hệ thống chiếu sáng, vấn đề đặt ra là bảo vệ các thiết bị này khỏi quá tải và dòng điện ngắn mạch. Giải pháp đơn giản nhất là lắp đặt nối tiếp các phần tử dễ nóng chảy với tải, các phần tử này sẽ bị phá hủy dưới tác động của nhiệt điện trở nếu dòng điện vượt quá giá trị đã đặt. Những cầu chì như vậy vẫn phục vụ con người ngày nay, ưu điểm chính của chúng là đơn giản, độ tin cậy và chi phí thấp. Nhưng họ cũng có nhược điểm. Sự đơn giản của “phích cắm” (như những người nắm giữ tỷ lệ nóng chảy gọi nó vì hình dạng cụ thể của chúng) kích thích người dùng sau khi nó cháy hết không phải để triết lý mà thay thế các bộ phận bị hỏng bằng dây, kẹp giấy hoặc thậm chí là những chiếc đinh đầu tiên đến tay. Điều đáng nói là việc bảo vệ chống dòng điện ngắn mạch như vậy không thực hiện được chức năng cao quý của nó?

Trong các doanh nghiệp công nghiệp, các công tắc tự động bắt đầu được sử dụng để ngắt điện các mạch quá tải sớm hơn so với các tổng đài dân dụng, nhưng trong những thập kỷ gần đây, tình trạng “ùn tắc giao thông” phần lớn đã được thay thế bởi chúng. “Máy tự động” tiện lợi hơn rất nhiều, bạn không cần phải thay máy mà hãy bật chúng lên sau khi loại bỏ nguyên nhân gây đoản mạch và chờ cho các bộ phận nhiệt nguội đi. Các điểm tiếp xúc của chúng đôi khi bị cháy, trong trường hợp đó tốt hơn là nên thay thế chúng và không cố gắng làm sạch hoặc sửa chữa chúng. Các cầu dao vi sai phức tạp hơn, với chi phí cao, không tồn tại lâu hơn các cầu dao thông thường, nhưng tải chức năng của chúng rộng hơn, chúng tắt điện áp trong trường hợp rò rỉ dòng điện tối thiểu “sang một bên”, chẳng hạn như khi một người bị điện giật.

Trong cuộc sống hàng ngày, không nên thử nghiệm đoản mạch.

Chúng ta thường nghe thấy “Đoản mạch”, “Đoản mạch”. Rõ ràng là có điều gì đó không có kế hoạch và tồi tệ đã xảy ra. Nhưng tại sao mạch lại ngắn mà không dài? Chúng ta hãy chấm dứt sự không chắc chắn và tìm hiểu chính xác điều gì sẽ xảy ra khi có sự cố đoản mạch trong mạch điện.

Đoản mạch (SC) là gì

Một con cá đuối điện bơi trong đại dương và không vui ngắn mạch, hoàn toàn bỏ qua kiến ​​thức về định luật Ohm. Đối với chúng ta, để hiểu được bản chất và nguyên nhân của hiện tượng đoản mạch, định luật này đơn giản là cần thiết. Vì vậy, nếu bạn chưa đọc, hãy đọc về định luật Ohm, dòng điện, điện áp, điện trở và các khái niệm vật lý tuyệt vời khác.

Bây giờ bạn đã biết tất cả những điều này, bạn có thể đưa ra định nghĩa về đoản mạch từ vật lý và kỹ thuật điện:

Ngắn mạch- đây là sự kết nối của hai điểm của mạch điện có điện thế khác nhau, điều này không được cung cấp bởi chế độ hoạt động bình thường của mạch và dẫn đến sự gia tăng nghiêm trọng cường độ dòng điện tại điểm nối.

Đoản mạch dẫn đến hình thành dòng điện phá hủy vượt quá giá trị cho phép, hỏng thiết bị và làm hỏng hệ thống dây điện. Tại sao chuyện này đang xảy ra? Chúng ta hãy xem xét chi tiết những gì xảy ra trong mạch khi xảy ra đoản mạch.

