Mis on lühis: lihtne määratlus, lühise tüübid ja põhjused

Sageli nimetatakse elektriga seotud teemade arutamisel lühist (SC) seadmete rikke või tulekahju põhjuseks. Koolifüüsikatundidest teavad inimesed, et see on tülikas, kuid paljud ei taipagi selle kasulikkust. Olles õppinud, mis on KZ, ja mõistnud selle välimuse olemust, saate aru, millal see hävitavaks muutub ja millistel juhtudel see aitab.

Füüsiline määratlus

Füüsikaõpikutes nimetatakse lühiseks tavaliselt elektriühenduse tekkimist elektrilise kahe punkti vahel. vooluringid, millel on erinevad potentsiaalsed väärtused juhtudel, mis ei ole seadme konstruktsioonis ette nähtud ja mis põhjustavad selle rikkumisi tööd.

Selle määratluse mõistmiseks tuleks mõista, mis on potentsiaal. Kuid õigem oleks öelda "elektrostaatiline potentsiaal", sest see võib olla bioloogiline, keemiline ja matemaatiline. Laeng on füüsikaline suurus, mis määrab kehade või osakeste omaduse suhelda elektromagnetväljas. Elektrilaengu mõiste on elektrodünaamikas esmane, selle alusel tehakse definitsioonid teistele füüsikalistele protsessidele ja nähtustele, sealhulgas potentsiaalile.

Potentsiaal viitab elektrivälja asetatud laengu energiale. Selle mõõtühikuks on volt, mis võrdub džauli ja kuloni suhtega. See tähendab, et elektripotentsiaali iseloomustab laengu ja ümbritseva välja vastasmõju energia suhe selle suuruse väärtusesse.

Töö, mida elekter või energia teeb, määrab potentsiaalide erinevus (pinge). Mida kõrgem see on, seda rohkem tööd peab elektriline jõud tegema, et laengut ühest punktist teise liigutada. Liikumine nõuab energiat, samas kui jõud vabaneb liikumise ajal. Kui laengu liikumine toimub korrapäraselt, siis tekib vool.

Sel juhul peetakse tööd kasulikuks, kui potentsiaalne energia elektriahela erinevatest otstest ületab teatud takistuse. Aga kui seda pole, siis vooluahela ühest osast voolab vool ilma kadudeta teise, samas kui voolutugevusele vastav võimsus vabaneb.

Et selgitada lihtsal viisil, mis on lühis, saate järgmiselt: kui juhis, mille vool on pingestatud, takistus väheneb ebaolulise väärtuseni, siis hakkab kogu energia vabanema kahe väärtuse elektriühenduse kohas potentsiaalid. Selle võimsuse teket nimetatakse lühise või rikke esinemiseks.

Nähtuste tüübid

Lühise ilmnemise protsess eeldab elektrilise kontakti tekkimist kahe potentsiaali vahel. Sõltuvalt piirkonnast võib sulgur olla punkt- ja tahke. Kui see esineb elektripaigaldistes, jagatakse see pöörd-pöördeks või kereks. Esimene tüüp on tüüpiline rootorile või staatorile. Sel juhul võib rike tekkida maapinna või õhu kaudu. Sõltuvalt juhtmestiku tüübist ja suletud faaside arvust jaguneb nähtus järgmisteks tüüpideks:

• kolmefaasiline - kõik faasijuhtmed on ühendatud ühte punkti;
• kahefaasiline - kahe erineva potentsiaaliga juhtme vahel tekib elektriline kontakt;
• ühefaasiline - faasi sulgemine nulljuhtme või maandusahelaga.

Lühisvool

Lühise määratluse mõistmiseks peaksite meeles pidama elektrienergia aluspõhimõtet - Ohmi seadust. Selle sõnastus on järgmine: voolutugevus ahela sektsioonis on otseselt võrdeline potentsiaalide erinevusega ja pöördvõrdeline selle sektsiooni elektritakistusega. Valem võib seda väljendada kujul I = U / R, kus:

• I - voolutugevus, A;
• U on pinge väärtus V;
• R - takistus (impedants), Ohm.

Seega, mida suurem on impedantsi väärtus, seda väiksemaks muutub vool. Näiteks kui 220-voldise pingega elektriliin on sillatud takistusega 1 kΩ, siis läbib elementi vool, mis võrdub I = 220/1000 = 0,220 A.

