Zkraty a jejich klasifikace. Důsledky zkratu na reálných příkladech. Zkratový proud a jeho výpočet. Zkratový rázový proud

Zkrat vzniká v důsledku zkratu dvou vodičů obvodu, které jsou připojeny k různým kontaktům (to je plus a mínus). V tomto případě se to děje prostřednictvím malého odporu, který lze porovnat s odporem samotného drátu. V tomto případě může proud několikrát překročit jmenovitou hodnotu. Aby se zabránilo požáru, musí být elektrický obvod přerušen dříve, než dráty dosáhnou kritické teploty.

Co je zkrat?

Každý den, ať jsme kdekoli, uzavíráme elektrický okruh. V tomto případě se nestane nic nebezpečného, ​​protože když připojíte zástrčku elektrického zařízení do zásuvky, elektrická energie se přemění na:

• mechanická energie;
• tepelný výkon.

Tyto typy uzávěrů lze běžně nazývat „dlouhé“. Zkrat je zjednodušeně řečeno druh energie, který je vyjádřen jako jiskra, třesk nebo oheň. To je stav, kdy odpor samotné zátěže je menší než odpor zdroje energie. Když dojde ke zkratu, proud se okamžitě zvýší, což vede k silnému uvolnění tepla. To zase může vést k roztavení elektroinstalace a jejímu následnému požáru. Takový zkrat může nejen narušit funkčnost prvku elektrického obvodu, ale také vést ke snížení vstupního napětí pro ostatní spotřebiče.

V normálním provozním režimu proud teče mezi fázovým a nulovým vodičem pouze tehdy, když je připojena zátěž, což jej omezuje na bezpečnou úroveň pro elektrické vedení. Jak vzniká zkrat? V případech, kdy dojde k porušení izolačního povlaku, což vede ke zkratu mezi plus a mínus, proud obchází zátěž a protéká mezi těmito dráty. Tento typ kontaktu se nazývá „krátký“, protože obchází elektrické spotřebiče.

Kovový zkrat je zkrat, u kterého se nebere v úvahu přechodový odpor. To je možné pouze v případě, že je speciálně připraven pomocí šroubových spojů živých částí.

Zkratový proud je proud, který se objevuje v důsledku poškození izolace živých částí, které mají různé elektrické potenciály. Může také vzniknout jednoduše náhodným spojením vodivých částí se stejnými potenciály.

Zkratový rázový proud je maximální hodnota proudu, která nastane během třífázového zkratu.

Zkratový režim je stav dvousvorkové sítě, kdy jsou její výstupy vzájemně propojeny vodičem s nulovým odporem. V tomto režimu je sekundární vinutí zkratováno. Při provádění takového experimentu je možné určit velikost ztrát ve vinutí samotného transformátoru.

Také stojí za to vědět, že zkratové napětí transformátoru je napětí, které musí být aplikováno na vinutí, když je druhé uzavřeno. A pak začne v posledním vinutí protékat jmenovitý proud.

Jak to odhalit a předejít?

Můžete si vzpomenout na známý Ohmův zákon, který říká: "Proud v obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu." Právě na poslední jmenované se v tomto případě vyplatí věnovat zvýšenou pozornost. Vzhledem k tomu, že odpor vodiče je velmi malý, je obvykle považován za rovný „0“. V případě zkratu je jeho hodnota naopak velmi velká, protože v uzavřeném obvodu začíná protékat proud.

Aby se zabránilo zkratům, je nutné pravidelně měřit odpor vedení. Pokud to nemůžete udělat sami, měli byste vyhledat pomoc specialistů. Na profesionální úrovni provedou veškerá měření související s elektroinstalací a pomohou také otestovat přístrojové transformátory proudu, které zároveň ochrání vaše zařízení a zvýší požární bezpečnost.

Zkrat je jedním z nebezpečí technosféry

I člověk daleko od elektřiny se alespoň jednou v životě setkal s jevem zvaným „zkrat“. Abyste před tímto procesem ochránili sebe, své blízké, stejně jako svůj domov a elektrické spotřebiče, měli byste pečlivě porozumět jeho povaze, příčinám a odrůdám.

