Odolnost proti zkratu. Zkratový proud je mnohonásobně vyšší než proud při běžném provozu zařízení. Možné důsledky takového zkratu mohou být: Jak najít uzávěr pomocí eliminační metody

Co je zkrat? Nejčastěji lze tuto frázi slyšet od elektrikářů a také lidí, kteří elektronice a elektrotechnice vůbec nerozumí. Na otázku, proč z nějakého spotřebiče nebo zařízení vychází kouř, všichni jednomyslně odpoví: "Došlo ke zkratu." Velmi univerzální výmluva pro ty, kteří chtějí vypadat jako chytrý neznámý).

Povaha zkratu

Podívejme se na jednoduchý obvod sestávající z žárovky a autobaterie:

V tomto případě bude obvodem protékat proud a žárovka bude svítit.

Předpokládejme, že naše dráty, které vedou k žárovce, jsou zcela holé. Najednou nějakým zázrakem spadne na tyto dráty další podobný holý drát. Toto zapojení uzavírá naše dva holé vodiče a začíná to nejzajímavější - a zkrat (zkrat). Zkrat je krátká cesta pro to, aby elektrický proud procházel obvodem, kde je nejmenší odpor.

Nyní protéká proud jak žárovkou, tak kabeláží. Naše elektroinstalace je ale mnohem menší než odpor žárovky a téměř veškerý proud poteče tam, kde je menší odpor - tedy kabeláží. A protože odpor našeho drátu je velmi malý, proud bude podle Ohmova zákona protékat velmi velký. A pokud protéká velký proud, množství tepla generovaného kabeláží bude podle Joule-Lenzova zákona velmi velké. Po okruhu, který je zvýrazněn červeně, nakonec poteče velký proud a tento okruh se velmi zahřeje. Zahřívání drátů může způsobit jejich spálení nebo dokonce požár. Tento případ se nazývá zkrat.

Pravděpodobně jste ve zprávách nejednou slyšeli, že požár vznikl v důsledku zkratu. V tomto případě se holý fázový vodič na nějakém místě dotkl nulového vodiče nebo se fáze dotkla země. Došlo ke zkratu a dráty se začaly zahřívat do takové míry, že jejich zahřívání zapálilo blízké předměty. Proto ten oheň.

Většinou dochází ke zkratům ve starých domech ze starých kabelů, které praskají ve švech a mohou se mezi sebou zkratovat. Proto je první věcí při nákupu bytu nebo domu na sekundárním trhu podívat se na stav elektroinstalace.

Typické příznaky zkratu

• spálené pojistky v elektronických zařízeních (REA)
• ohřev okruhu, ve kterém protéká zkratový proud
• zdroj napětí nízké napětí
• vysoký proud
• kouř
• zuhelnatělé dráty
• vypálené stopy PCB
• černé usazeniny v místě, kde ke zkratu došlo

Jak se vypořádat se zkraty? To samozřejmě obnáší instalaci pojistek, jističů a snahu o úhlednou instalaci elektroinstalace.

Uvažujme zvláštní případ paralelního zapojení vodičů – tzv zkrat.Říká se tomu paralelní zapojení vodiče s velmi nízkým odporem v obvodu. Podívejme se na příklad.
Nechte lampy a spínač zapojit tak, jak je znázorněno na schématech. Všimněte si, že spínač a druhá lampa jsou zapojeny paralelně, navíc sepnutý spínač v pravém schématu je vodič s velmi malým odporem. Proto podle definice V pravém schématu je zkrat v lampě.

