Resistencia a cortocircuitos. La corriente de cortocircuito es muchas veces mayor que la corriente durante el funcionamiento normal del equipo. Las posibles consecuencias de tal cortocircuito pueden ser: Cómo encontrar un cierre usando el método de eliminación
¿Qué es un cortocircuito? La mayoría de las veces, esta frase la pueden escuchar tanto electricistas como personas que no entienden en absoluto de electrónica e ingeniería eléctrica. Cuando se les pregunta por qué salía humo de algún electrodoméstico o dispositivo, todos responden unánimemente: “Se ha producido un cortocircuito”. Una excusa muy universal para aquellos que quieren parecer inteligentes, no sé).
Naturaleza del cortocircuito
Veamos un circuito simple que consta de una bombilla y una batería de automóvil:
En este caso, la corriente fluirá a través del circuito y la bombilla se encenderá.
Supongamos que nuestros cables que conducen a la bombilla están completamente desnudos. De repente, por algún milagro, otro cable desnudo similar cae sobre estos cables. Este cableado cierra nuestros dos cables pelados y comienza lo más interesante: un cortocircuito (cortocircuito). Un cortocircuito es un camino corto para que la corriente eléctrica fluya a través de un circuito donde hay la menor resistencia.
Ahora la corriente fluye tanto a través de la bombilla como del cableado. Pero nuestro cableado es mucho menor que la resistencia de la bombilla, y casi toda la corriente fluirá donde haya menos resistencia, es decir, a través del cableado. Y como nuestro cable tiene muy poca resistencia, la corriente fluirá muy grande, según la Ley de Ohm. Y si fluye una gran corriente, por tanto, la cantidad de calor generada por el cableado será muy grande, según la ley de Joule-Lenz. Al final, un gran flujo fluirá a lo largo del circuito, que está resaltado en rojo, y este circuito se calentará mucho. Calentar los cables puede provocar que se quemen o incluso se incendien. Este caso se llama cortocircuito.
Probablemente hayas escuchado más de una vez en las noticias que el incendio se produjo debido a un cortocircuito. En este caso, el cable de fase desnudo tocó el cable cero desnudo en algún lugar, o la fase tocó el suelo. Se produjo un cortocircuito y los cables comenzaron a calentarse hasta tal punto que su calentamiento encendió los objetos cercanos. De ahí el incendio.
Básicamente, los cortocircuitos se producen en casas antiguas debido a cables viejos que están agrietados en las costuras y pueden provocar un cortocircuito entre sí. Por lo tanto, lo primero que debe hacer al comprar un apartamento o una casa en el mercado secundario es observar el estado del cableado.
Signos típicos de un cortocircuito.
- Fusibles quemados en equipos electrónicos (REA)
- Calentar el circuito por el que circula la corriente de cortocircuito.
- fuente de voltaje bajo voltaje
- alta corriente
- fumar
- alambres carbonizados
- pistas de PCB quemadas
- depósitos negros en el lugar donde ocurrió el cortocircuito
¿Cómo lidiar con los cortocircuitos? Esto, por supuesto, implica instalar fusibles, disyuntores y tratar de realizar una instalación de cableado ordenada.
Consideremos un caso especial de conexión en paralelo de conductores: el llamado cortocircuito. Se llama conexión en paralelo de un conductor de muy baja resistencia en un circuito. Veamos un ejemplo.
Deje que las lámparas y el interruptor se conecten como se muestra en los diagramas. Tenga en cuenta que el interruptor y la segunda lámpara están conectados en paralelo; además, el interruptor cerrado en el diagrama de la derecha es un conductor con muy poca resistencia. Por lo tanto, según la definición, En el diagrama de la derecha hay un cortocircuito en la lámpara.
Supongamos, por ejemplo, que el voltaje de la fuente de corriente se selecciona de modo que cuando el interruptor está abierto, ambas lámparas no brillan mucho, a la mitad de intensidad (es por eso que en el primer diagrama están medio sombreadas). Si el interruptor está cerrado, la lámpara izquierda brillará intensamente y la lámpara derecha se apagará por completo. Así, aumentar el brillo de la lámpara izquierda nos indica que Cuando hay un cortocircuito en el circuito, la corriente aumenta bruscamente. Según la ley de Joule-Lenz, un aumento de la intensidad de la corriente puede provocar un sobrecalentamiento de los cables y un incendio.
