КЗ образуется вследствие замыкания двух проводов цепи, которые подсоединены к разным контактам (это плюс и минус). В данном случае происходит это через маленькое сопротивление, которое можно сравнить с сопротивлением самого провода. При этом ток может превысить номинальное значение в несколько раз. Чтобы предотвратить возгорание, электрическая цепь должна быть разорвана до того, как провода нагреются до критической температуры.
- Что такое короткое замыкание?
- Как его обнаружить и предотвратить?
- Причины возникновения.
Что такое короткое замыкание?
Ежедневно, где бы мы не находились, мы осуществляем замыкание электрической цепи. При этом ничего опасного не происходит, так как при подсоединении вилки электрооборудования в розетку электрическая энергия превращается в:
- механическую энергию;
- тепловую мощность.
Данные виды замыкания можно условно назвать «длинными». Короткое замыкание – это, говоря простым языком, такой вид энергии, которая выражается в виде искры, хлопка или возгорания. Это такое состояние, когда сопротивление самой нагрузки становится меньше сопротивления источника питания. При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла. Это — в свою очередь — может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию. Такое КЗ способно не только нарушить работоспособность элемента электрической цепи, но и привести к снижению входного напряжения у других потребителей.
В нормальном рабочем режиме ток между фазным и нулевым проводом протекает лишь в том случае, когда подсоединена нагрузка, которая и осуществляет его ограничение на безопасном уровне для электрической проводки. Как происходит короткое замыкание? В тех случаях, когда появляется нарушение изоляционного покрытия, приводящее к замыканию плюса и минуса, ток минует нагрузку и течёт между этими проводами. Данный вид контакта называется «коротким», в связи с тем, что минует электрические приборы.
Металлическое короткое замыкание – это такое замыкание, в котором не учитывается переходное сопротивление. Оно возможно только в случае его специальной подготовки при помощи болтового соединения токоведущих частей.
Ток короткого замыкания – это такой ток, который появляется вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, обладающих различным электрическим потенциалом. Возникнуть он может и просто при случайном соединении проводящих частей с теми же потенциалами.
Ударный ток короткого замыкания – это максимальная величина тока, которая возникает при трёхфазном КЗ.
Режим короткого замыкания – это такое состояние двухполюсника, когда его выходы соединены между собой при помощи проводника с нулевым сопротивлением. В данном режиме вторичная обмотка замыкается накоротко. При проведении такого опыта можно определить величину потерь в обмотках самого трансформатора.
Что такое НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
Также стоит знать, что напряжение короткого замыкания трансформатора – это такое напряжение, которое необходимо подать на обмотку, когда вторая замкнута. И тогда в последней обмотке начнёт протекать номинальный ток.
Режимы холостого хода и короткого замыкания
При = ∞ ток в цепи будет равен нулю. Этот режим соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи, при котором = 0, называется режимом холостого хода. При режиме холостого хода .
Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок внешней цепи ( =0), в связи с чем напряжение на этом участке равно 0, называется режимом короткого замыкания.
При , а . Ток называется током короткого замыкания. Короткие замыкания в электрических цепях нежелательны, т.к. токи короткого замыкания во много раз превышают номинальные величины. Это приводит к порче электрических установок и источников электрической энергии.
Схемы замещения электрических цепей
Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых нельзя пренебречь, и указывают электрические соединения между ними.
Элементы электрических цепей бывают пассивными и активными. Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, называются пассивными. Они характеризуются сопротивлением (рисунок 2а) ли проводимостью .
Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии ЭДС, называются активными. Они характеризуются величинами ЭДС и внутренним сопротивлением .
Если
= 0. Тогда и .Такой источник энергии называют источником ЭДС (источником напряжения) (рисунок 2б).
Рисунок 2. Источник ЭДС
В некоторых случаях, источник электрической энергии заменяют другой эквивалентной схемой, где вместо ЭДС источник характеризуется его током короткого замыкания (КЗ) , а вместо внутреннего сопротивления r в схему вводится внутренняя проводимость (рисунок 3а).