Předpokládejme například, že napětí zdroje proudu je zvoleno tak, že při rozepnutém spínači obě lampy nesvítí příliš jasně - poloviční intenzitou (proto jsou v prvním schématu napůl zastíněné). Pokud je spínač zavřený, levá lampa bude jasně hořet a pravá lampa úplně zhasne. Zvýšení jasu levé lampy nám to tedy naznačuje Když dojde ke zkratu v obvodu, proud prudce vzroste. Podle Joule-Lenzova zákona může zvýšení síly proudu vést k přehřátí vodičů a požáru.
Vysvětleme, proč se levá kontrolka rozsvítí jasněji. Připomeňme si, že při paralelním zapojení vodičů se jejich celkový odpor stává menším než ten menší, tedy ještě menším než odpor spínače (u kterého je již téměř nulový). Podle Ohmova zákona vede pokles odporu ke zvýšení proudu. A zvýšení proudu podle Joule-Lenzova zákona vede k silnějšímu zahřívání spirály levé lampy.
Nyní si vysvětlíme, proč zhasla správná lampa. Protože při paralelním zapojení vodičů je napětí na každém z nich stejné, jsou stejná napětí na pravé lampě a na vypínači. Podle Ohmova zákona U=I·R. Jak jsme zjistili v předchozím odstavci, odpor tohoto spojení je téměř nulový, tedy R»0. Dosazením nuly do vzorce dostaneme: U=I·0=0. To znamená, že napětí na spínači a lampě je nulové (přesněji velmi malé). Toto napětí zjevně nestačí na to, aby lampa svítila, takže zhasne.

Používají se k ochraně elektrických spotřebičů před zkratem pojistky. Jejich účelem je vypnout elektřinu, pokud se proud zvýší nad přípustnou hodnotu. Na obrázku vpravo vidíte auto pojistka se šroubovací základnou jako lampa. Takové pojistky (hovorově „zástrčky“) jsou zašroubovány do speciálních zásuvek, které jsou namontovány na stěně.
Existují také pojistky. Hlavní částí v nich je tenký (asi 0,1 mm v průměru) drát vyrobený z cínu nebo olova (viz obrázek níže). V případě silného nárůstu proudu se téměř okamžitě roztaví a obvod se otevře, čímž se proud přeruší. Na rozdíl od „opakovaně použitelných“ pojistek jsou pojistky elektrická zařízení na jedno použití.

Pokud předpokládáme, že vodiče přivádějící proud do bytové elektroinstalace jsou vyrobeny z hliníku a mají průměr 1 mm, pak bude plocha průřezu přívodního vodiče 100krát menší. Navíc při pohledu na tabulku vidíme, že měrný odpor olova je asi 10krát větší než u hliníku. Proto je odpor drátu přibližně 1000krát větší než odpor hliníkového drátu stejné délky.
Vzhledem k tomu, že drát a pojistka (tedy drát uvnitř něj) jsou zapojeny do série, proud v nich je stejný. Protože podle Joule-Lenzova zákona je Q = I2Rt, množství tepla uvolněného v drátu v každém časovém okamžiku je 1000krát větší než v drátu. Proto se drát roztaví, ale elektrické vedení zůstane neporušené. V současné době se pojistky v technologii prakticky nepoužívají a ustupují automatickým.

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.

Často je příčinou poškození elektrické části elektroinstalace 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 normálním proudům a to způsobuje pokles napětí jednotlivých bodů napájecí soustavy, což je zejména vysoko v blízkosti zkratu. Míra snížení napětí závisí na provozu a vzdálenosti od místa poruchy.

V závislosti na místě a délce poškození mohou být jeho následky lokální nebo ovlivnit celý napájecí systém.

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).

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 poškozena 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. Navíc se v posledních letech v podnicích stále častěji objevují případy, kdy byl zkrat 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 snížením proudu. 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 je hlavním způsobem, jak zabránit zkratům

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.

