Sähköinen oikosulku

Sähköinen oikosulku on melkein resistanssiton yhteys sähköjännitelähteen kahden napan tai yleisemmin kahden normaalisti erilaisen potentiaalin piirin välillä , jonka kautta näiden osien välinen jännite putoaa arvoon, joka on lähellä nollaa. Tämä termi kuvaa sekä fyysistä yhteyttä (ilman virtausta) että äärimmäisen virran tapahtumaa tämän yhteyden läpi heti, kun se tai jännitelähde aktivoituu.

Toisin kuin sähköliitännät, joita käytetään suojaukseen tai kenttäohjaukseen , oikosulkuliitäntä voi aiheuttaa suuren virran, joka on yleensä käyttövirran moninkertainen. Tämä suuri oikosulkuvirta johtuu matalasta ohmisesta vastuksesta (katso Ohmin lakia ).

Ns lyhyt - piiri liukusäädintä in HF tekniikka, katso z. B. Wave veitsellä tai Lecher linjaa .

Tarkoitetut shortsit

Viisi turvamääräykset välttää sähkötapaturmia todetaan, että ennen työskentelyä sähkölaitteiden, sen lisäksi, että Ulkojohtimen olla irti, mutta tarvittaessa oikosulku on myös välille muodostuu ulkoisten johtimien, jotka on irrotettu jännite, ja maapotentiaali .

Siirrettäviä ja paikallaan olevia maadoitus- ja oikosulkulaitteita käytetään kytkinlaitteiden ja ilmajohtojen huoltotöissä .

  • Liikkuva maadoitus laitteet sähköjärjestelmiin ovat maadoitustangon ja maadoituksen piiska . Ne luodaan heti, kun järjestelmät on kytketty pois päältä ja tarkistettu jännitteen puuttumisen varalta. Ilman maadoitusta katkaisemattomiin johtoihin voi jäädä jäännösvarauksia tai voi syntyä uusia häiritseviä varauksia (esim . Rinnakkain kulkevien kytkettyjen johtojen magneettisen induktion kautta ), jotka voidaan purkaa ihmiskehon läpi kosketettaessa.
  • Niistä tasainen oikosulku tilat ovat maadoitus kytkinten tulevan syöttölaitteiden keskijänniteverkon ohjauslaitteet, usein yhdessä kytkinkatkaisimet on asennettu. Maadoituskytkimiä lähtevällä puolella saatetaan tarvita myös tietyissä olosuhteissa. Maadoituskytkimen sijasta sähköverkon operaattori voi myös hyväksyä ns. Kiinteät maadoituspisteet tietyissä olosuhteissa .

Suuret kondensaattorit ( tehokondensaattorit ) on oikosuljettava varastoinnin ja kuljetuksen aikana sen varmistamiseksi, että ne purkautuvat ja että ne eivät aiheuta vaaraa, jos liitäntöjä kosketetaan, vaikka VDE: n mukaan on määritetty tietty purkausaika. Se ei riitä täyttämään kondensaattorin kerran, koska dielektrinen absorptio mahdollistaa uusien maksujen ja siirtyä pois dielektrisen että elektrodeihin .

ESD- herkät elektroniset komponentit ( MOSFET , IGBT , IC ) ovat usein oikosulussa ennen asennusta kuljetusta ja turvallista käsittelyä varten sähköstaattisten purkausten aiheuttamien vahinkojen välttämiseksi. Staattiset varaukset synnyttävät useita tuhansia voltteja , jotka muuten tuhoaisivat komponentit purkautuessaan.

Tahattomat oikosulut

Oikosulku riippuvan haaran takia

Siinä tapauksessa, että oikosulun välillä napojen akun tai live Ulkojohtimen, tai ulkoinen ja nollajohdin on kolmivaiheisen järjestelmän , virta saavuttaa maksimiarvonsa, "alkuperäinen oikosulku virta ". Tämä virta on rajoittaa vain vastus linja ja sarja sisäinen vastus  jännitelähteen . Oikosulkuvirta  on siis:

jännitelähteen jännitteen  ja kaikkien oikosulkuvirtapolun impedanssien (tehollisten ja reaktiivisten vastusten)  summan kanssa . Tätä erittäin korkeaa alkuvirtalähtövirtaa esiintyy vain muutama millisekunti ja se sitten heikkenee pysyväksi oikosulkuvirraksi. Se voidaan kytkeä pois päältä ylivirtasuojalaitteilla.

