Scurtcircuit electric

Un scurtcircuit electric este o conexiune aproape fără rezistență între cei doi poli ai unei surse de tensiune electrică , sau mai general două puncte de circuit cu potențial normal diferit, prin care tensiunea dintre aceste părți scade la o valoare apropiată de zero. Acest termen descrie atât conexiunea fizică (fără flux de curent), cât și evenimentul unui curent extrem de curent prin această conexiune imediat ce aceasta sau sursa de tensiune sunt activate.

Spre deosebire de conexiunile electrice, care sunt utilizate pentru ecranare sau controlul câmpului , o conexiune de scurtcircuit poate provoca curgerea unui curent mare, care este de obicei un multiplu al curentului de funcționare. Acest curent mare de scurtcircuit este cauzat de rezistența ohmică scăzută (vezi legea lui Ohm ).

Pentru așa-numitele glisoare de scurtcircuit în tehnologia HF, a se vedea z. B. Cuțit Wave sau linia Lecher .

Pantaloni scurți intenționați

Cele cinci reguli de siguranță pentru evitarea accidentelor electrice precizează că, înainte de a lucra la sistemele electrice, nu numai că conductoarele externe trebuie deconectate, ci, dacă este necesar, trebuie stabilit un scurtcircuit între conductoarele externe care au fost deconectate de la tensiune, și potențialul pământului .

Dispozitivele de împământare și scurtcircuitare mobile și staționare sunt utilizate pentru lucrări de întreținere a aparatelor de distribuție și a liniilor aeriene .

  • Dispozitivele mobile de împământare din sistemele electrice includ tija de împământare și biciul de împământare . Acestea sunt create de îndată ce sistemele au fost oprite și verificate pentru absența tensiunii. Fără împământare, sarcinile reziduale ar putea rămâne pe liniile deconectate sau ar putea apărea noi sarcini interferente (de exemplu, prin inducția magnetică a liniilor pornite care funcționează în paralel), care ar putea fi descărcate prin corpul uman atunci când sunt atinse.
  • Printre facilitățile de scurtcircuit constant se numără întrerupătoarele de împământare în alimentatoarele de intrare de control de medie tensiune , de multe ori în combinație cu întrerupătoarele sunt instalate. În anumite condiții, pot fi necesare și comutatoare de împământare pe partea de ieșire. În locul întrerupătorului de împământare, așa-numitele „puncte fixe de împământare” pot fi aprobate și de operatorul rețelei electrice în anumite condiții .

Condensatorii mari ( condensatori de putere) trebuie scurtcircuitați în timpul stocării și transportului pentru a se asigura că sunt descărcați și că nu prezintă un risc dacă conexiunile sunt atinse, chiar dacă un anumit timp de descărcare este specificat în conformitate cu VDE. Nu este suficient să descărcați un condensator o dată, deoarece absorbția dielectrică permite migrarea de noi sarcini de la dielectric la electrozi .

Componentele electronice sensibile la ESD ( MOSFET , IGBT , IC-uri ) sunt deseori scurtcircuitate înainte de instalare pentru transport și manipulare sigură pentru a evita deteriorarea descărcărilor electrostatice. Încărcările statice creează tensiuni de câteva mii de volți , care altfel ar distruge componentele atunci când sunt descărcate.

Scurtcircuite accidentale

Scurtcircuit datorită unei ramuri suspendate

În cazul unui scurtcircuit între polii unei baterii sau conductori externi sub tensiune, sau un conductor extern și neutru al unui sistem trifazat , curentul atinge valoarea maximă, „ curentul inițial de scurtcircuit ”. Acest curent este limitat doar de rezistența liniei și seria rezistența internă a  sursei de tensiune . Prin urmare, curentul de scurtcircuit  este:

cu tensiunea sursei de tensiune  și suma tuturor impedanțelor (rezistențe efective și reactive) în calea curentului de scurtcircuit  . Acest curent de scurtcircuit inițial foarte mare există doar câteva milisecunde și apoi slăbește până la un curent de scurtcircuit permanent. Poate fi oprit prin dispozitive de protecție la supracurent.

