Коротке замикання

Як відомо з курсу фізики 8 класу, нормально працюючий електричний ланцюг, як правило, складається з ряду з'єднаних елементів, і електричний потенціал у кожній точці з'єднання має проміжне, порівняно з висновками ланцюга, значення. Однак існує режим роботи, в якому це правило порушується, - коротке замикання. Зупинимося докладніше, дамо визначення короткого замикання, розглянемо особливості цього процесу.

Нормальна робота електричного ланцюга

У будь-якому правильно працюючому електричному ланцюзі є одне або кілька джерел ЕРС. Ці джерела створюють у своїх клемах різницю потенціалів, до якої підключені висновки ланцюга. Електричний струм тече через елементи ланцюга від точок з вищим потенціалом до точок з нижчим потенціалом і своєму шляху робить корисну роботу.

Величина сили струму у будь-якій точці ланцюга визначається законом Ома. При цьому передбачається, що загальний опір ланцюга значно вищий за внутрішній опір джерел ЕРС.

Коротке замикання

При роботі реального електричного кола іноді відбувається так, що зазначені умови не виконуються. В цьому випадку говорять про режим короткого замикання.

Коротке замикання означає, що в ланцюзі виникає безпосереднє з'єднання точок з різними (у нормальних умовах) потенціалами. Або опір ланцюга виявляється меншим від внутрішнього опору джерела живлення.

Які особливості має режим короткого замикання?

По-перше, замикання двох точок ланцюга означає, що в такому режимі обидві точки мають один і той самий потенціал. Отже, згідно із законом Ома на всій ділянці ланцюга між цими точками сила струму набуває нульового значення.

Виходить, що вся ця ділянка ланцюга «зникає» і припиняє роботу. Така ситуація в абсолютній більшості випадків є аварійною для ланцюга.

По-друге, якщо при короткому замиканні опір ланцюга виявляється меншим за внутрішній опір джерела (який також дуже невеликий), це призводить до різкого зростання споживаного струму до дуже великих значень.

Насправді закон Ома для повного ланцюга говорить:

У звичайних умовах у цій формулі величина $ r $ дуже мала і становить частки ома. Якщо опір ланцюга $R$ стає ще меншим, то струм через ланцюг $I$ багаторазово збільшиться. Для ідеального джерела ЕРС $r \rightarrow 0$, і при короткому замиканні $R\rightarrow 0$, отже, $I \rightarrow ∞$, струм короткого замикання прагне нескінченності.

При цьому вся максимальна потужність джерела ЕРС починає виділятися на малому опорі провідника, що створив коротке замикання, і внутрішньому опорі джерела, а це може призвести до пожежі.

Мал. 2. Іскра короткого замикання

Захист від короткого замикання

Режим короткого замикання практично завжди є аварійним режимом роботи електричного ланцюга, що загрожує пожежами. Тому при проектуванні електрообладнання обов'язково застосовуються спеціальні елементи захисту.

Такі елементи можуть мати різну конструкцію, але за принципом роботи вони поділяються на два типи: струмообмеження та повне відключення.

Струмообмежуючі елементи служать для того, щоб струм короткого замикання зростав у межах допустимих значень. Такі елементи найчастіше дозволяють зберегти часткову роботу ланцюга.

Елементи, що вимикають, призначені для повного відключення електрики від ланцюга з коротким замиканням.Це безпечніше порівняно з струмообмеженням, проте ланцюг після відключення повністю припиняє роботу.

Мал. 3. Автоматичний запобіжник

Що ми дізналися?

Коротке замикання - це безпосереднє з'єднання точок в електричному ланцюзі, в яких при нормальній роботі є різний потенціал. Також коротким замиканням є підключення до джерела ЕРС ланцюга, опір якого нижче внутрішнього опору джерела.

Що таке коротке замикання: визначення, пояснення для чайників

Ми часто чуємо «Сталося коротке замикання», «У ланцюзі коротнуло». Відразу зрозуміло, що трапилося щось незаплановане та погане. Але чому замикання саме коротке, а чи не довге? Покінчимо з невизначеністю і розберемося, що саме відбувається при короткому замиканні електричного ланцюга.

Що таке коротке замикання (КЗ)

Електричний схил плаває в океані і не влаштовує КЗ, цілком обходячись без знання закону Ома. Нам для розуміння природи і причин короткого замикання цей закон просто необхідний. Отже, якщо ви ще не встигли, читаємо про закон Ома, силу струму, напругу, опір та інші чудові фізичні поняття.

Тепер, коли ви все це знаєте, можна навести визначення короткого замикання з фізики та електротехніки:

Коротке замикання – це з'єднання двох точок електричного ланцюга з різними потенціалами, яке не передбачене нормальним режимом роботи ланцюга і призводить до критичного зростання сили струму в місці з'єднання.

