Что показывает амперметр при коротком замыкании
Тип 20 № 28047 
Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) При торможении шайбы при ее движении по горизонтальной поверхности работа силы тяжести, действующей на шайбу, равна нулю.
2) Процесс диффузии может наблюдаться только в газах и жидкостях
3) При коротком замыкании внешней цепи идеальный амперметр, включенный в цепь, показывает силу тока, равную нулю.
4) В замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через ограниченную им площадку возникает индукционный ток.
5) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона больше энергии кванта света, выбившего его с поверхности фотокатода, на величину работы выхода.
1) Верно. Так как сила тяжести перпендикулярна направлению перемещения шайбы, то работа этой силы равна нулю.
2) Неверно. Процесс диффузии может происходить как в газах и в жидкостях, так и в твердых телах.
3) Неверно. При коротком замыкании сила тока равна и значительно возрастает.
4) Верно. Вследствие явления электромагнитной индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через ограниченную им площадку возникает индукционный ток.
5) Неверно. Энергия фотона идет на работу выхода электронов с поверхности металла и на приобретение фотоэлектронами кинетической энергии. Вследствие этого Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона меньше энергии кванта света, выбившего его с поверхности фотокатода, на величину работы выхода.
Что показывает амперметр при коротком замыкании
Работа с электрическими цепями может быть опасной при несоблюдении правил безопасности. Если мы говорим о постоянном токе (величина силы тока и его направление со временем не изменяются), то эффекты воздействия такого тока на человеческий организм приведены в таблице 1.
| $I$, $мА$ | Воздействие на человеческий организм |
| 0 — 3 | Не ощущается |
| 4 — 7 | Зуд. Ощущение нагревания |
| 8 — 10 | Усиление нагревания |
| 11 — 25 | Еще большее усиление нагревания, незначительные сокращения мышц рук |
| 26 — 80 | Сильное ощущение нагревания. Сокращения мышц рук. Судороги, затруднение дыхания. |
| 81 — 100 | Паралич дыхания |
Таблица 1. Действие постоянного тока на организм человека
Это интересно: амперметр и Minecraft
Упражнение №1
При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 9, а, сила тока была $0.5 \space А$. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 9, б?
Сила тока будет точно такая же. Амперметр покажет значение в $0.5 \space А$. Это объясняется тем, что в данной электрической цепи все элементы соединены последовательно. В этом случае сила тока на всех участках цепи одинакова.
Упражнение №2
Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?
Можно собрать цепь, как на рисунке 6, используя точный амперметр. Зафиксировать значение силы тока, которое он покажет. Потом заменить его другим — тем, правильность показаний которого мы хотим проверить. Далее останется просто сравнить показания этого амперметра с полученными ранее.
Можно сделать это и другим способом. Для этого нужно собрать цепь, как на рисунке 8 с последовательным соединений всех элементов. Мы уже знаем, что в такой цепи два исправных амперметра должны показывать одинаковые значения. Главное при такой проверке — это отметить для себя, какой амперметр показывает точные результаты измерений, чтобы не запутаться.
Упражнение №3
Рассмотрите амперметры, данные на рисунке 1. Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую силу тока они могут измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (смотрите рисунок 1, а) в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока $0.3 \space А$ и $1.5 \space А$.
Шкала демонстрационного амперметра с рисунка 1, а будет иметь цену деления, равную $0.2 \space А$.
Шкала лабораторного амперметра с рисунка 1, б будет иметь цену деления, равную $0.05 \space А$.
На рисунке 10, а мы изобразили шкалу демонстрационного амперметра, который показывает значение $I = 0.3 \space А$,а на рисунке 10, б — $I = 1.5 \space А$.
Упражнение №4
Имеется точный амперметр. Как, пользуясь им, нанести шкалу на другой, ещё не проградуированный амперметр?
Для этого нужно подключить оба амперметра в электрическую сеть. Например, как на рисунке 8.
Сначала перед замыканием ключа на пустую шкалу амперметра нанесем первую отметку — $0 \space А$.
Замыкаем цепь. Точный амперметр покажет нам какое-то определенное значение силы тока. Его стрелка отклонится. Например, она покажет значение в $1 \space А$. Стрелка второго амперметра тоже отклонится. Отметим ее положение — $1 \space А$. Мы можем так сделать, потому что сила тока при последовательном соединении элементов в цепи на всех ее участках одинакова.