Scurtcircuitele sunt cauzate în principal de izolații defecte sau de o defecțiune de comutare în sistemele sau circuitele electrice. Scurtcircuitele dintre toți conductorii externi L1 / L2 / L3 se numesc scurtcircuite trifazate. Toți curenții de scurtcircuit sunt înregistrați de dispozitive de protecție, iar conductorii care transportă curentul sunt opriți prin întrerupătoare sau siguranțe miniaturale.

În cazul cablurilor subterane , poate fi dificil de localizat scurtcircuitul, deoarece este adesea imposibil să se expună cablul pe toată lungimea sa.

Cauze și tipuri

Un scurtcircuit poate avea următoarele cauze:

  • Pauză de izolație, cauzată de z. B. prin îmbătrânire
  • Schimbări de izolație
    • datorită stresului constant asupra materialelor izolatoare dintr-un câmp electric ridicat , posibil cu descărcări parțiale
    • de la supraîncălzire și înmuiere ulterioară sau modificări chimice ale izolației
    • datorită influenței apei (se formează căi de fluaj sau materialul izolant absoarbe apa)
    • datorită deteriorării mecanice a izolației (dispozitive portabile foarte solicitate, pe șantierele de construcții)
  • prin erori umane ( comutare defectă , obiecte conductoare, scule) în aparatele electrice de comutare și în cazul în care nu sunt respectate regulile de siguranță.

Se face distincția între un scurtcircuit cauzat de atingerea unui corp sub tensiune (contactul cu corpul ) și un scurtcircuit printr-o rezistență la defect ( rezistență efectivă și reactanță ).

Scurtcircuit la tensiune joasă (12 V / 20 A)

În cazul unui scurtcircuit pe o rezistență la defect, poate apărea un arc cu o tensiune caracteristică a arcului. Arcul este foarte neliniar, nu limitează curentul și provoacă temperaturi ridicate (5.000 până la 15.000 ° C) și tensiuni de interferență. Datorită efectului său termic și ionizant , alte componente izolante pot fi deteriorate.

Deoarece arcul se aprinde la fiecare jumătate de undă a curentului alternativ după ce tensiunea a trecut de zero la o tensiune mai mare decât se stinge, provoacă o schimbare de fază a curentului ca într-un control de fază .

În rețelele trifazate, poate apărea un scurtcircuit tripolar (simetric), bipolar (între fiecare dintre L1, L2 sau L3) sau un singur pol (asimetric, între L1 și dispozitivele de împământare).

„Circuitul cu doi poli” este cel în care curge cel mai mare curent de scurtcircuit în rețelele trifazate, deoarece sursa de tensiune trifazată este relativ ușor încărcată în ciuda scurtcircuitului și, prin urmare, are în continuare majoritatea rezervelor de energie disponibil în acest scurtcircuit. Există, de asemenea, asimetrii care pot duce la supratensiuni în ceilalți conductori.

Echipamentul electric (cablurile de aluminiu, separatoare , întrerupătoarele , transformatoare de curent , care susțin , de asemenea , structuri de fier, precum și conductorul de legare la pământ , prin urmare) trebuie să fie dimensionate în funcție de maxim care apar cu doi poli curentului de scurtcircuit . Se face distincția între fenomenele termice (fenomene de căldură) și curentul de scurtcircuit dinamic (efectele forței magnetice).

Reglementările și liniile directoare electrotehnice pentru calcularea curentului de scurtcircuit pentru aparatele electrice (de înaltă tensiune) pot fi găsite în standardul VDE 0102.

Dimensiunea curentului de scurtcircuit

Un curent mare de scurtcircuit poate apărea numai dacă nu mai există rezistență reală sau reactivă între conexiune. Dacă rezistența dintre conductorii sub tensiune este încă foarte mică, aceasta se numește un proces de tip „scurtcircuit”.

Exemplu: Între conductorul exterior (de ex. L1) și cel neutru (N), 230 V acționează curentul de defect împotriva potențialului de împământare deoarece conductorul neutru care reprezintă polul opus este împământat; 400 V acționează curentul de scurtcircuit între doi conductori exteriori (de ex. L1 și L2), deoarece schimbarea de fază de 120 ° are ca rezultat o valoare efectivă mai mare (vezi curent alternativ trifazat ).

