Закон который характеризует короткое замыкание: Закон Ома для участка цепи. Короткое замыкание

Закон Ома для участка цепи. Короткое замыкание

Цели урока:

Обучающая:

• Систематизация и контроль знаний по теме: величины, которые характеризуют ток в цепи.

Развивающая:

• Формирование изменений и навыков оперативно решать задачи, применять знания при вводе формулы, опираясь на мешпредметные связи.

Задачи:

1) Познакомить с законом Ома;

2) Понять зависимость между величинами входящих в закон;

3) Усвоить действие тока на человека. Воспитать у учащихся знания о мерах предосторожности при работе с электрооборудованием.

Ход урока

1. Организационный момент (оговаривается тема и задачи урока)

2. Для того чтобы лучше понять материал урока повторим, что уже известно о тех величинах, которые входят в закон, который будем сегодня изучать.

У каждого на столах лежит тест. Первый вариант отвечает на вопросы и дает ответы, связанные с силой тока; а второй вариант – с напряжением.

На это вам 5 минут.

Тест

1. Какой прибор применяют для измерения силы тока напряжения

а) аккумулятор;

б) амперметр;

в) вольтметр.

2. В каких единицах измеряют

а) Дж;

б) В;

в) А.

3. Как можно рассчитать по формуле

а) работу тока : на силу

б) мощность : на силу тока

в) мощность : на заряд

г) работу тока : на заряд

д) заряд : на время

4. Выразите:

500В в киловольты

750А в миллиамперы

I

а) 7,5мА

б) 75мА

в) 0,75мА

г) среди ответов а-в нет правильного

II

а) 5кВ

б) 50кВ

в) 0,5кВ

Изменяется показания силы тока (напряжения) если прибор подсоединить в другое место этой цепи?

а) да

б) нет

От чего зависит сопротивление проводника (записать формулу)

Ответы (написаны на обратной стороне доски)

Поменялись вариантами взяли простые карандаши и провели взаимоконтроль и оценили

I б в д г б	Критерий
R=	“0” — 5
II в б г в а	“1-2” — 4
	“3” — 3
	“3 и более” — 2

Все сделали. И так подняли руки,

• у кого нет ошибок
• у кого 1-2 ошибки
• у кого 3 ошибки

Учитель фиксирует себе.

Передали листочки с последней на первую парту я перепроверю объективность вашу.

3. Повторив и систематизировав свои знания, мы переходим к изучению нового материала.

а) проведем опытс (ученик работает у доски вместе с учителем)

Установим зависимость между U и I U

	U 1=2В U 2=4В U 3=6В	I 1=0,1А I 2=0,15А I 3=0,2А
б) При неизменной U меняем R
	I1=1,3A I2=0,6A I3=0,4A	R1=1Ом R2=3Ом R3 =5Ом

Объединяем два вывода вместе:

Что получаем 1827г. Георг Ом установил данную зависимость!

I= закон Ома

Сила тока на участке цепи прямо ~ напряжению и обратно ~ его сопротивлению.

Мы видели, что при R I и если сила тока превысит допустимое значение для данной цепи все включенные приборы могут выйти из строя данная ситуация возникает при коротком замыкании.

(!!) Соединение 2^х точек электроцепи находящихся под напряжением, коротким проводником у которого малое сопротивление – короткое замыкание.

Возникает:

1) При соприкосновении двух оголенных проводников

2) При ремонте под напряжением электропровода

В последнем случае может произойти не только короткое замыкание, но и поражение человеческого организма электрическим током, если не соблюдать правила по технике безопасности при работе с током.

Короткие сообщения учащимся:

Действия тока на организм человека

Правила пользования техникой безопасности

А сейчас ребята мы с вами закрепим выведенный закон при помощи решения задач по цепочки

По медному проводнику (=0,017 ) L=60 см, S=3мм² пропускает ток I=1A. Чему равно напряжение на концах этого проводника.

U=IR, R= R=0,034Ом U=0,034В=34мВ

Молодцы!

И так ребята

1) Какая у нас была сегодня тема урока?

Какие у нас были поставлены задачи, и как мы их реализовали?

а) Повторите и систематизации знаний предыдущих уроков

Проведем тест и тем самым подготовились к восприятию нового материала, вывели закон Ома.

б) В начале увидели каждую зависимость на опыте, а потом, соединив их, получили что I пропорциональна U и обратно R.

в) Научились применять выведенную формулу к задачам.

Кому что не понятно? Хорошо

Д/з § 12-13 з.46, 52.

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.

Режимы работы электрической цепи

 

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

Тепловое действие тока короткое замыкание. Термическое действие токов короткого замыкания

I. Системы проводников при протекании по ним токов испытывают электродинамические взаимодействия, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями. При одинаковом направлении тока проводники притягиваются, а если токи направлены в противоположные стороны, то отталкиваются.

Сила взаимодействия токов определяется по формулам, вытекающим из закона Био-Савара. Для двух параллельных проводников длиной l , расположенных на расстоянии а друг от друга, она может быть найдена из выражения

Если токи выражены в амперах, а сила F — в ньютонах, то коэффициент k равен 2×10 7 ; коэффициент k ф учитывает форму проводника и может быть принят равным 1 для проводников круглого сечения независимо от расстояния между ними и для проводников любой формы, если расстояние в свету между ними больше периметра поперечного сечения токоведущей части.

Сила F распределена равномерно по длине параллельных проводников. Удельное усилие на единицу длины проводника для условий равно:

Электродинамические взаимодействия в трехфазных установках переменного тока имеют ряд ocoбенностей. Усилия изменяются во времени по значению и направлению и имеют колебательный характер.

Сила, действующая на проводник с током, определяется как результат взаимодействия его с токами в проводниках двух других фаз, при том в наиболее тяжелых условиях оказывается проводник средней фазы. Наибольшее удельное усилие на проводник средней фазы может быть определено из выражения, Н/м,

где I m — амплитуда тока в фазе, А; а — расстояние между соседними фазами, м.

Взаимодействие проводников существенно возрастает в режиме КЗ, когда полный ток КЗ достигает своего наибольшего значения- ударного.

Для определения удельного усилия при трехфазном КЗ в системе проводников, пользуются выражением при условии , тогда

где — ударный ток трехфазного КЗ, А.

Выше рассматривались междуфазные усилия. Однако в реальных аппаратах и шинных конструкциях могут возникать довольно большие силы взаимодействия токов одной фазы. Это происходит при расщеплении фазы на ряд параллельных проводов, а также тогда, когда проводники не прямолинейны, а образуют петли, изгибаются под углом. Подобные силы имеют место в разъединителях, реакторах и других аппаратах.

Для предотвращения механических повреждении под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы токоведущей конструкции должны обладать достаточной электродинамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают обычно способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной работе.

Для электрических аппаратов завод-изготовитель указывает гарантийный ток КЗ, при котором обеспечивается электродинамическая стойкость. Чаще всего в каталогах на оборудование задается мгновенное значение тока электродинамической стойкости i дин (или i max ,или i пр.скв).При выборе аппаратов гарантированный заводом-изготовителем ток сравнивается с расчетным ударным током КЗ. Должно быть выполнено условие .

Электродинамическая стойкость жестких шин, за исключением комплектных токопроводов и шин КРУ, определяется расчетом механических напряжений в материале проводника при КЗ. Критерием стойкости служит выполнение условия , где и — соответственно допустимое и расчетное значения механических напряжении и материале проводника.

Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 A, a также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

Не рассчитывают механические напряжения от сил электродинамического взаимодействия в гибких проводах. Однако при ударных токах более 50 кА такие провода требуется проверять на схлестывание.

II. Известно, что системы проводников при протекании по ним токов испытывают электродинами­ческие взаимодействия, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями.

При одинаковом направлении тока проводники притягиваются, а если токи направлены в противоположные стороны, то отталкиваются

Рис. 18.1. Электродинамическое взаимодействие между двумя токоведущими частями при согласном (а) и встречном (б) направлениях токов.

Сила взаимодействия токов определяется по формулам, вытекающим из закона Био-Савара. Для двух параллельных проводников длиной l, расположенных на расстоянии а друг от друга, она может быть найдена из выражения

Если токи выражены в амперах, а сила F — в ньютонах, то коэффи­циент k равен 2∙10 -7 ; коэффициент k ф учитывает форму провод­ника и может быть принят равным единице для проводников круглого сечения независимо от расстояния между ними и для проводников любой формы, если расстояние в свету между ними будет больше периметра поперечного сечения токоведущей части. В противном случае коэффициент k ф отличен от единицы и при вычислении усилий должен быть предварительно определен по специальным графикам.

Сила F распределена равномерно по длине параллельных проводни­ков. Удельное усилие на единицу длины проводника для условий рис. 18.1 равно:

. (18.2)

Электродинамические взаимодействия в трехфазных установках пере­менного тока имеют ряд особенностей. На рис. 18.2 изображены векторы усилий между проводниками отдельных фаз, расположенных в одной плоскости, в различные моменты времени на протяжении одного периода переменного тока. Усилия изменяются во времени по значению и направ­лению и имеют колебательный характер.

Сила, действующая на проводник с током, определяется как резуль­тат взаимодействия его с токами в проводниках двух других фаз, при этом в наиболее тяжелых условиях оказывается проводник средней фазы. Наибольшее удельное усилие на проводник средней фазы может быть определено из выражения, Н/м,

, (18.3)

где I m — амплитуда тока в фазе, А; а — расстояние между соседними фазами, м.

Коэффициент учитывает фазовые смещения токов в проводниках.

Рис. 18.2.Электродинамические взаи­модействия в трехфазной системе про­водников:

а-в — силы взаимодействия для разных моментов периода;

г — кривые изменения токов в фазах

Взаимодействие проводников существенно возрастает в режиме КЗ, когда полный ток КЗ, достигает своего наибольшего значения — ударного. При оценке взаимодействия фаз необходимо рассматривать двух­фазное и трехфазное КЗ.

Для определения удельного усилия при трехфазном КЗ в системе проводников, показанной на рис. 18.2, пользуются выражением (18.3) при условии тогда,

, (18.4)

где ί y (3) — ударный ток трехфазного КЗ, А.

В случае двухфазного КЗ влияние третьей (неповрежденной) фазы ничтожно мало, поэтому для определения удельного усилия используют выражение (18.2), принимая во внимание, что .Следова­тельно,

(18.5)

где ί y (2) — ударный ток двухфазного КЗ, А.

