Co to jest, najprościej mówiąc, zwarcie?

Prąd zwarciowy jest rosnącym impulsem elektrycznym typu udarowego. Może on powodować topienie się przewodów i uszkodzenie niektórych urządzeń elektrycznych.

Dlaczego dochodzi do zwarcia?

Prądy zwarciowe występują w następujących przypadkach

1. Gdy poziom napięcia jest wysoki. Następuje nagły skok napięcia, poziom napięcia zaczyna przekraczać dopuszczalny poziom i zaczyna występować przebicie elektryczne powłoki izolacyjnej przewodnika lub obwodu. Dochodzi do upływu prądu i wzrasta temperatura łuku. Napięcie zwarciowe powoduje powstanie krótkotrwałego zwarcia łukowego.
2. Gdy powłoka izolacyjna jest stara. Zwarcie występuje w budynkach mieszkalnych i przemysłowych, w których nie wymieniono instalacji elektrycznej. Każda powłoka izolacyjna ma swoją żywotność, która z czasem ulega skróceniu pod wpływem czynników środowiskowych. Niewymienienie izolacji w odpowiednim czasie może spowodować zwarcie.
3. W przypadku działania zewnętrznych czynników mechanicznych. Chwycenie lub zdarcie osłony ochronnej z wiązki przewodów albo uszkodzenie wiązki przewodów prowadzi do pożarów i zwarć.
4. Jeśli do obwodu dostaną się ciała obce. Kurz, gruz lub inne drobne przedmioty zaczepione na przewodach mogą spowodować zwarcie w mechanizmie.
5. Podczas uderzenia pioruna. Poziom napięcia wzrasta i powłoka izolacyjna przewodu lub obwodu ulega przebiciu, powodując uszkodzenie obwodu.

Dlaczego zwarcia nazywane są zwarciami?

Przyjrzyjmy się definicji zwarcia, która oznacza zwarcie. Jest to połączenie dwóch dowolnych punktów (o różnych potencjałach), które znajdują się w obwodzie elektrycznym. Połączenie to nie ma być normalną funkcją obwodu, co powoduje powstanie prądu krytycznego w miejscu, w którym punkty się stykają.

Zwarcie takie nazywane jest zwarciem, ponieważ powstaje przez ominięcie urządzenia, czyli przez zrobienie skrótu.

Najprościej mówiąc: przewód dodatni i ujemny są połączone (zwarcie), co powoduje, że wartość oporu staje się równa 0. Opór jest niezbędny do prawidłowego działania mechanizmu, a jego brak powoduje uszkodzenie źródła napięcia, co prowadzi do zwarcia.

Zwarcie to każde połączenie przewodników o różnych potencjałach ze sobą lub z ziemią. Zwarcie występuje tylko wtedy, gdy takie połączenie nie zostało przewidziane w konstrukcji danego urządzenia lub maszyny. Na przykład połączenie między dowolnymi punktami różnych faz lub parowanie fazy i 0, w którym powstaje prąd niszczący, przekraczający wszystkie wartości krytyczne obwodu elektrycznego urządzenia.

Jakie są zagrożenia?

Skutki zwarcia mogą być następujące:

1. Spada poziom napięcia w obwodzie elektrycznym. Może to doprowadzić do uszkodzenia i spalenia urządzenia elektrycznego lub nieprawidłowego działania urządzenia.
2. Uszkodzenia mechaniczne i termiczne: przerwanie obwodu, uszkodzenie okablowania lub poszczególnych przewodów, gniazdek i przełączników.
3. W zależności od stopnia zwarcia, przewody oraz otaczające je materiały i przedmioty mogą się zapalić.
4. Destrukcyjne działanie elektromagnetyczne na linię telefoniczną, komputer, telewizor i inne urządzenia elektryczne.
5. Zagrożenie dla życia. Jeżeli w momencie wystąpienia awarii w pobliżu źródła zwarcia znajduje się człowiek, może on doznać poparzeń.
6. Funkcjonowanie systemu zasilania elektrycznego jest zakłócone.
7. W zależności od parametrów zwarcia, efekt elektromagnetyczny może zakłócić działanie uzbrojenia podziemnego.