Expliquemos por qué la lámpara izquierda se ilumina más. Recordemos que cuando los conductores se conectan en paralelo, su resistencia total se vuelve menor que la menor, es decir, incluso menor que la resistencia del interruptor (para el cual ya es casi cero). Según la ley de Ohm, una disminución de la resistencia provoca un aumento de la corriente. Y un aumento de corriente, según la ley de Joule-Lenz, conduce a un calentamiento más fuerte de la espiral de la lámpara izquierda.
Expliquemos ahora por qué se apaga la lámpara derecha. Dado que cuando los conductores están conectados en paralelo, el voltaje en cada uno de ellos es el mismo, los voltajes en la lámpara derecha y en el interruptor son los mismos. Según la ley de Ohm U=I·R. Como vimos en el párrafo anterior, la resistencia de esta conexión es casi nula, es decir, R»0. Sustituyendo cero en la fórmula, obtenemos: U=I·0=0. Es decir, el voltaje en el interruptor y la lámpara es cero (más precisamente, muy pequeño). Es evidente que este voltaje no es suficiente para mantener encendida la lámpara, por lo que se apaga.
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Para proteger los aparatos eléctricos de cortocircuitos se utilizan. fusibles. Su propósito es cortar la energía si la corriente aumenta por encima del valor permitido. En la imagen de la derecha ves auto Se fusiona con una base de tornillo como una lámpara. Estos fusibles (en el lenguaje común "enchufes") se atornillan en enchufes especiales que se montan en la pared.
También hay fusibles. La parte principal en ellos es un alambre delgado (de aproximadamente 0,1 mm de diámetro) hecho de estaño o plomo (ver figura a continuación). En caso de un fuerte aumento de corriente, ésta se funde casi instantáneamente y el circuito se abre, interrumpiendo la corriente. A diferencia de los fusibles "reutilizables", los fusibles son dispositivos eléctricos desechables.
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Si asumimos que los cables que suministran corriente al cableado del apartamento están hechos de aluminio y tienen un diámetro de 1 mm, entonces el área de la sección transversal del cable será 100 veces menor. Además, mirando la tabla, vemos que la resistividad del plomo es unas 10 veces mayor que la del aluminio. Por tanto, la resistencia del cable es aproximadamente 1000 veces mayor que la resistencia de un cable de aluminio de la misma longitud.
Dado que el cable y el fusible (es decir, el cable que se encuentra dentro de él) están conectados en serie, la corriente en ellos es la misma. Dado que, según la ley de Joule-Lenz, Q = I2Rt, la cantidad de calor liberada en el cable en cada momento es 1000 veces mayor que en el cable. Por eso el cable se funde, pero el cableado eléctrico permanece intacto. Actualmente, los fusibles prácticamente no se utilizan en tecnología, dando paso a los automáticos.
Ocurre cuando se conectan dos cables de un circuito, conectados a diferentes terminales (por ejemplo, en los circuitos de CC estos son “+” y “-”) de la fuente a través de una resistencia muy baja, que es comparable a la resistencia de los cables. ellos mismos.
La corriente durante un cortocircuito puede exceder muchas veces la corriente nominal en el circuito. En tales casos, el circuito debe interrumpirse antes de que la temperatura de los cables alcance valores peligrosos.
Para proteger los cables contra el sobrecalentamiento y evitar la ignición de los objetos circundantes, se incluyen dispositivos de protección (o) en el circuito.
Los cortocircuitos también pueden ocurrir debido a sobretensiones como resultado de tormentas eléctricas, rayos directos, daños mecánicos a las piezas aislantes y acciones erróneas del personal de mantenimiento.
Durante los cortocircuitos, las corrientes en el circuito en cortocircuito aumentan bruscamente y el voltaje disminuye, lo que representa un gran peligro para los equipos eléctricos y puede provocar interrupciones en el suministro de energía a los consumidores.
Los cortocircuitos ocurren:
trifásico (simétrico), en el que las tres fases están en cortocircuito;
bifásico (asimétrico), en el que solo se cortocircuitan dos fases;
bifásico a tierra en sistemas con neutros sólidamente puestos a tierra;
Monofásico asimétrico a tierra con neutros puestos a tierra.
La corriente alcanza su valor máximo durante un cortocircuito monofásico. Como resultado del uso de medidas artificiales especiales (por ejemplo, conectar a tierra los neutros, conectar a tierra solo una parte de los neutros), el valor máximo de la corriente de cortocircuito monofásico se puede reducir al valor del cortocircuito trifásico. corriente del circuito, para la cual se realizan cálculos con mayor frecuencia.