Рис. 18.3. Эпюры элект­родинамических взаимо­действий в пределах одной фазы масляного выклю­чателя

Учитывая, что , нетрудно по­казать, что междуфазное усилие при трех­фазном КЗ больше, чем при двухфазном. Поэтому расчетным видом КЗ при оценке электродинамических сил считают трехфазное.

Выше рассматривались междуфазные уси­лия. Однако в реальных аппаратах и шин­ных конструкциях могут возникать довольно большие силы взаимодействия токов одной фазы. Это происходит при расщеплении фазы на ряд параллельных проводов, а также тогда, когда проводники не прямолинейны, а обра­зуют петли, изгибаются под углом. На рис. 18.3 в качестве примера показана эпюра усилий, возникающих в пределах токоведущего контура фазы масляного выключателя.

Такие силы могут привести к самопроизволь­ному отключению выключателя, если не при­нять соответствующих мер. Так, например, при токе ί y = 50 кА на траверсу подвиж­ных контактов выключателя МКП-35 дей­ствует сила, равная примерно 2000Н. Подобные силы имеют место в разъединителях, реакторах и других аппаратах.

Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все эле­менты токоведущей конструкции должны обладать достаточной электро­динамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают обычно способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформации, препятствующих их дальней­шей нормальной работе.

Для электрических аппаратов завод-изготовитель указывает гарантий­ный ток КЗ, при котором обеспечивается электродинамическая стой­кость. Чаще всего в каталогах на оборудование задается мгновенное значение тока электро- динамической стойкости ί дин, (или ί max , или ί пр.скв). При выборе аппаратов гарантированный заводом-изготовителем ток сравнивается с расчетным ударным током КЗ. Должно быть выполнено условие ί дин (max, пр.скв) ί y (3) .

Электродинамическая стойкость жестких шин, за исключением комп­лектных токопроводов и шин КРУ, определяется расчетом механических напряжений в материале проводника при КЗ. Критерием стойкости служит выполнение условия

σ доп σ расч,

где σ доп и σ расч — соответственно допустимое и расчетное значения меха­нических напряжений в материале проводника.

Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппа­раты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А, а также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

Не рассчитывают механические напряжения от сил электродинамиче­ского взаимодействия в гибких проводах. Однако при ударных токах более 50 кА такие провода требуется проверять на схлестывание.

В ПУЭ оговорены также другие частные случаи, когда допустимо не проверять аппараты и проводники на электродинамическую стойкость при КЗ.

Способность аппаратов, проводников и изоляторов противостоять электродинамическим и термическим воздействиям, возникающим при прохождении через них наибольших токов КЗ, называют соответственно электродинамической и термической стойкостью.

При КЗ с достаточной для практики точностью процесс нагрева можно принять адиабатическим:

где i k (t ) — функция, характеризующая изменение тока КЗ во времени; R J — сопротивление проводника при данной температуре J; C J — удельная теплоемкость проводника при данной температуре; G — масса проводника.

Учитывая, что сопротивление проводника и его удельная теплоемкость являются функциями температуры:

,

где r 0 и с 0 — удельные сопротивление и теплоемкость проводника при начальной температуре J Н =0 °С; a и b — температурные коэффициенты сопротивления и теплоемкости; S , l , g — площадь поперечного сечения, длина и плотность проводника.

Разделяя переменные и интегрируя в требуемых пределах, получаем уравнение

которое позволяет определить конечную температуру проводника J к при нагреве его током КЗ от начальной температуры J н. Однако аналитическое решение этого уравнения сложно, и поэтому для распространенных проводниковых материалов построены зависимости значений второго интеграла от конечной температуры (при J н =0), которые представлены на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Кривые для определения температуры нагрева токоведущих частей при КЗ

Первый интеграл, зависящий от тока КЗ и времени отключения t откл, получил название импульса квадратичного тока КЗ В. Его приближенное значение может быть выражено через действующие значения полного тока и его составляющих

где действующее значение полного тока КЗ в момент времени t ; I п, t — действующее значение периодической составляющей; I а, t – апе­риодическая составляющая.

Таким образом, импульс квадратичного тока КЗ равен сумме импульсов от периодической B п и апериодической B а составляющей.

Импульс от периодической составляющей можно определить графоаналитическим методом путем замены плавной кривой ступенчатой с ординатами, соответствующими средним значениям квадратов действующих значений токов для каждого интервала времени :

В тех случаях, когда место замыкания удалено от генераторов или требуется грубо (с завышением) оценить импульс от периодической составляющей, можно принять, что периодическая составляющая не затухает, т. е. .

Импульс от апериодической составляющей тока КЗ равен:

При находим

Тогда конечная температура проводника будет равна

.

На рис. 2.8 откладываем по оси ординат J н и по соответствующей кривой (точка а ) находим А н. Прибавляя к А н (на оси абсцисс) величину B /S 2 , получаем А н и отвечающую ей температуру проводника J к (точка б на кривой).

Конечная температура при КЗ не должна быть выше допускаемой по условию сохранения изоляции или по условию механической прочности (для неизолированных проводников).

Условие термической стойкости проводника:

Термическую стойкость аппаратов принято характеризовать номинальным током термической стойкости I тер при определенной длительности его прохождения, называемой номинальным временем термической стойкости t тер. Для проверки аппарата на термическую стойкость сопоставляют нормированное заводом изготовителем значение теплового импульса с расчетным. Условие термической стойкости аппарата формулируется в виде:

Методика расчета термической и динамической стойкости проводников и аппаратов боле подробно приведена в руководящих указаниях по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования РД 153–34.0–20.527–98

При протекании по проводникам электрического тока проводники нагреваются. При нагреве проводника током нагрузки часть выделенной теплоты рассеивается в окружающую среду, причем степень рассеивания зависит от условий охлаждения.

При протекании тока КЗ температура проводников значительно возрастает, так как токи при КЗ резко увеличиваются, а длительность КЗ мала, поэтому теплота, выделяющаяся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически все идет на нагрев проводника. Нагрев проводника при КЗ может достигать опасных значений, приводя к плавлению или обугливанию изоляции, к деформации и плавлению токоведущих частей и т.п.

Критерием термической стойкости проводников являются допустимые температуры нагрева их токами КЗ (х доп,°С).

Проводник или аппарат считается термически стойким, если его температура нагрева в процессе КЗ не превышает допустимых величин. Условие термической стойкости в общем случае выглядит так,°С:

х кон? х доп (4.1.)

где х кон — конечное значение температуры проводника в режиме КЗ.

Количественную оценку степени термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты рекомендуется производить с помощью интеграла Джоуля

где i Kt — полный ток КЗ в произвольный момент времени t, А; t откл — расчетная продолжительность КЗ, с.

Интеграл Джоуля является сложной функцией, зависящей от параметров источников энергии, конфигурации исходной расчетной схемы, электрической удаленности места КЗ от источников и других факторов. Для ориентировочных расчетов интеграла Джоуля В к в цепях, имеющих значительную удаленность от источников питания, можно использовать формулу, кА 2 *с,

где — действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент t = 0 от эквивалентного источника, кА; — эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с; t откл — расчетная продолжительность КЗ, с.

Наиболее сложным является случай определения интеграла Джоуля при КЗ вблизи генераторов или синхронных компенсаторов. Но в учебном проектировании и здесь можно воспользоваться формулой (4.1.3.), так как полученное при этом значение В к будет несколько завышено, а проводники и аппараты, выбранные в мощных присоединениях (генератор, трансформатор связи и др.) по условиям длительного режима и электродинамической стойкости, имеют значительные запасы по термической стойкости. Исходя из вышеизложенных соображений, в формуле (4.1.3.) в качестве Т а.экв можно принять наибольшее из значений Т а тех источников, которые подпитывают место КЗ, если таковых имелось несколько, так как это ведет к увеличению расчетного интеграла Джоуля и не дает погрешности при проверке аппаратов на термическую стойкость.

При определении интеграла Джоуля необходимо достаточно точно определить t откл. Согласно ПУЭ расчетная продолжительность КЗ t откл складывается из времени действия основной релейной защиты данной цепи (t pз) с учетом действия АПВ и полного времени отключения выключателя (t откл.в), которое указывается в каталожных данных выключателей, с,

t откл = t pз + t откл.в (4.4.)

Для цепей генераторов с Р номG ? 60 МВт ПУЭ рекомендуется принимать t откл = 4 с, т.е. по времени действия резервной защиты.

Заводы-изготовители в каталогах приводят значения гарантированного среднеквадратичного тока термической стойкости (t тер, кА) и допустимого времени его протекания (t тер, с) для электрических аппаратов (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и др.).

В этом случае условие термической стойкости аппаратов в режиме КЗ выглядит так, кА 2 *с,

B к? t тер (4.5.)

При проверке термической стойкости проводника, имеющего стандартное сечение q станд, мм 2 , должно быть выполнено условие

q станд? q min (4.6.)

В ПУЭ оговорен ряд случаев, когда допустимо не проверять проводники и аппараты на термическую стойкость при КЗ. Это касается проводов воздушных ЛЭП, аппаратов и проводников цепей, защищенных плавкими предохранителями, и др.

Если в двух параллельных проводниках протекают однонаправленные токи ι 1 и ι 2 , то эти проводники испытывают по отношению друг к другу силу притяжения в виде равномерно распределенной сплошной механической линейной нагрузки f [Н/м], равной

F = 2∙10 -7 к ф , (6.32)

где ι 1 , ι 2 – токи в проводниках, А;

а – расстояние между проводниками, м 2 ;

к ф – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по сечению проводника (к ф ≈ 1 для круглого, квадратного и трубчатого сечений при U 6 кВ; при U

При 3х фазном КЗ и распределении проводников в одной плоскости наибольшее усилие от действия тока КЗ испытывает средняя фаза. Максимальная (ударная) линейная механическая нагрузка для этой фазы равна

F уд = 10 -7 к ф . (6.32)

Механическая нагрузка вызывает в жестких проводниках (шинах) изгибающий момент. В случае, когда бесконечно длинный проводник расположен на равномерно расставленных опорах (рис. 6.2), изгибающий момент максимален на самой опоре М макс, [Н∙м] и равен

М макс = , (6.33)

l – пролет между опорами, м.

проводника, закрепленного на равномерно расставленных опорах

При действии изгибающего момента в металле возникает механическое напряжение, σ, Н/м 2 или МПа. Наибольшее механическое напряжение в металле при изгибе равно

где W – момент сопротивления, м 3 .