Затем можно, используя линейку, самостоятельно нанести дополнительную отметки на шкале амперметра, выбрав удобную для вас цену деления.
Измерение тока КЗ в домашних условиях
Сегодняшняя статья – продолжение моей статьи под интригующим названием «Ток короткого замыкания: размер имеет значение». На этот раз расскажу про то, как можно измерить ток КЗ при помощи измерительных приборов. Я проведу натурный эксперимент по измерению тока КЗ у себя в квартире и на даче. Расскажу не только про способы с применением профессиональной техники стоимостью десятки тысяч рублей, но и как это сделать при помощи обычного любительского мультиметра.
Что влияет на значение тока короткого замыкания
При эксплуатации электросети важно мониторить параметры её качества, основной их которых – напряжение. Об этом я писал в одной из прошлых статей. Как известно, чтобы узнать напряжение, нужен вольтметр. Но и без него можно легко узнать, что с напряжением что-то не так – например, по тусклому свечению лампочек (в случае низкого напряжения) либо по перегоранию электроприборов при повышенном напряжении.
С током короткого замыкания не всё так просто – его значение может «гулять», и это не будет особо заметно. А проявится это в самый неподходящий момент – например, когда при замыкании электропроводки не сработает автоматический выключатель. Поэтому рекомендуется проверять (рассчитывать и/или измерять) ток КЗ периодически – перед проектированием электрощита, после ввода электропроводки в эксплуатацию, а затем – раз в год.
В любом измерении тока КЗ нужно понимать, что измеренный или расчетный ток КЗ относится только к конкретной точке электросети, применительно к которой производится измерение и расчет. Невозможно предугадать, в каком месте состоится замыкание, поэтому обычно измерения проводят в двух местах – в электрощите и самой удаленной от него точке.
СамЭлектрик.ру в социальных сетях:
Подписывайтесь! Там тоже интересно!
- Замена питающего трансформатора на ТП;
- Замена любого участка электрической сети, в том числе высоковольтного;
- Изменение состояния защитного и коммутационного оборудования (рубильники, автоматические выключатели и т.д.);
- Увеличение или уменьшение напряжения в точке КЗ, которое может происходить по нескольким причинам;
- Ухудшение или улучшение контакта (изменение переходного сопротивления) в любой точке сети – от клемм питающего трансформатора до клемм нашей розетки;
- Ухудшение контакта (вплоть до полного обрыва) нейтрального проводника.
Косвенно о низком токе КЗ можно сказать и без приборов, опираясь на такие факты:
- Удаленность от трансформаторной подстанции;
- Низкая мощность трансформатора;
- Нестабильность напряжения в зависимости от времени суток или при включении мощных электроприборов.
Чем плох и хорош низкий и высокий ток КЗ, я подробно рассмотрел в первой части статьи (ссылку давал в начале).
Зачем нужно знать ток КЗ?
Ток КЗ – это максимально возможный ток в определенной точке сети. Этот параметр определяет качество электропроводки в целом. Зная значение ожидаемого тока короткого замыкания, можно:
- Оценить способность установленных автоматических выключателей обеспечить защиту при коротком замыкании;
- Оценить селективность разных уровней защиты;
- Проверить сопротивление заземляющего устройства (качество контура системы заземления).
Подробнее вопросы селективности и выбора автоматических выключателей будут рассмотрены в следующей статье.
Как измеряется ток КЗ при помощи приборов
Есть старый, «дедовский» способ измерения тока КЗ – с использованием понижающего трансформатора, амперметра и вольтметра. Далее нужен расчет по формулам.
Есть и другой, экстремальный способ – подключают амперметр и вручную создают короткое замыкание, замыкая цепь. Это не наш метод – мало того, что он неточен, но при таком «измерении» электросеть подвергается экстремальной нагрузке. К тому же не факт, что защита выбрана правильно, поэтому можно просто-напросто сжечь электропроводку.
Я в школьные годы решил как-то проверить «ток в розетке» этим методом, и воткнул свой новенький тестер ТЛ-4М в режиме амперметра (∼3А) в розетку. Результат – в доме выбило «пробки», в тестере сгорел шунт, а я получил бесценный опыт.