Oikosulut johtuvat enimmäkseen viallisesta eristyksestä tai sähköjärjestelmien tai -piirien kytkentävirheestä. Kaikkien ulkoisten johtimien L1 / L2 / L3 välisiä oikosulkuja kutsutaan kolmivaiheisiksi oikosulkuiksi. Kaikki oikosulkuvirrat kirjataan suojalaitteilla ja virran johtimet kytketään pois päältä katkaisijoilla tai sulakkeilla.

Tapauksessa maanalaisten kaapeleiden , se voi olla vaikea paikantaa oikosulku, koska se on usein mahdotonta altistaa kaapelin pitkin sen koko pituutta.

Syyt ja tyypit

Oikosululla voi olla seuraavat syyt:

  • Eristyskatkos, aiheutti z. B. ikääntymällä
  • Eristys muuttuu
    • johtuen jatkuvasta rasituksesta korkean sähkökentän eristemateriaaleihin , mahdollisesti osittaisin purkauksin
    • ylikuumenemisesta ja sen jälkeisestä pehmenemisestä tai kemiallisista muutoksista eristykseen
    • veden vaikutuksesta (muodostuu ryömimisreittejä tai eristemateriaali imee vettä)
    • eristeen mekaanisten vaurioiden vuoksi (erittäin rasitetut kädessä pidettävät laitteet, rakennustyömailla)
  • sähköisten kytkinlaitteiden ja laitteiden inhimillisen virheen ( viallinen kytkentä , johtavat esineet, työkalut) kautta, jos turvallisuusmääräyksiä ei noudateta.

Eristetään oikosulku, joka aiheutuu kosketuksesta jännitteiseen kappaleeseen (kosketus kehoon ), ja oikosulku vikavastuksen kautta ( tehokas vastus ja reaktanssi ).

Oikosulku matalalla jännitteellä (12 V / 20 A)

Oikosulun sattuessa vikavastuksen yli voi esiintyä kaari, jolla on tyypillinen kaarijännite . Kaari on erittäin epälineaarinen, se ei rajoita virtaa ja aiheuttaa korkeita lämpötiloja (5000-15 000 ° C) ja häiriöjännitteitä. Lämpö- ja ionisoivan vaikutuksensa vuoksi muut eristekomponentit voivat vaurioitua.

Koska kaari syttyy vaihtovirran jokaisella puoliaallolla sen jälkeen, kun jännite on ohittanut nollan suuremmalla jännitteellä kuin se sammuu, se aiheuttaa virran vaihesiirron kuten vaiheohjauksessa .

Kolmivaiheisissa verkoissa voi esiintyä oikosulku (napa symmetrinen), kaksinapainen (molempien välillä L1, L2 tai L3) tai yksinapainen (epäsymmetrinen, L1: n ja maadoituslaitteiden välillä).

"Kaksinapainen oikosulku" on se, jossa suurin oikosulkuvirta virtaa kolmivaiheisissa verkoissa, koska kolmivaiheinen jännitelähde on suhteellisen kevyesti kuormitettu oikosulusta huolimatta ja siksi sillä on edelleen suurin osa energiavaroista käytettävissä tässä oikosulussa. On myös epäsymmetriaa, joka voi johtaa ylijännitteisiin muihin johtimiin.

Sähkölaitteet (alumiini köydet, erottimien , katkaisijat , virtamuuntajat , tukee myös rauta rakenteita sekä Maadoitusjohtimen ) on näin ollen mitoitettava mukaan suurin esiintyvä kaksinapainen oikosulkuvirta . Eristetään lämpöilmiöt (lämpöilmiöt) ja dynaamiset (magneettiset voimavaikutukset) oikosulkuvirta.

Sähkötekniset määräykset ja ohjeet oikosulkuvirran laskemiseksi sähköisille (korkeajännitteisille) kytkinlaitteille löytyvät VDE-standardista 0102.

Oikosulkuvirran koko

Suuri oikosulkuvirta voi syntyä vain, jos yhteyden välillä ei enää ole todellista tai reaktiivista vastusta. Jos jännitteisten johtimien välinen vastus on edelleen hyvin pieni, tätä kutsutaan "oikosulkumaisen" prosessiksi.