Hãy lấy chuỗi đơn giản nhất. Nó chứa một nguồn hiện tại, điện trở và dây dẫn. Hơn nữa, điện trở của dây có thể bỏ qua. Sơ đồ như vậy là khá đủ để hiểu bản chất của ngắn mạch.

Trong mạch kín, áp dụng định luật Ohm: dòng điện tỉ lệ thuận với điện áp và tỉ lệ nghịch với điện trở. Nói cách khác, Điện trở càng thấp thì dòng điện càng lớn .

Chính xác hơn, đối với mạch của chúng ta, định luật Ohm sẽ được viết dưới dạng sau:

Đây r là điện trở trong của nguồn dòng và chữ cái Hy Lạp epsilon biểu thị emf của nguồn.

Dòng điện ngắn mạch có ý nghĩa gì? Nếu kháng cự R trong mạch của chúng ta sẽ không có hoặc rất nhỏ thì cường độ dòng điện sẽ tăng lên và một dòng điện ngắn mạch sẽ chạy trong mạch:

Nhân tiện! Đối với độc giả của chúng tôi hiện có giảm giá 10% cho

Các loại ngắn mạch và nguyên nhân của chúng

Trong cuộc sống hàng ngày, hiện tượng đoản mạch thường xảy ra:

  • một pha- khi dây pha bị chập về 0. Những hiện tượng đoản mạch như vậy xảy ra thường xuyên nhất;
  • hai pha– khi một pha kết thúc với một pha khác;
  • ba pha- khi đóng ba pha cùng một lúc. Đây là loại ngắn mạch có vấn đề nhất.

Ví dụ, vào sáng Chủ nhật, người hàng xóm đằng sau bức tường của bạn kết nối pha và dây trung tính vào ổ cắm bằng cách cắm một chiếc máy khoan búa. Điều này có nghĩa là mạch điện đóng và dòng điện chạy qua tải, tức là qua thiết bị cắm vào ổ cắm.

Nếu hàng xóm nối dây pha và dây trung tính vào ổ cắm mà không kết nối tải thì sẽ xảy ra đoản mạch nhưng bạn sẽ có thể ngủ lâu hơn.

Đối với những người chưa biết, để hiểu rõ hơn sẽ rất hữu ích khi đọc pha và số 0 trong điện.

Đoản mạch được gọi là đoản mạch, vì dòng điện khi đóng mạch như vậy dường như đi theo một đường ngắn, bỏ qua tải. Mạch điện dài hoặc được điều khiển là cách thông thường, quen thuộc với mọi người, cắm thiết bị vào ổ cắm.

Bảo vệ ngắn mạch

Đầu tiên, về hậu quả mà đoản mạch có thể gây ra:

  1. Thiệt hại cho con người do điện giật và sinh nhiệt.
  2. Ngọn lửa.
  3. Sự cố của các thiết bị.
  4. Mất điện và thiếu internet ở nhà. Kết quả là buộc phải đọc sách và ăn tối dưới ánh nến.

Như bạn có thể thấy, đoản mạch là kẻ thù và là loài gây hại cần phải chiến đấu. Các phương pháp bảo vệ ngắn mạch là gì?

Hầu như tất cả chúng đều dựa trên việc mở nhanh mạch khi phát hiện ra lỗi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị bảo vệ ngắn mạch khác nhau.

Hầu như tất cả các thiết bị điện hiện đại đều có cầu chì. Dòng điện cao chỉ đơn giản là làm chảy cầu chì và đứt mạch.

Các căn hộ sử dụng cầu dao bảo vệ ngắn mạch. Đây là những bộ ngắt mạch được thiết kế cho một dòng điện hoạt động cụ thể. Khi dòng điện tăng, máy được kích hoạt, ngắt mạch.

Để bảo vệ động cơ điện công nghiệp khỏi bị đoản mạch, người ta sử dụng rơle đặc biệt.