КЗ призводить до утворення руйнівних струмів, що перевищують допустимі величини, виходу приладів з ладу та пошкоджень проводки. Чому це відбувається? Детально розберемо, що відбувається в ланцюзі при короткому замиканні.

Візьмемо найпростіший ланцюг.У ній є джерело струму, опір та дроти. Причому опору проводів можна знехтувати. Такої схеми цілком достатньо розуміння суті КЗ.

Найпростіший електричний ланцюг

У замкненому ланцюзі діє закон Ома: сила струму прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору. Інакше кажучи, чим менше опір, тим більша сила струму.

Точніше, для нашого ланцюга закон Ома запишеться у такому вигляді:

Тут r - Внутрішній опір джерела струму, а грецька буква епсілон позначає ЕРС джерела.

Що розуміють під силою струму короткого замикання? Якщо опору R в нашому ланцюзі не буде, або воно буде дуже маленьким, то сила струму збільшиться, і в ланцюзі потече струм короткого замикання:

До речі! Для наших читачів зараз діє знижка 10% на будь-який вид роботи

Види коротких замикань та їх причини

У побуті короткі замикання бувають:

• однофазні – коли фазний провід замикається на нуль. Такі КЗ трапляються найчастіше;
• двофазні – коли одна фаза замикається іншу;
• трифазні – коли замикаються одразу три фази. Це найпроблемніший вид КЗ.

Наприклад, вранці у неділю ваш сусід за стінкою з'єднує фазу та нуль у розетці, включивши до неї перфоратор. Це означає, що ланцюг замикається, і струм йде через навантаження, тобто через увімкнений у розетку прилад.

Якщо ж сусід з'єднає дроти фази та нуля в розетці без підключення навантаження, то в ланцюзі виникне КЗ, але ви зможете поспати довше.

Тим, хто не знає, для кращого розуміння корисно почитати, що таке фаза і нуль в електриці.

Коротке замикання називають коротким, так як струм при такому замиканні ланцюга йде по короткому шляху, минаючи навантаження.Контрольоване або довге замикання – це звичайне, звичне для всіх включення приладів у розетку.

Захист від короткого замикання

Спочатку про те, які наслідки може спричинити КЗ:

1. Поразка людини електричним струмом і теплом, що виділяється.
2. Пожежа.
3. Вихід із ладу приладів.
4. Відключення електрики та відсутність інтернету вдома. Як наслідок – вимушена необхідність читати книги та вечеряти при свічках.

КЗ – можлива причина пожежі

Як бачите, коротке замикання – ворог та шкідник, з яким треба боротися. Які є засоби захисту від короткого замикання?

Майже всі вони ґрунтуються на тому, щоб швидко розімкнути ланцюг при виявленні КЗ. Це можна зробити за допомогою різних апаратів захисту від короткого замикання.

Майже у всіх сучасних електроприладах є плавкі запобіжники. Великий струм просто розплавляє запобіжник і ланцюг розривається.

У квартирах використовуються автомати захисту від короткого замикання. Це автоматичні вимикачі, які розраховані на певний робочий струм. У разі підвищення сили струму автомат спрацьовує, розриваючи ланцюг.

Для захисту промислових електродвигунів від коротких замикань використовують спеціальні реле.

Автомат захисту від КЗ

Тепер ви можете легко дати визначення короткому замиканню, заразом знаєте про закон Ома, а також фазу і нуль в електриці. Бажаємо всім не влаштовувати коротких замикань! А якщо у вас у голові «замкнуло» і зовсім немає сил на якусь роботу, наш студентський сервіс завжди допоможе впоратися з нею.

А насамкінець відео про те, як НЕ ПОТРІБНО поводитися з електричним струмом.

• Контрольна робота від 1 дня / від 120 грн. Дізнатись вартість
• Дипломна робота від 7 днів / від 9540 грн. Дізнатись вартість
• Курсова робота від 5 днів / від 2160 грн. Дізнатись вартість
• Реферат від 1 дня / від 840 грн. Дізнатись вартість

Іван Колобков, відомий також як Джоні. Маркетолог, аналітик та копірайтер компанії Zaochnik. Молодий письменник, що подає надії. Живить любов до фізики, раритетних речей та творчості Ч. Буковські.

Запобіжники. Коротке замикання

Будь-який електричний ланцюг розрахований на певну максимально допустиму силу струму. Якщо з якоїсь причини сила струму в ланцюзі перевищує це значення, ми можемо зіткнутися з неприємними наслідками. Провід починають так сильно нагріватися, що їх ізоляція спалахує. Це може спричинити пожежу.

Що може спричинити значне збільшення сили струму в ланцюгу? По-перше, це може статися при одночасному увімкненні потужних приладів. По-друге, причиною різкого збільшення сили струму в ланцюзі може бути коротке замикання.

