Co je zkrat: jednoduchá definice, druhy a příčiny zkratu

Často, když se diskutuje o jakýchkoli tématech souvisejících s elektřinou, zkrat (SC) je nazýván příčinou poruchy zařízení nebo požáru. Ze školních hodin fyziky lidé vědí, že je to nepříjemné, ale mnozí si její výhody ani neuvědomují. Když jsme se naučili, co je KZ, a pochopili jsme povahu jeho vzhledu, můžeme pochopit, kdy se stává destruktivní a v jakých případech pomáhá.

Fyzikální definice

V učebnicích fyziky se zkrat obvykle nazývá vznik elektrického spojení mezi dvěma body v elektrice obvody, které mají různé potenciální hodnoty v případech, které nejsou stanoveny konstrukcí zařízení a vedou k jeho porušení práce.

Abychom porozuměli této definici, měli bychom pochopit, co je potenciál. Ale správnější by bylo říci „elektrostatický potenciál“, protože ten může být biologický, chemický a matematický. Náboj je fyzikální veličina, která určuje vlastnost těles nebo částic interagovat v elektromagnetickém poli. Pojem elektrického náboje je v elektrodynamice primární, na jeho základě se definují další fyzikální procesy a jevy, včetně potenciálu.

Potenciál se týká energie, kterou má náboj umístěný v elektrickém poli. Jednotkou jeho měření je volt, který se rovná poměru joulu k coulombu. To znamená, že elektrický potenciál je charakterizován poměrem interakční energie náboje s polem, které jej obklopuje, k hodnotě jeho velikosti.

Práce, kterou elektřina nebo energie vykoná, je určena rozdílem potenciálů (napětí). Čím vyšší je, tím více práce musí elektrická síla vykonat, aby přesunula náboj z jednoho bodu do druhého. Pohyb vyžaduje energii, zatímco síla se uvolňuje během pohybu. Pokud k pohybu náboje dochází uspořádaným způsobem, pak vzniká proud.

V tomto případě je práce považována za užitečnou, když potenciální energie z různých konců elektrického obvodu překoná určitý odpor. Pokud ale neexistuje, pak z jedné části obvodu poteče proud beze ztrát do druhé, přičemž se uvolní výkon odpovídající síle proudu.

Chcete-li jednoduchým způsobem vysvětlit, co je zkrat, můžete takto: pokud ve vodiči s proudem, který je pod napětím, odpor klesne na nevýznamnou hodnotu, pak se v místě elektrického spojení dvou hodnot začne veškerá energie uvolňovat potenciály. Vznik tohoto výkonu se nazývá výskyt zkratu nebo poruchy.

Typy jevů

Proces vzniku zkratu znamená vytvoření elektrického kontaktu mezi dvěma potenciály. V závislosti na oblasti může být uzávěr bodový a pevný. Pokud se vyskytuje v elektrických instalacích, pak se dělí na turn-to-turn nebo trup. První typ je typický pro rotor nebo stator. V tomto případě může dojít k poruše prostřednictvím země nebo vzduchu. V závislosti na typu zapojení a počtu uzavřených fází se jev dělí na následující typy:

• třífázové - všechny fázové vodiče jsou připojeny k jednomu bodu;
• dvoufázový - mezi dvěma vodiči na různých potenciálech dochází k elektrickému kontaktu;
• jednofázový - fázový uzávěr k nulovému vodiči nebo zemní smyčce.

Zkratový proud

Abyste pochopili definici zkratu, měli byste si pamatovat základní princip elektřiny - Ohmův zákon. Jeho formulace je následující: proud v úseku obvodu je přímo úměrný rozdílu potenciálů a nepřímo úměrný elektrickému odporu tohoto úseku. Vzorec to může vyjádřit jako I = U / R, kde:

• I - síla proudu, A;
• U je hodnota napětí V;
• R - odpor (impedance), Ohm.