Рисунок 3. Схема представлена в виде источника тока КЗ и проводимостей
Возможность такой замены доказывается, если уравнение поделить на сопротивление , то: , где ; — ток КЗ источника; — ток приемника; – проводимость приемника. .
Если внутреннее сопротивление >> , то >> и можно положить, что = 0 (рисунок 3б). В этом случае = = .
Такой источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления , называется источником тока.
Таким образом, один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.
Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.
Используя конкретную принципиальную схему (рисунок 4а), составим схему замещения (рисунок 4б).
Рисунок 4. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения
В принципиальной схеме: Г – генератор электрической энергии, Пр – предохранители, Л – линия электропередачи, П1 – потребитель 1, П2 – потребитель 2, К – ключ, Р – рубильник, В – выключатель.
Элементами, не влияющими на режим работы схемы, являются все амперметры и вольтметры, все коммутирующие элементы и предохранители. Они не влияют на результаты расчета и поэтому в схеме замещения отсутствуют.
В схеме замещения (рисунок 4б) генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением . Линия Л представлена сопротивлением , а потребители П1 и П2 представлены соответственно сопротивлениями и . Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Место соединения ветвей называется узлом электрической цепи. Ветви, не содержащие источников электрической цепи, называются пассивными, а ветви, в которые входят источники, называются активными.
Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На схеме замещения таких контуров три: 1 – 2 – 5 – 6 — 1; 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 — 1;
На схеме замещения стрелками отмечаются положительные направления ЭДС, напряжений и токов. ЭДС направлена от отрицательного зажима к положительному зажиму (так же как и ток).
Положительное направление напряжения на участке цепи совпадает с направлением тока: от точки большего потенциала к точке меньшего потенциала.
Основная цель расчета электрической цепи заключается в определении токов в ее ветвях. Зная токи, нетрудно найти напряжения и мощности ветвей и отдельных элементов цепи.
Для расчета электрических цепей наряду с законами Ома применяются два закона Кирхгофа, являющиеся следствиями закона сохранения энергии.
Режимы работы электрических цепей
1.6. Режимы работы электрических цепей. Как указывалось выше, любая электрическая цепь состоит из источников и нагрузок (приемников). При включении различного количества приемников с изменением их параметров будут изменяться напряжения, токи и мощности в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Наиболее характерными являются следующие режимы: номинальный, согласованный, холостого хода и короткого замыкания. Номинальным называется режим, при котором приемник работает со значениями тока, напряжения и мощности, на которые он рассчитан и которые называются его номинальными (или техническими) данными. Номинальные мощности и токи многих элементов электрических цепей (двигателей, генераторов, резисторов и др.) устанавливаются, исходя из нагревания их до наибольшей допускаемой температуры. Номинальные данные указываются в справочной литературе, технической документации или на самом элементе. С учетом номинальных напряжений и токов источников и приемников производится выбор проводов и других элементов электрических цепей. Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи, откуда и вытекает название данного режима. Под режимом холостого хода понимается такой режим, при котором приемник отключен от источника. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а приемник не потребляет ее. Режимом короткого замыкания называется режим, возникающий при соединении между собой выводов источника, приемника или соединительных проводов, а также иных элементов электрической цепи, между которыми имеется напряжение. При этом сопротивление в месте соединения оказывается практически равным нулю. При коротких замыканиях могут возникать недопустимо большие токи, электрическая дуга, возможно резкое снижение напряжения, поэтому режим короткого замыкания рассматривают, как аварийный. Энергетические установки работают чаще всего в режиме, при котором токи и мощности не превышают номинальных значений, а напряжения близки к номинальным. Рассмотрим простейшую неразветвленную цепь (рис. 1.14, а). В этой цепи участок amb представляет собой простейший пассивный двухполюсник, являющийся приемником, участок anb — простейший активный двухполюсник, являющийся источником.
