Kısa devre akımı nedir? Formüllere göre kısa devre akımı ölçümü. amper nasıl ölçülür

Bir keresinde, elektrik mühendisliği konusunda pek bilgili olmayan bir bayana, bir elektrikçi, dairesindeki ışık kaybının nedenini anlattı. Kısa devre olduğu ortaya çıktı ve kadın derhal uzatılmasını istedi. Bu hikayeye gülebilirsiniz, ancak bu sıkıntıyı daha ayrıntılı olarak düşünmek daha iyidir. Bu makale olmadan bile, elektrikçiler bu fenomenin ne olduğunu, neyi tehdit ettiğini ve kısa devre akımının nasıl hesaplanacağını biliyorlar. Aşağıdaki bilgiler teknik eğitimi olmayan, ancak herkes gibi ekipman, makine, üretim ekipmanı ve en yaygın ev aletlerinin çalıştırılmasıyla ilgili sorunlara karşı sigortalı olmayan kişilere yöneliktir. Her insanın kısa devrenin ne olduğunu, nedenlerini, olası sonuçlarını ve önleme yöntemlerini bilmesi önemlidir. Elektrik mühendisliğinin temellerini bilmeden bu açıklamada yapamazsınız. Bunları bilmeyen bir okuyucu sıkılabilir ve makaleyi sonuna kadar okumayabilir.

Ohm yasasının popüler bir açıklaması

Elektrik devresindeki akımın doğası ne olursa olsun, ancak potansiyel bir fark varsa (veya voltaj aynıysa) oluşur. Bu fenomenin doğası bir şelale örneği ile açıklanabilir: Seviyelerde bir fark varsa, su bir yöne akar ve olmadığında durur. Okul çocukları bile Ohm yasasını biliyorlar, buna göre voltaj ne kadar yüksek ve akım ne kadar düşükse, yüke dahil olan direnç o kadar yüksek:

I, bazen "mevcut güç" olarak adlandırılan akımın büyüklüğüdür, ancak bu Almancadan tam anlamıyla bir okuryazarlık çevirisi değildir. Amper (A) cinsinden ölçülür.

Aslında, akımın kendisi, bir kısa devre sırasında tam olarak kendini gösteren bir kuvvete (yani, hızlanmanın nedeni) sahip değildir. Bu terim zaten tanıdık hale geldi ve sıklıkla kullanılıyor, ancak bazı üniversitelerin öğretmenleri, bir öğrencinin ağzından "mevcut güç" kelimesini duyunca hemen "kötü" koydu. “Peki kısa devre sırasında kablolardan çıkan yangın ve duman ne olacak? - inatçı rakip soracak, - Bu güç değil mi? Bu yorumun bir cevabı var. Gerçek şu ki, ideal iletkenler mevcut değil ve ısınmaları tam olarak bu gerçeğe bağlı. Eğer R = 0 olduğunu varsayarsak, aşağıda verilen Joule-Lenz yasasından da anlaşılacağı gibi ısı açığa çıkmayacaktır.

U, voltaj olarak da adlandırılan aynı potansiyel farktır. Volt cinsinden ölçülür (V'miz var, yurtdışında V var). Elektromotor kuvvet (EMF) olarak da adlandırılır.

R - elektrik direnci, yani malzemenin akımın geçişini engelleme yeteneği. Dielektrikler (yalıtkanlar) için, sonsuz olmasa da büyüktür, iletkenler için küçüktür. Ohm cinsinden ölçülür, ancak belirli bir miktar olarak değerlendirilir. Tel ne kadar kalın olursa, akımı o kadar iyi iletir ve ne kadar uzun olursa o kadar kötü olur. Bu nedenle direnç, ohm cinsinden ölçülür ve milimetre kare ile çarpılır ve bir metre ile bölünür. Ek olarak, değeri sıcaklıktan etkilenir, ne kadar yüksek olursa direnç o kadar büyük olur. Örneğin, 1 metre uzunluğunda ve 1 metrekarelik bir altın iletken. mm, 20 santigrat derecede toplam 0,024 Ohm dirence sahiptir.

Tam bir devre için Ohm kanunu formülü de vardır, voltaj kaynağının (EMF) dahili (kendi) direnci buna dahil edilir.

İki basit ama önemli formül

Başka bir basit formüle hakim olmadan kısa devre akımının nedenini anlamak imkansızdır. Yük tarafından tüketilen güç (reaktif bileşenler hariç, ancak daha sonra üzerlerinde daha fazla olacak şekilde) akım ve gerilim ürününe eşittir.

P - güç, Watt veya Volt-Amper;

U - voltaj, Volt;

ben - akım, Amper.

Güç asla sonsuz değildir, her zaman bir şeyle sınırlıdır, bu nedenle sabit değeri ile voltaj artan akımla azalır. Çalışma devresinin bu iki parametresinin grafiksel olarak ifade edilen bağımlılığına akım-voltaj karakteristiği denir.

Kısa devre akımlarını hesaplamak için gereken bir formül daha Joule-Lenz yasasıdır. Bir yüke direnirken ne kadar ısı oluştuğu hakkında fikir verir ve çok basittir. İletken, voltaj ve akımın karesiyle orantılı bir yoğunlukta ısınacaktır. Ve elbette, formül zamansız tamamlanmaz, direnç ne kadar uzun süre ısınırsa, o kadar fazla ısı açığa çıkar.

Kısa devre meydana geldiğinde bir devrede ne olur?

