Čo je skrat: jednoduchá definícia, typy a príčiny skratu

Pri diskusii o akýchkoľvek témach týkajúcich sa elektriny sa skrat (SC) často nazýva príčinou poruchy zariadenia alebo požiaru. Zo školských hodín fyziky ľudia vedia, že je to nepríjemné, ale mnohí si ani neuvedomujú jej výhody. Keď sme sa naučili, čo je KZ, a pochopili sme povahu jeho vzhľadu, môžeme pochopiť, kedy sa stáva deštruktívnym a v akých prípadoch pomáha.

Fyzická definícia

V učebniciach fyziky sa skrat zvyčajne nazýva výskyt elektrického spojenia medzi dvoma bodmi v elektrine obvody, ktoré sú na rôznych potenciálnych hodnotách v prípadoch, ktoré nie sú stanovené konštrukciou zariadenia a vedú k jeho narušeniu práca.

Aby sme pochopili túto definíciu, mali by sme pochopiť, čo je potenciál. Správnejšie by však bolo povedať „elektrostatický potenciál“, pretože môže byť biologický, chemický a matematický. Náboj je fyzikálna veličina, ktorá určuje vlastnosť telies alebo častíc interagovať v elektromagnetickom poli. Pojem elektrického náboja je v elektrodynamike primárny, na jeho základe sa vytvárajú definície pre iné fyzikálne procesy a javy, vrátane potenciálu.

Potenciál sa vzťahuje na energiu, ktorú má náboj umiestnený v elektrickom poli. Jednotkou jeho merania je volt, ktorý sa rovná pomeru joulu a coulombu. To znamená, že elektrický potenciál je charakterizovaný pomerom interakčnej energie náboja s poľom, ktoré ho obklopuje, k hodnote jeho veľkosti.

Práca, ktorú vykonáva elektrina alebo energia, je určená rozdielom potenciálov (napätím). Čím je vyššia, tým viac práce musí elektrická sila vykonať, aby presunula náboj z jedného bodu do druhého. Pohyb vyžaduje energiu, zatiaľ čo sila sa pri pohybe uvoľňuje. Ak pohyb náboja prebieha usporiadaným spôsobom, potom vzniká prúd.

V tomto prípade sa práca považuje za užitočnú, keď potenciálna energia z rôznych koncov elektrického obvodu prekoná určitý odpor. Ak však neexistuje, potom z jednej časti obvodu prúd preteká bez straty do druhej, pričom sa uvoľní výkon zodpovedajúci sile prúdu.

Ak chcete jednoduchým spôsobom vysvetliť, čo je skrat, môžete takto: ak je vo vodiči s prúdom, ktorý je pod napätím, odpor klesne na nevýznamnú hodnotu, potom sa všetka energia začne uvoľňovať v mieste elektrického spojenia dvoch hodnôt potenciály. Vznik tejto sily sa nazýva výskyt skratu alebo poruchy.

Typy javov

Proces vzniku skratu znamená vytvorenie elektrického kontaktu medzi dvoma potenciálmi. V závislosti od oblasti môže byť uzáver bodový a pevný. Ak sa vyskytuje v elektrických inštaláciách, potom sa delí na turn-to-turn alebo trup. Prvý typ je typický pre rotor alebo stator. V tomto prípade môže dôjsť k poruche cez zem alebo vzduch. V závislosti od typu zapojenia a počtu uzavretých fáz je jav rozdelený do nasledujúcich typov:

• trojfázové - všetky fázové vodiče sú pripojené k jednému bodu;
• dvojfázový - dochádza k elektrickému kontaktu medzi dvoma drôtmi s rôznymi potenciálmi;
• jednofázový - fázový uzáver na neutrálny vodič alebo uzemňovaciu slučku.

Skratový prúd

Aby ste pochopili definíciu skratu, mali by ste pamätať na základný princíp elektriny - Ohmov zákon. Jeho formulácia je nasledovná: prúd v časti obvodu je priamo úmerný potenciálnemu rozdielu a nepriamo úmerný elektrickému odporu tejto časti. Vzorec to môže vyjadriť ako I = U / R, kde:

• I - sila prúdu, A;
• U je hodnota napätia, V;
• R - odpor (impedancia), Ohm.

Čím vyššia je hodnota impedancie, tým nižší bude prúd. Napríklad, keď je elektrické vedenie s napätím 220 voltov premostené odporom 1 kΩ, potom cez prvok preteká prúd rovný I = 220/1000 = 0,220 A.