Pojem a charakteristika zkratu

Z hlediska elektrotechniky je zkrat jev, při kterém je odpor elektrického obvodu skládajícího se z několika vodičů extrémně nevýznamný a lze jej srovnat s odporem samotných vodičů. V tomto případě podle Ohmova zákona proudová síla několikrát překročí svou nominální hodnotu, a to se stane téměř okamžitě. To zase povede k přerušení elektrického obvodu mnohem dříve, než dojde ke kritickému zvýšení teploty vodičů.

Hlavní příčiny zkratu

Jak ukazuje praxe, zkrat se nejčastěji vyskytuje v důsledku skutečnosti, že z nějakého důvodu je porušena vnější izolace vodičů nebo elektrického zařízení. To zase může být způsobeno postupným stárnutím hlavních prvků elektrického obvodu, jeho mechanickým poškozením a dokonce i úderem blesku. Kromě toho se v posledních letech v podnicích stále častěji objevují případy, kdy zkrat byl důsledkem nešetrné údržby elektrického zařízení příslušnými službami.

Umělé zavírání

V práci továren a továren však může nastat chvíle, kdy bude potřeba tento jev uměle způsobit. Zejména záměrný zkrat se často používá v obvodu trafostanic, které pracují se sníženým proudem. K tomuto účelu se používá speciální zařízení - zkratovače, které fungují jako druh regulátorů. Pokud dojde k jakémukoli poškození na vedení nebo v samotném transformátoru, toto zařízení uměle způsobí zkrat, obvod se přeruší a nenastanou žádné vážné následky (například požár).

Následky zkratu

Tento jev vede k velmi vážným následkům. Jednak je to poměrně často doprovázeno poruchou elektroinstalace a vznikem požárů v nich. Za druhé, v důsledku prudkého nárůstu proudu v obvodu mohou být jednotlivé části kabelu vystaveny mechanickému namáhání, což má za následek mechanické a tepelné poškození. Za třetí, zkrat je často doprovázen výrazným poklesem napětí v obvodu nebo v jeho jednotlivých úsecích. To zase vede ke zhoršení výkonu elektrického zařízení. Konečně za čtvrté, tento jev má extrémně negativní dopad na okolní zařízení, vodiče a další elektrická zařízení.

Způsoby ochrany proti zkratu

Ochrana proti zkratu zahrnuje celou řadu opatření, jejichž východiskem je prevence před poškozením elektrických vedení a zařízení. Kromě toho, aby se zabránilo požáru, se používají speciální zařízení - tavné spínače, které při zkratu vyhoří a otevřou elektrický obvod.

Dodržování bezpečnostních předpisů jako hlavní způsob prevence zkratů

Síla zkratu závisí na mnoha faktorech, z nichž hlavním je síla proudu v obvodu. Zároveň je třeba si uvědomit, že každý takový jev představuje potenciální nebezpečí pro člověka, proto byste při práci s elektřinou měli přísně dodržovat bezpečnostní pravidla.

Zkratový proud

Obrázek 1 ukazuje schéma připojení elektrické žárovky k elektrické síti. Pokud je odpor této lampy r l = 240 Ohm a síťové napětí U= 120 V, pak podle Ohmova zákona bude proud v obvodu lampy:

Obrázek 1. Schéma zkratu na svorkách spínače

Podívejme se na případ, kdy jsou vodiče vedoucí k žárovce zkratovány přes velmi malý odpor, například silná kovová tyč s odporem r= 0,01 Ohm, náhodně spadne na dva vodiče. V tomto případě síťový proud procházející bodem A, se bude větvit po dvou cestách: jedna jeho velká část půjde po kovové tyči - cesta s nízkým odporem a druhá, malá část proudu, bude procházet po cestě s vysokým odporem - žárovka.