Böylece okuyucu, kısa devre akımının büyüklüğünün (tamam, öyle olsun) ne olabileceğini anlamak için tüm ana fiziksel yasalara hakim olduğunu varsayabilir. Ama önce, aslında ne olduğu sorusuna karar vermelisin. Kısa devre (kısa devre), yük direncinin sıfıra yakın olduğu bir durumdur. Ohm kanunu formülüne bakıyoruz. Versiyonunu devrenin bir bölümü için düşünürsek, akımın sonsuzluğa yöneleceğini anlamak kolaydır. Tam versiyonunda, EMF kaynağının direnci ile sınırlı olacaktır. Her durumda, kısa devre akımı çok büyüktür ve Joule-Lenz yasasına göre, ne kadar büyükse, içinden geçtiği iletken o kadar fazla ısınır. Ayrıca, bağımlılık doğrudan değil, ikinci derecedendir, yani yüz kat artarsam, on bin kat daha fazla ısı açığa çıkar. Bu, bazen yangınlara yol açan bir fenomenin tehlikesidir.

Teller kıpkırmızı (veya beyaz) parlar, bu enerjiyi dokundukları duvarlara, tavanlara ve diğer nesnelere iletir ve ateşe verirler. Herhangi bir cihazdaki bir faz nötr bir iletkene dokunursa, kendisine kapalı bir kaynakta kısa devre akımı oluşur. Elektrik kablolarının yanıcı temeli, yangın müfettişleri için bir kabustur ve sorumsuz bina ve bina sahiplerine uygulanan birçok para cezasının sebebidir. Ve hata, elbette, Joule-Lenz ve Ohm yasaları değil, yaşlılıktan kuru yalıtım, yanlış veya okuma yazma bilmeyen kurulum, mekanik hasar veya kabloların aşırı yüklenmesidir.

Bununla birlikte, kısa devre akımı, ne kadar büyük olursa olsun, sonsuz değildir. Yapabileceği talihsizliklerin boyutu, ısıtma süresinden ve güç kaynağı devresinin parametrelerinden etkilenir.

AC devreleri

Yukarıda tartışılan durumlar genel nitelikteydi veya doğru akım devreleriyle ilgiliydi. Çoğu durumda, hem konut hem de endüstriyel tesisler 220 veya 380 voltluk bir alternatif voltaj şebekesinden beslenir. DC kablolama sorunları en çok otomobillerde görülür.

Bu iki ana güç kaynağı türü arasında önemli bir fark vardır. Gerçek şu ki, alternatif akımın geçişi, reaktif olarak adlandırılan ve içlerinde ortaya çıkan fenomenlerin dalga doğası nedeniyle ek direnç bileşenleri tarafından engellenir. İndüktörler ve kapasitanslar alternatif akıma tepki verir. Transformatörün kısa devre akımı sadece aktif (veya omik, yani bir cep test cihazı ile ölçülebilen) direnci ile değil, aynı zamanda endüktif bileşeni ile de sınırlıdır. İkinci tip yük kapasitiftir. Aktif akım vektörüne göre, reaktif bileşenlerin vektörleri saptırılır. Endüktif akım geride kalıyor ve kapasitif akım onu ​​90 derece yönlendiriyor.

Bir reaktif bileşene sahip bir yükün davranışındaki bir farkın bir örneği, geleneksel bir hoparlördür. Bazı yüksek sesli müzik hayranları, difüzör manyetik alan tarafından ileri atılana kadar aşırı yüklenir. Bobin çekirdekten uçar ve voltajının endüktif bileşeni azaldığı için hemen yanar.

Kısa devre türleri

Farklı DC veya AC kaynaklarına bağlı farklı devrelerde kısa devre akımları oluşabilir. En basit şey, yükü atlayarak aniden bir eksi ile birleşen olağan artıdır.

Ancak alternatif akımla daha fazla seçenek var. Bir faz nötre bağlandığında veya topraklandığında tek fazlı kısa devre akımı oluşur. Üç fazlı bir ağda, iki faz arasında istenmeyen temas meydana gelebilir. 380 veya daha fazla voltaj (enerjiyi güç hatları üzerinden uzun mesafelerde iletirken) volt, anahtarlama sırasında ark parlaması da dahil olmak üzere hoş olmayan sonuçlara da neden olabilir. Aynı anda üç (veya dört, nötr ile birlikte) kabloyu da kapatabilir ve üç fazlı kısa devre akımı, koruyucu otomatikler çalışana kadar bunların içinden geçer.

Ama hepsi bu değil. Elektrik makinelerinin (motorlar ve jeneratörler) ve transformatörlerin rotorlarında ve statorlarında, bazen, bitişik tel halkalarının bir tür halka oluşturduğu, dönüşler arası bir devre gibi hoş olmayan bir fenomen meydana gelir. Bu kapalı döngü, son derece düşük AC direncine sahiptir. Dönüşlerdeki kısa devre akımı artar, bu da tüm makinenin ısınmasına neden olur. Aslında böyle bir talihsizlik olduysa, tüm izolasyonların erimesini ve elektrik motorunun yanmaya başlamasını beklememek gerekir. Makine sargılarının geri sarılması gerekir, bu özel ekipman gerektirir. Aynısı, "dönüş-dönüş" nedeniyle transformatörün kısa devre akımının ortaya çıktığı durumlar için de geçerlidir. Yalıtım ne kadar az yanarsa, geri sarma o kadar kolay ve ucuz olur.