Kui takisti on sobiva võimsusega, siis ei juhtu midagi, mingi pinge langeb üle, aga ahel töötab edasi. Kui aga takisti asemel kasutatakse lõpmata väikese sisetakistusega juhti, siis jõud vool hakkab kiiresti kasvama, kuni suletud osad põlevad läbi ja katkestavad elektrikontakti. Voolu, mille juures kontakt katkeb, nimetatakse purunemiseks.

Muide, seepärast sai lühis ka oma nime, kuna vool kipub minema selles suunas, kus selle voolamiseks on kõige väiksem takistus. See rida osutub tema teel kõige lühemaks.

Jaotuse täpsel arvutamisel kasutatakse valemit, mis võtab arvesse toiteallika sisemist takistust: Ikz = E / (R + r). Sel juhul määratakse ilmuv soojusvõimsus avaldise P = E2 * R / (R + r) abil.

Lühisvoolu arvutamine on oluline, kuna seda kasutatakse elektriseadmete, kaitse-, automaatikaseadmete ja voolupiirajate valikul. Rikkenähtus ilmneb kõige sagedamini mööduvate takistuste ilmnemise tõttu, mille kaudu vool hakkab voolama. Nende hulka kuuluvad elektrikaared, võõrkehad isolatsiooni, tugede ja nende maanduse kahjustuste kohas, samuti kokkupuude maapinnaga või faasijuhtmete vahel. Kuid arvutuste lihtsustamiseks võetakse need takistused võrdseks nulliga ja neid ei võeta arvesse.

Välimuse põhjused

Kui kahe laenguvoo vahel tekib kontakt, tekib tohutu voolutugevus, mida iseloomustab lühis. Kuna see järsk energia suurenemine toimub elektrilöögi impulsi ilmnemise tõttu, on Joule-Lenzi seaduse kohaselt saadud võimsusel kõrge soojuseraldusaste.

Selle nähtuse põhjuseks on juhtmete isolatsiooniomaduste rikkumine. See võib juhtuda loomuliku kulumise või elektriseadmete tööga seotud hädaolukordade tõttu. Praktikas tähendab see otsekontakti null- ja faasijuhtmete vahel.

Kuid juhtmed ei pea üksteist puudutama. Voolutugevuse hetkeline kasv toimub ka siis, kui nende vahele tekib tühise takistusega juhtiv keha või keskkond, näiteks juhtiv objekt, vesi või niiske õhk. Seda olukorda nimetatakse rikkeks. Eristada saab järgmisi lühise esinemise põhjuseid:

1. Ülepinge. Kui elektriliini füüsikalised parameetrid on ületatud, kui juhti läbib suur vool, osutub selle takistus selle jaoks suureks, seetõttu tekib intensiivne soojuseraldus. Juht soojeneb, kandes soojust isolatsioonikihile, mis praguneb ja vajub kokku. Kõrgepinge ilmnemise põhjuseks võivad olla nii loodusnähtused (pikselöök) kui ka vead elektriseadmete või energiaallikate töös.
2. Isolatsiooni loomulik vananemine. Igal isolatsioonil on oma ressurss, mis väheneb agressiivses keskkonnas, näiteks temperatuuri langusega.
3. Mehaanilised kahjustused: hõõrdumine, ehitustööde käigus tekkinud kahjustused, näriliste tegevuse tagajärg.
4. Paigaldusviga. Seadme pinge all olevate osade hooletu käsitsemine, rikkumised kaabli paigaldamisel (terava nurga all painutamine, juhtmete ületamine).
5. Elektriseadmete või kaablite vale juhtmestik. Tekib inimtegevuse tõttu. Põhjuseks võib olla ebaõnnestunud remont, viga juhtmete või elektriliinide ühendamisel, katkiste seadmete kasutamine.

Tagajärjed ja kaitse

Suurim ebameeldivus, mis lühise ajal tekkida võib, on tulekahju tekkimine. Tekkiv liigne kuumus põhjustab isolatsiooni ja läheduses olevate põlevate ainete süttimise. Lisaks tekib rikke ajal elektrikaar, mis on avatud tuleallikas. Seda tehes võib ta läheduses olevaid esemeid süüdata.

