Сила тока короткого замыкания формула физика: сила тока короткого замыкания Найти силу тока короткого замыкания.

Сила тока короткого замыкания

Каждая электрическая цепь в общих чертах представляет собой источник тока с подключенной нагрузкой, обладающей каким-то сопротивлением. Получается своеобразный контур, по которому протекает электрический ток. Однако, под влиянием различных факторов, две разные точки этого контура начинают контактировать между собой, что и приводит к короткому замыканию.

Содержание

Короткое замыкание при постоянном и переменном токе

На практике причиной КЗ может послужить любой токопроводящий предмет. Его сопротивление по сравнению с нагрузкой будет во много раз ниже, поэтому вся сила тока короткого замыкания устремляется именно с это место. Ее значение стремительно повышается, что вызывает мгновенный нагрев проводов до температуры плавления, после чего они перегорают. Толстые проводники расплавляются медленнее, и за это время они успевают воспламенить все горючие элементы, расположенные поблизости.

Как уже отмечалось, сопротивление нагрузки при коротком замыкании будет стремиться к нулю. В соответствии с законом Ома, сила тока, при этом, будет увеличиваться в сторону бесконечности. На практике такого бесконечного роста не получится, поскольку существует ограничение, вызванное сопротивлением источника тока. Тем не менее, сила тока короткого замыкания будет достаточно высокой, чтобы разогреть проводник. В этом случае рассматривается квадратичная зависимость, когда при увеличении тока в 10 раз, выделение тепла увеличится в 100 раз. Именно в этом и состоит главная опасность данного явления, приводящего к пожарам.

Под действием высокого тока проводники раскаляются и отдают тепловую энергию окружающим предметам и конструкциям. В случае соприкосновения фазного и нулевого проводников – источник тока замыкается коротко сам на себя. Как правило, возгорание начинается с изоляции, пришедшей в негодность после длительной эксплуатации или пострадавшей от механических повреждений. Величина негативных последствий определяется не только силой тока, но и продолжительностью нагрева и особенностями схемы данной цепи. Эти ситуации носят общий характер и затрагивают в основном цепи с постоянным током.

Большинство замыканий происходит в сетях переменного тока на 220 или 380В, широко используемых на объектах жилого и промышленного назначения. В отличие от постоянного, переменному току создаются препятствия в виде дополнительных реактивных сопротивлений – индуктивного и емкостного. Они отклоняются от вектора активного тока на 90 градусов: индуктивный отстает, а емкостный ток опережает его на указанную величину.

Физические процессы и ударный ток

Понять воздействие тока можно только через физику самого процесса. На первый взгляд можно подумать, что все совершается в одно мгновение: гудение, вспышка, после чего тока в сети уже нет. Однако, если рассмотреть этот процесс с точки зрения физики и мысленно разбить его на отдельные фазы, можно заметить, что на каждом этапе ток ведет себя по-разному.

До момента возникновения аварии в цепи наблюдается стабильное установившееся значение тока, находящееся в рамках номинала. Далее происходит внезапное резкое снижение полного сопротивления до величины, стремящейся к нулю. Если в цепи находится оборудование с индуктивным сопротивлением, например, электродвигатели и трансформаторы, то они своими физическими свойствами замедляют рост электрического тока.

В связи с этим, в первое мгновение, не превышающее 0,01 с, сила тока КЗ источника напряжения практически не изменяется, и даже немного понижается в начале переходного процесса. При этом ЭДС источника постепенно доходит до нуля и пройдя через эту отметку, принимает стабильное значение, при котором может протекать высокий ток аварийного режима. На переходном этапе сам ток будет состоять из суммы, включающей периодическую и апериодическую составляющую. Все происходящие процессы можно проанализировать по форме графика и вычислить постоянное значение временной величины, зависящей от сопутствующих факторов.

Следует коротко остановиться на так называемом ударном токе короткого замыкания. Прежде всего, эта величина не столь страшная, как ее название, и не связана напрямую с поражающим фактором электрического тока. Этот показатель, прежде всего, характеризует максимальную отметку тока КЗ, до которой он доходит в течение половины периода после начала аварии. Целый период длится 0,2 с, следовательно, его половина составит 0,1 с. Именно в этот момент проявляется наибольшая интенсивность взаимодействия проводников, расположенных рядом. Для определения ударного тока существует специальная формула, широко используемая специалистами при выполнении расчетов.