Kısa devre akımının büyüklüğünün hesaplanması

Şu veya bu fenomen ne kadar yıkıcı olursa olsun, niceliksel değerlendirmesi mühendislik ve uygulamalı bilim için önemlidir. Kısa devre akımı formülü Ohm yasasına çok benzer, sadece biraz açıklama gerektiriyor. Yani:

I kısa devre = Uph / (Zn + Zt),

ben kısa süreli - kısa devre akımının değeri, A;

Uf - faz gerilimi, V;

Zn, kısa devre devresinin toplam (reaktif bileşen dahil) direncidir;

Zt, güç transformatörünün (güç) toplam (reaktif bileşen dahil) direncidir, Ohm.

Empedanslar, bacakları aktif ve reaktif (endüktif) direnç değerleri olan dik açılı bir üçgenin hipotenüsü olarak tanımlanır. Çok basit, Pisagor teoremini kullanmanız gerekiyor.

Pratikte, kısa devre akımı formülünden biraz daha sık olarak, deneysel olarak türetilmiş eğriler kullanılır. I kısa devre değerinin bağımlılıklarını temsil ederler. iletkenin uzunluğuna, telin kesitine ve güç transformatörünün gücüne bağlıdır. Grafikler, içinden doğru olanı seçmeniz gereken katlanarak azalan çizgilerden oluşan bir koleksiyondur. Yöntem yaklaşık sonuçlar verir, ancak doğruluğu güç mühendislerinin pratik ihtiyaçlarına çok uygundur.

süreç nasıl gidiyor

Her şey anında oluyor gibi görünüyor. Bir şey vızıldadı, ışık karardı ve sonra söndü. Aslında, herhangi bir fiziksel fenomen gibi, süreç zihinsel olarak esnetilebilir, yavaşlatılabilir, analiz edilebilir ve aşamalara ayrılabilir. Acil durum momentinin başlangıcından önce devre, nominal mod içinde olan bir kararlı durum akım değeri ile karakterize edilir. Aniden, empedans sıfıra yakın bir değere keskin bir şekilde düşer. Yükün endüktif bileşenleri (elektrik motorları, bobinler ve transformatörler), olduğu gibi, mevcut büyüme sürecini yavaşlatır. Böylece, ilk mikrosaniyede (0,01 saniyeye kadar), voltaj kaynağının kısa devre akımı pratik olarak değişmeden kalır ve hatta geçici sürecin başlaması nedeniyle biraz azalır. Aynı zamanda, EMF'si kademeli olarak sıfır değerine ulaşır, ardından içinden geçer ve büyük bir I kısa devresinin akışını sağlayarak bazı stabilize değerde kurulur. Geçici süreç anında akımın kendisi, periyodik ve periyodik olmayan bileşenlerin toplamıdır. İşlem grafiğinin şekli analiz edilir, bunun sonucunda, teğetin bükülme noktasındaki ivme eğrisine eğim açısına (birinci türev) ve zamana bağlı olarak sabit zamanın değerini belirlemek mümkündür. toplam direncin reaktif (endüktif) bileşeninin değeri ile belirlenen gecikme süresi.

Kısa devre şok akımı

Teknik literatürde "kısa devre dalgalanma akımı" terimi sıklıkla bulunur. Bu kavramdan korkmamalısınız, o kadar da korkunç değil ve elektriğin yenilgisiyle doğrudan ilgisi yok. Bu kavram, I kısa devrenin maksimum değeri anlamına gelir. alternatif akım devresinde, değerine genellikle bir acil durum ortaya çıktıktan yarım süre sonra ulaşır. 50 Hz frekansında, periyot sırasıyla 0,2 saniye ve yarısı 0,1 saniyedir. Bu anda, birbirine yakın yerleştirilmiş iletkenlerin etkileşimi en yüksek yoğunluğa ulaşır. Kısa devre şok akımı, uzmanlara ve hatta öğrencilere yönelik olmayan bu makalede verilmesi mantıklı olmayan formülle belirlenir. Özel literatürde ve ders kitaplarında mevcuttur. Kendi başına, bu matematiksel ifade özellikle zor değildir, ancak okuyucuyu elektrik devreleri teorisinde derinleştiren oldukça hacimli yorumlar gerektirir.

Faydalı KZ

Görünen o ki, kısa devre son derece kötü, nahoş ve istenmeyen bir olgudur. En iyi ihtimalle tesisin enerjisinin kesilmesine, acil durum koruyucu ekipmanının devre dışı kalmasına ve en kötü ihtimalle kabloların yanmasına ve hatta yangın çıkmasına neden olabilir. Bu nedenle, tüm güçler bu beladan kaçınmaya odaklanmalıdır. Ancak kısa devre akımlarının hesaplanmasının çok gerçek ve pratik bir anlamı vardır. Yüksek akım değerleri modunda çalışan birçok teknik araç icat edilmiştir. Bir örnek, çalışma sırasında bir elektrotu topraklama ile pratik olarak kısa devre yapan geleneksel bir kaynak makinesi, özellikle bir arktır. Diğer bir konu ise bu modların kısa süreli olması ve transformatörün gücünün bu aşırı yüklere dayanmasına izin vermesidir. Kaynak yaparken, elektrotun ucuyla temas noktasında büyük akımlar geçer (onlarca amper olarak ölçülürler), bunun sonucunda metali yerel olarak eritmek ve güçlü bir dikiş oluşturmak için yeterli ısı açığa çıkar.