Causas de cortocircuitos.
La principal causa de los cortocircuitos es el aislamiento defectuoso de los equipos eléctricos.
Los fallos de aislamiento se producen por:
1. Sobretensiones (especialmente en redes con neutros aislados),
2. Caídas directas de rayos,
3. Envejecimiento del aislamiento,
4. Daño mecánico al aislamiento, paso por debajo de las líneas de mecanismos sobredimensionados,
5. Mal mantenimiento de los equipos.
A menudo, la causa de daños a la parte eléctrica de las instalaciones eléctricas son acciones no calificadas del personal de mantenimiento.
Cortocircuitos intencionales
Al implementar diagramas de conexión simplificados para subestaciones reductoras, se utilizan dispositivos especiales que crean cortocircuitos intencionales para eliminar rápidamente cualquier daño que se haya producido. Así, además de los cortocircuitos aleatorios en los sistemas de alimentación, también existen cortocircuitos intencionados provocados por la acción de cortocircuitos.
Consecuencias de los cortocircuitos.
Como resultado de un cortocircuito, las piezas portadoras de corriente se sobrecalientan mucho, lo que puede provocar fallos de aislamiento, así como la aparición de grandes fuerzas mecánicas que contribuyen a la destrucción de piezas de las instalaciones eléctricas.
En este caso, se interrumpe el suministro de energía normal a los consumidores en secciones no dañadas de la red, ya que un cortocircuito de emergencia en una línea conduce a una disminución general de la tensión. En el punto del cortocircuito, la conjugación se vuelve cero, y en todos los puntos hasta el punto del cortocircuito, el voltaje cae bruscamente y el suministro normal de energía a las líneas intactas se vuelve imposible.
Cuando se producen cortocircuitos en el sistema de alimentación, su resistencia total disminuye, lo que conduce a un aumento de las corrientes en sus ramas en comparación con las corrientes normales, y esto provoca una disminución en el voltaje de los puntos individuales del sistema de alimentación, lo cual es especialmente alto cerca del cortocircuito. El grado de reducción de voltaje depende de la operación y de la distancia desde el lugar del daño.
Dependiendo de la ubicación y duración del daño, sus consecuencias pueden ser locales o afectar a todo el sistema de suministro eléctrico.
Si el cortocircuito está lejos, la magnitud de la corriente de cortocircuito puede ser solo una pequeña parte de la corriente nominal de los generadores de suministro, y ellos perciben la aparición de dicho cortocircuito como un ligero aumento en la carga.
Sólo cerca del cortocircuito se produce una fuerte caída de tensión, mientras que en otros puntos del sistema de alimentación esta disminución es menos perceptible. En consecuencia, en las condiciones consideradas, las consecuencias peligrosas de un cortocircuito aparecen sólo en las partes del sistema de suministro de energía más cercanas al lugar del accidente.
La corriente de cortocircuito, aunque es pequeña en comparación con la corriente nominal de los generadores, suele ser muchas veces mayor que la corriente nominal de la rama donde ocurrió el cortocircuito. Por lo tanto, incluso durante una corriente de cortocircuito de corta duración, se pueden producir conductores adicionales y conductores más altos de lo permitido.
Las corrientes de cortocircuito provocan grandes fuerzas mecánicas entre los conductores, que son especialmente grandes al comienzo del proceso de cortocircuito, cuando la corriente alcanza su valor máximo. Si la resistencia de los conductores y sus fijaciones es insuficiente, pueden producirse daños mecánicos.
Una disminución repentina y profunda del voltaje durante un cortocircuito afecta el funcionamiento de los consumidores. En primer lugar, esto se aplica a los motores, ya que incluso con una disminución breve del voltaje del 30-40%, pueden detenerse (los motores se calan).
Las paradas de motores tienen un impacto grave en el funcionamiento de una empresa industrial, ya que se necesita mucho tiempo para restablecer el proceso de producción normal y una parada inesperada de los motores puede provocar productos defectuosos de la empresa.
Si la distancia es corta y el cortocircuito tiene una duración suficiente, es posible que las estaciones operativas en paralelo pierdan el sincronismo, es decir, interrupción del funcionamiento normal de todo el sistema eléctrico, que es la consecuencia más peligrosa de un cortocircuito.
