Сила тока короткого замыкания формула физика. Короткое замыкание: причины, последствия и способы защиты

Что такое короткое замыкание в электрической цепи. Какие бывают виды коротких замыканий. Каковы основные причины возникновения КЗ. Какие могут быть последствия короткого замыкания. Как защитить электрическую сеть от КЗ.

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ) — это непредусмотренное нормальным режимом работы соединение двух точек электрической цепи с разными потенциалами, приводящее к резкому увеличению силы тока. При коротком замыкании ток идет по пути наименьшего сопротивления, минуя нагрузку.

Основные признаки короткого замыкания:

• Резкое падение напряжения в сети
• Значительное увеличение силы тока
• Быстрый нагрев проводников
• Появление электрической дуги
• Срабатывание защитных устройств

Виды коротких замыканий

В зависимости от того, какие проводники замыкаются между собой, различают следующие виды КЗ:

• Однофазное — замыкание фазного провода на нулевой или заземленный
• Двухфазное — замыкание между двумя фазными проводниками
• Трехфазное — одновременное замыкание трех фаз
• Межвитковое — замыкание между витками обмотки электродвигателя или трансформатора

Наиболее опасным считается трехфазное короткое замыкание, так как при нем возникают самые большие токи.

Причины возникновения коротких замыканий

Основные причины, по которым может произойти короткое замыкание в электрической сети:

• Нарушение изоляции проводов и кабелей
• Механические повреждения проводки
• Попадание влаги на оголенные провода
• Ошибки при монтаже электропроводки
• Неисправности электроприборов
• Перегрузка сети
• Старение изоляции проводов

Какие факторы чаще всего приводят к коротким замыканиям в бытовой электросети? Основные причины связаны с нарушением правил эксплуатации электроприборов и проводки:

• Использование электроприборов с поврежденной изоляцией шнура питания
• Перегибание и передавливание электрических проводов
• Подключение слишком большого количества мощных электроприборов
• Неквалифицированный ремонт электропроводки

Последствия коротких замыканий

Короткие замыкания могут привести к серьезным последствиям, если вовремя не сработает защита:

• Пожар из-за перегрева проводов и возгорания изоляции
• Выход из строя электрооборудования
• Поражение человека электрическим током
• Отключение электроснабжения
• Взрыв аккумуляторов или конденсаторов

Какие повреждения может вызвать ток короткого замыкания? Основные последствия:

• Термическое действие — перегрев и расплавление проводников
• Электродинамическое действие — механическая деформация проводов
• Электромагнитное действие — наведение помех в линиях связи

Защита от коротких замыканий

Для защиты электрических сетей и оборудования от коротких замыканий применяются следующие устройства:

• Автоматические выключатели
• Предохранители
• УЗО (устройства защитного отключения)
• Дифференциальные автоматы
• Токовые реле

Как работает защита от короткого замыкания? Принцип действия основан на быстром отключении поврежденного участка цепи при превышении допустимого тока. Например, в автоматических выключателях используется электромагнитный или тепловой расцепитель, который размыкает контакты при КЗ.

Как предотвратить короткие замыкания

Чтобы снизить риск возникновения коротких замыканий, рекомендуется соблюдать следующие правила:

• Не допускать механических повреждений проводки
• Не перегружать электросеть мощными приборами
• Своевременно заменять старую проводку
• Использовать кабели и провода с качественной изоляцией
• Правильно выбирать сечение проводов
• Устанавливать надежные устройства защиты
• Регулярно проверять исправность электропроводки

При соблюдении этих мер можно существенно снизить вероятность возникновения опасных коротких замыканий в электрической сети.

Что делать при коротком замыкании

Если в вашем доме произошло короткое замыкание, необходимо действовать по следующему алгоритму:

1. Обесточить электросеть, отключив главный автомат
2. Отключить все электроприборы от сети
3. Определить место и причину короткого замыкания
4. Устранить повреждение электропроводки
5. Заменить сработавшие предохранители или автоматы
6. Включить электричество и проверить работу сети

При серьезных повреждениях или возгорании необходимо немедленно вызвать пожарных и электриков. Не пытайтесь самостоятельно устранять серьезные неисправности в электропроводке!

Ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания — это максимальный ток, который может протекать в электрической цепи при коротком замыкании. Его величина зависит от следующих факторов:

• Мощность источника питания
• Сопротивление цепи короткого замыкания
• Удаленность точки КЗ от источника
• Фазность короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания? Для однофазной цепи используется формула:

I_кз = U / Z_кз

где U — напряжение источника, Z_кз — полное сопротивление цепи короткого замыкания.

Для трехфазной сети:

I_кз = U_ф * √3 / Z_кз

где U_ф — фазное напряжение.

Заключение

Короткие замыкания представляют серьезную опасность для электрических сетей и оборудования. Чтобы избежать негативных последствий, важно соблюдать правила эксплуатации электроустановок, своевременно проводить профилактические осмотры и применять надежные средства защиты. При правильном подходе риск возникновения КЗ можно свести к минимуму.

Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую цепь, и по ней начинает течь электрический ток.

Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии — механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (в осветительных приборах).

При создании электроприборов обязательно рассчитываются и указываются в маркировках и технических паспортах оптимальное и максимальное значение силы тока и напряжения. При превышении максимальных значений перегрев элементов прибора может нарушить их электрическую изоляцию, повлиять на работоспособность прибора.

 

Рассмотрим простейшую электрическую цепь, которая состоит из источника тока (1), выключателя (2) и потребителя электроэнергии (3), соединённых между собой проводами (рис. 1).

 

Рис. 1

 

Сила тока в этой цепи определяется по закону Ома:

 

I=UR, где

 

\(U\) — напряжение в сети;

\(R\) — сопротивление потребителя электроэнергии (электроприбора).

Сила тока прямо пропорциональна напряжению в сети и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создаёт электроприбор.

Что произойдёт, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке 2, то есть между точками \(A\) и \(B\) напрямую?

Рис. 2

 

В этом случае основная часть электрического тока потечёт по проводнику \(AB\), минуя потребитель тока, так как сопротивление участка \(AB\) намного меньше, чем сопротивление электроприбора.

При этом общее сопротивление цепи сильно уменьшится, а в результате, согласно закону Ома для участка цепи, сила тока в ней резко возрастёт. Возникнет короткое замыкание.

Короткое замыкание (КЗ) — явление резкого увеличения значения электрического тока в цепи вследствие уменьшения внешнего сопротивления до нуля.

Ток короткого замыкания прямо пропорционален ЭДС цепи и обратно пропорционален внутреннему сопротивлению ЭДС: \(I_{кз}=\frac{\varepsilon}{r}\).

Как известно из закона Джоуля-Ленца, количество теплоты \(Q\), выделяемое на участке цепи \(R\), пропорционально квадрату силы тока \(I\) на этом участке:

 

Q=I2Rt, где

 

\(t\) — время протекания тока по цепи.

 

Согласно этому закону, если при коротком замыкании ток увеличится в \(10\) раз, то количество теплоты, выделяющейся при этом, возрастёт примерно в \(100\) раз (при прочих равных условиях)!

Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и в конечном итоге привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания и к пожару.
 

Чаще всего причиной короткого замыкания является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплуатации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.

Электрический ток — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Основные теоретические сведения

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление

К оглавлению…

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I₁ до значения I₂, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом.

Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R₀ – сопротивление проводника при 0°С, t

– температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

 

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

К оглавлению…

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока

I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_B. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением R_A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

 

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

К оглавлению…

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению…

Работа A электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

 

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению…

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R₁ и R₂ на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

 

Электролиз

К оглавлению…

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, N_A – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 

Электрический ток в газах и в вакууме

К оглавлению…

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов. Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов — электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов.

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием — ионизатором. Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α-частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов — электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

в чем причина, защита, определение для чайников

Мы часто слышим «Произошло короткое замыкание», «В цепи коротнуло». Сразу понятно, что случилось что-то незапланированное и нехорошее. Но почему замыкание именно короткое, а не длинное? Покончим с неопределенностью и разберемся, что именно происходит при коротком замыкании в электрической цепи.

Что такое короткое замыкание (КЗ)

Электрический скат плавает в океане и не устраивает КЗ, вполне обходясь без знания закона Ома. Нам же для понимания природы и причин короткого замыкания этот закон просто необходим. Так что, если вы еще не успели, читаем про закон Ома, силу тока, напряжение, сопротивление и прочие прекрасные физические понятия.

Теперь, когда вы все это знаете, можно привести определение короткого замыкания из физики и электротехники:

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, не предусмотренное нормальным режимом работы цепи и приводящее к критичному росту силы тока в месте соединения.

КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины, выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Почему это происходит? Детально разберем, что творится в цепи при коротком замыкании.

Возьмем самую простую цепь. В ней есть источник тока, сопротивление и провода. Причем, сопротивлением проводов можно пренебречь. Такой схемы вполне достаточно для понимания сути КЗ.

Простейшая электрическая цепь

В замкнутой цепи действует закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Иначе говоря, чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.

Точнее, для нашей цепи закон Ома запишется в следующем виде:

Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока, а греческая буква эпсилон обозначает ЭДС источника.

Что понимают под силой тока короткого замыкания? Если сопротивления R в нашей цепи не будет, или оно будет очень маленьким, то сила тока увеличится, и в цепи потечет ток короткого замыкания:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Виды коротких замыканий и их причины

В быту короткие замыкания бывают:

• однофазные – когда фазный провод замыкается на ноль. Такие КЗ случаются чаще всего;
• двухфазные – когда одна фаза замыкается на другую;
• трехфазные – когда замыкаются сразу три фазы. Это самый проблемный вид КЗ.

Например, утром в воскресенье ваш сосед за стенкой соединяет фазу и ноль в розетке, включив в нее перфоратор. Это значит, что цепь замыкается, и ток идет через нагрузку, то есть через включенный в розетку прибор.

Если же сосед соединит провода фазы и нуля в розетке без подключения нагрузки, то в цепи возникнет КЗ, но вы сможете поспать подольше.

Тем, кто не знает, для лучшего понимания полезно будет почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Короткое замыкание называют коротким, так как ток при таком замыкании цепи как бы идет по короткому пути, минуя нагрузку. Контролируемое или длинное замыкание – это обычное, привычное всем включение приборов в розетку.

Защита от короткого замыкания

Сначала о том, какие последствия может вызвать КЗ:

1. Поражение человека электрическим током и выделяющимся теплом.
2. Пожар.
3. Выход из строя приборов.
4. Отключение электричества и отсутствие интернета дома. Как следствие — вынужденная необходимость читать книги и ужинать при свечах.

КЗ — возможная причина пожара

Как видите, короткое замыкание – враг и вредитель, с которым нужно бороться. Какие есть способы защиты от короткого замыкания?

Почти все они основаны на том, чтобы быстро разомкнуть цепь при обнаружении КЗ. Это можно сделать с помощью разных аппаратов защиты от короткого замыкания.

Почти во всех современных электроприборах есть плавкие предохранители. Большой ток просто расплавляет предохранитель, и цепь разрывается.

В квартирах используются автоматы защиты от короткого замыкания. Это автоматические выключатели, рассчитанные на определенный рабочий ток. При повышении силы тока автомат срабатывает, разрывая цепь.

Для защиты промышленных электродвигателей от коротких замыканий используются специальные реле.

Автомат защиты от КЗ

Теперь вы можете легко дать определение короткому замыканию, заодно знаете про закон Ома, а также фазу и ноль в электричестве. Желаем всем не устраивать коротких замыканий! А если у вас в голове «замкнуло» и совершенно нет сил на какую-то работу, наш студенческий сервис всегда поможет с ней справиться.

А напоследок видео о том, как НЕ НУЖНО обращаться с электрическим током.

Короткое замыкание | Практическая электроника

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное  соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы.

Определение КЗ из “Элементарного учебника физики” Ландсберга

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

где

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления – меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

где

Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки R_н . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.

I – сила тока в этой цепи, А

R_н – сопротивление нагрузки, Ом

t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке R_н , секунды

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары. 

Существуют еще запланированные  и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

• Нарушение изоляции
• Внешние воздействия
• Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть “кривой” электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Ток короткого замыкания

Сверхток, образующийся в результате КЗ, называется током короткого замыкания. Как только произошло короткое замыкание в цепи, ток короткого замыкания достигает максимальных значений. После того, как провода начнут греться и плавиться, ток короткого замыкания идет на спад, так как сопротивление проводов в при нагреве возрастает.

Для источников ЭДС ток короткого замыкания может быть вычислен по формуле

где

I_кз – это ток короткого замыкания, А

E – ЭДС источника питания, В

R_внутр. – внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Более подробно про ЭДС и внутреннее сопротивление читайте здесь.

Ниже на рисунке как раз изображен такой источник ЭДС  в виде автомобильного аккумулятора с замкнутыми клеммами

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора может достигать значений в доли Ома. Теперь представьте, какой ток короткого замыкания  будет течь через проводник, если закоротить им клеммы аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от многих факторов. Возьмем среднее значение R_внутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен I_кз =E/R_внутр. = 12/0,1=120 Ампер. Это очень большое значение.

Виды коротких замыканий

В цепи постоянного тока

В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как “+”, и общим проводом схемы, который соединяют с “-“. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока. Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с “минусом” аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит “жучок” – самопальный предохранитель. Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

Двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

Однофазное на землю

Однофазное на ноль

Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю –  60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа – трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

• Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
• Автоматические выключатели.
• Стабилизаторы напряжения.
• Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

• Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
• Понижающими трансформаторами.
• Распараллеливанием цепей.
• Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Урок 31. закон ома для полной цепи — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 31. Закон Ома для полной цепи

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) закон Ома для полной цепи;

2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;

3) короткое замыкание;

4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Глоссарий по теме

Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре — отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

Короткое замыкание

При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

Примеры и разбор решения заданий:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

Решение.

Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

2. ЭДС батарейки карманного фонарика — 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

Решение:

Напряжение рассчитывается по формуле:

Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:

Делаем расчёт:

Ответ: U = 3,28 В.

Что такое короткое замыкание по-простому – RozetkaOnline.COM

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ – это электрическое соединение разных фаз или потенциалов электроустановки между собой или с землей, не предусмотренное в нормальном режиме работы, при котором в проводниках, в месте контакта, резко возрастает сила тока, превышая максимально допустимые величины.

Если же говорить простым языком, короткое замыкание – это любое незапланированное, нештатное соединение электрических проводников с разным потенциалом, например, фазы и ноля, при котором образуются разрушительные токи.

Как вы заметили, акцент на том, что короткое замыкание в электрической цепи – это именно незапланированный, не предусмотренный процесс, сделан не зря, ведь, по большому счету, контролируемое замыкание (некоторые еще назывыают его по-аналогии длинным) запускает электроприборы. Все они включаются в розетку, и, так или иначе, фазный провод, посредством электроприбора соединяется с нулевым, но короткого замыкания при этом не происходит, давайте разберемся почему.

Почему происходит короткое замыкание

 

Для того чтобы понять почему происходит короткое замыкание, нужно вспомнить закон Ома для участка цепи – «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке», формула при этом следующая:

I=U/R

 где I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление.

Любой электроприбор в квартире, включающийся в розетку, это активное сопротивление (R – в формуле), напряжение в бытовой электросети вам должно быть известно – 220В-230 В и оно практически не меняется. Соответственно, чем выше сопротивление электроприбора (или материала, проводника и т.д.) включаемого в сеть, тем меньше величина тока, так, как зависимость между этими величинами обратно пропорциональная.

Теперь представьте, что мы включаем в сеть электроприбор практически без сопротивления, допустим его величина R=0.05 Ом, считаем, что тогда будет с силой тока по закону Ома.

I=220В(U)/0,05(Ом)=4400А

В результате получается очень высокий ток, для сравнения стандартная электрическая розетка в нашей квартире, выдерживает лишь ток 10-16А, а у нас по расчетам 4,4 кА.

Современные медные провода, используемые в проводке, имеют настолько хорошие показатели электрической проводимости, что их сопротивление, при относительно небольшой длине, можно принять за ноль. Соответственно, прямое соединение фазного и нулевого провода, можно сравнить, с подключением к сети электроприбора, с очень низким сопротивлением. Чаще всего, в бытовых условиях, мы сталкиваемся именно с таким типом короткого замыкания.

Конечно, это очень грубый пример, в реальных условиях, при расчете силы тока при коротком замыкании, учитывать приходится гораздо больше показателей, таких как: сопротивление всей линии проводов, идущих к вам, соединений, дополнительного оборудования сети и даже дуги образующейся при коротком замыкании, а также некоторых других.Поэтому, чаще всего, сопротивление будет выше тех 0,05 Ом, что мы взяли в расчете, но общий принцип возникновения КЗ и его разрушительных эффектов понятен.

Почему короткое замыкание так называется

 

Подключая какую-то нагрузку к сети, например, утюг, телевизор или любой другой электроприбор, мы создаём сопротивление для протекания электрического тока.
Если же мы умышленно или случайно соединим, например, фазу и ноль напрямую, без нагрузки, мы, в каком-то смысле, укорачиваем путь, делаем его коротким.

Поэтому, короткое замыкание и называют коротким, подразумевая движение электронов по кротчайшему пути, без сопротивления.

Чем опасно короткое замыкание

Самая значительная опасность при коротком замыкании – это большая вероятность возникновения пожара.

При значительном увеличении силы тока, которое происходит при КЗ, выделяется большое количество теплоты в проводниках, что вызывает разрушение изоляции и возгорание.
Кроме того, в быту, чаще всего происходит дуговое короткое замыкание, при котором, между проводниками в месте КЗ, возникает мощнейший электрический разряд, который нередко воспламеняет окружающие предметы.

Так же не стоит забывать про опасность поражения электрическим током или резким выделением тепла человека, которая так же достаточно высока.

Из менее опасных последствий, происходящих при КЗ, стоит отменить значительное снижение напряжения в электрической сети особенно в месте его возникновения, что негативно влияет на различные электроприборы, в частности оснащенные двигателями. Также, не стоит забывать про сильное электромагнитное воздействие на чувствительное к этому оборудование.

Как видите, последствия от возникновения короткого замыкания могут быть очень серьезными, поэтому, при проектировании любой электроустановки и монтаже электропроводки, необходимо предусмотреть защиту от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

 

Большинство современных способов защиты от короткого замыкания основаны на принципе разрыва электрической цепи, при обнаружении КЗ.

Самые простые устройства, которые есть во многих электроприборах, защищающие от последствий коротких замыканий – это плавкие предохранители.

Чаще всего, плавкий предохранитель представляет собой проводник, рассчитанный на определенный предельный ток, который он сможет пропускать через себя, при превышении этого значения, проводник разрушается, тем самым разрывая электрическую цепь. Плавкий предохранитель – это самый слабый участок электрической цепи, который первый выходит из строя под действием высокого тока, тем самым защищает все остальные элементы.

Для защиты от коротких замыканий в квартире или доме, используются автоматические выключатели -АВ (чаще всего их называют просто автоматы), они устанавливаются на каждую группу электрической сети.

Каждый автоматический выключатель рассчитан на определенный рабочий ток, при превышении которого он разрывает цепь. Это происходит либо с помощью теплового расцепителя, который при нагреве, вследствие протекания высокого тока, механически разъединяет контакты, либо с помощью электромагнитного.

Принцип работы автоматических выключателей — это тема отдельной статьи, о них мы поговорим в другой раз. Сейчас же, хочу еще раз напомнить, что от короткого замыкания не спасает УЗО, его предназначение совсем в другом.

Для того, чтобы правильно выбрать защитный автоматический выключатель, делаются расчеты величины возможного тока короткого замыкания для конкретной электроустановки. Чтобы в случае, если КЗ произойдёт, автоматика сработала оперативно, не пропустив резко возросший ток и не сгорев от него, не успев разорвав цепь.

 

Причины короткого замыкания

 

Чаще всего в бытовых условиях квартиры или частного дома, короткое замыкание возникает по нескольким причинам, основные из которых:

– в следствии нарушения изоляции электрических проводов или мест их соединений. Факторов приводящих к этому достаточно много, здесь и банальное старение материалов, и механическое повреждение, и даже загрязнения изоляторов.

– из-за случайного или преднамеренного соединения проводников с различным потенциалом, чаще всего фазного и нулевого. Это может быть вызвано ошибками при работе с электропроводкой под напряжением, неисправностью электроприборов, случайным попаданием проводников на контактные группы и т.д.

Поэтому, очень важно ответственно относится как к монтажу электроустановки, так и к её эксплуатации и обслуживанию.

Будьте аккуратны и осмотрительны при обращении с электрическими приборами и оборудованием, не включайте их в сеть если они повреждены или открыты. Не хватайтесь за электрические провода, если точно не знаете, что они не под напряжением.

