Схема короткое замыкание: Короткое замыкание КЗ и ток короткого замыкания

Содержание

Что такое короткое замыкание (КЗ): определение, виды, причины возникновения

О коротком замыкании слышат не только в специализированных кругах, но и широких массах. Что такое короткое замыкание, что этому способствует, можно ли защититься от короткого замыкания (КЗ).

Это непраздное любопытство, поскольку именно оно часто является причиной пожара и гибели людей. Зная и соблюдая элементарные правила можно защитить себя и других от многих проблем.

Но прежде чем говорить об этом явлении, следует поближе познакомиться с электричеством и способом его передачи, поскольку это является фундаментальным понятием.

Понятие и теория

Из учебника физики известно, что любое вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. На внешней орбите некоторых атомов есть электроны, которые имеют слабую связь с ядром.

Если приложить к этим электронам некоторую силу, они могут оторваться и переместиться. Таким свойством обладают металлы и некоторые другие элементы при особых условиях.

Самыми распространенными металлами, используемые в электротехнике, являются алюминий и медь. Именно из них делают провода для электропроводки.

Но, чтобы получить электрический ток, мало просто оторвать электроны, их еще необходимо сгруппировать и направить, придав им упорядоченное движение.

Для этого существуют различные генераторы постоянного и переменного тока, или источники тока в виде батарей и аккумуляторов.

Различие между батареей и аккумулятором заключается в способности аккумулятора снова заряжаться, пополняя растраченную энергию.

Ток бывает двух видов:

  • переменный;
  • постоянный.

На самом деле существует еще ряд других видов, но поскольку в быту мы сталкиваемся в основным с этими двумя, они и будут разобраны.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутому кругу. Для примера возьмем цепь постоянного тока, состоящую из батарейки, проводов, выключателя и лампочки. Провода служат для соединения всех используемых элементов.

Допустим, у нас получилась такая схема: плюс батареи соединен через провод с одним выводом выключателя, второй вывод выключателя через провод соединен с одним контактом лампочки, а второй контакт лампочки, опять же через провод соединен с минусом батареи. Если выключатель включен, то по собранной цепи будет течь ток, и лампочка загорится, если выключателем разорвать цепь, то лампочка потухнет.

В последнем случае хотя по цепи не идет ток, напряжение присутствует. Оно будет равно напряжению батарейки и определить его можно будет с помощью вольтметра. С одной стороны выключателя будет идти положительный потенциал, по другую его сторону – отрицательный. Положение изменится, если выключатель включить. Теперь плюс и минус будут располагаться по разным сторонам лампочки.

Почему произошло такое изменение? Когда выключатель выключен, то

электроны от плюса батарейки, дойдя до выключателя остановились, потому что контакты у него разомкнуты. Следовательно, на другом контакте выключателя этих электрон нет.

Раньше считали, что переносчиками заряда служат положительно заряженные частицы, в некоторых случаях так и есть, но все же основными переносчиками являются электроны, а они имеют отрицательный заряд. Но чтобы не путаться в старых и новых схемах на батарейках ставят знак + на минусовом контакте, и приборы работают по такому же принципу.

Разность между количеством электронов на двух контактах и будет напряжением.

Теперь поговорим о лампочке. Основным ее элементом является нить накаливания. Нить изготавливается из тугоплавкого и имеющего большое сопротивление материала, обычно это вольфрам. Этот материал с трудом пропускает часть электронов поэтому, пройдя через нить лампы, электронов будет гораздо меньше, чем их накопилось до нити.

Кроме того, электроны, прошедшие через лампочку, быстро уносятся к минусу батареи, вот почему теперь напряжение будет наблюдаться на контактах лампочки, а не на выключателе. А что произойдет, если лампочку убрать из схемы?

Что происходит при возникновении короткого замыкания

Лампочка, в приведенной выше цепи, считается полезной нагрузкой для источника питания – батарейки. В чем польза лампочки? Она преобразует электрическую энергию в световую.

Если ее убрать, а выключатель напрямую соединить с минусом батарейки и включить его, то электроны мощным потоком устремятся к другой клемме батарейки. Результатом будет разряд батарейки. Вся ее энергия будет расходована напрасно. Возможно, она даже выйдет из строя. В любом случае больше ею воспользоваться не удастся.

Но, кроме напрасно истраченной энергии существует еще один большой минус. Как уже говорилось, лампочка имеет нить накала из вольфрама. Что происходит при прохождении через нее тока?

Так как сопротивление нити большое, то есть электронам, образно говоря, нужно протискиваться через узкие каналы, то они, ударяясь об атомы вольфрама, отдают часть энергии ему.

Это приводит к тому, что вольфрам начинает нагреваться и нагревается до такой температуры, что от него начинает исходить свет.

Любой материал обладает сопротивлением электрическому току, будь то провода или выключатель. Поэтому когда лампочку убирают, то нагрузкой становятся провода и выключатель. Они хоть и не так быстро и горячо будут нагреваться, но все же нагрев будет происходить.

Важно. Из этого можно сделать вывод, чем опасно короткое замыкание: происходит ненужный нагрев проводников и напрасно тратится электрическая энергия.

Почему короткое замыкание так называется

Так что такое короткое замыкание? В последней нашей схеме были использованы: батарейка, провода и выключатель. Поскольку выключатель во включенном положении представляет собой проводник, то его можно заменить куском провода.

В итоге схема приобретает следующий вид: плюс батареи соединен проводом с минусом батареи. Значит, что такое короткое замыкание по-простому? Это короткозамкнутая цепь в схеме питания.

Давайте дадим небольшое определение что такое короткое замыкание – это аварийный режим, при котором происходит контакт двух проводников с разными потенциалами (например, фаза с другой фазой или фаза и ноль). За счет того что нагрузка оказывается закороченной, сопротивление цепи уменьшается, а ток при этом резко возрастает до очень больших значений.

Для примера возьмем обычный утюг. Когда мы включаем его в розетку, создается путь для протекания электрического тока. Ток начинает протекать через нагревательный элемент утюга, сопротивление которого очень большое.

Если убрать это сопротивление из схемы, например,

закоротить фазу и ноль до нагревательного элемента, то путь протекания тока уменьшится, то есть станет коротким. Ток будет протекать только по проводам без сопротивления (нагрузки).

В чем опасность короткого замыкания

Рассмотренный пример с батарейкой — это всего лишь миниатюра, показывающая наглядно, к чему приводит короткое замыкание. Емкость и напряжение батарейки невелико, поэтому и последствия от короткого замыкания незначительны – испорченная батарейка.

В быту же чаще всего говорят о коротком замыкании, связанном с домашней сетью, в которой напряжение составляет минимум 220 В. Мощность трансформатора, от которого подается питание на дом, составляет сотни тысяч или миллионы Ватт. Конечно, сопротивление проводов ограничивает этот ток, но не очень сильно.

В советское время линии электропередач состояли из натянутых на опорах проводов. При сильном ветре, если провода были недостаточно натянуты, их перехлестывало. Слышался сильный треск, гул, летели искры. Зрелище не для слабонервных. Иногда провода припаивались друг к другу, обгорали и падали на землю.

Если падал фазный провод, идущий от подстанции, то он создавал огромную опасность для окружающих. Гибли и люди, и животные. К счастью, сегодня все меньше остается таких линий, но в частном секторе, на дачах, в деревнях еще можно встретить такую опасность.

Что касается квартир и частных домов то здесь кроется другая опасность. Как уже было рассмотрено, короткое замыкание – это создание цепи без нагрузки.

При этом высвобождается огромная энергия, которая очень быстро разогревает провода. В месте замыкания могут возникать искры в виде раскаленного металла. Попадая на горючее вещество, они его воспламеняют.

При возникновении короткого замыкания главная опасность заключается в вероятности возгорания и пожара.

Опасно! При тушении водой такого пожара под напряжением приведет к поражению электрическим током.

Поэтому, чтобы защититься от таких неприятностей, в каждом доме обязательно должна быть защита от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

Для того чтобы понять, как защищаться от короткого замыкания, необходимо повторить, что такое короткое замыкание? Итак, короткое замыкание – это замкнутая цепь, по которой проходит ток большой мощности.

Поэтому защита должна реагировать именно на большой ток. В любом шкафу учета, кроме счетчика стоят автоматические выключатели. Вот они и реагируют на большой ток. Причем автомат реагирует на два разных тока:

  • ток короткого замыкания;
  • ток перегрузки.

Признаком короткого замыкания является лавинообразный скачек тока, именно на него должен реагировать первый защитник. Из чего состоит защита и как она работает? Известно, что если по проводу проходит ток, то вокруг него образуется электромагнитное поле. Это свойство используется в автомате.

Из толстого медного провода делается катушка – соленоид, внутри которой располагается сердечник. Сердечник, в свою очередь, соединен с расцепителем – устройством, которое разъединяет цепь.

Число витков рассчитывается так, чтобы при достижении определенного тока она смогла сдвинуть сердечник и через него расцепить цепь. После устранения неисправности механизм устанавливается в первоначальное положение с помощью рукоятки на автомате.

Провода, проведенные в помещении, способны пропускать ток определенной силы, при превышении этого значения они начнут нагреваться, так как обладают сопротивлением. Это может привести к их нагреву до такой степени, что изоляция, находящаяся на них, начнет плавиться. Это может вызвать пожар или короткое замыкание. Чтобы этого избежать, в автомате предусмотрена другая защита – тепловая.

Она представляет собой биметаллическую пластину, через которую проходит ток питания. Когда ток начинает нагревать провода, он также греет и эту пластину.

Пластина, в свою очередь, понемногу начинает менять свою форму до тех пор, пока не разомкнет расцепитель, прекратив подачу тока.

Биметалл – два соединенных разных металла, у которых скорость расширения при нагревании разная. Поэтому когда пластина нагревается, она меняет свою форму, изгибаясь в одну или другую сторону.

Включить автомат можно будет после того, как пластина остынет и вернется в первоначальное положение.

Причины возникновения короткого замыкания

Почему возникает короткое замыкание, рассмотрим некоторые, чаще всего встречаемые причины:

  1. 1. Перегрузка в сети.
  2. 2. Неисправный электроприбор.
  3. 3. Порча грызунами.
  4. 4. Случайное повреждение.

Перегрузка – одна из самых распространенных причин замыкания. Промышленность выпускает новые, более мощные электроприборы, а проводка остается старой.

Если вовремя не произвести перерасчет и не поменять провода, то рано или поздно произойдет замыкание. Сначала будет отключаться автомат перегрузки, изоляция с каждым разом будет стареть и терять свои защитные свойства пока, наконец, не выдержит такого испытания.

Если в электроприборе произойдет короткое замыкание, он либо отключится, либо сработают автоматы. Такой прибор легко обнаружить, повторно включив его в сеть. Иногда, особенно в сельской местности, порчу могут нанести грызуны. Им почему-то нравятся резиновые и пластмассовые предметы.

Погибая, они замыкают сеть, приводя к короткому замыканию.

Иногда сами жильцы создают себе проблему. Не убедившись в отсутствии электропроводки, начинают сверлить или забивать гвозди, вызывая не только замыкание, но и сильный стресс и болевые ощущения. Чтобы обезопасить себя от таких травм, необходимо точно убедиться в отсутствии проводов или, хотя бы поставить УЗО.

Устройство Защитного Отключения определяет утечку тока и отключает сеть. Оно предотвращает человека от поражения электрическим током.

Осталось ознакомиться с видами короткого замыкания (КЗ) и их особенностями.

Виды коротких замыканий в быту и в электроэнергетике

По сути можно разделить виды коротких замыканий на два типа: бытовые и промышленные.

В быту где чаще встречается сеть с глухозаземленной нейтралью (3 фазы, ноль и заземление), здесь можно отметить такие виды КЗ:

  • однофазные;
  • двухфазные;
  • трехфазные.

В первом случае фазный провод замкнут на ноль или землю. Во втором, то же самое, или на другую фазу, или также на ноль. При трехфазном замыкаются все три фазы между собой.

Для ознакомления в энергетике согласно ГОСТ 52735-2007 можно встретить такие виды КЗ:

  • – 3-х фазное, обозначается К(З): замыкание между всеми тремя фазами;
  • – 2-х фазное, обозначаетсяК(2): замыкание между двух фаз;
  • – 2-х фазное с землей, обозначается К(1,1): замыкание между двумя фазами и одновременно на землю;
  • – 1-но фазное на землю, обозначается К(1): замыкание одной из фаз на землю или заземленные части оборудования;
  • – двойное КЗ на землю, обозначается К(1+1): это такое КЗ когда две разные фазы замыкаются на землю при этом не замыкаясь между собой.

В цепи постоянного тока

В домашних условиях постоянный ток для бытовых нужд не используется. В основном это относится к электрооборудованию. Для защиты могут быть использованы плавкие предохранители, автоматы или схемы защиты.

Без специальной подготовки и знаний в такие устройства лучше самому не лезть, а отвезти в мастерскую или вызвать специалиста. Но стоит отметить, что принцип замыкания в постоянной цепи ничем не отличается от замыкания в переменном токе.

Последствия могут быть похожими: возникновение пожара или в редких случаях и неблагоприятных условиях — поражение человека постоянным током.

В каких случаях КЗ работает на благо?

На высоковольтных подстанция к силовым трансформаторам подключают устройство под названием короткозамыкатель. По конструкции это заземляющий нож который в любой момент готов намеренно «закоротить» одну из фаз на землю.

При повреждении внутри трансформатора или на его ошиновке происходит срабатывание короткозамыкателя. Когда он включается происходит короткое замыкание, что приводит к появлению больших токов и отключению питающей линии с противоположного конца.

Еще один из примеров в энергетике «плавка гололеда на линиях электропередач». На воздушных линиях электропередач для защиты линии от гололедообразования во обледенений применяют плавку гололеда. Подключаются они одним концом к самому проводу, а другим к земле.

По принципу КЗ работает электросварка, но в отличие от обычного короткого замыкания, ток в сварке регулируется.

Преднамеренное КЗ

В электротехнике есть прибор, называется варистор. Он часто используется в электрооборудовании для защиты аппаратуры от перенапряжения.

Действует по принципу рассмотренного выше короткозамыкателя. Некоторые специально устанавливают его в осветительную цепь для предотвращения перегорания ламп во время больших скачков напряжения или аварий в сети. При их срабатывании домашняя сеть переходит в режим КЗ и автоматы отключают защищаемую цепь.

Все рассмотренные примеры использования короткого замыкания – это вынужденная мера, указывающая на аварийную ситуацию. Поэтому прежде чем включать автоматы после их срабатывания, необходимо убедиться в нормализации питающей сети.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья – поделись с друзьями!

 

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это “+” и ““) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты – плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

  • трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы

  • двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы

  • двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями

  • однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

  • Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
  • Прямыми ударами молнии
  • Старением изоляции
  • Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
  • Неудовлетворительным уходом за оборудованием

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты – короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т. е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

  • Механические и термические повреждения электрооборудования
  • Возгорания в электроустановках
  • Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
  • Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
  • Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т. п

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).

Короткое замыкание на плате | Микросхема

Сегодня наткнулся на весьма практичный способ нахождения короткого замыкания на материнской плате. Но об этом в видео внизу публикации. А пока поговорим немного о другом способе, но тоже довольно действенном.

К слову, описанный способ является свободным повествованием Чиповода, радиолюбителя, недавно ведшего личный блог. У новичков …, да что греха таить, даже у матёрых радиолюбителей поиск короткого замыкания на плате из нескольких сотен радиодеталей, порой, вызывает ступор. Да, поиск КЗ – неблагодарное, скучное дело. Но, всё же, как бы нам ни хотелось, короткие замыкания случаются, и искать их нужно.

Принесли мне несколько свежесобранных плат из монтажного отдела. Платы надо было запустить и проверить в работе. Мне всегда очень нравилась фраза из журнала «Радио», которой оканчивалось описание большинства конструкций: «Правильно собранное устройство из исправных деталей работает сразу и в настройке не нуждается!». Я тоже решил придерживаться такого правила – это здорово, когда из 10 собранных плат все 10 оказываются рабочими. Однако в этот раз получился затык.

После прошивки три платы из четырёх заработали сразу без проблем, порадовав меня исполнением девиза, а вот с 4-ой платой вышла накладка. При включении питания сработала защита по току, блок питания отключился. Оказалось, что плата имеет короткое замыкание на землю по питанию. Это меня расдосадовало.

Плата размером примерно 150 x 100 мм, порядка 400 компонентов на ней, несколько BGA микросхем. Монтаж плат у нас ручной (кроме BGA, конечно). Платы наши в монтажном отделе проходят визуальный осмотр под микроскопом. Прошелся с лупой по плате – ничего криминального не обнаружил, кругом гладь припоя, никаких соплей и аномалий установки компонентов обнаружено не было. Стал я думать, как же мне найти короткое замыкание?

Сначала меня посетила мысль о том, что КЗ может быть на внутренних слоях платы, поскольку платы пришли от нового производителя печатных плат. И хотя отметка об электроконтроле присутствовала, цена заказа была очень маленькой, что вызывало сомнение о качестве плат. С другой стороны, могли быть убитые в печке компоненты, но претензий к печке за 3 года работы не было ни одной. Ещё был вариант – кривая пайка. Такое у нас, к сожалению, случалось. Коллеги мне в шутку предложили взять источник помощнее и подать на плату – мол, место КЗ до красна раскалится (в совете, кстати, есть разумное зерно – см. видео). Думал я, думал, и, наконец, мне пришла в голову мегакреативная идея.

Подал я на плату питание +3,3 вольт – как и положено, БП сработал по току и перешёл в режим стабилизации тока. Далее я выставил на источнике питания ток 3 А, и он стабильно подавался на плату. Пощупал руками микросхемы – все были холодные. Тогда я перешёл к реализации мегакреативного плана. Взял мультиметр и перевёл его в режим измерения напряжения. Далее земляной щуп мультиметра я подключил к точке подключения земли от источника питания к плате. Вторым щупом измерил напряжение в точке подключения источника питания. Мультиметр показал около 0,3 В, т.е. при токе 3 А на дорожках платы падало эти самые 0,3 В. Естественно, в точке подключения земляного щупа мультиметр показал 0 В. Таким образом, получились две точки – максимума и минимума падения напряжения.

Далее я стал измерять напряжение в различных точках платы. Оно незначительно различалось, но тенденция была очевидна – при приближении к точке КЗ напряжение падения в точках, электрически соединённых с +3,3 В, уменьшалось, а напряжение в точках, связанных с землёй, увеличивалось. Началось чётко прослеживаться прохождение тока по плате. Ток – он ведь не дурак, он движется по цепи наименьшего сопротивления.

В итоге, за считанные минуты я отыскал точку на полигоне +3,3 В и соседнюю с ней VIA на полигоне земли, напряжение в которых было практически одинаковым. От этих точек шли дорожки к выводам питания и земли микросхемы в корпусе SOIC-20. Напряжение на выводах микросхемы абсолютно совпало. Эврика! Взяв лупу и приглядевшись, я обнаружил совсем незаметную перемычку между выводами микросхемы – буквально, волосок. К тому же, она была прямо на выходе из корпуса, а не в месте пайки, куда обычно смотрят во время проверки. После ликвидации перемычки короткое замыкание устранилось, и плата заработала как надо, подтвердив, кстати, лозунг журнала «Радио».

А теперь предлагаю наглядно посмотреть довольно интересный способ поиска короткого замыкания:

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: полезно знать, пробники

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Печатные платы
Усилитель мощности звуковой частоты – 200 ватт

Что такое короткое замыкание? – Онлайн-журнал “Толковый электрик”

Каждый день, будь то дома или на работе мы замыкаем электрическую цепь, и ничего взрывоопасного не происходит. Замыкая цепь с помощью штепсельной вилки электроприбора,  электроэнергия превращается:

  • — в механическую энергию — двигатели насосов, пылесосов и различных электрических приспособлений.
  • — в тепловую энергию — горячий воздух фена, кипяток  электрического чайника, тепловое излучение электрического конвектора.

Это хорошее замыкание, назовем ее условно в противопоставлении короткому, “длинное” замыкание электрической цепи.

Короткое замыкание имеет отрицательный результат, то есть, энергия  позиционирует себя в виде искр, хлопка, часто возгорание проводки и легко возгораемых материалов — пожар.

Что же такое короткое замыкание?

Пример: Локомотив должен доставить груз, допустим из города Нижний Новгород в такой  мегаполис  как Москва. Путь состава должен быть длинным.  Локомотив, таща за собой 50 вагонов угля, набирает большую скорость. Но вдруг, в городе Владимир диспетчер совершает роковую ошибку, переключив стрелку на путь, где находится другой состав — аварии не миновать.

Состав набравший большую скорость быстро не остановить. Наглядный пример может показаться примитивным, но хочется показать принцип лежащий в основе – это сила, мощь, использованная не по назначению, несущая разрушение. Путь следования локомотива с множеством вагонов оказался коротким, не завершенным, не достиг цели.

Именно СИЛА тока производит разрушение, при коротком замыкании ток увеличивается в 20 раз, количество тепла возрастает примерно в 400 раз.

Вот еще одно яркое объяснение, что такое короткое замыкание

Известно, что неисправная электропроводка приводит к короткому замыканию, от него чаще всего и возникает возгорание. Об этом частенько упоминается в пожарных отчетах. Что же такое короткое замыкание, чем оно опасно?

В нормальном режиме работы ток в проводке между фазным и нулевым проводами протекает через нагрузку, которая этот ток ограничивает на безопасном для проводки уровне. При разрушении изоляции ток протекает, минуя нагрузку, сразу между проводами. Такой контакт, называется коротким, поскольку происходит помимо электроприбора.

Вспомним закон Ома: I = U/R, что словами, обычно, произносится так: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению, и обратно пропорционален СОПРОТИВЛЕНИЮ». Именно на СОПРОТИВЛЕНИЕ здесь и стоит обратить внимание.

Сопротивление ТПЖ электропроводки, как правило, невелико, поэтому им можно пренебречь, считать его равным нулю. Согласно законам математики деление на ноль невозможно, а результат будет стремиться к бесконечности. В случае короткого замыкания к этой самой бесконечности будет стремиться ток в цепи.

Конечно, это не совсем так, провода имеют какое-то конечное сопротивление, поэтому до бесконечности ток, конечно же, не дойдет, но будет достаточной силы, чтобы произвести разрушительное действие, достаточно мощный взрыв. Возникает вольтова дуга, температура которой достигает 5000 градусов по Цельсию.

 

Причины короткого замыкания

  • Ошибки персонала обслуживающего электрические сети.
  • Из-за износа (устаревшей) электропроводки.
  • Неправильный монтаж электропроводки.
  • Плохой контакт в соединениях проводки и электроприборов
  • Из-за перегрузки электрической цепи.
  • Может возникнуть по причине механического повреждения проводов.
  • КЗ могут спровоцировать грызуны.

Как не допустить короткое замыкание?

Для предупреждения короткого замыкания необходимо.

  •  Грамотно монтировать и эксплуатировать электроустановки.
  • Подбирать электропроводку в соответствии с величиной тока.
  • Регулярно проводить плановые осмотры и измерения сопротивления изоляции;
  • Правильно выбирать автоматику защиты, которые предназначены отключать поврежденный участок.
  • Прежде чем производить работы с проводкой ее необходимо обесточить.

Польза короткого замыкания

На основе короткого замыкания зародилась дуговая сварка, которая используется на производстве. Точка контакта стержня и металлическая поверхность нагревается до температуры плавления, металлическая конструкция соединяется в единое целое. Например, современные кузова автомобилей скреплены именно посредством короткого замыкания  –  дуговой сварки.

Как мы увидели, короткое замыкание может приносить разрушения, если сила тока используется не по назначению. Если правильно управлять энергией, можно достичь отличных технических достижений.

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество —

возможность давать длительную гарантию на продукцию

. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:

Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!

Цель статьи

Свою статью я ориентирую на людей для которых электроника это хобби и начинающих разработчиков, поэтому все будет рассказываться «на пальцах» для более осмысленного понимания происходящего. Для тех, кому хочется академичности — идем и читаем любой ВУЗовский учебники по электротехники + «классику» Хоровица, Хилла «Искусство схемотехники».

Отдельно хотелось сказать о том, что все решения будут аппаратными, то есть без микроконтроллеров и прочих извращений. В последние годы стало совсем модно программировать там где надо и не надо. Часто наблюдаю «защиту» по току, которая реализуется банальным измерением напряжения АЦП какой-нибудь arduino или микроконтроллером, а потом устройства все равно выходят из строя. Я настоятельно не советую вам делать так же! Про эту проблему я еще дальше расскажу более подробно.

Немного о токах короткого замыкания

Для того, чтобы начать придумывать методы защиты, нужно сначала понять с чем мы вообще боремся. Что же такое «короткое замыкание»? Тут нам поможет любимый закон Ома, рассмотрим идеальный случай:

Просто? Собственно данная схема является эквивалентной схемой практически любого электронного устройства, то есть есть источник энергии, который отдает ее в нагрузку, а та греется и что-то еще делает или не делает.

Условимся, что мощность источника позволяет напряжению быть постоянным, то есть «не проседать» под любой нагрузкой. При нормальной работе ток, действующий в цепи, будет равен:

Теперь представим, что дядя Вася уронил гаечный ключ на провода идущие к лампочке и наша нагрузка уменьшилась в 100 раз, то есть вместо R она стала 0,01*R и с помощью нехитрых вычислений мы получаем ток в 100 раз больше. Если лампочка потребляла 5А, то теперь ток от нагрузки будет отбираться около 500А, чего вполне хватит чтобы расплавить ключ дяди Васи. Теперь небольшой вывод…

Короткое замыкание — значительное уменьшение сопротивления нагрузки, которое ведет к значительному увеличению тока в цепи.

Стоит понимать, что токи КЗ обычно в сотни и тысячи раз больше, чем ток номинальный и даже короткого промежутка времени хватает, чтобы устройство вышло из строя. Тут наверняка многие вспомнят о электромеханических устройствах защиты («автоматы» и прочие), но тут все весьма прозаично… Обычно розетка бытовая защищена автоматом с номинальным током 16А, то есть отключение произойдет при 6-7 кратном токе, что уже около 100А. Блок питания ноутбука имеет мощность около 100 Вт, то есть ток нем менее 1А. Даже если произойдет КЗ, то автомат долго будет этого не замечать и отключит нагрузку, только когда все уже сгорит. Это скорее защита от пожара, а не защита техники.

Теперь давайте рассмотрим еще один, часто встречающийся случай — сквозной ток. Покажу я его на примере dc/dc преобразователя с топологией синхронный buck, все MPPT контроллеры, многие LED-драйвера и мощные DC/DC преобразователи на платах построены именно по ней. Смотрим на схему преобразователя:

На схеме обозначены два варианта превышения тока: зеленый путь для «классического» КЗ, когда произошло уменьшение сопротивления нагрузки («сопля» между дорог после пайки, например) и оранжевый путь. Когда ток может протекать по оранжевому пути? Я думаю многие знают, что сопротивление открытого канала полевого транзистора очень небольшое, у современных низковольтных транзисторов оно составляет 1-10 мОм. Теперь представим, что на ключи одновременно пришел ШИМ с высоким уровнем, то есть оба ключа открылись, для источника «VCCIN — GND» это равносильно подключению нагрузки сопротивлением около 2-20 мОм! Применим великий и могучий закон Ома и получим даже при питании 5В значение тока более 250А! Хотя не переживайте, такого тока не будет — компоненты и проводники на печатной плате сгорят раньше и разорвут цепь.