Момент сопротивления определяется размерами проводника и направлением действующей на проводник силы (способа расположения шин, рис. 6.3)

Рис. 6.3. Расположение шин на изоляторах:

а – плашмя; б – на ребро

При расположении шин на изоляторах плашмя (рис. 6.3,а ), момент сопротивления равен

При расположении шин на ребро (рис. 6.3,б ) момент сопротивления равен

Расчетные значения напряжений в металле шины σ расч должны быть меньше допустимого значения напряжения σ доп для данного материала, т.е. должно выполняться условие

σ расч ≤ σ доп. (6.36)

Конец работы —

Эта тема принадлежит разделу:

Конспект лекций по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий»

Приазовский государственный технический университет.. кафедра электроснабжения промышленных предприятий..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Коляда Л.И
Конспект лекций по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий» для студентов специально

Пути развития СЭС промышленных предприятий
Системы электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий усложняются по мере развития электропотребления. При реконструкции (СЭС) и проектировании новых систем должны решаться следующие основные зад

Предприятий
Приемником электрической энергии является электрическая часть технологической установки или механизма, получающая энергию из сети и расходующая её на выполнение технологических процессов.

Характеристика ЭП промышленных предприятий
Рассмотрим характерные группы приемников электрической энергии промышленных предприятий. 1. Силовые общепромышленные установки. К этой группе приемников электрической энергии относя

Режимы работы электроприемников
Правильное определение электрических нагрузок (ЭНГ) является решающим и важнейшим этапом при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. Электрические нагрузки характериз

Методы определения расчетных нагрузок
Для расчета электрических нагрузок промышленных предприятий применяют в основном два метода: метод коэффициента спроса и метод расчетного коэффициента. К вспомогательным методам отн

Определение расхода электроэнергии
Суммарная нагрузка (активная, РΣ и реактивная, QΣ) на шинах напряжением выше 1000 В определяется соотношениями: РΣ = (Σ

Элементах электрической сети
В сетях промышленных предприятий теряется около 10% передаваемой электроэнергии. Величина потерь зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется режимом работы электроприемников и отде

Способы снижения потерь ЭЭ в системах электроснабжения
Электроприемники промышленных предприятий требуют для своей работы как активную (Р), так и реактивную (Q) мощности. Реактивная мощность вырабатывается, как и активная, синхронными генераторами стан

Энергосистема
Для промышленных предприятий основным источником электроснабжения являются электрические станции, объединенные в энергетические системы. Количество электроэнергии, вырабатываемой ге

Электростанции промышленного назначения
Электростанции промышленного назначения (заводские электростанции) относятся к местным источникам активной мощности. Наличие местных источников должно обосновываться технико-экономи

Силовые трансформаторы в системе электроснабжения
Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу и распределение электрической энергии от электростанций к потребителям. С помощью силовых тран

Режимы работы нейтрали в системах электроснабжения
Электротехнические установки и электрические сети напряжением выше 1000 В, согласно ПУЭ, разделяются на установки с большими токами замыкания на землю (сила тока однофазного короткого замыка

Незамкнутые и замкнутые сети
Незамкнутыми (открытыми) называются сети, линии которых не образуют замкнутых контуров. Такие сети имеют один основной источник питания, подключенный к одному из узлов сети.

Применяемые типы проводников
Для выполнения электрических сетей применяются неизолированные (голые) и изолированные провода, кабели, токопроводы. Голые провода не имеют изолирующих покровов. Их

Электропроводка с изолированными проводами
Электропроводками принято называть сети постоянного и переменного тока напряжением до 1 кВ, выполняемые изолированными проводами, также кабелями малых сечений (до 16 мм2).

Кабельные линии
Кабели применяются в сетях промышленных предприятий всех напряжений (до 110 кВ включительно) как внутри зданий и сооружений, так и по территории предприятия и во внешнем электроснабжении.

Шинопроводы
Шинопроводом называются линии передачи электроэнергии, проводниками которых являются жесткие шины. Шинопроводы могут быть открытыми (неизолированные шины на опорных из

Воздушные линии
Воздушной линией электропередачи (ВЛ или ВЛЭП) называют устройство для передачи электроэнергии по проводам. ВЛ могут использоваться в сетях высокого и низкого напряжений для распред

Короткие замыкания в электрических сетях
Коротким замыканием (КЗ) называется преднамеренное или случайное, не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической сети через очень малое с

Расчет тока КЗ с неизменной периодической составляющей
Периодическую составляющую тока КЗ, в соответствии с допускаемыми погрешностями, можно считать практически неизменной во времени, если ее изменения остаются в пределах 10%. Если рас

Расчет тока КЗ с изменяющейся периодической составляющей
Если условие х* ≥ 3 не выполняется, то при расчете токов КЗ необходимо учитывать переходные процессы в генераторах. Упрощенно можно принять, что эти явления оказыва

Тепловое (электротермическое) действие тока КЗ
Переходный процесс (ПП) нагрева проводников током КЗ характерен тем, что его длительность (τпп ≈ несколько секунд) намного меньше, чем постоянная времени нагрева проводников т

Ограничение токов короткого замыкания
Для промышленных электрических сетей характерно наличие мощных источников питания и соответственно больших значений токов КЗ. Это может существенно увеличить стоимость системы электроснабжения по с

Схемы цеховых трансформаторных подстанций
Цеховые подстанции питают сеть НН. На цеховых трансформаторных подстанциях напряжением 6-10 / 0,4 кВ применяются, как правило, схемы без сборных шин ВН. Схемы трансформаторны

Схемы главных понизительных подстанций
Для надежного питания потребителей I и II категорий главные понизительные подстанции (ГПП и ПГВ), как правило, сооружаются двухтрансформаторными. Питаются подстанции от энергосистем

Основное электрооборудование подстанций
Основным электрооборудованием подстанций являются: силовые трансформаторы, коммутационные аппараты, разъединители, изоляторы и шины распределительных устройств, измерительные трансф

Изоляторы и шины распределительных устройств
Токоведущие части электроустановок крепятся и изолируются друг от друга посредством изоляторов. Изоляторы делятся на линейные, аппаратные, опорные и проходные. Линейные изоляторы пр

Назначение релейной защиты
В условиях эксплуатации электроустановок возможны повреждения отдельных элементов системы электроснабжения. Совокупность специальных устройств, контролирующих состояние всех элементов системы

Основные принципы действия релейной защиты
Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения релейных защит (РЗ), называемых токовыми. Токовые РЗ приходят в действие при ув

Предприятий
Релейная защита – это только часть автоматики, которая получила применение в системах электроснабжения раньше других автоматических устройств. Однако только релейная защита не может

Электродинамическое действие токов короткого замыкания.

При коротких замыканиях в результате возникновения ударного тока короткого замыкания в шинах и других конструкциях распределительных устройств возникают электродинамические усилия, которые, в свою очередь создают изгибающий момент и механическое напряжение в металле. Последнее должно быть меньше максимально допустимых напряжений для данного металла

По литературе допустимое расчетное напряжение для алюминия составляет 80 МПа.

Электродинамическое усилие ударного тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании, определятся силой взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока.

где — ударный ток в точках К1, К2, кА,

Расстояние между изоляторами одной фазы мм,

Расстояние между проводниками соседних фаз, мм

Для камер КСО-366: мм; мм

Рассчитаем силу взаимодействия между шинами марки АТ 15х3 на стороне 10 кВ, по формуле (62):

Рассмотрим шину как равномерно нагруженную балку и рассчитаем изгибающий момент, создаваемый ударным током

где — сила взаимодействия, Н

Расстояние между шинами, м

Изгибающий момент,

Для определения механического напряжения в металле необходимо рассчитать момент сопротивления, учитывая расположение шин. Шины могут располагаться либо плашмя, либо на ребро.

Рисунок 2.5.1.1. Расположение шин плашмя

Рисунок 2.5.1.2 Расположение шин на ребро

В моем курсовом проекте шины расположены плашмя. При этом момент сопротивления определяется по формуле

где — момент сопротивления,

Ширина шины, см,

Толщина шины, см

Определим расчетное напряжение в шинах:

Из условия видим, что проходят шины марки АТ (15х3) на электродинамическую стойкость. Аналогично проверим шины прямоугольного сечения марки АТ (15х3) на стороне 0,4кВ.

Рассчитаем силу взаимодействия между шинами марки АТ (15х3) на стороне 0.4кВ, (63)

Рассчитаем изгибающий момент, создаваемый ударным током (64):

Определим расчетное напряжение в шинах (62):

Из проверки видим, что проходят шины марки АТ (15х3) на электродинамическую стойкость.

Термическое действие токов короткого замыкания

Токоведущие части, в том числе и кабели, при коротких замыканиях могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме.

Сечение кабеля или шин при проверки на термическую стойкость проверяют по формуле:

где ВК — тепловой импульс,

ст — коэффициент зависящий от материала проводника, берется согласно ПУЭ: ст = 85 для алюминиевых жил; ст = 88 для медных жил

Предварительно определим тепловой импульс:

ВК = ·t откл, (68)

где I пк — ток периодической составляющей, I пк = I пк1 = кА = 2350 А

t откл — время отключения при коротком замыкании,

t откл. = t выкл.. + t з, (69)

где t выкл. — время срабатывания выключателя; с, t выкл =0,2с,

t з — время срабатывания защиты; с, t з = 1.1с

t откл. = 0,2 + 1.1 = 1,3с

Определим тепловой импульс для воздушной линии и шин на стороне 10 кВ (68):

В к1 = 1,3= 7179250

Определим минимальное сечение КЛ марки АСБГ (3х16) (67):

F min == 31.52 ммІ

Согласно условию проверки на термическую стойкость выбранное сечение КЛ марки

АСБГ (3х16) должно быть больше либо равно минимальному расчетному сечению

F min S доп (70)

31.52 ммІ 16 ммІ

Из условия видим, что выбранное сечение КЛ марки АСБГ (3х16) не проходит, перевыбираем на КЛ большего сечения марки АСБГ (3х35):

30.72 ммІ 35 ммІ

Из условия видим, что выбранное сечение КЛ марки АСБГ (3х35) проходит

Определим минимальное сечение шины марки АТ 15х3 (66):

F min == 31.52 ммІ

Проверяем условие (70):

31.52 ммІ 45 ммІ

Из условия видим, что шины прямоугольного сечения на стороне 10 кВ марки АТ (15х3) проходят

Проверку на стороне 0,4 кВ произведем способом сравнения температур для этого составим таблицу 2.5.2.1 параметры токоведущий частей

Таблица 2.5.2.1 Параметры токоведущих частей

Для проверки КЛ ААБ 2 (4х25) на термическую стойкость на низкой стороне произведем уточнение температуры нагрева в нормальном режиме работы т.к. ток нагрева не совпадает с длительно допустимым током.