Bây giờ bạn có thể dễ dàng xác định ngắn mạch, đồng thời bạn biết về định luật Ohm, cũng như pha và số 0 trong điện. Chúng tôi mong mọi người không gây ra đoản mạch! Và nếu bạn đang bế tắc trong đầu và hoàn toàn không còn sức lực cho bất kỳ công việc nào, dịch vụ sinh viên của chúng tôi sẽ luôn giúp bạn đối phó với điều đó.

Và cuối cùng là video về cách KHÔNG xử lý dòng điện.

Dòng điện ngắn mạch

Hình 1 thể hiện sơ đồ kết nối đèn sợi đốt điện với mạng điện. Nếu điện trở của đèn này r l = 240 Ohm và điện áp nguồn bạn= 120 V thì theo định luật Ohm cường độ dòng điện trong mạch đèn sẽ là:

Hình 1. Sơ đồ ngắn mạch tại các cực công tắc

Chúng ta hãy xem trường hợp các dây dẫn đến đèn sợi đốt bị ngắn mạch qua một điện trở rất nhỏ, ví dụ như một thanh kim loại dày có điện trở. r= 0,01 Ohm, vô tình rơi vào hai sợi dây. Trong trường hợp này, dòng điện mạng đi tới điểm MỘT, sẽ phân nhánh theo hai đường: một phần lớn của nó sẽ đi dọc theo thanh kim loại - đường dẫn có điện trở thấp, và phần còn lại, một phần nhỏ của dòng điện, sẽ đi dọc theo đường dẫn có điện trở cao - đèn sợi đốt.

Một chế độ hoạt động khẩn cấp của mạng, khi điện trở giảm nên dòng điện trong mạng tăng mạnh so với bình thường, được gọi là ngắn mạch.

Hãy xác định cường độ dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh kim loại:

Trên thực tế, trong trường hợp xảy ra đoản mạch, điện áp mạng sẽ nhỏ hơn 120 V, vì dòng điện lớn sẽ tạo ra sụt áp lớn trong mạng và do đó dòng điện chạy qua thanh kim loại sẽ nhỏ hơn 12.000 A. Nhưng dòng điện này vẫn sẽ cao hơn nhiều lần so với dòng điện mà đèn sợi đốt trước đây tiêu thụ.

Dòng điện ngắn mạch TÔI ngắn mạch = 12.000 A sẽ là:

P kz = bạn × TÔI ngắn mạch = 120 × 12.000 = 1.440.000 W = 1.440 kW.

Dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra nhiệt và dây dẫn nóng lên. Trong ví dụ của chúng tôi, mặt cắt ngang của dây dẫn trong mạch điện được thiết kế cho dòng điện nhỏ - 0,5 A. Khi đóng dây, một dòng điện rất lớn sẽ chạy qua mạch - 12.000 A. Dòng điện như vậy sẽ gây ra hiện tượng giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến cháy và cháy lớp cách điện của dây, nóng chảy vật liệu dây, làm hỏng dụng cụ đo điện, nóng chảy các tiếp điểm công tắc, công tắc dao, v.v. Nguồn năng lượng điện cung cấp năng lượng cho mạch điện như vậy cũng có thể bị hỏng. Dây dẫn quá nóng có thể gây cháy.

Mỗi mạng điện được thiết kế cho dòng điện bình thường của riêng nó.

Do hậu quả nguy hiểm, tàn phá và đôi khi không thể khắc phục được của đoản mạch, cần phải tuân thủ một số điều kiện nhất định khi lắp đặt và vận hành hệ thống lắp đặt điện để loại bỏ các nguyên nhân gây đoản mạch. Những cái chính là như sau:
1) cách điện của dây phải phù hợp với mục đích của nó (điện áp mạng và điều kiện hoạt động);
2) mặt cắt ngang của dây phải sao cho độ nóng của chúng trong các điều kiện vận hành hiện tại không đạt đến giá trị nguy hiểm;
3) dây đặt phải được bảo vệ chắc chắn khỏi hư hỏng cơ học;
4) các kết nối và nhánh phải được cách điện chắc chắn như chính các dây dẫn;
5) Các dây chéo phải được thực hiện sao cho các dây không chạm vào nhau;
6) dây phải được đặt xuyên qua tường, trần và sàn sao cho chúng được bảo vệ khỏi ẩm ướt, hư hỏng cơ học và hóa học và được cách điện tốt.