Взаимосвязь короткого замыкания и силы тока

Рассмотрев физику процесса, можно с большей точностью установить взаимную связь силы тока и короткого замыкания в различных ситуациях. Любое устройство или оборудование, подключенное к источнику тока, создает ситуацию, близкую к короткому замыканию. Каждый прибор обладает сопротивлением и берет на себя всю нагрузку, за счет чего и обеспечивается его нормальная работа. Однако, при заметном снижении сопротивления, сила тока сразу же заметно возрастет. Взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и силой тока определяется законом Ома.

Для участка цепи существует упрощенная формула, которая будет выглядеть следующим образом: I=U/R. В ней соответственно I будет силой тока, U – сетевым напряжением и R – электрическим сопротивлением. Проводники на этом участке условно имеют однородную структуру, а сама цепь дополнена резистором. Параметры источника тока в расчет не берутся.

В самом упрощенном варианте ток при КЗ можно вычислить следующим образом: I_кз = Е/_r, где Е – ЭДС источника тока, r – сопротивление нагрузки. Из этой формулы хорошо видно, как при сниженном сопротивлении будет расти сила тока. Сама по себе данная ситуация не представляет какой-либо угрозы, но здесь дополнительно вступает в действие закон Джоуля-Ленца. Он указывает на выделение тепла во время течения по проводнику электрического тока и определяется не только количественной, но и временной характеристикой. Суть этого закона заключается в том, что с повышением силы тока за единицу времени будет выделено и большее количество теплоты.

Сила тока КЗ батареи

Все положения, рассмотренные выше, подходят и к случаям короткого замыкания источников питания. Типичным примером служит аккумуляторная батарея, в состав которой входит отрицательный электрод – анод и положительный – катод. Один от другого их отделяет твердый или жидкий электролит. Происходящие внутри устройства химические реакции, формируют электрический заряд, обеспечивающий работу подключенного прибора.

По сути, батарею можно считать своеобразным участком цепи, на которых распространяются все установленные правила. Следовательно, нарушенная изоляция, также приводит к короткому замыканию и последующим процессам. Многократный рост силы тока приводит к выделению тепла, под действием которого источник электроэнергии перегревается и разрушается, с одновременным закипанием и разбрызгиванием электролита.

Защита цепей и оборудования

После того как электротехника получила толчок к своему интенсивному развитию, возникла серьезная проблема по защите от короткого замыкания и его последствий. Особую актуальность она приобрела с повышением мощности электродвигателей, генераторов, осветительных приборов и другого оборудования.

Простейшим решением стала последовательная установка вместе с нагрузкой плавких одноразовых предохранителей. В случае превышения током установленного значения, выделяемое резистивное тепло воздействовало на них. В результате, предохранители разрушались, прерывали цепь и процесс короткого замыкания прекращался. Подобные элементы до сих пор пользуются спросом из-за своей надежности, простоты и низкой стоимости.

Единственным недостатком такой конструкции является возможность замены плавкой вставки различными металлическими предметами – проволокой, гвоздями или скрепками. Они обладают совершенно другими параметрами и уже неспособны защитить от перегрузок и коротких замыканий.

Ситуация совершенно изменилась, когда на смену одноразовым устройствам пришли автоматические защитные средства. Вначале они стали активно использоваться в промышленности, а потом нашли свое применение в квартирных электрощитах. Автоматика гораздо удобнее в пользовании, поскольку такие устройства не требуют замены. После устранения причин короткого замыкания тепловые элементы остывают, и прибор вновь готов к использованию. Подгоревшие контакты нежелательно чистить или ремонтировать. В случае необходимости они легко заменяются новыми.

Использование эффекта короткого замыкания на практике

Многократно увеличенная сила тока при коротком замыкании приводит к выделению большого количества тепла. Поэтому данный режим нередко вызывает возгорания, разрушения проводки, прекращение электроснабжения потребителей. Довольно часто появление электромагнитных колебаний может существенно нарушить работу чувствительной электронной аппаратуры.

Тем не менее, несмотря на множество негативных факторов, эффект короткого замыкания успешно применяется в сфере промышленного производства. Конечно, для этого необходимо обеспечить надежную защиту и безопасные условия труда для работников.

Типичным примером служит сварочная аппаратура, особенно дуговая, в которой используется принцип короткого замыкания электрода и заземления. В месте контакта сила тока кратковременно возрастает, металл приходит в расплавленное состояние, обеспечивая надежное соединение деталей. Поскольку такой режим действует в течение очень короткого времени, трансформатор вполне способен выдержать перегрузки.

Короткое замыкание – определение и формула для электрического тока кратко (физика 8 класс)

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 132.

Обновлено 16 Июля, 2021

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 132.