н= 0 +(доп.н — 0) · () 2 ; (71)

н=15+(65-15) · () 2 = 15.69C

Определим тепловой эквивалент для нормального режима работы по графику рис. 3.13 литературы

Ан=0.12 · 10 4 А 2 · С/ммІ

Определим действительное время протекания тока короткого замыкания

t действ. = t в + t з, (72)

где t выкл. — время срабатывания выключателя; с,

t з — время срабатывания защиты; с

t действ = 0,2+1.1=1,3с

Определим приведенное время апериодической составляющей тока короткого замыкания

t пр.а = 0.003 · », (73)

где «=; т.к. Iпко= Iпк, значит «=1

t пр.а = 0,003·1= 0.003 с

Определим приведенное время периодической составляющей тока короткого замыкания по рисунку 3.12 литературы : t пр.п = 0.85 с

Определим суммарное приведенное время:

t пр = t пра + t пр.п (74)

t пр = 0,003+0.85 = 0.853 с

Определим тепловой эквивалент при коротком замыкании:

А к =А н +, (75)

А к =0,12 · 10 4 += 0,205· 10 4 А 2 с/ммІ,

следовательно, температура нагрева равна 30C

Должно, выполнится условие:

Условие выполнилось, следовательно, КЛ проходит по термической стойкости.

Проверим шины на термическую стойкость:

Для проверки шины прямоугольного сечения марки АТ (15х3) на термическую стойкость на низкой стороне произведем уточнение температуры нагрева в нормальном режиме работы т.к. ток нагрева не совпадает с длительно допустимым током (71):

н=25+(88-25) · () 2 = 48.69C

Определим тепловой эквивалент для нормального режима работы по графику рис. 3.13 литературы , Ан=0.38 · 10 4 А 2 · С/ммІ

Определим тепловой эквивалент при коротком замыкании (75):

А к = 0.38 · 10 4 += 0.76· 10 4 А 2 с/ммІ ,

следовательно, температура нагрева равна 110C

Должно выполняться условие (76):

Условие выполняется, следовательно, шины марки АТ (15х3) проходят по термической стойкости.

Как определить короткое замыкание

Причины появления

При образовании контакта между двумя потоками зарядов возникает огромная сила тока, которой характеризуется КЗ. Так как это резкое возрастание энергии происходит из-за появления ударного электрического импульса, то, согласно закону Джоуля — Ленца, появившаяся мощность имеет высокую степень выделения тепла.

Причина такого явления заключается в нарушении изоляционных свойств проводников. Это может произойти из-за естественного износа или возникновения аварийных ситуаций в работе электрооборудования. На практике это обозначает непосредственный контакт между нулевым и фазовым проводом.

Но провода необязательно должны соприкоснуться между собой. Мгновенный рост силы тока также возникает, если между ними появляется проводящее тело или среда с ничтожно малым сопротивлением, например, проводящий предмет, вода или влажный воздух. Такую ситуацию называют пробоем. Можно выделить следующие причины возникновения КЗ:

Перенапряжение. При превышении физических параметров электролинии, когда по проводнику проходит большая сила тока, его сопротивление оказывается для неё большим, поэтому происходит интенсивное выделение тепла. Проводник греется, передавая тепло изоляционному слою, который растрескивается и разрушается. Появление высокого напряжения может быть вызвано как природными явлениями (ударом молнии), так и ошибками в работе электроприборов или источников энергии.
Естественное старение изоляции. Любая изоляция имеет свой ресурс, который сокращается при нахождении в агрессивной окружающей среде, например, при перепадах температуры.
Механическое повреждение: перетирание, повреждение при выполнении строительных работ, результат действия грызунов.
Ошибка монтажа

Неосторожное обращение с токоведущими частями оборудования, нарушения в укладке кабеля (сгибание под острым углом, пересечение проводов).
Неправильная коммутация электрооборудования или кабелей. Происходит из-за действий человека

Это может быть связано с неудачным ремонтом, ошибкой соединения проводов или электролиний, использованием сломанных устройств.

Чем КЗ отличается от перегрузки

Если фазу и ноль электрической сети соединить под напряжением друг с другом не через потребитель, а напрямую, то возникнет короткое замыкание, сокращенно КЗ. Коротким замыканием называется соединение проводников отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании.

Никакая сеть не предназначена для длительной работы в таком режиме. Однако данный аварийный режим иногда возникает. Так, короткое замыкание может случиться из-за нарушения изоляции электропроводки или из-за случайного замыкания разноименных проводников проводящими частями электрооборудования. Нормальная работа электрической сети будет нарушена. Чтобы это нежелательное явление предотвратить, электрики используют клеммники либо просто изолируют соединения.

Проблема режима КЗ заключается в том, что в момент его возникновения в сети многократно увеличивается ток (до 20 раз превышает номинал), что приводит к выделению огромного количества джоулева тепла (до 400 раз превышает норму), поскольку количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату тока и сопротивлению потребителя.

Теперь представьте: сопротивление потребителя здесь — доли ома проводки, а ток, как известно, тем выше, чем меньше сопротивление. В итоге, если мгновенно не сработает защитное устройство, произойдет чрезмерный перегрев проводки, провода расплавятся, изоляция воспламенится, и может случиться пожар в помещении. В соседних помещениях, питаемых этой же сетью, упадет напряжение, и некоторые электроприборы могут выйти из строя.

Типичный вид короткого замыкания для жилых квартир — однофазное короткое замыкание, когда фаза смыкается с нулем. Для сетей трехфазных, например в цеху или в гараже, возможно трехфазное или двухфазное короткое замыкание (две фазы между собой, три фазы между собой, или несколько фаз на ноль). Для трехфазного оборудования, такого как асинхронный двигатель или трехфазный трансформатор, характерно межвитковое замыкание, когда витки замыкаются накоротко внутри обмотки статора или внутри обмотки трансформатора, шунтируя остальные рабочие витки и выводя таким образом прибор из строя.

Или замыкание может случиться через проводящий корпус прибора. Вообще проводящие корпуса следует заземлять, дабы защитить персонал от случайного поражения током, а провода в квартирах использовать те, что в негорючей изоляции. Есть еще один вид аварийного режима нагрузки электрической сети, связанный с превышением нормального тока.

Это так называемая перегрузка. Перегрузки иногда возникают в квартирах, в домах, на предприятиях. Это опасный режим, порой более опасный, чем короткое замыкание. Ведь короткое замыкание в квартире может быть на корню остановлено мгновенно сработавшим автоматическим выключателем в щитке. А вот токовая перегрузка — случай более хитрый.

Выключатели для защиты от короткого замыкания.

Представьте себе, что в одну единственную розетку вы решили понавтыкать множество электроприборов через тройник да через удлинители. Что нежелательного может в этом случае произойти? Если жила проводки, подведенный к розетке, не рассчитана на ток более 16 ампер, то при включении в такую розетку нагрузки более 3500 ватт начнется перегрев электропроводки чреватый пожаром.

Вообще тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20°С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50°С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно.

И тепловое старение изоляции наиболее часто возникает именно из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Также нельзя в розетку, на которой указано 250 В 10 А, включать потребителей более чем на 2500 Вт, ибо может начаться перегрев контактов, ведущий к их ускоренному окислению. Для защиты от перегрузок в квартире, а также для мгновенного купирования режима КЗ, используйте автоматические выключатели.

Какие бывают виды

Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.

Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.

Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями – электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия.

Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение

Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток

Возгорание розетки

Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, U_КЗ, измеряемое в процентах. Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение.

Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем U_КЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям. Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш. Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ.

Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.

Защита блока питания от короткого замыкания.

Что же такое короткое замыкание?

Пример: Локомотив должен доставить груз, допустим из города Нижний Новгород в такой  мегаполис  как Москва. Путь состава должен быть длинным.  Локомотив, таща за собой 50 вагонов угля, набирает большую скорость. Но вдруг, в городе Владимир диспетчер совершает роковую ошибку, переключив стрелку на путь, где находится другой состав — аварии не миновать.

Состав набравший большую скорость быстро не остановить. Наглядный пример может показаться примитивным, но хочется показать принцип лежащий в основе – это сила, мощь, использованная не по назначению, несущая разрушение. Путь следования локомотива с множеством вагонов оказался коротким, не завершенным, не достиг цели.

Защита от токов короткого замыкания

Как мы выяснили, токи КЗ весьма опасны, прежде всего с точки зрения пожарной безопасности. Поэтому необходимо построить защиту от токов короткого замыкания, то есть установить в щите автоматические выключатели. Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока КЗ приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя.

Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, необходимо просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.

Правила монтажа электропроводки предусматривают расчет нагрузки и токов, идущих через автоматы защиты. Понятно, что предохранитель должен срабатывать при значениях тока, выбранных с солидным запасом. Иначе случайные небольшие колебания напряжения в сети (а следовательно, и тока) будут приводить к постоянному ложному срабатыванию защиты. С другой стороны, запас не должен быть и слишком велик, чтобы действия тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.

Возгорание изоляции кабеля.

Автоматический предохранитель защищает внутреннюю и внешнюю сеть

Заметим, что автоматические предохранители, установленные в начале каждой домовой линии (рабочей группы), защищают от короткого замыкания не только домовую сеть, но и наружную. В самом деле, если бы их не было, то аварийное короткое замыкание привело бы к выходу из строя трансформаторной подстанции, а вернее, электрического силового щита более высокого уровня, так что электричества лишилось бы значительное количество пользователей, да и без вызова аварийной службы было бы не обойтись. А при наличии «автомата» достаточно включить его после срабатывания (удалив, конечно, причину короткого замыкания).

Становится понятна и необходимость нескольких линий в доме: если одна линия вылетела, в запасе есть другие. Кстати, отсюда вывод: удобно, если от каждой рабочей группы питается лампочка аварийного освещения в районе счетчика или аварийная розетка, в которую можно включить переносную лампу.

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.

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.

Вот еще одно яркое объяснение, что такое короткое замыкание

В нормальном режиме работы ток в проводке между фазным и нулевым проводами протекает через нагрузку, которая этот ток ограничивает на безопасном для проводки уровне. При разрушении изоляции ток протекает, минуя нагрузку, сразу между проводами. Такой контакт, называется коротким, поскольку происходит помимо электроприбора.

Вспомним закон Ома: I = U/R, что словами, обычно, произносится так: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению, и обратно пропорционален СОПРОТИВЛЕНИЮ»

Именно на СОПРОТИВЛЕНИЕ здесь и стоит обратить внимание

Сопротивление ТПЖ электропроводки, как правило, невелико, поэтому им можно пренебречь, считать его равным нулю. Согласно законам математики деление на ноль невозможно, а результат будет стремиться к бесконечности. В случае короткого замыкания к этой самой бесконечности будет стремиться ток в цепи.