Acest curent de scurtcircuit este generat pe durata scurtcircuitului,  printre altele, prin rezistența internă a sursei de tensiune (în practică înfășurarea secundară a rețelei locale în amonte transformatorului ), prin arc rezistența la punctul de scurtcircuit , rezistența la defecțiune în punctul de scurtcircuit și rezistențele conductorilor (rezistență activă și reactivă) ale conductoarelor înainte și retur, determinate sau limitate.  

Prin urmare, curentul maxim de scurtcircuit așteptat depinde de rezistența internă sau de impedanța rețelei rețelei de alimentare și de tensiunea sa nominală. Protecția la suprasarcină (de exemplu, ca întrerupătoare de circuit , întrerupătoare în miniatură , siguranțe ), acest curent trebuie să poată fi oprit. Curentul în rețelele de instalare a casei este de obicei în jur de 500 până la 3000 A.

Consecințe și contramăsuri

Consecințele unui scurtcircuit (scurtcircuit la masă datorită tacâmurilor) asupra elementului de încălzire al unui prăjitor de pâine

Imposibilitatea de a limita curentul de scurtcircuit sau curentul de defect asemănător unui scurtcircuit poate duce la deteriorarea cauzată de supraîncălzirea (deteriorarea ulterioară a izolației, incendii ) pe parcursul liniilor sau cablurilor sau a componentelor electrice ale aparatului de comutare dacă acestea nu sunt protejate de siguranțe care nu sunt adaptate la secțiunea transversală a cablului .

În cazuri extreme, firele afectate de scurtcircuit se pot evapora brusc și pot declanșa un arc. Dacă apare un arc, apar alte pericole din cauza căldurii radiante, a stropilor de metal și a valului de presiune. Comutatoarele moderne de medie tensiune sunt echipate cu clapete de presiune care opresc întrerupătorul prin intermediul unui contact.

Pentru a preveni consecințele scurtcircuitelor, așa-numitele întrerupătoare de circuit în miniatură și siguranțe de diferite caracteristici sunt utilizate în rețelele de joasă tensiune . Siguranțele trebuie să „se ardă” atunci când apare un curent de scurtcircuit ridicat și deconectați punctul de scurtcircuit de restul rețelei de alimentare cât mai repede posibil . Comutația off trebuie să fie făcută în funcție de sistem foarte rapid (maxim la 1 / de 10 -Sekundenbereich) , în funcție de caracteristicile domeniului de utilizare (instalație de uz casnic, protecția electronică, protecția de control, etc.) sunt diferite la efectele dip de tensiune iar curentul de scurtcircuit să fie menținut redus.

În rețelele de înaltă și medie tensiune, retea relee de protectie sunt utilizate, care poate detecta un defect și localizarea acestuia pe baza măsurătorilor de tensiune și curent și opriți părțile corespunzătoare ale rețelei prin intermediul unui circuit de întrerupător. Așa-numita  închidere automată (AWE) este utilizată pentru liniile aeriene , deoarece o „cădere de ramură” pe termen scurt nu ar trebui să ducă la o oprire. În caz de declanșare, întrerupătoarele sunt pornite din nou după aproximativ 250 ms (întrerupere scurtă); Dacă eroarea apare în continuare, întrerupătorul automat trece în cele din urmă în poziția OFF: AR reușită - eroarea a dispărut, AR nereușită - eroarea încă există. Și stațiile electrice feroviare efectuează adesea una sau mai multe reconectări automate la câteva secunde după oprirea scurtcircuitului, pentru a permite secțiunii relevante să continue să funcționeze în cazul anumitor defecțiuni (arcuri cauzate de fulgere sau păsări).

Rezistența mecanică, de ex. B. a barelor expuse trebuie măsurate în rețelele de tensiune alternativă în funcție de cel mai mare curent de impuls de scurtcircuit care apare. Această supratensiune de curent pe termen scurt este legată de curentul alternativ inițial de scurtcircuit prin intermediul factorului de supratensiune κ. Factorul κ este în intervalul de la 1 la 2 și este determinat de rezistențele și reactanțele efective din calea scurtcircuitului. Sarcinile mecanice prezintă un comportament dinamic datorită frecvenței rețelei.