Bảo vệ ngắn mạch

Để tránh dòng điện tăng đột ngột, nguy hiểm trong mạch điện khi xảy ra đoản mạch, mạch điện được bảo vệ bằng cầu chì hoặc cầu dao.

Cầu chì là dây có độ nóng chảy thấp được mắc nối tiếp vào mạng. Khi dòng điện tăng lên trên một giá trị nhất định, dây cầu chì nóng lên và nóng chảy, do đó mạch điện tự động đứt và dòng điện trong nó dừng lại.

Cầu dao là một thiết bị bảo vệ phức tạp và đắt tiền hơn cầu chì. Tuy nhiên, không giống như cầu chì, nó được thiết kế để hoạt động lặp đi lặp lại nhằm bảo vệ mạch điện trong điều kiện vận hành khẩn cấp. Về mặt cấu trúc, bộ ngắt mạch được chế tạo trong vỏ điện môi với cơ cấu ngắt được tích hợp bên trong. Cơ chế nhả có các tiếp điểm cố định và di chuyển. Tiếp điểm chuyển động được gắn lò xo; lò xo cung cấp lực để nhả nhanh các tiếp điểm. Cơ chế giải phóng được kích hoạt bằng một trong hai phiên bản: nhiệt hoặc từ tính.

Bộ giải nhiệt là một tấm lưỡng kim được làm nóng bằng dòng điện chạy qua. Khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép, tấm lưỡng kim sẽ uốn cong và kích hoạt cơ chế ngắt. Thời gian đáp ứng phụ thuộc vào dòng điện (đặc tính dòng thời gian) và có thể thay đổi từ giây đến một giờ. Không giống như cầu chì, cầu dao sẵn sàng cho lần sử dụng tiếp theo sau khi tấm nguội.

Bộ nhả điện từ là bộ nhả tức thời, là một cuộn dây điện từ (một cuộn dây làm bằng dây dẫn đồng), lõi di động của nó cũng có thể kích hoạt cơ cấu nhả. Dòng điện đi qua công tắc chạy qua cuộn dây điện từ và làm cho lõi rút lại khi vượt quá ngưỡng dòng điện quy định. Bộ giải phóng tức thời, không giống như bộ giải phóng nhiệt, hoạt động rất nhanh (phần giây), nhưng ở dòng điện cao hơn nhiều: 2  14 lần dòng định mức.

Video 1. Đoản mạch

Hãy xem xét một trường hợp đặc biệt về kết nối song song của dây dẫn - cái gọi là ngắn mạch. Nó được gọi là kết nối song song của một dây dẫn có điện trở rất thấp trong mạch. Hãy xem một ví dụ.
Hãy kết nối đèn và công tắc như trong sơ đồ. Lưu ý rằng công tắc và đèn thứ hai được mắc song song, ngoài ra, công tắc đóng trong sơ đồ bên phải là một dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Vì vậy, theo định nghĩa, Trong sơ đồ bên phải có hiện tượng đoản mạch ở đèn.