Ну и как всегда, если у вас есть что добавить, вы нашли неточности или ошибки – обязательно пишите в комментариях к статье, кроме того задавайте свои вопросы, делитесь полезным опытом.

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.

Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному.

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Вот так – ничего сложного!

Источник перегрузки по току и провод его короткого замыкания

символы напряжения, которые вы видите, представляют собой идеальные вольтметры, считывающие напряжение на соответствующих клеммах. Va считывает падение напряжения по I, идеальному источнику тока, и Vb по проводу короткого замыкания.

Два вольтметра подключены к одним и тем же двум (фактически одному) узлам схемы, поэтому они будут показывать одно и то же значение.

Итак, согласно закону Ома ( уравнение 1 ), $$ V_a = IR = 0 \ times \ infty = 0 $$

Источник тока подключается параллельно нулевому проводу.Следовательно, применяемое здесь сопротивление представляет собой параллельную комбинацию внутреннего сопротивления источника и провода. Поскольку 0 Ом параллельно с любым другим сопротивлением равно 0 Ом, в этом уравнении должно быть $ R = 0 \ \ Omega $.

Значит, здесь нет бесконечности, и ваш вопрос спорный.

Разобраться в этой схеме будет проще, если вместо провода короткого замыкания вы поместите резистор поперек источника. Затем вы можете использовать математический аппарат пределов, чтобы выяснить, что произойдет, если значение резистора приблизится к нулю или возрастет до бесконечности.

Например, случай короткого замыкания можно изучить как

$$ V = \ lim_ {R \ to 0} IR $$

Поскольку $ I $ — конечное постоянное значение, этот предел очень легко оценить.

Случай, когда сопротивление стремится к бесконечности (представляя разомкнутую цепь, а не короткое замыкание), более сложен и фактически не может быть решен. Он представляет собой ситуацию, когда ваша модель неадекватна для описания какой-либо реальной физической ситуации. Потому что на самом деле не существует идеального источника тока или идеальной разомкнутой цепи (хотя, как правило, именно источник тока «менее идеален», чем разомкнутая цепь).

Редактировать

В комментариях, которые вы задали,

В идеальном состоянии, когда внутреннее сопротивление источника тока бесконечно, действует ли закон Ома?

Закон

Ома применяется к резисторам и определяет, что он означает, когда мы моделируем что-либо с помощью резистора.

Я думаю, вы забываете кое-что очень важное, например, что внутреннее сопротивление источника тока параллельно с идеальным элементом, а не последовательно. Если у вас неидеальный источник тока и резистивная нагрузка, модель будет выглядеть так:

Здесь I1 — «идеальная часть» источника тока, а R1 — внутреннее сопротивление источника.R2 — нагрузочный резистор.

Используя правило делителя тока, вы должны сразу увидеть, что чем ближе R1 приближается к бесконечности, тем больше тока от I1 проходит через R2. То есть, чем ближе он к идеальному источнику тока, обеспечивающему точно такой же ток на нагрузку, независимо от сопротивления нагрузки.

Если вы возьмете предел, так как R1 стремится к бесконечности, а R2 стремится к нулю (вы делаете источник тока идеальным, а нагрузку — в короткое замыкание), то ток через R2 переходит к I , току источника.А по закону Ома напряжение между узлами , и b, стремится к нулю.

Поместите ли вы вольтметр, измеряющий напряжение между a и b , на левой или правой стороне схемы, не имеет значения. Есть ли у вас один идеальный вольтметр или две или триста, не имеет значения, поскольку это идеальные вольтметры , которые не влияют ни на какие напряжения или токи в цепи.

Дело в том, что увеличение внутреннего сопротивления источника тока делает выходное напряжение ближе к $ I_ {source} \ times R_ {load} $ (что и следовало ожидать из закона Ома), а не дальше от него.

Расчет базового тока короткого замыкания | EC&M

Основная электрическая теорема гласит, что величина тока, протекающего через короткое замыкание, зависит от двух переменных величин: напряжения системы и связанного полного сопротивления пути прохождения тока от источника до точки повреждения.

Типичные системные напряжения хорошо знакомы всем нам. Однако связанный полный импеданс пути прохождения тока короткого замыкания требует небольшого пояснения.Этот импеданс обычно включает сопротивление и реактивное сопротивление проводников фидера, любые импедансы трансформаторов (идущие от точки повреждения обратно к источнику энергии) и любое другое оборудование, подключенное на пути прохождения тока.

Рис. 1 представляет собой очень простую однострочную схему со следующим: источником питания, трансформатором и устройством защиты от перегрузки по току (OCPD), имеющим определенный номинал прерывания тока короткого замыкания.

Давайте сначала поговорим об источнике питания.Во многих примерах расчета тока короткого замыкания вы увидите такие ссылки, как «Предположим, что источник питания имеет бесконечную мощность» или «Источник имеет бесконечную шину». Что это означает, и почему так важен выборочный расчет? Все, что говорится, это то, что напряжение источника не имеет внутреннего сопротивления. В результате выборочный расчет становится очень консервативным. Поскольку предполагается, что источник не имеет собственного импеданса, соответствующий ток короткого замыкания будет в худшем случае.

Теперь посмотрим на трансформатор. Импеданс, определяющий величину тока короткого замыкания на его вторичной обмотке, состоит из двух отдельных импедансов: собственного импеданса плюс импеданса вторичных проводников, идущих к точке повреждения. Собственный импеданс трансформатора — это величина его сопротивления протеканию через него тока короткого замыкания.

Теперь у всех трансформаторов есть импеданс, который обычно выражается в процентах напряжения. Это процент от нормального номинального первичного напряжения, которое должно быть приложено к трансформатору, чтобы вызвать протекание номинального тока полной нагрузки во вторичной обмотке, замкнутой накоротко.Например, если трансформатор 480 В / 120 В имеет импеданс 5%, это означает, что 5% от 480 В или 24 В, приложенных к его первичной обмотке, вызовут ток номинальной нагрузки во вторичной обмотке. Если 5% первичного напряжения вызовут такой ток, то 100% первичного напряжения вызовут 20-кратный (100 деленный на 5) вторичный ток с номинальной полной нагрузкой, протекающий через твердое короткое замыкание на его вторичных выводах. Очевидно, что чем ниже импеданс трансформатора с заданным номиналом кВА, тем больше ток короткого замыкания он может выдать.

Для пояснения возьмем еще один пример. Предположим, у нас есть два трансформатора, каждый мощностью 500 кВА. Поскольку они имеют одинаковый номинал, каждый имеет одинаковый номинальный вторичный ток нагрузки. Предположим, что у одного из блоков импеданс 10%. Следовательно, он может подавать 10-кратный (100 деленный на 10) номинальный вторичный ток нагрузки для короткого замыкания на своих вторичных выводах. Теперь предположим, что второй блок имеет импеданс 2%. Это устройство может подавать намного больший кратный номинальный ток вторичной нагрузки при коротком замыкании на его клеммах вторичной обмотки: в 50 раз (100 делится на 2) это значение.Сравнивая оба блока, последний трансформатор может обеспечивать в пять раз больше тока короткого замыкания, чем первый блок.

