Corrente di cortocircuito e suo calcolo. Scarica corrente di cortocircuito

Una volta una donna, non molto esperta in ingegneria elettrica, l'installatore ha spiegato il motivo della perdita di luce nel suo appartamento. Questo risultò essere un cortocircuito, e la donna chiese che fosse allungato immediatamente. Si può ridere di questa storia, ma è meglio considerare questo disturbo in modo più dettagliato. Elettricisti e senza questo articolo sanno cos'è questo fenomeno, cosa minaccia e come calcolare la corrente di corto circuito. Le seguenti informazioni sono rivolte a persone che non hanno un'istruzione tecnica, ma, come tutte le altre, non sono assicurate dai problemi associati all'utilizzo di macchinari, macchinari, apparecchiature di produzione e gli elettrodomestici più comuni. È importante che ogni persona sappia cos'è un cortocircuito, quali sono le sue cause, le possibili conseguenze e i metodi per la sua prevenzione. Non gestire in questa descrizione senza familiarità con le basi della scienza elettrica. Non sapendo che il loro lettore può annoiarsi e non finire di leggere l'articolo fino alla fine.

Dichiarazione popolare della legge di Ohm

Non importa quale sia la natura della corrente circuito elettrico si verifica solo se c'è una differenza potenziale (o tensione, è la stessa). La natura di questo fenomeno può essere spiegata dall'esempio di una cascata: se c'è una differenza nei livelli, l'acqua scorre in una certa direzione, e quando no, si ferma. Anche gli scolari conoscono la legge di Ohm, secondo la quale la corrente è maggiore, maggiore è la tensione e minore è la resistenza inclusa nel carico:

I = U / R,

dove:

I è la grandezza della corrente, che a volte viene chiamata "amperaggio", sebbene questa non sia una traduzione molto competente dal tedesco. Misurato in ampere (A).

In effetti, il potere (cioè la causa dell'accelerazione) non ha una corrente di per sé, che è esattamente ciò che appare durante un cortocircuito. Questo termine è già diventato consuetudinario e viene spesso utilizzato, sebbene gli insegnanti di alcune università, ascoltando dalla bocca dello studente le parole "forza attuale", mettano immediatamente "non abbastanza". "Ma che dire del fuoco e del fumo che provengono dal cablaggio durante un corto circuito? - L'avversario testardo chiederà, - Non è questo potere? "C'è una risposta a questa osservazione. Il fatto è che non ci sono conduttori ideali, e il loro riscaldamento è dovuto a questo fatto. Se supponiamo che R = 0, il calore non verrebbe assegnato, come risulta dalla legge Joule-Lenz di seguito riportata.

U è la stessa differenza di potenziale, chiamata anche tensione. Misurato in Volt (abbiamo B, all'estero V). Viene anche chiamata forza elettromotrice (EMF).

R è la resistenza elettrica, cioè la capacità del materiale di impedire il passaggio di corrente. Nei dielettrici (isolanti) è grande, anche se non infinito, nei conduttori è piccolo. È misurato in ohm, ma è stimato come valore specifico. Va da sé che più il filo è spesso, meglio è la corrente e più è lungo, peggio. Pertanto, la resistività è misurata in ohm moltiplicata per un millimetro quadrato e divisa per un metro. Inoltre, il suo valore è influenzato dalla temperatura, più è alto, maggiore è la resistenza. Ad esempio, un conduttore d'oro con una lunghezza di 1 metro e una sezione trasversale di 1 quadrato. mm a 20 gradi Celsius ha una resistenza totale di 0,024 Ohm.

C'è anche la formula della legge di Ohm per il circuito completo, la resistenza interna (intrinseca) della sorgente di tensione (EMF) è inserita in essa.

Due formule semplici ma importanti

Capire il motivo per cui si verifica una corrente di cortocircuito è impossibile senza padroneggiare un'altra semplice formula. La potenza assorbita dal carico è uguale (senza considerare i componenti reattivi, ma su di essi in seguito) al prodotto di corrente e tensione.

P = U x I,

dove:

P - potenza, Watt o Volt-Ampere;

U - tensione, Volt;

Io - attuale, Ampere.