Сейчас большинство приборов вычисляют полное сопротивление петли «фаза – ноль», а затем автоматически пересчитывают полученное значение в ток КЗ. Делается это методом падения напряжения, подключая к точке измерения нагрузку (резистор) известного сопротивления. Номинал резистора обычно равен 10 Ом, время измерения – 30 мс (полтора периода напряжения). Такое измерение не перегружает сеть, и в то же время обеспечивает максимальную точность, не вызывая срабатывания автоматических выключателей – тепловой расцепитель за такое время не успеет сработать, а электромагнитному не хватит величины испытательного тока.
При этом ток КЗ измеряется во всех вариантах, где он может возникнуть: «фаза – нейтраль», «фаза – защитное заземление», «фаза – фаза».
Чтобы правильно провести измерения тока КЗ при помощи приборов, нужно обладать достаточной квалификацией, и внимательно изучить инструкцию к прибору. Например, необходимо учитывать сопротивление измерительных проводов. Важен и тот факт, что полученное значение тока КЗ нужно пересчитать под реальное напряжение в сети.
Имеется апериодическая составляющая тока КЗ, которая сильно зависит от реактивных свойств линии электропередачи. Но её расчет и измерение крайне сложен. И невозможен способами, изложенными в статье.
Измерение тока КЗ. Выводим формулы
Итак, самый распространенный метод измерения тока КЗ – метод падения напряжения, который мы сейчас и проверим на практике. Этот метод – косвенный, то есть итоговое значение получается путем измерения некоторых параметров с дальнейшими расчетами по формулам. Эти формулы мы сейчас и получим. Конечно, не без помощи нашего немецкого коллеги, о котором мы знаем из уроков физики.
Для начала – несколько пояснений. Предлагаю условиться, что розетка – это источник напряжения, обладающий внутренним сопротивлением Ri. Это сопротивление фактически является сопротивлением цепи «фаза-ноль». Также для простоты изложения условимся не учитывать реактивную составляющую, т.е. принимаем cos φ = 1. Таким образом, получаем такую схему, к которой можем применить закон Ома для полной цепи:
Схема для пояснения закона Ома для полной цепи
Иными словами, получаем резистивный делитель напряжения, напряжение на выходе которого всегда ниже, чем на входе. Сопротивление Ri «олицетворяет» собой все сопротивления, которые встречаются на пути электроэнергии – от сопротивления обмоток трансформатора на подстанции (ТП) до переходного сопротивления клемм розетки, через которые подключается нагрузка с сопротивлением Rн.
Напряжение Uхх – это напряжение холостого хода, которое будет действовать на вторичной обмотке трансформатора, когда нагрузка не подключена. Uн – напряжение на нагрузке, которое всегда меньше Uхх. В расчетах будет фигурировать и номинальное напряжение Uном, которое обычно бывает равным 220 или 230 В.
Iкз=Uхх/Ri (0)
Напряжение холостого хода легко узнать – оно измеряется вольтметром, когда вся нагрузка на данной линии отключена.
Напряжение холостого хода Uхх – это наибольшее значение напряжения, которое в принципе может быть в розетке. Конечно, за исключением аварийных режимов типа обрыва нуля.
Теперь дело за малым – определить внутреннее сопротивление источника (сопротивление петли «фаза-ноль») Ri. Это можно сделать тремя способами, про которые я сейчас расскажу.
1. Расчет петли «фаза-ноль» через ток нагрузки
Сопротивление Ri теоретически не зависит от приложенного к нему напряжения. Поэтому, мы можем измерить ток нагрузки Iн и напряжение на Ri не в момент короткого замыкания, а при подключении нагрузки с ненулевым сопротивлением. А затем применить закон Ома:
Ri=(Uхх-Uн)/Iн (1)
Ток нагрузки можно измерить двумя способами – при помощи амперметра (прямого включения или через трансформатор тока) и применяя токоизмерительные клещи. Амперметр дает более точное измерение, клещи – более оперативное. Я использовал клещи, но можно применить и амперметр, встроенный в мультиметр.