Kdysi paní, nepříliš znalé elektrotechniky, řekl instalatér důvod ztráty světla v jejím bytě. Ukázalo se, že šlo o zkrat a žena požadovala okamžité prodloužení. Tomuto příběhu se můžete smát, ale je lepší zvážit tento problém podrobněji. Elektrotechnickí specialisté i bez tohoto článku vědí, jaký je tento jev, co ohrožuje a jak vypočítat zkratový proud. Níže uvedené informace jsou určeny lidem, kteří nemají technické vzdělání, ale stejně jako všichni ostatní nejsou imunní vůči potížím spojeným s provozem zařízení, strojů, výrobních zařízení a nejběžnějších domácích spotřebičů. Je důležité, aby každý člověk věděl, co je zkrat, jaké jsou jeho příčiny, možné následky a způsoby, jak mu předcházet. Tento popis nelze dokončit bez seznámení se základy elektrotechnické vědy. Čtenář, který je nezná, se může nudit a článek nedočte do konce.

Populární prezentace Ohmova zákona

Bez ohledu na to, jaká je povaha proudu v elektrickém obvodu, vyskytuje se pouze v případě, že existuje rozdíl potenciálů (nebo napětí, je to totéž). Povahu tohoto jevu lze vysvětlit na příkladu vodopádu: pokud je rozdíl hladin, voda teče nějakým směrem, a když ne, stojí. Dokonce i školáci znají Ohmův zákon, podle kterého čím vyšší napětí, tím vyšší proud a čím nižší, tím vyšší je odpor zahrnutý v zátěži:

I je velikost proudu, která se někdy nazývá „síla proudu“, i když to není zcela správný překlad z němčiny. Měřeno v ampérech (A).

Proud ve skutečnosti nemá žádnou sílu (tedy příčinu zrychlení), což je právě to, co se projevuje při zkratu. Tento termín se již stal známým a často se používá, ačkoli učitelé některých univerzit, když slyšeli slova „současná síla“ z úst studenta, okamžitě mu dali „selhání“. „A co oheň a kouř vycházející z elektroinstalace při zkratu? - vytrvalý protivník se zeptá: "Není to síla?" Na tuto poznámku existuje odpověď. Faktem je, že ideální vodiče neexistují a jejich zahřívání je způsobeno právě touto skutečností. Pokud předpokládáme, že R=0, pak by se neuvolnilo žádné teplo, jak je zřejmé z níže uvedeného Joule-Lenzova zákona.

U je stejný potenciálový rozdíl, nazývaný také napětí. Měří se ve Voltech (u nás V, v zahraničí V). Nazývá se také elektromotorická síla (EMF).

R je elektrický odpor, tedy schopnost materiálu bránit průchodu proudu. U dielektrik (izolantů) je velká, i když ne nekonečná, u vodičů je malá. Měřeno v Ohmech, ale vyhodnoceno jako konkrétní hodnota. Je samozřejmé, že čím je drát silnější, tím lépe vede proud a čím je delší, tím hůře. Proto se měrný odpor měří v ohmech násobených čtverečním milimetrem a děleným metrem. Jeho hodnota je navíc ovlivněna teplotou, čím vyšší je, tím větší je odpor. Například zlatý vodič o délce 1 metr a průřezu 1 metr čtvereční. mm při 20 stupních Celsia má celkový odpor 0,024 Ohm.

Existuje také vzorec pro Ohmův zákon pro úplný obvod; je do něj zaveden vnitřní (vlastní) odpor zdroje napětí (EMF).

Dva jednoduché, ale důležité vzorce

Není možné pochopit důvod, proč dochází ke zkratovému proudu, aniž bychom zvládli další jednoduchý vzorec. Výkon spotřebovaný zátěží se rovná (bez zohlednění jalových složek, ale o nich později) součinu proudu a napětí.

P - výkon, Watt nebo Volt-Amp;

U - napětí, Volt;

I - proud, Ampere.

Výkon není nikdy nekonečný, vždy je něčím omezen, proto s jeho pevnou hodnotou, jak se proud zvyšuje, napětí klesá. Závislost těchto dvou parametrů pracovního obvodu, vyjádřená graficky, se nazývá charakteristika proud-napětí.

A ještě jeden vzorec nezbytný pro výpočet zkratových proudů je Joule-Lenzův zákon. Poskytuje představu o tom, kolik tepla vzniká při odporu zátěže, a je velmi jednoduché. Vodič se zahřeje s intenzitou úměrnou napětí a druhé mocnině proudu. A samozřejmě, že vzorec není kompletní bez času, čím déle se odpor zahřívá, tím více tepla uvolní.