Ak má odpor vhodný výkon, nič sa nestane, nejaké napätie na ňom klesne, ale obvod bude fungovať ďalej. Ale ak sa namiesto odporu použije vodič s nekonečne malým vnútorným odporom, tak sila prúd začne rýchlo rásť, kým sa uzavreté časti nespália a neprerušia elektrický kontakt. Prúd, pri ktorom je kontakt prerušený, sa nazýva prierazný prúd.

Mimochodom, to je dôvod, prečo skrat dostal svoje meno, pretože prúd má tendenciu ísť smerom s najmenším odporom pre jeho tok. Táto linka sa ukáže ako najkratšia na jeho ceste.

Pri presnom výpočte poruchy sa používa vzorec, ktorý zohľadňuje vnútorný odpor zdroja energie: Ikz = E / (R + r). V tomto prípade sa objavujúci sa tepelný výkon určí pomocou výrazu P = E2 * R / (R + r).

Výpočet skratového prúdu je dôležitý, pretože sa používa pri výbere elektrických zariadení, ochrany, automatizačných zariadení a obmedzovačov prúdu. K javu prierazu dochádza najčastejšie v dôsledku výskytu prechodných odporov, cez ktoré začína prúdiť prúd. Patria sem elektrické oblúky, cudzie predmety v mieste poškodenia izolácie, podpery a ich uzemnenie, ako aj kontakt so zemou alebo medzi fázovými vodičmi. Ale na zjednodušenie výpočtov sa tieto odpory považujú za rovné nule a neberú sa do úvahy.

Dôvody vzhľadu

Keď sa vytvorí kontakt medzi dvoma tokmi nábojov, vznikne obrovská sila prúdu, ktorá sa vyznačuje skratom. Pretože k tomuto prudkému zvýšeniu energie dochádza v dôsledku objavenia sa impulzu elektrického šoku, potom podľa zákona Joule-Lenz má výsledný výkon vysoký stupeň uvoľňovania tepla.

Dôvodom tohto javu je porušenie izolačných vlastností vodičov. Môže k tomu dôjsť v dôsledku prirodzeného opotrebovania alebo mimoriadnych udalostí pri prevádzke elektrického zariadenia. V praxi to znamená priamy kontakt medzi nulovým a fázovým vodičom.

Ale drôty sa nemusia navzájom dotýkať. K okamžitému zvýšeniu sily prúdu dochádza aj vtedy, ak sa medzi nimi objaví vodivé teleso alebo médium so zanedbateľným odporom, napríklad vodivý predmet, voda alebo vlhký vzduch. Táto situácia sa nazýva rozpad. Je možné rozlíšiť nasledujúce dôvody výskytu skratu:

1. Prepätie. Keď sú prekročené fyzikálne parametre elektrického vedenia, keď vodičom prechádza veľký prúd, jeho odpor sa ukáže ako veľký, a preto dochádza k intenzívnemu uvoľňovaniu tepla. Vodič sa zahrieva odovzdávaním tepla izolačnej vrstve, ktorá praskne a zrúti sa. Vzhľad vysokého napätia môže byť spôsobený prírodnými javmi (úder blesku) a chybami v prevádzke elektrických spotrebičov alebo zdrojov energie.
2. Prirodzené starnutie izolácie. Akákoľvek izolácia má svoj vlastný zdroj, ktorý sa znižuje v agresívnom prostredí, napríklad pri poklese teploty.
3. Mechanické poškodenie: odieranie, poškodenie pri stavebných prácach, výsledok pôsobenia hlodavcov.
4. Chyba inštalácie. Neopatrné zaobchádzanie so živými časťami zariadenia, porušenie kladenia káblov (ohýbanie v ostrom uhle, kríženie drôtov).
5. Nesprávne zapojenie elektrických zariadení alebo káblov. Vyskytuje sa v dôsledku ľudského konania. Môže to byť spôsobené neúspešnými opravami, chybou v pripojení drôtov alebo elektrického vedenia, používaním rozbitých zariadení.

Následky a ochrana

Najväčšou nepríjemnosťou, ktorá môže vzniknúť pri skrate, je vznik požiaru. Výsledné prebytočné teplo spôsobí vznietenie izolácie a blízkych horľavých látok. Okrem toho pri poruche vzniká elektrický oblúk, ktorý je otvoreným zdrojom ohňa. Pritom môže zapáliť blízke predmety.