Wiele osób interesuje się tym, jak obliczyć natężenie prądu zwarcia. W tym celu należy skorzystać z prawa Ohma: natężenie prądu w obwodzie jest wprost proporcjonalne do napięcia na jego końcach i odwrotnie proporcjonalne do impedancji obwodu.

Obliczanie zwarć wykonuje się według wzoru: I= U/R (I to prąd, U to napięcie, R to opór).

Rodzaje zwarć i ich przyczyny

Istnieje kilka rodzajów zwarć

1. Zwarcia jednofazowe. Usterka w linii przesyłowej, w której jedna faza systemu elektrycznego jest zwarta z ziemią lub z elementem połączonym z ziemią. Usterka może być spowodowana nieprawidłowym uziemieniem.
2. Usterka dwufazowa. Rodzaj usterki, która występuje między dwiema fazami o różnych potencjałach w obwodzie elektroenergetycznym. Spowodowane przez uszkodzenie izolacji przewodów. Może to być również połączenie dwóch faz z ziemią, a nie ze sobą nawzajem.
3. Zwarcia trójfazowe (symetryczne). Zwarcie 3 faz między sobą. Może to być spowodowane mechanicznym uszkodzeniem powłoki izolacyjnej, przegrzaniem i przebiciem izolacji lub przyciśnięciem przewodów.
4. Inter-twist. Ten rodzaj zwarcia jest charakterystyczny dla maszyn elektrycznych. W tym przypadku uzwojenia mechanizmu uzwojenia stojana, transformatora lub wirnika są ze sobą zwarte.
5. Zwarcie z metalowym korpusem urządzenia lub systemu. Zwarcie następuje w wyniku przerwania izolacji przewodów w metalowej obudowie.

Opcje ochrony przeciwzwarciowej

Ochrona przed wystąpieniem zwarcia może być zapewniona przez:

• Dławiki elektryczne, które ograniczają natężenie prądu;
• równoległe łączenie obwodów elektrycznych;
• rozłączenie wyłączników sekcyjnych;
• transformatory step-down z niskonapięciowymi cewkami dzielonymi;
• Rozdzielnice szybkodziałające z opcją ograniczania prądu;
• topliwe elementy bezpieczeństwa;
• instalacja wyłączników automatycznych;
• terminowa wymiana izolacji przewodów oraz regularne kontrole przewodów pod kątem usterek;
• Przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające, które wyłączają uszkodzone części obwodu.

Wyłączniki mogą być montowane tylko w całym systemie, a nie w poszczególnych fazach i obwodzie neutralnym. W przeciwnym razie, w czasie awarii, nastąpi awaria wyłącznika neutralnego i cały system znajdzie się pod napięciem, ponieważ włączony zostanie wyłącznik fazowy. Z tego samego powodu nie zaleca się instalowania przewodów o przekroju mniejszym, niż pozwala na to wyłącznik automatyczny.

Wykorzystanie tego zjawiska

Zjawisko to znalazło zastosowanie w spawaniu łukowym, którego zasada działania opiera się na interakcji pręta z powierzchnią metalu. Powierzchnia jest podgrzewana do temperatury topnienia, co powoduje powstanie nowego mocnego połączenia, tj. elektroda spawalnicza jest zwarta z elektrodą masy.

Tryby zwarciowe działają przez krótki okres czasu. W czasie spawania na styku pręta i powierzchni jest wytwarzany niestandardowy ładunek elektryczny, co powoduje wydzielanie się dużej ilości ciepła. To wystarczy, aby stopić metal i utworzyć szew spawalniczy.

Zwarcie ma również zastosowanie w automatyce przemysłowej i jest wykorzystywane do tworzenia systemów informatycznych odzwierciedlających parametry bieżącej transmisji sygnału.

Użyteczne zwarcia są stosowane w czujnikach elektrodynamicznych. Na przykład w wibrometrach indukcyjnych, odbiornikach sejsmicznych. Zwarcie daje możliwość dalszego zmniejszenia wielkości drgań układu ruchomego.

Tryb zwarciowy może być wykorzystywany przy łączeniu kaskad w układach elektronicznych, gdy wyjście pierwszego elementu aktywnego działa w trybie zwarciowym.

Powiązane artykuły: