Режим короткого замыкания: Режим короткого замыкания (электроника) | это… Что такое Режим короткого замыкания (электроника)?

как определить и что делать

Довольно часто в электрических сетях, при возникновении определенных условий, может наступить режим короткого замыкания. В таких случаях происходит контакт двух точек с различными потенциалами. Данное явление представляет собой серьезную опасность как для людей, так и для объектов, где это случилось. Значительный ущерб может быть нанесен и трансформаторам, особенно тем, которые используются в системах передачи электроэнергии на большие расстояния. Поэтому в электротехнике большое внимание уделяется защитным мероприятиям.

Содержание

Что такое короткое замыкание

Коротким замыканием называется такое состояние электрической сети, при котором возникает контакт между какими-либо точками цепи с разными значениями потенциалов. Зона контакта отличается низким сопротивлением, поэтому в таком месте резко возрастает сила тока, многократно превышая допустимые значения.

Таким образом, при замыкании источника напряжения с незначительным внутренним сопротивлением, в цепи начнет протекать ток, представляющий собой отношение ЭДС этого источника и суммы, которая включает в себя внутреннее сопротивление источника и сопротивление замкнутой цепи. Когда источник тока обладает большой мощностью, сила тока значительно возрастает. Высокий потенциал наносит повреждения всем элементам цепи, в том числе, соединительным проводам и потребителям. Как правило, они быстро перегреваются и становятся причиной возгорания.

В связи с этим, схема использования мощных источников питания предполагает включение в цепь защиту потребителей от коротких замыканий, возникающих под действием различных факторов. Простейшими средствами защиты от разрушений служат плавкие предохранители. Чаще всего используются автоматические защитные устройства, способные многократно восстанавливать работоспособность цепи после срабатывания, в то время как предохранители могут быть использованы лишь один раз.

Особую опасность замыкание представляет для аккумуляторных батарей. Пребывание в таком состоянии в течение длительного времени вызывает закипание электролита и его разбрызгивание. Литиевые АКБ в таких случаях перегреваются, их корпус взрывается, а сам литий начинает гореть.

Виды коротких замыканий

Все электрические замыкания можно условно разделить на несколько разновидностей.

Подобная классификация определяется ГОСТом 52735-2007 и представлена следующими видами:

• Трехфазное КЗ. Наступает в результате электрического контакта между всеми тремя фазами. В данном случае распределение нагрузки происходит симметрично, без так называемого перекоса фаз, значительно упрощая расчеты силы тока короткого замыкания. Однако, с точки зрения электродинамики и теплового воздействия, данное явление считается наиболее опасным. Любые контакты с землей не оказывают влияния на общий ход и параметры процесса.
• Замыкание фазы и нуля. Данная схема процесса и все последующие, которые будут рассматриваться, относятся к разряду несимметричных. Подобное состояние чаще всего становится причиной перекосов напряжения, а при разрушении слоя изоляции токоведущих частей, возможен переход в другое качество – замыкание фазы с другой фазой.
• Замыкание двух фаз и земли. Такие ситуации характерны для систем с заземленными нейтралями.
• Замыкание одной фазы и земли. В практической деятельности встречается наиболее часто, затрагивает промышленные и бытовые сети и оборудование, подключенное к ним.
• Двойное замыкание на землю, при котором каждая фаза самостоятельно замыкается с землей, а между собой они электрически не контактируют.

Причины возникновения КЗ

Во многих случаях замыкание в цепи носит случайный характер. Однако, существуют специфические причины, которые прямо или косвенно влияют на возникновение режима короткого замыкания.

Среди них наибольшее распространение получили следующие:

• Изношенные электрические сети и оборудование бытовых и промышленных объектов. В процессе длительной эксплуатации наступает полная или частичная потеря диэлектрических свойств изоляции токоведущих частей и проводников. Это приводит к неожиданным и незапланированным соединениям, то есть, замыканиям. Состояние изоляции определяется путем визуального осмотра.
• Высокая нагрузка на сеть, превышающая допустимые нормы. В результате, токоведущие части и провода сильно нагреваются, изоляция повреждается и наступает нештатная ситуация.
• Удары молний в высоковольтную линию вызывают перенапряжение в сети. Это может произойти не только из-за прямого попадания, но и по причине ионизации воздуха, вызванной близким разрядом. Электропроводимость воздуха резко возрастает и между линиями с высокой вероятностью появляется электрическая дуга.
• Физические воздействия, приводящие к механическим повреждениям изоляционного слоя.
• Металлические предметы могут соприкоснуться с токоведущими частями. Часто происходит из-за неудовлетворительного содержания электрохозяйства.
• Неисправное электрооборудование, подключаемое к сети.
• Большое значение имеет человеческий фактор. Сюда входят все случаи, произошедшие в результате неправильных действий рабочих или обслуживающего персонала. В основном, это ошибки при монтаже, неправильная схема подключения, попытки отремонтировать неисправное оборудование и т. д.

