Napięcie zwarcia: przyczyny, konsekwencje i ochrona przed negatywnymi zjawiskami, obliczanie prądu

Napięcie zwarcia - wartość napięcia, która jest przyłożona do jednego z uzwojeń transformatora, aby w obwodzie pojawił się prąd elektryczny. Reszta uzwojeń powinna być w tym czasie zwarta. Wartość ta określa spadek napięcia na transformatorze, jego zewnętrzną charakterystykę oraz niezamierzony prąd zwarciowy. Jest wyrażony jako procent napięcia znamionowego.

Przyczyny wystąpienia

Zwarcie w obwodzie jest uważane za nieplanowane, nieprawidłowe połączenie przewodów, w którym występują prądy niszczące. Każde podłączenie urządzenia elektrycznego do gniazdka jest również uważane za zwarcie, ale już zaplanowane. Źródłem poboru mocy jest rezystancja, która przejmuje całe obciążenie zwarciowe.

Jeśli wartość tej rezystancji dąży do zera, to zgodnie z prawem Ohma dla obwodu elektrycznego prąd wzrasta do takiej wartości, że następuje silne nagrzewanie i zniszczenie przewodów. Przyczyny wystąpienia negatywnego zjawiska:

1. Krótkotrwały wzrost napięcia prowadzi do przebicia izolacji przewodów lub obwodów elektrycznych. Następuje wzrost natężenia prądu do wartości zwarcia wraz z pojawieniem się wyładowania łukowego.
2. Stara, zniszczona izolacja staje się przyczyną samoistnego zwarcia przewodów.
3. Uszkodzenia mechaniczne izolacji prowadzą również do nienormalnych sytuacji. Na przykład często sami najemcy naruszają integralność izolacji podczas remontu.
4. Wnikanie ciał obcych, małych zwierząt, elementów sąsiednich węzłów powoduje ujemne połączenie przewodów ze sobą.
5. Uderzenie pioruna powoduje krótkotrwały wzrost napięcia w obwodzie elektrycznym.

Głównymi objawami tego zjawiska są pojawienie się zapachu spalenizny, iskrzenie i spalenie izolacji przewodów. Ponadto obwód elektryczny lub jego sekcje są wyłączone.

Niebezpieczne konsekwencje

Jedną z najniebezpieczniejszych konsekwencji zwarcia przewodów jest ryzyko powstania źródła ognia. Powodem jego wystąpienia jest uwolnienie dużej ilości ciepła, zniszczenie izolacji i pojawienie się otwartego ognia.

W przypadku krótkotrwałego obwodu łukowego, gdy potężny ładunek elektryczny prześlizguje się, otaczające rzeczy i przedmioty zapalają się. Ponadto negatywne konsekwencje obejmują:

• uszkodzenia mechaniczne i termiczne instalacji elektrycznych;
• spadek wartości napięcia, który prowadzi do utraty wydajności lub całkowitego zatrzymania mechanizmów elektrycznych;
• oddzielne generatory i elektrownie wypadają z synchronicznej pracy systemu, co prowadzi do powstania sytuacji awaryjnej;
• pojawienie się fal elektromagnetycznych, które wpływają na linie komunikacyjne i komunikację.

Wyniki te będą obserwowane tylko bezpośrednio w miejscu zwarcia lub w jego pobliżu, ponieważ wraz z odległością od tego odcinka wartość prądu będzie słabła. Planując i instalując dowolną instalację elektryczną, podejmowane są niezbędne środki ochronne przed negatywnym zjawiskiem.

Wyznaczanie aktualnej siły

Aby obliczyć prąd zwarciowy, zapoznaj się z prawem Ohma dla obwodu elektrycznego. Stwierdza, że ​​jego siła jest wprost proporcjonalna do napięcia i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji.

W przypadku zwarcia wartość rezystancji jest bardzo mała, dlatego stosunek napięcia do niego wzrasta kilkakrotnie. Na przykład w jednofazowej domowej sieci elektrycznej napięcie wynosi 220 V. Jeśli przyjmiemy, że rezystancja podczas zwarcia spada do 0,04 Ohm, to natężenie prądu wynosi 5500 A.

Ponieważ standardowe gniazdo jest oceniane na 16 A, staje się oczywiste, że po prostu się wypali. To obliczenie jest przybliżone, ponieważ jest bardziej skomplikowane w przypadku innych rodzajów tego zjawiska. Oprócz jednofazowych zwarć możliwe są w sieciach trójfazowych:

• dwufazowy;
• między fazami do ziemi;
• trójfazowy.

Przy określaniu wartości prądu w tych przypadkach brane są pod uwagę: rezystancja całego elektrycznego sieci, poszczególne sekcje, dodatkowe urządzenia sieciowe, łuki zamknięcia przewodu i inne. Dlatego jego całkowita wartość będzie znacznie wyższa niż w przybliżonej kalkulacji.

Metody ochrony

Główną metodą ochrony przed tym negatywnym zjawiskiem jest przerwanie obwodu elektrycznego. W tym celu stosuje się w nim bezpieczniki. Zazwyczaj są to przewodniki o określonej wartości granicznej prądu.

Bezpieczniki są uważane za najsłabsze ogniwo w obwodzie, dlatego gdy tylko wartość prądu wzrasta, przewodnik przepala się i przerywa obwód. W ten sposób chronione są pozostałe elementy łańcucha. Do ochrony obwodów elektrycznych w mieszkaniu i domu stosuje się automatyczne przełączniki.

Główna różnica między maszynami a bezpiecznikami jest wielokrotnego użytku. Konstrukcja maszyny zawiera wyzwalacz, który zapewnia pracę urządzenia w sytuacji nienormalnej. Produkowanych jest kilka rodzajów tych urządzeń:

• elektromagnetyczny;
• termiczny;
• półprzewodnik;
• mieszany.

Podczas powstawania prądu o wartości krytycznej maszyna jest wyłączana za pomocą wyzwalacza termicznego lub elektromagnetycznego. Do ochrony przed wysokim prądem nie można użyć wyłącznika różnicowoprądowego, ponieważ ma on zupełnie inne zadania.

Inną metodą ochrony jest zastosowanie dławika ograniczającego prąd. To urządzenie jest instalowane w obwodach wysokiego napięcia, w których natężenie prądu może być duże i nie ma możliwości doboru odpowiedniego urządzenia ochronnego.

Reaktor jest induktorem połączonym szeregowo z siecią elektryczną. W razie niebezpieczeństwa jednostka ta przejmuje całą obecną siłę.

Korzystanie z przyciągania przewodów

Oprócz negatywnych właściwości to negatywne zjawisko jest korzystne. Istnieje wiele urządzeń pracujących przy wysokich prądach. Najpopularniejszym z nich jest spawarka. Podczas jego pracy pomiędzy elektrodą spawalniczą a pętlą masy powstaje łuk elektryczny.

Zasada działania urządzenia polega na obniżeniu napięcia i zwiększeniu natężenia prądu, które może osiągnąć nawet 250 A. Temperatura łuku dochodzi do kilku tysięcy stopni, co pozwala na stopienie części przeznaczonych do spawania w miejscu styku.

Takie tryby są używane przez krótki czas, a moc urządzenia spawalniczego pozwala mu wytrzymać przeciążenia. Takie zastosowanie przewodów zwierających podczas spawania pozwala uzyskać mocne i niezawodne konstrukcje metalowe.