Kui inimene satub vooluringi levialasse, siis tabab teda suure voolutugevusega šokk. See toob kaasa soojuse vabanemise keha poolt ja sellele järgneva keha põlemise.

Vähem oluliste tagajärgede hulka kuuluvad suure elektrivälja tekkimine ja elektromagnetiline löök, mis mõjutab negatiivselt elektroonilisi komponente ja raadioseadmeid, samuti elektrimootorid. Lühise ilmnemine põhjustab elektrivõrgus faaside tasakaalustamatust, mis põhjustab selles pingetõusu ja sellega ühendatud elektriseadmete toiteallikate rikkeid.

Tagajärgede vältimiseks elektrisüsteemide projekteerimisel kasutatakse spetsiaalseid seadmeid ja kaitsemeetmeid. Need meetmed hõlmavad järgmist:

• seadmete ja elektriliinide isolatsiooni perioodiline testimine;
• kõrgendatud kaitseklassiga seadmete või elektrijuhtmete kasutamine potentsiaalselt ohtlikes tingimustes kohtades, nagu kvaliteetsed dielektrikud või leegiaeglustavad dual isolatsioon;
• kaitsmete paigaldamine, mis põlevad läbi, kui vool jõuab ohtliku väärtuseni;
• piksekaitse, automaat- ja diferentsiaallülitite, pingereguleerimisseadmete kasutamine.

Ülekandesüsteemi ehitamisel on väga oluline kasutada õigeid materjale ja kaitsevahendeid. Suuremal määral puudutab see juhtiva kaabli ristlõiget, kasutatavate kaitsemoodulite parameetrite arvutamist ja maandusahela pädevat ehitust.

Tahtlik kasutamine

Tahtmatu lühise tekkimine toob endaga kaasa ohud ja mured, kuid seda kontrolli all hoides saate sellest kasu. Tänu sellele ilmus elektrikaarkeevitus. Üks trafo mähis on ühendatud keevitatava toorikuga, moodustades sellega püsiva kontakti ja teine ​​on ühendatud elektroodiga. Kui see puudutab detaili, tekib lühis koos kaare moodustumisega ja soojuse vabanemisega. Just seda kaare kasutatakse metallide sulatamiseks. Kuid kui elektrood "kleepub" metalli külge, hakkab kogu kasutatud võimsus muunduril vabanema, mis viib selle pöörd-pöördeni sulgemiseni.

Nähtuse teist rakendust kasutatakse lühistes - kaitselülititega varustatud seadmetes. Kui on vaja toitejuhe kiiresti lahti ühendada, sulgub see, millele reageerib elektromehaaniline seade, lülitades sektsiooni välja.

Induktsioonvibromeetrid ja seismilised vastuvõtjad kasutavad oma töös SC-d, mis võimaldab summutada mehaanilisi vibratsioone. Jaotusrežiimi kasutatakse sageli elektroonikas võimendiastmete ühendamisel, näiteks kaskoodvõimendid. Elektroonikaplaatide toiteahelad töötavad ka vahelduvvoolu lühisrežiimis. Nende elektriliinidele on paigaldatud möödaviigu blokeerivad kondensaatorid. Need on loodud selleks, et vähendada võimendusastmete iseeneslikku ergastamist, häireid ja kooditõrkeid digitaalseadmetes.

Kokkuvõttes võib märkida elektriprotsesside olulisi aspekte. Voolu tekkimiseks peab ilmnema potentsiaalide erinevus ja seejärel nende füüsiline ühendus. Siis hakkab laeng kanduma ühest punktist teise, kohates oma teel vastupanu. Sellel vabaneb energia, mida kasutatakse mis tahes protsesside jaoks. Tekkivat võimsust iseloomustab kasulik töö. Aga kui vool ei kohta oma teel takistusi, siis kahe potentsiaali ühendamisel vabaneb kogu jõud sellel teel. Selle tulemusena muudetakse see soojusenergiaks ja osaliselt valguseks.

See on lühise tekkimise põhimõte, samuti sellega kaasnevad nähtused - liigne kuumenemine ja valguse välk. Selle režiimi korral on voolutugevus vooluringis palju suurem kui nimiväärtused (takistuse puudumise tõttu), mis viib energiaallika rikkeni ja selle vastuvõtja elektriahelas.