Esimerkki: Ulkojohtimen (esim. L1) ja nollajohtimen (N) välissä 230 V ohjaa vikavirtaa maadoituspotentiaaliin, koska vastakkaista napaa edustava nollajohdin on maadoitettu; 400 V ohjaa oikosulkuvirtaa kahden ulkojohtimen (esim. L1 ja L2) välillä, koska 120 °: n vaihesiirto johtaa korkeampaan teholliseen arvoon (katso kolmivaiheinen vaihtovirta ).

Tämä oikosulkuvirta aikana syntyy oikosulku kesto,  muun muassa, kautta sisäinen vastus jännitelähteen (käytännössä toisiokäämin ylävirran paikallisen verkon muuntaja ), läpi kaaren resistanssi oikosulkukohta , vikavastus oikosulkupisteessä ja eteen- ja paluujohtimien johtimen vastukset (aktiivinen ja reaktiivinen vastus), määritetyt tai rajoitetut.  

Suurin odotettu oikosulkuvirta riippuu siis sähköverkon sisäisestä vastuksesta tai verkon impedanssista ja sen nimellisjännitteestä. Ylikuormitussuojauksen (esim. Virrankatkaisijana , pienoiskatkaisijana , sulakkeena ) tämän virran on kyettävä katkaisemaan. Asennusverkkojen virta on tyypillisesti noin 500-3000 A.

Seuraukset ja vastatoimet

Oikosulun (ruokailuvälineiden aiheuttama oikosulku maahan) seuraukset leivänpaahtimen lämmityselementille

Oikosulkuvirran tai oikosulun kaltaisen vikavirran rajoittamatta jättäminen voi johtaa ylikuumenemisesta johtuviin vaurioihin (lisäeristysvauriot, tulipalot ) johtojen tai kaapeleiden tai sähköisten kytkinlaitteiden komponenttien aikana, jos niitä ei suojaa sulakkeet , joita ei ole sovitettu kaapelin poikkileikkaukseen .

Äärimmäisissä tapauksissa johdot, joihin oikosulku vaikuttaa, voivat yhtäkkiä haihtua ja laukaista kaaren. Jos kaari tapahtuu, säteilylämpö, ​​metalliroiskeet ja paineaalto aiheuttavat muita vaaroja. Nykyaikaiset keskijännitekojeistot on varustettu paineenalennusläpillä, jotka kytkevät virran katkaisijan pois päältä koskettimen kautta.

Oikosulkujen seurausten estämiseksi pienjänniteverkoissa käytetään ns. Pienikokoisia katkaisijoita ja sulakkeita, joilla on erilaiset ominaisuudet . Sulakkeiden täytyy "palaa", kun syntyy suuri oikosulkuvirta, ja irrottaa oikosulkupiste muusta syöttöverkosta mahdollisimman nopeasti . Poiskytkentää on tehtävä riippuen järjestelmän hyvin nopeasti (enintään 1 / 10 -Sekundenbereich) ominaisuuksista riippuen käyttöalue (kotitalouksien asennus, elektroniikka suojaus, ohjaus suojaus, jne.) On eri kuin vaikutukset jännitekuopan ja oikosulkuvirta pidetään alhaisena.

Korkean ja keskijänniteverkon, verkko suojareleitä käytetään, joka voi havaita vian ja sen sijainti pohjalta virran ja jännitteen mittaukset ja pois päältä vastaavat osat verkon avulla piirin katkaisija. Niin kutsuttua automaattista sulkemista  (AWE) käytetään ilmajohdoissa , koska lyhytaikainen "haaran pudotus" ei saisi johtaa sammumiseen. Laukaisun yhteydessä katkaisijat kytketään uudelleen päälle noin 250 ms: n kuluttua (lyhyt keskeytys); Jos virhe esiintyy edelleen, katkaisija siirtyy lopulta OFF-asentoon: AR onnistunut - virhe on kadonnut, AR epäonnistunut - virhe on edelleen olemassa. Myös rautateiden sähköasemat suorittavat usein yhden tai useamman automaattisen uudelleenkytkennän muutaman sekunnin kuluttua oikosulun sammuttamisesta, jotta kyseinen osa voi jatkaa toimintaansa tiettyjen vikojen (salamaniskujen tai lintujen aiheuttama valokaari) sattuessa.