Пример расчета Теперь, когда мы понимаем основные переменные, которые определяют токи короткого замыкания, давайте выполним пример расчета. Как показано на рис. 2, предположим, что у нас есть простая распределительная система с неисправным состоянием. Для ясности и упрощения предположим, что сопротивление линии между вторичной обмоткой трансформатора и местом повреждения пренебрежимо мало.

Шаг 1. Определите вторичный ток полной нагрузки (IsubS). IsubS = 100000 ВА / 240 В = 417 А

Шаг 2. Определите ток короткого замыкания (IsubSC) на выводах вторичной обмотки трансформатора по его полному сопротивлению. IsubSC * (100% /% ZsubT) x IsubS = (100 / 2,5) * 417 = 16,680A

Следовательно, OCPD должен быть способен безопасно прерывать это количество тока вместе с асимметричным значением тока (обычно это множитель, умноженный на симметричное значение).

По общему признанию, это значительно упрощается. На самом деле при расчете учитываются все импедансы и расстояние до места повреждения относительно трансформатора. Тем не менее, это дает вам представление о том, что входит в анализ тока короткого замыкания.

Какова формула тока короткого замыкания? — Mvorganizing.org

Какова формула тока короткого замыкания?

Это приложенное напряжение, деленное на номинальное первичное напряжение (умноженное на 100), составляет полное сопротивление трансформатора.Пример: для первичной обмотки на 480 В, если 9,6 В заставляет вторичный ток полной нагрузки протекать через закороченную вторичную обмотку, полное сопротивление трансформатора составляет 9,6 / 480 =. 02 = 2% Z.

Как ограничить ток повреждения?

Простое решение — добавить к цепи электрическое сопротивление. Это ограничивает скорость, с которой может увеличиваться ток, что ограничивает уровень, до которого может возрасти ток короткого замыкания до размыкания выключателя.

Ограничивают ли автоматические выключатели ток повреждения?

Уровни неисправности (т.е. расчетное теоретическое значение, а не реальное значение) используются в качестве основных критериев определения размеров оборудования и устройств, используемых в электрической распределительной сети.Устройства ограничения тока колодца (предохранители или автоматический выключатель) уменьшают фактический (не теоретический) ток короткого замыкания.

Является ли ток ограничителем?

Ограничитель тока повреждения Is-limiter Наиболее распространенными приложениями являются соединение двух независимых систем, обход или замена токоограничивающего реактора и подключение дополнительных источников питания (например, генератора или подключения к сети). Высокая настраиваемость и гибкость для адаптации к системным изменениям.

Как двигатель может ограничивать ток?

4 ответа

1. Убедитесь, что нагрузка никогда не бывает настолько высокой, что двигатель не глохнет или не перегружается.
2. Убедитесь, что напряжение настолько низкое, что ток через обмотки никогда не будет выше номинального.
3. Используйте регулятор тока для управления двигателем, который может ограничивать ток на заданном максимуме.

Зачем нужен ограничитель тока?

Цепи ограничителя тока

являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других состояний перегрузки. Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки, почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемого источника питания.

Как отключить пусковой ток?

Пусковой ток можно уменьшить, увеличив время нарастания напряжения на нагрузочной емкости и снизив скорость заряда конденсаторов. Ниже показаны три различных решения для снижения пускового тока: регуляторы напряжения, дискретные компоненты и встроенные переключатели нагрузки.

Как лампочка работает как ограничитель тока?

Он ограничивает ток, находясь в _серии_ с усилителем. Если усилитель потребляет слишком большой ток, лампа перегорает, последовательное соединение прерывается, усилитель сохраняется.Так что он не «регулирует», как, скажем, 7812 регулирует напряжение. Он просто предотвращает потребление слишком большого тока — он «ограничивает» его.

Может ли транзистор ограничивать ток?

Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Short Circuits — обзор

4.4.1 Evanescent Waves

До этого момента мы рассматривали случай, когда k ⩾ k _z , так что длина волны в осевом направлении больше акустической длина волны (см. рис.4.11). Принимая во внимание результаты исследования плоских волн, мы ожидаем, что затухающие волны будут генерироваться, когда длина акустической волны больше, чем длина волны в осевом и / или окружном направлении. Однако, в отличие от случая плоской волны, существует разница между осевым и периферическим случаями, первый из которых приводит к истинному экспоненциальному затуханию, а второй — к степенному. Мы рассмотрим оба случая. Длина волны в окружном направлении равна

(4.59) λo = 2πa / n.

, где 2π a — длина окружности, а n — количество полных циклов в окружности.

Сначала рассмотрим осевой случай. Когда длина волны в осевом направлении меньше, чем длина акустической волны λ (λ = 2π / k), тогда можно ожидать затухания энергии от поверхности при r = a . Эти затухающие, нераспространяющиеся волны называются дозвуковыми или затухающими волнами и демонстрируют экспоненциальный спад вдали от поверхности.То есть, когда λ _z <λ, тогда k _z > k и k _r , указанные в уравнении. (4.58) становится чисто мнимым числом. В этом случае уравнение. (4.58) можно записать как

(4.60) pn (r, kz) = Kn (kr′r) Kn (kr′a) pn (a, kz) ,,

с

(4.61) kr′≡ kz2-k2,

и K _n — это модифицированная функция Бесселя, которая возникает, когда аргумент функции Ганкеля является мнимым, уравнение. (4.34) на странице 120.Рисунок 4.4 показывает, что Kn (kr′r) в числителе уравнения. (4.60) демонстрирует сильное затухание при увеличении r . Чтобы выявить это математически, мы предполагаем, что аргументы модифицированных функций Бесселя велики, и используем их асимптотические формы, Ур. (4.39), получаем

(4.62) Kn (kr′r) Kn (kr′a) undefined≈are − kr ′ (r − a).

Таким образом, амплитуда спиральной волны P _n экспоненциально затухает на r , указывая на затухающую волну. Можно показать, что радиальная скорость этой волны находится в фазовой квадратуре с давлением, так что эта волна не уносит энергию от оболочки.

Теперь мы рассмотрим кратковременные условия в окружном направлении, которые возникают, когда окружная длина волны λ _o меньше λ. Предположим, что осевая волна сверхзвуковая, то есть k _z < k , а k _r действительна. В частности, установите k _z = 0 (бесконечная осевая длина волны) и обратите внимание, что уравнение. Применяется (4.58), т. Е. Функции Ганкеля действительного аргумента управляют распадом.При r >> n отношение функций Ханкеля приближается к

арейкр (r − a).

, и поле затухает, как и ожидалось для цилиндрической волны, пропорционально квадратному корню из радиального расстояния. Здесь нет мимолетного поведения. Однако, поскольку λ _o <λ, ожидается какое-то короткое замыкание излучения этой волны с поверхности r = a , поскольку среда поддерживает излучение только на характерной длине волны λ, как подразумевается Волновое уравнение Гельмгольца.Кроме того, это короткое замыкание должно стать более полным, поскольку индекс функции Ханкеля n становится больше, поскольку n — это количество длин волн, которые подходят по окружности цилиндра (см. Уравнение (4.59)).