Co se děje v obvodu při zkratu

Čtenář se tedy může domnívat, že zvládl všechny hlavní fyzikální zákony, aby pochopil, jaká může být velikost (dobře, budiž síla) zkratového proudu. Nejprve se však musíte rozhodnout o tom, co přesně to je. KZ (zkrat) je situace, kdy se zatěžovací odpor blíží nule. Podívejme se na vzorec Ohmova zákona. Pokud vezmeme v úvahu jeho verzi pro část obvodu, je snadné pochopit, že proud bude mít tendenci k nekonečnu. V plné verzi bude omezena odporem zdroje EMF. V každém případě je zkratový proud velmi velký a podle Joule-Lenzova zákona platí, že čím větší je, tím více se zahřívá vodič, po kterém probíhá. Závislost navíc není přímá, ale kvadratická, to znamená, že když stonásobně zvýším, tak se uvolní deset tisíckrát více tepla. To je nebezpečí jevu, který někdy vede k požárům.

Dráty se rozžhaví (nebo rozžhaví do běla) a přenesou tuto energii na stěny, stropy a další předměty, kterých se dotýkají, a zapálí je. Pokud se fáze v některém zařízení dotkne nulového vodiče, dojde ke zkratovému proudu ze zdroje, uzavřeného do sebe. Hořlavá báze elektroinstalace je noční můrou požárních inspektorů a důvodem mnoha pokut udělovaných nezodpovědným majitelům objektů a areálů. A na vině samozřejmě nejsou Joule-Lenzovy a Ohmovy zákony, ale vyschlá izolace stářím, neopatrnou nebo negramotnou instalací, mechanickým poškozením nebo přetížením elektroinstalace.

Zkratový proud, bez ohledu na to, jak velký může být, však také není nekonečný. Množství problémů, které může způsobit, je ovlivněno délkou ohřevu a parametry napájecího obvodu.

AC obvody

Výše uvedené situace byly obecné povahy nebo se týkaly stejnosměrných obvodů. Ve většině případů se napájení obytných i průmyslových zařízení provádí ze sítě střídavého napětí 220 nebo 380 voltů. Potíže se stejnosměrnou elektroinstalací se nejčastěji vyskytují v autech.

Mezi těmito dvěma hlavními typy napájení je rozdíl a jeden významný. Faktem je, že průchodu střídavého proudu brání další odporové složky, nazývané reaktivní a způsobené vlnovou povahou jevů v nich vznikajících. Indukčnosti a kapacity reagují na střídavý proud. Zkratový proud transformátoru je omezen nejen aktivním (neboli ohmickým, tedy kapesním testerem měřitelným) odporem, ale také jeho indukční složkou. Druhý typ zátěže je kapacitní. Ve vztahu k aktivnímu vektoru proudu jsou vektory reaktivních složek vychýleny. Indukční proud zaostává a kapacitní proud ho vede o 90 stupňů.

Příkladem rozdílu v chování zátěže s reaktivní složkou je běžný reproduktor. Někteří fanoušci hlasité hudby jej přetěžují, dokud difuzér nevyrazí magnetické pole dopředu. Cívka odlétá od jádra a okamžitě shoří, protože se sníží indukční složka jejího napětí.

Typy zkratů

Zkratový proud se může objevit v různých obvodech připojených k různým zdrojům stejnosměrného nebo střídavého proudu. Nejjednodušší situace je s obvyklým plusem, které se náhle spojilo s mínusem a obcházelo užitečné zatížení.