Конечно, это не совсем так, провода имеют какое-то конечное сопротивление, поэтому до бесконечности ток, конечно же, не дойдет, но будет достаточной силы, чтобы произвести разрушительное действие, достаточно мощный взрыв. Возникает вольтова дуга, температура которой достигает 5000 градусов по Цельсию.

Меры профилактики по предотвращению КЗ

Предотвратить возникновение коротких замыканий в значительной степени помогают меры предосторожности и профилактические мероприятия

Наиболее важными из них являются следующие:

Перед тем как найти короткое замыкание в проводке, следует обращать внимание на заметное искрение или треск в розетке и выключателях, сопровождающиеся запахом горелой пластмассы. Именно эти факторы чаще всего приводят к аварийному режиму

В таких случаях нужно обязательно заменить неисправные установочные изделия.
Перед прокладкой новых проводов нужно заранее рассчитать мощность потребителей, которые будут использованы в данной сети. Правильно выбранное сечение предохраняет кабели от излишних перегрузок. В процессе монтажа проводка не должна быть перекручена. Кабели укладываются параллельно, а между ними оставляется свободное пространство.
При выполнении ремонтных работ, связанных со сверлением стен, необходимо заранее уточнить места прокладки кабельных линий.
Установка средств автоматической защиты позволит избежать негативных последствий, за счет отключения линии в момент КЗ.
Не реже 2-3 раз в год проводить плановые осмотры, выключателей, розеток, распределительных коробок, откуда расходятся провода и мощного оборудования. Проводку с алюминиевыми жилами по возможности лучше устраняем и меняем, поскольку этот материал при нагревании увеличивает сопротивление цепи, вызывая увеличенный нагрев, замыкание и расплавление кабельных линий.
При поиске короткого замыкания все действия с проводкой и электрическими приборами следует выполнять при строгом соблюдении техники безопасности. Выполняя рекомендации специалистов и точно соблюдая порядок действий, вполне возможно не только самостоятельно обнаружить аварию, но также исправить все ее последствия.

Неполадки в электросети являются частой причиной поломки электроприборов. Одно из распространенных негативных явлений – короткое замыкание. Оно опасно не только для техники, но и для самого дома, так как может привести к возгоранию. Бороться с КЗ можно с помощью предохранителей и автоматов защиты в активной цепи. Но в случае обесточенного провода или прибора поиск замыкания усложняется. Есть разные способы обнаружения и устранения дефекта сети.

Последствия и защита

Самая большая неприятность, которая может возникнуть во время КЗ, — это возникновение пожара. Образовавшийся избыток тепла вызывает возгорание изоляции и близко расположенных горючих веществ. Кроме того, при пробое возникает электрическая дуга, представляющая собой открытый источник огня. При этом она может воспламенить рядом находящиеся предметы.

Если в зону действия замыкания попадает человек, то он подвергается удару большой силы тока. Это приводит к выделению организмом тепла и последующему сгоранию тела.

К менее значимым последствиям можно отнести возникновение электрического поля большой величины и электромагнитного удара, которые негативно воздействуют на электронные узлы и блоки радиоаппаратуры, а также электродвигатели. Появление КЗ приводит к перекосу фаз в электросети, что вызывает в ней всплеск напряжения, а это ведёт к поломкам блоков питания электрических устройств, подключённых к ней.

Для предотвращения последствий при конструировании электрических систем используются специальные устройства и мероприятия по защите. К таким мерам относят:

• периодическое испытание изоляции оборудования и линий электропередач;
• использование техники или электропроводки с повышенным классом защиты в потенциально опасных местах, например, применение высококачественных диэлектриков или не поддерживающей горение двойной изоляции;
• установка предохранителей, перегорающих при достижении тока опасной величины;
• использование громозащиты, автоматических и дифференциальных выключателей, устройств контроля напряжения.

Преднамеренное использование

Непреднамеренное возникновение КЗ несёт в себе опасности и неприятности, но контролируя его, можно извлечь выгоду. Благодаря этому появилась электродуговая сварка. Одна обмотка трансформатора подключается к свариваемой детали, образуя с ней постоянный контакт, а вторая соединяется с электродом. При его прикосновении к детали возникает КЗ с образованием дуги и выделением тепла. Именно эта дуга и применяется для расплавления металлов. Но если электрод «прилипнет» к металлу, то вся используемая мощность начнёт выделяться на преобразователе, что приведёт к его межвитковому замыканию.

Другое применение явления используется в короткозамыкателях — устройствах, оборудованных автоматическими выключателями. При возникновении необходимости быстро отключить линию электропередачи происходит её замыкание, на которую реагирует электромеханическое устройство, отключающее участок.

Индукционные виброметры и сейсмоприёмники в основе своей работы используют КЗ, что позволяет демпфировать механические колебания. Часто режим пробоя используется при соединении усилительных каскадов в электронике, например, каскодных усилителей. Цепи питания электронных плат тоже работают в режиме КЗ для переменного тока. На их линиях питания устанавливаются шунтирующие блокировочные конденсаторы. Предназначены они для снижения самовозбуждения усилительных каскадов, помех и сбоев кодов в цифровых устройствах.

Подводя итоги, можно отметить важные аспекты электрических процессов. Для того чтобы возник ток, должна появиться разность потенциалов, а затем физическое их соединение. Тогда заряд начнёт передаваться из одной точки в другую, встречая на своём пути сопротивление. На нём будет выделяться энергия, которая используется для каких-либо процессов. Образованная мощность характеризуется полезной работой. Но если на своём пути ток не встретит препятствия, то при соединении двух потенциалов вся мощность выделится на этом пути. В результате она преобразуется в тепловую энергию и частично в световую.

Это и есть принцип возникновения КЗ, а также явлений, сопровождающих его, — чрезмерного нагрева и световой вспышки. При возникновении такого режима ток в цепи намного превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления), что и приводит к выходу из строя источника энергии и её приёмника в электрической цепи.

Проверка электропроводки

Если с предохранителями все очень просто и вместо сгоревшего достаточно установить новый, то с электропроводкой все намного сложнее. Основным признаком, по которому определяется короткое замыкание в автомобиле, является повторно сгоревший предохранитель, который был только что заменен. Поэтому причину необходимо искать в проводке, используя для этого метод исключения.

В этом случае разные потребители поочередно отключаются от проверяемой линии. Одновременно проверяется целостность проводов. Часто место аварии определяется визуально, по следам подгоревшей и оплавившейся изоляции. Однако, некоторые провода спрятаны слишком далеко, например, под панелью приборов, поэтому приоритет в проверке отдается потребителям.

Если в проверяемой линии автомобильной проводки присутствует короткое замыкание, то в момент включения лампочка загорится ярким светом на полную мощность. Когда она подключена к исправной линии, то свечение будет тусклым, поскольку ток на этом участке имеет номинальное значение. Так методом исключения можно поочередно узнать состояние всех потребителей. Когда обнаруживается неисправный проверяемый потребитель, можно попытаться его отремонтировать. Однако, специалисты рекомендуют не рисковать и установить новую деталь. С замыканием шутить не следует, поскольку в другом случае при несчастливом стечении обстоятельств, может сгореть вся проводка и даже сам автомобиль.

Иногда может возникнуть ситуация, когда все потребители уже проверены, а лампочка все равно светит на полную мощность, то есть, причина все еще не найдена. Это указывает на наличие короткого замыкания в самой проводке, а не в потребителях. В этом случае проверка существенно осложняется, поскольку для доступа ко всем линиям придется демонтировать элементы салона и другие детали.

Тем не менее, тестером, если он есть в наличии, можно проверить участки, находящиеся в свободном доступе и существенно сократить поиски. Эти задачи уже более сложные и требуют вмешательства квалифицированных автомобильных электриков. Кроме того, водителю потребуются знания и навыки разборки и сборки различных элементов авто, правила пользования обычным и специальным инструментом.

Как найти короткое замыкание

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Что такое ток короткого замыкания

Причины возникновения короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Режим короткого замыкания

Короткое замыкание, методы его поиска

Рассмотрим случай, когда у вас перегорает предохранитель. Существует несколько видов короткого замыкания, в первом случае у вас предохранитель сгорает моментально, сразу после его установки в блок предохранителей или в течении короткого промежутка, в считанные моменты после установки, но не моментально.Это означает, что в первом случае, проводник по которому идёт «плюс» имеет прямой непосредственный контакт с «массой» корпусом автомобиля, такой вариант немного проще в поиске неисправности. Всегда труднее выявлять причину неисправности, когда она слабая или имеет спонтанный характер, склонность то к появлению, то к исчезновению.

При поиске короткого замыкания, самое главное определить на каком участке цепи происходит замыкание. Рекомендую вам при поиске вооружится контрольной лампочкой, длинным куском провода, книгой или электрической схемой с электрооборудованием вашего автомобиля. Если у вас перегорает предохранитель, значит короткое замыкание расположено на участке цепи от блока предохранителя к тому устройству которое запитывается от этого предохранителя.

Как правило само короткое замыкание происходит или на пути к этому устройству в проводке, в местах соединения проводки с этим устройством или в самом устройстве. Таким образом определив номер предохранителя, посмотрите, за какие цепи отвечает этот предохранитель и по возможности отключите все потребители электроэнергии в местах где проводка подходит к ним.

Я написал «по возможности», потому что не все потребители электроэнергии легко доступны, а многие расположены в местах, где эту процедуру сможет произвести только специалист или человек уже сталкивавшийся с этим. Например: если вы определите что у вас замыкание в цепи указателей поворотов или аварийной сигнализации автомобиля ВАЗ 2105, нужно будет отсоединить штекерную колодку от выключателя аварийной сигнализации, которая расположена справа на рулевой колонке, если при её отключении и установлении предохранителя, короткое замыкание пропадает, нужно идти дальше по проводке, а реле указателей поворотников и аварийной сигнализации, расположено под приборной панелью, снять которую в одиночку я вам не советую, если у вас такого опыта не было.

Выше я советовал при поиске воспользоваться контрольной лампочкой и куском провода, сейчас поясню зачем. Как мы определили короткое замыкание — это когда проводка или какая то часть устройства, соединяется или имеет контакт с массой автомобиля, делаем цепь соединяя длинный провод с «плюсом» аккумулятора и контрольной лампочкой, впрочем это может быть просто контрольная лампочка с длинной одной частью. При поиске короткого замыкания аккумулятор у вас должен быть отсоединён, но в данном случае, вам нужно будет полностью всё отсоединить от «плюса», а масса «минус» должна быть подсоединена к автомобилю.