2. Расчет петли «фаза-ноль» через сопротивление нагрузки
Вторую формулу можно получить, составив уравнение пропорциональности между сопротивлениями Ri и Rн, и напряжениями на них. Получаем:
Ri=(Uхх-Uн)·Rн/Uн (2)
Чтобы использовать формулу (2), нужно предварительно измерить сопротивление нагрузки при помощи омметра. Поскольку мы условились, что реактивную составляющую мы не учитываем, для чистоты эксперимента нагрузка обязательно должна быть активной. Я использовал масляные обогреватели – их сопротивление чисто активное, и не зависит от напряжения и наличия питания. Как вариант, в качестве нагрузочного сопротивления можно использовать утюг или электрочайник.
3. Расчет петли «фаза-ноль» через мощность нагрузки
Третий способ – самый простой, но его можно применить только тогда, когда мы точно знаем мощность нагрузки.
Составляющие закона Ома зависят от номинальной мощности нагрузки Рном, поэтому путем нехитрых манипуляций получаем следующую формулу:
Ri=(Uном(Uхх-Uн))/Pном (3)
Чтобы проводить расчеты по формуле (3), нужно знать номинальное напряжение Uном (220 или 230 В) и мощность нагрузки. Обычно их приводит производитель. Вот фото шильдика нагревателя с Uном = 230 В и Рном = 1500 Вт:
Шильдик нагревателя мощностью 1500 Вт
Забегая вперед, скажу, что этот способ – наименее точный, поскольку производитель может писать любые данные, преследуя маркетинговые или другие цели.
Теперь, рассчитав значение Ri наиболее удобным способом по формулам (1), (2) или (3), можно найти ток короткого замыкания по формуле (0) даже в домашних условиях. Чем мы наконец-то и займемся.
Измерение тока КЗ в квартире
Трансформаторная подстанция, которая питает мой дом, находится на расстоянии около 30 м до моего подъезда, плюс подъем на 5-й этаж и разводка по квартире. То есть, длина питающей линии сравнительно невелика. Мощность трансформатора на ТП – 400 кВА.
Результаты измерений, в которых участвовал обогреватель с паспортной мощностью 1500 Вт, приведены в таблице:
Измерение тока кз в квартире, исходные и измеренные данные
Далее, используя формулы (1), (2) и (3), я рассчитал сопротивление петли фаза-ноль Ri в трех вариантах. Соответствующие токи Iкз посчитаны по формуле (0):
Результаты расчетов тока короткого замыкания в квартире тремя способами по измеренным данным
Измерения я проводил в самой дальней от электрощита розетке, благо она сдвоенная, поэтому напряжение на нагрузке измерять было легко, без использования тройников и переносок. Как видно, три формулы дали три разных результата. Это нормально, поскольку методики измерения и погрешности разные. В бытовых условиях при использовании неповеренных средств измерений погрешность оценить проблематично. Но оценить значение тока КЗ можно вполне.
Из трех значений правильно выбрать наихудшее – наименьший ток КЗ составил 166 А. Этот расчет я делал исходя из измерения сопротивления нагрузки омметром. Считаю этот способ наиболее точным.
Что означает это значение? Это означает, что я правильно сделал, когда поменял все квартирные автоматы на 25 А, которые стояли от застройщика с 1979 года, на автоматы с номинальным током 16А. Обладая характеристикой отключения «С», они с некоторой вероятностью отключат свою линию при токе КЗ от 80 до 159 А, а при сверхтоке 160 А и более вероятность отключения равна 100%. Поэтому ток КЗ 166 А можно считать в данном случае достаточным.
Как определить, при каких токах конкретный автомат может отключиться, а при каких должен, а писал не раз, например, тут.
Откровенно говоря, я ожидал большего значения тока КЗ. Ведь по правилам (ПТЭЭП, п.28.4) должен быть запас 10%, а для моего автоматического выключателя это 176 А. Я подробно рассказывал об этом в предыдущей статье. Можно успокоиться тем, что другие методы измерения дали вполне приемлемые результаты (176 и 189 А).
Измерение тока КЗ в дачном домике
Не смотря на то, что недавно домик подключили от воздушной линии через новый провод СИП, я не питаю особых иллюзий – длина линии до квартального трансформатора – более 150 м, а его мощность – всего 63 кВА.