Los sistemas de corriente desequilibrados que surgen durante fallas a tierra pueden crear flujos magnéticos suficientes para inducir campos electromagnéticos significativos en circuitos adyacentes (líneas de comunicación, tuberías), que son peligrosos para el personal operativo y el equipo de estos circuitos.
Así, las consecuencias de los cortocircuitos son las siguientes:
1. Daños mecánicos y térmicos a equipos eléctricos.
2. Incendios en instalaciones eléctricas.
3. Una disminución del nivel de tensión en la red eléctrica, que provoque una disminución del par de los motores eléctricos, su frenado, una disminución de la productividad o incluso su vuelco.
4. Pérdida de sincronización de generadores individuales, centrales eléctricas y partes del sistema eléctrico y ocurrencia de accidentes, incluidos los del sistema.
5. Influencia electromagnética en líneas de comunicación, comunicaciones, etc.
¿Por qué es necesario calcular las corrientes de cortocircuito?
Un cortocircuito en un circuito provoca un proceso transitorio en él, durante el cual la corriente puede considerarse como la suma de dos componentes: armónico forzado (periódico, sinusoidal) ip y libre (aperiódico, exponencial) ia. El componente libre disminuye con la constante de tiempo Tk = Lk/rk = xk/ωrk a medida que el proceso transitorio decae. El valor instantáneo máximo iу de la corriente total i se llama corriente de choque, y la relación entre esta última y la amplitud Iпm es el coeficiente de choque.
El cálculo de las corrientes de cortocircuito es necesario para la selección correcta de equipos eléctricos, el diseño de protección y automatización de relés y la selección de medios para limitar las corrientes de cortocircuito.
Los cortocircuitos (SC) generalmente ocurren a través de resistencias de transición: arcos eléctricos, objetos extraños en el lugar del daño, soportes y su conexión a tierra, así como resistencia entre los cables de fase y tierra (por ejemplo, cuando los cables caen al suelo). Para simplificar los cálculos, se supone que las resistencias de transición individuales, según el tipo de daño, son iguales entre sí o iguales a cero (cortocircuito “metálico” o “muerto”).
El cortocircuito es uno de los peligros de la tecnosfera
Incluso una persona alejada de la electricidad, al menos una vez en su vida, se ha topado con un fenómeno llamado “cortocircuito”. Para protegerse a sí mismo, a sus seres queridos, así como a su hogar y a sus electrodomésticos de este proceso, debe comprender cuidadosamente su naturaleza, causas y variedades.
Concepto y características del cortocircuito.
Desde el punto de vista de la ingeniería eléctrica, un cortocircuito es un fenómeno en el que la resistencia de un circuito eléctrico que consta de varios cables es extremadamente insignificante y se puede comparar con la resistencia de los propios cables. En este caso, según la ley de Ohm, la corriente superará su valor nominal varias veces a la vez, y esto sucederá casi en un instante. Esto, a su vez, provocará que el circuito eléctrico se rompa mucho antes de que se produzca un aumento crítico en la temperatura de los cables.
Principales causas del cortocircuito.
Como muestra la práctica, un cortocircuito ocurre con mayor frecuencia debido al hecho de que, por alguna razón, se rompe el aislamiento externo de los cables o equipos eléctricos. Esto, a su vez, puede estar asociado al envejecimiento paulatino de los elementos principales del circuito eléctrico, así como a su daño mecánico, e incluso a la caída de un rayo. Además, en los últimos años, ha habido cada vez más casos en empresas en las que un cortocircuito fue el resultado de un mantenimiento sin escrúpulos de los equipos eléctricos por parte de los servicios pertinentes.
Cierre artificial
Sin embargo, en el trabajo de las fábricas y plantas puede llegar un momento en el que sea necesario provocar este fenómeno de forma artificial. En particular, a menudo se utiliza un cortocircuito intencional en el circuito de subestaciones transformadoras que funcionan reduciendo la corriente. Para ello, se utilizan equipos especiales: cortocircuitos, que actúan como una especie de controladores. Si se produce algún daño en la línea o en el propio transformador, este dispositivo provocará artificialmente un cortocircuito, el circuito se romperá y no habrá consecuencias graves (por ejemplo, un incendio).