Koruma yöntemleri

Elektrik mühendisliğinin hızlı gelişiminin ilk yıllarında, insanlığın hala cesaretle deneyler yaptığı, galvanik cihazları tanıttığı, çeşitli tipte jeneratörler, motorlar ve aydınlatma icat ettiği zaman, bu cihazları aşırı yüklerden ve kısa devre akımlarından koruma sorunu ortaya çıktı. En basit çözümü, akım ayarlanan değeri aşarsa dirençli ısının etkisi altında yok olan eriyebilir elemanları yükle seri olarak kurmaktı. Bu tür sigortalar bugün insanlara hizmet ediyor, temel avantajları basitlik, güvenilirlik ve düşük maliyettir. Ama onların dezavantajları da var. "Mantar" ın çok basitliği (yüzen oranların sahipleri belirli şekilleri için çağrıldığı için), yandıktan sonra kullanıcıları kurnazca felsefe yapmaya değil, başarısız elemanları ilk teller, ataşlar ve hatta ile değiştirmeye kışkırtır. eline geçen tırnaklar. Kısa devre akımlarına karşı böyle bir korumanın asil işlevini yerine getirmediğini söylemeye değer mi?

Endüstriyel işletmelerde, aşırı yüklenmiş devrelerin enerjisini kesmek için devre kesiciler apartman kalkanlarından daha erken kullanılmaya başlandı, ancak son yıllarda "fişler" büyük ölçüde onlar tarafından değiştirildi. "Otomatik cihazlar" çok daha uygundur, değiştirilemezler, ancak kısa devrenin nedenini ortadan kaldırarak ve termal elemanların soğumasını beklerler. Kontakları bazen yanar, bu durumda onları değiştirmek ve temizlemeye veya düzeltmeye çalışmamak daha iyidir. Yüksek bir maliyetle daha karmaşık diferansiyel otomatlar, geleneksel olanlardan daha uzun sürmez, ancak işlevsel yükleri daha geniştir, örneğin bir kişiye çarptığında, "yana" minimum akım kaçağı durumunda voltajı kapatırlar. elektrik akımı.

Günlük yaşamda kısa devre ile deneme yapılması önerilmez.

Elektrikli ev aletlerinin çalışması sırasında güvenliği sağlamak için, besleme kablosunun ve kablolamanın kesitini doğru bir şekilde hesaplamak gerekir. Yanlış seçilen kablo kesiti, kısa devre nedeniyle kablolarda yangına neden olabileceğinden. Bu, binada bir yangın başlatmakla tehdit ediyor. Bu aynı zamanda elektrik motorlarını bağlamak için kablo seçimi için de geçerlidir.

Akımın hesaplanması

Akımın büyüklüğü güç tarafından hesaplanır ve bir konutun tasarım (planlama) aşamasında gereklidir - bir apartman dairesi, bir ev.

• Bu miktarın değeri şunlara bağlıdır: besleme kablosu seçimi (teller), hangi güç tüketimi cihazlarının ağa bağlanabileceği.
• Elektrik şebekesinin voltajını ve elektrikli cihazların tam yükünü bilerek, formülü kullanabilirsiniz. iletkenden geçmeniz gereken akımı hesaplayın(Tel kablo). Büyüklüğüne göre damarların kesit alanı seçilir.

Daire veya evdeki elektrik tüketicileri biliniyorsa, güç kaynağı devresini doğru bir şekilde monte etmek için basit hesaplamalar yapmak gerekir.

Üretim amaçları için benzer hesaplamalar yapılır: endüstriyel ekipmanı (çeşitli endüstriyel elektrik motorları ve mekanizmaları) bağlarken kablo damarlarının gerekli kesit alanının belirlenmesi.

220 V voltajlı tek fazlı ağ

Akım gücü I (amper cinsinden, A) aşağıdaki formülle hesaplanır:

ben = P / U,

burada P elektrik tam yüküdür (cihazın teknik pasaportunda belirtilmelidir), W (watt);

U, elektrik şebekesinin voltajıdır, V (volt).

Aşağıdaki tablo gösterir tipik elektrikli ev aletlerinin yük değerleri ve bunlar tarafından tüketilen akım (220 V voltaj için).

Elektrikli cihaz	Güç tüketimi, W	Akım gücü, A
yıkayıcı	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Jakuzi	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Elektrikli yerden ısıtma	800 – 1400	3,6 – 6,4
Sabit elektrikli ocak	4500 – 8500	20,5 – 38,6
mikrodalga fırın	900 – 1300	4,1 – 5,9
Bulaşık makinesi	2000 - 2500	9,0 – 11,4
Dondurucular, buzdolapları	140 - 300	0,6 – 1,4
Elektrikli kıyma makinesi	1100 - 1200	5,0 - 5,5
Elektrikli su ısıtıcısı	1850 – 2000	8,4 – 9,0
Elektrikli kahve makinesi	6z0 - 1200	3,0 – 5,5
meyve sıkacağı	240 - 360	1,1 – 1,6
Tost makinası	640 - 1100	2,9 - 5,0
karıştırıcı	250 - 400	1,1 – 1,8
Saç kurutma makinesi	400 - 1600	1,8 – 7,3
Demir	900 - 1700	4,1 – 7,7
Elektrikli süpürge	680 - 1400	3,1 – 6,4
Fan	250 - 400	1,0 – 1,8
Televizyon	125 - 180	0,6 – 0,8
Radyo ekipmanı	70 - 100	0,3 – 0,5
Aydınlatma cihazları	20 - 100	0,1 – 0,4

Şekil gösterir 220 V ağa tek fazlı bağlantılı bir dairenin güç kaynağı cihazının şeması.

Şekilden de görülebileceği gibi, çeşitli elektrik tüketicileri uygun makineler aracılığıyla elektrik sayacına ve ardından dairenin donatılacağı cihazların yükü için tasarlanması gereken genel makineye bağlanır. Gücü sağlayan tel, güç tüketicilerinin yükünü de karşılamalıdır.