Данная ошибка очень часто возникает в системе питания и особенно в силовой электронике. Она может возникать по разным причинам, например, из-за ошибки управления или длительных переходных процессах. В последнем случае не спасет даже «мертвое время» (deadtime) в вашем преобразователе.

Думаю проблема понятна и многим из вас знакома, теперь понятно с чем нужно бороться и осталось лишь придумать КАК. Об этом и пойдет дальнейший рассказ.

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:

1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;

2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;

3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;

4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.


Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку

Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка. Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

Измерение тока

Это первый пункт в нашей цепочке и наверное самый простой для понимания. Измерить ток в цепи можно несколькими способами и у каждого есть свои достоинства и недостатки, какой из них применить конкретно в вашей задаче — решать только вам. Я же расскажу, опираясь на свой опыт, о этих самых достоинствах и недостатках. Часть из них «общепринятые», а часть мои мироощущения, прошу заметить, что как какую-то истину даже не пытаюсь претендовать.

1) Токовый шунт. Основа основ, «работает» все на том же великом и могучем законе Ома. Самый простой, самый дешевый, самый быстрый и вообще самый самый способ, но с рядом недостатков:

а) Отсутствие гальванической развязки. Ее вам придется реализовывать отдельно, например, с помощью быстродействующего оптрона. Реализовать это не сложно, но требует дополнительного места на плате, развязанного dc/dc и прочие компоненты, которые стоят денег и добавляют габаритных размеров. Хотя гальваническая развязка нужна далеко не всегда, разумеется.

б) На больших токах ускоряет глобальное потепление. Как я ранее писал, «работает» это все на законе Ома, а значит греется и греет атмосферу. Это приводит к уменьшению КПД и необходимости охлаждать шунт. Есть способ минимизировать этот недостаток — уменьшить сопротивления шунта. К сожалению бесконечно уменьшать его нельзя и вообще я бы не рекомендовал уменьшать его менее 1 мОм, если у вас пока еще мало опыта, ибо возникает необходимость борьбы с помехами и повышаются требования к этапу конструирования печатной платы.

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

Измерение тока происходит путем измерения падения напряжения на шунте, например, при протекании тока 30А на шунте будет падение:

То есть, когда мы получим на шунте падение 60 мВ — это будет означать, что мы достигли предела и если падение увеличится еще, то нужно будет отключать наше устройство или нагрузку. Теперь давайте посчитаем сколько тепла выделится на нашем шунте:

Не мало, правда? Этот момент надо учитывать, т.к. предельная мощность моего шунта составляет 2 Вт и превышать ее нельзя, так же не стоит припаивать шунты легкоплавким припоем — отпаяться может, видел и такое.

Рекомендации по использованию:

  • Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
  • Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
  • Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
  • Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных

2)

Датчики тока на эффекте Холла

. Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно:

дешевые

и

дорогие

.

а) Дешевые, например, ACS712 и подобные. Из плюсов могу отметить простоту использования и наличия гальванической развязки, на этом плюсы кончаются. Основным недостатком является крайне нестабильное поведение под воздействием ВЧ помех. Любой dc/dc или мощная реактивная нагрузка — это помехи, то есть в 90% случаев данные датчики бесполезны, ибо «сходят с ума» и показывают скорее погоду на Марсе. Но не зря же их делают?

Они имеют гальваническую развязку и могут измерять большие токи? Да. Не любят помехи? Тоже да. Куда же их поставить? Правильно, в систему мониторинга с низкой ответственностью и для измерения тока потребления с аккумуляторов. У меня они стоят в инверторах для СЭС и ВЭС для качественной оценки тока потребления с АКБ, что позволяет продлить жизненный цикл аккумуляторов. Выглядят данные датчики вот так:

б) Дорогие. Имеют все плюсы дешевых, но не имеют их минусов. Пример такого датчика LEM LTS 15-NP:

Что мы имеем в итоге:
1) Высокое быстродействие;
2) Гальваническую развязку;
3) Удобство использования;
4) Большие измеряемые токи независимо от напряжения;
5) Высокая точность измерения;
6) Даже «злые» ЭМИ не мешают работе и не; влияют на точность.

Но в чем тогда минус? Те, кто открывали ссылку выше однозначно его увидели — это цена. 18$, Карл! И даже на серии 1000+ штук цена не упадет ниже 10$, а реальная закупка будет по 12-13$. В БП за пару баксов такое не поставить, а как хотелось бы… Подведем итог:

а) Это лучшее решение в принципе для измерения тока, но дорогое;
б) Применяйте данные датчики в тяжелых условиях эксплуатации;
в) Применяете эти датчики в ответственных узлах;
г) Применяйте их если ваше устройство стоит очень много денег, например, ИБП на 5-10 кВт, там он себя однозначно оправдает, ведь цена устройства будет несколько тысяч $.

3) Трансформатор тока. Стандартное решение во многих устройствах. Минуса два — не работают с постоянным током и имеют нелинейные характеристики. Плюсы — дешево, надежно и можно измерять просто огромнейшие токи. Именно на трансформаторах тока построены системы автоматики и защиты в РУ-0.4, 6, 10, 35 кВ на предприятиях, а там тысячи ампер вполне себе нормальное явление.

Честно говоря, я стараюсь их не использовать, ибо не люблю, но в различных шкафах управления и прочих системах на переменном токе все таки ставлю, т.к. стоят они пару $ и дают гальваническую развязку, а не 15-20$ как LEM-ы и свою задачу в сети 50 Гц отлично выполняют. Выглядят обычно вот так, но бывают и на всяких EFD сердечниках:

Пожалуй с методами измерения тока можно закончить. Я рассказал об основных, но разумеется не обо всех. Для расширения собственного кругозора и знаний, советую дополнительно хотя бы погуглить да посмотреть различные датчики на том же digikey.

Усиление измеренного падения напряжения

Дальнейшее построение системы защиты пойдет на базе шунта в роли датчика тока. Давайте строить систему с ранее озвученным значением тока в 30А. На шунте мы получаем падение 60 мВ и тут возникают 2 технические проблемы:

а) Измерять и сравнивать сигнал с амплитудой 60 мВ неудобно. АЦП имеют обычно диапазон измерений 3.3В, то есть при 12 битах разрядности мы получаем шаг квантования:

Это означает, что на диапазон 0-60 мВ, который соответствует 0-30А мы получим небольшое количество шагов:

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

Стоит понимать, что это идеализированная цифра и в реальности они будет в разы хуже, т.к. АЦП сам по себе имеет погрешность, особенно в районе нуля. Конечно АЦП для защиты мы использовать не будем, но измерять ток с этого же шунта для построения системы управления придется. Тут задача была наглядно объяснить, но это так же актуально и для компараторов, которые в районе потенциала земли (0В обычно) работают весьма нестабильно, даже rail-to-rail.

б) Если мы захотим протащить по плате сигнал с амплитудой 60 мВ, то через 5-10 см от него ничего не останется из-за помех, а в момент КЗ рассчитывать на него точно не придется, т. к. ЭМИ дополнительно возрастут. Конечно можно схему защиты повесить прямо на ногу шунта, но от первой проблемы мы не избавимся.

Для решения данных проблем нам понадобится операционный усилитель (ОУ). Рассказывать о том, как он работает не буду — тема отлично гуглится, а вот о критичных параметрах и выборе ОУ мы поговорим. Для начала давайте определимся со схемой. Я говорил, что особых изяществ тут не будет, поэтому охватим ОУ отрицательной обратной связью (ООС) и получим усилитель с известным коэффициентов усиления. Данное действия я смоделирую в MultiSIM (картинка кликабельна):

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

Источник напряжения V2 выполняет роль нашего шунта, вернее он симулирует падение напряжения на нем. Для наглядности я выбрал значение падения равное 100 мВ, теперь нам нужно усилить сигнал так, чтобы перенести его в более удобное напряжение, обычно между 1/2 и 2/3 Vref. Это позволит получить большое количество шагов квантования в диапазон токов + оставить запас на измерения, чтобы оценить насколько все плохо и посчитать время нарастания тока, это важно в сложных системах управления реактивной нагрузкой. Коэффициент усиления в данном случае равен:

Таким образом мы имеем возможность усилить сигнал наш сигнал до требуемого уровня. Теперь рассмотрим на какие параметры стоит обратить внимание:

  • ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
  • Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
  • Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру

В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments — OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты

Давайте теперь в симуляторе добавим шунт, нагрузку, источник питания и прочие атрибуты, которые приблизят нашу модель к реальности. Полученный результат выглядит следующим образом (картинка кликабельная):

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

Тут уже мы видим наш шунт R1 с сопротивлением все те же 2 мОм, источник питания я выбрал 310В (выпрямленная сеть) и нагрузкой для него является резистор 10.2 Ом, что опять по закону Ома дает нам ток:

На шунте как видите падают, ранее посчитанные, 60 мВ и их мы усиливаем с коэффициентом усиления:

На выходе мы получаем усиленный сигнал с амплитудой 3.1В. Согласитесь, его уже и на АЦП можно подать, и на компаратор и протащить по плате 20-40 мм без каких либо опасений и ухудшения стабильности работы. С этим сигналом мы и будем далее работать.

Сравнение сигналов с помощью компаратора


Компаратор — это схема, которая принимает на вход 2 сигнала и в случае если амплитуда сигнала на прямом входе (+) больше, чем на инверсном (-), то на выходе появляется лог. 1 (VCC). В противном случае лог. 0 (GND).

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets —

LMV7271

. На что стоит обратить внимание:

  • Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
  • Опять же — советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
  • Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике:
1) Измерили ток на шунте и получили 56. 4 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В;
3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты!
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3. 1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Почему аппаратная?

Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит.

Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Эпилог

На этом пожалуй и все. Надеюсь вам было интересно читать данную статью и она даст вам какие-то новые знания или освежит старые. Всегда старайтесь заранее думать какие модули в вашем устройстве стоит реализовать аппаратно, а какие программно. Часто реализация аппаратная на порядки проще реализации программной, а это ведет с экономии времени на разработке и соответственно ее стоимости.

Формат статьи без «железа» для меня новый и попрошу высказать ваше мнение в опросе.

Суть короткого замыкания электрической цепи. Напряжение (ЭДС) и ток при возникновении КЗ.

Про электрическое короткое замыкание слышали многие, но далеко не всем известна суть этого явления. Давайте же с этим разберемся. Итак, если вникнуть в само словосочетание «короткое замыкание», то можно понять, что происходит какой-то процесс, при котором замыкается нечто по короткому, а именно самому короткому пути протекания электрического тока (электрических зарядов в проводнике). Проще говоря, есть путь, по которому течет электричество, его ток зарядов. Это различные электрические цепи, проводники электроэнергии. Чем длиннее этот путь, тем больше преград нужно преодолеть зарядам, тем больше электрическое сопротивление этого пути. А из закона ома известно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока будет в нем (при определенном значении напряжения). Следовательно, на самом коротком пути, будет максимально возможный ток, а это путь будет коротким в случае замыкания концов самого источника питания.

В общем, у нас есть, к примеру, обычный автомобильный аккумулятор (в заряженном состоянии). Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на напряжение аккумулятора (12 вольт), то в результате прохождения тока определенной величины через эту лампу мы получим излучение света и тепла. Лампа имеет определенное электрическое сопротивление, которое и ограничивает силу тока, идущего по этой цепи. Чтобы намеренно сделать короткое замыкание нам просто нужно взять кусок провода и подсоединить его к концам выводов аккумулятора (параллельно лампе). У этого провода сопротивление очень мало, по сравнению с лампой. Следовательно и нет особого ограничения, которое бы препятствовало движению заряженных частиц. И как только мы замкнем такую вот цепь, получим наше КЗ. По проводу потечет сразу большое ток, который может просто раскалить и расплавить этот кусок провода.

В результате такого вот короткого замыкания будет возгорание проводника (его изоляции), вплоть до пожара, если этот проводник своим воспламенением переносит огонь на легковоспламеняющиеся вещи, что находятся поблизости. Кроме этого такое вот резкое, скачкообразное течение тока может быть вредным для самого аккумулятора. Он также в это время начинает нагреваться. А как известно аккумуляторы очень сильно не любят чрезмерного нагрева. Как минимум у них значительно после этого сокращается срок службы, а как максимум — выходят из строя и даже загораются и взрываются. Если такое короткое замыкание происходит, к примеру, с литиевым аккумулятором в телефоне (у которого нет электронной защиты внутри), в течении нескольких секунд происходит сильный нагрев, далее образуется пламя и взрыв.

Есть некоторые аккумуляторы, которые изначально рассчитаны на отдачу больших токов (тяговые аккумуляторы), но и у них полное короткое замыкание может привести к большим неприятностям. Ну, а что же происходит с напряжением во время короткого замыкания? Из школьной физики должно быть известно, что чем больше сила тока, тем большее падение напряжения на этом участке цепи. Следовательно, когда к источнику электропитания не подсоединено никакой нагрузки, на нем можно увидеть максимальное значение напряжения (это и есть ЭДС источника питания, его электродвижущая сила). Как только мы нагрузили этот источник питания, тут же появляется некое падение напряжения. И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Это мы рассмотрели вариант полного короткого замыкания, который происходит непосредственно на выводах источника питания. Да, вот, что еще стоит добавить про это. В случае аккумулятора будет происходит большая токовая нагрузка на внутренние части и химические вещества самого аккумулятора (электролит, пластины, выводы). В случае короткого замыкания на таких источниках питания как электрогенераторы токовая нагрузка ложится на обмотки этих генераторов, что приводит к ее чрезмерному нагреву и испорченности (ну и те цепи, что работают в генераторе после этой обмотки). Короткое замыкание на выводах различных блоков питания приводит к перегреву и выходу из строя самих электрических схем источников тока и вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание может случаться в самой электрической цепи проводки, схемы. В этом случае последствия также имеют крайне негативный характер. Но при этом сила тока уже будет, как правило, чуть меньше, чем в случае замыкания на выходе источника питания. К примеру, есть схема усилителя звука. Вдруг из-за плохой изоляции самих динамиков происходит короткое замыкание на звуковом выходе этого усилителя. В итоге, скорее всего выгорят выходные транзисторы, микросхемы, стоящей в последних каскадах усиления звука. Сам источник питания в этом случае может даже не пострадать, так как до него чрезмерная токовая нагрузка может не дойти. Думаю вы суть короткого замыкания уловили.