Это короткое замыкание можно продемонстрировать математически, сохраняя аргумент функций Ганкеля фиксированным и позволяя порядку увеличиваться, чтобы мы могли использовать асимптотические разложения для больших порядков. ² В этом случае асимптотическое разложение ( n → ∞) для функции Ганкеля равно

(4.63) Hn (ζ) ≈12πn (eζ2n) n − i2πn (eζ2n) −n.

, где ζ = k _r r = kr , поскольку мы установили k _z = 0. Когда ζ / n <1, мы можем игнорировать действительную часть уравнения. (4.63), а второй член предсказывает, что функция Ханкеля будет затухать как (1/ kr ) ⁿ . Используя этот результат для двух функций Ганкеля в уравнении. (4.58) находим, что n-я составляющая давления P _n становится

(4.64) pn (r, 0) ≈ (ar) npn (a, 0).

Это уравнение выполняется, когда kr < n , что эквивалентно условию исчезающей волны

(4.65) 2πrλ

Отношение в левой части — это количество длин волн, которые подходят по окружности волнового фронта на радиусе r . Таким образом, всякий раз, когда количество длин волн меньше n, P _n будет затухать обратно пропорционально n -й степени расстояния.Это желанное недолговечное состояние. Однако, в отличие от затухающих волн, генерируемых в осевом случае, уравнение. (4.62) эти волны не затухают экспоненциально, а затухают по степенному закону. Кроме того, можно показать, что радиальная скорость больше не сдвинута по фазе на 90 градусов с давлением, так что небольшая часть энергии излучается в сторону от цилиндра.

На рисунке 4.12 показан степенной закон затухания. Здесь точные значения отношения функций Ханкеля построены как функция 20log (r / a), где k _z ноль и ka = 5, для трех различных значений n.Логарифмическая абсцисса выбрана так, чтобы степенной спад ближнего поля отображался линиями постоянного наклона. Обратите внимание, что максимальное значение абсциссы представляет собой значение –, равное 10 –, что соответствует 20 дБ. На рисунке показано, что каждую кривую можно приблизительно разбить на два отрезка прямых: ближнее поле по степенному закону и дальнее поле с цилиндрическим расширением. Асимптоты, показанные на рисунке, представляют собой обозначенные линии точного степенного закона. Из рисунка, например, видно, что составляющая давления n = 20 уменьшилась примерно на 110 дБ на расстоянии в два раза на (значение абсциссы 6 дБ).Сегменты вертикальной линии, нарисованные на каждой кривой, представляют значение абсциссы, когда количество длин волн в окружности просто равно n, условие равенства уравнения. (4.65) выше. Обратите внимание, что эти линии разделяют разные области наклона на каждой кривой. Справа от этих линий волна распространяется цилиндрически, а слева — исчезающе.

Другой способ пояснения кривых на рис. 4.12 состоит в том, чтобы отметить, что по мере распространения спиральной волны наружу окружная длина волны (заданная как 2π r / n ) увеличивается из-за расширения окружности.В какой-то момент уравнение. (4.65) больше не действует, и длина волны в окружном направлении становится больше, чем длина акустической волны. В этой точке λ _ϕ = λ, и кратковременное распространение перестает исчезать, распространяясь цилиндрически от этой точки до дальнего поля. Спиральная волна больше не находится в состоянии короткого замыкания.

Рисунок 4.12. Отношение дБ функций Ханкеля, когда ka = 5,0 и k _z = 0. Асимптоты, изображенные на рисунке, показывают, что в ближнем поле преобладает степенной спад давления, пропорциональный ( r / а ) ^н .Вертикальные отметки указывают приблизительную точку, в которой распространение изменяется от степенного к цилиндрическому, что указывает на переход от кратковременного к не исчезающему распространению.

15.S: Цепи переменного тока (Резюме) — Physics LibreTexts

Ключевые термины

Уравнение

переменный ток	ток, синусоидально колеблющийся во времени с фиксированной частотой
напряжение переменного тока	напряжение, которое синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
переменный ток (ac)	Поток электрического заряда, который периодически меняет направление
средняя мощность	среднее время мгновенной мощности за один цикл
полоса пропускания	диапазон угловых частот, в которых средняя мощность больше половины максимального значения средней мощности
емкостное реактивное сопротивление	Противодействие конденсатора изменению тока
постоянный ток (dc)	Поток электрического заряда только в одном направлении
импеданс	переменный ток аналог сопротивления в цепи постоянного тока, который измеряет комбинированное влияние сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления
индуктивное сопротивление	Противодействие катушки индуктивности изменению тока
фазовый угол	величина, на которую напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом в цепи
Коэффициент мощности	величина, на которую мощность, передаваемая в цепь, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе
добротность	безразмерная величина, описывающая резкость пика полосы пропускания; высокая добротность — острый или узкий пик резонанса
резонансная частота	частота, при которой амплитуда тока максимальна, и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения
действующее значение тока	среднеквадратичное значение текущего
действующее напряжение	среднеквадратичное значение напряжения
понижающий трансформатор	трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор	трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор	Устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора	, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Ключевые уравнения

Напряжение переменного тока	\ (\ Displaystyle v = V_0sinωt \)
Переменный ток	\ (\ Displaystyle я = I_0sinωt \)
емкостное реактивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = \ гидроразрыва {1} {ωC} = X_C \)
действующее напряжение	\ (\ Displaystyle V_ {rms} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \)
действующий ток	\ (\ Displaystyle I_ {rms} = \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \)
индуктивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = ωL = X_L \)
Фазовый угол цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle ϕ = загар ^ {- 1} \ гидроразрыва {X_L − X_C} {R} \)
Вариант закона Ома по переменному току	\ (\ Displaystyle I_0 = \ гидроразрыва {V_0} {Z} \)
Импеданс цепи серии RLC	\ (\ Displaystyle Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L − X_C) ^ 2} \)
Средняя мощность, связанная с элементом схемы	\ (\ Displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0cosϕ \)
Средняя мощность, рассеиваемая резистором	\ (\ displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0 = I_ {rms} V_ {rms} = I ^ 2_ {rms} R \)
Резонансная угловая частота контура	\ (\ Displaystyle ω_0 = \ sqrt {\ frac {1} {LC}} \)
Добротность схемы	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0} {Δω} \)
Добротность цепи по параметрам цепи	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0L} {R} \)
Уравнение трансформатора с напряжением	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_S} {V_P} = \ гидроразрыва {N_S} {N_P} \)
Уравнение трансформатора с током	\ (\ Displaystyle I_S = \ гидроразрыва {N_P} {N_S} I_P \)

Сводка

15.2 источника переменного тока

• Постоянный ток (dc) относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
• Переменный ток (ac) относится к системам, в которых напряжение источника периодически изменяется, особенно синусоидально.
• Источник напряжения системы переменного тока выдает напряжение, которое рассчитывается по времени, пиковому напряжению и угловой частоте.
• В простой схеме ток определяется делением напряжения на сопротивление.Переменный ток рассчитывается с использованием пикового тока (определяемого делением пикового напряжения на сопротивление), угловой частоты и времени.

