Сила тока и напряжение короткого замыкания
Напряжение короткого замыкания — значение напряжения, которое подается на одну из обмоток трансформатора, чтобы в цепи возник электрический ток. Остальные обмотки в это время должны быть закорочены. Это значение определяет падение напряжения на трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток непреднамеренного замыкания. Выражается оно в процентном отношении к номинальному напряжению.
Причины возникновения
Замыкание в цепи считается незапланированным, нештатным соединением проводников, при котором возникают разрушающие токи. Любое подключение электрическрго прибора в розетку тоже считается коротким замыканием, но уже плановым. Источник потребления электроэнергии является сопротивлением, которое воспринимает всю нагрузку короткого замыкания.
Если значение этого сопротивления будет стремиться к нулю, то, согласно закону Ома, для электрической цепи, ток возрастает до такой величины, что происходит сильный нагрев и разрушение проводников. Причины возникновения негативного явления:
- Кратковременное повышение напряжения приводит к пробою изоляции проводов или электрической схемы. Происходит рост силы тока до значения короткого замыкания с появлением дугового разряда.
- Старая, пришедшая в негодность изоляция становится причиной возникновения спонтанных закорачиваний проводников.
- Механические повреждения изоляции тоже приводят к нештатным ситуациям. Например, часто сами жильцы во время ремонта нарушают целостность изоляции.
- Попадание посторонних предметов, мелких животных, элементов соседних узлов вызывают негативное соединение проводов между собой.
- Удар молнии вызывает кратковременное повышение напряжения в электрической цепи.
Основными признаками такого явления считается появление запаха гари, искрение и горение изоляции проводов. Кроме того, происходит отключение электрической цепи или ее участков.
Опасные последствия
Одним из самых опасных последствий замыкания проводов считается риск появления очага возгорания. Причиной его возникновения становится выделение большого количества тепла, разрушение изоляции и появление открытого огня.
При дуговом кратковременном замыкании, когда проскакивает мощнейший электрический заряд, воспламеняются окружающие вещи и предметы. Кроме того, к негативным последствиям относятся:
- механические и термические повреждения электроустановок;
- снижение значения напряжения, которое приводит к потере производительности или полной остановке электрических механизмов;
- отдельные генераторы и электростанции выпадают из синхронной работы системы, что приводит к созданию аварийной ситуации;
- появление электромагнитных волн, которые влияют на линии связи и коммуникаций.
Эти результаты будут наблюдаться только непосредственно в месте замыкания или рядом с ним, так как по мере удаления от этого участка величина тока будет ослабевать. При планировании и монтаже любой электроустановки принимаются необходимые меры защиты от негативного явления.
Определение силы тока
Чтобы рассчитать ток короткого замыкания, следует обратиться к закону Ома для электрической цепи. Он гласит, что его сила прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
В случае короткого замыкания значение сопротивления очень мало, поэтому отношение напряжения к нему вырастает в несколько раз. Например, в однофазной домашней электрической сети напряжение — 220 В. Если принять, что сопротивление во время короткого замыкания падает до 0,04 Ом, то получается сила тока — 5500 А.
Так как стандартная розетка рассчитана на 16 А, то становится очевидным, что она просто сгорит. Это расчет примерный, так как для других видов этого явления он более сложный. Кроме однофазных, в трехфазных сетях возможны замыкания:
- двухфазное;
- между фаз на землю;
- трехфазное.
При определении значения тока в этих случаях во внимание принимаются: сопротивление всей электрической магистрали, отдельных участков, дополнительного оборудования сети, дуги замыкания проводников и другое. Поэтому его суммарное значение будет гораздо выше, чем в приблизительном расчете.
Методы защиты
Основной метод защиты от этого негативного явления основан на разрыве электрической цепи. Для этого в ней применяются плавкие предохранители. Обычно они представляют собой проводник, который рассчитан на определенный предельный ток.
Предохранители считаются самым слабым звеном в схеме, поэтому, как только значение тока увеличится, то проводник перегорает и разрывает цепь. Таким способом защищаются остальные элементы цепи. Для защиты квартирных и домовых электрических контуров применяются автоматические выключатели.
Главным отличием автоматов от плавких предохранителей считается многоразовое использование. В конструкцию автомата входит расцепитель, который и обеспечивает срабатывание прибора в нештатной ситуации. Выпускается несколько видов этих приборов:
- электромагнитные;
- термические;
- полупроводниковые;
- смешанные.