P.S. В любом случае явление электрического короткого замыкания приводит к плачевным последствиям. Для защиты от этого как правило применять обычные плавкие предохранители, автоматические выключатели, защитные схемы и т.д. Их задача заключается в быстром разрыве электрической цепи при резком увеличении силы тока. То есть, обычный предохранитель как бы является самым слабым звеном во всех электрической цепи. Как только сила тока резко возросла плавкая вставка просто плавится и разрывает цепь. Это в большинстве случаев приводит к тому, что прочие другие цепи в схеме остаются не поврежденными.

Короткое замыкание происходит в том случае если. Короткое замыкание

Всем привет. Я очень рад, что вы зашли на мой сайт. И сегодня, мы с вами, поговорим о том, что такое короткое замыкание и какие замыкания бывают.

Короткое замыкание – это соединение (соприкосновение) двух или нескольких точек (проводников) электрической цепи с разными потенциальными значениями.

Разные потенциалы – это когда фаза и ноль в сети переменного тока, или плюс и минус в сети постоянного тока.

Теперь давайте рассмотрим, какие бывают виды короткого замыкания.

В однофазной сети может быть только два вида короткого замыкания:

1. фаза и ноль – это вид замыкания очень часто бывает в простых бытовых условиях. К примеру с наступление зимы становится холодно, и многие люди пытаются согреться с помощью электрических обогревателей.

Но мало кто обращает внимание на розетки, в которые включают эти самые обогреватели. Очень часто бывает, что розетки не рассчитаны на токи, которые потребляют обогреватели, или же часто в розетках может быть плохой контакт.

Из-за этого розетки и вилочки начинают греться. В следствии длительных нагревов разрушается изоляция проводов. И в один прекрасный момент два, уже оголевших, проводника могут соприкоснуться, и получится короткое замыкание.

2. фаза и заземление – это когда фазный провод, каким-то образом начинает контактировать с заземлённым корпусом любого электрического оборудования. Будь то электрический водонагреватель, светильник, станок и так далее.

Бывает ещё такое, что корпус может быть занулённым, тогда такое замыкание можно отнести к первому случаю.

А вот в ситуаций, при которых возникает короткое замыкание, может быть намного больше:

1. однофазное замыкание – фаза и ноль. Этот вид я уже описывал выше, так что переходим к следующему.

2. двухфазное – это когда соединились между собой две фазы. Часто случается на воздушных линиях электропередач. Такое явление, наверное, видел каждый человек в своей жизни. Когда на улице сильный ветер и начинает расшатывать провода, и получает не большой салют. На промышленных предприятиях такое замыкание часто случается в силовых цепях.

3. двухфазное и земля – такое, конечно, реже бывает, но всё равно случается. Пример, когда две фазы могут соединиться между собой, и одновременно контактировать ещё и с землёй.

4. трёхфазное – это когда все три фазы каким-то образом замкнулись между собой. Такое замыкание получится при падении или прикосновении, какого-то токопроводящего предмета ко всем трём фазам одновременно.

Какие могут быть последствия от токов короткого замыкания.

При коротком замыкании мгновенно возрастает ток, что приводит сильному нагреву и расплавлению металлов. Брызги этого металла разлетаются во все стороны, и всё это сопровождается яркой вспышкой и огнём. Что легко может привести к пожару и к очень серьёзным последствиям.

В обычных домашних условиях, если не правильно подобрать защиту от короткого замыкания, то реально можно потерять очень многое. Начиная от жилища и мебели, и заканчиваю своей и жизнью людей живущих с вами под одной крышей.

На предприятиях токи короткого замыкания могут привести к аварийным ситуациям, повреждению оборудования, ну и от этого так же могут пострадать люди. Но на предприятиях обычно используют несколько защит сразу, что практически исключает возникновению коротких замыканий.

Вот и всё что хотел сказать. Если у вас есть какие-то вопросы, то задавайте их в комментариях. Если статья была вам полезной, то поделитесь нею со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. До новых встреч.

С уважением Александр!

Тема: что такое короткое замыкание в электроцепи, каковы последствия КЗ.

Про электрическое короткое замыкание слышали многие, но далеко не всем известна суть этого явления. Давайте же с этим разберемся. Итак, если вникнуть в само словосочетание «короткое замыкание», то можно понять, что происходит какой-то процесс, при котором замыкается нечто по короткому, а именно самому короткому пути протекания электрического тока (электрических зарядов в проводнике). Проще говоря, есть путь, по которому течет электричество, его ток зарядов. Это различные электрические цепи, проводники электроэнергии. Чем длиннее этот путь, тем больше преград нужно преодолеть зарядам, тем больше электрическое сопротивление этого пути. А из закона ома известно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока будет в нем (при определенном значении напряжения). Следовательно, на самом коротком пути, будет максимально возможный ток, а это путь будет коротким в случае замыкания концов самого источника питания.

В общем, у нас есть, к примеру, обычный автомобильный аккумулятор (в заряженном состоянии). Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на напряжение аккумулятора (12 вольт), то в результате прохождения тока определенной величины через эту лампу мы получим излучение света и тепла. Лампа имеет определенное электрическое сопротивление, которое и ограничивает силу тока, идущего по этой цепи. Чтобы намеренно сделать короткое замыкание нам просто нужно взять кусок провода и подсоединить его к концам выводов аккумулятора (параллельно лампе). У этого провода сопротивление очень мало, по сравнению с лампой. Следовательно и нет особого ограничения, которое бы препятствовало движению заряженных частиц. И как только мы замкнем такую вот цепь, получим наше КЗ. По проводу потечет сразу большое ток, который может просто раскалить и расплавить этот кусок провода.

В результате такого вот короткого замыкания будет возгорание проводника (его изоляции), вплоть до пожара, если этот проводник своим воспламенением переносит огонь на легковоспламеняющиеся вещи, что находятся поблизости. Кроме этого такое вот резкое, скачкообразное течение тока может быть вредным для самого аккумулятора. Он также в это время начинает нагреваться. А как известно аккумуляторы очень сильно не любят чрезмерного нагрева. Как минимум у них значительно после этого сокращается срок службы, а как максимум – выходят из строя и даже загораются и взрываются. Если такое короткое замыкание происходит, к примеру, с литиевым аккумулятором в телефоне (у которого нет электронной защиты внутри), в течении нескольких секунд происходит сильный нагрев, далее образуется пламя и взрыв.

Есть некоторые аккумуляторы, которые изначально рассчитаны на отдачу больших токов (тяговые аккумуляторы), но и у них полное короткое замыкание может привести к большим неприятностям. Ну, а что же происходит с напряжением во время короткого замыкания? Из школьной физики должно быть известно, что чем больше сила тока, тем большее падение напряжения на этом участке цепи. Следовательно, когда к источнику электропитания не подсоединено никакой нагрузки, на нем можно увидеть максимальное значение напряжения (это и есть ЭДС источника питания, его электродвижущая сила). Как только мы нагрузили этот источник питания, тут же появляется некое падение напряжения. И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Это мы рассмотрели вариант полного короткого замыкания, который происходит непосредственно на выводах источника питания. Да, вот, что еще стоит добавить про это. В случае аккумулятора будет происходит большая токовая нагрузка на внутренние части и химические вещества самого аккумулятора (электролит, пластины, выводы). В случае короткого замыкания на таких источниках питания как электрогенераторы токовая нагрузка ложится на обмотки этих генераторов, что приводит к ее чрезмерному нагреву и испорченности (ну и те цепи, что работают в генераторе после этой обмотки). Короткое замыкание на выводах различных блоков питания приводит к перегреву и выходу из строя самих электрических схем источников тока и вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание может случаться в самой электрической цепи проводки, схемы. В этом случае последствия также имеют крайне негативный характер. Но при этом сила тока уже будет, как правило, чуть меньше, чем в случае замыкания на выходе источника питания. К примеру, есть схема усилителя звука. Вдруг из-за плохой изоляции самих динамиков происходит короткое замыкание на звуковом выходе этого усилителя. В итоге, скорее всего выгорят выходные транзисторы, микросхемы, стоящей в последних каскадах усиления звука. Сам источник питания в этом случае может даже не пострадать, так как до него чрезмерная токовая нагрузка может не дойти. Думаю вы суть короткого замыкания уловили.

P.S. В любом случае явление электрического короткого замыкания приводит к плачевным последствиям. Для защиты от этого как правило применять обычные плавкие предохранители, автоматические выключатели, защитные схемы и т.д. Их задача заключается в быстром разрыве электрической цепи при резком увеличении силы тока. То есть, обычный предохранитель как бы является самым слабым звеном во всех электрической цепи. Как только сила тока резко возросла плавкая вставка просто плавится и разрывает цепь. Это в большинстве случаев приводит к тому, что прочие другие цепи в схеме остаются не поврежденными.

В этой статье рассмотрим главную головную боль любого электрика – короткое замыкание. При этом поясним, что такое ток короткого замыкания и развеем миф о том, что такое напряжение короткого замыкания, заодно обсудив, что коротыш (он же КЗ ) значит для электросети. Но сначала немного физики, что поможет вспомнить о том, что электричество – это передача электронами заряда от одной точки в другую. Последовательный и упорядоченный процесс. Но иногда в эту строгую последовательность вмешивается авария, и вот тут-то приходится вспомнить эти два слова «короткое замыкание».

Почему замыкание короткое, и кто в этом виноват?

Любая схема электрической цепи представляет собой «плюс» и «минус», как в любой батарейке. Если между ними поместить лампочку, она при замыкании цепи начнёт гореть. Правильно собранная цепь позволить гореть лампочке довольно долго, что успешно демонстрирует любой фонарик. Но давайте посмотрим, что случится, если мы просто соединим «плюс» и «минус» батарейки. Без лампочки и вообще без какого бы то ни было сопротивления. Да, в этой модели мы получим замыкание электропроводки в чистом виде. Провод между контактами батарейки нагреется, заряд почти мгновенно истощится и через пару секунд эта батарейка не зажжет ни одну лампочку. Вся энергия батарейки уйдёт на максимальный подъём силы тока короткого замыкания, разогрев провода и полное истощение ресурса. Такой опыт безопасен для экспериментатора, поскольку токи невелики.

Однако примерно то же самое произойдет, если в розетку сунуть ножницы, чтобы понять что случится. Ток, обнаружив самый короткий путь (ножницы) устремится в розетке именно через этот короткий путь от «плюса» к «минусу» (), забыв про остальные пути, на которых его ожидает сопротивление цепи. Отсюда и название этой неприятности – «короткое замыкание». Фактически, КЗ – это возможность для тока максимально быстро и с максимальным эффектом достигнуть от «плюса» «минуса». Ток при этом становится неразборчивым в средствах, на чем и построена защита от замыкания, и основные правила того, как избежать этой напасти.

Итак, короткое замыкание – это аварийная ситуация в электрической сети, где прохождение тока получает наиболее короткий и прямой путь для ликвидации потенциала (разности потенциала между «плюсом» и «минусом»), приводя к лавинообразному росту силы тока и сильному разогреву участка цепи, в котором произошло КЗ.

Отметим, что перманентное (непрерывное КЗ) имеет место и в сетях, в которых использованы силовые провода с недостаточным уровнем изоляции (низкое сопротивление изоляции), многочисленными лишними коммутациями (скрутки в распредкоробках, в линиях и пр.), а также во влажных зонах.

Выходит, что виноват в коротком замыкании кто угодно, но не электрик, который делал проводку? Не совсем так. Именно электрик обязан, прокладывая линию или, включая оконечное (проходное) устройство, обеспечить невозможность короткого замыкания. Иначе любая защита от короткого замыкания будет ни к чему. Чаще всего защита не справляется именно в щитках, собранных с нарушениями, что приводит к катастрофическим последствиям:

Немного подробнее о причинах короткого замыкания

  1. Неправильно заизолированные провода или физическое перемещение контактов в оконечных устройствах (сдвиг, поворот, иные действия способные соединить два провода).
  2. Повреждение изоляции кабелей при прокладке (в том числе скрытых) силовых линий или при работах по ремонту и отделке помещений.
  3. Использование в работе неисправных приборов (от патрона к лампе до клеммника и розетки), в которых есть прямая возможность возникновения короткого замыкания.
  4. Игнорирование замыканий электропроводки при работах (самая частая ошибка начинающих электриков), поскольку эффект КЗ не повторяется.
  5. «Плавающие», «спорадические» неисправности проводки, которым не уделено достаточно внимания из-за редких проявлений.

Это список наиболее частых причин коротких замыканий, выхода из строя квартирных и домашних электросетей, а также пожаров, которые сложно тушить по причине постоянной подпитки огня со стороны горящих кабелей. Очевидно, что такие неприятности не нужны никому.

Ещё несколько слов о физике короткого замыкания.

Вернёмся за парту, и вспомним, что при прохождении тока можно наблюдать, как падает сила тока при возрастании сопротивления проводника. Это тот самый фактор, благодаря которому ток короткого замыкания значительно превышает допустимые параметры. Так и работает защита от замыкания – отслеживает внезапные скачки силы тока, обесточивая «подозрительную» линию.