Consecuencias de un cortocircuito
Este fenómeno tiene consecuencias muy graves. En primer lugar, muy a menudo va acompañado de fallos en las instalaciones eléctricas y la aparición de incendios en las mismas. En segundo lugar, debido a un fuerte aumento de la corriente en el circuito, algunas partes del cable pueden verse sometidas a tensiones mecánicas, lo que provoca daños mecánicos y térmicos. En tercer lugar, muy a menudo un cortocircuito va acompañado de una caída de tensión significativa en el circuito o en sus secciones individuales. Esto, a su vez, conduce a un deterioro del rendimiento de los equipos eléctricos. Finalmente, en cuarto lugar, este fenómeno tiene un impacto extremadamente negativo en los dispositivos, cables y otros equipos eléctricos cercanos.
Métodos de protección contra cortocircuitos.
La protección contra cortocircuitos incluye una amplia gama de medidas, cuyo punto de partida es la prevención de daños a las líneas y equipos eléctricos. Además, para prevenir incendios, se utilizan dispositivos especiales: interruptores fusibles que, en caso de cortocircuito, se queman y abren el circuito eléctrico.
El cumplimiento de las normas de seguridad como principal forma de prevenir cortocircuitos
La potencia de un cortocircuito depende de muchos factores, el principal de los cuales es la intensidad de la corriente en el circuito. Al mismo tiempo, debe recordarse que cualquier fenómeno de este tipo representa un peligro potencial para los humanos, por lo que cuando trabaje con electricidad, debe cumplir estrictamente con las reglas de seguridad.
Érase una vez una señora, sin muchos conocimientos de ingeniería eléctrica, cuando un instalador le contó el motivo de la falta de luz en su apartamento. Resultó ser un cortocircuito y la mujer exigió que se prolongara de inmediato. Puedes reírte de esta historia, pero es mejor considerar este problema con más detalle. Los electricistas, incluso sin este artículo, saben qué es este fenómeno, qué amenaza y cómo calcular la corriente de cortocircuito. La información que se presenta a continuación está dirigida a personas que no tienen educación técnica, pero que, como todos, no están inmunes a los problemas asociados con el funcionamiento de equipos, máquinas, equipos de producción y los electrodomésticos más comunes. Es importante que toda persona sepa qué es un cortocircuito, cuáles son sus causas, posibles consecuencias y métodos para prevenirlo. Esta descripción no se puede completar sin estar familiarizado con los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica. Un lector que no los conozca puede aburrirse y no leer el artículo hasta el final.
Presentación popular de la ley de Ohm.
No importa cuál sea la naturaleza de la corriente en un circuito eléctrico, ésta ocurre sólo si hay una diferencia de potencial (o voltaje, es lo mismo). La naturaleza de este fenómeno se puede explicar con el ejemplo de una cascada: si hay un desnivel, el agua fluye en alguna dirección, y cuando no, se detiene. Incluso los escolares conocen la ley de Ohm, según la cual cuanto mayor es el voltaje, mayor es la corriente y cuanto menor es la resistencia incluida en la carga:
I es la magnitud de la corriente, que a veces se denomina "fuerza de la corriente", aunque esta no es una traducción completamente correcta del alemán. Medido en amperios (A).
De hecho, la corriente en sí no tiene ninguna fuerza (es decir, la causa de la aceleración), que es precisamente lo que se manifiesta durante un cortocircuito. Este término ya se ha vuelto familiar y se usa con frecuencia, aunque los profesores de algunas universidades, al escuchar las palabras "fuerza actual" de boca de un estudiante, inmediatamente lo califican de "fracaso". “¿Qué pasa con el fuego y el humo que sale del cableado durante un cortocircuito? - el oponente persistente preguntará: "¿No es esto fuerza?" Hay una respuesta a esta observación. El caso es que los conductores ideales no existen, y su calentamiento se debe precisamente a este hecho. Si suponemos que R = 0, entonces no se liberará calor, como se desprende de la ley de Joule-Lenz que se detalla a continuación.
U es la misma diferencia de potencial, también llamada voltaje. Se mide en Voltios (en nuestro país V, en el extranjero V). También se le llama fuerza electromotriz (EMF).
R es la resistencia eléctrica, es decir, la capacidad de un material de impedir el paso de la corriente. Para los dieléctricos (aislantes) es grande, aunque no infinito, para los conductores es pequeño. Medido en ohmios, pero evaluado como un valor específico. No hace falta decir que cuanto más grueso es el cable, mejor conduce la corriente y cuanto más largo, peor. Por tanto, la resistividad se mide en Ohmios multiplicados por un milímetro cuadrado y divididos por un metro. Además, su valor se ve afectado por la temperatura; cuanto mayor sea, mayor será la resistencia. Por ejemplo, un conductor de oro de 1 metro de largo y 1 metro cuadrado de sección transversal. mm a 20 grados Celsius tiene una resistencia total de 0,024 ohmios.