Nouzový režim provozu sítě, kdy v důsledku poklesu jejího odporu prudce vzroste proud v ní oproti normálu, se nazývá zkrat.

Určíme sílu zkratového proudu procházejícího kovovou tyčí:

Ve skutečnosti v případě zkratu bude síťové napětí menší než 120 V, protože velký proud vytvoří v síti velký úbytek napětí, a proto bude proud protékající kovovou tyčí menší než 12 000 A. Ale přesto bude tento proud mnohonásobně vyšší než proud, který dříve spotřebovávala žárovka.

Zkrat proudu při proudu já zkrat = 12 000 A bude:

P kz = U × já zkrat = 120 × 12 000 = 1 440 000 W = 1 440 kW.

Proud procházející vodičem vytváří teplo a vodič se zahřívá. V našem příkladu byl průřez vodičů elektrického obvodu navržen na malý proud - 0,5 A. Při uzavření vodičů bude obvodem protékat velmi velký proud - 12 000 A. Takový proud způsobí uvolnění obrovského množství tepla, které jistě povede ke zuhelnatění a spálení izolace drátu, roztavení materiálu drátu, poškození elektrických měřicích přístrojů, roztavení spínacích kontaktů, nožových spínačů a podobně. Může být také poškozen zdroj elektrické energie napájející takový obvod. Přehřátí vodičů může způsobit požár.

Každá elektrická síť je navržena pro svůj vlastní normální proud.

Vzhledem k nebezpečným, destruktivním a někdy nenapravitelným následkům zkratu je nutné při instalaci a provozu elektroinstalace dodržovat určité podmínky, aby se odstranily příčiny zkratu. Hlavní jsou následující:
1) izolace vodičů musí odpovídat svému účelu (síťové napětí a provozní podmínky);
2) průřez vodičů musí být takový, aby jejich ohřev za stávajících provozních podmínek nedosáhl nebezpečné hodnoty;
3) uložené vodiče musí být spolehlivě chráněny před mechanickým poškozením;
4) přípojky a odbočky musí být stejně spolehlivě izolovány jako samotné vodiče;
5) křížení drátů musí být provedeno tak, aby se dráty navzájem nedotýkaly;
6) dráty musí být vedeny skrz stěny, stropy a podlahy tak, aby byly chráněny před vlhkostí, mechanickým a chemickým poškozením a byly dobře izolované.

Ochrana proti zkratu

Aby se zabránilo náhlému, nebezpečnému zvýšení proudu v elektrickém obvodu během zkratu, je obvod chráněn pojistkami nebo jističi.

Pojistky jsou vodič s nízkou tavitelností zapojený sériově do sítě. Při zvýšení proudu nad určitou hodnotu se tavný drát zahřeje a roztaví, v důsledku čehož se elektrický obvod automaticky přeruší a proud v něm se zastaví.

Jistič je složitější a dražší ochranné zařízení než pojistka. Na rozdíl od pojistky je však navržena pro opakované operace k ochraně obvodů během nouzových provozních podmínek. Konstrukčně je jistič vyroben v dielektrickém pouzdře s vypínacím mechanismem zabudovaným uvnitř. Uvolňovací mechanismus má pevné a pohyblivé kontakty. Pohyblivý kontakt je odpružený; pružina poskytuje sílu pro rychlé uvolnění kontaktů. Uvolňovací mechanismus se aktivuje jedním ze dvou spouště: tepelným nebo magnetickým.

Tepelná spoušť je bimetalová deska vyhřívaná protékajícím proudem. Když proud protéká nad přípustnou hodnotu, bimetalová deska se ohne a aktivuje vypínací mechanismus. Doba odezvy závisí na proudu (časově proudová charakteristika) a může se pohybovat od sekund do hodiny. Na rozdíl od pojistky je jistič připraven k dalšímu použití, jakmile deska vychladne.