Čím vyšší je hodnota impedance, tím nižší bude proud. Když je například elektrické vedení o napětí 220 voltů přemostěno odporem 1 kΩ, pak prvkem protéká proud rovný I = 220/1000 = 0,220 A.

Pokud je rezistor vhodného výkonu, tak se nic nestane, nějaké napětí na něm klesne, ale obvod bude fungovat dál. Pokud se ale místo rezistoru použije vodič s nekonečně malým vnitřním odporem, pak síla proud začne rychle narůstat, dokud uzavřené části nevyhoří a přeruší elektrický kontakt. Proud, při kterém dojde k přerušení kontaktu, se nazývá průrazný proud.

Mimochodem, proto dostal zkrat své jméno, protože proud má tendenci jít směrem s nejmenším odporem pro jeho tok. Tato linie se ukáže jako nejkratší na jeho cestě.

Při přesném výpočtu průrazu se používá vzorec, který bere v úvahu vnitřní odpor napájecího zdroje: Ikz = E / (R + r). V tomto případě bude zobrazený tepelný výkon určen pomocí výrazu P = E2 * R / (R + r).

Výpočet zkratového proudu je důležitý, protože se používá při výběru elektrických zařízení, ochran, automatizačních zařízení a omezovačů proudu. K jevu průrazu dochází nejčastěji v důsledku výskytu přechodových odporů, kterými začíná protékat proud. Patří sem elektrické oblouky, cizí předměty v místě poškození izolace, podpěr a jejich uzemnění a také kontakt se zemí nebo mezi fázovými vodiči. Ale pro zjednodušení výpočtů se tyto odpory považují za rovné nule a neberou se v úvahu.

Důvody vzhledu

Při vzniku kontaktu mezi dvěma toky nábojů vzniká obrovská proudová síla, která se vyznačuje zkratem. Vzhledem k tomu, že k tomuto prudkému nárůstu energie dochází v důsledku výskytu pulzu elektrického šoku, má výsledná energie podle Joule-Lenzova zákona vysoký stupeň uvolňování tepla.

Důvodem tohoto jevu je porušení izolačních vlastností vodičů. K tomu může dojít v důsledku přirozeného opotřebení nebo mimořádných událostí při provozu elektrického zařízení. V praxi to znamená přímý kontakt mezi nulovým a fázovým vodičem.

Ale dráty se nemusí navzájem dotýkat. Okamžitý nárůst síly proudu nastává také tehdy, pokud se mezi nimi objeví vodivé těleso nebo médium se zanedbatelným odporem, například vodivý předmět, voda nebo vlhký vzduch. Tato situace se nazývá porucha. Lze rozlišit následující důvody pro výskyt zkratu:

1. Přepětí. Když jsou překročeny fyzikální parametry elektrického vedení, když vodičem prochází velký proud, jeho odpor se pro něj ukazuje jako velký, proto dochází k intenzivnímu uvolňování tepla. Vodič se zahřeje předáním tepla izolační vrstvě, která praskne a zbortí se. Vzhled vysokého napětí může být způsoben jak přírodními jevy (úder blesku), tak chybami v provozu elektrických spotřebičů nebo zdrojů energie.
2. Přirozené stárnutí izolace. Jakákoli izolace má svůj vlastní zdroj, který se snižuje v agresivním prostředí, například při poklesu teploty.
3. Mechanické poškození: tření, poškození při stavebních pracích, výsledek působení hlodavců.
4. Chyba instalace. Neopatrné zacházení s živými částmi zařízení, porušení při pokládání kabelů (ohýbání pod ostrým úhlem, křížení vodičů).
5. Nesprávné zapojení elektrických zařízení nebo kabelů. Vzniká v důsledku lidského jednání. To může být způsobeno neúspěšnými opravami, chybou v připojení vodičů nebo elektrického vedení, použitím rozbitých zařízení.

Následky a ochrana

Největší nepříjemností, která může při zkratu vzniknout, je vznik požáru. Výsledné přebytečné teplo způsobí vznícení izolace a blízkých hořlavých látek. Navíc při poruše vzniká elektrický oblouk, který je otevřeným zdrojem ohně. Přitom může zapálit blízké předměty.