15.3 Простые цепи переменного тока

• Для резисторов сквозной ток и напряжение совпадают по фазе.
• Для конденсаторов мы обнаруживаем, что когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четверть цикла. Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току, называемую емкостным реактивным сопротивлением, которое измеряется в омах.
• Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаруживаем, что когда на индуктор подается синусоидальное напряжение, оно опережает ток на одну четверть цикла.
• Сопротивление катушки индуктивности изменению тока выражается как тип реактивного сопротивления переменного тока. Это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в омах, зависит от частоты источника переменного тока.

Цепи серии 15,4 RLC с AC

• Последовательная цепь RLC представляет собой последовательную комбинацию резистора, конденсатора и индуктора через источник переменного тока.
• Одинаковый ток течет через каждый элемент последовательной цепи RLC во все моменты времени.
• Сопротивлением в цепи постоянного тока является импеданс, который измеряет комбинированное воздействие резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Максимальный ток определяется версией закона Ома для переменного тока.
• Импеданс измеряется в омах и определяется как сопротивление, емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление.

15.5 Питание в цепи переменного тока

• Средняя мощность переменного тока определяется путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.
Закон
• Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением среднеквадратичного напряжения на полное сопротивление.
• В цепи переменного тока существует фазовый угол между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на полное сопротивление.
• Средняя мощность, подаваемая в цепь RLC , зависит от фазового угла.
• Коэффициент мощности находится в диапазоне от –1 до 1.

15.6 Резонанс в цепи переменного тока

• На резонансной частоте индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению.
• График зависимости средней мощности от угловой частоты для цепи RLC имеет пик, расположенный на резонансной частоте; резкость или ширина пика называется полосой пропускания.
• Ширина полосы связана с безразмерной величиной, называемой коэффициентом качества.Высокое значение добротности — это острый или узкий пик.

15,7 Трансформаторы

• Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
Трансформаторы
• используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
• Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

расчетов короткого замыкания | Кабельные зажимы

Ниже приводится объяснение того, как CMP Products рассчитывает пиковый ток короткого замыкания, кА, для каждого конкретного приложения и установки заказчика.

Компания

CMP Products провела более 300 испытаний на короткое замыкание, однако нецелесообразно проводить испытания на каждый ток короткого замыкания, кабельную скобу, размер / тип кабеля и конфигурацию центра крепления.

Для того, чтобы повторить эти испытания, компания CMP постоянно разрабатывает программное обеспечение для моделирования и может проводить испытания кабельной планки, кабеля и кабельного лотка или лестницы, предназначенных для использования на установке, в соответствии с конкретным проектом.

CMP также имеет опыт надежного расчета максимального значения номинального тока короткого замыкания, кА, на основе обширных данных испытаний, которые он хранит после проведенной комплексной программы испытаний.

ТЕСТИРОВАНИЕ

Начиная с испытания на короткое замыкание в центрах крепления 300 мм, устанавливается и достигается максимальный безопасный пиковый ток в кА, который может сдерживать испытываемая кабельная скоба.

В приведенном ниже примере кабельная скоба успешно прошла испытания по стандарту IEC 61914 при 190 кА на кабеле Ø36 мм при центрах крепления 300 мм.

РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОГО УСИЛИЯ НА ИСПЫТАННУЮ ПРОБКУ КАБЕЛЯ

По результатам этого теста расчет по стандарту кабельной скоба IEC 61914 используется для определения силы, сдерживаемой испытуемой кабельной скобой:

футов — максимальное усилие на кабель (Н / м)
ip — пиковый ток короткого замыкания (кА)
S — расстояние от центра до центра между двумя соседними проводниками i.е. для формирования трилистника это внешний диаметр кабеля (м)

В ЭТОМ ПРИМЕРЕ Ft РАВНО 170 472,22 Н / м

Ft — это сила в Ньютонах на метр, поэтому для расчета максимальной силы, которую сдерживает каждая кабельная скоба, ее необходимо умножить на центры крепления кабельных скоб:

Максимальное усилие на кабельную скобу = футы (Н / м) x центры крепления (м)
Максимальное усилие на кабельную скобу в этом примере (центры крепления 0,3 м) = 51 141,67 Н

РАСЧЕТ ФУТОВ ДЛЯ НОВОГО ПРИЛОЖЕНИЯ

Теперь, когда установлено максимальное усилие на кабельную скобу, формула переносится для расчета максимального пикового тока короткого замыкания для различных центров крепления, диаметров кабеля и т. Д.

Для расчета IP, если центры крепления должны быть увеличены на 600 мм, сначала необходимо рассчитать футы:

футов — максимальное усилие на кабель (Н / м)
ip — пиковый ток короткого замыкания (кА)
S — расстояние от центра до центра между двумя соседними проводниками, т. Е. Внешний диаметр кабеля (м )

ФУТОВ В ЭТОМ НОВОМ ПРИМЕРЕ = 85 236,11 (Н / м)

Теперь, когда Ft для этого приложения установлен, можно вычислить ip .

РАСЧЕТ IP ДЛЯ НОВОГО ПРИЛОЖЕНИЯ

футов — максимальное усилие на кабель (Н / м)
ip — пиковый ток короткого замыкания (кА)
S — расстояние от центра до центра между двумя соседними проводниками, т. Е. Внешний диаметр кабеля (м )

ip В ЭТОМ ПРИМЕРЕ = 134,35 кА

Опыт показывает, что это значение всегда ниже, чем может быть получено при физических испытаниях.Это подтверждает, что в расчет МЭК 61914 включен фактор запаса прочности; это хорошо, так как это означает, что расчетные значения всегда консервативны.

Однако это также означает, что номинальные значения Ft или максимальной силы на кабельную скобу, взятые из результатов испытаний, должны использоваться только для интервалов между центрами крепления, которые короче, чем фактически протестированные, в качестве основы для любых расчетных значений IP. Обратный расчет не рекомендуется, поскольку он противоречит коэффициенту безопасности, используемому в стандарте, и дает нереалистичные и недостижимые IP.

ДЛЯ ПРИМЕРА

На той же кабельной скобе и кабеле кабельная скоба успешно прошла испытания по стандарту 61914 при 150 кА при центрах крепления 600 мм (расчетное значение IP составило всего 134,35 кА, поэтому на практике было получено на ~ 12% больше)

С этого нового IP рассчитывается Ft:

футов — максимальное усилие на кабель (Н / м)
ip — пиковый ток короткого замыкания (кА)
S — расстояние от центра до центра между двумя соседними проводниками i.е. наружный диаметр кабеля (м)

В ЭТОМ ПРИМЕРЕ Ft = 106250 Н / м

Максимальное усилие на кабельную скобу в этом примере (центры крепления 0,6 м) = 63750 Н

Если бы это максимальное усилие на кабельную скобу использовалось в качестве основы для расчета ip для центров крепления 0,3 м, то Ft = 212 500 Н / м

Это дает расчетный IP 212,13 кА — ЭТО ОПАСНО ВЫСОКО!