Короткие замыкания и трансформаторные устройства

Существенное негативное влияние замыкания в цепях оказывают практически на все виды трансформаторов. В подобных случаях возникает режим короткого замыкания, при котором токопровод с нулевым сопротивлением замыкает на выводах вторичную обмотку. В условиях эксплуатации это приводит к возникновению аварийного режима из-за резкого роста вторичного и первичного тока, сравнительно с номиналом.

С целью предотвращения негативных последствий в цепях, использующих трансформаторные устройства предусматривается защита, обеспечивающая автоматическое отключение прибора.

В специальных лабораториях проводят испытания трансформаторов на их устойчивость к таким воздействиям. Для этого зажимы на вторичной обмотке коротко замыкаются, а на первичную обмотку подается напряжение U_к, при котором ее ток будет оставаться на уровне номинала. Напряжение короткого замыкания u_к является основной характеристикой трансформатора, выражается в процентах и вычисляется по формуле: u_к = (U_к х 100)/U_1ном. Величина U_1ном представляет собой показатель номинального первичного напряжения.

При коротком замыкании значение U_к является очень маленькой величиной, в связи с этим потери холостого хода в несколько сотен раз меньше, чем в условиях действия номинального напряжения. Сильный нагрев обмоток приводит к росту их активного сопротивления и дальнейшим потерям мощности трансформатора. Они известны также, как потери короткого замыкания или электрические потери.

В режиме КЗ будут изменяться и внешние характеристики трансформатора в соответствии с подключенной нагрузкой. Так, индуктивная нагрузка вызывает снижение напряжения на вторичной обмотке с одновременным увеличением тока. Емкостные нагрузки, как показывает график, наоборот, приводят к росту напряжения при увеличении нагрузочного тока. Чисто активная нагрузка будет удерживать характеристики тока и напряжения в более жестких рамках.