Pokud osoba spadne do oblasti pokrytí okruhu, pak je vystaven šoku vysoké intenzity proudu. To vede k uvolňování tepla tělem a následnému spalování těla.

Mezi méně významné důsledky patří výskyt velkého elektrického pole a elektromagnetický šok, který negativně ovlivňuje elektronické součástky a rádiová zařízení, jakož i elektromotory. Výskyt zkratu vede k fázové nerovnováze v elektrické síti, která v ní způsobuje napěťový ráz, což vede k poruchám napájecích zdrojů elektrických zařízení, která jsou k ní připojena.

Aby se předešlo následkům při návrhu elektrických systémů, používají se speciální zařízení a ochranná opatření. Tato opatření zahrnují:

• periodické testování izolace zařízení a elektrického vedení;
• použití zařízení nebo elektrického vedení se zvýšenou třídou ochrany v potenciálně nebezpečném místa, jako jsou vysoce kvalitní dielektrika nebo samozhášecí duální izolace;
• instalace pojistek, které vyhoří, když proud dosáhne nebezpečné hodnoty;
• použití ochrany před bleskem, automatických a diferenciálních spínačů, zařízení pro regulaci napětí.

Při konstrukci převodového systému je velmi důležité používat správné materiály a ochranné prostředky. Ve větší míře se jedná o průřez vodivého kabelu, výpočet parametrů použitých ochranných modulů a kompetentní konstrukci zemnícího obvodu.

Záměrné použití

Neúmyslný výskyt zkratu s sebou nese nebezpečí a potíže, ale jeho ovládáním můžete těžit. Díky tomu se objevilo svařování elektrickým obloukem. Jedno vinutí transformátoru je připojeno ke svařovanému kusu a tvoří s ním trvalý kontakt a druhé je připojeno k elektrodě. Když se dotkne součásti, dojde ke zkratu s vytvořením oblouku a uvolněním tepla. Právě tento oblouk se používá k tavení kovů. Pokud se ale elektroda „přilepí“ na kov, pak se veškerá použitá síla začne uvolňovat na měnič, což povede k jeho otočnému uzavření.

Další aplikace jevu se využívá u zkratů - zařízení vybavená jističem. Pokud je nutné rychle odpojit elektrické vedení, zavře se, na což zareaguje elektromechanické zařízení, které sekci vypne.

Indukční vibrometry a seismické přijímače využívají ve své práci SC, která umožňuje tlumení mechanických vibrací. Režim Breakdown se často používá při připojování zesilovacích stupňů v elektronice, jako jsou kaskádové zesilovače. Výkonové obvody elektronických desek také pracují ve zkratovém režimu pro střídavý proud. Na jejich napájecích vedeních jsou instalovány blokovací kondenzátory bypassu. Jsou navrženy tak, aby omezily samobuzení zesilovacích stupňů, rušení a selhání kódu v digitálních zařízeních.

Stručně řečeno, lze poznamenat důležité aspekty elektrických procesů. Aby proud mohl vzniknout, musí se objevit rozdíl potenciálů a následně jejich fyzické spojení. Poté se náboj začne přenášet z jednoho bodu do druhého a na své cestě narazí na odpor. Bude se na něm uvolňovat energie, která se využívá pro jakékoli procesy. Vyrobený výkon se vyznačuje užitečnou prací. Ale pokud se proud na své cestě nesetká s překážkami, pak když se oba potenciály propojí, veškerá energie se uvolní podél této cesty. V důsledku toho se přeměňuje na tepelnou energii a částečně na světlo.

To je princip vzniku zkratu, stejně jako jevy, které jej doprovázejí - nadměrné zahřívání a blikání světla. Když nastane tento režim, proud v obvodu je mnohem vyšší než jmenovité hodnoty (kvůli nedostatku odporu), což vede k výpadku zdroje energie a jeho přijímač v elektrickém obvodu.