Mekaaninen lujuus, esim. Paljaiden kiskojen B. on mitattava vaihtojänniteverkoissa suurimman esiintyvän oikosulkupulssivirran mukaan. Tämä lyhytaikainen virtapiiri on kytketty alkuperäiseen oikosulun vaihtovirtaan ylijännitekertoimen κ kautta. Kerroin κ on alueella 1-2, ja se määräytyy oikosulkuradan tehollisten resistanssien ja reaktanssien perusteella. Mekaaniset kuormat osoittavat verkkotaajuudesta johtuvaa dynaamista käyttäytymistä.

Erityisen suuria voimia esiintyy generaattorin lähellä olevissa oikosulkuissa ja ne aiheuttavat mekaanisia vaurioita tai - öljytäytettyjen muuntajien tapauksessa - muuntajan tulipaloja, joita on vaikea tai mahdotonta sammuttaa. Siksi tehomuuntajat asennetaan usein ulkona ja erotetaan ympäristöstä sopivilla betoniseinillä.

Oikosulun vahvuus

Muuntajat verkkojännitteen (230 V) muuntamiseksi erittäin matalaksi suojaavaksi jännitteeksi alle 50 V voidaan suunnitella siten, että magneettisydämessä on riittävän suuri vuotovirta ensiöpuolen virran rajoittamiseksi toissijaisen sivun oikosulku. Samanlainen periaate koskee hitsausmuuntajia , jotka ovat oikosulussa toissijaisella puolella toiminnallisista syistä.

Tyypillisiä sovelluksia ovat kellomuuntajat ja pienet lelumuuntajat, jotka on virallisesti suunniteltu ehdollisesti oikosulkusuojauksiksi VDE 0551: n ja EN 60742: n mukaisesti. Ensiövirtausta on myös rajoitettava ainakin suojaamaan syöttöjohtojen oikosulkuilta. Lisäsuojauksen tarjoaa yleensä lämpösuojalaite, joka erottaa ensiövirtauksen, kun sisälämpötila ylitetään, kunnes se jäähtyy.

Oikosulku elektronisten laitteiden tuloissa ja lähdöissä

Elektronisen laitteen tarkistamiseksi sen selvittämiseksi, onko laitteen tulossa häiriöitä, on usein hyödyllistä "oikosulkea" tulot (NF-tulot, antenniliitin). Tämä on "teknikon ammattikieltä". Oikeampi ilmaus on, että tulot tulisi silloittaa, koska virtaa ei virtaa, mutta häiritsevät häiriösignaalit ohjataan maahan. Tällä tavalla voidaan eristää häiriön lähde.

Toisaalta ei yleensä ole mahdollista oikosulkea lähtöä (esim. Vahvistimen kaiutinliitäntä , lähettimen antenniliitäntä ) vahingoittumatta . Tällaiset oikosulut eivät aiheuta vaaraa, mutta johtavat yleensä lähtövaiheiden tai yksittäisten komponenttien ( transistorit jne.) Ylikuormitukseen ja tuhoutumiseen .

Siksi vahvistinlähdöt on usein suojattu erilaisilla suojapiireillä, jotka sammuttavat vahvistimen oikosulun sattuessa. Toinen mahdollinen suojatoimenpide voi olla ulostulomuuntaja, joka on mitoitettu siten, että jos oikosulku tapahtuu toisiokäämissä, johon kuorma on kiinnitetty, suurin sallittu lähtövirta ei ylity.

Akkujen oikosulku

Akut voivat tyypistään riippuen tuottaa huomattavia oikosulkuvirtoja, jotka voivat paitsi vahingoittaa tai tuhota akkuja myös aiheuttaa omaisuusvahinkoja ja henkilövahinkoja.

Auton käynnistysakut ( lyijyakut ) voivat tuottaa esimerkiksi yli 1000 A: n virran, mikä voi johtaa kaapelipaloihin oikosulun sattuessa - yleinen syy auto-onnettomuuksissa. Jos oikosulku tapahtuu käynnistysakun napa-napoilla työskenneltäessä johtavan työkalun tai korun (metallikellon hihnan tai renkaan) vuoksi, se voi aiheuttaa palovammoja ja / tai metalliroiskeita. Siksi pätee sääntö, että maadoitusliitäntä (-) on aina irrotettava ensin ja liitettävä viimeisenä.

