Zkrat

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Zkrat na venkovním vedení

Zkrat (přesněji elektrický zkrat) neboli krátké spojení nebo spojení nakrátko[1] (lidově kraťas, šlus) je zapojení elektrického zdroje bez spotřebiče neboli stav, kdy v elektrickém obvodu neprochází elektrický proud přes spotřebič, ale přímo od jednoho pólu zdroje k druhému. Někdy se slovo „zkrat“ nesprávně používá k označení libovolné elektrické poruchy.

Vznik zkratu[editovat | editovat zdroj]

Zkrat nastává přímým vodivým propojením pólů zdroje (tzv. spojení nakrátko), např. když se poškodí izolace přívodních vodičů nebo vodičů uvnitř spotřebiče a dojde k jejich vzájemnému dotyku.

Zkrat může způsobit i vodivá kapalina (elektrolyt), dostane-li se do styku s vodiči (u venkovního vedení kupř. za prudké dešťové či sněhové bouře).

Při zkratu je elektrickému proudu kladen velmi malý odpor, takže velikost proudu (tzv. nadproud) může být vysoká a ve vodiči může vznikat velké teplo. Procházející proud je v tomto případě určen pouze vnitřním odporem zdroje a vodičů; v běžné elektrorozvodné síti 0,4 kV 50 Hz je hodnota zkratového nadproudu limitována zkratovým výkonem nejbližšího transformátoru.

Důsledky zkratu[editovat | editovat zdroj]

Následkem tepla vznikajícího při zkratu může dojít k poškození zdroje nebo přívodních vodičů nebo celého spotřebiče.

Nachází-li se blízko vodiče hořlavý materiál, může materiál při zkratu začít hořet; zkrat bývá častou příčinou požárů.

U chemických zdrojů dochází také k rychlému „vybití“ těchto zdrojů - k rychlému přenosu elektrického náboje mezi elektrodami, a tím ke snížení elektrického napětí mezi nimi. Zahřátí chemikálií uvnitř zdroje může vést k nežádoucím chemickým reakcím a poškození elektrod, v některých případech až k explozi.

Silný elektrický proud při zkratu rovněž ohrožuje zdraví člověka.

Někdy se zkratu využívá k „vybití“ nahromaděného elektrického náboje nebo k vyrovnání elektrických potenciálů mezi dvěma elektricky nabitými tělesy. Při tzv. řízeném zkratu se tělesa bezpečně propojí a nechá se projít elektrický proud. Takzvané zkratovače či rychlozkratovače se používají zejména k „vybití“ velkého množství náboje v kapacitorech, resp. kondenzátorech.

Ochrana proti zkratu[editovat | editovat zdroj]

Dojde-li ke zkratu, je třeba co nejrychleji přerušit elektrický obvod.

K ochraně elektrického obvodu proti zkratu slouží elektrické pojistky a jističe. U pojistky se vlivem tepla roztaví tenký drátek, u elektromagnetického jističe silné magnetické pole přitáhne kotvu a vypne obvod. Kombinovaný jistič obsahuje navíc bimetalový pásek, který se teplem ohýbá, a obvod se vypne i při slabším (slabě vyšším než jmenovitým), ale dlouho trvajícím elektrickém proudu. Citlivější přístroje (elektronické přístroje) často obsahují přístrojovou pojistku (tavnou pojistku), která se větším teplem přepálí. Zničené tavné pojistky je nutno vyměnit vždy za pojistky stejné, výrobcem předepsané hodnoty proudu. Jističe se dají zapnout do opětovného provozu přepnutím páčky, příp. stisknutím tlačítka.

Není-li v obvodu zařazena pojistka ani jistič, je třeba vypnout obvod ručně. Není vhodné dotýkat se vodivých částí obvodu rukou, je nutné použít elektrický izolant.

Někdy se elektrický obvod při zkratu přeruší samovolně, dojde-li energie elektrického zdroje nebo dojde-li k přepálení vodičů. To však již znamená poškození obvodu.

Prevencí proti zkratu je používat kvalitní nepoškozené elektrické spotřebiče, v žádném případě nezapojovat vadné nebo amatérsky vyrobené přívodní šňůry, nepoužívat elektrické spotřebiče ve vlhkém prostředí, nevystavovat je nadměrnému teplu a dodržovat běžné zásady bezpečné práce s elektrickým zařízením.