Во время образования тока критической величины автомат отключается с помощью теплового или электромагнитного расцепителя. Для защиты от высокого тока нельзя использовать устройство защитного отключения, так как у него совсем другие задачи.
Другим методом защиты является использование токоограничивающего реактора. Этот агрегат устанавливается в цепях с высоким напряжением, где сила тока может достигнуть больших размеров, и невозможно подобрать соответствующее защитное устройство.
Реактор представляет собой катушку индуктивности, которая последовательно подключается в электрическую сеть. При аварийной ситуации этот агрегат принимает на себя всю силу тока.
Использование замыкания проводников
Кроме отрицательных свойств, это негативное явление приносит пользу. Существует немало устройств, работающих на высоких значениях тока. Самым популярным из них считается сварочный агрегат. При его работе образуется электрическая дуга между сварочным электродом и заземляющим контуром.
Принцип работы аппарата основан на снижении напряжения и увеличении силы тока, которая может достигать до 250 А. Температура дуги составляет до нескольких тысяч градусов, что позволяет расплавлять свариваемые детали в месте касания.
Такие режимы используются кратковременно, а мощность сварочного агрегата позволяет выдержать перегрузки. Это использование замыкания проводников при сварочных работах позволяет получить прочные и надежные металлические конструкции.
НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
характеристич. величина трансформатора, представляющая собой напряжение, к-рое нужно приложить к первичной обмотке, при условии, что вторичная обмотка замкнута накоротко и в ней протекает номин. ток. Н. к. з. составляет 5 — 12% от номин. напряжения трансформатора. Мощность при этом режиме расходуется на покрытие потерь в обмотках трансформатора.
Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .
Смотреть что такое «НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ» в других словарях:
Напряжение короткого замыкания — 2.20 Напряжение короткого замыкания напряжение, которое следует приложить к первичной обмотке при комнатной температуре для того, чтобы замкнутая накоротко вторичная обмотка нагрузилась током, равным номинальному вторичному току. Напряжение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
напряжение короткого замыкания — trumpojo jungimo įtampa statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. short circuit voltage vok. Kurzschlußspannung, f rus. напряжение короткого замыкания, n pranc. tension de court circuit, f … Automatikos terminų žodynas
напряжение короткого замыкания трансформатора — напряжение к. з. Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего напряжения для трехобмоточного… … Справочник технического переводчика
напряжение короткого замыкания трансформатора малой мощности — Напряжение в первичной обмотке трансформатора при опыте короткого замыкания всех вторичных обмоток [ГОСТ 20938 75] Тематики трансформатор Классификация >>> Синонимы напряжение короткого замыкания EN short circuit voltage of a low power… … Справочник технического переводчика
напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора — напряжение к. з. Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных… … Справочник технического переводчика
напряжение короткого замыкания (трансформатора) — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN impedance voltage (of a transformer) … Справочник технического переводчика
Напряжение короткого замыкания трансформатора — 9.1.5. Напряжение короткого замыкания трансформатора Напряжение к. з. Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высшего и низшего, высшего и среднего,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Напряжение короткого замыкания трансформатора малой мощности — 95. Напряжение короткого замыкания трансформатора малой мощности Напряжение короткого замыкания D. Kurzschlusspannung des Kleintransformators E. Short circuit voltage of a low power transformer F. Tension de court circuit du transformateur de… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Напряжение короткого замыкания трансформатора (Напряжение короткого замыкания) — English: Voltage of the short circuit Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего напряжения для… … Строительный словарь
Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора — 9.1.4. Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора Напряжение к. з. Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
§ 8.4. Режим короткого замыкания трансформатора
В режиме короткого замыкания сопротивление внешней цепи равно нулю, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рассматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке трансформатора протекает ток, во много раз превышающий номинальный. Такой ток безусловно опасен для трансформатора и допустим только на очень короткое время.
Так как при режиме короткого замыкания можно получить ряд данных для характеристики работы трансформатора и о
пределитьпотери короткого замыкания, равные электрическим потерям в обмотках, этот режим создают искусственно при проведении опыта короткого замыкания. Для этого к первичной обмотке подводят пониженное напряжение UK.З., при котором токи в обмотках I1 и I2 имеют номинальные значения.