Ale se střídavým proudem je více možností. Jednofázový zkratový proud nastane, když je fáze připojena k nule nebo uzemněna. V třífázové síti může dojít k nežádoucímu kontaktu mezi dvěma fázemi. Napětí 380 a více voltů (při přenosu energie na velké vzdálenosti po elektrickém vedení) voltů může také způsobit nepříjemné následky, včetně záblesku oblouku v okamžiku sepnutí. Všechny tři (nebo čtyři, spolu s nulovým vodičem) mohou být zkratovány současně a třífázový zkratový proud jimi bude protékat až do spuštění automatického ochranného zařízení.

Ale to není všechno. V rotorech a statorech elektrických strojů (motorů a generátorů) a transformátorů někdy dochází k tak nepříjemnému jevu, jako je mezizávitový zkrat, při kterém sousední drátěné smyčky tvoří jakýsi prsten. Tato uzavřená smyčka má extrémně nízký AC odpor. Síla zkratového proudu v závitech se zvyšuje, tím dochází k zahřívání celého stroje. Ve skutečnosti, pokud dojde k takové katastrofě, neměli byste čekat, až se všechna izolace roztaví a elektromotor začne kouřit. Vinutí stroje je třeba převinout, to vyžaduje speciální vybavení. Totéž platí pro případy, kdy vlivem „přerušovacího“ zkratového proudu transformátoru vznikl zkratový proud. Čím méně izolace hoří, tím jednodušší a levnější bude převíjení.

Výpočet hodnoty proudu při zkratu

Bez ohledu na to, jak katastrofický může být ten či onen jev, jeho kvantitativní posouzení je důležité pro inženýrství a aplikovanou vědu. Vzorec zkratového proudu je velmi podobný Ohmovu zákonu, jen vyžaduje určité vysvětlení. Tak:

I zkrat = Uph / (Zn + Zt),

Zkratuji - hodnota zkratového proudu, A;

Uph - fázové napětí, V;

Zn je celkový (včetně reaktivní složky) odpor zkratované smyčky;

Zt je celkový (včetně jalové složky) odpor napájecího (výkonového) transformátoru, Ohm.

Impedance jsou definovány jako přepona pravoúhlého trojúhelníku, jehož ramena představují hodnoty aktivního a reaktivního (indukčního) odporu. Je to velmi jednoduché, stačí použít Pythagorovu větu.

Poněkud častěji než vzorec pro zkratový proud se v praxi používají experimentálně odvozené křivky. Představují závislosti velikosti I zkratu. na délce vodiče, průřezu vodiče a výkonu silového transformátoru. Grafy jsou sbírkou exponenciálně klesajících čar, ze kterých zbývá jen vybrat tu vhodnou. Metoda poskytuje přibližné výsledky, ale její přesnost dobře vyhovuje praktickým potřebám energetiků.

Jak proces funguje?

Zdá se, že se vše děje okamžitě. Něco zahučelo, světlo pohaslo a pak zhaslo. Ve skutečnosti, jako každý fyzický jev, může být proces mentálně protažen, zpomalen, analyzován a rozdělen do fází. Před vznikem nouzové situace je obvod charakterizován ustálenou hodnotou proudu, která je v rámci jmenovitého režimu. Najednou celkový odpor prudce klesne na hodnotu blízkou nule. Zdá se, že indukční součásti (elektromotory, tlumivky a transformátory) zátěže zpomalují proces růstu proudu. Zkratový proud zdroje napětí tak zůstává v prvních mikrosekundách (do 0,01 sec) prakticky nezměněn a dokonce mírně klesá v důsledku nástupu přechodového procesu. Přitom jeho EMF postupně dosáhne nulové hodnoty, pak jím projde a ustálí se na nějaké stabilizované hodnotě, která zajistí vznik velkého I zkratu. Samotný proud v okamžiku přechodového děje je součtem periodických a aperiodických složek. Je analyzován tvar procesního grafu, v důsledku čehož je možné určit konstantní hodnotu času v závislosti na úhlu sklonu tečny ke křivce zrychlení v místě jejího ohybu (první derivace) a doba zpoždění, určená hodnotou jalové (indukční) složky celkového odporu.