También existe una fórmula para la ley de Ohm para un circuito completo; se introduce en él la resistencia interna (propia) de la fuente de voltaje (EMF).
Dos fórmulas simples pero importantes
Es imposible entender la razón por la cual se produce la corriente de cortocircuito sin dominar otra fórmula simple. La potencia consumida por la carga es igual (sin tener en cuenta los componentes reactivos, pero hablaremos de ellos más adelante) al producto de la corriente y el voltaje.
P - potencia, Watt o Volt-Amperio;
U - voltaje, voltio;
Yo - corriente, amperio.
La potencia nunca es infinita, siempre está limitada por algo, por lo tanto, con su valor fijo, a medida que aumenta la corriente, el voltaje disminuye. La dependencia de estos dos parámetros del circuito operativo, expresada gráficamente, se denomina característica corriente-voltaje.
Y otra fórmula necesaria para calcular las corrientes de cortocircuito es la ley de Joule-Lenz. Da una idea de cuánto calor se genera al resistir una carga, y es muy sencillo. El conductor se calentará con una intensidad proporcional al voltaje y al cuadrado de la corriente. Y, por supuesto, la fórmula no está completa sin tiempo; cuanto más se caliente la resistencia, más calor liberará.
¿Qué sucede en un circuito durante un cortocircuito?
Entonces, el lector puede considerar que ha dominado todas las leyes físicas principales para comprender cuál puede ser la magnitud (está bien, que haya fuerza) de la corriente de cortocircuito. Pero primero debes decidir qué es exactamente. KZ (cortocircuito) es una situación en la que la resistencia de carga es cercana a cero. Veamos la fórmula de la ley de Ohm. Si consideramos su versión para una sección del circuito, es fácil entender que la corriente tenderá al infinito. En la versión completa, estará limitado por la resistencia de la fuente EMF. En cualquier caso, la corriente de cortocircuito es muy grande y, según la ley de Joule-Lenz, cuanto mayor es, más se calienta el conductor por el que discurre. Además, la dependencia no es directa, sino cuadrática, es decir, si I aumenta cien veces, se liberará diez mil veces más calor. Éste es el peligro del fenómeno, que en ocasiones provoca incendios.
Los cables se ponen al rojo vivo (o al rojo vivo) y transfieren esta energía a las paredes, techos y otros objetos que tocan, prendiéndoles fuego. Si una fase de algún dispositivo toca el conductor neutro, se produce una corriente de cortocircuito desde la fuente, cerrada a sí misma. La base combustible del cableado eléctrico es una pesadilla para los inspectores de incendios y el motivo de muchas multas impuestas a propietarios irresponsables de edificios y locales. Y la culpa, por supuesto, no son las leyes de Joule-Lenz y Ohm, sino el aislamiento que se ha secado por la vejez, una instalación descuidada o analfabeta, daños mecánicos o sobrecarga del cableado.
Sin embargo, la corriente de cortocircuito, por grande que sea, tampoco es infinita. La cantidad de problemas que puede causar está influenciada por la duración del calentamiento y los parámetros del circuito de suministro de energía.
circuitos de CA
Las situaciones comentadas anteriormente eran de carácter general o se referían a circuitos de CC. En la mayoría de los casos, el suministro eléctrico tanto de instalaciones residenciales como industriales se realiza desde una red de tensión alterna de 220 o 380 Voltios. Los problemas con el cableado de CC ocurren con mayor frecuencia en los automóviles.
Existe una diferencia significativa entre estos dos tipos principales de suministro de energía. El caso es que el paso de la corriente alterna se ve impedido por componentes de resistencia adicionales, llamados reactivos y provocados por la naturaleza ondulatoria de los fenómenos que surgen en ellos. Las inductancias y capacitancias reaccionan a la corriente alterna. La corriente de cortocircuito del transformador está limitada no solo por la resistencia activa (u óhmica, es decir, que se puede medir con un probador de bolsillo), sino también por su componente inductivo. El segundo tipo de carga es capacitiva. Los vectores de los componentes reactivos están desviados con respecto al vector de corriente activo. La corriente inductiva va por detrás y la corriente capacitiva la adelanta 90 grados.