Подсоединяем второй вывод нашей контрольной лампы к блоку предохранителей, соединяем его с местом, откуда выходит этот самый образовавшийся минус, так как при вставке предохранителя он у нас сразу перегорает, значит на одном выходе образуется минус, а на второй как и положено подходит положительное напряжение. При подсоединении лампочки на этот вывод, она у нас в случае короткого замыкания, сразу ярко загорится, теперь будем по схеме отключать все потребители электроэнергии, которые запитаны на этот предохранитель. И будем наблюдать за поведением лампочки, за тем как она горит, как только мы отсоединим устройство, дающее короткое замыкание, лампочка должна или погаснуть или тускней светить, что будет соответствовать тому, что мы нашли причину короткого замыкания.

Профилактика КЗ

Выполнить профилактические действия безопаснее, надежнее и дешевле, чем восстанавливать проводку после КЗ. Периодически нужно проверять розетки. Если они начинают искрить, нужно их ремонтировать или менять.

Если производилась частичная замена проводки, следует проверять надежность мест соединения, целостность изоляционного слоя.

Раз в несколько месяцев следует проверять источники света, осветительную сеть и силовые провода. Короткое замыкание может возникать со временем. Выявить его можно по изменению цвета устройств или их плавлению. В квартире обязательно должны стоять автоматические выключатели. На мощные электроприборы ставятся отдельные средства защиты, которые должны сработать при аварийной ситуации.

При самостоятельном проведении монтажа электропроводки важно правильно рассчитывать сечение кабеля. Если оно не способно выдержать мощность всех подключаемых приборов, будет происходить перегрузка, приводящая к короткому замыканию

Кабели не должны укладываться тесно друг с другом – это может привести к повреждению защитного слоя. Также при соединении надо правильно выбрать способ создания контакта и приобрести заранее необходимое оборудование. Нельзя соединять провода методом скрутки.

Если надо сверлить стену, следует проверить место самодельным металлоискателем или изучить схему электропроводки. Таким образом можно обнаружить кабель скрытой проводки, который мастер мог бы случайно повредить.

Опасность и последствия

Чтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:

• Возникновение возгорания в месте механического соприкосновения неизолированных элементов оборудования или электрической сети часто становится причиной пожара.
• Понижение уровня напряжения электрического тока в зоне замыкания вызовет сбой в работе электрооборудования. О последствиях пониженного напряжения можно подробно узнать в одной из публикаций на нашем сайте.
• Как видно из приведенной выше таблицы 1, на долю симметричных замыканий (К(З)) приходится не более 5%, это означает, что во всех остальных случаях придется иметь дело с сетевой асимметрией, более известной под названием «перекос фаз». Последствия такого режима мы уже рассматривали в более ранней публикации.
• Возникновение различных системных аварий, вызывающих отключение потребителей энергосистемы до устранения короткого замыкания.

Как найти короткое замыкание в проводке

Как правило, поиск замыкания происходит уже после того, как выбило пробки или автоматический выключатель.

Тут есть несколько вариантов:

• внешний осмотр;
• использование специальных приборов;
• исключением;
• по звуку;
• по запаху.

Внешний осмотр при коротком замыкании

Если вы обнаружили, что повреждена изоляция или соприкосновение двух оголенных жил – можете считать, что причина найдена.

Обычно, такие повреждения можно найти в распределительных коробках, выключателях или розетках, где соединяются провода.

Заметили обгорелую оболочку – это и есть неисправность.

Как найти короткое замыкания, используя приборы

Использовать для этого лучше мегаомметр или мультимерт. Они быстро проверят сопротивление в цепи.

Подключите один провод прибора к фазе, а другой к заземлению (к нулю).

Если прибор показывает ноль – проводка в норме. Все, что выше нуля свидетельствует о соприкосновении контактов.

Стоит учесть, что мультиметр имеет маленькое сопротивление, поэтому определить короткое замыкание с его помощью не всегда возможно.

Как найти замыкание методом исключения

Тут все просто, но способ эффективен в случае вины электроприбора.

Когда у вас выбило выключатель, выключите всю технику от электричества.

Затем включите автомат и начинайте подключать каждый из приборов.

Как найти короткое замыкание по звуку и запаху

При замыкании контактов можно услышать потрескивание. Главное иметь хороший слух. По запаху гари пластмассы и легкого дымка вы легко найдете обрыв проводки в доме.

1.2 Разновидности аварийных режимов, приводящих к пожару. Разработка комплекса мер, направленных на исключение причин возникновения пожаров в зданиях общественного назначения

Похожие главы из других работ:

Аварии на предприятии нефтепереработки и их последствия

3. Методы прогнозирования аварийных ситуаций

Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности в современных условиях неразрывно связано с все возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ. В первую очередь…

Анализ риска возникновения аварийной ситуации на ОАО «КраснодарЭконефть»

5. Определение перечня возможных аварийных ситуаций

Рассмотрим возможные причины и факторы, способствующие возникновению аварийной ситуации, и то к чему они могут привести. В электродегидраторах при повышении давления произойдет отказ регулятора расхода нефти FIRC-12…

Должностная инструкция электромонтера и охрана труда на рабочем месте

4.3 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

При возникновении возгорания в электроустановке или опасности поражения окружающих электрическим током в результате обрыва кабеля (провода) или замыкания необходимо обесточить установку…

Защитное зануление, заземление и отключение. Молниезащита. Защита от статического электричества

2.4 Разновидности систем искусственного заземления

TN-S пришла в 1930-х на замену TN-C после большого количества электротравм при обрыве нулевого провода, так как сечение нулевого провода обычно бралось 1/3 от толщины сечения фазных проводов…

Ионизирующие излучения: виды, физическая природа и основные свойства

1. Радиация и её разновидности. Ионизирующие излучения

Радиация — это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас. Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение…

Нагрузка и отдых

2.2 Разновидности отдыха

…

Обеспечение безопасности труда на ОАО «Северные магистральные нефтепроводы»

2.2.5 Анализ возможных аварийных ситуаций

Таблица 11…

Обеспечение безопасности труда на ОАО «Северные магистральные нефтепроводы»

3.2.7 Мероприятия по предотвращению аварийных ситуаций

Производственный контроль является составной частью системы управления промышленной безопасностью и осуществляется организацией путем проведения комплекса мероприятий…

Организация рабочего места водителя

10 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

10.1 Водитель должен: 10.1.1 Немедленно сообщить работодателю о происшедшем с ним или по его вине несчастном случае, а также о любом несчастном случае с участием других работников предприятия, свидетелем которого он был. 10.1…

Особенности обеспечения безопасных условий труда в сфере профессиональной деятельности на предприятиях общественного питания

3.2 Рационализация режимов труда и отдыха

Научно обоснованный режим труда и отдыха способствует сохранению здоровья работников, повышению их работоспособности. Работоспособность — это свойство организма человека выдерживать нагрузки в течение рабочего дня…

Пожарная безопасность на рабочем месте учителя начальных классов

4. Требования пожарной безопасности в аварийных ситуациях

При любых признаках предаварийной ситуации (запах жженой изоляции, дым, крики обучающихся, запах газа и др.) преподаватель должен оценить возникшую обстановку…

Положения эргономики. Безопасность при эксплуатации технических систем. Пожары в населенных пунктах

Вопрос 89. Пожары в населенных пунктах: их разновидности и факторы, влияющие на их распространение; мероприятия противопожарной защиты. Ландшафтные пожары: их виды, особенности и методы борьбы

Для населенных пунктов, расположенных в лесных массивах, органами местного самоуправления должны быть разработаны и выполнены мероприятия…

Проведение огневых работ на магистральном нефтепроводе

4. Требования охраны труда в аварийных ситуациях

4.1. При возникновении опасных условий (повышение ПДК углеводородов нефти) следует немедленно прекратить работу, отключить сварочный аппарат от электросети, выйти из опасной зоны и предупредить рядом работающих людей…

Проектирование заземляющего устройства ПС 220кВ

4.1 Выбор и обоснование режимов труда и отдыха

Режимом труда — это порядок чередования и продолжительность периодов времени труда и отдыха. Согласно [разделу IV, 6], нормальная продолжительность рабочего времени не может превышать 40 часов в неделю…

Системы и средства безопасности, предотвращение аварий на морских месторождениях, терминалах и трубопроводах

1.1 Возникновение и развитие аварийных ситуаций

Аварийные ситуации на промышленных объектах в своем развитии проходят четыре условные типовые фазы: ? зарождение; ? инициирование; ? кульминационное развитие, с выходом последствий за пределы аварийного блока; ? затухание…

Базовые принципы действия трансформатора — Трансформаторы

---

---

---

---

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (например, ферромагнитного материала, например, из трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике на вихревые токи и на гистерезис. Мощность потерь можно вычислить умножив ток холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

Режим короткого замыкания
В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такой, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P₁ — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,

P₂ — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U₂, уменьшается ток вторичной цепи I₂.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения. Например, сопротивление Z₂ подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

---

трансформатор, режим кз, холостой ход

Всего комментариев: 0

---

Что такое информационный бюллетень по короткому замыканию?

Каждую неделю IJ просматривает записи федерального суда в поисках наиболее интересных и важных заключений апелляционного суда. Затем каждую пятницу днем ​​мы делимся короткими и понятными описаниями этих случаев с подписчиками нашего популярного информационного бюллетеня Short Circuit.

Среди более чем 3000 подписчиков на информационный бюллетень — некоторые из ведущих мыслителей нашего времени, включая судей, обозревателей, репортеров, юристов и ведущих профессоров права, не говоря уже о студентах юридических факультетов и других лицах, заинтересованных в отслеживании событий в федеральных судах.

Почему Short Circuit фокусируется на заключениях федеральных апелляционных судов? Ежегодно Верховный суд решает около 80 дел. Сравните это с 6000 дел, опубликованных федеральными апелляционными судами только в прошлом году. Для подавляющего большинства истцов в федеральных судах федеральные апелляционные суды низшей инстанции являются последней остановкой в ​​рассмотрении их дел.

Поклонники

Short Circuit продолжают возвращаться, чтобы получить больше, потому что они верят, что сотрудники IJ прочитают каждое мнение федерального апелляционного суда и сообщат о 20 или около того наиболее важных делах недели с увлекательными и эффективными резюме.За последние два года Short Circuit отчиталась о более чем 2 000 дел в федеральных апелляционных судах.

Поддержание актуальности наших кортов не должно занимать много времени и не должно быть скучным: для этого достаточно короткого замыкания.