Elektromagnetická spoušť je okamžitá spoušť, což je solenoid (cívka z měděného vodiče), jehož pohyblivé jádro může také aktivovat spouštěcí mechanismus. Proud procházející spínačem protéká vinutím elektromagnetu a způsobuje zatažení jádra, když je překročena specifikovaná prahová hodnota proudu. Okamžitá spoušť na rozdíl od tepelné spouště funguje velmi rychle (zlomky sekundy), ale při mnohem vyšším proudu: 2 ÷ 14 násobek jmenovitého proudu.

Video 1. Zkrat

Pro 220 V nebo opačné fáze mezi sebou nebo s nulou, které nejsou stanoveny konstrukcí elektrického obvodu nebo elektrických spotřebičů, což narušuje normální provoz elektrické sítě.

Ke zkratu dochází v důsledku porušení izolace elektrických vodičů, kabelů nebo prvků vedoucích proud v elektrických spotřebičích a také v důsledku mechanického kontaktu s neizolovanými prvky, proto je důležité vždy izolovat holé konce elektrické vedení odděleně od sebe pomocí elektrické pásky nebo elektrické pásky s elektricky izolujícím pláštěm, tj. nevodícím elektrický proud.

Když dojde ke zkratu v elektrickém obvodu, hodnota proudu se okamžitě a opakovaně zvyšuje, což vede k vysokému vývinu tepla, v důsledku čehož se elektrické vodiče roztaví, což způsobí vznícení elektrického vedení a rozšíření ohně v místnosti, kde došlo ke zkratu.
V důsledku zkratu je narušeno normální fungování nejen vašeho bytu, ale i vašich sousedů v důsledku poklesu napájecího napětí, což často vede k poruchám elektrických spotřebičů a domácích spotřebičů.

V bytech s 220 V dochází pouze k jednofázovému zkratu (fázový zkrat na nulový vodič nebo na) a v některých soukromých domech nebo garážích s třífázovým příkonem 380 voltů mnohem nebezpečnější dvou- může dojít k fázovému obvodu (zkrat dvou fází mezi sebou + k „země“) nebo k třífázovému (zkrat tří fází k sobě navzájem + k „zem“)

V elektromotorech a zařízeních jsou v případě poruchy také možné vnitřní zkraty:
Například zákruty, ke kterým dochází při vzájemném spojení závitů vinutí ve statoru nebo rotoru elektromotoru nebo mezi závity ve vinutí transformátoru.

A pokud má elektrický spotřebič kovový kryt, je možný průraz izolace a zkrat na kovovém krytu. V tomto případě ochrání osobu před úrazem elektrickým proudem pouze pouzdro.

Pozor, k požáru jsou náchylnější dráty v polyetylenu a zejména v pryžovém plášti. Proto jako profesionální elektrikář po mnoho let, zabývající se elektroinstalací v Minsku, důrazně doporučuji používat kabel VVG Ng, s nehořlavou izolací, v bytech, domech, garážích atd., pro pokládku skrytou pod omítkou a použití dražší kabel VVG Ng otevřeně na ohnivzdorném podkladu Ls, který při zkratu ani nekouří.

Přetížení elektrické sítě v domě, garáži nebo bytě se často vyskytuje v každodenním životě a je také velmi nebezpečné a nouzové. A jak ukázala praxe, je nebezpečnější než zkratové proudy. Protože elektrické rozvody jsou spolehlivě chráněny resp.

Příčinou přetížení je připojení, zařazení většího počtu elektrických spotřebičů na jednu skupinu elektrických zásuvek nebo poškození spotřebičů elektřiny, při kterých celkový proud procházející elektrickým kabelem nebo vodiči překročí jmenovitou hodnotu, pro kterou jsou určeny. Pro dům nebo byt, kde jsou převážně položeny kabely nebo vodiče o průřezu 1,5 milimetrů čtverečních, by jmenovitý proud neměl být vyšší 16 ampér nebo už ne 3,5 kW.