Aşağıdaki tek fazlı apartman bağlantı şeması için gizli kablolama tablosu 220 V gerilimde kablo seçimi için

Tel çekirdek bölümü, mm 2	İletken çekirdek çapı, mm	Bakır iletkenler		Alüminyum iletkenler
		Akım, Bir	Güç, W	Akım, Bir	güç, kWt
0,50	0,80	6	1300
0,75	0,98	10	2200
1,00	1,13	14	3100
1,50	1,38	15	3300	10	2200
2,00	1,60	19	4200	14	3100
2,50	1,78	21	4600	16	3500
4,00	2,26	27	5900	21	4600
6,00	2,76	34	7500	26	5700
10,00	3,57	50	11000	38	8400
16,00	4,51	80	17600	55	12100
25,00	5,64	100	22000	65	14300

Tablodan görülebileceği gibi, iletkenlerin kesiti, yüke ek olarak telin yapıldığı malzemeye de bağlıdır.

380 V voltajlı üç fazlı ağ

Üç fazlı bir güç kaynağı ile akım I (amper cinsinden, A) aşağıdaki formülle hesaplanır:

ben = P / 1.73 U,

burada P güç tüketimidir, W;

U - şebeke gerilimi, V,

üç fazlı bir güç kaynağı şemasına sahip voltaj 380 V olduğundan, formül şu şekilde olacaktır:

ben = P / 657.4.

Eve üç fazlı bir 380 V güç kaynağı bağlıysa, bağlantı şeması şöyle görünecektir.

Gizli kablolama için 380 V voltajlı üç fazlı bir devre ile farklı yüklerde besleme kablosundaki iletkenlerin kesiti tabloda sunulmaktadır.

Tel çekirdek bölümü, mm 2	İletken çekirdek çapı, mm	Bakır iletkenler		Alüminyum iletkenler
		Akım, Bir	Güç, W	Akım, Bir	güç, kWt
0,50	0,80	6	2250
0,75	0,98	10	3800
1,00	1,13	14	5300
1,50	1,38	15	5700	10	3800
2,00	1,60	19	7200	14	5300
2,50	1,78	21	7900	16	6000
4,00	2,26	27	10000	21	7900
6,00	2,76	34	12000	26	9800
10,00	3,57	50	19000	38	14000
16,00	4,51	80	30000	55	20000
25,00	5,64	100	38000	65	24000

Endüstride güç kaynağı kullanımı için tipik olan, büyük bir reaktif görünür güç ile karakterize edilen bir yükün güç kaynağı devrelerindeki akımı hesaplamak için:

• elektrik motorları;
• aydınlatma cihazları için bobinler;
• kaynak transformatörleri;
• indüksiyon fırınları.

Hesaplarken, bu fenomen dikkate alınmalıdır. Güçlü cihaz ve ekipmanlarda reaktif yük oranı daha yüksektir ve bu nedenle bu tür cihazlar için hesaplamalarda güç faktörü 0,8 olarak alınır.

Elektrik enerjisi, ne bireysel trafo merkezlerinde çalışanların ne de ev aletlerinin korunmadığı oldukça yüksek bir tehlike taşır. Kısa devre akımı en tehlikeli elektrik türlerinden biridir, ancak bunun nasıl kontrol edileceği, hesaplanacağı ve ölçüleceği yöntemleri vardır.

Ne olduğunu

Kısa devre akımı (TKZ), keskin bir şekilde artan elektrik çarpması darbesidir. Başlıca tehlikesi, Joule-Lenz yasasına göre, bu tür enerjinin çok yüksek bir ısı salınımı oranına sahip olmasıdır. Kısa devre sonucunda teller eriyebilir veya bazı elektrikli cihazlar yanabilir.

Fotoğraf - zamanlama şeması

İki ana bileşenden oluşur - akımın periyodik olmayan bileşeni ve zorunlu periyodik terim.

Formül - periyodik Formül - periyodik olmayan

İlkeye göre, kapasitif, acil durum öncesi olan periyodik olmayan oluşumun enerjisini kesin olarak ölçmek en zordur. Gerçekten de, fazlar arasındaki farkın en büyük genliğe sahip olduğu kaza anındadır. Ayrıca özelliği, bu akımın ağlarda tipik olmayan oluşumudur. Oluşum şeması, bu akışın çalışma prensibini göstermeye yardımcı olacaktır.

Kısa devrede yüksek voltaj nedeniyle kaynakların direnci kısa bir mesafede kapalı veya "kısa devre" - bu nedenle bu fenomen böyle bir isim aldı. Üç fazlı kısa devre akımı, iki fazlı ve tek fazlı - burada sınıflandırma, kapalı fazların sayısına dayanmaktadır. Bazı durumlarda, fazlar arasında ve toprağa kısa devre yapılabilir. Ardından, belirlemek için topraklamayı ayrı ayrı dikkate almak gerekecektir.

Fotoğraf - kısa devre sonucu

Kısa devreyi elektrikli ekipman bağlantı türüne göre de dağıtabilirsiniz:

1. Topraklama ile;
2. Onsuz.

Bu fenomenin tam bir açıklaması için bir örnek düşünmeyi öneriyoruz. Diyelim ki bir musluk kullanarak yerel bir elektrik hattına bağlı belirli bir akım tüketicisi var. Doğru şema ile, ağdaki toplam voltaj, güç kaynağındaki EMF'deki farka ve yerel elektrik şebekelerindeki voltaj düşüşüne eşittir. Buna dayanarak, kısa devre akım gücünü belirlemek için Ohm formülü kullanılabilir:

R = 0; Ikz = Ɛ / r

Burada r kısa devre direncidir.