Похвала за короткое замыкание

«Я никогда не пропускаю короткие замыкания. Я с нетерпением жду проницательного кураторского взгляда Эй Джея, и мне нравится проверять свое негодование на их. Они совпадают больше раз, чем можно было бы ожидать.”

Линда Гринхаус,
Лауреат Пулитцеровской премии
Бывший корреспондент Верховного суда США, The New York Times

«Мне давно очень нравился Short Circuit, очень ценный и интересный для чтения источник новостей о важных и интересных случаях, которые в противном случае могли бы быть упущены; и я был рад, что Эй Джей согласился разрешить нам включить его в Волохский заговор, поскольку это как раз то, что ценят информированные читатели, интересующиеся законом.”

Евгений Волох,
Профессор права, UCLA
Основатель и соавтор, Заговор Волоха блог

---

Короткое замыкание потока 152: Закон о выборах 2020 Специально Института юстиции

опубликовано 2020-10-28T19: 30: 13Z

Что случилось с потоком дел о выборах, выходящих в наши дни? Дайана Симпсон и Энтони Сандерс из IJ готовы рассказать вам об этом.На самом деле, довольно много советов, поданных в окружные апелляционные суды за последние несколько недель, и даже пара дел в Верховном суде и дело в Верховном суде штата были добавлены. Сократите лишь небольшую путаницу на выборах, пока есть время для это заканчивается. iTunes: https://podcasts.apple.com/us/podcast/short-circuit/id309062019 Spotify: https://podcasters.spotify.com/podcast/1DFCqDbZTI7kIws11kEhed/overview Сшиватель: https://www.stitcher.com/podcast/institute-for-justice/short-circuit Google: https: // play.google.com/music/listen?u=0#/ps/Iz26kyzdcpodkfm5cpz7rlvf76a Информационный бюллетень: ij.org/about-us/shortcircuit/ Хотите написать нам? [email protected] Диана Симпсон, https://ij.org/staff/diana-simpson/ Энтони Сандерс, https://ij.org/staff/asanders/ Мудрый против Чиркосты, https://www.ca4.uscourts.gov/Opinions/202104R1.P.pdf Техасская лига объединенных латиноамериканских граждан против Хьюса, http://www.ca5.uscourts.gov/opinions/pub/20/20-50867-CV0.pdf Проект «Новая Джорджия» против Раффенспергера, https://media.ca11.uscourts.gov / reviews / pub / files / 202013360.pdf Ричардсон против Хьюса, http://www.ca5.uscourts.gov/opinions/pub/20/20-50774-CV0.pdf Демократическая партия Техаса против Эбботта, http://www.ca5.uscourts.gov/opinions/pub/20/20-50407-CV1.pdf Мемфис А. Институт Филипа Рэндольфа против Харгетта, https://www.opn.ca6.uscourts.gov/opinions.pdf/20a0331p-06.pdf Приоритеты США против Несселя, https://www.opn.ca6.uscourts.gov/opinions.pdf/20a0336p-06.pdf Национальный комитет Демократической партии против Законодательного собрания штата Висконсин, https://www.scotusblog.com/case-files/cases/democratic-national-committee-v-wisconsin-state-legislature/ Республиканская партия Пенсильвании v.Boockvar, https://www.supremecourt.gov/search.aspx?filename=/docket/docketfiles/html/public/20-542.html

Жанр

Новости и политика

Лицензия: все права защищены.

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, чем акустическая 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 , данные 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, уравнение. (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 и 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, можно ожидать некоторого короткого замыкания 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 по экспоненте, а 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), при 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 r , равное 10 a , 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 видно, например, 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.

Короткое замыкание на брошюровщике

Короткое замыкание 171 | Следует ли партию оригиналистов, как будто это 1868 год, а не 1791 год?

На специальном коротком замыкании профессора Кристофер Грин и Эван Берник присоединяются к принимающему вас Энтони Сандерсу, чтобы изучить один из важнейших вопросов Четырнадцатой поправки: когда суды применяют Билль о правах к штатам, должны ли они придавать этим положениям значение, которое они имели место, когда они были приняты, в 1791 году, или как они были поняты, когда была принята Четырнадцатая поправка в 1868 году? Вопрос важный, спорят наши гости, как методически, так и практически.Среди прочего, использование того значения, которое имел Билль о правах в 1868 году, могло бы лучше выполнить обещание Реконструкции, которое было в значительной степени утрачено, когда Верховный суд похоронил большую часть Четырнадцатой поправки в годы после гражданской войны. И, говоря о Реконструкции, нажмите здесь, чтобы увидеть наше празднование 150-летия Раздела 1983 года, которое мы провели ранее на этой неделе! https://www.youtube.com/watch?v=MlrAK4OXvPQ Стенограмма: https://ij.org/wp-content/uploads/2021/04/short-circuit-171_otterFINAL.docx Торрес против Мадрида, https://www.supremecourt.gov/opinions/20pdf/19-292_21p3.pdf Макдональд против города Чикаго, https://www.supremecourt.gov/opinions/09pdf/08-1521.pdf Грэм против Коннора, https://supreme.justia.com/cases/federal/us/490/386/ Рамос против Луизианы, https://www.supremecourt.gov/opinions/19pdf/18-5924_n6io.pdf Кристофер Грин, https://law.olemiss.edu/faculty-directory/christopher-green/ Эван Берник, https://papers.ssrn.com/sol3/cf_dev/AbsByAuth.cfm?per_id=2547295 Энтони Сандерс, https: // ij.org / staff / asanders / iTunes: https://podcasts.apple.com/us/podcast/short-circuit/id309062019 Spotify: https://podcasters.spotify.com/podcast/1DFCqDbZTI7kIws11kEhed/overview Сшиватель: https://www.stitcher.com/podcast/institute-for-justice/short-circuit Google: https://play.google.com/music/listen?u=0#/ps/Iz26kyzdcpodkfm5cpz7rlvf76a Информационный бюллетень: ij.org/about-us/shortcircuit/ Хотите написать нам? [email protected]

Определение номинального тока короткого замыкания (SCCR) для машинного оборудования

Чтобы помочь вам узнать больше о том, как определяется номинальный ток короткого замыкания (SCCR) для машин в соответствии с редакцией NFPA 79 от 2021 года, Специалисты подразделения UL и Eaton Bussmann объединились, чтобы дать ответы на следующие часто задаваемые вопросы нашего веб-семинара.

Что означает «имеющийся ток короткого замыкания на каждом разъединителе цепи питания машины»?

Машина может иметь более одного источника питания. Доступный ток короткого замыкания на линейных выводах каждого средства отключения цепи питания машины должен быть известен, чтобы определить, имеет ли панель управления, которая содержит средство отключения, адекватный номинальный ток короткого замыкания. Независимо от количества панелей управления, предусмотренных для одной машины, каждая цепь питания должна иметь номинальный ток короткого замыкания, по крайней мере, эквивалентный доступному току короткого замыкания на линейных выводах каждого средства отключения цепи питания машины.

Требуется ли номинальный ток короткого замыкания (SCCR) для всех панелей на машине с несколькими панелями?

Да, все панели, используемые для управления конкретной машиной, должны быть рассчитаны на ток короткого замыкания. Номинальный ток короткого замыкания для каждой панели необходим для определения номинального тока короткого замыкания для машины.

Если SCCR машины не соответствует току короткого замыкания на месте установки, можете ли вы использовать номинальные значения серии в соответствии с Национальным электрическим кодексом® (NEC®)?

Рейтинги серии

— это решение для практического применения.Это процедура с использованием автоматического выключателя, при котором этот автоматический выключатель может использоваться в цепи, имеющей доступный ток короткого замыкания, превышающий указанный номинальный отключающий ток, путем подключения на стороне нагрузки приемлемого устройства защиты от перегрузки по току, имеющего более высокий номинал.

Серийный рейтинг можно получить двумя способами: расчетным путем или путем тестирования. Метод расчета требует привлечения лицензированного профессионального инженера. Метод испытания требует испытания на короткое замыкание комбинации последовательно соединенных защитных устройств и конечного оборудования.Метод расчета несколько сложен, так как инженеру необходимо продемонстрировать, что выключатель, расположенный ниже по цепи, который является частью последовательной комбинации, остается пассивным в течение периода прерывания короткого замыкания защитного устройства со стороны линии. Метод испытания требует, чтобы последовательно соединенные защитные устройства были испытаны на короткое замыкание с панелями управления машины, чтобы продемонстрировать, что они согласованы в условиях короткого замыкания. Вероятность того, что определенный набор серийных устройств был протестирован с панелью управления, предусмотренной для конкретной машины, довольно мала.Принимая во внимание трудности применения любого метода к конкретной машине, номинальные параметры серии не являются предпочтительным решением для решения проблемы неадекватного номинального тока короткого замыкания.

При расчете SCCR для машины, как требования Национальной ассоциации противопожарной защиты® (NFPA®) 79 соотносятся с UL 508A, стандартом для промышленных панелей управления?

При определении SCCR для промышленного оборудования, включенного в список UL, UL 508A Supplement SB будет методом, используемым для определения SCCR, а NFPA 79 — это стандарт / руководство для проектирования и производства промышленного оборудования.

При просмотре оценки вспышки дуги на предмет полноты, как мне узнать, включила ли третья сторона, проводившая оценку, панель SCCR в расчеты?

Когда ваше предприятие завершит оценку вспышки дуги, спросите третью сторону, проводившую оценку, учли ли они SCCR всех панелей. Если нет, попросите их проверить оценку вспышки дуги на предмет правильного SCCR и определить панели с неадекватным SCCR. Если у вас есть старая оценка дугового разряда, вы сможете проверить доступный ток короткого замыкания на каждой панели и сравнить его с SCCR панели.Если SCCR не соответствует требованиям, добавьте на панель ярлык «ОПАСНО», пока ситуация не будет исправлена.

Где установить основную паспортную табличку на машине с несколькими панелями?

Если одна машина имеет несколько промышленных панелей управления, если промышленные панели управления внесены в список UL согласно UL 508A, каждая промышленная панель управления должна иметь свою собственную паспортную табличку, которая включает SCCR. Однако основная паспортная табличка промышленного оборудования и общий SCCR будут отмечены на панели, подключенной к проводам питания от объекта.

Если промышленное оборудование имеет более одного источника питания на предприятии, на главной панели станка будет указана паспортная табличка станка, а также на каждой промышленной панели управления, которая питается от объекта, будет указана заводская табличка и SCCR для этой секции. машина. Например, машина с контроллером робота может иметь одну главную панель управления промышленной мощностью, питаемую от объекта, а также несколько устройств управления роботом, питаемых от объекта. Основная панель будет иметь паспортную табличку машины и SCCR для этой панели, а панели контроллеров роботов будут иметь свою собственную паспортную табличку и SCCR для отдельного контроллера робота.