Обновлено 16 Июля, 2021

Как известно из курса физики 8 класса, нормально работающая электрическая цепь, как правило, состоит из ряда соединённых элементов, и электрический потенциал в каждой точке соединения имеет промежуточное, по сравнению с выводами цепи, значение. Однако существует режим работы, в котором это правило нарушается, — короткое замыкание. Остановимся на этой теме подробнее, дадим определение короткого замыкания, рассмотрим особенности этого процесса.

Нормальная работа электрической цепи

В любой правильно работающей электрической цепи имеется один или несколько источников ЭДС. Эти источники создают на своих клеммах разность потенциалов, к которой подключены выводы цепи. Электрический ток течёт через элементы цепи от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом и на своём пути совершает полезную работу.

Величина силы тока в любой точке цепи определяется законом Ома. При этом предполагается, что общее сопротивление цепи значительно выше внутреннего сопротивления источников ЭДС.

Рис. 1. Пример электрической цепи.

Короткое замыкание

При работе реальной электрической цепи иногда происходит так, что указанные условия не выполняются. В этом случае говорят о режиме короткого замыкания.

Короткое замыкание означает, что в цепи возникает непосредственное соединение точек с разными (в нормальных условиях) потенциалами. Либо сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Какие особенности имеет режим короткого замыкания?

Во-первых, замыкание двух точек цепи означает, что в таком режиме обе точки имеют один и тот же потенциал. Следовательно, по закону Ома на всём участке цепи между этими точками сила тока принимает нулевое значение.

Получается, что весь этот участок цепи «исчезает» и прекращает работу. Такая ситуация в абсолютном большинстве случаев является аварийной для цепи.

Во-вторых, если при коротком замыкании сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника (которое также очень невелико), это приводит к резкому возрастанию потребляемого тока до очень больших значений.

В самом деле, закон Ома для полной цепи гласит:

$$I={\mathscr{E}\over R+r}$$

В обычных условиях в этой формуле величина $r$ очень мала и составляет доли ома. Если сопротивление цепи $R$ становится ещё меньше, то ток через цепь $I$ многократно увеличится. Для идеального источника ЭДС $r \rightarrow 0$, и при коротком замыкании $R\rightarrow 0$, следовательно, $I \rightarrow ∞$, ток короткого замыкания стремится к бесконечности.

При этом вся максимальная мощность источника ЭДС начинает выделяться на малом сопротивлении проводника, создавшего короткое замыкание, и на внутреннем сопротивлении источника, а это может привести к пожару.

Рис. 2. Искра короткого замыкания

Защита от короткого замыкания

Режим короткого замыкания практически всегда является аварийным режимом работы электрической цепи, чреватым пожарами. Поэтому при проектировании электрооборудования в нём обязательно применяются специальные элементы защиты.

Такие элементы могут иметь разную конструкцию, но по принципу работы они делятся на два типа: токоограничение и полное отключение.

Токоограничивающие элементы служат для того, чтобы ток короткого замыкания возрастал в пределах допустимых значений. Такие элементы чаще всего позволяют сохранить частичную работу цепи.

Отключающие элементы предназначены для полного отключения электричества от цепи с коротким замыканием. Это более безопасно по сравнению с токоограничением, однако цепь после отключения полностью прекращает работу.

Рис. 3. Автоматический предохранитель

Что мы узнали?

Короткое замыкание — это непосредственное соединение точек в электрической цепи, в которых при нормальной работе имеется различный потенциал. Также коротким замыканием является подключение к источнику ЭДС цепи, сопротивление которой ниже внутреннего сопротивления источника.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 132.

---

А какая ваша оценка?

[PDF] Расчет тока короткого замыкания трансформатора и решения

• Идентификатор корпуса: 108538695

 @inproceedings{Song2013TransformerSC,
  title={Расчет тока короткого замыкания трансформатора и решения},
  автор={Линг Сонг},
  год = {2013}
} 

• Ling Song
• Опубликовано в 2013 г.
• Physics

theus.fi

Термический анализ для упрощенного распределительного устройства среднего напряжения: численные и экспериментальные контрольные исследования

• Ahmet Efe Seker, Egemen Aslan Sakaci, Arif Deniz, B. Celik, D. Yıldırım

• Engineering, Physics

  2019 11th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO)

• 2019

Present study сообщает экспериментальные и расчетные результаты, полученные для распределительного устройства, где его критические компоненты, такие как шины и тюльпановые контакты, моделируются численно. В эксперименте…

ограничение дю курант де дефо данс ип резо éléctrique

• abd elkader fattouche

• Физика

• 2019

Операторы электрических сетей сталкиваются со сложными проблемами, которые угрожают их способности предоставлять надежные услуги своим клиентам. Проблема короткого замыкания является наиболее распространенной и опасной для…

ПОКАЗАНЫ 1-9 ИЗ 9 ЛИТЕРАТУРЫ

Применение и разработка методов ограничения тока короткого замыкания в электросетях

• H. Ge

• Физика

• 2010

В документе сначала представлен ряд вреда, который приносит быстрое нарастание тока короткого замыкания. Ток цепи электросети Чунцина 220 кВ

• Gao Wan-liang

• Физика

• 2010

В документе представлена ​​схема ограничения тока короткого замыкания электросети Чунцина 220 кВ и предложения по планированию. энергосистема.