Ví dụ, giả sử rằng điện áp của nguồn hiện tại được chọn sao cho khi công tắc mở, cả hai đèn đều không phát sáng mạnh - ở cường độ một nửa (đó là lý do tại sao trong sơ đồ đầu tiên, chúng bị bóng một nửa). Nếu đóng công tắc, đèn bên trái sẽ sáng và đèn bên phải sẽ tắt hoàn toàn. Vì vậy, việc tăng độ sáng của đèn bên trái cho chúng ta biết rằng Khi xảy ra đoản mạch trong mạch, dòng điện tăng mạnh. Theo định luật Joule-Lenz, việc tăng cường độ dòng điện có thể dẫn đến dây dẫn quá nóng và cháy.
Hãy để chúng tôi giải thích tại sao đèn bên trái sáng hơn. Chúng ta hãy nhớ rằng khi các dây dẫn được mắc song song, tổng điện trở của chúng sẽ nhỏ hơn điện trở nhỏ hơn, tức là thậm chí còn nhỏ hơn điện trở của công tắc (mà nó gần như bằng 0). Theo định luật Ohm, điện trở giảm sẽ dẫn đến dòng điện tăng. Và sự gia tăng dòng điện, theo định luật Joule-Lenz, dẫn đến sự nóng lên mạnh hơn của hình xoắn ốc của đèn bên trái.
Bây giờ chúng ta hãy giải thích tại sao đèn bên phải lại tắt. Vì khi các dây dẫn mắc song song thì điện áp trên mỗi dây dẫn là như nhau nên điện áp trên đèn bên phải và trên công tắc là như nhau. Theo định luật Ohm U=I·R. Như chúng ta đã tìm ra ở đoạn trước, điện trở của kết nối này gần như bằng 0, tức là R»0. Thay số 0 vào công thức, chúng ta nhận được: U=I·0=0. Nghĩa là, điện áp trên công tắc và đèn bằng 0 (chính xác hơn là rất nhỏ). Điện áp này rõ ràng không đủ để đèn tiếp tục sáng nên tắt.

Để bảo vệ các thiết bị điện khỏi bị đoản mạch, chúng được sử dụng bộ ngắt mạch. Mục đích của chúng là tắt nguồn nếu dòng điện tăng vượt quá giá trị cho phép. Trong hình bên phải bạn thấy tự động cầu chì có đế vít giống như một chiếc đèn. Những cầu chì như vậy (theo cách nói chung là “phích cắm”) được vặn vào các ổ cắm đặc biệt được gắn trên tường.
Cũng có cầu chì. Phần chính trong chúng là một sợi dây mỏng (đường kính khoảng 0,1 mm) làm bằng thiếc hoặc chì (xem hình bên dưới). Trong trường hợp dòng điện tăng mạnh, nó gần như tan chảy ngay lập tức và mạch hở, làm gián đoạn dòng điện. Không giống như cầu chì "có thể tái sử dụng", cầu chì là thiết bị điện dùng một lần.

Nếu chúng ta giả sử rằng các dây cung cấp dòng điện cho hệ thống dây điện trong căn hộ được làm bằng nhôm và có đường kính 1 mm thì tiết diện của dây dẫn sẽ nhỏ hơn 100 lần. Ngoài ra, nhìn vào bảng ta thấy điện trở suất của chì lớn hơn nhôm khoảng 10 lần. Do đó, điện trở của dây lớn hơn khoảng 1000 lần điện trở của dây nhôm có cùng chiều dài.
Vì dây và cầu chì (tức là dây bên trong nó) mắc nối tiếp nên dòng điện trong chúng là như nhau. Vì theo định luật Joule-Lenz, Q = I2Rt nên lượng nhiệt tỏa ra trong dây tại mỗi thời điểm lớn hơn 1000 lần so với trong dây. Đó là lý do tại sao dây bị nóng chảy nhưng hệ thống dây điện vẫn còn nguyên. Hiện nay, cầu chì thực tế không được sử dụng trong công nghệ, nhường chỗ cho cầu chì tự động.

Bất kỳ người nào làm công việc liên quan đến bảo trì thiết bị điện đều biết rất rõ về những rắc rối mà đoản mạch (đoản mạch) gây ra. Đôi khi nó được cho là đại diện cho thiệt hại. Cái này sai. Đoản mạch là một quá trình, hoặc, nếu bạn muốn, là một chế độ hoạt động khẩn cấp của bất kỳ bộ phận nào trong hệ thống lắp đặt điện. Nhưng hậu quả của nó thực sự dẫn đến thiệt hại. Định nghĩa được chấp nhận rộng rãi là: “Đoản mạch là sự kết nối trực tiếp của hai hoặc nhiều điểm trong mạch điện có điện thế khác nhau. Là một phương thức hoạt động bất thường (ngoài ý muốn).