Не все вспомнят, что при снятии сопротивления в проводнике, также изменится ещё один параметр. Мы говорим о том, что напряжение короткого замыкания станет совсем уж подозрительным. А при наличии индуктивного фактора (например, человек с феном упал в ванну с водой) и вовсе нелинейным и не синусоидальным. При этом непосредственно короткого замыкания может и не быть, но защита от короткого замыкания работает и в этом случае – это автоматы отключения УЗО. Устройство защитного отключения, принцип действия которого исключает реагирование на изменение только силы тока.

Что оценивают защитные устройства, и что мы должны знать о КЗ, если не хотим, чтобы нас спасали только ?

  • Любая электросеть имеет точки нестабильности. Это контакты, клеммы, выключатели света и прочие автоматические выключатели, работающие на основе программ (например, датчик отслеживания освещённости). Каждая из этих точек потенциальный источник КЗ. Именно им электрик обязан уделить максимальное внимание при работах и монтаже;
  • Наличие заземления в сети. Вы удивитесь, но замыкание на землю (ноль) это наиболее безопасное КЗ. Да, оно тоже доставит много хлопот и неприятностей, но, по крайней мере, никого не убьет. Кроме того, заземление приборов позволяет оценить наличие пробоя изоляции и утечки ДО того, как короткое замыкание случится.

Заземлять в обязательном порядке необходимо микроволновую печь, посудомоечную и стиральную машины, морозильную камеру и духовой электрический шкаф. Посмотрите на заднюю панель микроволновки. Вы увидите прикрученный медный контакт. Это – заземление. Не стоит рассчитывать на вилку с контактами «ноль». Найдите специалиста, который заземлит эту печь. Такой же контакт Вы обнаружите на задней стенке электрического духового шкафа. На морозильной камере этот контакт будет, скорее всего, в зоне змеевика-охладителя. Это делается не просто так, поэтому не думайте, что вилка способна Вас защитить. Найдите способ такую технику «занулить» по-настоящему!

Кроме перечисленного, автоматы ещё определяют постоянный «баланс сети», отслеживая перегрузки и пиковые перепады как токов короткого замыкания (или близких по значению), так и напряжений. Но автоматы не станут панацеей, если произойдёт короткое замыкание на участке Вашей сети, который проложен с нарушениями требований и правил. Например, провод, проходящий под листом фанеры или другого горючего отделочного материала. О том, что произойдет при КЗ в таком месте ниже.

Процесс возникновения короткого замыкания. Время отключения, развитие процесса, последствия

Несмотря на кажущуюся «мгновенность», процесс короткого замыкания имеет хорошо описанные стадии при возникновении.

  • Возникновение несанкционированного мостика между двумя проводниками;
  • Пробой током «барьера изоляции» и возникновение новой, короткой, цепи в электрической схеме;
  • Перенаправление энергии, и возникновение тока короткого замыкания в новом участке;
  • Резкий рост силы тока, падение напряжения и быстрый разогрев нового участка «сопротивления» – проводов, в которых происходит короткое замыкание;
  • Расплавление проводов (нагрев не останавливается сам, и температуры нагрева существенно превышают температуры плавления сплавов и металлов) с одновременным возгоранием изоляции;
  • Срабатывание автоматов защиты, пытающихся обесточить проблемную зону;
  • Снятие напряжение и обесточивание линии;
  • Продолжающийся нагрев повреждённого участка сети (даже после обесточивания, поскольку нагрев значительно более длительный процесс) с возгоранием изоляции или проводов, если защита от замыкания не работала как надо;
  • Выход из строя участка сети, в котором произошло КЗ.

Всё это занимает примерно 2-4 секунды. Достаточное время для того, чтобы провод разогрелся до 1100 градусов и изоляция вспыхнула как спичка. Предотвратить короткое замыкание в этом случае не получится, только минимизировать урон. Несмотря на время, даже при визуальном наблюдении процесса замыкания электропроводки, возникновения КЗ, Вы просто не успеете ничего сделать. Поэтому несколько рекомендаций о том, как избежать такой беды

Если не можешь предотвратить – возглавь!

Эта фраза великого политического деятеля как нельзя лучше описывает ситуацию с электросетью, которой мы доверяем многое. И свою жизнь, и комфорт и почти всё имущество. Поэтому не будет лишним список простых рекомендаций.

Проверку новых электросетей и коммуникаций проводите с избыточными токами, моделируя перегрузку. Такое испытание надо проводить со специалистом, самостоятельно делать это опасно.

Не пренебрегайте замером сопротивления изоляции в готовой сети. Да, это стоит денег и занимает время, но такой замер исключит замыкание на землю, свойственное длинным кабелям, а также покажет наиболее опасные участки, которые возможно правильнее будет заменить.

На изображении видно, что дуга (пробой) может происходить и без физического контакта проводников. Именно поэтому, собирая розетки и выключатели, зачищайте изоляцию проводов только на участке, полностью убираемом в клемму! Не допускайте даже нескольких миллиметров оголённых проводов, иначе может случиться то, что на фото – электрическая дуга внутри прибора. Напомним, что при таком происшествии защита от короткого замыкания почти гарантированно опоздает с отключением линии!

Непродуманное наращивание и добавление линий без мер защиты – прямая дорога к замыканию и пожару. Это хороший пример того, что никогда нельзя делать.

Однажды одной даме, не очень сведущей в электротехнике, монтер сообщил причину пропадания света в ее квартире. Это оказалось короткое замыкание, и женщина потребовала немедленно его удлинить. Над этой историей можно посмеяться, но лучше все же рассмотреть эту неприятность подробнее. Специалистам-электрикам и без этой статьи известно, что это за явление, чем оно грозит и как рассчитать ток короткого замыкания. Изложенная ниже информация адресована людям, не имеющим технического образования, но, как и все прочие, не застрахованным от неприятностей, связанных с эксплуатацией техники, машин, производственного оборудования и самых обычных бытовых приборов. Каждому человеку важно знать, что такое короткое замыкание, каковы его причины, возможные последствия и методы его предотвращения. Не обойтись в этом описании и без знакомства с азами электротехнической науки. Не знающий их читатель может заскучать и не дочитать статью до конца.

Популярное изложение закона Ома

Независимо от того, каков характер тока электрической цепи, он возникает только в том случае, если существует разница потенциалов (или напряжение, это то же самое). Природа этого явления может быть объяснена на примере водопада: если есть разность уровней, вода течет в каком-то направлении, а когда нет – она стоит на месте. Даже школьникам известен закон Ома, согласно которому, ток тем больше, чем выше напряжение, и тем меньше, чем выше сопротивление, включенное в нагрузку:

I – величина тока, которую иногда называют «силой тока», хотя это не совсем грамотный перевод с немецкого языка. Измеряется в Амперах (А).

На самом деле силой (то есть причиной ускорения) ток сам по себе не обладает, что как раз и проявляется во время короткого замыкания. Этот термин уже стал привычным и употребляется часто, хотя преподаватели некоторых вузов, услышав из уст студента слова «сила тока» тут же ставят «неуд». «А как же огонь и дым, идущие от проводки во время короткого замыкания? – спросит настырный оппонент, – Это ли не сила?» Ответ на это замечание есть. Дело в том, что идеальных проводников не существует, и нагрев их обусловлен именно этим фактом. Если предположить, что R=0, то и тепло бы не выделялось, как ясно из закона Джоуля-Ленца, приведенного ниже.

U – та самая разница потенциалов, называемая также напряжением. Измеряется в Вольтах (у нас В, за границей V). Его также называют электродвижущей силой (ЭДС).

R – электрическое сопротивление, то есть способность материала препятствовать прохождению тока. У диэлектриков (изоляторов) оно большое, хотя и не бесконечное, у проводников – малое. Измеряется в Омах, но оценивается в качестве удельной величины. Само собой, что чем толще провод, тем он лучше проводит ток, а чем он длиннее, тем хуже. Поэтому удельное сопротивление измеряется в Омах, умноженных на квадратный миллиметр и деленных на метр. Кроме этого, на его величину влияет температура, чем она выше, тем больше сопротивление. Например, золотой проводник длиной в 1 метр и сечением в 1 кв. мм при 20 градусах Цельсия обладает общим сопротивлением 0,024 Ома.

Есть еще формула закона Ома для полной цепи, в нее введено внутреннее (собственное) сопротивление источника напряжения (ЭДС).

Две простых, но важных формулы

Понять причину, по которой возникает ток короткого замыкания, невозможно без усвоения еще одной нехитрой формулы. Мощность, потребляемая нагрузкой, равна (без учета реактивных составляющих, но о них позже) произведению тока на напряжение.

P – мощность, Ватт или Вольт-Ампер;

U – напряжение, Вольт;

I – ток, Ампер.

Мощность бесконечной не бывает, она всегда чем-то ограничена, поэтому при ее фиксированной величине при увеличении тока напряжение уменьшается. Зависимость этих двух параметров рабочей цепи, выраженная графически, называется вольт-амперной характеристикой.

И еще одна формула, необходимая для того, чтобы произвести расчет токов короткого замыкания, это закон Джоуля-Ленца. Она дает представление о том, сколько тепла выделяется при сопротивлении нагрузке, и очень проста. Проводник будет греться с интенсивностью, пропорциональной величинам напряжения и квадрата тока. И, конечно же, формула не обходится без времени, чем дольше раскаляется сопротивление, тем больше оно выделит тепла.

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Итак, читатель может считать, что освоил все главные физические закономерности для того, чтобы разобраться в том, какой может быть величина (ладно, пусть будет сила) тока короткого замыкания. Но сначала следует определиться с вопросом о том, что, собственно, это такое. КЗ (короткое замыкание) – это ситуация, при которой сопротивление нагрузки близко к нулю. Смотрим на формулу закона Ома. Если рассматривать его вариант для участка цепи, несложно понять, что ток будет стремиться к бесконечности. В полном варианте он будет ограничен сопротивлением источника ЭДС. В любом случае ток короткого замыкания очень велик, а по закону Джоуля-Ленца, чем он больше, тем сильнее греется проводник, по которому он идет. Причем зависимость не прямая, а квадратичная, то есть, если I увеличится стократно, то тепла выделится в десять тысяч раз больше. В этом и состоит опасность явления, приводящего порой к пожарам.

Провода накаляются докрасна (или добела), они передают эту энергию стенам, потолкам и другим предметам, которых касаются, и поджигают их. Если фаза в каком-то приборе касается нулевого проводника, возникает ток короткого замыкания источника, замкнутого на самого себя. Горючее основание электропроводки – страшный сон инспекторов пожарной охраны и причина многих штрафов, налагаемых на безответственных собственников зданий и помещений. И всему виной, конечно же, не законы Джоуля-Ленца и Ома, а пересохшая от старости изоляция, неаккуратно или безграмотно произведенный монтаж, повреждения механического характера или перегрузка проводки.

Однако и ток короткого замыкания, каким бы он ни был большим, также не бесконечен. На размеры бед, которые он может натворить, влияет продолжительность нагрева и параметры схемы электроснабжения.

Цепи переменного тока

Рассмотренные выше ситуации имели общий характер или касались цепей постоянного тока. В большинстве случаев электроснабжение и жилых, и промышленных объектов производится от сети переменного напряжения 220 или 380 Вольт. Неприятности с проводкой, рассчитанной на постоянный ток, чаще всего случаются в автомобилях.

Между этими двумя основными типами электропитания есть разница, и существенная. Дело в том, что прохождению переменного тока препятствуют дополнительные составляющие сопротивления, называемые реактивными и обусловленные волновой природой возникающих в них явлений. На переменный ток реагируют индуктивности и емкости. Ток короткого замыкания трансформатора ограничивается не только активным (или омическим, то есть таким, которое можно измерить карманным приборчиком-тестером) сопротивлением, но и его индуктивной составляющей. Второй тип нагрузки – емкостный. Относительно вектора активного тока векторы реактивных составляющих отклонены. Индуктивный ток отстает, а емкостный опережает его на 90 градусов.

Примером разницы поведения нагрузки, обладающей реактивной составляющей, может служить обычный динамик. Его некоторые любители громкой музыки перегружают до тех пор, пока диффузор магнитное поле не выбивает вперед. Катушка слетает с сердечника и тут же сгорает, потому что индуктивная составляющая ее напряжения уменьшается.

Виды КЗ

Ток короткого замыкания может возникать в разных цепях, подключенных к различным источникам постоянного или переменного тока. Проще всего дело обстоит с обычным плюсом, который вдруг соединился с минусом, минуя полезную нагрузку.

А вот с переменным током вариантов больше. Однофазный ток короткого замыкания возникает при соединении фазы с нейтралью или ее заземлении. В трехфазной сети может возникнуть нежелательный контакт между двумя фазами. Напряжение в 380 или более (при передаче энергии на большие расстояния по ЛЭП) вольт также может вызвать неприятные последствия, в том числе и дуговую вспышку в момент коммутации. Замкнуть может и все три (или четыре, вместе с нейтралью) провода одновременно, и ток трехфазного короткого замыкания будет течь по ним до тех пор, пока не сработает защитная автоматика.

Но и это еще не все. В роторах и статорах электрических машин (двигателей и генераторов) и трансформаторах порой случается такое неприятное явление, как межвитковое замыкание, при котором соседние петли провода образуют своеобразное кольцо. Этот замкнутый контур обладает крайне низким сопротивлением в сети переменного тока. Сила тока короткого замыкания в витках растет, это становится причиной нагрева всей машины. Собственно, если такая беда произошла, не следует ждать, пока оплавится вся изоляция и электромотор задымится. Обмотки машины нужно перематывать, для этого необходимо специальное оборудование. Это же касается и тех случаев, когда из-за «межвиткового» возник ток короткого замыкания трансформатора. Чем меньше обгорит изоляция, тем проще и дешевле будет перемотка.