Для нагрузки я использовал два масляных обогревателя, включенных через переноску (длина 3 м, сечение провода 1,5 мм 2 ) с тройной колодкой. Что получилось в этом случае:
Исходные данные и измерения для расчета тока КЗ в доме на даче
Расчет тока КЗ на даче по формулам
Видим, что нужный (наименьший) результат опять получен методом измерения сопротивления нагрузки – 88 А. Много это или мало? В данном случае – очень мало, учитывая то, что у меня на даче установлены автоматические выключатели С16. Даже для третьего способа со значением тока КЗ 120 А данный автомат не даст гарантии срабатывания при КЗ (вероятность будет около 50%).
А это не просто цифры – это вероятность возникновения пожара! Ведь выключение в случае КЗ будет только по тепловому расцепителю, а длиться это может несколько минут, согласно время-токовой характеристике.
Что ж, нужно заменить автоматические выключатели на другие – с номиналом 16 А и характеристикой отключения «В», которые при токе 80 А гарантированно отключат аварийную розетку. И запас в 10% будет обеспечен!
На этом всё – измерения, расчеты и выводы я сделал. В следующей части раскроем более глобальный аспект данной темы – обеспечение селективности защиты в электрических цепях.
Скачать
Эту статью можно почитать в бумажно-журнальном варианте:
• Измерение и расчет тока короткого замыкания / Статья \»Измеряем ток КЗ в квартире и на даче\», опубликованная в журнале \»Электротехнический рынок\» №2, 2021 г., pdf, 1.31 MB, скачан: 541 раз./
А обсудить её можно тут, на блоге СамЭлектрик.ру, в комментариях. Буду рад всем замечаниям и вопросам!
Опыты холостого хода и короткого замыкания
Опыты холостого хода и короткого замыкания проводятся для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения.
Опыт холостого хода.
Для однофазного трансформатора опыт холостого хода выполняется по схеме рис. 2.11. К первичной обмотке подводится номинальное напряжение , к вторичной — подключен вольтметр , имеющий достаточно большое сопротивление. Практически можно считать, что ток .
Кроме того, в схему включены амперметр , вольтметр и ваттметр . Амперметр показывает ток холостого хода , вольтметр — номинальное напряжение первичной обмотки , вольтметр —напряжение и ваттметр —мощность потерь при холостом ходе . По этим показаниям можно определить коэффициент трансформации для понижающего трансформатора или для повышающего трансформатора. Так как нагрузка отсутствует ( ), то мощность, показываемая ваттметром, — это мощность потерь в стали трансформатора (магнитопроводе).
Мощностью потерь в проводах обмоток можно пренебречь, так как при опыте холостого хода ток вторичной обмотки равен нулю, а ток в первичной обмотке — ток холостого хода составляет примерно 5 % номинального.
Можно также найти
и полное сопротивление цепи (см. рис. 2.9):
Активное сопротивление цепи
и индуктивное сопротивление цепи
Так как практически сопротивления и , то значения и определяются из приведенных формул.
Опыт короткого замыкания.
Опыт короткого замыкания выполняется по схеме, представленной на рис. 2.12, при условии, что к первичной обмотке подводится пониженное напряжение , составляющее 5—10% , а точнее, такое напряжение, при котором токи и в обмотках равны номинальным.
Вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко.
При этом опыте вольтметр показывает напряжение первичной обмотки , ваттметр — мощность короткого замыкания , амперметр — ток в первичной обмотке.
По этим показаниям можно определить мощность потерь в обмотках, так как потери в магнитопроводе составляют лишь 0,005 – 0,1 потерь при номинальном режиме из-за пониженного напряжения . Мощность потерь при коротком замыкании и номинальных токах
Кроме того, по данным этого опыта можно найти параметры упрощенной схемы замещения (рис. 2.13). Полное сопротивление
суммарное активное сопротивление обеих обмоток
и реактивное сопротивление
На основе опытов холостого хода и короткого замыкания по формулам (2.12),(2.13),(2.14) определяются параметры схемы замещения трансформатора.
Напряжение короткого замыкания.
Как следует из схемы замещения (рис. 2.13),
Обычно составляет 5—8 % :
Значение указано на щитке трансформатора. Активная составляющая напряжения короткого замыкания находится по формуле