Un ejemplo de la diferencia de comportamiento de una carga con un componente reactivo es un altavoz convencional. Algunos fanáticos de la música alta lo sobrecargan hasta que el difusor impulsa el campo magnético hacia adelante. La bobina se sale del núcleo y se quema inmediatamente porque el componente inductivo de su voltaje disminuye.
Tipos de cortocircuito
La corriente de cortocircuito puede ocurrir en diferentes circuitos conectados a diferentes fuentes de CC o CA. La situación más simple es con el plus habitual, que de repente se conecta con el menos, sin pasar por la carga útil.
Pero con la corriente alterna hay más opciones. La corriente de cortocircuito monofásica ocurre cuando una fase está conectada al neutro o conectada a tierra. En una red trifásica pueden producirse contactos no deseados entre dos fases. Un voltaje de 380 voltios o más (cuando se transmite energía a largas distancias a lo largo de líneas eléctricas) también puede causar consecuencias desagradables, incluido un arco eléctrico en el momento de la conmutación. Los tres (o cuatro, junto con el neutro) cables se pueden cortocircuitar al mismo tiempo y la corriente de cortocircuito trifásica fluirá a través de ellos hasta que se active el sistema de protección automática.
Pero eso no es todo. En los rotores y estatores de máquinas eléctricas (motores y generadores) y transformadores, a veces se produce un fenómeno tan desagradable como un cortocircuito entre espiras, en el que los bucles de cables adyacentes forman una especie de anillo. Este circuito cerrado tiene una resistencia de CA extremadamente baja. La intensidad de la corriente de cortocircuito en las espiras aumenta, lo que provoca el calentamiento de toda la máquina. En realidad, si ocurre tal desastre, no debe esperar hasta que todo el aislamiento se derrita y el motor eléctrico comience a humear. Es necesario rebobinar los devanados de la máquina; para ello se requiere equipo especial. Lo mismo se aplica a aquellos casos en los que, debido a la corriente de cortocircuito "entre vueltas" del transformador, surge una corriente de cortocircuito. Cuanto menos se queme el aislamiento, más fácil y económico será rebobinarlo.
Cálculo del valor actual durante un cortocircuito.
Por catastrófico que sea tal o cual fenómeno, su evaluación cuantitativa es importante para la ingeniería y las ciencias aplicadas. La fórmula de la corriente de cortocircuito es muy similar a la ley de Ohm, sólo que requiere alguna explicación. Entonces:
I cortocircuito = Uph / (Zn + Zt),
hago cortocircuito - valor de la corriente de cortocircuito, A;
Uph - voltaje de fase, V;
Zn es la resistencia total (incluido el componente reactivo) del bucle en cortocircuito;
Zt es la resistencia total (incluido el componente reactivo) del transformador de suministro (potencia), Ohm.
Las impedancias se definen como la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyos catetos representan los valores de resistencia activa y reactiva (inductiva). Es muy sencillo, sólo necesitas utilizar el teorema de Pitágoras.
En la práctica se utilizan con mayor frecuencia que la fórmula de corriente de cortocircuito, curvas derivadas experimentalmente. Representan las dependencias de la magnitud del cortocircuito. de la longitud del conductor, la sección transversal del cable y la potencia del transformador de potencia. Las gráficas son una colección de rectas exponencialmente descendentes, de las que sólo queda elegir la adecuada. El método proporciona resultados aproximados, pero su precisión se adapta bien a las necesidades prácticas de los ingenieros energéticos.
¿Cómo funciona el proceso?
Todo parece suceder instantáneamente. Algo zumbó, la luz se atenuó y luego se apagó. De hecho, como cualquier fenómeno físico, el proceso puede ampliarse, ralentizarse, analizarse y dividirse mentalmente en fases. Antes del inicio de una emergencia, el circuito se caracteriza por un valor de corriente constante que se encuentra dentro del modo nominal. De repente, la resistencia total cae bruscamente hasta un valor cercano a cero. Los componentes inductivos (motores eléctricos, bobinas de choque y transformadores) de la carga parecen ralentizar el proceso de crecimiento de la corriente. Así, en los primeros microsegundos (hasta 0,01 segundos), la corriente de cortocircuito de la fuente de tensión permanece prácticamente sin cambios e incluso disminuye ligeramente debido al inicio del proceso transitorio. Al mismo tiempo, su FEM alcanza gradualmente el valor cero, luego lo atraviesa y se establece en algún valor estabilizado, lo que garantiza la aparición de un gran cortocircuito I. La corriente misma en el momento del proceso transitorio es la suma de componentes periódicos y aperiódicos. Se analiza la forma del gráfico del proceso, como resultado de lo cual es posible determinar un valor constante de tiempo, dependiendo del ángulo de inclinación de la tangente a la curva de aceleración en el punto de su inflexión (la primera derivada) y el tiempo de retardo, determinado por el valor del componente reactivo (inductivo) de la resistencia total.