Je důležité znát a v praxi používat pouze vypínače nebo zásuvky pro připojení elektrického osvětlení nebo elektrického zařízení s hodnotami napětí a proudu, které nejsou menší než hodnoty uvedené na těle elektrické zásuvky nebo vypínače. Například zásuvka říká „10 A; 250 V“, což znamená, že je určen pro jednofázovou síť 220 V a maximální hodnota proudu procházejícího zásuvkou by neměla být vyšší než 10 ampér nebo přibližně ne více než 2 kilowatty výkonu. Do takové zásuvky nelze zapojit výkonný elektrický spotřebič, například s výkonem 2,5-3 kilowattů, což povede k vyhoření kontaktů zásuvky.

Nastává, když jsou připojeny dva vodiče obvodu, připojené k různým svorkám (například v obvodech DC jsou to „+“ a „-“) zdroje prostřednictvím velmi nízkého odporu, který je srovnatelný s odporem vodičů. sami.

Proud při zkratu může mnohokrát překročit jmenovitý proud v obvodu. V takových případech musí být obvod přerušen dříve, než teplota vodičů dosáhne nebezpečných hodnot.

K ochraně vodičů před přehřátím a zabránění vznícení okolních předmětů jsou v obvodu zahrnuta ochranná zařízení - nebo -.

Ke zkratu může dojít také v důsledku přepětí v důsledku bouřky, přímého úderu blesku, mechanického poškození izolačních částí a chybného jednání personálu údržby.

Při zkratech se prudce zvyšují proudy ve zkratovaném obvodu a klesá napětí, což představuje velké nebezpečí pro elektrická zařízení a může způsobit přerušení dodávky energie spotřebitelům.

Dochází ke zkratům:

třífázový (symetrický), ve kterém jsou všechny tři fáze zkratovány;

dvoufázový (asymetrický), ve kterém jsou pouze dvě fáze zkratovány;

dvoufázový proti zemi v systémech s pevně uzemněnými nulovými vodiči;

jednofázové asymetrické vůči zemi s uzemněnými nulovými vodiči.

Proud dosáhne největší hodnoty při jednofázovém zkratu. V důsledku použití speciálních umělých opatření (například uzemnění neutrálů skrz, uzemnění pouze části neutrálů) může být maximální hodnota jednofázového zkratového proudu snížena na hodnotu třífázového zkratu. obvodový proud, pro který se výpočty provádějí nejčastěji.

Příčiny zkratů

Hlavní příčinou zkratů je vadná izolace elektrického zařízení.

Poruchy izolace jsou způsobeny:

1. Přepětí (zejména v sítích s izolovanými nulami),

2. Přímé údery blesku,

3. Stárnutí izolace,

4. Mechanické poškození izolace, průchod pod vedením předimenzovaných mechanismů,

5. Špatná údržba zařízení.

Častou příčinou poškození elektrické části elektrických instalací je nekvalifikované jednání personálu údržby.

Úmyslné zkraty

Při zavádění zjednodušených schémat zapojení pro snižovací rozvodny se používají speciální zařízení - která vytvářejí záměrné zkraty za účelem rychlého odstavení vzniklých škod. Spolu s náhodnými zkraty v napájecích systémech tedy existují i ​​úmyslné zkraty způsobené působením zkratů.

Důsledky zkratů

V důsledku zkratu se části vedoucí proud velmi přehřívají, což může vést k poruše izolace a také ke vzniku velkých mechanických sil, které přispívají ke zničení částí elektrických instalací.

V tomto případě je narušeno normální napájení spotřebitelů v nepoškozených úsecích sítě, protože nouzový zkrat v jednom vedení vede k obecnému poklesu napětí. V místě zkratu se konjugace stane nulovou a ve všech bodech až do bodu zkratu prudce klesne napětí a normální napájení nepoškozených vedení je nemožné.

Při vzniku zkratů v napájecí soustavě klesá její celkový odpor, což vede ke zvýšení proudů v jejích větvích oproti proudům v normálním režimu a to způsobuje pokles napětí jednotlivých bodů napájecí soustavy, což je zvláště vysoké v blízkosti zkratu. Stupeň snížení napětí závisí na provozu a vzdálenosti od místa poškození.