Il potere dell'infinito non accade, è sempre qualcosa di limitato, quindi quando il suo valore fisso con l'aumentare della tensione di corrente diminuisce. La dipendenza di questi due parametri del circuito di lavoro, espressa graficamente, è chiamata caratteristica della tensione di corrente.

E un'altra formula richiesta per calcolare le correnti di cortocircuito è la legge Joule-Lenz. Dà un'idea di quanto calore viene rilasciato quando il carico è resistente ed è molto semplice. Il conduttore verrà riscaldato con un'intensità proporzionale alla tensione e al quadrato della corrente. E, naturalmente, la formula non fa a meno del tempo: più a lungo si riscalda la resistenza, più calore si libererà.

Cosa succede nel circuito durante un corto circuito

Quindi, il lettore può supporre che abbia padroneggiato tutte le principali leggi fisiche per capire quale sia la portata della corrente di cortocircuito (ok, lascia che sia). Ma prima devi decidere sulla questione di cosa, in effetti, lo è. Cortocircuito (cortocircuito) è una situazione in cui la resistenza di carico è prossima allo zero. Guardiamo la formula della legge di Ohm. Se consideriamo la sua opzione per una sezione di un circuito, è facile capire che la corrente tenderà all'infinito. Nella versione completa, sarà limitata dalla resistenza della sorgente EMF. In ogni caso, la corrente di cortocircuito è molto alta, e secondo la legge Joule-Lenz, più è, più il conduttore è riscaldato lungo il quale va. Inoltre, la dipendenza non è diretta, ma quadratica, cioè se aumentassi il centuplo, il calore verrà rilasciato diecimila volte di più. Questo è il pericolo del fenomeno, che a volte provoca incendi.

I fili si scaldano a fuoco (o bianco), trasferiscono questa energia a pareti, soffitti e altri oggetti che toccano e danno fuoco a loro. Se la fase in qualche dispositivo tocca il conduttore neutro, si crea una corrente di cortocircuito della sorgente chiusa a se stessa. La base di combustibile dei collegamenti elettrici è un incubo per gli ispettori del fuoco e la causa di molte multe imposte ai proprietari irresponsabili di edifici e locali. E la ragione, naturalmente, non sono le leggi di Joule-Lenz e Om, ma l'isolamento che si è seccato dalla vecchiaia, installazione imprecisa o analfabeta, danni meccanici o sovraccarico del cablaggio.

Tuttavia, la corrente di cortocircuito, non importa quanto grande, non è anche infinita. La dimensione dei problemi che potrebbe rovinare influisce sulla durata del riscaldamento e sui parametri del circuito di alimentazione.

Circuiti AC

Le situazioni sopra considerate erano di natura generale o relative a circuiti di corrente continua. Nella maggior parte dei casi, l'alimentazione elettrica per gli impianti residenziali e industriali viene prodotta da una rete di tensione alternata a 220 o 380 volt. Problemi di cablaggio corrente continua il più delle volte si verificano nelle auto.

C'è una differenza tra questi due tipi fondamentali di alimentazione e uno significativo. Il fatto è che il passaggio della corrente alternata è ostacolato da ulteriori componenti di resistenza, chiamate reattive e dovute alla natura ondulatoria dei fenomeni che si manifestano in esse. Induttanze e capacità reagiscono alla corrente alternata. La corrente di cortocircuito di un trasformatore è limitata non solo dalla resistenza attiva (o ohmica, cioè misurabile da un tester tascabile), ma anche dal suo componente induttivo. Il secondo tipo di carico è capacitivo. Relativo al vettore corrente attivo, i vettori dei componenti reattivi sono respinti. La corrente induttiva è in ritardo e la corrente capacitiva è avanti di 90 gradi.

Un esempio della differenza nel comportamento del carico con un componente reattivo può servire da normale altoparlante. I suoi amanti del sovraccarico di musica ad alto volume finchè il diffusore non batte in avanti il ​​campo magnetico. La bobina vola via dal nucleo e brucia immediatamente, perché la componente induttiva della sua tensione diminuisce.

Tipi di KZ

La corrente di cortocircuito può verificarsi in diversi circuiti collegati a diverse fonti di corrente continua o alternata. La cosa più semplice è con il solito vantaggio, che improvvisamente collegato con un segno negativo, bypassando il carico utile.