Để hiểu chính xác điều gì xảy ra trong mạch tại thời điểm xảy ra đoản mạch ở đó, cần nhớ nguyên lý hoạt động của các phần tử mạch. Hãy tưởng tượng một mạch điện đơn giản gồm hai dây dẫn và một tải (ví dụ, một bóng đèn). Trong điều kiện bình thường, có sự chuyển động có hướng của các hạt cơ bản tích điện trong dây dẫn do ảnh hưởng không đổi của nguồn. Chúng di chuyển từ cực này sang cực kia của nguồn thông qua hai đoạn dây và một ngọn đèn. Theo đó, đèn phát ra ánh sáng vì các hạt thực hiện một lượng công nhất định trong đó.

Khi hướng chuyển động liên tục thay đổi, nhưng trong trường hợp này điều đó không quan trọng. Số lượng electron đi qua một phần nhất định của mạch trong một đơn vị thời gian bị giới hạn bởi điện trở của đèn, dây dẫn và nguồn EMF. Nói cách khác, dòng điện không tăng vô hạn mà tương ứng với trạng thái ổn định.

Nhưng vì lý do nào đó mà lớp cách điện trên một đoạn mạch bị hỏng. Ví dụ, một chiếc đèn bị ngập trong nước. Trong trường hợp này nó giảm. Kết quả là dòng điện chạy qua mạch bị giới hạn bởi tổng điện trở của nguồn điện, dây dẫn và “eo đất” nước trên đèn. Thông thường số tiền này không đáng kể nên không được tính đến trong các phép tính (ngoại trừ các phép tính chuyên dụng).

Kết quả là dòng điện tăng gần như vô hạn, được xác định theo định luật Ohm cổ điển. Công suất ngắn mạch thường được đề cập trong trường hợp này. Nó được xác định bởi giá trị giới hạn của dòng điện mà nguồn điện có khả năng cung cấp trước khi xảy ra sự cố. Nhân tiện, đây là lý do tại sao không được phép kết nối (đoản mạch) các tiếp điểm đối diện của pin.

Mặc dù trong ví dụ này, chúng ta đang xem xét việc loại bỏ điện trở của đèn khỏi mạch do nước lọt vào, nhưng có nhiều lý do dẫn đến đoản mạch. Ví dụ, nếu chúng ta nói về cùng một mạch điện thì đoản mạch. cũng có thể xảy ra nếu lớp cách điện của ít nhất một dây bị đứt và nó tiếp xúc với mặt đất. Trong trường hợp này, dòng điện từ nguồn điện sẽ đi theo con đường có ít điện trở nhất, tức là xuống đất, nơi có công suất rất lớn. Làm hỏng lớp cách điện của hai dây cùng một lúc và sự tiếp xúc của chúng sẽ dẫn đến kết quả tương tự.

Những điều trên có thể được khái quát: ngắn mạch có thể có hoặc không có nối đất. Điều này không ảnh hưởng đến các quá trình đang diễn ra.

Những loại thiệt hại đã được thảo luận ở đầu bài viết? Như đã biết, dòng điện chạy qua các phần của mạch càng cao thì nhiệt độ của chúng càng lớn. Với nguồn điện đủ trong thời gian ngắn mạch. một số đoạn của dây chuyền bị đốt cháy, biến thành bụi đồng (đối với các phần tử bằng đồng).

Bảo vệ ngắn mạch khá đơn giản và hiệu quả. Các báo cáo về hư hỏng do đoản mạch phát sinh chủ yếu do các thông số của thiết bị bảo vệ được lựa chọn không chính xác và độ chọn lọc không chính xác. Nếu chúng ta đang nói về một mạch điện gia dụng 220 V, thì khi dòng điện tăng quá mức, một bộ giải phóng điện từ nằm bên trong sẽ làm đứt mạch.