Belirli değerleri değiştirirseniz, tüm güç hattı boyunca herhangi bir noktada arıza akımını belirlemek mümkün olacaktır. Kısa devre çokluğunu kontrol etmeye gerek yoktur.

Hesaplama yöntemleri

Kısa devre akımları hesaplandığından, örneğin bir trafo merkezinde veya transformatör sargılarında üç fazlı bir ağda kısa devrenin zaten meydana geldiğini varsayalım:

Formül - üç fazlı akım

Burada U20, transformatör sargılarının voltajıdır ve Z T, belirli bir fazın (kısa devrede hasar görmüş) direncidir. Şebekelerdeki voltaj bilinen bir parametre ise direncin hesaplanması gerekir.

Bir transformatör, akü kontağı, elektrik kabloları olsun, her elektrik kaynağının kendi nominal direnç seviyesi vardır. Başka bir deyişle, herkesin kendi Z'si vardır. Ancak aktif dirençler ve endüktif dirençlerin bir kombinasyonu ile karakterize edilirler. Kapasitif olanlar da var, ancak yüksek akımları hesaplarken önemli değiller. Bu nedenle, birçok elektrikçi bu verileri hesaplamak için basitleştirilmiş bir yol kullanır: seri bağlı bölümlerde DC direncinin aritmetik hesabı. Bu özellikler bilindiğinde, aşağıdaki formülü kullanarak bir bölüm veya tüm ağ için empedansı hesaplamak zor olmayacaktır:

Tam topraklama formülü

Burada ε EMF ve r direnç değeridir.

Aşırı yükler sırasında direncin sıfır olduğu göz önüne alındığında, çözüm aşağıdaki şekli alır:

ben = ε / r = 12/10 -2

Buna dayanarak, bu pilin kısa devre gücü 1200 Amperdir.

Bu sayede motor, jeneratör ve diğer tesisatlar için kısa devre akımını da hesaplayabilirsiniz. Ancak üretimde her bir elektrikli cihaz için izin verilen parametreleri hesaplamak her zaman mümkün değildir. Ek olarak, asimetrik kısa devrelerde, yüklerin cos φ ve direnci bilmeniz gereken farklı bir sıraya sahip olduğu unutulmamalıdır. Hesaplama için, bu parametrelerin belirtildiği özel bir GOST 27514-87 tablosu kullanılır:

Bir saniyelik kısa devre kavramı da vardır, burada kısa devre sırasında akım gücü formülü özel bir katsayı kullanılarak belirlenir:

Formül - kısa devre faktörü

Kablonun kesitine bağlı olarak, kablolama için fark edilmeden kısa devre geçebileceğine inanılmaktadır. Optimum süre 5 saniyeye kadardır. Nebrat'ın "Ağlarda kısa devre hesabı" kitabından alınmıştır:

Bölüm, mm 2	Belirli bir kablo türü için izin verilen kısa devre süresi
	PVC izolasyon		polietilen
	Bakır teller	Alüminyum	Bakır	Alüminyum
1,5	0,17	Numara	0,21	Numara
2,5	0,3	0,18	0,34	0,2
4	0,4	0,3	0,54	0,36
6	0,7	0,4	0,8	0,5
10	1,1	0,7	1,37	0,9
16	1,8	1,1	2,16	1,4
25	2,8	1,8	3,46	2,2
35	3,9	2,5	4,8	3,09
50	5,2	3	6,5	4,18
70	7,5	5	9,4	6,12
95	10,5	6,9	13,03	8,48
120	13,2	8,7	16,4	10,7
150	16,3	10,6	20,3	13,2
185	20,4	13,4	25,4	16,5
240	26,8	17,5	33,3	21,7

Bu tablo, normal çalışmada beklenen koşullu kısa devre süresini, otobüslerdeki ampermetre ölçümlerini ve çeşitli kablo türlerini bulmanıza yardımcı olacaktır.

Formülleri kullanarak verileri hesaplamak için zaman yoksa, özel ekipman kullanılır. Örneğin, Sh41160 göstergesi profesyonel elektrikçiler arasında çok popülerdir - bu bir 380 / 220V faz-sıfır kısa devre akım ölçerdir. Dijital cihaz, ev ve endüstriyel ağlardaki kısa devre gücünü belirlemenizi ve hesaplamanızı sağlar. Böyle bir sayaç, özel elektrik mağazalarından satın alınabilir. Bu teknik, bir devrenin veya bir devre bölümünün mevcut seviyesini hızlı ve doğru bir şekilde belirlemeniz gerektiğinde iyidir.

Kısa devrenin termal etkisini, kayıp ve amper göstergesini hızlı bir şekilde belirleyebilen "Avral" programı da kullanılır. Kontrol otomatik modda yapılır, bilinen parametreler girilir ve tüm verileri kendisi hesaplar. Bu ücretli bir proje, lisans maliyeti yaklaşık bin ruble.

Video: bir elektrik şebekesinin kısa devre koruması

Ekipman seçimi için koruma ve yönergeler

Bu fenomenin tüm tehlikesine rağmen, kaza olasılığını sınırlamanın veya en aza indirmenin hala bir yolu var. Kısa devreyi sınırlamak için elektrikli bir cihaz kullanmak çok uygundur, yüksek elektrik darbelerinin termal etkisini önemli ölçüde azaltan akım sınırlayıcı bir reaktör olabilir. Ancak ev içi kullanım için bu seçenek çalışmayacaktır.

Fotoğraf - kısa devre koruma blok şeması

Evde, genellikle otomatik bir makine ve röle korumasının kullanımını bulabilirsiniz. Bu yayınların belirli limitleri vardır (maksimum ve minimum şebeke akımı), aşılırsa güç kesilir. Makine, güvenliği artırmaya yardımcı olan izin verilen amper seviyesini belirlemenizi sağlar. Seçim, gerekenden daha yüksek koruma sınıfına sahip ekipmanlar arasından yapılır. Örneğin, 21 amperlik bir ağda, 25 A bağlantısını kesmek için bir devre kesici kullanılması önerilir.

İçerik:

Elektrik mühendisliğinde bir iletkendeki yüklü parçacıkların hareketine elektrik akımı denir. Elektrik akımı sadece iletkenden geçen elektrik enerjisi miktarının değeri ile karakterize edilmez, çünkü 1 Coulomb'a eşit elektrik 60 dakikada içinden geçebilir, ancak aynı miktarda elektrik bir saniyede iletkenden geçebilir. .

Mevcut güç nedir

Bir iletkenden farklı zaman aralıklarında akan elektrik miktarı göz önüne alındığında, daha kısa bir süre içinde akımın daha yoğun bir şekilde aktığı açıktır, bu nedenle, elektrik akımının karakteristiğine başka bir tanım getirilir - bu, akımın gücüdür. bu, iletkende zamanın saniyede akan akımı ile karakterize edilir. Elektrik mühendisliğinde geçen akımın büyüklüğünü ölçmek için kullanılan birim amperdir.

Başka bir deyişle, iletkendeki elektrik akımının gücü, I harfi ile işaretlenerek, bir saniye içinde bölümünden geçen elektrik miktarıdır. 100 cm aralıklı ve boşlukta bulunan, etkileşime neden olan bir bölüm. bir kuvvetle bir metre iletken uzunluğunda = 2 * 10 eksi 7 Newton'un her 100 cm uzunluk için derece.

Uzmanlar genellikle geçen akımın değerini belirler, Ukrayna'da (struma kuvveti) her saniye iletkenin kesitinden 1 coulomb elektrik geçtiğinde 1 ampere eşittir.

Elektrik mühendisliğinde, geçen akımın gücünün değerini belirlemede diğer niceliklerin sıklıkla kullanıldığını görebilirsiniz: 1 miliamper, bir / Ampere eşittir, 10 ila eksi üçüncü derece Amper, bir mikroamper on ila on Amper'in eksi altıncı kuvveti.

İletkenden belirli bir süre geçen elektrik miktarını bilerek, mevcut gücü (Ukrayna'da dedikleri gibi - strumanın gücü) aşağıdaki formülle hesaplayabilirsiniz:

Bir elektrik devresi kapalı olduğunda ve dalları olmadığında, kesitinin her yerinde saniyede aynı miktarda elektrik akar. Teorik olarak bu, devrenin herhangi bir yerinde elektrik yükleri biriktirmenin imkansızlığı ile açıklanır, bu nedenle akım gücü her yerde aynıdır.

Bu kural, dalların olduğu karmaşık devreler için de geçerlidir, ancak karmaşık bir devrenin basit bir elektrik devresi olarak kabul edilebilecek bazı bölümlerine atıfta bulunur.

amper nasıl ölçülür

Akımın büyüklüğü, ampermetre adı verilen bir cihazla ve ayrıca küçük değerler için ölçülür - aşağıdaki fotoğrafta görülebilen bir miliammetre ve bir mikroammetre:

İnsanlar arasında, iletkendeki akım, yükten (tüketici) önce ölçüldüğünde, değerin ondan sonra olduğundan daha yüksek olacağına dair bir görüş vardır. Bu, tüketiciyi harekete geçirmek için bir miktar güç harcanacağı varsayımına dayanan hatalı bir görüştür. Bir iletkendeki elektrik akımı, yüklü elektronların katıldığı, yönlü bir şekilde hareket ettikleri elektromanyetik bir süreçtir, ancak enerjiyi aktaran elektronlar değil, iletkeni çevreleyen elektromanyetik alan.

Zincirin başlangıcından çıkan elektron sayısı elektron sayısına eşit olacak ve zincirin sonunda tüketildikten sonra kullanılamazlar.

Ne tür iletkenler var? Uzmanlar, içinde yüklü parçacıkların serbestçe hareket edebildiği bir malzeme olan "iletken" kavramını tanımlar. Pratikte hemen hemen tüm metaller, asit ve tuzlu su bu özelliklere sahiptir. Yüklü parçacıkların hareketinin zor, hatta imkansız olduğu bir malzeme veya maddeye yalıtkanlar (dielektrikler) denir. Sık karşılaşılan dielektrik malzemeler, yapay bir yalıtkan olan kuvars veya ebonittir.

Çıktı

Pratikte, modern ekipman büyük akımlarla, yüzlerce hatta binlerce ampere kadar ve küçük değerlerle çalışır. Günlük yaşamda, farklı cihazlardaki akımın büyüklüğüne bir örnek, 5 A değerine ulaştığı bir elektrikli soba olabilir ve basit bir akkor lamba, bir fotoselde 0,4 A değerine sahip olabilir. geçen akım mikroamper cinsinden ölçülür. Şehir içi toplu taşıma hatlarında (troleybüs, tramvay) geçen akımın değeri 1000 A'ya ulaşıyor.