Ma con l'alternanza di opzioni attuali di più. La corrente di cortocircuito monofase si verifica quando la fase è collegata a un neutro o a massa. In una rete trifase, può verificarsi un contatto indesiderato tra due fasi. Tensione di 380 o più (quando si trasmette energia su lunghe distanze su linee elettriche) i volt possono anche causare conseguenze spiacevoli, incluso un arco elettrico al momento della commutazione. Tutti e tre i fili (o quattro, insieme al neutro) possono essere cortocircuitati simultaneamente e la corrente di cortocircuito trifase scorrerà attraverso di essi fino a quando non verrà attivato il sistema di protezione automatica.

Ma non è tutto. Nei rotori e negli statori di macchine elettriche (motori e generatori) e trasformatori, a volte questo fenomeno spiacevole si verifica come un circuito interturn, in cui i circuiti adiacenti formano una specie di anello. Questo circuito chiuso ha una resistenza estremamente bassa nella rete CA. La corrente di cortocircuito nelle bobine aumenta, questo provoca il riscaldamento dell'intera macchina. In realtà, se si è verificata una tale disgrazia, non si deve attendere che tutto l'isolamento si sciolga e che il motore elettrico inizi a fumare. Gli avvolgimenti della macchina devono essere riavvolti, per questo è necessario un equipaggiamento speciale. Lo stesso vale per quei casi in cui, a causa dell'intervento, si è verificata una corrente di cortocircuito di un trasformatore. Meno bruciature sull'isolamento, più facile e meno costoso sarà riavvolgere.

Calcolo del valore corrente nel cortocircuito

Non importa quanto catastrofico questo o quel fenomeno, per l'ingegneria e scienza applicata la sua valutazione quantitativa è importante. La formula corrente di corto circuito è molto simile alla legge di Ohm, richiede solo qualche spiegazione. Quindi:

I short cut = Uph / (Zn + Zt),

dove:

I k.z. - la grandezza della corrente di cortocircuito, A;

Tensione Uph - fase, V;

Zn è la resistenza totale (compresa la componente reattiva) di un circuito cortocircuitato;

Zt è la resistenza totale (incluso componente reattivo) del trasformatore di potenza (potenza), Ohm.

Le impedenze sono definite come l'ipotenusa di un triangolo rettangolo, le cui gambe sono resistenze attive e reattive (induttive). È molto semplice, devi usare il teorema di Pitagora.

Un po 'più spesso della formula della corrente di cortocircuito, in pratica vengono utilizzate curve derivate sperimentalmente. Sono dipendenze dal valore di I k.s. sulla lunghezza del conduttore, sezione del filo e potenza del trasformatore di potenza. I grafici sono un insieme di linee esponenziali discendenti, di cui rimane solo la scelta appropriata. Il metodo fornisce risultati approssimativi, ma la sua precisione soddisfa pienamente le esigenze pratiche degli ingegneri di alimentazione.

Come sta andando il processo

Sembra che tutto accada all'istante. Qualcosa ronzò, la luce svanì e immediatamente si spense. Infatti, come ogni fenomeno fisico, il processo può essere mentalmente allungato, rallentato, analizzato e diviso in fasi. Prima dell'inizio del momento di emergenza, il circuito è caratterizzato da un valore di corrente a regime costante che rientra nei limiti della modalità nominale. Improvvisamente, la resistenza totale diminuisce bruscamente a un valore vicino allo zero. I componenti induttivi (motori elettrici, bobine e trasformatori) si caricano, come se rallentassero il processo di crescita attuale. Pertanto, nei primi microsecondi (fino a 0,01 secondi) la corrente di corrente di cortocircuito della sorgente di tensione rimane pressoché invariata e anche in qualche modo diminuisce a causa dell'inizio del processo transitorio. Allo stesso tempo, la sua emf raggiunge gradualmente il valore zero, quindi la attraversa ed è impostata su un valore stabilizzato che garantisce il flusso di un grande I k.s. La corrente stessa al momento del processo di transizione è una somma di componenti periodici e aperiodici. Viene analizzata la forma del grafico di processo, in base alla quale è possibile determinare una quantità di tempo costante a seconda dell'angolo di inclinazione della tangente alla curva di accelerazione al suo punto di inflessione (prima derivata) e il tempo di ritardo determinato dal valore della componente reattiva (induttiva) della resistenza totale.