Режим короткого замыкания трансформатора | Теорія

Електроенергетика мережi, обладнання

Деталі

Категорія: Теорія

• трансформатор

Как известно, в режиме нагрузки вторичная обмотка трансформатора включается на сопротивление приемников. Во вторичной цепи устанавливается ток, пропорциональный нагрузке трансформатора. При питании большого числа приемников нередки случаи, когда нарушается изоляция соединительных проводов. Если в местах повреждения изоляции произойдет соприкосновение проводов, питающих приемники, то возникнет режим, называемый коротким замыканием (к. з.) участка цепи. Если соединительные провода, идущие от обмотки, замкнутся где-то в точках а и б, расположенных до приемника энергии (рисунок 1), то возникнет короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора. В этом режиме вторичная обмотка окажется замкнутой накоротко. При этом она будет продолжать получать энергию из первичной обмотки и отдавать ее во вторичную цепь, которая состоит теперь только из обмотки и части соединительных проводов. 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопроводРисунок 1 — Короткое замыкание на выводах вторичной обмотки трансформатора На первый взгляд кажется, что при коротком замыкании трансформатор должен неизбежно разрушиться, так как сопротивление r₂ обмотки и соединительных проводов в десятки раз меньше сопротивления r приемника. Если допустить, что сопротивление r нагрузки хотя бы в 100 раз больше r₂, то и ток короткого замыкания I_2к должен быть в 100 раз больше тока I₂ при нормальной работе трансформатора. Так как первичный ток также возрастает в 100 раз (I₁ω₁ = I₂ω₂), потери в обмотках трансформатора резко увеличатся, а именно в 100² раз (I²r), т. е. в 10000 раз. При этих условиях температура обмоток за 1—2 с достигнет 500—600° С и они быстро сгорят. Кроме того, при работе трансформатора между обмотками всегда существуют механические усилия, стремящиеся раздвинуть обмотку в радиальном и осевом направлениях. Эти усилия пропорциональны произведению токов I₁ I₂ в обмотках, и если при коротком замыкании каждый из токов I₁ и I₂ увеличится, например, в 100 раз, то и усилия увеличатся в 10000 раз. Их величина при этом достигнет сотен тонн и обмотки трансформатора должны были бы мгновенно разрушиться. Однако на практике этого не происходит. Трансформаторы выдерживают, как правило, короткие замыкания в те весьма малые промежутки времени, пока защита не отключит их от сети. При коротком замыкании резко проявляется действие какого-то дополнительного сопротивления, ограничивающего ток короткого замыкания в обмотках. Это сопротивление связано с магнитными потоками рассеяния Ф_Р1 и Ф_Р2, которые ответвляются от основного потока Ф₀ и замыкаются каждый вокруг части витков «своей» обмотки 1 или 2 (рисунок 2). 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — общая ось обмоток и стержня трансформатора; 4 — магнитопровод; 5 — главный канал рассеянияРисунок 2 — Потоки рассеяния и концентрическое расположение обмоток трансформатора Непосредственно измерять величину рассеяния очень трудно: слишком разнообразны пути, по которым могут замыкаться эти потоки. Поэтому на практике рассеяние оценивают по влиянию, которое оно оказывает на напряжение и токи в обмотках. Очевидно, что потоки рассеяния возрастают с увеличением тока, протекающего в обмотках. Очевидно также, что при нормальной работе трансформатора поток рассеяния составляет сравнительно небольшую долю основного потока Ф₀. Действительно, поток рассеяния сцеплен только с частью витков, основной поток — со всеми витками. Кроме того, поток рассеяния большую часть пути вынужден проходить по воздуху, магнитная проницаемость которого принята за единицу, т. е. она в сотни раз меньше магнитной проницаемости стали, по которой замыкается поток Ф₀. Все это справедливо как для нормальной работы, так и для режима короткого замыкания трансформатора. Однако поскольку потоки рассеяния определяются токами в обмотках, а в режиме короткого замыкания токи увеличиваются в сотни раз, то во столько же увеличиваются и потоки Ф_р; при этом они значительно превосходят поток Ф₀. Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс самоиндукции Е_p1 и Е_р2, направленные против тока. Противодействие, например, эдс Е_р2 можно считать некоторым дополнительным сопротивлением в цепи вторичной обмотки при ее коротком замыкании. Это сопротивление называют реактивным. Для вторичной обмотки справедливо уравнение Е₂ = U₂ + I₂r₂ + (-E_p2). В режиме короткого замыкания U₂=0 и уравнение преобразуется следующим образом: E₂ = I_2Kr_2K + (-E_p2K), или E₂ = I_2Kr_2K + I_2Kх_2K, где индекс «к» относится к сопротивлениям и токам в режиме короткого замыкания; I_2Kх_2K — индуктивное падение напряжения в режиме короткого замыкания, равное но величине E_p2K; х_2K — реактивное сопротивление вторичной обмотки. Опыт показывает, что в зависимости от мощности трансформатора сопротивление х₂ в 5—10 раз больше r₂. Поэтому в действительности ток I_2K не в 100, а лишь в 10—20 раз будет больше тока I₂ при нормальной работе трансформатора (активным сопротивлением из-за его малой величины пренебрегаем). Следовательно, в действительности потери в обмотках увеличатся не в 10000, а только в 100—400 раз; температура обмоток за время короткого замыкания (несколько секунд) едва достигнет 150—200° С и в трансформаторе за это малое время не возникнет никаких серьезных повреждений. Итак, благодаря рассеянию трансформатор способен сам защищаться от токов короткого замыкания. Все рассмотренные явления происходят при коротком замыкании на зажимах (вводах) вторичной обмотки (см. точки а и б на рисунке 1). Это — аварийный режим работы для большинства силовых трансформаторов и возникает он, конечно, не каждый день или даже не каждый год. За время работы (15—20 лет) трансформатор может иметь всего несколько столь тяжелых коротких замыканий. Тем не менее, он должен быть так спроектирован и изготовлен, чтобы они не разрушили его и не привели к аварии. Надо четко представлять себе явления, происходящие в трансформаторе при коротком замыкании, сознательно собирать наиболее ответственные узлы его конструкции. В этом отношении весьма существенную роль играет одна из важнейших характеристик трансформатора — напряжение короткого замыкания.

• Попередня
• Наступна

Трансформатори

Близьки публікації

• Теплопроводность обмоток и охлаждение трансформаторов малой мощности
• Теплопередача в трансформаторах и вязкостные свойства масел
• Эксплуатация трансформаторного масла
• Сушка активной части силовых трансформаторов
• Стяжка и крепеж силового трансформатора

Copyright © 2007 — 2023 Електроенергетика При цитуванні — посилання є обов`язковим (в інтернеті — активне гіперпосилання).