При физических испытаниях было получено всего 190 кА при центрах крепления 300 мм, что показало, что кабельная скоба очень близка к максимальной прочности.

ДЛЯ ПОВТОРНОГО ПОДТВЕРЖДЕНИЯ:

Используйте только Ft или максимальное усилие на шип из результатов испытаний CMP на более коротких центрах крепления, чем те, которые предназначены для использования, в качестве основы для любых расчетных IP. Обратный расчет опасен, поскольку он противоречит коэффициенту безопасности, включенному в стандартный расчет, который дает нереалистичные и недостижимые IP.

Для наиболее точного расчета и безопасной установки CMP рекомендует использовать данные из результатов испытаний CMP для кабельных скоб, закрепленных ближайшими (но все же более короткими) к целевым центрам крепления, для расчета ip, например:

Если требуются центры фиксации 500 мм, используйте данные испытаний CMP 300 мм в центрах усилия на шип в качестве основы для расчета IP.

Если требуются центры фиксации 900 мм, используйте данные испытаний CMP для центрового усилия 600 мм на шип в качестве основы для расчета IP.

(PDF) 📄 Расчет минимального тока короткого замыкания при параллельном расположении кабелей для трехфазного короткого замыкания

Анджей KSI ˛A

ZKIEWICZ1, Ryszard BATURA1

Politechnika Pozna ´

nska (1)

doi: 10.15199 / 48.2019.05.30

Расчет минимального тока короткого замыкания при параллельном подключении

Расположение кабелей при трехфазном коротком замыкании

Аннотация.В широко используемой методике расчета токов короткого замыкания допуск участка короткого замыкания в середине их длины приводит не

только к значительному завышению токов короткого замыкания, но также не гарантирует выборочной координации электрического оборудования. и его надлежащая функция защиты

от поражения электрическим током. В статье представлен новый подход к проблеме расчета тока короткого замыкания в параллельных кабелях.

доказано, что наихудший сценарий сильно зависит от количества параллельно подключенных кабелей.

Стрещение. W powszechnie stosowanej metodologii obliczania pr ˛adu zwarciowego przyjmuje si˛e, ˙

ze miejsce zwarcia wyst˛epuje w ´

srodku ich

dłózózie zówadze ich

dłózózie zówázia zów. ˙

z nie gwarantuje selektywnej koordynacji aparatury

elektrycznej i jej odpowiedniej ochrony przed pora˙

zeniem elektrycznym. W artykule przedstawiono nowe podej´

scie do problemu obliczeniowego

pr ˛adu zwarciowego w przewodach równoległych.Udowodniono, ˙

ze w najgorszym przypadku du˙

zy wpływ ma liczba poł ˛aczonych równolegle kabli.

(Obliczanie minimalnego pr ˛adu zwarciowego w układzie równoległym kabli dla trójfazowego zwarcia)

Ключевые слова: кабели, расстояние короткого замыкания, сопротивление короткого замыкания, токи короткого замыкания

´słowa

´słowa klag ´

c zwarcia, impedancja zwarcia, pr ˛ady zwarciowe

Введение

Увеличение мощности: требуется для низковольтных распределительных устройств,

отдельных нагрузок (чаще всего питающих технологическую линию),

Трансформаторы

MV / LV обеспечивают необходимое поперечное сечение одиночного силового кабеля

часто больше поперечного сечения, предлагаемого производителями

.В этой ситуации единственное решение — использовать кабели

, проложенные параллельно по одному и тому же маршруту. Другими причинами использования параллельных кабелей

являются допустимый радиус изгиба

однопроволочного кабеля (в основном это относится к силовым кабелям

), масса и стоимость прокладки. Метод прокладки кабеля

в основном влияет на допустимую длительную нагрузочную способность

проводов, включая, среди прочего, коэффициент асимметрии

[2].Сопротивление кабеля играет положительную роль в

равномерности распределения тока. При увеличении пропорций реактивного сопротивления

в результирующем импедансе кабеля нагрузка

на отдельные кабели увеличивает асимметрию [4]. Не

симметризация нагрузок в отдельных кабелях

проблематична с точки зрения конструкции и эксплуатации [3]. Для экранированных кабелей

влияние способа размещения влияет на потери мощности

, генерируемые в экране [7].Предполагается, что в

для получения наименьшего коэффициента асимметрии кабели

должны быть расположены в равностороннем треугольнике [6, 5]. Если все из перечисленных выше условий

соблюдены, ток будет равномерно распределен

по всем кабелям (как в нормальных, так и в аварийных условиях).

Кабели, работающие в параллельной системе, должны иметь одинаковое поперечное сечение и длину

, а рабочие проводники

, а также проводники PEN и PE должны быть выполнены из одного материала

.Указанные требования также перечислены в стандарте

IEC 60364-5-52 [1]. В случае короткого замыкания

с одним из кабелей параллельной цепи, такой же ток короткого замыкания

протекает через оставшиеся параллельно соединенные кабели

. Это касается как трехфазных, так и однофазных коротких замыканий

.

Следовательно, при анализе трехфазного тока короткого замыкания

, описанном ниже, было принято, что параллельно включенные линии электропередач

имеют одинаковый тип, одинаковое сечение рабочего провода

и PEN или PE-провод,

, имеют одинаковую длину и одинаковый импеданс.

Устройство защиты в параллельных кабелях

Параллельная принципиальная схема кабелей, подключенных параллельно

, используемая для анализа токов короткого замыкания,

, показанная на рис. 1. Показанные параллельные провода могут быть защищены

в два способа:

• одна общая максимальная токовая защита, установленная в системе питания

(рис. 1а),

(а) (б)

Рис. 1: Схема параллельного соединения проводов и два

пути установки максимальной токовой защиты: а) общей для всех

проводов, б) независимо для каждого проводника

• две максимальной токовой защиты устанавливаются в начале

и конце каждого провода (рис.1б).

Использование общей максимальной токовой защиты

не позволяет устанавливать какие-либо соединители в любом из проводников

, которые могут нарушить их целостность, и вынуждают

проверять стойкость к короткому замыканию для каждого проводника.

Во втором случае правильно подобранная максимальная токовая защита

отключает только напряжение той линии, в которой произошло короткое замыкание

.

Принятие одного из двух предложенных способов установки устройства максимальной токовой защиты

также оказывает значительное влияние на надежность источника питания заказчика.В

в первом случае короткое замыкание в любом параллельном кабеле полностью

лишает пользователя возможности его питания, во втором случае

не лишает питания.

Основой для анализа величины тока короткого замыкания

, протекающего в параллельно соединенных (n + 1) кабелях, является предположение

, что в случае короткого замыкания в любом из

проводов:

• ток короткого замыкания также протекает через n других

проводов, подключенных параллельно,

• количество защитных проводов PE, подключенных к

параллельной или защитной нейтрали PEN, такое же, как количество проводов под напряжением

,

• величина тока короткого замыкания зависит не только от типа короткого замыкания

(трехфазное симметричное, однофазное

), но и от места его возникновения.