Ak osoba spadne do oblasti pokrytia okruhu, potom je vystavený šoku vysokej intenzity prúdu. To vedie k uvoľňovaniu tepla telom a následnému spaľovaniu tela.

Medzi menej významné dôsledky patrí výskyt veľkého elektrického poľa a elektromagnetický šok, ktorý negatívne ovplyvňuje elektronické komponenty a rádiové zariadenia, ako aj elektromotory. Výskyt skratu vedie k fázovej nerovnováhe v elektrickej sieti, ktorá v nej spôsobuje prepätie napätia, čo vedie k poruchám napájacích zdrojov elektrických zariadení, ktoré sú k nej pripojené.

Aby sa zabránilo následkom pri navrhovaní elektrických systémov, používajú sa špeciálne zariadenia a ochranné opatrenia. Tieto opatrenia zahŕňajú:

• pravidelné testovanie izolácie zariadení a elektrických vedení;
• použitie zariadenia alebo elektrického vedenia so zvýšenou triedou ochrany v potenciálne nebezpečných miesta, ako sú vysokokvalitné dielektrika alebo duálne spomaľovače horenia izolácia;
• inštalácia poistiek, ktoré vyhoria, keď prúd dosiahne nebezpečnú hodnotu;
• použitie ochrany pred bleskom, automatických a diferenciálnych spínačov, zariadení na reguláciu napätia.

Pri konštrukcii prevodového systému je veľmi dôležité používať správne materiály a ochranné prostriedky. Vo väčšej miere ide o prierez vodivého kábla, výpočet parametrov použitých ochranných modulov a kompetentnú konštrukciu uzemňovacieho obvodu.

Zámerné použitie

Neúmyselný výskyt skratu so sebou nesie nebezpečenstvá a problémy, ale jeho kontrolou môžete profitovať. Vďaka tomu sa objavilo zváranie elektrickým oblúkom. Jedno vinutie transformátora je pripojené k obrobku, ktorý sa má zvárať, pričom s ním vytvára trvalý kontakt, a druhé je pripojené k elektróde. Keď sa dotkne časti, dôjde ku skratu s vytvorením oblúka a uvoľnením tepla. Práve tento oblúk sa používa na tavenie kovov. Ale ak sa elektróda "prilepí" na kov, potom sa všetka použitá energia začne uvoľňovať na menič, čo povedie k jeho otočnému uzáveru.

Ďalšia aplikácia javu sa používa pri skratoch - zariadeniach vybavených ističmi. Ak je potrebné rýchlo odpojiť elektrické vedenie, zatvorí sa, na čo zareaguje elektromechanické zariadenie a vypne sekciu.

Indukčné vibrometre a seizmické prijímače využívajú vo svojej práci SC, ktorá umožňuje tlmenie mechanických vibrácií. Režim Breakdown sa často používa pri pripájaní stupňov zosilňovača v elektronike, ako sú kaskádové zosilňovače. Silové obvody elektronických dosiek tiež pracujú v skratovom režime pre striedavý prúd. Na ich elektrických vedeniach sú inštalované blokovacie kondenzátory bypassu. Sú navrhnuté tak, aby znížili samobudenie zosilňovacích stupňov, rušenie a zlyhania kódu v digitálnych zariadeniach.

Stručne povedané, možno poznamenať dôležité aspekty elektrických procesov. Aby prúd mohol vzniknúť, musí sa objaviť potenciálny rozdiel a následne ich fyzické spojenie. Potom sa náboj začne prenášať z jedného bodu do druhého a na svojej ceste narazí na odpor. Uvoľní sa na ňom energia, ktorá sa využíva na akékoľvek procesy. Vyrobený výkon sa vyznačuje užitočnou prácou. Ak sa však prúd nestretne s prekážkami na svojej ceste, potom, keď sú dva potenciály spojené, všetka sila sa uvoľní pozdĺž tejto cesty. V dôsledku toho sa mení na tepelnú energiu a čiastočne na svetlo.

Toto je princíp výskytu skratu, ako aj javy, ktoré ho sprevádzajú - nadmerné zahrievanie a svetelný záblesk. Keď nastane tento režim, prúd v obvode je oveľa vyšší ako nominálne hodnoty (kvôli nedostatku odporu), čo vedie k zlyhaniu zdroja energie a jeho prijímač v elektrickom obvode.