Замыкание цепи: Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Короткое замыкание rL-цепи

Ветвь с сопротивлением и индуктивностью, например реальная катушка, внезапно замыкается ключом накоротко (рис. 14.1). Ток в катушке до коммутации был постоянным

Найдем закон изменения тока в катушке.
Установившийся ток в катушке после коммутации равен нулю. Следовательно,

Свободный ток удовлетворяет однородному дифференциальному уравнению первого порядка

общее решение которого, как легко проверить подстановкой,

В (14.8) А — постоянная интегрирования и — r/L=р — корень характеристического уравнения

соответствующего однородному дифференциальному уравнению (14.7).
При t=0 из (14.8) следует, что i(0)=i(0+) = А, и, так как по первому закону коммутации

, т. е. при имеем i(0+)=i(0-), то
Таким образом, после коммутации

(рис. 14.2).

Рис. 14.1

Рис. 14.2

Величина τ=L/r, имеющая размерность времени, называется постоянной времени rL-цепи и может быть определена как время, в течение которого свободный ток уменьшится в е раз по сравнению со своим начальным значением

. В самом деле,

Для графического определения t проведем касательную к кривой

в любой ее точке С. Значение подкасательной BD может быть найдено из треугольника CBD, а

где

— масштабы, т. е. постоянная времени численно равна длине любой подкасательной. В частности, она численно равна длине подкасательной для касательной , проведенной в начальной точке .
Величина, обратная постоянной времени,

называется коэффициентом затухания rL-цепи. Свободный ток затухает тем медленнее, и, следовательно, новый принужденный режим не устанавливается тем дольше, чем больше постоянная времени τ или чем меньше коэффициент затухания α, т. е. чем больше индуктивность L и чем меньше сопротивление r.
Электродвижущая сила самоиндукции

равна при t = 0 напряжению на сопротивлении r и в момент коммутации поддерживает значение тока на начальном уровне.
С энергетической точки зрения процесс короткого замыкания rL-цепи характеризуется тем, что вся энергия, запасенная до коммутации в магнитном поле катушки,

в течение переходного процесса превращается в сопротивлении r в тепло:

Заметим, что теоретически процесс исчезновения тока в короткозамкнутой катушке длится бесконечно долго, чем и объясняется необходимость в качестве верхнего предела у интеграла взять бесконечность. Однако практически для многих катушек этот переходный процесс закончится весьма быстро. Постоянная времени rL-цепи обычно лежит в пределах от нескольких микросекунд до долей секунды. Последнее значение относится к большим катушкам со стальным магнитопроводом и значительным числом витков.
Если до короткого замыкания в катушке был переменный ток, то характер переходного процесса нисколько не изменится, но i(0) равно значению тока в катушке i(0-) в момент короткого замыкания.
С переходным процессом в rL-цепи приходится считаться во многих случаях электротехнической практики, например при измерении сопротивления r обмотки трансформатора с большой индуктивностью (рис. 14.3), которая питается от источника постоянной ЭДС E через дополнительный резистор с сопротивлением R. Напряжение на обмотке измеряется милливольтметром. Если после отсчета показаний амперметра и милливольтметра отключить обмотку трансформатора от источника напряжения, то ее ток замкнется через милливольтметр. Так как ток обмотки трансформатора может быть достаточно большим и в момент отключения рубильника не изменяется скачком, то милливольтметр можно сжечь.
Обмотку возбуждения мощной электрической машины при необходимости быстро снять возбуждение не отключают от цепи питания (постоянное напряжение), а замыкают на разрядное сопротивление, в котором энергия магнитного поля превращается в тепло (рис. 14.4). Если просто разомкнуть цепь обмотки возбуждения, то даже при наличии электрической дуги ток очень быстро уменьшится до нуля (- di/dt будет очень велико). Так как обмотка возбуждения имеет большую индуктивность LB, то в ней возникает весьма значительная ЭДС самоиндукции

, которая может пробить изоляцию на корпус машины или изоляцию между витками.

Рис. 14.3

Рис. 14.4

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).

Судебные праздники/закрытие

Воскресенье, 23 октября 2022 г.

Здание суда

Общая информация

Дополнительная информация

Здание суда в праздничные и выходные дни:

Ниже приводится список официальных праздников, которые будут отмечаться Одиннадцатым судебным округом в 2022 году. Соответственно, суды будут закрыты для работы в следующие дни:

январь

17.01.2022
— День рождения Мартина Лютера Кинга-младшего

апреля

15. 04.2022
— Хорошая пятница

Май

30.05.2022
— День памяти

Июнь

20.06.2022
— 16 июня

Июль

04.07.2022
— День независимости

Сентябрь

05.09.2022
— День труда

26.09.2022
— Рош ха-Шана

Октябрь

05. 10.2022
— Йом Кипур

ноябрь

11.11.2022
— День ветеранов

24.11.2022
— День Благодарения

25.11.2022
— пятница после Дня благодарения

Декабрь

26.12.2022
— Рождество

Отказ автоматического выключателя мог привести к частичному закрытию красной линии Metrorail

Есть дополнительная информация о том, что произошло, что заставило Metro закрыть часть красной линии на несколько дней в прошлом месяце.

Железнодорожное сообщение было приостановлено с вечера субботы 30 июля до утра понедельника между станциями Van Ness и Farragut North.

Дым, который начал доноситься до станции Дюпон-Серкл, по-видимому, был вызван тем, что автоматический выключатель не сработал, что могло бы остановить происходящее, согласно предварительному отчету Комиссии по безопасности метрополитена Вашингтона.

«Некоторые из первоначальных ответов Metrorail, по-видимому, предполагали, что событие было вызвано дуговым разрядом изолятора третьего рельса», — заявил исполнительный директор комиссии по безопасности Дэвид Майер во время встречи во вторник.

• Другие местные новости
• Больше новостей DC
• Другие новости метро

Но этого не произошло, и рабочие, которые ждали отключения электроэнергии на третьем рельсе, позволили проблеме, затронувшей другие электрические системы, сохраниться.

«Источником, по-видимому, является то, что Metro называет низковольтными электрическими системами, потому что эти системы не используются для питания третьего рельса, а вместо этого питают другое оборудование Wayside», — сказал Майер. «Это было затяжное событие, и оно привело к повреждению, требующему обширного ремонта».

Продолжается расследование причин первоначальной проблемы с электричеством и общего реагирования, включая то, когда и как было принято решение вывести поезд из туннеля, где на стене были замечены искры.

«Области расследования включают внедрение и качество процессов реагирования на пожарную тревогу, управление инцидентами и реагирование на чрезвычайные ситуации Metrorail, межведомственную координацию и связь Metrorail, а также другие факторы, которые могут возникнуть в ходе расследования», — сказал Майер.

Связанные категории:

Местные новости
| Отслеживание метро округа Колумбия 24/7
| Новости транспорта
| Вашингтон, округ Колумбия Новости

Теги:

метро постоянного тока
| Фаррагут Норт
| Кристи Кинг
| красная линия метро
| Станция метро Ван-Несс

Поставьте лайк WTOP на Facebook и подпишитесь на WTOP в Twitter и Instagram, чтобы обсудить эту и другие статьи.