Актуальность применения и разработка техники ограничения тока короткого замыкания в энергосистеме

• У Цзы-юнь

• Физика

• 2009

система. С описанием статуса-кво применения техники, приложение…

Мощный взрывной высокоскоростной прерывательный механизм для автономной энергосистемы

• Dai Chao

• Engineering

• 2011

Независимая система питания для крупных кораблей, пещер и метро должна быть надежной и безопасной, но большинство токов короткого замыкания слишком велики, чтобы их можно было отключить.

ток короткого замыкания должен быть ограничен. В этом…

Применение технологий ограничения тока короткого замыкания для энергосистемы 500 кВ в энергосистеме провинции Гуандун

• Линь Юэ

• Физика

• 2010

С расширением электросети провинции Гуандун и увеличением ее пропускной способности важной становится эффективная мера по ограничению постоянно растущего тока короткого замыкания в электросети…

Обзор мер по технике ограничения короткого замыкания на мощности система

Повышение способности мер сопротивления короткого замыкания крупных силовых трансформаторов

2001–2005 гг. Статистика и анализ неисправностей Все типы трансформаторов в Китае

• 2006

1995 – 1999 Статистика и анализ неисправностей всех типов трансформаторов в Китае

DOI:10. 15199/48.2019.05.30

ID корпуса: 155960733

 @article{Ksikiewicz2019CalculationOM,
  title={Расчет минимального тока короткого замыкания при параллельном расположении кабелей при трехфазном коротком замыкании},
  автор={Анджей Ксенжкевич и Рышард Батура},
  журнал={PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY},
  год = {2019}
} 

• A. Książkiewicz, Ryszard Batura
• Опубликовано 5 мая 2019 г.
• Материаловедение
• PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY
• длины приводит не только к значительному завышению токов короткого замыкания, но и не гарантирует избирательного согласования электроаппарата и его надлежащей функции защиты от поражения электрическим током. В статье представлен новый подход к проблеме расчета тока короткого замыкания в параллельных кабелях. Доказано, что наихудший сценарий… 

  View via Publisher

  pe.org.pl

  SHOWING 1-7 OF 7 REFERENCES

  Current-carrying capacity parallel single-core LV cable

  • L. Borowik, A. Cywiński

  • Engineering

  • 2016

  В статье представлены вопросы, связанные с выбором параллельных одножильных кабелей низкого напряжения по токопроводящей способности и в соответствии с PN-IEC 60364-5-523 национальными…

  Линии электропередач из множества параллельных одиночных -Основные кабели: пример

  Анализируется низковольтная трехфазная линия электропередач, состоящая из множества параллельно соединенных одножильных кабелей. Геометрия линии соответствует требованиям Международной электротехнической комиссии и европейскому стандарту…

  Распределение тока и потери в сгруппированных подземных кабелях

  Для выполнения требований по установке иногда необходимо параллельное соединение двух или более кабелей в трехфазной системе распределения электроэнергии. . Разделение тока и мощности между…

  Моделирование распределения тока в параллельных одножильных кабелях на основе метода конечных элементов

  • Z. Li, X. Zhong, Jian Xia, R. Bian, Shize Xu, Jiong Cao

  • Физика

    2015 Пятая международная конференция по приборам и измерениям, компьютерам, связи и управлению (IMCCC)

  • 2015

  В этом документе представлен анализ распределения тока, связанного с параллельными одножильными кабелями. Так как распределение тока в многофазной кабельной системе определяется…

  Распределение тока в одножильных кабелях, соединенных параллельно

  • Ya-ping Du, J. Burnett

  • Engineering

  • 2001

  В зданиях Гонконга большие, параллельно соединенные одножильные кабели часто используются для подключения трансформаторов к главным распределительным щитам низкого напряжения. По мере увеличения энергопотребления в зданиях перегрев…

  Кабельные линии низкого напряжения из параллельных проводов – моделирование пространственной конфигурации

  • Л.