Центробежный насос с заданной при n = 1600 об/мин характеристикой перекачивает воду из резервуара с отметкой ?5 м в резервуар с отметкой ?16 м по трубопроводам размерами l1 = 10 м, d1 = 100 мм (?ζ1 = 2, λ1 = 0,025) и l2 = 30 м, d2 = 75 мм (?ζ2 = 12,
Механика жидкости и газа (МЖГ или Гидравлика)
Идеальный двухатомный газ совершает цикл Карно, график которого изображен на рисунке. Объемы газа в состояниях 2 и 3 соответственно равны V2 = 12 л и V3 = 16 л. Найти термический КПД цикла η.
Термодинамика и тепломассообмен
Изучение вынужденных электрических колебаний в колебательном контуре
Изучение вынужденных электрических колебаний в колебательном контуре
Лаба 30: Изучение вынужденных электрических колебаний в колебательном контуре
Физика экзамен 2016
Для рассматриваемой цепи по второму закону Кирхгофа можно написать: 
(1.16) Формула для определения соотношения между напряжением U и э.д.с. источника E, полученная из (1.16), 
(1.17) называется внешней характеристикой источника, которая связывает напряжения на зажимах источника с величиной тока через источник (рис. 1.14б). Очевидно, что напряжение на зажимах источника U тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление при одном и том же токе через источник. В идеальном источнике напряжения r0=0, U=E во всем диапазоне изменения тока (рис. 1.14, б кривая 2). Если умножить (1.16) на ток I , то получим соотношение между мощностями 
(1.18) Произведение EI представляет собой мощность, вырабатываемую источником. Правая часть (1.18) содержит потери мощности во внутреннем сопротивлении источника I 2 r0, и мощность, потребляемую приемником I 2 r. Если из вырабатываемой мощности вычесть потери мощности во внутреннем сопротивлении источника, получим мощность UI, отдаваемую источником во внешнюю цепь 
(1.19) Мощность, отдаваемая источником в данной цепи, равна мощности, потребляемой приемником 
(1.20) Вырабатываемая источником мощность определяется произведением: 
(1.21) причем положительные направления э.д.с. и тока совпадают. Отдаваемая им мощность: 
(1.22) где направления напряжения и тока противоположны, а мощность, потребляемая приемником определяется произведением: 
(1.23) где положительные направления тока и напряжения совпадают. Такие взаимные направления тока и э.д.с., а также тока и напряжения характерны для источников и приемников в любых электрических цепях (рис. 1.15 а,б). Отношение мощности, отдаваемой источником, к вырабатываемой им мощности называется коэффициентом полезного действия (КПД) источника Рис 1.15 
(1.24) Пользуясь полученными соотношениями, установим, как будут меняться значения тока, напряжения, мощности при изменении сопротивления r, т.е. в различных режимах работы источника. При отключении источника с помощью выключателя В (рис. 1.14а) электрическая цепь будет работать в режиме холостого хода. В этом случае следует считать r равным бесконечности, при этом I=E/(r+ r0)=0. Вследствие чего оказываются равными нулю падение напряжения Ir0, потери мощности I 2 r и мощности EI и UI. Т.к. Ir0=0, то согласно (1.17) U=Ux=E. Уменьшение сопротивления r приводит к увеличению тока I, падения напряжения Ir0, мощности EI. Напряжение U при этом уменьшается. О характере изменения мощности приемника можно судить, анализируя выражение 
(1.25) Зависимость 