V závislosti na místě a době trvání poškození mohou být jeho následky lokální nebo ovlivnit celý systém napájení.

Pokud je zkrat daleko, může být velikost zkratového proudu jen malá část jmenovitého proudu napájecích generátorů a vznik takového zkratu je jimi vnímán jako mírné zvýšení zátěže.

K silnému poklesu napětí dochází pouze v blízkosti zkratu, zatímco na jiných místech v napájecí soustavě je tento pokles méně patrný. Nebezpečné následky zkratu se tak za uvažovaných podmínek projeví pouze v částech napájecího systému nejblíže místu nehody.

Zkratový proud, i když je ve srovnání se jmenovitým proudem generátorů malý, je většinou mnohonásobně vyšší než jmenovitý proud větve, kde ke zkratu došlo. Proto i při krátkodobém zkratovém proudu může způsobit další vodiče a vodiče vyšší, než je přípustné.

Zkratové proudy způsobují velké mechanické síly mezi vodiči, které jsou zvláště velké na začátku zkratového procesu, kdy proud dosáhne své maximální hodnoty. Při nedostatečné pevnosti vodičů a jejich upevnění může dojít k mechanickému poškození.

Náhlý hluboký pokles napětí při zkratu ovlivňuje provoz spotřebičů. Především se to týká motorů, protože i při krátkodobém poklesu napětí o 30-40% se mohou zastavit (motory se zastaví).

Zastavení motoru má vážný dopad na provoz průmyslového podniku, protože obnovení normálního výrobního procesu trvá dlouho a neočekávané zastavení motorů může způsobit vadné výrobky podniku.

Pokud je vzdálenost krátká a zkrat má dostatečnou dobu trvání, je možné, že paralelně fungující stanice mohou vypadnout ze synchronizace, tzn. narušení normálního provozu celého elektrického systému, což je nejnebezpečnější důsledek zkratu.

Nesymetrické proudové systémy, které vznikají při zemních poruchách, mohou vytvářet magnetické toky dostatečné k indukci značného EMF v sousedních obvodech (komunikační vedení, potrubí), které jsou nebezpečné pro obsluhující personál a zařízení těchto obvodů.

Důsledky zkratů jsou tedy následující:

1. Mechanické a tepelné poškození elektrického zařízení.

2. Požáry v elektrických instalacích.

3. Pokles napěťové hladiny v elektrické síti, vedoucí k poklesu točivého momentu elektromotorů, jejich brzdění, poklesu produktivity, případně až k jejich přetáčení.

4. Ztráta synchronizace jednotlivých generátorů, elektráren a částí elektrizační soustavy a vznik havárií včetně systémových havárií.

5. Elektromagnetický vliv na komunikační linky, komunikace atp.

Proč potřebujete vypočítat zkratové proudy?

Zkrat v obvodu v něm vyvolá přechodový děj, při kterém lze proud považovat za součet dvou složek: vynucené harmonické (periodické, sinusové) ip a volné (aperiodické, exponenciální) ia. Volná složka klesá s časovou konstantou Tk = Lk/rk = xk/ωrk s dozníváním přechodného děje. Maximální okamžitá hodnota iу celkového proudu i se nazývá rázový proud a jeho poměr k amplitudě Iпm je rázový koeficient.

Výpočet zkratových proudů je nutný pro správný výběr elektrického zařízení, návrh reléové ochrany a automatizace a volbu prostředků omezujících zkratové proudy.

Ke zkratům (SC) obvykle dochází přechodovými odpory – elektrickými oblouky, cizími předměty v místě poškození, podpěr a jejich uzemněním a také odporem mezi fázovými vodiči a zemí (například při pádu vodičů na zem). Pro zjednodušení výpočtů se předpokládá, že jednotlivé přechodové odpory, v závislosti na typu poškození, jsou si navzájem rovné nebo rovné nule („kovový“ nebo „mrtvý“ zkrat).