Расчет величины тока при коротком замыкании

Каким бы ни было катастрофичным то или иное явление, для инженерной и прикладной науки важна его количественная оценка. Формула тока короткого замыкания очень похожа на закон Ома, просто к ней требуются некоторые пояснения. Итак:

I к.з.=Uph / (Zn + Zt),

I к.з. – величина тока короткого замыкания, А;

Uph – фазное напряжение, В;

Zn – полное (включая реактивную составляющую) сопротивление короткозамкнутой петли;

Zt – полное (включая реактивную составляющую) сопротивление трансформатора питания (силового), Ом.

Полные сопротивления определяются как гипотенуза прямоугольного треугольника, катеты которого представляют собой величины активного и реактивного (индуктивного) сопротивления. Это очень просто, нужно пользоваться теоремой Пифагора.

Несколько чаще, чем формула тока короткого замыкания, на практике используются экспериментально выведенные кривые. Они представляют собой зависимости величины I к.з. от длины проводника, сечения провода и мощности силового трансформатора. Графики представляют собой совокупность нисходящих по экспоненте линий, из которых остается лишь выбрать подходящую. Метод дает приблизительные результаты, но его точность вполне отвечает практическим потребностям инженеров по энергоснабжению.

Как проходит процесс

Кажется, что все происходит мгновенно. Что-то загудело, свет померк и тут же погас. На самом деле, как любое физическое явление, процесс можно мысленно растянуть, замедлить, проанализировать и разбить на фазы. До наступления аварийного момента цепь характеризуется установившимся значением тока, находящимся в пределах номинального режима. Внезапно полное сопротивление резко уменьшается до величины, близкой к нулю. Индуктивные составляющие (электродвигатели, дроссели и трансформаторы) нагрузки при этом как бы замедляют процесс роста тока. Таким образом, в первые микросекунды (до 0,01 сек) сила тока короткого замыкания источника напряжения остается практически неизменной и даже несколько снижается за счет начала переходного процесса. ЭДС его при этом постепенно достигает нулевого значения, затем проходит через него и устанавливается в каком-то стабилизированном значении, обеспечивающем протекание большого I к. з. Сам ток в момент переходного процесса представляет собой сумму из периодической и апериодической составляющих. Форма графика процесса анализируется, в результате чего можно определить постоянную величину времени, зависящую от угла наклона касательной к кривой разгона в точке ее перегиба (первой производной) и времени запаздывания, определяемого величиной реактивной (индуктивной) составляющей суммарного сопротивления.

Ударный ток КЗ

В технической литературе часто встречается термин «ударный ток короткого замыкания». Не следует пугаться этого понятия, оно вовсе не такое страшное и к поражению электричеством прямого отношения не имеет. Понятие это означает максимальное значение I к.з. в цепи переменного тока, достигающее своей величины обычно через полпериода после того, как возникла аварийная ситуация. При частоте 50 Гц период составляет 0,2 секунды, а его половина – соответственно 0,1 сек. В этот момент взаимодействие проводников, расположенных вблизи друг относительно друга, достигает наибольшей интенсивности. Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле, которую в этой статье, предназначенной не для специалистов и даже не для студентов, приводить не имеет смысла. Она доступна в специальной литературе и учебниках. Само по себе это математическое выражение не представляет особой сложности, но требует довольно объемных комментариев, углубляющих читателя в теорию электроцепей.

Полезное КЗ

Казалось бы, очевидный факт состоит в том, что короткое замыкание – явление крайне скверное, неприятное и нежелательное. Оно может привести в лучшем случае к обесточиванию объекта, отключению аварийной защитной аппаратуры, а в худшем – к выгоранию проводки и даже пожару. Следовательно, все силы нужно сосредоточить на том, чтобы избежать этой напасти. Однако расчет токов короткого замыкания имеет вполне реальный и практический смысл. Изобретено немало технических средств, работающих в режиме высоких токовых значений. Примером может служить обычный сварочный аппарат, особенно дуговой, замыкающий в момент эксплуатации практически накоротко электрод с заземлением. Другой вопрос состоит в том, что режимы эти носят кратковременный характер, а мощность трансформатора позволяет выдерживать эти перегрузки. При сварке в точке касания окончания электрода проходят огромные токи (они измеряются в десятках ампер), в результате чего выделяется достаточно тепла для местного расплавления металла и создания прочного шва.

Методы защиты

В первые же годы бурного развития электротехники, когда человечество еще отважно экспериментировало, внедряя гальванические приборы, изобретало различные виды генераторов, двигателей и освещения, возникла проблема защиты этих устройств от перегрузок и токов короткого замыкания. Самое простое ее решение состояло в последовательной с нагрузкой установке плавких элементов, которые разрушались под воздействием резистивного тепла, в случае если ток превышал установленное значение. Такие предохранители служат людям и сегодня, их главные достоинства состоят в простоте, надежности и дешевизне. Но есть у них и недостатки. Сама простота «пробки» (так назвали держатели плавких ставок за их специфическую форму) провоцирует пользователей после ее перегорания не мудрствовать лукаво, а заменять вышедшие из строя элементы первыми попавшимися под руку проволочками, скрепками, а то и гвоздями. Стоит ли упоминать о том, что такая защита от токов короткого замыкания не выполняет своей благородной функции?

На промышленных предприятиях для обесточивания перегруженных цепей автоматические выключатели начали использовать раньше, чем в квартирных щитках, но в последние десятилетия «пробки» были в основном заменены ими. «Автоматы» намного удобнее, их можно не менять, а включить, устранив причину КЗ и дождавшись, когда тепловые элементы остынут. Контакты у них иногда подгорают, в этом случае их лучше заменить и не пытаться почистить или починить. Более сложные дифференциальные автоматы при высокой стоимости не служат дольше обычных, но функционально их нагрузка шире, они отключают напряжение в случае минимальной утечки тока «на сторону», например при поражении человека током.

В обыденной же жизни экспериментировать с коротким замыканием не рекомендуется.

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?

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.

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.

Как его обнаружить и предотвратить?

Можно вспомнить всем известный закон Ома, который гласит: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». В случае с КЗ его величина – наоборот – очень велика, так как в замкнутой цепи начинает течь ток.

Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически производить замеры сопротивления проводки. Если вы самостоятельно не можете это делать, то стоит обратиться за помощью к специалистам. Они на профессиональном уровне проведут все измерения, касающиеся проводки, а также помогут провести испытание измерительных трансформаторов тока, что также убережет ваше оборудование и повысит пожарную безопасность.

4 Основные причины коротких замыканий

Короткое замыкание происходит, когда электричество отклоняется от намеченного пути и завершает свое путешествие по более короткому маршруту с меньшим сопротивлением. Это происходит, когда подача электроэнергии прерывается из-за неисправности установленной проводки. Если короткое замыкание в вашей электрической системе не будет обнаружено и своевременно не устранено, это может привести к искрам, дыму, возгоранию или поражению электрическим током.

Прежде чем мы перейдем к общим причинам короткого замыкания в доме, краткий научный урок поможет вам лучше понять, как работают электрические цепи.

 

Провода электрической цепи

Для замыкания цепи необходимы два провода: горячий провод (несущий отрицательный электрический заряд) и нейтральный провод (несущий положительный электрический заряд). Если в системе есть дефект и ток уходит по любому из этих проводов, то в дело вступает заземляющий провод. Заземляющий провод проходит параллельно горячему и нейтральному проводам и, по сути, является резервным проводом, который направляет ток обратно на землю, если он отклоняется от намеченного пути.Если в вашем доме нет системы заземления, он подвергается более высокому риску возгорания.

 

Короткое замыкание и замыкание на землю

Короткое замыкание и замыкание на землю — оба термина относятся к коротким замыканиям. Когда электрики используют термин «короткое замыкание», они обычно имеют в виду ситуацию, когда горячий провод касается нейтрального провода. С другой стороны, «замыкание на землю» происходит, когда горячий провод касается заземленной части вашей электрической системы, например, металлической настенной коробки или электроприбора.В обоих случаях большое количество тока выходит за пределы намеченного пути.

 

Распространенные причины короткого замыкания

1. Ослабленные соединения

Если крепления проводов ослабнут и провиснут, два провода могут столкнуться друг с другом и вызвать короткое замыкание. Если вы заметили соприкосновение горячего провода и нейтрального провода, не затягивайте провода самостоятельно; вы можете быть сильно потрясены. Вызовите электрика, чтобы решить проблему для вас.

 

2. Старение и устаревшая проводка

Провода и изоляция проводов со временем изнашиваются.Типичный срок службы электрической системы составляет 30–40 лет. Если ваша система старше, она может быть небезопасной.

Если ваш дом был построен в 1970-х годах или раньше, в нем все еще может быть алюминиевая проводка. Алюминий изнашивается быстрее и легче перегревается, чем медь, что подвергает ваш дом большему риску возгорания. Кроме того, старые системы электропроводки не были рассчитаны на то количество электроэнергии, которое требуется современным домам.

Если электрическая система вашего дома устаревает, возможно, пришло время обновить ее.Позвоните электрику, которому вы доверяете, чтобы провести осмотр и порекомендовать наилучший план действий.

 

3. Неисправность проводки прибора

Короткое замыкание в приборах может произойти из-за неисправной вилки, неисправного шнура питания или дефекта самого прибора.

 

4.

Поврежденная изоляция

Горячий и нейтральный провода имеют изоляцию для предотвращения соприкосновения двух проводов и возникновения короткого замыкания. Однако со временем эта изоляция может изнашиваться или повреждаться.Будьте осторожны, чтобы случайно не проколоть электрические провода, вставив гвозди и шурупы в стены. Также следите за тем, чтобы вредители не перегрызли изоляцию и проводку, регулярно проверяя места для обхода и ремонтируя любые трещины или дыры, которые вы видите по всему дому.

 

Как узнать, есть ли у вас короткая

Если в вашей электрической системе есть короткое замыкание, обычно это довольно очевидно. Могут перегореть предохранители или автоматический выключатель может срабатывать неоднократно. Часто при возникновении этих событий вы будете слышать громкий хлопок.Если вы часто сталкиваетесь с такими явлениями, как можно скорее вызовите электрика для проверки вашей системы.

 

Если вы считаете, что где-то в вашей домашней электросети произошло короткое замыкание, обратитесь к электрику, имеющему опыт устранения этих проблем. Чтобы получить дополнительную информацию, советы и рекомендации по электричеству в вашем доме или офисе, подпишитесь на наш блог!

4.4.1 Затухающие волны акустическая длина волны (см.4.11). Принимая во внимание результаты исследования плоских волн, можно было бы ожидать, что затухающие волны будут генерироваться, когда длина акустической волны больше, чем длина волны в осевом и/или окружном направлении. Однако, в отличие от случая плоской волны, существует разница между аксиальным и окружным случаями: первый приводит к истинному экспоненциальному затуханию, а второй – к степенному затуханию. Мы рассмотрим оба случая. Длина волны в окружном направлении определяется как

(4.59)λo=2πa/n.

, где 2π a — длина окружности, а n — количество полных циклов по окружности.

Сначала рассмотрим осевой случай. Когда длина волны в аксиальном направлении меньше, чем длина акустической волны λ(λ=2π/k), тогда можно было бы ожидать спада энергии с поверхности при r = a . Эти затухающие нераспространяющиеся волны называются дозвуковыми или затухающими волнами и демонстрируют экспоненциальное затухание при удалении от поверхности.То есть, когда λ z < λ, тогда k z > k и k r , заданные в уравнении. (4.58) становится чисто мнимым числом. В этом случае уравнение (4.58) можно записать как

(4.60)pn(r,kz)=Kn(kr′r)Kn(kr′a)pn(a,kz),

с

(4.61)kr′≡ kz2−k2,

и K n — модифицированная функция Бесселя, возникающая, когда аргумент функции Ханкеля является мнимым, уравнение (4.34) на стр. 120.На рис. 4.4 показано, что Kn(kr′r) в числителе уравнения (4.60) показывает сильный спад при увеличении r . Чтобы показать это математически, мы предполагаем, что аргументы модифицированных функций Бесселя велики, и используем их асимптотические формы, уравнение (4.39), чтобы получить

(4.62)Kn(kr′r)Kn(kr′a)undefined≈are−kr′(r−a).

Таким образом, амплитуда винтовой волны P n экспоненциально затухает в r , указывая на исчезающую волну. Можно показать, что радиальная скорость для этой волны находится в квадратуре по фазе с давлением, так что эта волна не уносит никакой энергии от оболочки.

Теперь рассмотрим условия затухания в окружном направлении, которые возникают, когда окружная длина волны λ o меньше λ. Предположим, что осевая волна сверхзвуковая, т. е. k z < k , а k r — реальное. В частности, установите k z = 0 (бесконечная осевая длина волны) и обратите внимание, что уравнение (4.58), т. е. функции Ганкеля действительного аргумента управляют распадом.При r >> n отношение функций Ганкеля приближается к

ареикр(r−a).

, и поле затухает, как и ожидалось для цилиндрической волны, пропорционально квадратному корню из радиального расстояния. Здесь нет мимолетного поведения. Однако, поскольку λ o < λ, можно ожидать некоторого короткого замыкания излучения этой волны с поверхности r = a , так как среда поддерживает излучение только на характерной длине волны λ, как следует из Волновое уравнение Гельмгольца.Более того, это короткое замыкание должно стать более полным по мере увеличения индекса функции Ганкеля n , так как n — это число длин волн, умещающихся по окружности цилиндра (см. уравнение (4.59)).