Kısa devre akımı

Şekil 1, bir elektrik akkor lambanın bir elektrik şebekesine bağlanması için bir şemayı göstermektedir. Bu lambanın direnci ise r l = 240 Ohm ve şebeke gerilimi sen= 120 V, o zaman Ohm yasasına göre lamba devresindeki akım şöyle olacaktır:

Şekil 1. Kesicinin kelepçelerinde kısa devre şeması

Akkor lambaya giden tellerin çok düşük bir dirençle, örneğin dirençli kalın bir metal çubukla kapatıldığı durumu inceleyelim. r= 0,01 Ohm yanlışlıkla iki kabloya çarpıyor. Bu durumda, noktaya geçen şebeke akımı A, iki yol boyunca dallanacak: büyük bir kısmı metal bir çubuk boyunca gidecek - düşük dirençli yollar ve akımın küçük bir kısmı, yüksek dirençli bir yol boyunca geçecek - bir akkor lamba.

Şebekenin acil durumda çalışması, direncindeki bir azalma nedeniyle, içindeki akımın normale göre keskin bir şekilde artması olarak adlandırılır. kısa devre.

Metal çubuktan geçen kısa devre akımının gücünün ne olduğunu belirleyelim:

Aslında, kısa devre olması durumunda, büyük bir akım ağda büyük bir akım oluşturacağından, şebeke voltajı 120 V'tan az olacaktır ve bu nedenle metal çubuktan geçen akım 12.000 A'dan az olacaktır. yine de bu akım, daha önce bir akkor lamba tarafından tüketilen akımdan çok daha yüksek olacaktır.

Akımdaki kısa devre gücü ben kz = 12.000 A olacaktır:

P kz = sen × ben kz = 120 × 12.000 = 1.440.000 W = 1.440 kW.

İletkenden geçen akım ısı üretir ve iletken ısınır. Örneğimizde, elektrik devresinin tellerinin kesiti küçük bir akım - 0,5 A için tasarlanmıştır. Teller kapatıldığında, devreden çok büyük bir akım akacaktır - 12.000 A. Böyle bir akım, kesinlikle tel yalıtımının kömürleşmesine ve yanmasına, tellerin malzemesinin erimesine, elektriksel ölçüm aletlerinin zarar görmesine, anahtarların kontaklarının erimesine, bıçaklı anahtarlara vb. yol açacak çok büyük miktarda ısı açığa çıkar. Böyle bir devreyi besleyen elektrik enerjisi kaynağı da zarar görebilir. Tellerin aşırı ısınması yangına neden olabilir.

Her elektrik şebekesi kendi normal akımı için hesaplanır.

Kısa devrenin tehlikeli, yıkıcı ve bazen onarılamaz sonuçları nedeniyle, kısa devre nedenlerini ortadan kaldırmak için elektrik tesisatlarının montajı ve çalıştırılması sırasında belirli koşullara uyulmalıdır. Başlıcaları aşağıdaki gibidir:
1) tellerin yalıtımı amacına uygun olmalıdır (şebeke gerilimi ve çalışma koşulları);
2) tellerin kesiti, mevcut çalışma koşullarında ısınmaları tehlikeli bir değere ulaşmayacak şekilde olmalıdır;
3) döşenen teller mekanik hasarlardan güvenilir bir şekilde korunmalıdır;
4) bağlantı yerleri ve dallar, teller kadar güvenilir bir şekilde yalıtılmalıdır;
5) telleri birbirine değmeyecek şekilde çaprazlama yapılmalıdır;
6) teller duvarlardan, tavanlardan ve zeminlerden rutubetten, mekanik ve kimyasal hasarlardan korunacak ve iyi yalıtılacak şekilde döşenmelidir.

Kısa devre akım koruması

Bir elektrik devresi kısa devre yapıldığında ani, tehlikeli bir akım artışını önlemek için devre sigortalar veya devre kesicilerle korunur.

Sigortalar, ağa seri olarak bağlanan eriyebilir bir teldir. Akım belirli bir değerin üzerine çıktığında sigorta teli ısınır ve erir, bunun sonucunda elektrik devresi otomatik olarak kesilir ve içindeki akım durur.

Bir devre kesici, bir sigortadan daha karmaşık ve pahalı bir koruma cihazıdır. Ancak, bir sigortadan farklı olarak, acil durum çalışması sırasında devreleri korumak için çoklu açmalar için tasarlanmıştır. Yapısal olarak, devre kesici, içinde yerleşik bir açma mekanizması bulunan bir dielektrik durumda yapılır. Serbest bırakma mekanizması sabit ve hareketli kontaklara sahiptir. Hareketli kontak yay yüklüdür, yay kontakları hızlı bir şekilde serbest bırakmak için kuvvet sağlar. Açma mekanizması, iki serbest bırakmadan biri tarafından çalıştırılır: termal veya manyetik.

Termal salma, akan akım tarafından ısıtılan bimetalik bir plakadır. İzin verilen değerin üzerinde bir akım aktığında, bimetal plaka bükülür ve serbest bırakma mekanizmasını etkinleştirir. Tepki süresi akıma (zaman-akım karakteristiği) bağlıdır ve saniye ile bir saat arasında değişebilir. Sigortadan farklı olarak devre kesici, plaka soğuduktan sonra bir sonraki kullanıma hazırdır.

Elektromanyetik bir serbest bırakma - anlık bir serbest bırakma, hareketli çekirdeği serbest bırakma mekanizmasını da harekete geçirebilen (bir iletkenden yapılmış bir bobindir). Anahtardan geçen akım solenoid sargıdan geçer ve ayarlanan akım eşiği aşıldığında çekirdeğin içeri çekilmesine neden olur. Anlık serbest bırakma, termal serbest bırakmanın aksine, çok hızlı açar (saniyenin kesirleri), ancak önemli ölçüde daha fazla akım fazlalığı ile: anma akımının 2 ÷ 14 katı.

Video 1. Kısa devre