Обратите внимание на лекцию «47. Федеральный надзор и контроль в области безопасности». представлена на рис. 1.16. Уменьшение сопротивления r , а значит увеличение тока I приводит к возрастанию Рпотр и при r=r0 Рпотр =Рmax , что соответствует режиму согласованной нагрузки. В согласованном режиме U=0.5E, Рпотр=0.5, Рвыр, η=0.5. Дальнейшее уменьшение r приводит к уменьшению Рпотр. Для номинального режима работы характерно следующее соотношение сопротивлений r >> r0, что обеспечивает поступление основной части вырабатываемой мощности к приемнику. При этом к.п.д. принимает значения, близкие к 1 , Uном=Iномr>>Iномr0 и согласно (1.17) U близко к E. В режиме короткого замыкания r=0 и ток короткого замыкания оказывается намного больше номинального тока: Iк=E/r0>>Iном При коротком замыкании U=IKr=0, Рпотр=UIK=0. Мощность Рвыр=EIK значительно возрастает и преобразуется в теплоту в сопротивлении r0. Последнее может привести с выходу из строя изоляции и даже к перегоранию проводов. На внешней характеристике источника рис.1.14, б, которая подчиняется уравнению (1.17) и представляет собой прямую при E=const и ro= const, указаны точки, соответствующие режимам холостого хода, короткого замыкания и номинальному режиму работы источника. Здесь же приведена внешняя характеристика идеального источника э.д.с. (кривая 2 на рис. 1.14, б),для которого r0=0,U=E=const.
Поделитесь ссылкой:
Практические примеры и применение
Пример 1: Защита электрической сети в доме
Одним из практических применений защиты от короткого замыкания на длинной линии является защита электрической сети в доме. В домашней электрической сети установлены автоматические выключатели, которые могут срабатывать при возникновении короткого замыкания. Это позволяет предотвратить повреждение электрооборудования и предотвратить возможные пожары.
Пример 2: Защита промышленных систем
В промышленных системах, таких как производственные линии или электростанции, защита от короткого замыкания на длинной линии играет критическую роль. В этих системах используются специальные реле и выключатели, которые могут быстро обнаружить и отключить короткое замыкание, чтобы предотвратить повреждение оборудования и обеспечить безопасность персонала.
Пример 3: Защита трансформаторов
Трансформаторы являются важными компонентами электрических систем и требуют особой защиты от короткого замыкания. В случае короткого замыкания на длинной линии, трансформатор может быть подвержен высоким токам, что может привести к его повреждению. Для защиты трансформаторов используются специальные реле и предохранители, которые могут быстро отключить трансформатор при возникновении короткого замыкания.
Это лишь несколько примеров практического применения защиты от короткого замыкания на длинной линии. В реальном мире эта технология используется во многих различных областях, где требуется надежная защита электрических систем от короткого замыкания.
Таблица характеристик длинной линии
| Холостой ход | Режим, когда на конце линии нет нагрузки | Напряжение на конце линии равно напряжению источника, ток равен нулю |
| Короткое замыкание | Режим, когда на конце линии есть короткое замыкание | Ток на конце линии равен току короткого замыкания, напряжение равно нулю |
| Длина линии | Расстояние между источником и нагрузкой | Чем длиннее линия, тем больше ее влияние на режимы холостого хода и короткого замыкания |
| Защита от короткого замыкания | Меры, принимаемые для предотвращения повреждений при коротком замыкании | Использование предохранителей, автоматических выключателей и других защитных устройств |
| Применение | Применение длинных линий в электротехнике | Транспортировка электроэнергии на большие расстояния, передача сигналов в телекоммуникационных системах |
В данной лекции мы рассмотрели режимы холостого хода и короткого замыкания на длинной линии. Определили характеристики длинной линии и изучили их влияние на режимы холостого хода и короткого замыкания. Также обсудили вопросы защиты от короткого замыкания на длинной линии. Понимание этих концепций и применение соответствующих методов защиты являются важными для обеспечения надежности и безопасности электрических систем. Надеюсь, что эта лекция помогла вам лучше понять эти темы и их практическое применение.
Основы электротехники: режимы холостого хода и короткого замыкания на длинной линии обновлено: 25 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