Это короткое замыкание может быть продемонстрировано математически, если оставить фиксированным аргумент функций Ганкеля и позволить увеличить порядок, чтобы мы могли использовать асимптотические разложения для больших порядков. 2 В этом случае асимптотическое разложение ( n → ∞) для функции Ганкеля равно

(4.63)Hn(ζ)≈12πn(eζ2n)n−i2πn(eζ2n)−n.

где ζ = k r r = kr , так как мы положили k z = 0. Когда ζ/ n < 1, то действительную часть уравнения можно игнорировать. (4.63) и второе слагаемое предсказывает, что функция Ханкеля будет затухать как (1/ kr ) n . Используя этот результат для двух функций Ганкеля в уравнении. (4.58) находим, что n-я компонента давления P n становится

(4.64)pn(r,0)≈(ar)npn(a,0).

Это уравнение выполняется, когда kr < n , что эквивалентно условию затухающей волны

(4.65)2πrλ

Отношение в левой части представляет собой количество длин волн, которые соответствуют окружности волнового фронта радиусом r . Таким образом, всякий раз, когда число длин волн меньше n, P n будет убывать обратно пропорционально n -й степени расстояния.Это популярное мимолетное состояние. Однако, в отличие от затухающих волн, генерируемых в осевом случае, уравнение. Согласно (4.62), эти волны затухают не экспоненциально, а по степенному закону. Кроме того, можно показать, что радиальная скорость больше не отличается по фазе от давления на 90 градусов, так что небольшая часть энергии излучается в сторону от цилиндра.

Рисунок 4.12 иллюстрирует затухание по степенному закону. Здесь точные значения отношения функций Ганкеля нанесены как функция 20log(r/a), с k z нулями и ka = 5, для трех различных значений n.Логарифмическая абсцисса выбрана таким образом, чтобы степенное затухание ближнего поля обозначалось линиями постоянного наклона. Обратите внимание, что максимальное значение по оси абсцисс представляет собой r значение 10 a , что соответствует 20 дБ. На рисунке показано, что каждую кривую можно приблизительно разбить на два прямолинейных сегмента: ближнее поле со степенным законом и дальнее поле с цилиндрическим расширением. Асимптоты, показанные на рисунке, представляют линии точного степенного закона, как они помечены. Из рисунка видно, например, что составляющая n = 20 давления затухла примерно на 110 дБ на расстоянии, равном удвоенному a (значение по оси абсцисс 6 дБ). Отрезки вертикальных линий, нарисованные на каждой кривой, представляют собой значение по оси абсцисс, когда число длин волн на окружности равно n, условие равенства уравнения (4.65) выше. Обратите внимание, что эти линии разделяют различные области наклона на каждой кривой. Справа от этих линий волна цилиндрически растекается, а слева затухает.

Другой способ объяснить кривые на рис. 4.12 состоит в том, чтобы отметить, что по мере того, как спиральная волна распространяется наружу, окружная длина волны (определяемая как 2π r / n ) увеличивается из-за расширения окружности.В какой-то момент уравнение (4.65) перестает быть верным, и длина волны в окружном направлении становится больше, чем акустическая длина волны. В этой точке λ ϕ = λ и исчезающее распространение становится неисчезающим, распространяясь цилиндрически из этой точки в дальнее поле. Спиральная волна больше не находится в состоянии короткого замыкания.

Рисунок 4.12. Отношение дБ функций Ганкеля, когда ка = 5,0 и k z = 0. Нарисованные асимптоты показывают, как в ближнем поле преобладает степенной спад давления, пропорциональный ( r / ) n .Вертикальные засечки указывают приблизительную точку, в которой распространение изменяется от степенного к цилиндрическому расширению, указывая на переход от мимолетного к не исчезающему распространению.

Руководство — Короткое замыкание — Короткое замыкание #01

С выпуском Короткое замыкание мы надеемся, что каждый выпуск будет добавлять что-то новое, чтобы вдохновлять, восхищать, волновать и бросать вызов читателям, перенося их за пределы их повседневной жизни, если даже на пять минут. Иногда Короткое замыкание будет тематическим; иногда не будет.Если вы отправили статью в апреле, и она не была опубликована в следующем Short Circuit , это не обязательно означает, что она не была выбрана. Просто может быть, что это просто не подходит для этой конкретной проблемы.

Пожалуйста, дайте нашей редакции до 4 месяцев, чтобы ответить вам по поводу вашей заявки.

Инструкции

  • Все материалы должны быть отправлены через эту платформу для отправки в формате копирования/вставки. Мы не можем отвечать на нежелательные материалы по почте или электронной почте.

  • Мы приветствуем материалы как от известных, так и начинающих писателей.

  • Материалы должны быть рассказами и стихотворениями из максимум 7500 знаков (включая пробелы) или детскими произведениями из максимум 7005 знаков
  • 0 .

  • Что касается поэзии: поскольку ширина бумаги для диспенсера составляет всего 8 см, мы советуем вам принять это во внимание при оформлении ваших стихов. Одна строка на диспенсере содержит примерно 40 символов , включая пробелы.

  • Работы должны быть ранее не опубликованы в печати или в Интернете, в том числе в личных блогах.

  • Мы принимаем только художественные произведения любого стиля и жанра, кроме эротики.

  • Мы платим 100 евро за каждый выбранный рассказ и 50 евро за каждое стихотворение в качестве аванса гонорара, который каждый автор будет получать ежегодно по подписке на Распределитель коротких рассказов.

  • Каждое выбранное произведение будет опубликовано как часть Короткое замыкание в наших диспенсерах рассказов по всему миру и на нашем веб-сайте, краткое издание.ком / ан.

  • Одновременное представление принимается , но, пожалуйста, сообщите нам как можно скорее, если ваша работа будет принята для публикации в другом месте.

  • Что касается прав на вашу работу , мы просим:
    • эксклюзивное право на публикацию вашей работы в наших диспенсерах коротких рассказов или в любом подобном торговом автомате.
    • неисключительное право на использование или адаптацию вашего произведения в качестве основы для аудио.
    • неисключительное право на публикацию вашей работы через все другие средства массовой информации, например, на нашем веб-сайте.

  • При подаче нескольких заявок мы принимаем:
    • до 3 стихотворений,
    • до 2 детских произведений,
    • и 1 рассказ одновременно.

  • Подробно ознакомьтесь с нашими Условиями публикации здесь . Отправка вашей работы через эту платформу отправки означает согласие с полными Условиями публикации.

  • Скорость ответа может составлять от нескольких дней до четырех месяцев , в зависимости от количества полученных нами материалов.

Отправить »

Исследование короткого замыкания и его значение в энергосистемах

Дата публикации: 2 октября 2020 г. Последнее обновление: 2 октября 2020 г. Абдур Рехман

Чтобы понять значение анализа короткого замыкания, мы должны сначала понять, что это такое на самом деле? После этого мы подробно обсудим важность и применение анализа короткого замыкания.

Прочитав это руководство, вы сможете объяснить значение анализа короткого замыкания и сможете легко объяснить последствия короткого замыкания в энергосистемах.

👉🏼 Мы запустили новый курс, т. е. IEEE 1584-2018 (Руководство по расчету опасности вспышки дуги) . В этом курсе мы рассказали о введении, истории и некоторых основных изменениях в утвержденном стандарте IEEE 1584-2018. В настоящее время мы предлагаем скидку 50% в течение ограниченного времени. Мы надеемся, что вы присоединитесь к нам и получите от этого пользу.

Что такое короткое замыкание?

Итак, короткое замыкание происходит, когда часть проводника с током касается или вступает в контакт с другим проводом или частью цепи и дает электричеству путь с меньшим сопротивлением течению.

Пример короткого замыкания.

Если провод с неисправной изоляцией оголяется и касается другого провода, по нему потечет ток и произойдет короткое замыкание.

 


Проще говоря, короткое замыкание — это просто соединение с низким сопротивлением между двумя проводниками, подающими электроэнергию в любую цепь.

Это приводит к избыточному току, протекающему в энергосистемах по пути низкого сопротивления, и может даже привести к выходу из строя источника питания, а также к еще большему нагреву и пожарам.

Вот почему мы обязаны провести всестороннее исследование короткого замыкания и использовать соответствующие защитные устройства для противодействия токам короткого замыкания в энергосистемах.

Чем опасно короткое замыкание?

Далее следует рассмотреть летальность тока короткого замыкания и чем он опасен для любого работающего поблизости персонала или для оборудования энергосистем? В нормальных условиях ток, протекающий в энергосистеме, представляет собой номинальный ток оборудования, при котором это оборудование или устройство должны работать.

При нормальном номинальном токе и пусковом токе (в 4-6 раз больше нормального номинального тока во время пуска устройства, такого как двигатель и т. д.), защитные устройства не предназначены для срабатывания.

Нашей основной задачей является обеспечение срабатывания защитного устройства при любых неисправностях, таких как короткое замыкание, вспышка дуги, грозовые перенапряжения и т. д. при нормальных условиях.

Если необычно высокие токи короткого замыкания превышают возможности защитных устройств (предохранителей, автоматических выключателей, реле и т.) это может привести к большому и быстрому выделению энергии в виде тепла, интенсивных магнитных полей и даже потенциально в виде взрывов, известных как дуговой разряд.

Тепло может повредить или разрушить изоляцию проводки и электрические компоненты. Взрыв дуги создает ударную волну, которая может переносить испаренный или расплавленный металл и может быть фатальной для незащищенных людей, находящихся поблизости.

Расчет тока короткого замыкания необходим для правильного выбора типа, отключающей способности и характеристик срабатывания защитных устройств.

Результаты расчетов токов короткого замыкания также используются для определения требуемых номиналов короткого замыкания компонентов системы распределения электроэнергии, включая переключатели шины, приводы с регулируемой скоростью, распределительные щиты, центры нагрузки и панели управления. При расчете максимального тока короткого замыкания необходимо определить общий вклад всех генераторов, которые могут быть включены параллельно, и вклад нагрузки от асинхронных и синхронных двигателей.

Почему короткое замыкание важно в энергосистеме?

Как мы уже говорили об основах исследования короткого замыкания.Теперь рассмотрим, почему анализ короткого замыкания является основным требованием для защиты энергосистем?

Короче говоря, исследование короткого замыкания очень важно в энергосистемах. В дополнение к тому, что это является обязательным условием изучения вспышки дуги. Без проведения анализа короткого замыкания мы не можем приступить к изучению вспышки дуги, что является рекомендуемой практикой для любой отрасли энергосистем.

NFPA 70E 2018 (Стандарт электробезопасности на рабочем месте) также рекомендует проводить исследование вспышки дуги не реже одного раза в 5 лет или всякий раз, когда на объекте происходят серьезные изменения.Ознакомьтесь с нашей краткой статьей об изучении вспышки дуги и ее важности для быстрого ознакомления с основами!

«Анализ короткого замыкания необходим для того, чтобы убедиться, что существующие и новые номинальные характеристики оборудования соответствуют допустимому току короткого замыкания в каждой точке системы электроснабжения».

 

Чтобы правильно понять важность исследования короткого замыкания, мы разделили его на пункты, ознакомьтесь с ними ниже!

  • Исследование короткого замыкания используется для определения доступного тока короткого замыкания или тока короткого замыкания в каждой точке системы.
  • На основе этого исследования инженеры по энергосистемам могут легко определить требуемую отключающую способность автоматических выключателей, что является основой для проектирования надлежащей системы релейной защиты. Ознакомьтесь с курсом «Основы защиты энергосистемы» , в котором мы кратко обсудили «Типы реле защиты и требования к конструкции».
  • Анализ короткого замыкания поможет обеспечить защиту персонала и оборудования путем установления надлежащих номиналов отключения защитных устройств (автоматический выключатель и предохранители).
  • Результаты исследований короткого замыкания используются для прогнозирования уровней энергии инцидента и завершения детального исследования координации защитных устройств

Короче говоря, наша цель – как можно раньше прервать ток повреждения, и это может быть достигнуто с помощью настроек защитного устройства.

Если ток короткого замыкания превышает номинальный ток отключения или SCCR (номинальный ток короткого замыкания) защитного устройства, последствия могут быть разрушительными.Это может представлять серьезную угрозу для жизни человека и способно привести к травмам, значительному повреждению оборудования.

В системах среднего и высокого напряжения требуется анализ короткого замыкания для определения как номинальных характеристик распределительного устройства, так и настроек реле. Никакое оборудование подстанции не может быть установлено без знания значений короткого замыкания для всей системы распределения электроэнергии.

Расчеты короткого замыкания должны поддерживаться и периодически обновляться для защиты оборудования и жизни персонала.Небезопасно предполагать, что новое оборудование правильно оценено!

Новейшее программное обеспечение для изучения короткого замыкания

Во всем мире доступно различное международно признанное программное обеспечение, которое можно использовать для исследования коротких замыканий на коммерческих и промышленных объектах. Самыми популярными и широко используемыми являются следующие:

  1. ЭТАП
  2. Электроинструменты SKM
  3. Легкая сила

В следующей статье мы подробно обсудим, как выполнять расчеты короткого замыкания? Так что оставайтесь с нами, чтобы не пропустить новые блоги по энергетике.


  • Об авторе

    Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в сфере коммунального хозяйства, так и в промышленной и коммерческой сфере. Он уделяет особое внимание защите энергетических систем и инженерным исследованиям.

 

Как устранить короткое замыкание в электрической системе вашего дома

Срабатывает ли какой-либо из автоматических выключателей даже после его сброса? Считаете ли вы, что в вашей электрической системе произошло короткое замыкание? Вы знаете, как исправить короткие замыкания?

Если автоматический выключатель срабатывает постоянно, вероятно, возникла проблема с коротким замыканием. Устранение неполадок короткого замыкания может быть легким делом, если оно находится в легкодоступном месте, и трудным делом, если оно находится в скрытом месте.

Прочтите эту статью до конца и узнайте, как приступить к устранению короткого замыкания.