Forțe deosebit de mari apar în scurtcircuitele din apropierea generatorului și provoacă daune mecanice sau - în cazul transformatoarelor umplute cu ulei - incendii ale transformatoarelor care sunt greu sau imposibil de stins. Prin urmare, transformatoarele de putere sunt adesea montate în aer liber și separate de mediu prin pereți de beton corespunzători.

Rezistența la scurtcircuit

Transformatoarele pentru conversia nivelului tensiunii de rețea (230 V) la o tensiune extra-scăzută de protecție sub 50 V pot fi proiectate astfel încât miezul magnetic să aibă un flux de scurgere suficient de mare pentru a limita curentul din partea primară în cazul unei secundare- scurtcircuit lateral. Un principiu similar se aplică transformatoarelor de sudură , care sunt scurtcircuitate pe partea secundară din motive operaționale.

Aplicații tipice sunt transformatoarele cu clopot și transformatoarele mici de jucărie, care sunt proiectate în mod oficial ca rezistente la scurtcircuit condiționate conform VDE 0551 și EN 60742. Debitul primar de curent trebuie, de asemenea, limitat, cel puțin pentru a proteja împotriva scurtcircuitelor în liniile de alimentare. O protecție suplimentară este de obicei asigurată de un dispozitiv de protecție termică care separă fluxul primar de curent atunci când o temperatură a miezului este depășită până când se răcește.

Scurtcircuit la intrările și ieșirile dispozitivelor electronice

Pentru a verifica un dispozitiv electronic pentru a determina dacă există interferențe la intrarea unui dispozitiv, este adesea util să „scurtcircuitați” intrările (intrări NF, priză antenă). Acesta este „jargonul tehnicianului”. Expresia mai corectă este că intrările ar trebui să fie conectate, deoarece nu curge curent, dar semnalele de interferență interferente sunt deviate la sol. În acest fel se poate izola sursa perturbării.

Pe de altă parte, de obicei nu este posibilă scurtcircuitarea unei ieșiri (de exemplu, conexiunea la difuzor a unui amplificator , conexiunea la antenă a unui emițător ) fără a fi deteriorată . Astfel de scurtcircuite nu cauzează niciun pericol, dar de obicei conduc la supraîncărcare și distrugere a etapelor de ieșire sau a componentelor individuale ( tranzistoare etc.).

Prin urmare, ieșirile amplificatorului sunt adesea protejate de diferite circuite de protecție care opresc amplificatorul în cazul unui scurtcircuit. O altă posibilă măsură de protecție poate fi un transformator de ieșire care este dimensionat astfel încât, în cazul unui scurtcircuit în înfășurarea secundară pe care este atașată sarcina, curentul maxim de ieșire admisibil să nu fie depășit.

Scurtcircuit al acumulatorilor

Acumulatorii pot, în funcție de tipul lor, să producă curenți de scurtcircuit considerabili, care nu numai că pot deteriora sau distruge acumulatorii, dar pot provoca și daune materiale și vătămări corporale.

Bateriile de pornire auto ( acumulatori de plumb ) pot livra peste 1000 A, de exemplu, ceea ce poate duce la incendii de cabluri în cazul unui scurtcircuit - o cauză comună de incendiu în accidentele auto. Dacă apare un scurtcircuit atunci când lucrați la bornele stâlpului bateriei de pornire din cauza unui instrument conductiv sau a unei bijuterii (curea sau inel metalic de ceas), acest lucru poate provoca arsuri și / sau stropiri de metal. Prin urmare, se aplică regula că conexiunea la pământ (-) trebuie întotdeauna slăbită mai întâi și conectată ultima.

În sistemele de baterii redundante și decuplate cu diode cu o tensiune continuă de 220 V, există un scurtcircuit intenționat în cazul unei duble defecțiuni: În cazul unei defecțiuni (-) la pământ la bateria 1 și la o (+) defecțiune la pământ la bateria 2 sau invers, se generează o tensiune nepermisă de mare (datorită ambelor conexiuni din serie ale ambelor baterii cauzate de defecte la pământ: max. U1 + U2 = 440 V). Cu o conexiune rigidă a ambilor poli (-), aceste două defecte provoacă un scurtcircuit la pământ și astfel un dispozitiv de protecție la supracurent în amonte se oprește în siguranță. Acest lucru evită supraîncărcarea din cauza unei creșteri nepermise a tensiunii asupra consumatorului.