Redundanteissa ja diodilla irrotetuissa akkujärjestelmissä, joiden tasavirtajännite on 220 V, esiintyy tahallinen oikosulku kaksoisvian sattuessa: Akun 1 maasulun (-) ja maasulun (+) tapauksessa akussa 2 tai päinvastoin syntyy sallimattomasti korkea jännite (johtuen molempien paristojen sarjayhteyksistä maasulkujen takia: maks. U1 + U2 = 440 V). Molempien (-) napojen jäykällä liitännällä nämä kaksi vikaa aiheuttavat oikosulun maadoitukseen ja siten ylävirran ylivirtasuoja kytkeytyy pois päältä turvallisesti. Näin vältetään ylikuormitus, joka johtuu kuluttajan sallimattomasta jännitteen kasvusta.

Sub-transienttinen alkuvirtalähteen vaihtovirta

Sub-transienttinen alkuvirtapiirin vaihtovirta  on termi sähkötekniikasta . Tämä on puhtaasti teoreettinen muuttuja oikosulkuvirtaa laskettaessa. Se tarkoittaa oikosulkuvirran vaihtovirtaosan tehollista arvoa oikosulun esiintyessä. Sitä ei käytetä virtavaikutusten mekaaniseen arviointiin oikosulun sattuessa. Tätä tarkoitusta varten käytetään ylijännitteen oikosulun vaihtovirtaa.

Ylijännitesuojavirta

Ylijännitesuojavirta  on ratkaiseva mekaanisen lujuuden arvioinnissa ja laskemisessa, erityisesti:

  • Generaattorin käämit
  • Muuntajan käämit
  • Kaapeli- ja linjareitit
  • sähkökytkinlaitteet.

Ylijännitesuojavirta on vaihtovirran suurin hetkellinen arvo oikosulun esiintymisen jälkeen ja määritetään huippuarvoksi.

Kanssa

Ylijännitesuojavirta
Kerroin välillä 1,02 - 2 riippuen resistanssin ja oikosulkutien reaktanssin  suhteesta 
Alkuvaiheen vaihtovirta

Suojalaitteita, kuten katkaisijoita tai sulakkeita, ei ole suunniteltu ylijännitesuojavirralle, mutta lämpötehokkaalle jatkuvalle oikosulkuvirralle.

Normit

  • DIN EN 60909-0 VDE 0102: 2002-07; Oikosulkuvirrat kolmivaiheisissa verkoissa - virtojen laskeminen (+ lisälehdet 1, 3 ja 4)
  • DIN EN 60909-3 VDE 0102-3: 2010-08; Oikosulkuvirrat kolmivaiheisissa verkoissa - virrat kaksoismaadoituksen ja osittaisten oikosulkuvirtojen sattuessa maan päällä
  • DIN EN 60865-1 VDE 0103: 1994-11; Oikosulkuvirrat; Vaikutuksen laskeminen - ehdot ja laskentamenetelmä (+ lisäys 1)

Ylijännite (toinen termi)

Oikosulun fyysinen ja tekninen vastakohta on sähkökatkos. Jos vakiovirtalähde keskeytyy , ylijännite voi tapahtua ilman suojatoimenpiteitä. Periaatteessa tämä pätee, kun piirissä on varattu induktanssi . Täten tietyissä tapauksissa keskeytys voi myös aiheuttaa vaaran.

Katso myös

kirjallisuus

  • Gunter Pistora: VDE-sarja 118; Oikosulkuvirtojen ja jännitehäviöiden, ylivirtasuojalaitteiden, selektiivisyyden, suojauksen oikosulkujen laskeminen, laskelmat CALCKUS-harjoituksen kanssa (CD-ROM-levyllä) . 2. painos. VDE Verlag GmbH, Berliini - Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3136-7 .

nettilinkit

Wikisanakirja: oikosulku  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille
Commons : Sähköinen oikosulku  - kuvien, videoiden ja äänitiedostojen kokoelma

Yksittäiset todisteet

  1. Thing Maadoituskytkin on mekaaninen kytkinlaite piirin osien maadoittamiseen, jotka tietyn ajanjakson ajan tuottavat sähkövirtoja epänormaaleissa olosuhteissa, esim. B. oikosulun sattuessa kestää, mutta ei tarvitse kuljettaa sähkövirtaa normaalikäytössä.
  2. Keskijänniteverkkoon liittämisen tekniset liitäntäehdot EWE NETZ GmbH: n esimerkillä ( Memento 5. joulukuuta 2015 Internet-arkistossa ) (PDF; 904 kB), käyty 6. maaliskuuta 2012
  3. Kaapelivian sijainti ( muisto 5. joulukuuta 2015 Internet-arkistossa ) osoitteessa ekz.ch