Наверх

Способы переноса металла: короткое замыкание

Способы переноса металла относятся к различным способам переноса присадочного металла (электрода) через сварочную дугу в сварочную ванну. Мы можем написать книгу на эту тему, но мы постараемся дать представление о различных способах передачи, о том, что они требуют, каковы их преимущества и ограничения.

Переменные, определяющие режим переноса металла, включают: диаметр проволоки, силу тока, напряжение и состав защитного газа.

Основные режимы переноса металла:

1. Перенос короткого замыкания (короткая дуга)
2. Шаровидный
3. Спрей
4. Импульсный распылитель

Существуют варианты, которые создают подкатегории внутри этих четырех, но нет необходимости усложнять вещи из-за в основном теоретической дифференциации.

В этой статье основное внимание будет уделено передаче при коротком замыкании, а остальные три режима мы рассмотрим в следующих постах.

Передача короткого замыкания

Короткое замыкание, обычно называемое «короткой дугой» и формально называемое GMAW-S, представляет собой режим переноса металла с низким подводом тепла, при котором перенос металла с электрода в сварочную ванну происходит в результате серии электрических коротких замыканий. Когда сварочная проволока подается, она вступает в физический контакт с основным материалом и создает короткое замыкание. При возникновении короткого замыкания напряжение сразу падает до нуля. Однако сварочные аппараты MIG являются источниками питания постоянного напряжения, и их основная задача заключается в поддержании постоянного напряжения. Чтобы сделать это при наличии короткого замыкания, которое хочет сбросить напряжение до нуля, источник питания увеличит силу тока, чтобы разорвать короткое замыкание.

Короткое замыкание практически снесено скачком силы тока, вызвавшим своего рода взрыв. Этот взрыв вызывает брызги и треск, который мы слышим. Некоторые люди сравнивают звук передачи короткого замыкания со звуком жарящегося бекона. Каждый раз, когда проволока замыкается на основной металл, сварочная дуга гаснет. Сварочный аппарат мгновенно отреагирует на всплеск силы тока, чтобы устранить короткое замыкание и снова зажечь дугу. Это происходит много раз в секунду (до 200 раз в секунду!), поэтому мы никогда не видим, как гаснет дуга.

Этот график зависимости силы тока и напряжения от времени показывает, как короткое замыкание сводит напряжение к нулю, и в то же время источники питания увеличивают силу тока для разрыва короткого замыкания .

Передача короткого замыкания приводит к низкому подводу тепла из-за низкой силы тока и низкого напряжения. Из-за этого он ограничен тонкими материалами. Американское общество сварщиков запрещает использование передачи короткого замыкания в предварительных процедурах сварки из-за высокой вероятности непровара.

Типичные защитные газы для передачи при коротком замыкании включают 100 % диоксида углерода и смеси, содержащие до 75 % аргона, а остальное составляет диоксид углерода.

Преимущества переноса с коротким замыканием

• Подходит для более тонких материалов (1/8 дюйма и менее) — низкое тепловложение предотвращает продувку основного материала, а при достаточной скорости перемещения может также предотвращать деформацию.
• Сварка во всех положениях – благодаря низкому подводу тепла сварочная ванна быстро затвердевает, что позволяет выполнять сварку во всех положениях.
• Отлично подходит для зазоров и плохой подгонки — передача короткого замыкания хороша для плохой подгонки, включая зазоры. По этой причине короткое замыкание широко используется для запуска корневого прохода по трубе.
• Низкая стоимость. Низкие требования к силе тока для передачи короткого замыкания означают, что можно использовать простые недорогие источники питания. Углекислый газ также относительно недорог по сравнению со смесями с высоким содержанием аргона.

Ограничение передачи короткого замыкания

• Ограничено листовым металлом – как упоминалось выше, низкое тепловложение приводит к несплавлению на более толстых участках.
• Брызги – короткое замыкание дуги и последующее срабатывание дуги из-за резкого скачка силы тока приводит к разбрызгиванию, что увеличивает время очистки и снижает эффективность электрода.
• Запрещено использовать в процедурах сварки, прошедших предварительную квалификацию (из-за склонности к несплавлению).