Curent alternativ de scurtcircuit inițial sub-tranzitoriu

Curentul alternativ de scurtcircuit inițial sub-tranzitoriu  este un termen din inginerie electrică . Aceasta este o variabilă pur teoretică la calcularea curentului de scurtcircuit. Denotă valoarea efectivă a componentei de curent alternativ a curentului de scurtcircuit în momentul în care apare scurtcircuitul. Nu este utilizat pentru evaluarea mecanică a efectelor curente în cazul unui scurtcircuit. Curentul alternativ de scurtcircuit de supratensiune este utilizat în acest sens.

Curentul de scurtcircuit supratensiune

Curentul de scurtcircuit de supratensiune  este decisiv pentru evaluarea și calcularea rezistenței mecanice, în special a:

  • Înfășurări ale generatorului
  • Înfășurări ale transformatorului
  • Trasee de cablu și linie
  • tablouri electrice.

Curentul de scurtcircuit de supratensiune este cea mai mare valoare instantanee a curentului alternativ după apariția scurtcircuitului și este specificat ca valoare de vârf.

Cu

Curentul de scurtcircuit supratensiune
Factor între 1,02 și 2 în funcție de raportul rezistenței  la reactanța  căii de scurtcircuit
Curent alternativ inițial de scurtcircuit

Dispozitivele de protecție precum întrerupătoarele sau siguranțele nu sunt proiectate pentru curentul de scurtcircuit de supratensiune, ci pentru curentul de scurtcircuit continuu eficient din punct de vedere termic.

Norme

  • DIN EN 60909-0 VDE 0102: 2002-07; Curenți de scurtcircuit în rețele trifazate - calculul curenților (+ fișele suplimentare 1, 3 și 4)
  • DIN EN 60909-3 VDE 0102-3: 2010-08; Curenți de scurtcircuit în rețelele trifazate - curenți în caz de scurtcircuit dublu la pământ și curenți parțiali de scurtcircuit deasupra pământului
  • DIN EN 60865-1 VDE 0103: 1994-11; Curenți de scurtcircuit; Calculul efectului - termeni și metodă de calcul (+ supliment 1)

Supratensiunea (un alt termen)

Opusul fizic și tehnic al unui scurtcircuit este întreruperea electrică. Dacă o sursă de curent constant este întreruptă , poate apărea o supratensiune fără măsuri de protecție. În principiu, acesta este cazul când există o inductanță încărcată în circuit . Astfel, în anumite cazuri, o întrerupere poate reprezenta și un pericol.

Vezi si

literatură

  • Gunter Pistora: seria VDE 118; Calculul curenților de scurtcircuit și căderilor de tensiune, dispozitivelor de protecție la supracurent, selectivității, protecției în caz de scurtcircuit, calculelor pentru practică cu CALCKUS (cu CD-ROM) . Ediția a II-a. VDE Verlag GmbH, Berlin - Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3136-7 .

Link-uri web

Wikționar: scurtcircuit  - explicații privind semnificațiile, originea cuvintelor, sinonime, traduceri
Commons : scurtcircuit electric  - colecție de imagini, videoclipuri și fișiere audio

Dovezi individuale

  1. Un comutator de împământare este un dispozitiv de comutare mecanică pentru împământarea părților unui circuit care, pentru o anumită perioadă de timp, generează curenți electrici în condiții anormale, de ex. B. în cazul unui scurtcircuit, rezistă, dar nu trebuie să transporte un curent electric în funcționare normală.
  2. Condiții tehnice de conectare pentru conectarea la rețeaua de medie tensiune folosind exemplul EWE NETZ GmbH ( Memento din 5 decembrie 2015 în Arhiva Internet ) (PDF; 904 kB), accesat la 6 martie 2012
  3. Localizarea defecțiunii cablului ( amintire din 5 decembrie 2015 în Arhiva Internet ) pe ekz.ch