Э
то пониженное напряжение,выраженное в процентах от номинального, называется напряжением короткого замыкания:
Напряжение короткого замыкания является очень важным параметром трансформатора и обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых трансформаторов оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность трансформатора, тем выше значение u KЗ
Величиной напряжения короткого замыкания определяется и кратность тока короткого замыкания
На рис. 8.10 дана векторная диаграмма для режима короткого замыкания. Эта диаграмма строится так же, как и векторная диаграмма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E1 и E2‘ отстают от вектора магнитного потока Ф на 90 0 . Вектор тока I2
отстает от вектора э. д. с. Ё2‘ на угол Ψ2. Так как напряжение UK.З, приложенное к первичной обмотке трансформатора, невелико и ток холостого хода I0 будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I1 будет сдвинут относительно вектора тока I2 на 180° и 
равен ему по величине, что видно из следующего. Если пренебречь током Iо, то
В приведенном трансформаторе 
, тогда
Вектор падения напряжения I2‘ r2‘ на активном сопротивлении г2‘ совпадает по фазе с вектором тока I2‘, а вектор падения напряжения jI2‘x2‘ на реактивном сопротивлении x2‘ сдвинут по фазе на 90 0 относительно вектора тока I2‘, он откладывается от конца вектора I2‘r2‘. Вектор напряжения короткого замыкания U1К.З определится в результате сложения векторов I1r1 и jI1x1. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E1 геометрически сложим с ней векторы I1r1 и jI1x1. Этому режиму соответствует упрощенная схема замещения, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из последовательно соединенных активных и индуктивных сопротивлений первичной и вторичной обмоток. Из векторной диаграммы для режима короткого замыкания получают треугольник короткого замыкания ОВГ (рис. 8.12). Для этого векторы напряжения и э. д. с. вторичной обмотки поворачивают на 180° так, чтобы вектор E2‘ совпал по направлению с вектором —E1. При этом векторы токов первичной и вторичной обмоток I2‘ и I1 также совпадают.
Складывая между собой векторы активного падения напряжения I1r1 и I2‘ r2‘ и индуктивные падения напряжения jI1x1 и jI2‘x2‘ получаем треугольник короткого замыкания, в котором
Рис. 8.12. Треугольник короткого замыкания
Сопротивления 
и xК,З=x1+ x2‘ называются активным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания или параметрами короткого замыкания.
Активная UK,3.а и реактивная Uк.з.х составляющие напряжения короткого замыкания UK.3 также выражаются в процентах от номинального напряжения:
Опыт короткого замыкания производят по схеме, данной на рис. 8.13. Чтобы иметь в цепи меньшие токи, выгоднее подводить напряжение к обмотке высшего напряжения, а обмотку низшего напряжения замыкать накоротко. Постепенно повышая напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 UH доводят его до величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным. При этом по приборам измеряют мощность и напряжение.
Если в трехфазном трансформаторе токи и напряжения в фазах отличаются друг от друга, то ток короткого замыкания определяют из отношений:
Мощность короткого замыкания определяется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:
По данным опыта короткого замыкания находят полное сопротивление короткого замыкания трансформатора
Активное и реактивное сопротивления короткого замыкания определяются по формулам:
Коэффициент мощности при коротком замыкании
Опыт короткого замыкания позволяет определить потери в меди. Так как напряжение, приложенное к трансформатору, незначительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пренебречь. Тогда показания ваттметра в опыте короткого замыкания соответствуют потерям мощности в меди.
Напряжение короткого замыкания
Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.
В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк < I1ном). При этом выраженное в процентах напряжение Uк, при Iк = I1ном обозначают uK и называют напряжением короткого замыкания трансформатора. Это характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.
где U1ном — номинальное первичное напряжение.
Как проводится опыт короткого замыкания.
Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 1), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.
Рис. 1. Схема опыта короткого замыкания трансформатора
По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.
Напряжение короткого замыкания
где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.
При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания.
Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения получаем
где ZK — полное сопротивление трансформатора.
Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора
Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой
поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора
находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:
Зная Zк, Rк и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:
5. Как и для чего проводится опыт холостого хода трансформатора.
Для чего проводится опыт холостого хода: Опыты холостого хода и короткого замыкания проводятся для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения. Холостой ход трансформатора – это один из предельных режимов работы трансформатора.
Опыт холостого хода.Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение 
, а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1)
Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.
Коэффициент трансформации трансформатора
где и – число витков обмоток.
Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.
При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.