Самая большая проблема с переносом короткого замыкания заключается в том, что мы можем сделать очень красивый сварной шов, который создает иллюзию качества. Ежедневно на рамах прицепов, стальных зданиях и других несущих конструкциях выполняются одно- и многопроходные переходные швы с коротким замыканием. Вот почему наличие квалифицированных сварочных процедур имеет решающее значение. Соблюдение норм, таких как AWS D1.1 Structural Welding Code (Steel), следует рассматривать не как неудобство, а как возможность повысить качество, следуя проверенным рекомендациям.

Чтобы проиллюстрировать, что может означать использование передачи короткого замыкания в элементах конструкции, взгляните на изображения ниже. Первый сварной шов (слева) был выполнен методом короткого замыкания. Сварной шов справа был выполнен струйным переносом.

Сварка слева была выполнена с помощью короткого замыкания, и при манипулировании движением электрода образуются отчетливые ряби. Сварной шов справа представлял собой стрингер (без манипуляций), выполненный методом распыления. Оба сварных шва были выполнены на пластине толщиной 3/8 дюйма.

Глядя на внешний вид этих сварных швов, мы можем предположить, что оба шва хорошие. Некоторые люди предпочитают сварку слева, потому что им нравится вид ряби. Но что находится под этими сварными швами? Давайте взглянем.

Протравленное поперечное сечение сварного шва короткого замыкания (слева) ясно показывает непровар. На изображении справа показано глубокое проникновение, связанное с переносом распылением.

Хотя оба сварных шва имеют одинаковый размер, сварной шов справа (нанесение распылением) имеет почти вдвое большую несущую способность благодаря глубокому проплавлению корня. Сварочный шов с коротким замыканием справа показывает значительное непроваривание. Эти сварные швы были выполнены на материале толщиной 3/8 дюйма, чтобы показать, что перенос короткого замыкания не следует использовать для толстых секций.

Для получения дополнительной информации по этой теме прочитайте «Как определить прочность на сдвиг углового сварного шва».

Не пора ли вам подумать о качестве ваших сварных швов?

Ссылка: Справочник по процедурам дуговой сварки, 14-е издание

Опубликовано вторник, 4 сентября 2018 г. Категории: Процесс GMAW, Процессы

Раскрытие существенной связи: Некоторые ссылки в посте выше являются «партнерскими ссылками». Это означает, что если вы нажмете на ссылку и купите товар, мы получим партнерскую комиссию. Несмотря на это, мы рекомендуем только продукты или услуги, которыми пользуемся лично, и верим, что они принесут пользу нашим читателям. Я раскрываю это в соответствии с 16 CFR Федеральной торговой комиссии, часть 255: «Руководства по использованию одобрений и отзывов в рекламе».

Что такое передача с коротким замыканием?

9 сентября 2022 г. 28 октября 2019 г. Welding Tech

Короткое замыкание переноса — это тип переноса металла, который происходит, когда электрод касается или замыкает сварочную ванну. Это приводит к гашению дуги, уменьшению тока и расплавлению электрода. Затем цикл повторяется.

Каковы преимущества переключения с коротким замыканием?

Использование передачи с коротким замыканием имеет много преимуществ, в том числе:

• Это очень стабильная дуга, которая отлично подходит для начинающих.
• Может использоваться с широким спектром материалов.
• Дает меньше брызг, чем другие типы трансферов.
• Меньшая вероятность деформации свариваемого материала.

Каковы недостатки передачи с коротким замыканием?

Использование короткозамкнутого переноса имеет некоторые недостатки, в том числе:

• Он не так эффективен, как другие типы переносов, поэтому сварка может занять больше времени.
• С этим типом переноса может быть труднее добиться хорошего проникновения.

Что такое перенос струйной дуги?

Перенос струйной дуги — это тип переноса металла, который происходит, когда электрод держат чуть выше сварочной ванны, и из электрода вылетает струя расплавленного металла. Этот спрей покрывает сварочную ванну и создает дугу, которую можно использовать для сварки материала.

Какие существуют способы переноса металла при сварке?

Способы переноса металла при сварке:

• Перенос с коротким замыканием
• Спрей-дуговой перенос
• Шаровидный перенос
• Импульсный спрей-дуговой перенос

В чем разница между GMAW и FCAW?

GMAW (Дуговая сварка металлическим газом) — это тип сварки, при котором для сварки металлов используется электрическая дуга. Этот метод также известен как сварка MIG (металл в инертном газе). FCAW (дуговая сварка порошковой проволокой) — это тип сварки, в котором для сварки металлов также используется электрическая дуга, но вместо сплошной проволоки используется порошковая проволока.