Zkraty v silnoproudé elektrotechnice[editovat | editovat zdroj]

Schematická značka zkratu

V silnoproudé elektrotechnice a energetice je zkrat mimořádně nebezpečnou poruchou. Kromě výše řečeného hraje roli mimořádně vysoká úroveň zkratových proudů, způsobující vývin velkého množství tepla v místě krátkého spojení. To může vést k požárům či výbuchům vybavení. Dalším nebezpečným důsledkem vysokých zkratových proudů je elektrodynamické namáhání vodičů a zařízení. V jeho důsledku může dojít k deformaci vinutí elektrických strojů, poškození vodičů a přípojnic rozvoden či mechanickému rozrušení konstrukcí. K omezení hodnot zkratového proudu se používá technika dělení přípojnic do sekcí a vřazování tlumivek (elektromagnetických reaktorů); k omezení následků zkratu se užívají vypínače s vysokou rychlostí odpojení. Elektrický zkrat v třífázové střídavé elektrické síti je poruchové vodivé spojení mezi fázemi resp. mezi fázemi a zemí:

Průběh zkratového proudu[editovat | editovat zdroj]

Průběh zkratového proudu v čase modelujeme následující diferenciální rovnicí:

,

jejíž řešení složené z stejnosměrné () a střídavé () složky zkratového proudu dostaneme ve tvaru:[2]

,

kde je maximální hodnota průběhu napětí, resp. resp. jsou rezistance resp. indukčnost resp. impedance zkratového obvodu, je úhlová frekvence sítě, je fázový posuv mezi napětím a proudem a je časová konstanta exponenciálního poklesu zkratového proudu.

Hodnoty zkratového proudu - definice[editovat | editovat zdroj]

Rázový zkratový proud definujme jako efektivní hodnotu střídavé složky časového průběhu zkratového proudu:

,

tj. pro : tj. pro : a pro :,

přičemž je vztah mezi sdruženým a fázovým napětím.

Nárazový zkratový proud definujme jako maximální hodnotu časového průběhu zkratového proudu, tj. v čase pro :

kde .

Oteplovací zkratový proud definujme jako efektivní hodnotu zkratového proudu pro dobu trvání zkratu :

,

kde:

Průběh složek ekvivalentního oteplovacího zkratového proudu
,
,

a

,
.

Hodnoty zkratového proudu dle normy[editovat | editovat zdroj]

Dle normy[2] pro elektricky vzdálený zkrat určíme nárazový proud z rázového proudu následovně:

kde

a oteplovací proud z rázového proudu následovně:

kde a ,

kde:

,

tj.

,

tj. oproti definici norma zanedbává člen .

Vztažná soustava[editovat | editovat zdroj]

Z důvodu usnadnění výpočtů nesymetrických poruch se zavádí transformace z fázové soustavy do duální vztažně soustavy o netočivé, sousledné a zpětné složce:

kde pro prvky transformační matice platí:

z čehož plyne výpočet inverzní transformační matice:

a zpětná transformace souměrné fázové soustavy se pak dostává ve tvaru:


Obecný model poruchy ve fázové soustavě se zapíše ve tvaru:

kde resp. jsou napětí zdroje resp. napětí v místě poruchy a resp. jsou impedance zkratového obvodu resp. zkratové proudy. Pomocí následujících transformací:

tj. po vynásobení inverzní transformační maticí zleva:

se přechází k obecnému modelu poruchy ve vztažné soustavě:

kde a .

Typy zkratů[editovat | editovat zdroj]

Výše uvedený model poruchy je ve tvaru 3 rovnic o 6 neznámých, tj. 3 neznámé musíme vždy zadat, pak můžeme modelovat jednotlivé typy poruch:

Typy zkratů

Třífázový zkrat:

Dvoufázový zkrat:

Dvoufázový zkrat zemní:

Jednofázový zkrat:

Vztah mezi fázovými a vztažnými hodnotami[editovat | editovat zdroj]

Obecný model poruchy lze zapsat ve tvaru:

,

kde představuje elektrickou vzdálenost nesymetrické poruchy od ekvivalentní symetrické poruchy, pak dostáváme vztahy mezi jednotlivými typy zkratových proudů a sousledným zkratovým proudem včetně hodnot příslušné přídavné impedance :