Инструменты, необходимые для этого урока

  • Инструмент для поиска коротких замыканий. Использование трассировщика цепей позволит вам определить местонахождение короткого замыкания в кабеле, даже если у вас нет большого опыта. Вы также можете использовать его в линиях, которые не имеют питания, так как этот инструмент питается от батареи.
  • Стыковые соединители для соединения проводов. Можно использовать любой соединитель, но рекомендуется использовать стыковые соединители с термоусадкой, поскольку они обеспечивают надежное соединение. Кроме того, термоусадочные соединители придают превосходный или профессиональный вид.
  • Термоусадочная трубка для фиксации отремонтированного провода
  • Кримпер или термопистолет в зависимости от типа используемого стыкового соединителя
  • Кусачки для резки короткозамкнутого провода
  • Инструмент для снятия изоляции с кабеля на замену
  • Отвертки для снятия розетки или розетки
  • Дополнительный провод, если требуется замена линии
  • Гибкий провод необходим для протягивания сменного кабеля через кабелепровод

Как устранить короткое замыкание в электрической системе

Первое, что вам нужно сделать, это определить короткое замыкание в вашей электрической системе. Если срабатывание автоматического выключателя происходит только при подключении определенного устройства, проблема может заключаться в нем. Для решения этой проблемы вам необходимо вызвать профессионального мастера для ремонта.

Но если выключатель срабатывает, даже если ни один блок в данный момент не подключен, возможно, короткое замыкание в ваших линиях. Вот пошаговое руководство по устранению линий короткого замыкания в электрической системе.

Шаг 1. Найдите короткую позицию в вашей линии

Чтобы устранить короткое замыкание в линии, сначала определите точное положение закороченного провода.Используйте передатчик и приемник трассировщика цепей, чтобы легко найти закороченные линии, даже если они находятся за стеной. Вы можете посмотреть это видео на канале Spark, в котором показано, как использовать трассировщик цепей, чтобы узнать, как это сделать.

Заключение

Лучший способ починить выключатель короткого замыкания — заменить его новым. Тем не менее, эта статья поможет вам понять, как правильно устранять короткие замыкания.

Вам понравилось читать эту статью? Вы сталкивались с устранением короткого замыкания в электрической системе? Поделитесь своим опытом в комментариях ниже!

Что такое короткое замыкание и чем оно опасно?

Электроэнергетические системы промышленных предприятий, коммерческих и административных зданий предназначены для безопасного и надежного обслуживания нагрузок.Электрическое короткое замыкание является опасным явлением. Ниже я объясню определение короткого замыкания простыми словами, и вы точно поймете, что это такое.

Что такое короткое замыкание в электричестве?

Короткое замыкание представляет собой перегрузку по току, вызванную незначительным замыканием импеданса между проводниками с разными потенциалами. Это случайно и может быть из-за неуклюжести или дефекта оборудования.

Короткое замыкание опасно тем, что при коротком замыкании сопротивление цепи падает почти до нуля. Это быстро увеличивает ток и нагревает проводники или оборудование.

Что вызывает короткое замыкание?

Короткое замыкание обычно возникает из-за случайного прикосновения или изношенной изоляции. Короткое замыкание более опасно, чем перегрузка, поскольку повреждение происходит почти мгновенно. Примеры коротких замыканий включают случайное касание двух или более проводников, прикосновение кого-либо к проводникам под напряжением или падение инструментов на проводники под напряжением или случайное соединение между проводниками под напряжением и землей.Такие замыкания на землю могут варьироваться от нескольких ампер до максимально доступного тока короткого замыкания.

Должны быть предусмотрены защитные устройства для ограничения и отключения токов короткого замыкания до того, как их тепловое (нагрев проводников, электрические дуги) и механическое (электродинамические силы) воздействия станут вредными и опасными. Защита от коротких замыканий может быть обеспечена предохранителями и автоматическими выключателями. Их отключающая способность и время размыкания цепи должны соответствовать защищаемой цепи.

Чем опасно короткое замыкание?

При коротком замыкании электрический ток может в сотни и тысячи раз превышать нормальный рабочий ток. Короткие замыкания высокого уровня могут быть до 30 кА или 200 кА. Это может иметь серьезные негативные последствия.

Короткое замыкание должно быть прервано как можно быстрее, чтобы свести к минимуму ущерб, который может включать:

  • Высокие магнитные силы, которые деформируют и деформируют сборные шины и связанные с ними крепления, не подлежащие ремонту.
  • Серьезное повреждение изоляции.
  • Плавление или испарение проводников.
  • Испаряющийся металл, включая сборные шины в электрооборудовании.
  • Ионизированные газы.
  • Дуговые пожары.
  • Взрывы.

Может ли короткое замыкание убить вас?

Короткое замыкание может убить человека. При коротком замыкании ток обходит обычную нагрузку. Токи короткого замыкания могут варьироваться от долей ампера до 200 000 ампер и более.

Как короткое замыкание может вызвать пожар?

Короткое замыкание обычно возникает, когда к потребляющему устройству подводится провод с низким сопротивлением. Большее количество электронов будет течь по пути наименьшего сопротивления, а не через потребляющее устройство. Короткое замыкание обычно создает избыточный ток в кабелях, что приводит к перегреву и возможному возгоранию.

Что используется в электрической цепи для предотвращения короткого замыкания?

Патронные предохранители, предохранители HRC, миниатюрные автоматические выключатели, автоматические выключатели в литом корпусе, воздушные автоматические выключатели, ручные пускатели двигателей могут использоваться для предотвращения короткого замыкания. Эти устройства быстро срабатывают, как только обнаруживают короткое замыкание.

Если вы хотите узнать больше о коротких замыканиях, вы можете проверить и купить эту замечательную книгу:

Продолжить чтение

Как найти короткое замыкание в машине

Автомобили — это больше, чем просто набор интегрированных механических частей. Они также используют очень сложные системы электропроводки и цепей. При правильной работе электрические системы наших автомобилей позволяют нам пользоваться современными удобствами, такими как наши стереосистемы, внутреннее освещение и даже голографические дисплеи спидометра.

Однако цепи наших автомобилей также могут время от времени замыкаться. Короткое замыкание в вашем автомобиле может вызвать долгосрочные проблемы, которые могут повлиять на общий контроль над автомобилем. Иногда они могут быть даже опасными, в зависимости от места электрической неисправности. Поэтому знание того, как найти короткое замыкание в автомобиле, необходимо, если вы планируете устранить повреждение самостоятельно или хотите определить, безопасно ли управлять вашим автомобилем, пока вы не сможете его устранить.

В этом руководстве вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы определить местонахождение короткого замыкания, даже если у вас нет большого опыта в обслуживании автомобилей.Итак, приступим!

Что такое короткая?

В двух словах, «короткое замыкание» — это неисправность жгута проводов вашего автомобиля — жгут проводов шунтирует или переключает электричество между различными цепями, прежде чем оно достигнет конечного пункта назначения.

Короткие замыкания легче понять, если сравнить их с разомкнутыми цепями, которые вообще не позволяют току течь. Обе проблемы связаны с электричеством, но короткие замыкания имеют четкие признаки и вызывают разные проблемы.

Как работают цепи в автомобиле?

Чтобы полностью понять, что такое короткое замыкание, вам в первую очередь нужно знать, как электричество проходит через ваш автомобиль.

Электрическую систему вашего автомобиля можно условно разделить на цепи датчиков и исполнительных механизмов. Цепи датчиков — это те, которые управляют кислородными датчиками, датчиками света, датчиками скорости и т. д. Цепи привода предназначены, например, для двигателей или освещения.

Цепь первичного датчика — это провод, который проходит между датчиком температуры охлаждающей жидкости двигателя (ECT) вашего автомобиля и модулем управления двигателем (ECM).Эти два компонента расположены за перчаточным ящиком и двигателем в большинстве автомобилей соответственно.

Пока проводка полностью цела, электричество может свободно течь между обоими компонентами. В приведенном выше примере модуль ECM может подавать опорное напряжение 5 В на ECT, что заставляет ECT регулировать свое сопротивление в зависимости от температуры.

Хотя все это звучит очень технически, не волнуйтесь. Суть в следующем: электрическая система вашего автомобиля работает правильно только тогда, когда проводка цела и не прерывается.Когда возникает короткое замыкание, электричество не может течь должным образом, а это означает, что электричество уходит куда-то еще (что может привести к повреждению) и/или некоторые компоненты не будут работать должным образом.

Как выглядит короткое замыкание?

Короткие замыкания подразделяются на два типа:

  • Короткое замыкание на землю происходит, когда ток течет из цепи в корпус автомобиля. Это может произойти, если провод теряет свою изоляцию или натирается, позволяя электричеству передаваться от провода к вашему автомобилю.Когда происходит замыкание на землю, вы можете увидеть перегоревшие предохранители, неработающие компоненты или индикаторы и т. д.
  • Короткое замыкание на цепь питания возникает в основном в жгуте проводов, где многочисленные цепи сгруппированы близко друг к другу. Когда перерезанный или потертый провод соприкасается с другим, ток может течь там, где он не предназначен. Например, это может привести к тому, что переключатель фар непреднамеренно подаст питание на звуковой сигнал автомобиля, или даже загорится фара, когда вы нажмете на тормоз.

Само собой разумеется, что оба типа коротких замыканий нежелательны. Но понимание разницы между ними поможет вам определить, с каким типом короткого замыкания вы столкнулись, и поможет вам быстрее найти проблему.

Как определить место короткого замыкания в автомобиле

Поиск короткого замыкания в автомобиле — это трудоемкий процесс, независимо от вашего уровня опыта или количества инструментов, имеющихся в вашем распоряжении.

Для начала вам потребуется несколько основных единиц оборудования, в том числе EWD (электросхема). EWD — это таблица с цветовой кодировкой, которая помогает ориентироваться в электрических системах вашего автомобиля. Мы также рекомендуем приобрести мультиметр или контрольную лампу, а также любые другие инструменты, необходимые для вскрытия жгута проводов и внутренних панелей вашего автомобиля (например, отвертки, гаечные ключи и т. д.).

Схема электрических цепей вашего автомобиля

Чтобы начать поиск и устранение неисправностей в электрической цепи, откройте жгут проводов вашего автомобиля и обратитесь к своему EWD. Определите различные провода и цепи, на которые вы смотрите, чтобы вы знали, куда идти дальше.Цвета проводов должны соответствовать цветам, указанным в EWD, хотя они могут различаться в зависимости от того, где вы приобрели свой EWD.

Проверка предохранителей по очереди

В вашем жгуте проводов должен быть набор предохранителей для различных систем электропроводки вашего автомобиля.

Для проверки предохранителей и выявления легкодоступных мест короткого замыкания:

  • Извлеките предохранитель наугад и подключите контрольную лампу к клеммам гнезда предохранителя (место, где предохранитель соединяется с электрической системой). ).Контрольная лампочка загорается при обнаружении электрического тока. Если у вас нет контрольной лампы, вы можете использовать мультиметр, который точно так же измеряет электрическую непрерывность.
  • В этом примере, если контрольная лампа не загорается, это может указывать на то, что ток не течет к этому предохранителю, поэтому неисправный провод, вероятно, находится где-то на этом конкретном пути. Найдите провод с помощью EWD и внимательно осмотрите его.
  • Повторите процедуру для каждого предохранителя, чтобы сузить проблемную область

Проверка наличия неисправностей вдоль провода

Если вы подозреваете, что проблема связана с определенным проводом, вы можете отсоединить разъем провода либо на датчике или загрузить конечные точки.Используйте тестовую лампочку и посмотрите, когда она погаснет, или посмотрите, когда мультиметр перестанет издавать звуковой сигнал. В любом случае, вы можете использовать этот процесс, чтобы сузить область возникновения неисправности — перестает ли ток течь на датчике или ближе к нагрузке?

Например, скажите, что вы переподключаете провод и предохранитель для фар. Если вы обнаружите, что контрольная лампа гаснет на полпути цепи, например, ближе к выключателю фары, вы будете знать, что проблема короткого замыкания возникает между выключателем и нагрузкой, а не между фарой и нагрузкой.Затем вы можете открыть обшивку вашего автомобиля и внимательно изучить проводку, чтобы увидеть, сможете ли вы найти проблему.

Осмотрите любую видимую проводку

Вы также можете сэкономить немного усилий и сначала проверить любую видимую проводку. Возможно, вам повезет, и вы найдете изношенный или потертый провод, который сможете сразу же приступить к ремонту. Тем не менее, проводка большинства автомобилей тщательно спрятана, поэтому, скорее всего, вам придется открыть хотя бы несколько панелей, чтобы найти проблему.

Проверка цепи 5 В

Если вы подозреваете, что короткое замыкание связано с 5-вольтовой цепью, используемой ECM для управления коробкой передач и двигателем, вы можете отключить аккумулятор и ECM один за другим. .Для измерения непрерывности используйте мультиметр и щуп между цепью и кузовом автомобиля или цепью и двигателем. Это позволит вам обнаружить электрические колебания и примерно определить, где находится короткое замыкание.

После обнаружения короткого замыкания

Помните, что обнаружение короткого замыкания в автомобиле — это только начало процесса. После обнаружения вам все равно нужно будет отремонтировать электрическую проводку, которая вызывает проблему. Если вам повезет, это будет относительно быстрое исправление, и вам просто потребуется отремонтировать корпус провода.Другие проблемы могут потребовать полной замены провода.

Резюме

Знание того, как быстро найти короткое замыкание, может избавить вас от многих головных болей и обеспечить безопасное и полностью функциональное транспортное средство. Хотя это может быть утомительно, использование упомянутого выше руководства должно предоставить вам информацию, необходимую для выявления и устранения любого короткого замыкания, которое происходит в вашем автомобиле.

Оставить комментарий