На даному уроці ви дізнаєтеся, що називається коротким замиканням і як воно пов'язане зі збільшенням сили струму в ланцюзі, а також познайомитеся з новим пристроєм, що забезпечує безпеку використання електроприладів. запобіжником.

Коротке замикання

Почнемо з визначення.

Коротке замикання - це з'єднання кінців ділянки ланцюга провідником, опір якого дуже мало порівняно з опором ділянки ланцюга.

Така ситуація може статися під час ремонту проводки, коли струм продовжує йти ланцюгом. Випадковий зіткнення з відкритими контактами призводить до короткого замикання.

Ми вже сказали, що коротке замикання є причиною різкого підвищення сили струму в ланцюзі. Чим пояснити, що при цьому сила струму в ланцюзі може досягти величезного значення?

Справа в тому, що опір провідника при короткому замиканні різко зменшується. Згадайте закон Ома: $I = \frac$. При падінні опору сила струму збільшується. При цьому збільшення її настільки суттєве, що дроти розжарюються і можуть стати причиною пожежі.

Коротке замикання при контакті з відкритими контактами

Розглянемо докладніше, як відбувається коротке замикання. Як може статися зіткнення з відкритими контактами? Наприклад, це станеться, якщо засунути в розетку шпильку для волосся або інший металевий предмет (НЕ СЛІД ПЕРЕВІРЯТИ ЦЕ НА ПРАКТИЦІ).

Припустимо, що опір шпильки в 10 разів менше, ніж середній опір електроприладів, що підключаються до цієї мережі: ($R_1 = \frac$). За законом Ома сила струму в такому провіднику збільшиться:
$I_1 = \frac = \frac<\frac> = \frac$.

Тобто сила струму збільшиться у 10 разів:
$I_1 = 10I$.

А тепер поглянемо на закон Джоуля-Ленца та кількість тепла, що виділяє провідник (шпилька) зі струмом:
$Q_1 = (10I)^2R_1t = (10I)^2 \fract = 10I^2Rt = 10Q$.

Виходить, що кількість теплоти теж збільшиться у 10 разів. В інших ситуаціях це збільшення може досягати і більших значень. Це якраз і здатне призвести до займання.

Коротке замикання при несправності проводки

Коротке замикання може відбутися і при пошкодження проводів або їх ізоляції. Наприклад, при підключенні до мережі електроприладу з такими пошкодженнями.

Уявіть, що ви вмикаєте в розетку праску потужністю $500 \space Вт$ (рисунок 1). Напруга в розетці дорівнює $220\space $.

Чому дорівнюватиме сила струму? За визначенням потужності струму: $ P = UI $. Виразимо звідси силу струму і розрахуємо її:
$I = \frac$,
$I = \frac \approx 2.3 \space А$.

Знаючи силу струму у прасці та напруга, до якого він підключений, розрахуємо його опір, використовуючи закон Ома:
$I = \frac$,
$R = \frac$,
$R = \frac \approx 96 \space Ом$.

Опір проводів у своїй дорівнює приблизно $0.1 \space Ом$.

А тепер уявіть, що провід праски несправний. Ланцюг замкнутий і по ньому тече струм, але він не протікає через праску, а йде далі дротом до розетки - проходить шлях AB (Малюнок 2).

Виникає коротке замикання. Опір проводів дуже мало порівняно з опором праски. Це призводить до різкого збільшення сили струму:
$I = \frac$,
$I = \frac = 2200 \space A$.

Це значення майже в 1000 разів більше, ніж сила струму, що виникає при правильному підключенні електроприладу до мережі. Це ж і призводить до величезного збільшення кількості тепла, що виділяється провідником, він може почати плавитися або спалахнути.

Запобіжники

Для запобігання різкому збільшенню сили струму в ланцюзі існують спеціальні прилади — запобіжники.

Запобіжник - це пристрій, який відразу відключає лінію, якщо сила струму виявляється більшою за допустиму норму.

Так, запобіжники присутні у всіх електроприладах. вони захищають прилади від виходу з ладу.

Один із найпоширеніших видів запобіжників виготовляється з мідного дроту, покритого оловом (рисунок 3).

Такі запобіжники встановлюються на вході електроприладів. У разі підвищення сили струму дріт плавиться і ланцюг розмикається. Тому такі запобіжники називаються плавкими.

Найчастіше використовуються запобіжники на тепловій дії струму (Малюнок 4). При нагріванні дроти розширюються. Реагуючи на ці зміни, запобіжник вимикається автоматично.

Згадайте вираз «вибило пробки». Так кажуть, коли запобіжники автоматично відключаються з характерним клацанням, і частина приладів (або всі) у квартирі перестають працювати. Це відбувається при перегріванні проводів, наприклад, при одночасному включенні великої кількості техніки. Ці запобіжники знаходяться на спеціальному щитку (на вводі проводів у квартиру).

Запобіжники мають свій умовний знак для позначення на схемі електричного кола (рисунок 5).