Při zanedbání rezistance zkratového obvodu pro jednotlivé limitní případy poměru netočivé a sousledné reaktance lze vyjádřit vztahy mezi nesymetrickými poruchovými proudy a poruchovým proudem symetrickým:

kde:

Zdroje zkratového proudu[editovat | editovat zdroj]

Jako zdroje zkratového výkonu se uvažují točivé stroje, jejichž příspěvky zkratových výkonů do místa zkratu jsou modelovány pomocí ekvivalentních příčných sousledných resp. netočivých impedancí v příslušném incidentním uzlu. Příspěvky trojfázových resp. jednofázových zkratových výkonů z okolních soustav do místa zkratu jsou modelovány pomocí ekvivalentních příčných sousledných resp. netočivých impedancí v příslušném hraničním uzlu:

  • synchronní stroj:
  • asynchronní stroj:
  • nadřazená soustava:

kde resp. je jmenovité napětí resp. zdánlivý výkon, je zkratový třífázový resp. jednofázový výkon a je poměrný záběrný proud.[2]

Zkrat jako zbraň[editovat | editovat zdroj]

Každý moderní zbraňový systém tvoří elektronické prvky a je řízen elektronikou, takže je závislý na elektrickém napájení. Na elektrické energii jsou závislé i zbraně hromadného ničení. Ve válce v Perském zálivu v roce 1991 USA demonstrovaly novou technologii a účinnost grafitové pumy. Vlastní zbraní není puma (je pouhý nosič), ale submunice, kterou je naplněn zásobník pumy. Submunicí jsou grafitová vlákna. Rozmetaná vlákna jsou přitahována k elektrickému vedení a působí zkrat – obvykle rychle zničí pojistky elektrických rozvoden. Vyřazení dílčích prvků elektrické rozvodné sítě znemožní protivníkovi bojovat.[3]

Přenesený význam slova[editovat | editovat zdroj]

Slovo „zkrat“ se užívá také v přeneseném významu: hovorově jím bývá označováno nepromyšlené, zkratkovité chování člověka.

Zkrat v umění[editovat | editovat zdroj]

V někdejším Československu a později Česku zkrat proslavili Jaroslav Uhlíř (hudba) a Zdeněk Svěrák (text) písní „Elektrický valčík“, která poprvé zazněla v roce 1988 v dětském pořadu „Hodina zpěvu“ stejných autorů, vysílaném tehdejší Československou televizí. V roce 1993 skladba vyšla na albu písniček Není nutno…. (Původně se skladba jmenovala „Zavedení elektrického proudu do obce Malá Paseka“.[4])

Z projevu inženýra Maliny: / Vážení občané, vzácní hosté / S elektřinou je to prosté / Od pantáty vedou dráty / Do žárovky nade vraty. / Odtud proud se přelévá do stodoly, do chléva. / Při krátkém spojení dvou drátů / Dojde k takzvanému zkratu. / Kdo má pojistky námi předepsané / Tomu se při zkratu nic nestane. / Ovšem, kdo si tam nastrká hřebíky / Vyhoří a začne od píky / Do každé rodiny elektrické hodiny!

Byl to ten slavný den, kdy k nám byl zaveden / Elektrický proud / Byl to ten slavný den, kdy k nám byl zaveden / Elektrický proud / Střídavý, střídavý / Silný elektrický proud / Střídavý, střídavý / Zkrátka elektrický proud.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Zkrat. Slovník spisovného jazyka českého (SSJČ). In: Jazyková poradna ÚJČ AV ČR [online]. ©2008–2021 [cit. 2019-04-20]. Dostupné online. 
  2. a b c ČSN EN 60909-0 ED.2 (333022) Zkratové proudy v trojfázových střídavých soustavách, 2016
  3. Neletální zbraně. In: Ministertvo obrany České republiky [online]. ©2022 [cit. 4. 4. 2022]. Dostupné z: http://www.army.cz/scripts/detail.php?id=2212
  4. FORMÁČKOVÁ, Marie. Zdeněk Svěrák. In: 21 osobností českého herectví. Devadesátá léta a současnost. Mnichovice: BVD, 2007. ISBN 978-80-87090-02-2. S. 263.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]