Zkratový rázový proud

V technické literatuře se často používá termín „zkratový rázový proud“. Tohoto konceptu se nemusíte bát, není vůbec děsivý a nemá přímý vztah k úrazu elektrickým proudem. Tento pojem znamená maximální hodnotu I zkratu. v obvodu střídavého proudu, obvykle dosahující své hodnoty půl cyklu po vzniku nouzové situace. Při frekvenci 50 Hz je perioda 0,2 sekundy a její polovina je 0,1 sekundy. V tomto okamžiku dosahuje interakce blízko sebe umístěných vodičů největší intenzity. Zkratový rázový proud je určen vzorcem, který nemá smysl uvádět v tomto článku, který není určen specialistům a dokonce ani studentům. Je k dispozici v odborné literatuře a učebnicích. Toto matematické vyjádření samo o sobě není nijak zvlášť obtížné, vyžaduje však poměrně obsáhlé komentáře, které čtenáře prohloubí do teorie elektrických obvodů.

Užitečné krátké upozornění

Zdá se, že zřejmým faktem je, že zkrat je extrémně špatný, nepříjemný a nežádoucí jev. To může vést v nejlepším případě k výpadku zařízení, vypnutí nouzového ochranného zařízení a v nejhorším případě k vyhoření elektroinstalace a dokonce požáru. Veškeré úsilí se proto musí soustředit na to, abychom tomuto neštěstí zabránili. Výpočet zkratových proudů má však velmi reálný a praktický význam. Bylo vynalezeno mnoho technických prostředků, které pracují v režimech vysokého proudu. Příkladem je konvenční svařovací stroj, zejména obloukový svařovací stroj, který při provozu prakticky zkratuje elektrodu k uzemnění. Dalším problémem je, že tyto režimy jsou krátkodobé povahy a výkon transformátoru jim umožňuje odolat těmto přetížením. Při svařování procházejí v místě kontaktu konce elektrody obrovské proudy (měří se v desítkách ampérů), v důsledku čehož se uvolňuje dostatek tepla k lokálnímu roztavení kovu a vytvoření silného švu.

Metody ochrany

Hned v prvních letech překotného rozvoje elektrotechniky, kdy lidstvo ještě statečně experimentovalo, zavádělo galvanická zařízení, vynalézalo různé druhy generátorů, motorů a osvětlení, vyvstal problém ochránit tato zařízení před přetížením a zkratovými proudy. Nejjednodušším řešením bylo instalovat tavné prvky do série se zátěží, které byly zničeny vlivem odporového tepla, pokud proud překročil nastavenou hodnotu. Takové pojistky slouží lidem dodnes, jejich hlavními výhodami jsou jednoduchost, spolehlivost a nízká cena. Ale mají i nevýhody. Samotná jednoduchost „zástrčky“ (jak ji pro svůj specifický tvar nazývali držitelé tavných sazeb) provokuje uživatele po vyhoření nikoli k filozofování, ale k nahrazení neúspěšných prvků prvními dráty, kancelářskými sponkami nebo dokonce hřebíky, které přijít pod ruku. Stojí za zmínku, že taková ochrana proti zkratovým proudům neplní svou ušlechtilou funkci?

V průmyslových podnicích se automatické spínače začaly používat k odbuzení přetížených obvodů dříve než v bytových rozvaděčích, ale v posledních desetiletích jsou jimi z velké části nahrazovány „dopravní zácpy“. „Automatické stroje“ jsou mnohem pohodlnější, nemusíte je měnit, ale zapněte je po odstranění příčiny zkratu a počkejte, až se tepelné prvky ochladí. Jejich kontakty někdy vyhoří, v takovém případě je lepší je vyměnit a nepokoušet se je čistit nebo opravovat. Složitější diferenciální jističe za vysokou cenu nevydrží déle než klasické, ale jejich funkční zatížení je širší, vypínají napětí při minimálním úniku proudu „na stranu“, například při člověku je zabit elektrickým proudem.

V každodenním životě se nedoporučuje experimentovat se zkraty.