Corriente de choque de cortocircuito
El término "corriente de choque de cortocircuito" se utiliza a menudo en la literatura técnica. No debes tener miedo de este concepto; no da tanto miedo y no tiene relación directa con la descarga eléctrica. Este concepto significa el valor máximo de cortocircuito. en un circuito de corriente alterna, alcanzando normalmente su valor medio ciclo después de que se haya producido una situación de emergencia. A una frecuencia de 50 Hz, el período es de 0,2 segundos y su mitad es, respectivamente, de 0,1 segundos. En este momento, la interacción de los conductores ubicados cerca unos de otros alcanza su mayor intensidad. La corriente de choque de cortocircuito se determina mediante una fórmula que no tiene sentido presentar en este artículo, que no está destinado a especialistas ni siquiera a estudiantes. Está disponible en literatura especializada y libros de texto. En sí misma, esta expresión matemática no es particularmente difícil, pero requiere comentarios bastante voluminosos que profundicen al lector en la teoría de los circuitos eléctricos.
Aviso breve útil
Parecería que el hecho obvio es que un cortocircuito es un fenómeno extremadamente malo, desagradable e indeseable. Esto puede provocar, en el mejor de los casos, un apagón de la instalación, el cierre del equipo de protección de emergencia y, en el peor de los casos, la quema del cableado e incluso un incendio. Por tanto, todos los esfuerzos deben concentrarse en evitar esta desgracia. Sin embargo, calcular las corrientes de cortocircuito tiene un significado muy real y práctico. Se han inventado muchos medios técnicos que funcionan en modos de alta corriente. Un ejemplo es una máquina de soldar convencional, especialmente una máquina de soldar por arco, que durante el funcionamiento prácticamente cortocircuita el electrodo a tierra. Otro problema es que estos modos son de corta duración y la potencia del transformador les permite soportar estas sobrecargas. Al soldar, pasan enormes corrientes en el punto de contacto del extremo del electrodo (se miden en decenas de amperios), como resultado de lo cual se libera suficiente calor para derretir localmente el metal y crear una costura fuerte.
Métodos de protección
En los primeros años del rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica, cuando la humanidad todavía experimentaba valientemente, introduciendo dispositivos galvánicos, inventando varios tipos de generadores, motores e iluminación, surgió el problema de proteger estos dispositivos contra sobrecargas y corrientes de cortocircuito. La solución más sencilla fue instalar elementos fusibles en serie con la carga, que se destruían bajo la influencia del calor resistivo si la corriente superaba el valor establecido. Estos fusibles todavía sirven a la gente hoy en día; sus principales ventajas son la simplicidad, la fiabilidad y el bajo coste. Pero también tienen desventajas. La simplicidad misma del "tapón" (como lo llamaron los poseedores de fusibles por su forma específica) provoca que los usuarios, después de que se queme, no filosofen, sino que reemplacen los elementos defectuosos con los primeros cables, clips o incluso clavos que llegar a la mano. ¿Vale la pena mencionar que dicha protección contra corrientes de cortocircuito no cumple su noble función?
En las empresas industriales, los interruptores automáticos comenzaron a usarse para desenergizar circuitos sobrecargados antes que en los cuadros de distribución residenciales, pero en las últimas décadas, los "embotellamientos" han sido reemplazados en gran medida por ellos. Las “máquinas automáticas” son mucho más cómodas; no es necesario cambiarlas, sino encenderlas después de eliminar la causa del cortocircuito y esperar a que se enfríen los elementos térmicos. A veces sus contactos se queman, en cuyo caso es mejor sustituirlos y no intentar limpiarlos o repararlos. Los disyuntores diferenciales más complejos, de alto costo, no duran más que los convencionales, pero su carga funcional es más amplia, cortan el voltaje en caso de una mínima fuga de corriente "hacia un lado", por ejemplo, cuando una persona; está electrocutado.
En la vida cotidiana, no se recomienda experimentar con cortocircuitos.