Нужно ли устанавливать токоограничивающие предохранители внутри корпуса главной панели управления?

Нет, их можно установить в отдельном корпусе, питающем главную панель управления.

Есть ли у клеммных блоков SCCR?

Клеммные блоки

имеют SCCR по умолчанию 10 кА в соответствии с таблицей SB4.1 UL 508A.

Что касается требуемой информации на паспортных табличках, исходя из новых требований в NFPA 79 издания 2021 года, нужно ли называть SCCR «доступным током неисправности» или его можно по-прежнему обозначать как SCCR на паспортных табличках?

Статья 16.4 NFPA 79 требует, чтобы паспортная табличка, содержащая конкретную информацию, была прикреплена к внешней стороне корпуса или на машине, непосредственно примыкающей к корпусу. Не было внесено никаких изменений в требование о маркировке номинального тока короткого замыкания на паспортной табличке. Введение термина «доступный ток короткого замыкания» является результатом изменений в NEC 2020 года. При осмотре оборудования можно определить, что SCCR равен или превышает имеющийся ток короткого замыкания.

Есть ли у оборудования / устройств, подключаемых через шнур и вилку, соответствующие SCCR, когда вы включаете их в конструкцию своей машины? Например, если у вас есть шнур и вилка источника питания, питающая панель вашего компьютера, есть ли в нем SCCR?

Оборудование, подключаемое через шнур и вилку, может иметь SCCR в зависимости от типа устройства.Вообще говоря, устройства не имеют SCCR. Источник питания, подключаемый через шнур и вилку, скорее всего, не будет иметь SCCR и не будет требовать наличия SCCR.

Имеются ли блоки питания постоянного тока (DC), связанные с ними?

Нет, они не обязаны иметь SCCR.

Требуется ли питание панелей от источника постоянного тока 24 В (В постоянного тока) для соответствия требованиям SCCR?

Если панель имеет только цепи управления, то SCCR не требуется.Если у него есть хотя бы одна силовая цепь, тогда требуется SCCR.

А как насчет источника питания 24 В постоянного тока с выходной мощностью 20 А? Следует ли это учитывать в ПКАП?

Вообще говоря, блоки питания не обязательно должны иметь номинальный ток короткого замыкания и не учитываются в общем SCCR для машины. Исключение составляет секция преобразователя, которая создает напряжение на шине постоянного тока для частотно-регулируемого привода.

Можно ли использовать токоограничивающую защиту на главной панели управления, когда она питает одну или несколько панелей, чтобы ограничить доступный ток повреждения для этих панелей? Уменьшает ли ограничение тока ток повреждения этих панелей?

Да, в ответ на оба вопроса.Однако выбор правильного токоограничивающего предохранителя или автоматического выключателя имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы токоограничивающая защита, предусмотренная на главной панели управления, ограничивала доступный ток короткого замыкания для всех панелей, питаемых от главной панели. Токоограничивающий плавкий предохранитель или автоматический выключатель должен ограничивать пиковый ток до значения, меньшего или равного SCCR всех панелей, питаемых от сети.

Простое добавление токоограничивающего предохранителя или токоограничивающего автоматического выключателя на стороне сети панели / машины не гарантирует, что панель / машина защищена и соответствует требованиям NEC.

У меня есть панель с терминальным сервером, которая подключена к источнику переменного тока на 208 В за пределами корпуса. Будет ли это подключенное шнуром и вилкой устройство учтено в SCCR панели?

Вообще говоря, для ИТ-оборудования не требуется SCCR, независимо от того, подключен ли он с помощью шнура и вилки или постоянно подключен.

OptiFuse — токи короткого замыкания

Я много говорю о защите от короткого замыкания и перегрузки.Однако на днях я разговаривал с продавцом-дистрибьютором OptiFuse, который не понимал, как токи короткого замыкания могут стать такими высокими (может быть, в 10-1000 раз выше, чем нормальный ток цепи).

Позвольте мне предложить следующее простое для понимания объяснение:

Существует очень мало «законов», регулирующих электричество, но одним из самых важных и наиболее часто используемых является «закон Ома». Этот принцип назван в честь немецкого физика Георга Ома, который в 1826 году описал взаимосвязь между напряжением и током.

Его закон в основном гласит, что напряжение в любой цепи равно сопротивлению цепи, умноженному на протекающий ток.

Следующая диаграмма иллюстрирует закон Ома

Если вы знаете напряжение (например, 120 В, выходящее из стены в большинстве домов в Северной Америке), и внутреннее сопротивление устройства, подключенного к стене (скажем, 12 Ом для вашего телевизора с большим экраном). Затем вы можете вычислить ток, который будет протекать через шнур питания и через телевизор с большим экраном (10 ампер).

Итак, теперь давайте рассмотрим случай короткого замыкания …

Короткое замыкание происходит, когда нормальная нагрузка обходится с помощью более низкого менее резистивного пути. Это может произойти, если шнур питания случайно перерезать ножницами по металлу, чтобы два провода соприкоснулись друг с другом. Когда это происходит, более высокое сопротивление (телевизор с большим экраном) заменяется гораздо более низким сопротивлением (металлические ножницы касаются медных проводов).

Вот как может выглядеть короткое замыкание:

Сопротивление (от металлических ножниц до медных проводов) теперь всего 0.12 Ом, а не 12 Ом у телевизора с большим экраном. Теперь ток будет проходить по пути с наименьшим сопротивлением (ножницы по металлу), а не по пути с более высоким сопротивлением (TV).

Закон Ома все еще применим в случае короткого замыкания …

То есть:

Напряжение = сопротивление x ток или

120 вольт = 0,12 Ом x 1000 ампер

Если нормальный ток составлял 10 ампер, при коротком замыкании теперь 1000 ампер (в этом примере)

Ток в 1000 ампер теперь будет пытаться пройти через провода и другие элементы схемы, рассчитанные только на 10 ампер.Провод и другие элементы схемы быстро выходят из строя (обычно в течение нескольких миллисекунд) и с высокой вероятностью могут нанести большой вред оборудованию и людям.

Защитное устройство, такое как плавкий предохранитель или автоматический выключатель, должно быть помещено в цепь, чтобы предотвратить это повреждение. Предохранитель или автоматический выключатель специально спроектирован так, чтобы выходить из строя (он действительно срабатывает, когда выходит из строя), очень быстро размыкая цепь и предотвращая дальнейшие повреждения.

Я приношу извинения своим друзьям-инженерам, которые регулярно читают мои блоги по средам за их более технический уклон.Я понимаю, что вы уже полностью осведомлены о многих обсуждаемых принципах, однако я думаю, что образование хорошо и для тех, кто не так технически подготовлен. Спасибо за терпение на этой неделе.

Всем … большое за вашу постоянную поддержку OptiFuse, где мы стараемся дать образование каждому.

Джим Калб
Президент
OptiFuse
[email protected]

Анатомия короткого замыкания | Архив статей T&D Guardian

Рисунок построен с симметричным среднеквадратичным значением тока, равным 1.00A в качестве основы для прямого сравнения с соотношениями, указанными в стандартах, для других переменных, таких как ток включения и фиксации.

Первоначально мы предполагаем, что ток перед повреждением равен нулю. Когда происходит короткое замыкание, ток со временем изменяется от начального значения, которое могло бы существовать в установившихся условиях короткого замыкания. Это значение представляет собой «симметричный ток» на рисунке, также называемый «составляющей переменного тока» тока короткого замыкания. В идеальном случае, когда сопротивление цепи равно нулю, а ток ограничивается только индуктивностью цепи, ток короткого замыкания и напряжение системы будут сдвинуты по фазе на 90 градусов.Таким образом, в наихудшем случае возникновение тока короткого замыкания будет, когда напряжение в системе равно нулю.

В реальном мире сопротивление цепи отличное от нуля. Таким образом, худший случай не наступает, когда напряжение в системе равно нулю. Скорее, это происходит в нескольких градусах от нулевого напряжения, но мы проигнорируем эту тонкость в этом обсуждении. По определению, ток короткого замыкания ограничивается только индуктивностью цепи.

Ток в катушке индуктивности не может мгновенно измениться от начального значения (ноль) до значения установившегося состояния (на рисунке -1.414А, пиковое значение симметричного тока 1,00А). Чтобы получить ток, сбалансируйте момент возникновения неисправности и начальное нулевое значение. На приведенном выше рисунке составляющая постоянного тока должна быть равна по величине мгновенному значению симметричного установившегося тока в момент времени 0. Таким образом, составляющая постоянного тока в момент времени 0 должна быть 1,414 А и противоположна по знаку мгновенному значению симметричный ток короткого замыкания в момент времени 0.

Постоянная составляющая короткого замыкания экспоненциально уменьшается от значения с постоянной времени, которая определяется значениями индуктивности (X) и сопротивления (R) цепи.- (т / х)

T = (X / R) / 2 (пи) f

Где:

% постоянного тока = составляющая постоянного тока, выраженная в процентах

e = e, основание антуирального (наперианского) логарифма, приблизительно 2,71828 18284 59045

t = момент времени в мс, для которого требуется составляющая% dc

T = постоянная времени затухания постоянного тока, мс X = индуктивность системы до точки повреждения, Ом

R = сопротивление системы до точки повреждения, Ом

f = системная частота, герц

Фактическая составляющая постоянного тока полностью смещенной асимметричной волны тока короткого замыкания показана на рисунке и равна 1.414A в момент времени 0, экспоненциально снижается, приближаясь к нулю примерно через 10 циклов. Также показан компонент постоянного тока в десятичной форме, и данные на рисунке необходимо умножить на 100, чтобы преобразовать его в компонент% постоянного тока. Компонент% dc также упоминается как% асимметрии в старых стандартах.

Полный ток короткого замыкания, обозначенный на диаграмме как мгновенный (полный) ток, представляет собой сумму асимметричного тока (составляющей переменного тока) и фактической составляющей постоянного тока.

Концепция компонента% dc лежит в основе требований, содержащихся в редакциях 1999 г. основных стандартов автоматических выключателей, включая ANSI / IEEE C37.04, C37.06, C37.09 и C37.010. В версиях этих стандартов 1979 г. постоянная составляющая учитывалась с помощью S-фактора, отношения симметричного (полного) тока (выраженного в среднеквадратичном токе) и симметричного среднеквадратичного тока. Понятия S-фактора и компонента% dc математически эквивалентны, хотя они выражают эту концепцию по-разному.