Cortocircuito corrente di shock

Il termine "corrente di cortocircuito degli shock" si trova spesso nella letteratura tecnica. Non dovresti aver paura di questo concetto, non è affatto così terribile e non ha alcuna relazione diretta con la sconfitta con l'elettricità. Il concetto di questo significa il valore massimo di I k. nel circuito AC, raggiungendo il suo valore di solito mezzo periodo dopo che si è verificata un'emergenza. A una frequenza di 50 Hz, il periodo è di 0,2 secondi e la sua metà è di 0,1 secondi, rispettivamente. A questo punto, l'interazione di conduttori situati uno vicino all'altro, raggiunge la massima intensità. La corrente d'urto di un cortocircuito è determinata dalla formula, che in questo articolo, intesa non per gli specialisti e nemmeno per gli studenti, non ha senso dare. È disponibile in letteratura speciale e libri di testo. Di per sé, questa espressione matematica non è particolarmente difficile, ma richiede commenti piuttosto lunghi che approfondiscono il lettore nella teoria dei circuiti elettrici.

Cortocircuito utile

Sembrerebbe che il fatto ovvio sia che un cortocircuito è un fenomeno estremamente cattivo, sgradevole e indesiderabile. Può portare, nel migliore dei casi, a disenergizzare l'oggetto, spegnere l'equipaggiamento di protezione di emergenza e, nel peggiore dei casi, cablare e persino sparare. Di conseguenza, tutte le forze devono concentrarsi su come evitare questo flagello. Tuttavia, il calcolo delle correnti di cortocircuito ha un significato molto reale e pratico. Ha inventato molti strumenti tecnici che operano in modalità di valori di corrente elevati. Un esempio potrebbe essere una saldatrice tradizionale, in particolare un arco, che al momento del funzionamento cortocircuita un elettrodo con una connessione di terra. Un altro problema è che queste modalità sono di breve durata e la potenza del trasformatore può sopportare questi sovraccarichi. Durante la saldatura, nel punto di tangenza, le estremità dell'elettrodo passano enormi correnti (sono misurate in dozzine di ampere), a seguito della quale viene rilasciato abbastanza calore per fondere il metallo localmente e creare una forte saldatura.

Metodi di protezione

Nei primissimi anni del rapido sviluppo dell'ingegneria elettrica, quando l'umanità stava ancora sperimentando valorosamente, introducendo dispositivi di elettrodeposizione, inventando vari tipi di generatori, motori e illuminazione, si pose il problema di proteggere questi dispositivi da sovraccarichi e correnti di cortocircuito. La soluzione più semplice era installare elementi fusibili in serie con il carico, che sono stati distrutti dal calore resistivo nel caso in cui la corrente superasse il valore impostato. Questi fusibili sono persone oggi, i loro principali vantaggi sono la semplicità, l'affidabilità e il basso costo. Ma hanno degli svantaggi. La stessa semplicità del "tappo" (i cosiddetti detentori del tasso fusibile per la loro forma specifica) provoca agli utenti, dopo che è bruciato, non filosofeggiare furbescamente, ma sostituire gli elementi guasti con i primi fili, graffette o persino chiodi. Vale la pena ricordare che tale protezione contro le correnti di cortocircuito non soddisfa la sua nobile funzione?

Nelle aziende industriali, al fine di diseccitare i circuiti sovraccaricati, gli interruttori automatici automatici iniziarono ad essere usati prima rispetto ai pannelli degli appartamenti, ma negli ultimi decenni gli ingorghi sono stati ampiamente sostituiti da essi. "Automatico" è molto più comodo, non possono essere modificati e accendersi, eliminando la causa del cortocircuito e aspettando che gli elementi termici si raffreddino. A volte bruciano i contatti, in questo caso è meglio sostituirli e non provare a pulirli o ripararli. Più complesso automi differenziali ad alto costo, non durano più a lungo del solito, ma la loro funzionalità è più ampia, scollegano la tensione in caso di perdite di corrente minime "sul lato", ad esempio quando una persona viene colpita da una corrente.

Nella vita di tutti i giorni, non è consigliabile sperimentare un cortocircuito.